随着计算机技术与信息化技术的快速发展,航空航天战机、船舶驾驶操控、核电厂控制、战场指挥等复杂信息系统(Complex Information System)的人机交互界面已经从传统的模式控制发展到数字化控制的视觉信息界面。数字化呈现的监控任务由于信息量大,信息关系复杂,使操作者进入复杂性认知,可能会由于操作失误、误读误判、反馈不及时等认知困难导致任务失败,严重时会产生系统故障,甚至重大事故。因此,如何系统地进行复杂系统中人机交互信息界面设计是当前学术界和工程设计界研究的关键问题,亦是设计领域与工程领域交叉研究的空白点。特别是从导致任务失败的源头——出错因子角度,研究“出错与认知”之间的相互作用机理还鲜有人深入,亟待加强。基于该问题的重要性以及相关研究匮乏的考虑,本论文以出错因子(Error factors)为研究对象,提出了由出错-认知(Error-cognition)导入的复杂信息界面设计新思路,重点开展以下研究工作：(1)提出了由出错因子导入界面设计的新方式。界定了复杂信息任务界面的出错因子,从分析复杂监控任务与操作员视觉行为,提取所有可能发生的出错因子；根据Rasmussen、Norman、Reason等的出错类型及HERA和CREAM的失误辨识模型,按照信息搜索、信息认读、信息辨识、信息判断选择以及信息决策过程对出错因子分类与认知表征,获得了复杂信息界面全面的出错-认知模式。为后期的界面设计提供了任务失败的源头。(2)构建了复杂信息任务界面的出错-认知分层模型。按照出错因子分类与认知表征,建立了对应的出错-认知集；结合认知心理学中知觉、注意、记忆、思维等相关的研究方法与实验范式,从每一种出错类型寻找对应的认知加工理论,逐步拓展出错-认知关联的知识脉络。解析出错因子的视觉认知机理,从而建立错误感知(MP)、注意失效(AF)、知觉混淆(PC)、记忆失误(ML)以及疏忽(AI)的认知分层模型。(3)建立了基于视觉行为和生理反应的出错因子实验分析方法。按照视觉认知实验的相关技术与分析方法,根据Wickens视觉搜索模型,展开了反应时和眼动跟踪的嵌套认知实验,从监控任务界面的视觉搜索实验到视觉局限、视觉干扰和注意转移分散的出错因子实验,行为数据和眼动跟踪生理数据结果均表明了出错-认知集合与界面信息的相关性,在视觉搜索过程中产生的出错因子和任务-界面布局、信息间距-位置、信息特征-容量等因素有直接联系。(4)提出了由出错-认知机理到设计信息的映射方法。根据出错-认知与界面信息的反应链,采用矩阵描述的映射方法,分别对出错-认知集合、设计信息集进行关联属性分析；根据出错-认知域与设计信息域存在的映射关系,展开出错-认知与设计信息间的互相关关系分析,得到设计信息间相关性的出错-认知与设计信息间重要度的关系矩阵；并考虑到各种不同的约束条件,通过界面布局的目标约束使其映射关系更具合理性。(5)基于本论文所提出的由出错-认知到信息特征映射的复杂信息界面设计方法,以典型航战显示系统任务界面为例,按照设计优化方法提取遗漏、误读/误判、忽略等出错因子,根据出错因子-信息特征反应链,确定了信息特征方位、可视范围、间距、符号的视觉注意强弱等设计信息特征,并通过出错-认知到信息特征的映射进行求解,按照求解结果提出了监控任务界面的优化设计方案。