任務管理與顯示控制功能子系統評估方法研究

李靖+張興國+陳亮

摘 要 任務管理與顯示控制功能子系統屬于關鍵的航電子系統，但由于其功能的特殊性，傳統的評估方法一般僅做到主要功能的定性評估，文章采用層次分析法，將其評估指標進一步明確細化，并給出人機工效定量評估的步驟，力求得到更為客觀的評估結果。

關鍵詞 任務管理與顯示控制功能子系統；層次分析法

中圖分類號：V249.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0049-02

任務管理與顯示控制功能子系統是航電系統的重要組成部分，類似航電系統中的“司令部”，確定航電系統的工作模式和狀態，管理航電系統之間的數據傳輸，監控航電系統的系統狀態，提供必要的人機接口，并根據不同任務階段進行任務解算，在整個飛行過程中，發揮著至關重要的作用。但是功能如此重要的子系統，卻因為其效能主要通過功能性指標體現，沒有具體的量化指標，采用傳統的方法，對其效能評估都僅僅為粗略的定性評估，評估主要內容就是是否具備相應的功能，相應的功能是否正常，人機工效也是采用簡單的打分制，沒有形成一套規范的評估體系。

本文采用層次分析法，首先建立了該系統的層次化階梯式評估指標，并針對不同形式的指標，采用不同的評估方法，給出定量和定性相結合的評估結果，力求更客觀的體現該系統的功能。

1 任務管理與顯示控制功能子系統評估指標體系的建立

任務管理與顯示控制功能子系統的主要功能即管理其他航電系統和非航電系統的工作模式和工作狀態，監控各個系統的系統狀態，作為總線控制器，管理各個系統之間的數據傳輸，根據不同階段完成任務解算，同時提供飛行員人機接口，因此，該系統的能力可以從以下幾個方面考慮。

圖1 任務管理與顯示控制功能子系統效能評估層次化指標

1）系統管理功能。任務機的系統管理主要包括以下方面：評估是否能夠按照操作人員的要求啟動或關閉各個子系統；是否能夠按照操作人員的要求使各個子系統進入不同的工作模式；是否能夠按照一定的設計邏輯管理各個子系統，使各個系統電磁兼容，不存在干擾；是否能夠對各個系統進行自檢測，并根據自檢測結果進行維護。

2）總線傳輸控制功能。綜合航電系統由不同子系統組成，為完成不同功能，各個系統之間相互配合，因此，各個子系統之間必然會傳輸大量的數據，而且傳輸的數據類型也不相同。換言之，邏輯正確的數據傳輸是航電系統工作正常的前提，任務機即負責系統數據傳輸的控制管理功能。以通用的1553B總線傳輸為例，該總線傳輸機制如下：1553B信息以消息為的形式傳輸，每條消息最長32個字，字包括命令字、數據字、狀態字，狀態字只能由RT發出，表示RT對BC的指令反饋，BC根據狀態字的內容決定下一步操作，數據字可再BC和RT之間互傳，整個傳輸過程是：總線控制器向某一終端發布一個接收/發送指令，終端在給定的相應時間范圍內一般總線數據傳輸類型包括周期傳輸類、條件周期傳輸類、事件觸發塊，按照數據傳輸設計的子系統類型，傳輸方式包括終端-總線控制器，總線控制器-終端，終端-終端。因此，在總線傳輸控制的檢查中，按照發送和接收系統的特征，針對不同傳輸類型的不同類型字，檢查其傳輸邏輯和傳輸周期是否滿足設計要求。

3）任務解算功能。對戰斗機而言，主要的任務解算功能有兩大類：即導航解算和火控解算。根據航電系統的一般工作模式劃分，導航解算主要包括飛行計劃導航解算和進場著陸導航解算；而火控解算主要包括空空主模式火控解算和空地主模式火控解算，而不同模式下，不同武器的攻擊解算功能是評估的更小單元。

4）人機工效。任務管理與顯示控制功能子系統的重要組成部分就是顯示控制設備，顯示控制設備是飛行員操縱飛機、執行作戰飛行任務的人機接口，尤其是隨著先進電子技術的飛速發展，人機之間交流的信息量不斷增加，迫使顯示器、控制器增加的功能越來越多，自然隨之帶來越來越多的人機工效問題。較好的人機工效設計可以減輕駕駛員的工作負荷，提供駕駛員及時有用的信息，具有有效防差錯設計，減輕飛行員的視覺疲勞，對飛機作戰效能產生較大的影響。

根據用戶的意見和建議，人機工效應該考慮以下幾個方面：①技術先進性，側重對飛機座艙顯控采用的軟件技術先進性進行評價。②設備先進性，側重對飛機座艙應將設備的先進性進行評述。③綜合顯示水平，包括顯示信息是否及時；顯示信息是否準確；顯示信息是否清晰；顯示信息是否易于駕駛員判斷飛機狀態；顯示器亮度調節是否好用；顯示器對比度調節功能是否好用；視覺疲勞性：如果顯示界面有不可容忍的鏡面效應或抖動、橫紋、閃爍、豎紋現象，或者顯示界面色彩搭配不合理，必然會給駕駛員產生視覺疲勞。④綜合控制水平，控制操作是否簡單易行；是否易于精確性控制；控制相應時間是否及時；控制力大小是否合理；按鍵靈敏度是否可接受；防差錯設施是否全面；控制器是否會偶發啟動或長時間使用后，仍能達到要求的指標。⑤布局合理性，座艙的顯示控制設備布局是否合理。

根據以上分析，可以得到任務管理與顯示控制功能子系統的評估指標體系，如圖2。

圖2 任務管理與顯示控制功能子系統效能評估指標體系

2 任務管理與顯示控制功能子系統評估指標評估方法

對任務管理與顯示控制功能子系統的功能評估，主要通過試驗進行：設計合理的試驗程序，按照試驗程序逐步進行，檢查相應的響應是否正確；對試驗過程的數據邏輯進行分析，檢查數據傳輸邏輯是否正確，檢查數據是否正確。第一層指標里，系統管理功能和數據傳輸功能相對容易判斷，因為其功能只有正確和不正確兩種結果，沒有其它級別。但人機工效的相對模糊，為了能得出定量的結果，采用層次分析法。

2.1 層次分析法介紹

層次分析法屬于專家評估法的一種，該方法的主要特征是把復雜的問題分解為若干個組成因素，將這些因素按從屬關系把最復雜的問題分解為若干個組成因素，再將因素按照從屬關系分為層次結構。專家評比時只需要對各因素進行兩兩比較，確定同一層次中諸因素的相對重要性。由于層次分析方法可以把復雜的問題表示為有序的階梯層次結構，通過定性判斷和定量計算，將經驗判斷給予量化，對決策方案進行排序，是一種定性分析和定量分析結合的決策分析方法。endprint

2.2 評估矩陣建立

以第一級指標中的人機工效為例，介紹層次分析法的應用。首先確定人機工效指標的相對重要性。假設專家評定結果如下：軟件技術先進性和設備技術先進性重要性相當，即1：1；與綜合顯示水平相比，綜合顯示水平更為重要，即分數比值為2：5；與綜合控制水平相比，綜合控制水平更為重要，為2：5；與布局合理性相比，布局合理性較為重要，即1：2；綜合顯示水平和綜合控制水平重要性相當，即1：1；綜合顯示水平和布局和理性相比，綜合顯示水平稍顯重要，即5：4，這樣可以得到人機工效指標的評估矩陣如表1所示。

表1 人機工效指標判斷矩陣

軟件技術先進性（C1） 設備技術先進性 綜合顯示

水平（C3） 綜合控制

水平（C4） 布局合理性

（C5）

（C1） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C2） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C3） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C4） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C5） 2 2 2/3 2/3 1

2.3 評估指標權值計算

1）根據層次分析法的步驟對這個5階矩陣進行解算，由上可知，矩陣參數量為5。首先計算矩陣各行乘積的1/次方數值（Zi）：

Z1=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z2=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z3=（3×3×1×1×3/2）1/5=

1.56；Z4=（3×3×1×1×3/2）1/5=1.56；Z5=（2×2×2/3×2/3×1）1/5=1.12。

2）求上述計算結果之和：W總=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5=5.68。

3）得到各參數的重要性（加權系數）：W1=Z1/W總=0.13；W2=Z2/W總=0.13；W3=Z3/W總=0.27；W4=Z4/W總=0.27；W5=Z5/W總=0.20。

2.4 一致性檢驗

為了避免出現矛盾的評價，層次分析法還需要進行一致性檢驗。具體步驟如下。

1）計算原矩陣與重要性分配值的乘積：

2）求矩陣的最大特征根：

3）決定平均隨機一致性指標（）：該指標與參數量值直接相關，具體數值如下：

3 4 5 6 7

0.58 0.90 1.12 1.24 1.32

4）求隨機一致性。如果<0.1，表明判斷矩陣有比較好的一致性，的計算公式為：=0.013<0.1，證明具有較好的一致性。

上一步只是得出了第二層指標的權值，但評估的最小單元是第三層指標，還要計算第三層指標對上一層的評價權重。計算的方法類似，只需要將底層計算的權重逐一乘以與其有關的上一層因素的權重，即可得出。得到最小評估單元的權值之后，即可邀請不同駕駛員進行打分評估，得出較為客觀的評估值。

3 小結

任務管理與顯示控制功能子系統具備的功能較多，層次分析法如果運用得當，可以得到更為客觀的評價結果。但在層次分析法的運用中，判斷矩陣是否合理是評估值是否客觀有效的最關鍵環節，為了不引入爭議，在實際的試驗過程中，應該征求設計人員、用戶、第三方人員等多位專家進行討論，得到最合理的判斷矩陣。

參考文獻

[1]朱寶鎏，朱榮昌，熊笑非.作戰飛機效能評估[M].北京：航空工業出版社，2006.

[2]劉杲靚.綜合航空電子系統效能評估研究[D].西北工業大學，2007.

[3]李全軍.綜合航空電子信息處理系統性能評估仿真建模研究[D].西北工業大學，2006.

作者簡介

李靖（1982-），女，內蒙古赤峰人，碩士生，主要從事綜合航電系統試飛技術研究。endprint

2.2 評估矩陣建立

以第一級指標中的人機工效為例，介紹層次分析法的應用。首先確定人機工效指標的相對重要性。假設專家評定結果如下：軟件技術先進性和設備技術先進性重要性相當，即1：1；與綜合顯示水平相比，綜合顯示水平更為重要，即分數比值為2：5；與綜合控制水平相比，綜合控制水平更為重要，為2：5；與布局合理性相比，布局合理性較為重要，即1：2；綜合顯示水平和綜合控制水平重要性相當，即1：1；綜合顯示水平和布局和理性相比，綜合顯示水平稍顯重要，即5：4，這樣可以得到人機工效指標的評估矩陣如表1所示。

表1 人機工效指標判斷矩陣

軟件技術先進性（C1） 設備技術先進性 綜合顯示

水平（C3） 綜合控制

水平（C4） 布局合理性

（C5）

（C1） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C2） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C3） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C4） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C5） 2 2 2/3 2/3 1

2.3 評估指標權值計算

1）根據層次分析法的步驟對這個5階矩陣進行解算，由上可知，矩陣參數量為5。首先計算矩陣各行乘積的1/次方數值（Zi）：

Z1=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z2=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z3=（3×3×1×1×3/2）1/5=

1.56；Z4=（3×3×1×1×3/2）1/5=1.56；Z5=（2×2×2/3×2/3×1）1/5=1.12。

2）求上述計算結果之和：W總=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5=5.68。

3）得到各參數的重要性（加權系數）：W1=Z1/W總=0.13；W2=Z2/W總=0.13；W3=Z3/W總=0.27；W4=Z4/W總=0.27；W5=Z5/W總=0.20。

2.4 一致性檢驗

為了避免出現矛盾的評價，層次分析法還需要進行一致性檢驗。具體步驟如下。

1）計算原矩陣與重要性分配值的乘積：

2）求矩陣的最大特征根：

3）決定平均隨機一致性指標（）：該指標與參數量值直接相關，具體數值如下：

3 4 5 6 7

0.58 0.90 1.12 1.24 1.32

4）求隨機一致性。如果<0.1，表明判斷矩陣有比較好的一致性，的計算公式為：=0.013<0.1，證明具有較好的一致性。

上一步只是得出了第二層指標的權值，但評估的最小單元是第三層指標，還要計算第三層指標對上一層的評價權重。計算的方法類似，只需要將底層計算的權重逐一乘以與其有關的上一層因素的權重，即可得出。得到最小評估單元的權值之后，即可邀請不同駕駛員進行打分評估，得出較為客觀的評估值。

3 小結

任務管理與顯示控制功能子系統具備的功能較多，層次分析法如果運用得當，可以得到更為客觀的評價結果。但在層次分析法的運用中，判斷矩陣是否合理是評估值是否客觀有效的最關鍵環節，為了不引入爭議，在實際的試驗過程中，應該征求設計人員、用戶、第三方人員等多位專家進行討論，得到最合理的判斷矩陣。

參考文獻

[1]朱寶鎏，朱榮昌，熊笑非.作戰飛機效能評估[M].北京：航空工業出版社，2006.

[2]劉杲靚.綜合航空電子系統效能評估研究[D].西北工業大學，2007.

[3]李全軍.綜合航空電子信息處理系統性能評估仿真建模研究[D].西北工業大學，2006.

作者簡介

李靖（1982-），女，內蒙古赤峰人，碩士生，主要從事綜合航電系統試飛技術研究。endprint

2.2 評估矩陣建立

以第一級指標中的人機工效為例，介紹層次分析法的應用。首先確定人機工效指標的相對重要性。假設專家評定結果如下：軟件技術先進性和設備技術先進性重要性相當，即1：1；與綜合顯示水平相比，綜合顯示水平更為重要，即分數比值為2：5；與綜合控制水平相比，綜合控制水平更為重要，為2：5；與布局合理性相比，布局合理性較為重要，即1：2；綜合顯示水平和綜合控制水平重要性相當，即1：1；綜合顯示水平和布局和理性相比，綜合顯示水平稍顯重要，即5：4，這樣可以得到人機工效指標的評估矩陣如表1所示。

表1 人機工效指標判斷矩陣

軟件技術先進性（C1） 設備技術先進性 綜合顯示

水平（C3） 綜合控制

水平（C4） 布局合理性

（C5）

（C1） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C2） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C3） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C4） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C5） 2 2 2/3 2/3 1

2.3 評估指標權值計算

1）根據層次分析法的步驟對這個5階矩陣進行解算，由上可知，矩陣參數量為5。首先計算矩陣各行乘積的1/次方數值（Zi）：

Z1=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z2=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z3=（3×3×1×1×3/2）1/5=

1.56；Z4=（3×3×1×1×3/2）1/5=1.56；Z5=（2×2×2/3×2/3×1）1/5=1.12。

2）求上述計算結果之和：W總=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5=5.68。

3）得到各參數的重要性（加權系數）：W1=Z1/W總=0.13；W2=Z2/W總=0.13；W3=Z3/W總=0.27；W4=Z4/W總=0.27；W5=Z5/W總=0.20。

2.4 一致性檢驗

為了避免出現矛盾的評價，層次分析法還需要進行一致性檢驗。具體步驟如下。

1）計算原矩陣與重要性分配值的乘積：

2）求矩陣的最大特征根：

3）決定平均隨機一致性指標（）：該指標與參數量值直接相關，具體數值如下：

3 4 5 6 7

0.58 0.90 1.12 1.24 1.32

4）求隨機一致性。如果<0.1，表明判斷矩陣有比較好的一致性，的計算公式為：=0.013<0.1，證明具有較好的一致性。

上一步只是得出了第二層指標的權值，但評估的最小單元是第三層指標，還要計算第三層指標對上一層的評價權重。計算的方法類似，只需要將底層計算的權重逐一乘以與其有關的上一層因素的權重，即可得出。得到最小評估單元的權值之后，即可邀請不同駕駛員進行打分評估，得出較為客觀的評估值。

3 小結

任務管理與顯示控制功能子系統具備的功能較多，層次分析法如果運用得當，可以得到更為客觀的評價結果。但在層次分析法的運用中，判斷矩陣是否合理是評估值是否客觀有效的最關鍵環節，為了不引入爭議，在實際的試驗過程中，應該征求設計人員、用戶、第三方人員等多位專家進行討論，得到最合理的判斷矩陣。

參考文獻

[1]朱寶鎏，朱榮昌，熊笑非.作戰飛機效能評估[M].北京：航空工業出版社，2006.

[2]劉杲靚.綜合航空電子系統效能評估研究[D].西北工業大學，2007.

[3]李全軍.綜合航空電子信息處理系統性能評估仿真建模研究[D].西北工業大學，2006.

作者簡介

李靖（1982-），女，內蒙古赤峰人，碩士生，主要從事綜合航電系統試飛技術研究。endprint