基于AHP—熵權法的工控系統人機界面綜合評價

肖俊

摘 要：針對軟件人機界面可用性設計，構建多層次人機界面綜合評價指標體系。結合AHP主觀評價和熵權法客觀評價方法，建立指標體系綜合評價模型，實現主客觀評價的集成。并以某設備控制系統操作界面為例，對其進行人機界面綜合評價。

關鍵詞：評價；人機界面；AHP；熵權法

引言

人機界面（Human-Computer Interface，HCI）是用戶與機器之間進行交互操作和傳遞信息的主要媒介。傳統的人機界面主要是指人與硬件設備進行交互的界面，但隨著計算機技術的發展和圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）的出現，人機界面的研究范疇已經擴展到人與軟件交互的界面（如圖1）。近年來，基于觸屏技術的軟件界面操作面板已經廣泛用于自動化機械設備的操作控制系統中，并逐步取代傳統的儀表按鍵式硬件操作面板。因此，開展工控系統人機界面的評價研究，對于提高自動化設備的操作效率、減少認知負荷、避免人因失誤，都有著重要意義。

1 軟件人機界面評價模型的構建

1.1 評價指標體系

根據軟件界面涉及的內容和ISO 9241中關于界面要素設計的指導性意見，可將評價目標按照信息本身、信息與用戶、信息與信息的內在邏輯關系，劃分為界面內容、交互性、導航與鏈接，構成評價體系的準則層。為提高評價結果的準確性和全面性，再依次將準則層按照其構成因素進一步細分為底層評價指標，構成評價體系的因素層。工控系統人機界面評價指標體系見圖2。

1.2 評價指標權重的確定

1.2.1 AHP權重的確定

層次分析法（Analytic Hierachy Process，AHP）是美國匹茲堡大學教授Saaty提出的一種將復雜問題分解為層次結構，進而定性分析評價的主觀賦權方法。該方法引入1-9級重要性比率標度，采用兩兩比較的方式，將各影響因素的重要性通過模糊判斷矩陣進行量化（見表1）。9級判斷數量的限度是由人腦記憶的限度而非感覺限度決定。Miller用“神奇的數字7±2”作為人們一維絕對判斷的典型范圍，說明人有能力區分5-9級之間的差異，保證了AHP中1-9級重要性比率標度劃分的合理性和科學性。

同時，借助于矩陣分析工具，對判斷矩陣進行一致性檢驗，以確保判斷思維的一致性和連貫性，避免產生判斷邏輯的混亂，從而對評價對象進行權重分配。

AHP權重計算過程如下：

（1）根據評價指標體系建立各層級內比較判斷矩陣

（2）各指標權重計算

1.2.2 熵權法權重的確定

在信息論中，信息熵是測度一個系統不確定性的量。某項評價指標的指標值變異程度越大，信息熵越小，該指標提供的參考價值越大，權重越大；反之，評價指標的指標值變異程度越小，信息熵越大，說明該指標提供的信息越小，權重也就越小。因此，熵值法的具體過程如下：

2.2.3 綜合權重的確定

2 工控系統人機界面評價實例

2.1 確定評價指標權重

邀請8名從事人機界面設計與評價的人員組成專家組，隨機平均分成兩組，按照圖2所列評價指標：一組通過AHP對各層級進行重要性標級；另一組通過熵權法以百分制方式對指標進行權值計算，分值越高，說明該因素對上一層級的影響因子越大。

（1）AHP權重的計算

根據評分結果，說明界面內容處于良好水平。同理可得交互性、導航與鏈接的人機界面設計綜合得分。

3 結語

（1）根據軟件人機界面特點建立的綜合評價指標體系，能較為全面、客觀的反映軟件人機界面可用性的影響因素，提高了評價結果的合理性和全面性。

（2）集成AHP-熵權法的綜合權重評價方法，在充分考慮專家經驗的基礎上，實現了定性與定量評價的結合，進一步提高了權重系數的準確性和科學性。

（3）依據評價結果，可有針對性的對系統界面中存在的不足進行優化，提高控制系統的可用性水平。

參考文獻：

[1] 羅仕鑒，朱上上，孫守遷. 人機界面設計. 北京：機械工業出版社，2006.

[2] Jeff S， James R. L.著.用戶體驗度量. 殷文婧，徐沙，楊晨燕等譯. 北京：機械工業出版社，2014.

[3] Miller G. The magical number seven， plus or minus two： Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review， 1956：56， 81-97.

[4] 周德群. 系統工程概論. 北京：科學出版社，2007.

[5] 顏聲遠，張志儉，陳乃巨等. 基于人因指數的人機界面評價. 人類工效學，2004，10（4）：26-30.