基于組合賦權(quán)的配送機器人軟件易用性評估*

黃文財，鐘遠生※，朱曉鵬，蔣美玲

（1.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，廣州 510670；2.國家市場監(jiān)管重點實驗室（智能機器人安全），廣州 510670；3.廣州賽特智能科技有限公司，廣州 510670）

0 引言

配送機器人是一種智能化、全天候高負荷工作、為物流系統(tǒng)最后一環(huán)配送提供解決方案的人工智能機器人[1]，其基于高精度定位導航系統(tǒng)與感知避障系統(tǒng)，安全高效地執(zhí)行物資配送工作[2-3]。配送機器人與用戶交互頻繁[4-5]，因此，以用戶體驗水平為中心，提高配送機器人易學習、易操作、易理解等特性可更好地適應(yīng)用戶需求，配送機器人軟件作為配送機器人、用戶的交互反饋的橋梁，其軟件易用性可直觀反映用戶對機器人功能易用、軟件質(zhì)量的體驗效果。

評估配送機器人軟件易用性的意義有:（1）驗證配送機器人軟件產(chǎn)品被學習、理解、操作和吸引用戶的能力[6]，綜合評判該軟件易理解性、易學習性和易操作性等特性[7]是否符合用戶所需求的程度；（2）定位配送機器人軟件易用性缺陷，通過評估找出用戶對該軟件不滿意的不足和缺陷，為改善該軟件易用性提供依據(jù)；（3）配送機器人軟件易用性評估是動態(tài)過程，通過多次評估、不斷修改、提高用戶對該軟件的理解、學習和操作的滿意度[8]，達到配送機器人軟件易用性的不斷調(diào)優(yōu)。因此，評估配送機器人軟件的可辨識性、易學性、易操作性、消息易理解性、用戶界面舒適性等易用性等特性具有重要意義，然而，當前配送機器人軟件易用性評估依然存在缺乏配送機器人軟件易用性評估的針對性的問題，當前機器人更傾向于安全性[9-11]和可靠性[12-14]的評估，缺乏針對用戶滿意度的軟件易用性評價，而易用性評估只考慮純軟件的組成[6-8,15]，并沒有考慮配送機器人軟件的軟、硬件結(jié)合的適應(yīng)性和契合性。

為了提高配送機器人軟件易用性評估的合理性和科學性，應(yīng)確保契合的評估方法被應(yīng)用。目前評估方法有基于專家偏好層次分析法、專家調(diào)查法、關(guān)聯(lián)矩陣法等主觀賦權(quán)法，有基于實際測量數(shù)據(jù)的熵值法、變異系數(shù)法、粗糙集理論法等客觀賦權(quán)法。然而，無論根據(jù)決策人對各屬性的偏好確定權(quán)重，但脫離實際數(shù)據(jù)，缺乏科學性的主觀賦權(quán)法，還是根據(jù)評價對象本身的數(shù)據(jù)信息確定權(quán)重，但缺乏相關(guān)經(jīng)驗知識考慮的客觀賦權(quán)法[16]，都具有片面性，為了融合主客觀的優(yōu)點[17]，采用組合賦權(quán)法[18-20]，既考慮專家的經(jīng)驗知識，又保留數(shù)據(jù)的嚴謹性。

本文設(shè)計一種基于組合賦權(quán)法的配送機器人軟件易用性評估方法，可綜合評估配送機器人軟件易用性能力。首先，通過構(gòu)建機器人軟件的易學性、易操作性、用戶界面舒適性、易訪問性、易理解性等指標，綜合考慮機器人的軟硬件結(jié)合；其次，通過主觀賦權(quán)法保證軟件易用性評估的合理性和采用客觀賦權(quán)法確保評估的科學性，再采用組合賦權(quán)法克服主客觀單一賦權(quán)的局限，合理、科學評估配送機器人軟件易用性。

1 基于組合權(quán)重的配送機器人軟件易用性評估

1.1 評估指標

良好的配送機器人軟件易用性產(chǎn)品能夠?qū)⒂脩魪呐渌蜋C器人的權(quán)限管理、智能配送、物品存取等繁瑣功能工作中解脫出來，幫助用戶提高工作效率。然而當前缺乏配送機器人軟件易用性評估的針對性，因此，構(gòu)建機器人軟件的可辨識性、易學性、易操作性、用戶差錯防御性、用戶界面舒適性、易訪問性、易理解性等7 個指標，用于評估機器人軟件易用性。易用性的7 個指標及其標識如下所述。

（1）可辨識性C1

用戶首次使用該機器人軟件，應(yīng)能確認該軟件符合其物品配送、訂單調(diào)度等功能需求，用戶可通過用戶文檔、演示、教程識別配送機器人的軟件功能能力。

（2）易學性C2

用戶基于幫助機制（接口、幫助功能或用戶文檔集等方法）能夠容易學習配送機器人軟件的智能配送、訂單調(diào)度、物品存儲等功能。

（3）易操作性C3

執(zhí)行配送機器人軟件某一特定功能時，用戶可借助用戶文檔、提示信息，簡單、易控制地實現(xiàn)該機器人配送物品完整流程和功能的定制操作。

（4）用戶差錯防御性C4

在配送機器人軟件上執(zhí)行具有嚴重后果的刪除、覆蓋、修改等操作時，該操作應(yīng)提供提示信息或者可逆該操作，在訂單配送錯誤、誤拿等消息應(yīng)基于軟件指明改正差錯方法或報告差錯指定人員。

（5）用戶界面舒適性C5

軟件應(yīng)采取不同顏色、自然的圖形化設(shè)計界面，搭配配送機器人的外觀和類型，使用戶感覺愉悅和滿意。

（6）易訪問性C6

軟件系統(tǒng)應(yīng)支持多種不同語言，方便母語不同的用戶容易訪問并完成指定任務(wù)。

（7）易理解性C7

軟件的確認、刪除、修改訂單的信息提醒、請求避讓、發(fā)出差錯警告、出錯信息提醒等軟件信息應(yīng)具備用戶易于理解的形式。

1.2 評價方法

本文采用層次分析法考慮專家主觀的經(jīng)驗和知識，以主觀賦權(quán)保證權(quán)重賦值的合理性，再采用客觀賦權(quán)法，以歷史實際測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于熵權(quán)法從數(shù)據(jù)本身獲取權(quán)重，確保權(quán)重的科學性，再采用組合賦權(quán)法，綜合考量專家的主觀賦權(quán)和數(shù)據(jù)的客觀賦權(quán)。

1.2.1 主觀賦權(quán)計算

考慮配送機器人軟件易用性在不同指標中相對而言會有所傾斜，基于專家經(jīng)驗和知識的主觀賦權(quán)法保證權(quán)重賦值的合理性是必要的，本文采用層次分析法作為主觀賦權(quán)法。層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的主觀賦權(quán)的方法。常被運用于多目標、多準則、多要素、多層次的非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜賦權(quán)問題，具有十分廣泛的實用性。用層次分析法賦權(quán)的步驟如下。

（1）構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型。將配送機器人軟件易用性評估結(jié)構(gòu)模型分為2 個層次進行數(shù)據(jù)計算，包括目標層和指標層。

（2）創(chuàng)建成對判斷矩陣，采用1～9標度方法（表1），基于易用性指標相對重要性的比較，創(chuàng)建兩兩相互比較的成對判斷矩陣A=（aij）n×n。

表1 判斷1～9標度及其含義

（3）計算權(quán)重，將成對判斷矩陣A按行相乘得到列向量，并將其每個分量開n次方后，歸一化處理，得到權(quán)重如式（1）所示。

（4）檢驗一致性，計算用于衡量A與其特征矩陣的偏離程度的一致性指標，并查找對應(yīng)的平均隨機一致性指標，從而計算一致性比例CR，若CR ＜0.1，則認為成對判斷矩陣A的一致性通過；否則需要對成對判斷矩陣A進行修正。

1.2.2 客觀權(quán)重計算

由于層次分析法的主觀性太強，成對判斷矩陣A的確定依賴于專家的經(jīng)驗和知識，主觀判斷容易影響結(jié)果，引入熵權(quán)法，基于客觀數(shù)據(jù)更加客觀地計算權(quán)重。熵權(quán)法基于度量不確定性來計算權(quán)重，若確定性高，則熵越大，其所包含的信息量越大，對應(yīng)的權(quán)重則越高，同理若不確定性小，則熵越小，其所包含的信息量越小，對應(yīng)的權(quán)重則越低。其計算步驟如下。

（1）計算概率矩陣p

式中：Zij為標準化矩陣。

（2）計算每個指標的信息熵e

（3）計算權(quán)重

先計算信息效用值，再進行歸一化后即為權(quán)重，其計算公式為：

1.2.3 組合賦權(quán)計算

為了克服單一賦權(quán)的局限性，采用組合賦權(quán)法，既考慮主觀權(quán)重法的合理性，又考慮客觀賦權(quán)的科學性[21]。

2 配送機器人軟件易用性等級評估

2.1 等級劃分

根據(jù)配送機器人軟件滿足用戶對其易用性的程度，構(gòu)建多個等級區(qū)間描述軟件易用性綜合評分的等級劃分，包括極其不合格、不合格、合格、良好、優(yōu)秀5 個評估等級，如表2所示。

表2 配送機器人軟件易用性評估等級劃分

2.2 等級的評估

配送機器人軟件易用性等級評估要綜合指標的評估分數(shù)和該指標賦權(quán)的權(quán)重，其計算公式為：

式中：Aji為該配送機器人軟件易用性等級評估的第j個指標評估分數(shù)；Wj為對應(yīng)第j個指標的組合賦權(quán)法計算的權(quán)重。

3 系統(tǒng)驗證

選取廣州某智能實驗室配送機器人為例，該機器人是實驗室智能配送整體解決方案的智能終端設(shè)備，該機器人具備導航避障，開箱安全驗證、實驗室物流智能調(diào)度等功能，且該機器人人機界面友好、流程設(shè)計合理、層次清晰、直觀明了、操作簡便且符合用戶習慣的特點，具有較好的辨識性，且給用戶帶來清新愉快的體驗。

權(quán)重的計算；通過式（1）計算主觀權(quán)重，式（2）～（5）計算客觀賦權(quán)權(quán)重，再根據(jù)式（6）計算組合權(quán)重，其結(jié)果如表3 所示，將其繪制成折線圖，如圖1 所示。由圖可知，組合賦權(quán)（圖中紅線）在主觀和客觀賦權(quán)曲線之間，其綜合考慮了主觀權(quán)重和客觀權(quán)重。

圖1 主客觀賦權(quán)法、組合賦權(quán)法對比曲線圖

表3 指標的主客觀及組合權(quán)重值

為了提高測試數(shù)據(jù)的可信度，邀請5位專家基于自身的經(jīng)驗和知識，根據(jù)易用性指標符合軟件易用性的程度越高則評分分數(shù)越高的原則給指標評分，其評分結(jié)果如表4所示，由于專家的經(jīng)驗和專業(yè)性，該評分結(jié)果具有合理性。

表4 專家評分結(jié)果

以5 位專家評分的平均分作為最終的評分結(jié)果，再結(jié)合組合賦權(quán)獲取的權(quán)重，最后的結(jié)果為8.766，結(jié)合表2，根據(jù)最大隸屬度原則，其對應(yīng)的軟件易用性等級為良好（R4），在學習、理解、操作和吸引用戶的能力上滿足用戶的需求，該結(jié)果與預(yù)案評審結(jié)果一致，說明基于組合賦權(quán)法的配送機器人軟件易用性評估方法具有合理性。

4 結(jié)束語

配送機器人軟件易用性評估可度量該軟件滿足用戶預(yù)期的程度，為改善配送機器人軟件易用性、實現(xiàn)軟件調(diào)優(yōu)提供依據(jù)；通過構(gòu)建機器人軟件的易學性、易操作性、用戶界面舒適性、易訪問性、易理解性等指標，克服當前缺乏配送機器人軟件易用性評估的針對性的問題，為評估機器人易用性提高指標支撐。通過組合賦權(quán)法不僅克服單一賦權(quán)的局限，并綜合考慮主觀賦權(quán)法的合理性和客觀賦權(quán)法的科學性，也為配送機器人軟件易用性評估方法提供新的方案；本文構(gòu)建的配送機器人軟件易用性評估方法的結(jié)果表明具有良好的適用性，為軟件易用性評估的評估提供了技術(shù)支撐。