基于AHP—熵权法的工控系统人机界面综合评价

肖俊

摘 要：针对软件人机界面可用性设计，构建多层次人机界面综合评价指标体系。结合AHP主观评价和熵权法客观评价方法，建立指标体系综合评价模型，实现主客观评价的集成。并以某设备控制系统操作界面为例，对其进行人机界面综合评价。

關键词：评价；人机界面；AHP；熵权法

引言

人机界面（Human-Computer Interface，HCI）是用户与机器之间进行交互操作和传递信息的主要媒介。传统的人机界面主要是指人与硬件设备进行交互的界面，但随着计算机技术的发展和图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）的出现，人机界面的研究范畴已经扩展到人与软件交互的界面（如图1）。近年来，基于触屏技术的软件界面操作面板已经广泛用于自动化机械设备的操作控制系统中，并逐步取代传统的仪表按键式硬件操作面板。因此，开展工控系统人机界面的评价研究，对于提高自动化设备的操作效率、减少认知负荷、避免人因失误，都有着重要意义。

1 软件人机界面评价模型的构建

1.1 评价指标体系

根据软件界面涉及的内容和ISO 9241中关于界面要素设计的指导性意见，可将评价目标按照信息本身、信息与用户、信息与信息的内在逻辑关系，划分为界面内容、交互性、导航与链接，构成评价体系的准则层。为提高评价结果的准确性和全面性，再依次将准则层按照其构成因素进一步细分为底层评价指标，构成评价体系的因素层。工控系统人机界面评价指标体系见图2。

1.2 评价指标权重的确定

1.2.1 AHP权重的确定

层次分析法（Analytic Hierachy Process，AHP）是美国匹兹堡大学教授Saaty提出的一种将复杂问题分解为层次结构，进而定性分析评价的主观赋权方法。该方法引入1-9级重要性比率标度，采用两两比较的方式，将各影响因素的重要性通过模糊判断矩阵进行量化（见表1）。9级判断数量的限度是由人脑记忆的限度而非感觉限度决定。Miller用“神奇的数字7±2”作为人们一维绝对判断的典型范围，说明人有能力区分5-9级之间的差异，保证了AHP中1-9级重要性比率标度划分的合理性和科学性。

同时，借助于矩阵分析工具，对判断矩阵进行一致性检验，以确保判断思维的一致性和连贯性，避免产生判断逻辑的混乱，从而对评价对象进行权重分配。

AHP权重计算过程如下：

（1）根据评价指标体系建立各层级内比较判断矩阵

（2）各指标权重计算

1.2.2 熵权法权重的确定

在信息论中，信息熵是测度一个系统不确定性的量。某项评价指标的指标值变异程度越大，信息熵越小，該指标提供的参考价值越大，权重越大；反之，评价指标的指标值变异程度越小，信息熵越大，说明该指标提供的信息越小，权重也就越小。因此，熵值法的具体过程如下：

2.2.3 综合权重的确定

2 工控系统人机界面评价实例

2.1 确定评价指标权重

邀请8名从事人机界面设计与评价的人员组成专家组，随机平均分成两组，按照图2所列评价指标：一组通过AHP对各层级进行重要性标级；另一组通过熵权法以百分制方式对指标进行权值计算，分值越高，说明该因素对上一层级的影响因子越大。

（1）AHP权重的计算

根据评分结果，说明界面内容处于良好水平。同理可得交互性、导航与链接的人机界面设计综合得分。

3 结语

（1）根据软件人机界面特点建立的综合评价指标体系，能较为全面、客观的反映软件人机界面可用性的影响因素，提高了评价结果的合理性和全面性。

（2）集成AHP-熵权法的综合权重评价方法，在充分考虑专家经验的基础上，实现了定性与定量评价的结合，进一步提高了权重系数的准确性和科学性。

（3）依据评价结果，可有针对性的对系统界面中存在的不足进行优化，提高控制系统的可用性水平。

参考文献：

[1] 罗仕鉴，朱上上，孙守迁. 人机界面设计. 北京：机械工业出版社，2006.

[2] Jeff S， James R. L.著.用户体验度量. 殷文婧，徐沙，杨晨燕等译. 北京：机械工业出版社，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. 系统工程概论. 北京：科学出版社，2007.

[5] 颜声远，张志俭，陈乃巨等. 基于人因指数的人机界面评价. 人类工效学，2004，10（4）：26-30.