劉育欣，杜呈欣，張 彥

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

基于層次分析法的鐵路信息系統(tǒng)軟件產(chǎn)品易用性的研究

劉育欣，杜呈欣，張 彥

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

本文將國標(biāo)通用的易用性度量模型與AHP方法相結(jié)合，利用眾多決定產(chǎn)品易用的子特性構(gòu)造判斷矩陣并計算權(quán)重，根據(jù)權(quán)重值得出各子特性重要程度的先后次序，從而提出評價鐵路信息系統(tǒng)軟件產(chǎn)品易用性的方法。以某機(jī)房動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)為例，采用基于AHP的鐵路軟件產(chǎn)品易用性評價方法，通過YAAHP軟件完成該系統(tǒng)易用性評價的整個流程。

信息技術(shù)；軟件測試；AHP；易用性

目前，很多鐵路軟件供應(yīng)商僅關(guān)注系統(tǒng)功能的全面性、流程的可控性、技術(shù)的先進(jìn)性，忽略了系統(tǒng)的用戶體驗，對軟件易用性尚未引起足夠重視，這對于產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。一個良好的易用性產(chǎn)品能夠使用戶從繁瑣的工作中解脫出來，幫助用戶提高工作效率，減少后期技術(shù)支持和服務(wù)成本，提高用戶對軟件的信任程度和產(chǎn)品競爭力。

1 軟件易用性評價模型

1.1 層次分析法

AHP（Analytic Hierarchy Process）即層次分析法，是一種輔助決策工具，是將定性問題進(jìn)行定量分析的一種簡便、靈活、實用的多準(zhǔn)則決策方法。它通過在復(fù)雜問題中提取出各項關(guān)鍵因素，劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟?，使之條理化，根據(jù)對一定客觀現(xiàn)實的主觀判斷把專家意見和分析者的客觀判斷結(jié)果進(jìn)行有效結(jié)合，將處在同一層次的元素比較，比較后的重要性進(jìn)行定量描述。該方法將定性分析與定量分析相結(jié)合，靈活簡潔地處理各種決策因素，在企業(yè)管理、生產(chǎn)經(jīng)營、城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)管理、科研評價等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1.2 層次結(jié)構(gòu)

在GB/T 16260.1—2006《軟件工程 產(chǎn)品質(zhì)量 第1部分：質(zhì)量模型》中，定義了軟件產(chǎn)品外部和內(nèi)部質(zhì)量的質(zhì)量模型評價。該標(biāo)準(zhǔn)將質(zhì)量屬性分為6個特性：功能性、可靠性、易用性、效率、維護(hù)性和可移植性，并進(jìn)一步細(xì)分為若干子特性。在GB/T 16260.2—2006《軟件工程 產(chǎn)品質(zhì)量 第2部分：外部度量》中，對6個特性的外部度量方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。其中對易用性的度量模型總結(jié)如圖1所示。

圖1 軟件產(chǎn)品易用性度量模型

軟件產(chǎn)品易用性包括：易理解性（B1）、易學(xué)性（B2）、易操作性（B3）、吸引性（B4）。

1.2.1 易理解性（B1）

描述完整性（C1）：用戶使用手冊對各項功能操作方法的描述是否完整；演示的獲得性（C2）：對指導(dǎo)用戶使用該系統(tǒng)的演示程序是否簡單啟動；使用時演示的獲得性（C3）：在操作系統(tǒng)某一功能時，該功能的演示程序是否能夠簡單啟動；演示的有效性（C4）：演示程序是否可解決用戶操作過程中遇到的問題；明顯的功能（C5）：對系統(tǒng)提供的功能在操作過程中是否方便直觀；功能的易理解性（C6）：對系統(tǒng)功能的操作實現(xiàn)是否便于理解、容易操作；易理解的輸入和輸出（C7）：對用戶的輸入指令是否有容易理解的操作；對于系統(tǒng)呈現(xiàn)給用戶的結(jié)果是否容易理解并接受。

1.2.2 易學(xué)性（B2）

功能學(xué)習(xí)的難易性（C8）：用戶完成學(xué)習(xí)一項功能或一套操作流程所花費的時間；在使用中學(xué)習(xí)執(zhí)行一項任務(wù)的難易性（C9）：用戶從開始學(xué)習(xí)一項功能或一套操作流程到能夠進(jìn)行有效的操作所用的時間；用戶文檔和/或幫助機(jī)制的有效性（C10）：在閱讀用戶使用手冊或幫助文檔后，用戶能正確完成各項操作的數(shù)量與總功能數(shù)量的比例；所用的用戶文檔和幫助機(jī)制的有效性（C11）：在閱讀用戶使用手冊或幫助文檔后，用戶能正確使用各項操作的數(shù)量與總功能數(shù)量的比例；幫助的獲得性（C12）：用戶在閱讀幫助文檔過程中，能盡快定位到所需幫助的功能點的數(shù)量與總功能點總數(shù)的比例；幫助的頻率（C13）：用戶需要頻繁閱讀幫助文檔才能順利完成某一功能或流程的程度。

1.2.3 易操作性（B3）

與操作用戶的期望相符（C14）：系統(tǒng)用戶界面和功能操作的風(fēng)格一致；可控制性（C15）：用戶能否容易地糾正操作過程或及時修正在輸入數(shù)據(jù)過程中的錯誤；對執(zhí)行任務(wù)的適合性（C16）：不依靠手動填寫，用戶可選擇輸入?yún)?shù)值；自描述性（C17）：系統(tǒng)出現(xiàn)的提示信息是否易于用戶理解；操作的容錯性（C18）：用戶成功地對操作過程中的錯誤進(jìn)行糾正或恢復(fù)；對個性化的適合性（C19）：用戶為減少出錯，方便的定制操作規(guī)程模板。

1.2.4 吸引性（B4）

相互吸引（C20）：系統(tǒng)界面對用戶的吸引性，使用戶更趨向使用該系統(tǒng)；界面外觀的易定制性（C21）：界面中能夠按用戶需求定制為其滿意的外觀風(fēng)格的比例。

2 鐵路信息系統(tǒng)中的應(yīng)用評價

2.1 比較矩陣及權(quán)重

根據(jù)圖1的軟件易用性評價模型轉(zhuǎn)換成判斷矩陣后，需要確定本層次與上層次中元素重要性次序的權(quán)重值，進(jìn)而求出所有元素的重要性權(quán)重值，完成對備選方案的排序。

權(quán)重值（Wi）就是將判斷矩陣的特征向量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值，計算方法如下：

通過此方法，分別計算出權(quán)重值如表1～表5所示。

表1 A-B判斷矩陣及權(quán)重計算結(jié)果

表2 B1-C判斷矩陣及權(quán)重計算結(jié)果

表3 B2-C判斷矩陣及權(quán)重計算結(jié)果

表4 B3-C判斷矩陣及權(quán)重計算結(jié)果

表5 B4-C判斷矩陣及權(quán)重計算結(jié)果

從權(quán)重可以看出各個子項在所屬大項中的重要程度，從而決定鐵路軟件產(chǎn)品易用性的各項指標(biāo)中哪些是關(guān)鍵性的，哪些是普通的。對于軟件產(chǎn)品供應(yīng)商，可以通過這個權(quán)重的先后次序，在產(chǎn)品開發(fā)過程中有針對性地引起注意。

2.2 一致性檢驗

在處理實際問題中，由于一種事物包含眾多元素，元素之間的關(guān)系彼此關(guān)聯(lián)、相互制約、錯綜復(fù)雜，判斷者在進(jìn)行比較時容易出現(xiàn)思維邏輯混亂，使判斷帶有主觀性和片面性，所以每次比較判斷的思維完全標(biāo)準(zhǔn)、一致是不太可能的。AHP作為解決鐵路信息系統(tǒng)易用性測度的一種方法，是允許不一致性客觀存在的。而且判斷矩陣出現(xiàn)偏離一致性條件是在一個有效范圍內(nèi)的，超出這個范圍就不能真實反映對象間的關(guān)系，這個判斷矩陣就不能被接受。一致性檢驗就是決策者對構(gòu)造出的判斷矩陣是否可以被接受，用以下公式進(jìn)行評價：

其中，R.I.是隨機(jī)一致性指標(biāo)。

當(dāng)C.R.=0時，矩陣是完全一致性矩陣；C.R.＜0.1時，是滿意一致性矩陣；C.R.＞0.1時，矩陣不具備一致性。

表1～表5的一致性取值分別為：0.044 4，0.027 8，0.065 8，0.085 2，0.0。均通過一致性檢驗。

3 模型應(yīng)用

3.1 YAAHP簡介

YAAHP是一款層次分析法輔助軟件，為使用層次分析法的決策過程提供模型構(gòu)造、計算和分析等方面的幫助。軟件通過繪制層次結(jié)構(gòu)模型、錄入判斷矩陣數(shù)值兩個基本功能，自動生成分析結(jié)果。分析結(jié)果包括決策目標(biāo)以及各候選方案的權(quán)重，為輔助決策提供依據(jù)。

3.2 應(yīng)用

3.2.1 系統(tǒng)簡介

現(xiàn)對鐵路機(jī)房普遍應(yīng)用的某款動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行軟件產(chǎn)品易用性分析。該產(chǎn)品主要功能對機(jī)房內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和報警信息顯示，包括UPS、空調(diào)、溫濕度、門磁、玻璃破碎、水浸、紅外、煙感、雙路市電、蓄電池單體和蓄電池組。系統(tǒng)分5個功能模塊：實時監(jiān)控、告警信息、視頻監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理。下面使用YAAHP對該系統(tǒng)和5個功能模塊進(jìn)行易用性分析。

3.2.2 YAAHP應(yīng)用

（1）通過軟件產(chǎn)品易用性度量模型及系統(tǒng)功能模塊，建立該機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型。

圖2 5個模塊在YAAHP中定義的易用性模型

從圖2中可看出，層次結(jié)構(gòu)模型分3部分，分別是決策目標(biāo)、中間層要素和備選方案?！澳硻C(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)易用性”是本模型最終要得到的結(jié)論，為決策目標(biāo)；本文前面已經(jīng)分析過的易用性模型為中間層要素，是衡量系統(tǒng)易用性的手段；圖3將系統(tǒng)5個模塊作為備選方案，通過對這5個模塊分別進(jìn)行分析，從而得到整個系統(tǒng)的易用性指標(biāo)。

圖3 判斷矩陣數(shù)據(jù)錄入界面

在決策者將該系統(tǒng)的層次模型劃分完整且無誤后，系統(tǒng)自動激活“判斷矩陣”功能，可繼續(xù)進(jìn)行下一步操作。

（2）根據(jù)生成的判斷矩陣，依次輸入比較數(shù)據(jù)。

通過拖動滾動條或直接鍵入方式完成各個層次之間比較數(shù)據(jù)的錄入。在輸入數(shù)據(jù)時，軟件能隨著數(shù)據(jù)變化實時顯示矩陣的一致性判斷結(jié)果，并提供不一致判斷矩陣自動修正功能。

（3）自動進(jìn)行權(quán)重計算，并顯示結(jié)果?？勺詣油瓿筛鱾€層次間的權(quán)重計算，通過所得的顯示界面查看中間計算數(shù)據(jù)以及最終計算結(jié)果。系統(tǒng)還可以根據(jù)層次模型和設(shè)定文本自動生成調(diào)查表，不做或稍作修改就能向?qū)＜曳职l(fā)。

（4）由專家進(jìn)行各模塊的打分后，系統(tǒng)計算最終加權(quán)得分，界面如圖4所示。

通過對這5個模塊的專家打分，并結(jié)合之前得出的權(quán)重值，得出最終該產(chǎn)品的加權(quán)得分，即該機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)總體易用性取值。

圖4 加權(quán)得分界面

3.3 使用結(jié)論

利用YAAHP軟件進(jìn)行軟件易用性分析，可簡單快速地生成比較矩陣并計算權(quán)重，最后以生成調(diào)查問卷的形式分發(fā)給專家。通過直觀的模型編輯功能，用戶能夠把注意力集中在決策問題上并方便地修正層次模型，為思路持續(xù)不斷的整理、完善提供幫助。同時它的群決策功能可以對眾多專家打分進(jìn)行管理，系統(tǒng)能夠管理參與決策的專家信息以及提供決策數(shù)據(jù)，并計算最終結(jié)果，完成易用性評價的整個過程。

YAAHP系統(tǒng)使用簡便，評價結(jié)果快速、直觀。這個方法可以擴(kuò)展到其它鐵路信息系統(tǒng)軟件產(chǎn)品的易用性評價上，還可以擴(kuò)展到比較多個同類產(chǎn)品的易用性評價上。

4 結(jié)束語

本文提出了一個模型及該模型在現(xiàn)實軟件產(chǎn)品中的應(yīng)用。對產(chǎn)品易用性的衡量要根據(jù)不同系統(tǒng)的使用范圍和用戶特點來評判。此外，由于層次分析法從建立模型到給出比較矩陣，均依賴判斷者的主觀決策，即人的主觀因素對全過程的影響很大。一旦判斷誤差可能造成最終決策目標(biāo)的失誤或偏離，這就使得其結(jié)果難以讓所有決策者接受。所以在進(jìn)行建模和兩兩元素比較的過程中，要集合多名業(yè)內(nèi)專家進(jìn)行用戶群體判斷。例如，為得到可靠的結(jié)果，要求必須使用至少6～8名業(yè)內(nèi)專家的判斷樣本，在專家進(jìn)行判斷時不宜得到任何提示或外來輔助。同時對于龐大和復(fù)雜的問題，建議與其它決策方法結(jié)合處理，其目標(biāo)結(jié)果會更趨于科學(xué)化和合理化。

[1] 張炳江. 層次分析法及其應(yīng)用案例[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[2] 趙 倩，張 璇，王黎霞，等. 基于模糊層次分析法的軟件易用性過程綜合評價方法[J]. 計算機(jī)應(yīng)用研究， 2013，30（9）.

[3]朱 潔， 張旸旸.《系統(tǒng)與軟件易用性》國家標(biāo)準(zhǔn)解讀[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2009（8）.

[4]黃 杰，呂玉鵬，郭書杰. 解決軟件產(chǎn)品易用性問題的方法思考[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（2）.

[5] 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部. GB/T 16260.1—2006 軟件工程 產(chǎn)品質(zhì)量 第1部分：質(zhì)量模型[S]. 2006.

[6] 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部. GB/T 16260.2—2006 軟件工程產(chǎn)品質(zhì)量 第2部分：外部度量[S]. 2006.

責(zé)任編輯 陳 蓉

Usability of railway information system software based on AHP

LIU Yuxin, DU Chengxin, ZHANG Yan
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

Nowadays, software solutions of railway information system were paid attention mainly with comprehensive function, process control, and advanced techniques, ignoring the usability. Regarding to the markets feedback, it was obviously essential to satisfy user experience by client oriented products designed more precisely and accurately. Herein the article proposed a method to evaluate the usability of railway information system software by the combination of the international standard usability measurement model and AHP. The sub-feature of determining the usability of solutions was used to construct the judgment matrix, and calculate its weight, according to the weight value, the precedence of important degree was made. Taking an existing Power Supply and Environment Centralized Monitory System as an example, based on the proposed method, the usability was evaluated by YAAHP.

information technology; software testing; AHP; usability of software

U285∶TP39

A

1005-8451（2015）04-0014-05

2014-09-25

劉育欣，助理研究員；杜呈欣，助理研究員。