房燦新,楊望燦

(解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066001)

0 引 言

人機(jī)工效也稱人因工程,以人、機(jī)、使用環(huán)境等為研究對(duì)象,將人的生理學(xué)、解剖學(xué)、生物力學(xué)、心理學(xué)等跨學(xué)科知識(shí)應(yīng)用于武器裝備的設(shè)計(jì),使人的行為及精神特征與各種作戰(zhàn)使用要求相適應(yīng),以提高武器裝備整體的作戰(zhàn)效能與作戰(zhàn)適用性,并最大程度滿足部隊(duì)指戰(zhàn)員的身心健康以及作戰(zhàn)、訓(xùn)練的舒適度[1-2]。開展人機(jī)工效試驗(yàn)、進(jìn)行人機(jī)工效評(píng)價(jià),是武器裝備定型試驗(yàn)的最新要求。人機(jī)工效評(píng)估報(bào)告,成為武器裝備定型系列文件不可或缺的組成部分。在高強(qiáng)度(大縱深、長戰(zhàn)時(shí)、高威脅、快節(jié)奏、進(jìn)程緊迫、電磁環(huán)境復(fù)雜等)實(shí)戰(zhàn)對(duì)抗條件下,電子信息裝備能否滿足不同場(chǎng)景中人機(jī)工程方面的作戰(zhàn)適用要求,是電子信息系統(tǒng)定型試驗(yàn)中必須要客觀評(píng)價(jià)的問題[3-4]。

1 電子信息裝備人機(jī)工效試驗(yàn)需求

電子信息裝備區(qū)別于飛行駕駛、機(jī)械動(dòng)力以及火力操控等其它較為復(fù)雜的武器裝備,其人機(jī)工效評(píng)價(jià)方面有著獨(dú)特的技術(shù)要求。電子信息裝備的主要任務(wù)更多集中在電子信息的獲取、處理、分發(fā)及綜合利用等方面(包括更順暢地與人的感知、認(rèn)知與意識(shí)相交合)。例如,艦載電子對(duì)抗系統(tǒng)旨在監(jiān)視?？窄h(huán)境電磁態(tài)勢(shì),測(cè)量、分選通信、光電及雷達(dá)參數(shù)后進(jìn)行必要的輻射源個(gè)體識(shí)別(SEI)、威脅判斷及告警,然后在艦艇作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)或自主控制條件下,運(yùn)用舷外、舷內(nèi)的無源/有源電子對(duì)抗設(shè)備,遂行艦艇自防御或遠(yuǎn)程防空與信息作戰(zhàn)。電子信息裝備人機(jī)工效的信息特征更為明顯,機(jī)械特征相對(duì)弱化。在電子信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天,如何在信息化、智能化裝備之中賦予武器裝備更多的人性化品質(zhì),是電子信息裝備人機(jī)工效的新挑戰(zhàn)。

依據(jù)作戰(zhàn)試驗(yàn)相關(guān)法規(guī)要求,“人”是指具有正常裝備操控能力、經(jīng)訓(xùn)練達(dá)標(biāo)考核后的指戰(zhàn)員。作戰(zhàn)試驗(yàn)需要“人”操作裝備,但是一般不把“人”單獨(dú)作為試驗(yàn)的考核對(duì)象,而是將人的生理、心理真實(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)作為裝備人機(jī)工效的客觀證據(jù)和評(píng)價(jià)信息來源?！皺C(jī)”是指人所操作控制的電子信息裝備,包括裝備組成、功能性能、硬件狀態(tài)、軟件版本以及通用技術(shù)要求等等。“環(huán)”是指人、機(jī)共配共用的特定工作場(chǎng)所和使用條件,例如溫濕度、照明、噪音、氣象水文、地貌特征等環(huán)境因素。電子信息裝備人機(jī)工效關(guān)系如圖1所示。

圖1 電子信息裝備人機(jī)工效關(guān)系

電子信息裝備的研制應(yīng)當(dāng)滿足人的基本需求和裝備的作戰(zhàn)使用要求,具體就是指相關(guān)法規(guī)、國軍標(biāo)所規(guī)定的人機(jī)工效要求,研制總要求、試驗(yàn)總案所明確規(guī)定的人機(jī)工效要求,以及一些隱含的作戰(zhàn)使用要求;以達(dá)到“人劍合一”的目的,使武器裝備系統(tǒng)的工效和人的安全、健康與舒適相互協(xié)調(diào)、順暢。

2 電子信息裝備人機(jī)工效試驗(yàn)內(nèi)容

電子信息裝備人機(jī)工效試驗(yàn)可視為作戰(zhàn)試驗(yàn)中的一個(gè)獨(dú)立分支,而電子信息裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)是在近似實(shí)戰(zhàn)環(huán)境條件下,對(duì)裝備作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)適用性等進(jìn)行考核與評(píng)估,檢驗(yàn)裝備完成規(guī)定作戰(zhàn)任務(wù)的適用條件和滿足度(含有人的滿足程度)[5-6]。

當(dāng)前,人機(jī)工效試驗(yàn)在武器裝備性能鑒定、列裝定型等相關(guān)工作中還處于起步探索階段。因此,人機(jī)工效試驗(yàn)項(xiàng)目、考核指標(biāo)的選取,應(yīng)本著考核評(píng)估電子信息裝備使用者在作戰(zhàn)、訓(xùn)練過程之中提高電子信息裝備應(yīng)用效能和增進(jìn)作戰(zhàn)、訓(xùn)練效率(包括便捷性、友好型、容錯(cuò)性),在符合人體解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等綜合特性的前提下,評(píng)估電子信息裝備實(shí)現(xiàn)“人”的價(jià)值以獲得良好用裝體驗(yàn)的綜合人機(jī)工效水準(zhǔn),達(dá)到增進(jìn)電子信息裝備積極因素(安全性、舒適性、工作滿意度等),降低其消極因素(焦慮煩躁、疲勞厭倦、事故隱患等)的試驗(yàn)?zāi)康?。試?yàn)項(xiàng)目及評(píng)估指標(biāo)宜全面準(zhǔn)確、簡明規(guī)范、實(shí)用可行,而不必過多追求人機(jī)工效試驗(yàn)設(shè)計(jì)及評(píng)估技術(shù)的復(fù)雜度。

針對(duì)電子信息裝備的技術(shù)特點(diǎn),人機(jī)工效試驗(yàn)一般可主要進(jìn)行以下6類試驗(yàn)項(xiàng)目:

(1) 人裝結(jié)合綜合評(píng)估類。從總體層次上考核評(píng)估電子信息裝備是否滿足作戰(zhàn)使用要求,信息的獲取(人工與自動(dòng)分類、擁塞控制、容錯(cuò)設(shè)計(jì))、顯示(顯示內(nèi)容、方式、主備關(guān)系、消隱關(guān)系)、處理及綜合運(yùn)用(顯控組合、界面配置、操作邏輯、控制關(guān)系)的人機(jī)功能是否健全齊備,是否符合裝備操控的安全性、舒適性基本規(guī)范,是否符合研制總要求在人機(jī)工效方面的所有功能要求和性能規(guī)格。

(2) 人-環(huán)交互評(píng)估類?？己嗽u(píng)估電子信息裝備是否滿足高寒、丘陵等地域使用特點(diǎn),水文氣象及特殊海情使用要求,車、艙室內(nèi)顏色和照度要求,車、艙噪聲范圍,主觀感知噪聲要求,電磁輻射測(cè)量閾值是否滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求等。

(3) 人-機(jī)(硬件)關(guān)系評(píng)估類?？己嗽u(píng)估電子信息裝備的硬件人機(jī)交互在狀態(tài)指示清晰性、視覺信號(hào)可達(dá)性、信息可辨識(shí)性和操作便捷性(觸摸屏觸感)以及防止意外操縱的安全性等。

(4) 人-機(jī)(軟件)關(guān)系評(píng)估類。這是人機(jī)電子信息裝備類的重點(diǎn)考核評(píng)估內(nèi)容,主要檢驗(yàn)人機(jī)界面中的屏幕布局、系統(tǒng)信息、顯示要素、交互能力、引導(dǎo)幫助、系統(tǒng)能力等,達(dá)到人適應(yīng)軟件、軟件適應(yīng)人的目的。

(5) 人-人關(guān)系評(píng)估類。評(píng)價(jià)戰(zhàn)位設(shè)置是否合理、戰(zhàn)位之間工作關(guān)系是否協(xié)調(diào),在體系作戰(zhàn)、編隊(duì)作戰(zhàn)、單元作戰(zhàn)中,各類層級(jí)的指揮關(guān)系是否順暢,指揮端與操作端、操作端的各操作員之間作業(yè)是否免于競爭性沖突。

(6) 任務(wù)工效評(píng)估類。根據(jù)電子信息裝備任務(wù)剖面,對(duì)完成通信、導(dǎo)航、偵察、探測(cè)、干擾、指揮控制和戰(zhàn)術(shù)決策等各類作戰(zhàn)任務(wù)工效進(jìn)行統(tǒng)計(jì)類分析,評(píng)估任務(wù)完成的時(shí)間、總量、質(zhì)效。

3 電子信息裝備人機(jī)工效評(píng)估方法

國內(nèi)外對(duì)武器裝備作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性的評(píng)估方法研究比較深入規(guī)范,評(píng)估效果各有優(yōu)缺短長[5-6],但是對(duì)人機(jī)工效的研究還處于起步發(fā)展階段。人機(jī)工效涉及到人的生理、環(huán)境科學(xué)、機(jī)電設(shè)計(jì)等系統(tǒng)工程學(xué)科,體現(xiàn)了多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)。人機(jī)工效的評(píng)估方法主要有觀察測(cè)量、理論分析、系統(tǒng)仿真、綜合實(shí)驗(yàn)等,電子信息裝備人機(jī)工效的評(píng)估方法主要集中在生理指標(biāo)測(cè)量、專家意見(Delphi法)、灰色系統(tǒng)及層次分析等綜合評(píng)估方法。

3.1 人機(jī)工效指標(biāo)體系

艦載電子信息裝備的人機(jī)工效指標(biāo)體系的選取需要從多視角、多層次角度進(jìn)行選取,在構(gòu)建過程中宜遵循系統(tǒng)性、針對(duì)性、獨(dú)立簡明性以及可擴(kuò)展性原則。根據(jù)艦載電子信息裝備的主要技術(shù)特點(diǎn)和運(yùn)用規(guī)范,可將評(píng)估指標(biāo)分為6類一級(jí)指標(biāo)。這6類一級(jí)指標(biāo)分別與上一章中的試驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)應(yīng),即人裝結(jié)合綜合評(píng)估類、人-環(huán)交互評(píng)估類、人-機(jī)(硬件)關(guān)系評(píng)估類、人-機(jī)(軟件)關(guān)系評(píng)估類、人-人關(guān)系評(píng)估類和任務(wù)工效評(píng)估類。

限于文章篇幅,本文僅重點(diǎn)討論人-機(jī)(軟件)關(guān)系評(píng)估[7],對(duì)某型艦載電子信息系統(tǒng)的人機(jī)工效評(píng)估方法進(jìn)行分析。人-機(jī)(軟件)關(guān)系的評(píng)估指標(biāo)體系如圖2所示。在人-機(jī)(軟件)關(guān)系的一級(jí)指標(biāo)下,分解設(shè)置了屏幕布局、系統(tǒng)信息、顯示要素、交互能力、引導(dǎo)幫助、系統(tǒng)能力這6個(gè)二級(jí)指標(biāo)。以交互能力二級(jí)指標(biāo)而論,又下設(shè)了界面認(rèn)知一致性、交互界面簡潔性、交互界面靈活性、交互信息共享性、數(shù)據(jù)信息規(guī)范性、圖表結(jié)構(gòu)合理性、交互視野等同性、提示告警激活度、人機(jī)界面親和力這9個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

圖2 電子信息裝備-人-機(jī)(軟件)關(guān)系評(píng)估指標(biāo)

這類指標(biāo)的選取,有些來自于試驗(yàn)鑒定的思考和體會(huì)。如某型電子信息裝備,作戰(zhàn)系統(tǒng)已經(jīng)將大氣氣壓以壓強(qiáng)(kPa)為量綱通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方式傳輸過來,而該軟件界面并沒有直接提示,卻要求人從另外一個(gè)窗口粘貼過來,但量綱卻又指代不明,間接導(dǎo)致了某海域定型試驗(yàn)航次的失效。某型電子信息裝備,軟件設(shè)計(jì)者主觀認(rèn)定數(shù)據(jù)鏈與民用局域網(wǎng)一樣基本是無誤碼率傳輸?shù)?從而導(dǎo)致窗口迭代、人機(jī)操控效率相對(duì)低下。人機(jī)工效評(píng)估指標(biāo)體系的選取,還需要從作戰(zhàn)、訓(xùn)練實(shí)踐中不斷去優(yōu)化調(diào)整。

3.2 基于灰色系統(tǒng)的人-機(jī)(軟件)關(guān)系的評(píng)估

電子信息裝備人機(jī)工效,在復(fù)雜作戰(zhàn)場(chǎng)景中具有較大的不確定性。隨著信息化、智能化技術(shù)的發(fā)展,人-機(jī)(軟件)關(guān)系在電子信息裝備中越來越處于主導(dǎo)地位。人-機(jī)(軟件)關(guān)系評(píng)估會(huì)存在信息不充分、不全面的情況,比較適合采用灰色理論方法進(jìn)行綜合評(píng)估。

人-機(jī)(軟件)關(guān)系評(píng)估指標(biāo)中,客觀測(cè)量的數(shù)據(jù)項(xiàng)較少,以人的主觀評(píng)價(jià)居多。灰色理論以貧信息、小樣本的不確定系統(tǒng)為分析對(duì)象,逐步來增加對(duì)客觀世界掌握的“透明度”。其主要通過對(duì)被試對(duì)象的外部特征、內(nèi)部機(jī)理的研究分析,對(duì)現(xiàn)有已知模糊、交叉、非線性的信息進(jìn)行處理、挖掘,實(shí)現(xiàn)對(duì)被試對(duì)象功能特征、性能范圍、運(yùn)行效能等內(nèi)涵規(guī)律的鑒定分析和綜合評(píng)價(jià)。灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法,比較適用于對(duì)多指標(biāo)、多因素的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估[8-9]。

這里以人-機(jī)(軟件)關(guān)系中的交互能力二級(jí)指標(biāo)為案例進(jìn)行分析。對(duì)于圖2中所列出的9個(gè)三級(jí)指標(biāo),采用發(fā)放調(diào)查問卷專家打分的方法獲取三級(jí)指標(biāo)的量化分值,如表1所示。根據(jù)專家打分量化值,采用灰色聚類理論對(duì)人-機(jī)(軟件)關(guān)系中的交互能力進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)評(píng)估指標(biāo)特性,將評(píng)估指標(biāo)的灰類數(shù)設(shè)定為4類,分別為優(yōu)、良、中、差,征求裝備論證方意見,分析人-機(jī)(軟件)關(guān)系中交互能力的特點(diǎn),確定優(yōu)、良、中、差4個(gè)灰類閾值的取值范圍,建立如表2所示的灰類白化權(quán)函數(shù)。

表1 人-機(jī)(軟件)關(guān)系交互能力調(diào)查問卷打分?jǐn)?shù)據(jù)

表2 灰類的白化權(quán)函數(shù)

對(duì)于界面認(rèn)知一致性,將每位專家評(píng)分代入上述灰類白化權(quán)函數(shù),計(jì)算每位專家的評(píng)分值分別屬于優(yōu)、良、中、差4個(gè)灰類的隸屬度,然后計(jì)算灰色聚類評(píng)估向量。經(jīng)計(jì)算得到界面認(rèn)知一致性的灰色評(píng)估向量R=[0.388 9,0.444 4,0.166 7,0]。根據(jù)灰色理論模型,界面認(rèn)知一致性的專家評(píng)估量化值為P=R·FT,其中F=[0.9,0.7,0.5,0.3],則界面認(rèn)知一致性的量化值P=0.744 4。同理可以計(jì)算出交互界面簡潔性的量化值為0.711 1,交互界面靈活性的量化值為0.788 9,交互信息共享性的量化值為0.744 4,數(shù)據(jù)信息規(guī)范性的量化值為0.777 8,圖表結(jié)構(gòu)合理性的量化值為0.788 9,高交互視野等同性的量化值為0.711 1,提示告警激活度的量化值為0.688 9,人機(jī)界面親和力的量化值為0.722 2。人-機(jī)(軟件)關(guān)系交互能力由界面認(rèn)知一致性、交互界面簡潔性、交互界面靈活性、交互信息共享性、數(shù)據(jù)信息規(guī)范性、圖表結(jié)構(gòu)合理性、交互視野等同性、提示告警激活度、人機(jī)界面親和力這9個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估,因此可以得到人-機(jī)(軟件)關(guān)系交互能力的量化值為0.742 0,評(píng)價(jià)結(jié)果為良。

3.3 人機(jī)工效綜合評(píng)估

人機(jī)工效評(píng)估有助于在未來戰(zhàn)爭中,及時(shí)暴露和發(fā)現(xiàn)武器裝備在復(fù)雜作戰(zhàn)體系中對(duì)抗運(yùn)用時(shí),人、機(jī)、環(huán)相互適應(yīng)中所存在的各種問題,避免因人機(jī)工效設(shè)計(jì)缺陷而影響作戰(zhàn)效能發(fā)揮,力求杜絕裝備操作使用方面所引發(fā)的各類事故。武器裝備人機(jī)工效的評(píng)估方法主要有層次分析法、模糊綜合評(píng)判法、觀察法、測(cè)量法、指數(shù)法、系統(tǒng)仿真法、專家意見法等。評(píng)價(jià)方法需要根據(jù)測(cè)量裝備保障能力、試驗(yàn)周期以及被試裝備的技術(shù)特點(diǎn)等情況酌情選取。

電子信息裝備人機(jī)工效的評(píng)估方法主要基于生理指標(biāo)測(cè)量、專家意見(Delphi法)、灰色系統(tǒng)及層次分析的綜合評(píng)估方法進(jìn)行。生理指標(biāo)測(cè)量作為一種客觀評(píng)價(jià)方法,主要適用于電子信息裝備的物理環(huán)境(振動(dòng)、噪音)、電磁環(huán)境、操縱舒適度、軟件界面的友好性等方面的輔助評(píng)價(jià),常用的儀器主要有眼動(dòng)儀(注意力相關(guān))、腦電儀、動(dòng)作捕捉系統(tǒng)等。

任務(wù)工效評(píng)估類是非常重要的一級(jí)指標(biāo),在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),可以聚焦電子信息裝備運(yùn)用以及技戰(zhàn)術(shù)方法,擬定好作戰(zhàn)對(duì)抗的強(qiáng)度(強(qiáng)、較強(qiáng)、一般、弱)以及電磁環(huán)境的復(fù)雜程度[10]。根據(jù)電子信息裝備任務(wù)剖面,進(jìn)行全系統(tǒng)、全流程的模擬對(duì)抗,在此前提下,對(duì)完成各類作戰(zhàn)任務(wù)工效進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,評(píng)估任務(wù)完成的時(shí)間、總量和質(zhì)效。

通過上述評(píng)估方法的組合應(yīng)用,可以得出圖2所示的6個(gè)一級(jí)指標(biāo),再廣泛征求設(shè)計(jì)方、論證方以及接裝部隊(duì)的意見來確立其評(píng)估權(quán)重,最后再運(yùn)用層次分析方法即可獲得對(duì)電子信息裝備的綜合評(píng)價(jià)。

4 結(jié)束語

電子信息裝備人機(jī)工效評(píng)價(jià)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及到作戰(zhàn)試驗(yàn)理論、作戰(zhàn)效能與作戰(zhàn)適用性評(píng)估方法,涉及到人的生理心理、環(huán)境科學(xué)、電子信息技術(shù)等方方面面,以及主觀分析、客觀測(cè)量等不同的技術(shù)途徑,試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置、作戰(zhàn)場(chǎng)景構(gòu)建、測(cè)量處理設(shè)備選取、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、仿真VV&A、評(píng)估指標(biāo)體系、項(xiàng)目分析等多個(gè)試驗(yàn)的組織實(shí)施和總結(jié)環(huán)節(jié)。本文在分析電子信息裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)需求的基礎(chǔ)上,結(jié)合作戰(zhàn)試驗(yàn)、演習(xí)和訓(xùn)練實(shí)踐,初步提出了電子信息裝備人機(jī)工效的評(píng)價(jià)方法。限于試驗(yàn)手段和評(píng)價(jià)方法上的局限性,人機(jī)工效仍然需要在試驗(yàn)理論和實(shí)踐總結(jié)中不斷修正與發(fā)展完善。