摘 要：隨著民用飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的高度集成，使用性能的不斷提高，駕駛艙內(nèi)大量顯示信息高度集成，飛行員的工作負(fù)荷也日益增大，試飛階段因誤判和誤操作引起的飛行事故發(fā)生，因此，座艙人機(jī)界面越來(lái)越成為航空工效評(píng)價(jià)和適航審定關(guān)注的重點(diǎn)。文章基于試飛階段實(shí)體試驗(yàn)機(jī)工效評(píng)價(jià)難點(diǎn)，提出了集成專家一致意見(jiàn)、三標(biāo)度因子、隸屬度函數(shù)和模糊算法的綜合評(píng)價(jià)方法，該方法綜合考慮了工效學(xué)評(píng)價(jià)的模糊性，充分提煉專家群體意見(jiàn)，可較客觀、科學(xué)的實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示工效定性評(píng)價(jià)的定量化，并將此方法應(yīng)用于ARJ21-700型號(hào)試飛階段的顯示工效評(píng)價(jià)中，證明了方法的有效性。

關(guān)鍵詞：試飛階段；顯示工效；評(píng)價(jià)指標(biāo)；權(quán)重系數(shù)；模糊評(píng)價(jià)

引言

飛行員執(zhí)行任務(wù)時(shí)，處于一種信息顯示高度密集復(fù)雜的環(huán)境中，要求與之交互的顯示界面能最大限度地將信息準(zhǔn)確得傳遞駕駛員，使決策和操縱過(guò)程最佳化，避免誤判及誤操作事故的發(fā)生[1]。因此，駕駛艙顯示工效水平設(shè)計(jì)得如何，與飛行安全密切相關(guān)，也是提高飛行效率、減輕飛行工作負(fù)荷的關(guān)鍵。試飛階段在實(shí)體試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)顯示界面使用良好性進(jìn)行評(píng)價(jià)，工程可操作性強(qiáng)，且C919大型客機(jī)也提出了人機(jī)界面工效相關(guān)指標(biāo)要求，從型號(hào)鑒定及技術(shù)發(fā)展方面均亟需開(kāi)展相關(guān)研究工作。

目前，國(guó)外在人機(jī)工效評(píng)價(jià)領(lǐng)域研究較多，但現(xiàn)可查閱的文獻(xiàn)大多偏重設(shè)計(jì)，且由于國(guó)內(nèi)外飛行員在生理、心理及體形特征方面的差異性，參考意義不大[2]。國(guó)內(nèi)涉及工效方面的標(biāo)準(zhǔn)較零散，缺少系統(tǒng)規(guī)劃，如顯示工效設(shè)計(jì)方面，對(duì)于顯示裝置的字符、形狀、顏色特征等有具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；但關(guān)于艙內(nèi)照明色彩等也有其他設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求[3]，但缺乏一套系統(tǒng)的可工程應(yīng)用的座艙顯示界面工效評(píng)價(jià)指標(biāo)要求。此外，國(guó)外飛行試驗(yàn)證明，試飛驗(yàn)證是檢查人機(jī)界面設(shè)計(jì)得是否符合規(guī)范要求的一種最有效和最重要方法，但相關(guān)參考資料較少，而國(guó)內(nèi)目前工效設(shè)計(jì)研究較多，但針對(duì)工效評(píng)價(jià)，尤其試飛驗(yàn)證領(lǐng)域的技術(shù)方法研究尚未開(kāi)展。因此，試飛階段缺乏系統(tǒng)的、可操作的工效評(píng)價(jià)要求和手段來(lái)指導(dǎo)顯示界面評(píng)價(jià)，使得試飛階段工效評(píng)價(jià)工作因技術(shù)手段缺乏而難以開(kāi)展。

為此，文章提出了一種集成專家一致意見(jiàn)、三標(biāo)度因子、隸屬度函數(shù)和模糊算法的綜合評(píng)價(jià)方法，融合改進(jìn)專家打分法、三標(biāo)度層次分析法和模糊評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)顯示工效評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選、指標(biāo)權(quán)重確定、指標(biāo)值處理，最后得到多級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了顯示工效定性評(píng)價(jià)的定量化，并以試飛階段的ARJ21-700實(shí)體機(jī)為載體進(jìn)行機(jī)上驗(yàn)證，得到ARJ飛機(jī)顯示工效多級(jí)指標(biāo)存在問(wèn)題，證明了方法的有效性。

1 顯示工效綜合評(píng)價(jià)思路

文章顯示工效評(píng)價(jià)方法的具體思路框架如圖1所示。

1.1 多級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選及確定

由于顯示工效許多影響因素難以定量分析，如顯示屏舒適性、字符亮度色彩、飛行員疲勞度等方面。所以，對(duì)于界面工效良好性評(píng)價(jià)，以往都是邀請(qǐng)有相似機(jī)型工作經(jīng)驗(yàn)的機(jī)務(wù)專家和飛行員，以問(wèn)卷調(diào)查形式，依據(jù)其使用經(jīng)驗(yàn)和直觀感受，通過(guò)主觀概念和模糊判斷加以綜合評(píng)價(jià)[4]。因此，實(shí)際工效評(píng)價(jià)工作會(huì)過(guò)于依賴專家，缺乏一定的客觀、科學(xué)及全面性，為盡量克服專家主觀性，文章提煉專家自信度及專家一致意見(jiàn)對(duì)專家打分法進(jìn)行了改進(jìn)。評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選及確定主要分以下幾個(gè)步驟：

1.1.1 成立協(xié)調(diào)小組

工程階段，協(xié)調(diào)小組可由5人組成（其中按職稱選取工效專業(yè)研究員1名、高工2名及工程師2名）。其主要任務(wù)為：確定主題、選擇專家組成員、制定咨詢表、策劃咨詢工作并統(tǒng)計(jì)處理數(shù)據(jù)。

1.1.2 確定專家咨詢成員

選擇專家是專家打分法成敗的關(guān)鍵，篩選原則為應(yīng)選擇具有相關(guān)背景知識(shí)、有意愿參加，且了解工作動(dòng)態(tài)及相似機(jī)型服役經(jīng)驗(yàn)的專家。文章實(shí)際評(píng)價(jià)中選取的飛行機(jī)組專家具備至少100架次以上的民機(jī)試飛經(jīng)驗(yàn)，機(jī)務(wù)專家要求有一年以上的民機(jī)維護(hù)經(jīng)歷，專家人數(shù)為23人。

1.1.3 第1輪專家篩選

文章方法通過(guò)對(duì)民機(jī)駕駛艙顯示工效評(píng)價(jià)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及文獻(xiàn)資料的分析研究[5]，征求專家組意見(jiàn)，初步確定顯示工效4級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體見(jiàn)圖2。

第1輪專家咨詢表在初步評(píng)價(jià)指標(biāo)集Uk的基礎(chǔ)上，考慮專家一致意見(jiàn)，要求每位專家給出各指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)顯示工效的影響等級(jí)，采用5點(diǎn)Likert型標(biāo)度，1-5表示影響程度等級(jí)分別為“不大”、“一般”、“大”、“很大”和“極大”。這里定義專家一致意見(jiàn)為：至少有2/3的專家判斷影響等級(jí)均為“大”以上的判斷結(jié)果（記為P33）[6]。

1.1.4 第2輪專家篩選

基于第1輪專家結(jié)果，經(jīng)分析并反饋專家成員知悉，而后在第2輪咨詢表中引入專家自信度，即要求每位專家對(duì)第1輪給定的影響程度等級(jí)賦予自信度（Group Confidence Ranking， GCR）。這里的自信度等級(jí)選用5點(diǎn)標(biāo)度，1-5表示自信度等級(jí)分別為“很低”、“低”、“一般”、“高”和“很高”。研究表明[7]，當(dāng)專家組成員平均GCR不小于3時(shí)，表示專家群體意見(jiàn)結(jié)果接近于主觀判斷的“真實(shí)”情況。

1.1.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選

為保證專家打分結(jié)果的一致性，通過(guò)集中度、離散度、協(xié)調(diào)度三個(gè)參數(shù)分析結(jié)果[8]：

（1）集中程度：該參數(shù)通過(guò)均值Ei表征，

式中，Ej-下一級(jí)指標(biāo)對(duì)顯示工效影響程度的量值（Ej=j=1，2，3，4，5）；mij-將指標(biāo)i列為等級(jí)j的專家個(gè)數(shù)；n-評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；d-專家數(shù)。

（2）離散程度：該參數(shù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差？滓i反映，

式中：？滓i-對(duì)指標(biāo)i影響工效程度的專家打分結(jié)果的分散程度。該值越大，表明專家咨詢結(jié)果的分散度也越大。

（3）協(xié)調(diào)程度：該參數(shù)通過(guò)變異系數(shù)Vi描述，即

式中：Vi-表明專家對(duì)指標(biāo)i評(píng)價(jià)結(jié)果的協(xié)調(diào)程度。該值越小，結(jié)果越協(xié)調(diào)一致。

針對(duì)考慮一致意見(jiàn)及自信度的兩輪專家結(jié)果，可看出，第2輪專家結(jié)果中指標(biāo)的離散程度？滓i和協(xié)調(diào)程度Vi比第1輪的都小，也就說(shuō)明第2輪咨詢結(jié)果的分散度較小，協(xié)調(diào)度較高，具體見(jiàn)表1。

依據(jù)指標(biāo)篩選原則，第2輪專家打分需形成專家一致意見(jiàn)（P33？叟3.00），且專家自信度均大于3，即可從初步確定的23個(gè)指標(biāo)中篩選出對(duì)工效影響結(jié)果較一致且影響度較大的17個(gè)指標(biāo)。

1.2 確定指標(biāo)權(quán)重

確定指標(biāo)權(quán)重是評(píng)價(jià)工作的核心[9，10]。文章基于層次分析法指標(biāo)兩兩比較量大繁瑣的特點(diǎn)，引入“三標(biāo)度因子”進(jìn)行改進(jìn)，減少了指標(biāo)間比較次數(shù)，且能迅速滿足一致性要求。該方法分為以下步驟：

1.3 指標(biāo)值預(yù)處理

在顯示工效評(píng)價(jià)中，舒適性、安全性等因素大都是通過(guò)自然語(yǔ)言變量描述的，這些指標(biāo)不具備規(guī)范化條件[11]。因此，各指標(biāo)值評(píng)價(jià)前應(yīng)統(tǒng)一到[0，1]內(nèi)，以使得各指標(biāo)特征值滿足歸一、無(wú)量綱條件及可公度性。依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)特點(diǎn)構(gòu)造隸屬函數(shù)如下。

1.3.1 定量指標(biāo)的特征值量化

（1）指標(biāo)值越小越好型，如噪音量、眩光度等，其隸屬函數(shù)表示為：

（7）

（2）指標(biāo)值越大越好型，如字符顯示的清晰度及可讀性，隸屬函數(shù)表示為：

（8）

（3）指標(biāo)值適中型（即取值不能太小不能太大），如艙內(nèi)照明、顯示亮度等，隸屬函數(shù)表示為：

（9）

（4）指標(biāo)值區(qū)間型（即指標(biāo)值最好在某一固定區(qū)間），如顯示屏安裝傾角及眼位點(diǎn)距座椅距離等，隸屬函數(shù)可表示為：

（10）

其中，xi-指標(biāo)ui的特征值；Mi和mi分別為指標(biāo)值xi上、下界限；[qi1，qi2]-指最佳的穩(wěn)定區(qū)間；？滋i-為指標(biāo)ui的隸屬度。

1.3.2 定性指標(biāo)的特征值量化

對(duì)于某些評(píng)價(jià)指標(biāo)，如舒適度、安全性、技術(shù)工作量等，難以給出定量值，通過(guò)運(yùn)用模糊數(shù)和語(yǔ)言變量的方式處理，這樣能較好克服評(píng)價(jià)人員主觀判斷的模糊性和不精確性。

1.4 確定模糊評(píng)價(jià)模型

充分考慮工效評(píng)價(jià)中如專家概念及指標(biāo)本身的模糊性情況，文章確定模糊數(shù)學(xué)評(píng)判模型如下[12]：

B=A*R=（B1，B2…，Bm）

式中，A表示權(quán)重向量集，由1.2節(jié)中層次分析法計(jì)算求得；R是指被評(píng)主題的模糊矩陣，由專家評(píng)判所得；“*”是指廣義模糊合成運(yùn)算符號(hào)。

分析模型B的列向量：

2 實(shí)例應(yīng)用

在實(shí)際評(píng)價(jià)中，基于試飛階段對(duì)ARJ21-700飛機(jī)顯示工效評(píng)價(jià)進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證，基于ARJ飛機(jī)試飛員及維護(hù)人員咨詢結(jié)果，依據(jù)1.2節(jié)的三標(biāo)度層次分析法，應(yīng)用MATLAB軟件分級(jí)計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重；依據(jù)上文1.3節(jié)的指標(biāo)值處理函數(shù)，得到各指標(biāo)隸屬度，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3；基于1.4節(jié)提出的模糊評(píng)價(jià)模型，最終計(jì)算得到ARJ21-700飛機(jī)顯示工效綜合評(píng)價(jià)值為0.7296，按百分制換算，即該型機(jī)駕駛艙顯示工效評(píng)價(jià)約為73分（對(duì)應(yīng)等級(jí)為良）。

結(jié)果分析可知，該型機(jī)顯示裝置操縱工效及顯示屏空間布局得分較高，即飛行員及維護(hù)人員較為滿意；而顯示眩光、操縱姿勢(shì)等方面得分較低，表現(xiàn)較差，表明有適度缺陷，需試飛員及機(jī)務(wù)人員額外的關(guān)注補(bǔ)償。該評(píng)價(jià)結(jié)果已與ARJ21-700飛機(jī)試飛機(jī)組進(jìn)行確認(rèn)，驗(yàn)證了方法評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)準(zhǔn)確性。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章提出的民機(jī)駕駛艙顯示工效綜合評(píng)價(jià)方法具有一定的科學(xué)性、合理性及正確性。

（1）引入專家自信度及一致性意見(jiàn)，通過(guò)降低人為主觀性改進(jìn)了專家打分法，經(jīng)過(guò)兩輪指標(biāo)篩選，提高了指標(biāo)構(gòu)建的客觀科學(xué)性。

（2）充分考慮指標(biāo)本身定義和概念的模糊性及專家認(rèn)識(shí)上的主觀性，引入模糊因子及隸屬度，得到工效評(píng)價(jià)的量化結(jié)果，能夠更有說(shuō)服力的表明顯示工效多級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)存在的問(wèn)題。

（3）文章研究為民機(jī)座艙顯示工效提供了評(píng)價(jià)方法保證，可為ARJ、C919顯示裝置適航審定提供技術(shù)支持，同時(shí)也填補(bǔ)了試飛階段工效評(píng)價(jià)工程應(yīng)用研究領(lǐng)域的空白。

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