基于层次分析法的铁路信息系统软件产品易用性的研究

刘育欣，杜呈欣，张 彦

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

基于层次分析法的铁路信息系统软件产品易用性的研究

刘育欣，杜呈欣，张 彦

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

本文将国标通用的易用性度量模型与AHP方法相结合，利用众多决定产品易用的子特性构造判断矩阵并计算权重，根据权重值得出各子特性重要程度的先后次序，从而提出评价铁路信息系统软件产品易用性的方法。以某机房动力环境集中监控系统为例，采用基于AHP的铁路软件产品易用性评价方法，通过YAAHP软件完成该系统易用性评价的整个流程。

信息技术；软件测试；AHP；易用性

目前，很多铁路软件供应商仅关注系统功能的全面性、流程的可控性、技术的先进性，忽略了系统的用户体验，对软件易用性尚未引起足够重视，这对于产品质量有很大影响。一个良好的易用性产品能够使用户从繁琐的工作中解脱出来，帮助用户提高工作效率，减少后期技术支持和服务成本，提高用户对软件的信任程度和产品竞争力。

1 软件易用性评价模型

1.1 层次分析法

AHP（Analytic Hierarchy Process）即层次分析法，是一种辅助决策工具，是将定性问题进行定量分析的一种简便、灵活、实用的多准则决策方法。它通过在复杂问题中提取出各项关键因素，划分为相互联系的有序层次，使之条理化，根据对一定客观现实的主观判断把专家意见和分析者的客观判断结果进行有效结合，将处在同一层次的元素比较，比较后的重要性进行定量描述。该方法将定性分析与定量分析相结合，灵活简洁地处理各种决策因素，在企业管理、生产经营、城市规划、经济管理、科研评价等领域得到广泛应用。

1.2 层次结构

在GB/T 16260.1—2006《软件工程 产品质量 第1部分：质量模型》中，定义了软件产品外部和内部质量的质量模型评价。该标准将质量属性分为6个特性：功能性、可靠性、易用性、效率、维护性和可移植性，并进一步细分为若干子特性。在GB/T 16260.2—2006《软件工程 产品质量 第2部分：外部度量》中，对6个特性的外部度量方法进行进一步说明。其中对易用性的度量模型总结如图1所示。

图1 软件产品易用性度量模型

软件产品易用性包括：易理解性（B1）、易学性（B2）、易操作性（B3）、吸引性（B4）。

1.2.1 易理解性（B1）

描述完整性（C1）：用户使用手册对各项功能操作方法的描述是否完整；演示的获得性（C2）：对指导用户使用该系统的演示程序是否简单启动；使用时演示的获得性（C3）：在操作系统某一功能时，该功能的演示程序是否能够简单启动；演示的有效性（C4）：演示程序是否可解决用户操作过程中遇到的问题；明显的功能（C5）：对系统提供的功能在操作过程中是否方便直观；功能的易理解性（C6）：对系统功能的操作实现是否便于理解、容易操作；易理解的输入和输出（C7）：对用户的输入指令是否有容易理解的操作；对于系统呈现给用户的结果是否容易理解并接受。

1.2.2 易学性（B2）

功能学习的难易性（C8）：用户完成学习一项功能或一套操作流程所花费的时间；在使用中学习执行一项任务的难易性（C9）：用户从开始学习一项功能或一套操作流程到能够进行有效的操作所用的时间；用户文档和/或帮助机制的有效性（C10）：在阅读用户使用手册或帮助文档后，用户能正确完成各项操作的数量与总功能数量的比例；所用的用户文档和帮助机制的有效性（C11）：在阅读用户使用手册或帮助文档后，用户能正确使用各项操作的数量与总功能数量的比例；帮助的获得性（C12）：用户在阅读帮助文档过程中，能尽快定位到所需帮助的功能点的数量与总功能点总数的比例；帮助的频率（C13）：用户需要频繁阅读帮助文档才能顺利完成某一功能或流程的程度。

1.2.3 易操作性（B3）

与操作用户的期望相符（C14）：系统用户界面和功能操作的风格一致；可控制性（C15）：用户能否容易地纠正操作过程或及时修正在输入数据过程中的错误；对执行任务的适合性（C16）：不依靠手动填写，用户可选择输入参数值；自描述性（C17）：系统出现的提示信息是否易于用户理解；操作的容错性（C18）：用户成功地对操作过程中的错误进行纠正或恢复；对个性化的适合性（C19）：用户为减少出错，方便的定制操作规程模板。

1.2.4 吸引性（B4）

相互吸引（C20）：系统界面对用户的吸引性，使用户更趋向使用该系统；界面外观的易定制性（C21）：界面中能够按用户需求定制为其满意的外观风格的比例。

2 铁路信息系统中的应用评价

2.1 比较矩阵及权重

根据图1的软件易用性评价模型转换成判断矩阵后，需要确定本层次与上层次中元素重要性次序的权重值，进而求出所有元素的重要性权重值，完成对备选方案的排序。

权重值（Wi）就是将判断矩阵的特征向量进行标准化处理后的值，计算方法如下：

通过此方法，分别计算出权重值如表1～表5所示。

表1 A-B判断矩阵及权重计算结果

表2 B1-C判断矩阵及权重计算结果

表3 B2-C判断矩阵及权重计算结果

表4 B3-C判断矩阵及权重计算结果

表5 B4-C判断矩阵及权重计算结果

从权重可以看出各个子项在所属大项中的重要程度，从而决定铁路软件产品易用性的各项指标中哪些是关键性的，哪些是普通的。对于软件产品供应商，可以通过这个权重的先后次序，在产品开发过程中有针对性地引起注意。

2.2 一致性检验

在处理实际问题中，由于一种事物包含众多元素，元素之间的关系彼此关联、相互制约、错综复杂，判断者在进行比较时容易出现思维逻辑混乱，使判断带有主观性和片面性，所以每次比较判断的思维完全标准、一致是不太可能的。AHP作为解决铁路信息系统易用性测度的一种方法，是允许不一致性客观存在的。而且判断矩阵出现偏离一致性条件是在一个有效范围内的，超出这个范围就不能真实反映对象间的关系，这个判断矩阵就不能被接受。一致性检验就是决策者对构造出的判断矩阵是否可以被接受，用以下公式进行评价：

其中，R.I.是随机一致性指标。

当C.R.=0时，矩阵是完全一致性矩阵；C.R.＜0.1时，是满意一致性矩阵；C.R.＞0.1时，矩阵不具备一致性。

表1～表5的一致性取值分别为：0.044 4，0.027 8，0.065 8，0.085 2，0.0。均通过一致性检验。

3 模型应用

3.1 YAAHP简介

YAAHP是一款层次分析法辅助软件，为使用层次分析法的决策过程提供模型构造、计算和分析等方面的帮助。软件通过绘制层次结构模型、录入判断矩阵数值两个基本功能，自动生成分析结果。分析结果包括决策目标以及各候选方案的权重，为辅助决策提供依据。

3.2 应用

3.2.1 系统简介

现对铁路机房普遍应用的某款动力环境监控系统进行软件产品易用性分析。该产品主要功能对机房内的环境参数进行监控和报警信息显示，包括UPS、空调、温湿度、门磁、玻璃破碎、水浸、红外、烟感、双路市电、蓄电池单体和蓄电池组。系统分5个功能模块：实时监控、告警信息、视频监控、历史数据、系统管理。下面使用YAAHP对该系统和5个功能模块进行易用性分析。

3.2.2 YAAHP应用

（1）通过软件产品易用性度量模型及系统功能模块，建立该机房环境监控系统的层次结构模型。

图2 5个模块在YAAHP中定义的易用性模型

从图2中可看出，层次结构模型分3部分，分别是决策目标、中间层要素和备选方案。“某机房环境监控系统易用性”是本模型最终要得到的结论，为决策目标；本文前面已经分析过的易用性模型为中间层要素，是衡量系统易用性的手段；图3将系统5个模块作为备选方案，通过对这5个模块分别进行分析，从而得到整个系统的易用性指标。

图3 判断矩阵数据录入界面

在决策者将该系统的层次模型划分完整且无误后，系统自动激活“判断矩阵”功能，可继续进行下一步操作。

（2）根据生成的判断矩阵，依次输入比较数据。

通过拖动滚动条或直接键入方式完成各个层次之间比较数据的录入。在输入数据时，软件能随着数据变化实时显示矩阵的一致性判断结果，并提供不一致判断矩阵自动修正功能。

（3）自动进行权重计算，并显示结果。可自动完成各个层次间的权重计算，通过所得的显示界面查看中间计算数据以及最终计算结果。系统还可以根据层次模型和设定文本自动生成调查表，不做或稍作修改就能向专家分发。

（4）由专家进行各模块的打分后，系统计算最终加权得分，界面如图4所示。

通过对这5个模块的专家打分，并结合之前得出的权重值，得出最终该产品的加权得分，即该机房环境监控系统总体易用性取值。

图4 加权得分界面

3.3 使用结论

利用YAAHP软件进行软件易用性分析，可简单快速地生成比较矩阵并计算权重，最后以生成调查问卷的形式分发给专家。通过直观的模型编辑功能，用户能够把注意力集中在决策问题上并方便地修正层次模型，为思路持续不断的整理、完善提供帮助。同时它的群决策功能可以对众多专家打分进行管理，系统能够管理参与决策的专家信息以及提供决策数据，并计算最终结果，完成易用性评价的整个过程。

YAAHP系统使用简便，评价结果快速、直观。这个方法可以扩展到其它铁路信息系统软件产品的易用性评价上，还可以扩展到比较多个同类产品的易用性评价上。

4 结束语

本文提出了一个模型及该模型在现实软件产品中的应用。对产品易用性的衡量要根据不同系统的使用范围和用户特点来评判。此外，由于层次分析法从建立模型到给出比较矩阵，均依赖判断者的主观决策，即人的主观因素对全过程的影响很大。一旦判断误差可能造成最终决策目标的失误或偏离，这就使得其结果难以让所有决策者接受。所以在进行建模和两两元素比较的过程中，要集合多名业内专家进行用户群体判断。例如，为得到可靠的结果，要求必须使用至少6～8名业内专家的判断样本，在专家进行判断时不宜得到任何提示或外来辅助。同时对于庞大和复杂的问题，建议与其它决策方法结合处理，其目标结果会更趋于科学化和合理化。

[1] 张炳江. 层次分析法及其应用案例[M]. 北京：电子工业出版社，2014.

[2] 赵 倩，张 璇，王黎霞，等. 基于模糊层次分析法的软件易用性过程综合评价方法[J]. 计算机应用研究， 2013，30（9）.

[3]朱 洁， 张旸旸.《系统与软件易用性》国家标准解读[J].信息技术与标准化，2009（8）.

[4]黄 杰，吕玉鹏，郭书杰. 解决软件产品易用性问题的方法思考[J].中国新技术新产品，2013（2）.

[5] 中华人民共和国信息产业部. GB/T 16260.1—2006 软件工程 产品质量 第1部分：质量模型[S]. 2006.

[6] 中华人民共和国信息产业部. GB/T 16260.2—2006 软件工程产品质量 第2部分：外部度量[S]. 2006.

责任编辑 陈 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

刘育欣，助理研究员；杜呈欣，助理研究员。