基于标杆技术比较的靶场软件界面试验技术研究

谷师泉，王凤杰，张俊萍

（中国华阴兵器试验中心，陕西　华阴　714200）



基于标杆技术比较的靶场软件界面试验技术研究

谷师泉，王凤杰，张俊萍

（中国华阴兵器试验中心，陕西华阴714200）

摘要：根据靶场软件试验不同于第三方软件测评方进行软件界面“易用性、好用性”试验评价的需求，从质量管理对设计开发的验证和确认要求、工程与技术的关系、用户3种需求的关系，分析了基于工程标准检查表方法和用户测试方法用于靶场软件界面试验的不足，提出了基于标杆技术比较的靶场软件界面试验技术，并应用该方法对典型GUI图形用户软件界面进行了试验评价，给出了改进人机界面设计的对策。基于标杆技术比较的靶场软件界面试验技术可用于指导靶场开展软件界面试验，提高靶场作战试验能力。

关键词：靶场试验，标杆技术，图形用户界面，质量管理体系

0　引言

随着技术发展，硬件性能提高，机器和软件的运行效率退居第二，而人机结合性和软件界面交互效率已跃居首位，武器装备软件界面的地位和作用日益凸显。但目前火控系统、指控系统、无人机地面测控站等系统的软件界面人机交互过程，还存在人机界面不友好、不便于操作人员使用等缺陷，导致人因失误增加、人员可靠性差等问题，间接影响到武器系统的安全使用及其作战效能的有效发挥。而第三方软件测试存在难以把握人机界面用户需求、对用户期望型和兴奋型需求测试不充分等问题，因此，靶场人机界面试验的重要性日益凸显。在解决“武器装备是否顶用”的性能指标验证问题之外，如何解决“武器装备是否适用”的人机适配性问题？本文对靶场的软件界面试验技术进行研究探讨。

1　靶场软件界面试验技术现状分析

靶场软件界面试验技术是基于工程标准的检查表方法［1-2］或者用户测试方法，是黑盒测试的定性和定量试验方法。但存在以下不足：

（1）功能试验不充分，功能检查与功能试验相混淆。由于靶场操作人员和环境条件与作战使用不一致，靶场试验变为与设计情境相同的功能验证，而非使用情境下的功能确认。因此，靶场应分析人机功能分配合理性，对人员体力和心理负荷测评，也就是在实兵参试和实战环境的作战试验中对使用情境下的功能进行确认。

（2）基本满足对设计开发的验证要求，而难以满足对设计开发的确认要求。GJB 9001B-2009《质量管理体系要求》指出“验证是通过提供客观证据对规定要求已得到满足的认定，确认是通过提供客观证据对特定的预期用途或应用要求已得到满足的认定”［1］。从质量管理中设计开发的维度看，靶场大多数试验任务属于对设计开发的验证，如试验、演示、变换方法计算、评审等；确认可以包括实际的或模拟（/仿真）条件下的试验，作战试验任务就属于对设计开发的确认。然而，靶场在作战试验方面开展的工作非常有限，难以满足靶场作战试验任务中对设计开发的确认要求，导致试验不充分、不到位。

（3）难以全面满足靶场作战使用需求的适用性评价要求。根据质量管理的卡诺模型，用户需求分为基本型需求（标准规范规定，不满足则用户不满意）、期望型需求（合同协议规定，满足越多用户越满意）和兴奋型需求（用户未提出的需求，新的功能越多用户体验越好，用户越兴奋）。从作战使用要求的评价维度看，部队试验是基于用户行为观察和用户满意度测评的作战使用需求（主要是基本型和兴奋型）确认（即适用性评价），而靶场试验是基于标准规范检查和标杆技术比较（专家经验评审）的作战使用需求（主要是基本型和期望型）确认（即适用性评价）。由于缺少操作性强的用户满意度测评表，加之期望型需求在研制总要求中定性表达模糊，基于标准规范检查试验技术难以满足标杆技术比较（专家经验评审）的试验要求。

（4）标准规范中的试验技术落后于标杆技术。我们知道，技术发展产生技术发明，技术发明往往是私有的并形成专利，而工程实践产生工程标准，而工程实践往往是工程共同体的实践，工程标准是在工程共同体内部得到共同使用和重复使用。由于技术人员不关注标准化和质量管理等管理工作，工程共同体内部技术人员关系“松耦合”，使得技术创新成果与工程标准转化“断链”，加之专用信息和工程知识转移的粘滞特性，使得标准规范落后于最新技术和标杆技术。

2　基于标杆技术比较的靶场软件界面试验技术

标杆（Benchmarking）是施乐公司1979年提出的管理概念，已为世界所熟知。标杆也称为基准调查、基准管理、标高超越、立杆比超、定标比超等。标杆是超越竞争对手的方法，是将产品、服务和其他业务活动过程同竞争对手或其他产业的领袖企业进行对照分析，通过学习他们的优点而改善自己的产品、服务和经营活动，以提高自身竞争力的过程。而标杆技术就是高于行业内标准规范的先进技术。

软件界面是否满足人机交互要求主要取决于显示器的显示信息与输入设备的可操作性，受输入设备的影响很大［4］。尽管输入设备本身无法创建更好的用户界面，但却使创建这样的界面成为可能。当然，输入设备不会自发地促生更好的用户界面，若武器装备研制方不设法提高软件界面设计能力，其人机交互性能必然与人机界面的标杆技术存在差距。

本文提出基于标杆技术比较的靶场软件界面试验技术，该试验技术的关键体现在两方面：一是对软件界面标杆技术的了解与掌握程度，二是对专家意见的合理采纳。该技术具体方法如下：

（1）通过科技信息研究（即科技情报研究）确定标杆技术（即国内外最新的软件界面技术）；

（2）建立软件界面技术工程知识库；

（3）由软件界面试验总体人员运用知识库培训参加试验的用户，并将工程知识库知识转移给参加试验的专家；

（4）由软件界面试验总体人员和专家共同设计新的用户满意度测评检查表；

（5）选择一定比例的用户和专家用户，用户比例应占多数，一般可为3/4以上；

（6）用户和专家用户进行软件界面人机交互试验。运用录像等方法进行用户行为观察和记录；用户和专家在人机交互中进行口头述评并在试后填写用户满意度测评表；

（7）由软件界面试验总体人员和专家综合分析用户满意度测评表、用户行为及口头述评；

（8）编写试验报告。

3　典型图形用户界面GUI测试实例应用

3.1现有的基于工程标准检查表方法的适用性分析

在指控系统、武器装备配套的检测装备中，图形用户界面GU由图形化元素WIMP（窗口Window、图标Icon、菜单Menu、指针Pointer）组成，用户操作使用模式集中体现为以下4种：

（1）识别后用鼠标选择、移动、点击菜单、对话框、属性表等可视化元素（A模式）；

（2）键盘键快捷操作控制（B模式）；

（3）鼠标结合键盘操作控制（A+B模式）；

（4）键盘输入（C模式）。

经验表明，鼠标的“识别而后选择”要比键盘快捷键操作控制模式的“记忆而后输入”容易得多，用户很少使用B模式和A+B模式，而习惯于使用A模式和C模式，对于鼠标操作A模式也仅利用了直线路径的鼠标滑动和移动。

若沿用基于工程标准检查表方法［3-4］或者用户测试方法，很难发现软件界面中存在什么问题。因此，采用本文提出的基于标杆技术比较的靶场软件界面试验技术开展应用实践。

3.2基于标杆技术比较的GUI测试实践

对人机界面历史研究表明，在PC领域WIMP 的GUI被不少专家嘲笑为“无能之辈”（wimp）。比如在游戏界面中，用户由于无法忍受鼠标点击操作速度慢、分散注意力，而更多地使用键盘快捷操作（B模式），而不是鼠标指针操作（A模式）。

经科技信息研究发现，鼠标手势（Mouse Gestures）是鼠标增强功能的一种技术。它可以利用鼠标手势做出一些动作以控制软件完成某些操作。该技术已经得到了广泛应用：一方面，Sougou浏览器、360浏览器、Opera浏览器、Maxthon浏览器、TT浏览器等大多数浏览器均已实现了鼠标手势功能，对前进、后退、刷新、关闭窗口等常用操作均进行了鼠标手势定义；另一方面，ZigZag Cleaner、ToggleMOUSE、Pop-Mouse、Smart Gesture Lite、Strokeit等许多鼠标增强软件以及双飞燕鼠标驱动软件均具备“一键多雕”专利技术的鼠标手势功能。鼠标手势操作一般是按住鼠标右键划出某种特定的手势轨迹，以实现预先定义的单个或多个输入、控制操作，比如：

（1）不同于鼠标clicks点击的glicks鼠标操作功能（水平晃动、垂直晃动、顺时针旋转、逆时针旋转4种操作动作），操作时不按鼠标按键，配合ctrl 和shift按键实现3组各4个共12种自定义功能；

（2）撞击屏幕上下左右4个边框中段的快速操作功能；

（3）不点击鼠标的窗口自动切换功能；

（4）Automouse多个操作动作的自动鼠标操作功能；

（5）屏幕分区的滚动条控制等。

本研究按照3中的试验步骤进行了软件界面试验，此处不详述具体试验细节。

3.3现有GUI图形用户界面的试验结果

试验结果表明，典型的二键鼠标人机交互存在过度关注鼠标、空移动、窗口切换效率不高、卷动窗口困难、无法自动重复操作等问题：

（1）过度空移动和过度关注鼠标［5］。为了保证软件界面的一致性，在软件界面中的可视化操作元素在显示屏上的位置和排列关系一般是不变的，如菜单在显示屏上部，对话框在显示屏中部。鼠标为了击活菜单、快捷按钮等可视化元素，就应该使鼠标按费茨定律（fitts）移动到该元素的狭小二维区域内，在定位前需要识别选择，并在大脑中确定预期目标与鼠标的相对位置，这一定位过程中其实是需要眼睛高度关注鼠标指针的位置和移动速度的（定位过程分为快速粗略移动和慢速精确移动两个阶段，移动中需修正鼠标的运动方向和速度完成定位，慢速精确移动阶段对注意力要求更高）。显然，人机交互过程中，鼠标运动存在不必要的大量空移动路程。这就造成两个影响：一是用户在操作过程中要注视目标与鼠标指针，这样操作者就可能心理紧张和操作负荷过重，当可视化操作元素图像较小时，特别是目标与鼠标都处于运动状态，操作者的负担就更重；二是定位过程中鼠标产生空移动路程（即鼠标从当前位置移动到可视化元素之间的距离）而影响操作交互效率。

（2）卷动窗口操作困难。卷动窗口时，操作者要将鼠标指针移动到窗口右侧或者底部的滚动条区域，再拖动标尺或者点击方向按钮实现滚动，由于滚动可分为快速粗略滚动和慢速精确滚动两个阶段，快速粗略滚动容易过位，慢速滚动速度又太慢，这里产生了对鼠标过度关注、空移动、拖动中手静态施力容易疲劳、影响操作效率等问题。

（3）功能分配不合理，无法自动重复操作。在GUI图形用户界面中，没有DOS操作系统批处理或者像WORD软件“宏”操作功能，从而出现了人机交互中在界面上的重复操作工作。让速度慢的鼠标重复运动，而不是由运行速度快的计算机重复工作，这是由于功能分配不合理而出现了速度不匹配问题。

（4）窗口切换效率不高。由于GUI图形用户界面在单个显示器上打开多个虚拟窗口，窗口之间存在相互覆盖、交错的问题，从而产生寻找和切换当前窗口操作影响工作效率的问题。

（5）对于GUI图形用户软件界面的输入方式，其鼠标的状态转换如下页图1模型，但现有的软件界面设计都只利用了直线路径的鼠标滑动和移动，而没有利用曲线路径的鼠标移动和滑动实现更好的用户体验。

（6）武器装备现有软件的界面设计绝大多数只支持键盘输入和鼠标指点操作模式。

（7）点击操作速度相对键盘快捷操作速度低。由于功能操作需要多个移动点击操作，每个移动点击操作又需要粗调和精调两个阶段，所以功能操作速度较慢。

图1　鼠标的状态转换模型

（8）忽视了键盘快捷操作设计。快捷操作控制键随意定义，与日常软件定义不一致。

3.4试验结论

现有GUI图形用户软件界面主要存在的4个人机交互问题：一是由于过度空移动、滚动条操作、长文本对象选取、对象长距离拖动等操作，从而产生长时间按键手疲劳，对操作人员造成健康危害；二是由于固定位置操作存在冗余移动距离、二维小尺寸图标两阶段定位运动中的精细化阶段操作效率低、可视化操作需要窗口切换，从而影响操作效率；三是无法实现自动重复操作，任务操作复杂化而效率低下；四是按非批处理的串行序列、直线路径指点可视化固定位置图标的鼠标操作模式设计软件界面，鼠标功能有限。总之，现有软件界面人机功能分配还不合理、操作效率不高、操作人员的认知负荷和体力工作负荷在有些操作中还较高。

相比于现有检查表方法和用户测试方法，基于标杆技术比较方法揭示了其不能发现的问题，发现这些问题，是提出相应的解决方案的前提条件，也是靶场试验的价值创造。

3.5解决软件人机界面问题的对策

采用新的界面设计技术并进行优化集成。例如，为了提高鼠标操作工作效率，可以采用缩短鼠标空移动（进行相互移动功能的重新分配，让可视化元素靠近鼠标，实现可视化元素从静态固定位置变为动态位置显示，当出现对话框时，将鼠标设置为“自动将指针移动到对话框中的默认按钮”，进行默认选项点击操作可不用移动鼠标，而其他选项点击时将不用再进行粗略化快速移动的无效空移动；或者设计鼠标右键菜单大按钮或鼠标右键菜单圆形排列，缩短精细化鼠标操作阶段操作时间）或取消精细化鼠标移动阶段的快速移动两种设计方案（采用屏幕边框撞击技术或直线鼠标手势）。

4　结论

由于人机交互技术创新速度快、软件界面研制中需求开发困难、武器装备对软件人机界面轻视等原因，基于工程标准检查表方法是不适用的，而完全应用用户测试方法又很大程度上取决于用户经验，因此，运用现有试验技术就难以发现武器装备的“好用、易用”问题，也难以揭示设计缺陷，更难以推动工程标准的发展。由于靶场试验不是独立第三方软件测评试验的重复，因此，本文提出的标杆技术比较方法较好地解决了靶场武器装备软件界面试验技术难题，后续将围绕用户满意度测评表设计展开深入研究。

参考文献：

［1］王黎明，刘益新.GJB 9001B-2009质量管理体系要求［S］.北京：总装备部军标出版发行部，2010.

［2］毕国楦，郭耀东.GJB 3207-1998军事装备和设施的人机工程要求［S］.北京：总装备部军标出版发行部，1998.

［3］毕国楦，刘宝善.GJB 2873-1997军事装备和设施的人机工程设计准则［S］.北京：总装备部军标出版发行部，1997.

［4］WIGDOR D（加），WIXON D（美）.自然用户界面设计：NUI的经验教训与设计原则［M］.北京：人民邮电出版社，2012.

［5］俞铁岳，黄豪彩，林建欢，等.鼠标界面的人性化设计［J］.福建电脑，2003，19（10）：41-42.

Contrast Method In View of Benchmarking Technique of Testing and Evaluation about Software Interface in Range

GU Shi-quan，Wang Feng-jie，Zhang Jun-ping
（Huayin ordnanee Test Centre，Huayin 714200，China）

Abstract：According to the need of testing and evaluation about the software interface in the range that distinct from third party，this article analyzes the insufficient of engineering standard method and the user testing method for range software interface testing，and puts forward contrast method in view of benchmarking technique for range software interface testing，and tests the typical GUI applied this method，and gives the the countermeasures to improve the HCI design. The contrast method in view of benchmarking technique can be used to guide software interface testing in range，and enhance the ability of operations testing.

Key words：range test，benchmarking technique，graphical user interface，QMS

中图分类号：TJ06；TP302.6

文献标识码：A

文章编号：1002-0640（2016）05-0177-04

收稿日期：2015-04-05修回日期：2015-05-07

作者简介：谷师泉（1968-），男，陕西白水人，硕士，高级工程师。研究方向：武器装备人因试验技术。