基于AHP的灰色關聯(lián)分析在裝備人機工程質量評估中的應用

【后勤保障與裝備管理】

基于AHP的灰色關聯(lián)分析在裝備人機工程質量評估中的應用

蘇續(xù)軍a，汪偉a，于貴波a，甘勤濤b

(軍械工程學院a.火炮工程系； b.基礎部，石家莊050003)

摘要：由于人機工程質量評估涉及要素多、層次復雜、各要素評估標準差別大，一直難以定量分析。考慮到灰色關聯(lián)分析在數(shù)據(jù)條件和數(shù)據(jù)容量方面均有較大的靈活性，可以很好地融合定性與定量分析，本研究引入灰色關聯(lián)分析來對裝備人機工程質量進行評估。首先采用層次分析法分解人機工程各要素，并確定了各要素權重，然后利用灰色關聯(lián)分析方法計算出各要素的關聯(lián)度，以此確定不同裝備的人機工程設計質量，并通過實例，具體說明了該模型的科學合理性。

關鍵詞：人機工程質量評估；層次分析法；灰色關聯(lián)分析

作者簡介：蘇續(xù)軍(1977—),男,碩士,講師,主要從事裝備測試技術研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.09.014

中圖分類號：E917

文章編號：1006-0707(2015)09-0053-04

本文引用格式：蘇續(xù)軍，汪偉，于貴波，等.基于AHP的灰色關聯(lián)分析在裝備人機工程質量評估中的應用[J].四川兵工學報，2015(9):53-55.

Citation format:SU Xu-jun, WANG Wei, YU Gui-bo, et al.Application of Gray Relation Analysis in Orgonomics Evaluation for Equipment Based on AHP[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(9):53-55.

Application of Gray Relation Analysis in Orgonomics

Evaluation for Equipment Based on AHP

SU Xu-juna, WANG Weia, YU Gui-boa, GAN Qin-taob

(a.Department of Artillery Engineering; b.Department of Basic,

Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Abstract:Quantitative analysis of Orgonomics Evaluation cannot be given from all the time due to several reasons such as large amount of elements are involved, complicated levels are contained and even huge differences varies from different assessment criteria. Considering that the Gray Relation Analysis is better in flexibility of data qualification and data capacity as well as in combining quantitative and qualitative analysis, the Gray Relation Analysis was introduced to evaluate the quality of Orgonomics in this article. Firstly, The analytic hierarchy process(AHP) was used to analyze the main elements of Orgonomics as well as figure the weight of each element. After that the Gray Relation Analysis was used to calculate the correlations between all these elements in order to confirm the ergonomic design qualities of different equipments. At the same time, examples were given in order to explain the scientific rationality of this model specifically.

Key words: Orgonomics Evaluation; Analytic Hierarchy Process(AHP); Gray Relation Analysis

人機工程是指以人的生理、心理特性為依據(jù)，應用系統(tǒng)工程的觀點，分析研究人與機械、人與環(huán)境以及機械與環(huán)境之間的相互作用[1,2]，在武器裝備運用中，許多武器達不到設計的作戰(zhàn)效能，根源都在于人機工效設計不當。不匹配的人機界面會降低系統(tǒng)的可靠性、導致操作人員的失誤、甚至影響武器的安全性[3]。因而在裝備競標試驗中，人機工程質量評估是必不可少的環(huán)節(jié)。如何評估武器裝備的人機工程質量呢？本研究針對武器裝備試驗要求，在某型裝備人機工程質量評估中確定了5 項關鍵要素、19個內容，為使評估結果客觀、科學、定量化。針對該型裝備人機工程質量評估的總目標，采用層次分析法(AHP)和灰色關聯(lián)度分析相結合的方法[4-7]，建立適合該人機工程特點的質量評估模型,并依據(jù)該模型，對參測裝備進行了分析，得出了量化的評估結果。

1評估指標體系的建立

1.1評估要素

裝備的評估要素包括評估主體、評估客體、評估目的、評估體系和評估方法等。評估主體是組織部門，為裝備人機工程質量評估組織部門，即試驗基地裝備測試部門；評估客體是被評估的對象，即參測裝備。評估目的是通過對該型裝備人機工程質量各方面的優(yōu)劣進行定性和定量相結合的分析與評定，以便對該型裝備的人機工程質量進行鑒別。評估指標體系由一些武器裝備對象中具體、可測的項目(子目標或指標)有機組合而成，決定評估的性質和內涵，評估是對項目具體分析和綜合判定，為此采用層次分析法對裝備人機工程質量涉及的要素進行分析和確定。

1.2評估指標體系的簡歷

人機工程質量評估通常按評估目標建立分目標→子目標→指標(項目)→分指標(分項目)的體系(或更多層次)，再按逆向，由評估人員通過檢查，確定最底層指標的得分值，逐層綜合，得到對既定目標的評估，在裝備人機工程質量評估工作中，建立了3級體系。

1) 評估總目標。對人機工程的質量性評估，是對裝備人機工程質量的整體綜合評估。因此，選擇該裝備的人機工程質量作為評估的總目標U；

2) 評估子目標。結合人機工程質量要素和有關規(guī)定，評估要素分為信息界面評估、作業(yè)崗位和空間評估、作業(yè)姿勢和動作評估、作業(yè)環(huán)境分析評估、工作安全與事故評估等方面等5項工作。因此，對其確定為評估子目標；

3) 評估指標。按評估指標體系建立的原則和人機工程質量的實際情況，把評估子目標進行細分，形成19個評估指標。其體系結構如圖1所示。

2評估方法

2.1構建評估因素集

在以人機工程質量指標體系為對象，根據(jù)情況分級構建評估因素集，首先針對評估子目標，構造評估因素集X:X={X1,X2,X3,X4,X5}，式中，Xi為因素子集，對每個子目標，可進一步細分為m個子因素，即Xi={Xi1,Xi2,…,Xij,…,Xim}(i=1,2,…,5；j=1,2,…,m)，以此構成評估因素的指標體系。

圖1　評估指標體系

2.2指標權重的確立

權重是指人機工程質量要素在總評估體系中的重要程度，在評估過程中起著至關重要的作用，是定量評估的基礎，本研究采用Delphi Method方法進行人機工程質量要素權重的確定[8]。

1) 專家評判。選取數(shù)量適當?shù)膶＜液褪煜ぱb備的操作手，針對評估指標涉及的要素，按照重要性給出要素的兩兩之間相對重要程度數(shù)值，指標的相對重要程度之比Rij可參照表 1所示。判斷矩陣中Rij是專家采用Satty提出的尺度方法，Satty認為人們在估計成對事物的差別時，用5個判斷級就能很完整地表示,如果介于兩者之間的用中間值來表示。

表1　Satty重要性尺度

2) 統(tǒng)計反饋。專家意見匯總后，對專家意見進行統(tǒng)計分析，綜合成新的意見問卷表，并把它分別寄給給位專家，由專家對新的問卷做出第二輪評判，如此反復，直至專家意見基本趨于一致，得出人機工程質量要素兩兩之間的相對重要程度數(shù)值。

3) 構造兩兩比較判斷矩陣。針對重要度數(shù)值，構造一個n階方陣R。

4) 求判斷矩陣的最大特征值λmax

由線性代數(shù)中的 Frobinius 定理知，當R為正矩陣(Rij>0)時，R的最大特征值所對應的特征向量是正的，為保證權重的非負性，取最大特征值所對應的特征向量W

RW=λmaxW

2.3灰色關聯(lián)分析

灰色關聯(lián)分析無論在數(shù)據(jù)滿足的建模條件還是樣本容量方面都有較大的靈活性，可以很好地融合定性與定量分析[6,7]，定量分析結果能夠較好地符合定性分析結果和實際情況。本研究擬運用該理論于人機工程質量評估。

1) 關聯(lián)系數(shù)的計算

其中：K表示裝備數(shù)量；ρ為分辨系數(shù)，在本文取ρ=0.5。

2) 關聯(lián)度的計算

其中：ηi(k)為比較序列與參照序列的關聯(lián)度；L為所選指標因素的個數(shù)。

3實例分析

選取子目標為研究對象，對 2個待試驗裝備進行評價。

3.1確定權重

在考慮裝備操作運用環(huán)境和戰(zhàn)術條件的基礎上，在充分考慮二級指標要素的重要度的基礎上，按照Satty方法對自行火炮使用中的信息界面、作業(yè)崗位空間、作業(yè)姿勢動作、作業(yè)臺椅工具、作業(yè)環(huán)境5大要素進行比較，從人機工程質量角度考慮，重要性排序依次為作業(yè)環(huán)境、信息界面、作業(yè)崗位空間、作業(yè)姿勢動作、作業(yè)臺椅工具，各要素相對重要性比值，見矩陣Rij

由此重要性判定矩陣，解出其最大特征值及對應的特征向量。經(jīng)正規(guī)化后得W={0.365 9, 0.203 7, 0.092 1, 0.066 7, 0.271 6}。

3.2組織評估

X1(k)～X2(k)的值如表2所示。

表2　參考序列 與比較序列 數(shù)據(jù)表

3.3關聯(lián)系數(shù)及關聯(lián)度計算

將表2中的值代入式(2)得關聯(lián)系數(shù)矩陣E

則由式(3)計算得出關聯(lián)度向量為η=[0.721 1, 0.733 9]。

3.4結果分析

關聯(lián)度指被評估該型裝備的得分序列和理想得分序列的關聯(lián)程度[9]，由所得關聯(lián)度可知，一型裝備的關聯(lián)度小，二型裝備的關聯(lián)度大。這表明，二型裝備的人機工程質量要優(yōu)于一型裝備。

4結論

將灰色關聯(lián)分析和層次分析法應用于裝備人機工程質量評估,對上述結果進行了調查驗證，結果與量化分析基本一致，這說明灰色關聯(lián)分析作為裝備人機工程質量評估的一種方法是十分有效的，對解決類似的質量評估問題有一定的參考價值。

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(責任編輯唐定國)