楊致怡，劉雙，廖鎮(zhèn)，樊垚

1中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院信息系統(tǒng)所，北京100094

2中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院艦船人因工程實(shí)驗(yàn)室，北京100081

基于團(tuán)隊(duì)績(jī)效的作戰(zhàn)艙室工效評(píng)價(jià)模型

楊致怡1，劉雙2，廖鎮(zhèn)2，樊垚1

1中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院信息系統(tǒng)所，北京100094

2中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院艦船人因工程實(shí)驗(yàn)室，北京100081

［目的］為了開展多任務(wù)作戰(zhàn)艙室戰(zhàn)位布置設(shè)計(jì)方案的工效評(píng)價(jià)研究，［方法］提出一種在設(shè)計(jì)階段可實(shí)施的布置方案工效預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)方法，結(jié)合人的模糊認(rèn)知特性以及多通道資源理論，考慮作戰(zhàn)艙室戰(zhàn)位間的溝通頻率、距離、角度、戰(zhàn)位對(duì)作戰(zhàn)使用的重要隸屬度等因素，從通道資源占用或付出努力對(duì)工作負(fù)荷的影響出發(fā)，對(duì)通過各因素進(jìn)行歸一化處理后，提出一種基于團(tuán)隊(duì)績(jī)效的工效評(píng)價(jià)理論計(jì)算模型。通過開展仿真模擬的團(tuán)隊(duì)作業(yè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量團(tuán)隊(duì)任務(wù)完成時(shí)間及完成正確率等指標(biāo)，并與模型計(jì)算的布置方案所支持的團(tuán)隊(duì)績(jī)效理論值進(jìn)行對(duì)比分析，［結(jié)果］試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論模型的有效性，并能夠用于多種作戰(zhàn)艙室戰(zhàn)位布置設(shè)計(jì)方案的預(yù)測(cè)和工效評(píng)價(jià)。［結(jié)論］結(jié)果表明該模型可為作戰(zhàn)艙室戰(zhàn)位布置設(shè)計(jì)方案的工效評(píng)價(jià)、優(yōu)選和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一種新的方法與理論基礎(chǔ)。

作戰(zhàn)艙室；戰(zhàn)位布置；工效評(píng)價(jià)；團(tuán)隊(duì)績(jī)效

0 引言

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)作戰(zhàn)任務(wù)越來越復(fù)雜，作戰(zhàn)艙室中的功能戰(zhàn)位也日益增多，而艙室有限的空間決定了系統(tǒng)操作人員與戰(zhàn)位非常有限，所以艙室的各戰(zhàn)位如何合理布置成為逐漸凸顯的問題。研究表明，作戰(zhàn)艙室中的戰(zhàn)位布置方案越合理，越有利于提高作戰(zhàn)人員之間的溝通效率以及各戰(zhàn)位完成任務(wù)的有效性，并越有利于艙室團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)績(jī)效的發(fā)揮，從而提升系統(tǒng)作戰(zhàn)效能［1-3］。

鑒于此，對(duì)于作戰(zhàn)艙室多戰(zhàn)位布置設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)和優(yōu)選在作戰(zhàn)艙室布置的設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要，而現(xiàn)階段戰(zhàn)位布置設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)和優(yōu)選還缺少一套科學(xué)的方法和流程，特別是在方案設(shè)計(jì)初期，越早確定艙室戰(zhàn)位優(yōu)選的布置方案，越有利于后期工程實(shí)施，從而可減少工程研制后期出現(xiàn)不必要的顛覆性修改，降低全壽期研制費(fèi)用，提高作戰(zhàn)效能。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段在艙室布置方面已經(jīng)有一些涉及艙室戰(zhàn)位布置的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如GJB 2873-97，DL/T 575.7-1999，GB/T 22188.3-2010 等［4-6］。 一方面，在艙室布置時(shí)要遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和使用要求，在有效的空間內(nèi)進(jìn)行戰(zhàn)位布置的準(zhǔn)備工作，并考慮諸如面對(duì)面的交流和觀察綜合共享顯示器等功能鏈接，將功能布置轉(zhuǎn)換為可能的艙室布置設(shè)計(jì)，當(dāng)確定艙室布置備選方案后，由操作人員根據(jù)操作規(guī)范及要求進(jìn)行測(cè)試，通過反復(fù)測(cè)試確定艙室設(shè)備布置的最佳方案。另一方面，通過建立數(shù)學(xué)模型來求解最佳布置方案，目前已有研究團(tuán)隊(duì)提出了部分改進(jìn)的遺傳優(yōu)化算法，但是約束條件比較單一，并沒有考慮與任務(wù)相關(guān)的各戰(zhàn)位的重要隸屬度、使用頻率等因素，因此不適用于作戰(zhàn)艙室戰(zhàn)位布置的評(píng)價(jià)［7-9］。

本文針對(duì)目前多任務(wù)作戰(zhàn)艙室戰(zhàn)位布置方案的評(píng)價(jià)和優(yōu)選，擬提出一種在布置方案設(shè)計(jì)階段可實(shí)施的基于團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)績(jī)效的工效評(píng)價(jià)方法，以避免布置工作開展之后的方案調(diào)整或返工，為優(yōu)選和評(píng)價(jià)作戰(zhàn)艙室的戰(zhàn)位布置提供理論依據(jù)，從而為作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)作戰(zhàn)性能的提升和方案的研制提供一定的基礎(chǔ)支撐。

1 艙室布置工效評(píng)價(jià)方法建模

艙室布置方案工效評(píng)價(jià)方法建模主要流程如圖1所示。

圖1 布置方案工效評(píng)價(jià)方法建模過程示意圖Fig.1 Main process of modeling ergonomic evaluation

具體過程如下：首先，假定現(xiàn)有指揮室的戰(zhàn)位布置方案數(shù)量為M，且M≥2，各方案分別為F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)m，…，F(xiàn)M，對(duì)其進(jìn)行工效評(píng)價(jià)和優(yōu)劣排序。針對(duì)任一組方案Fm，假定作戰(zhàn)艙室中的戰(zhàn)位數(shù)為n個(gè)，選定艙室原點(diǎn)坐標(biāo)（0，0），各戰(zhàn)位的位置坐標(biāo)(x，y)按照該點(diǎn)到原點(diǎn)的距離（單位：m）確定，則每個(gè)戰(zhàn)位的位置及坐標(biāo)分別為：1(x1，y1)，2(x2，y2)，…，i(xi，yi)，…，n(xn，yn)；共享大屏幕的兩側(cè)位置分別為s1(xs1，ys1)，s2(xs2，ys2)，共享大屏幕的中心點(diǎn)位置為s0(xs0，ys0)。

戰(zhàn)位i與戰(zhàn)位j間的溝通努力程度由努力距離L及努力角度θ組成。溝通努力距離表示2個(gè)戰(zhàn)位溝通時(shí)因距離付出的努力，溝通努力角度表示2個(gè)戰(zhàn)位溝通時(shí)因角度付出的努力。溝通努力程度越大，引起戰(zhàn)位間溝通的工作負(fù)荷可能性就越高，因而不利于快速、正確地完成團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)。假設(shè)如下：

1）設(shè)Lij表示戰(zhàn)位i向戰(zhàn)位j的溝通努力距離，Lji表示戰(zhàn)位j向戰(zhàn)位i的溝通努力距離，則2個(gè)戰(zhàn)位間的努力距離為

2）設(shè)?i表示戰(zhàn)位i的自身方位向量，?j表示戰(zhàn)位j的自身方位向量，戰(zhàn)位（i和j）的自身方位向量表示該戰(zhàn)位人員正面朝向的單位向量；ij為戰(zhàn)位i與戰(zhàn)位j的溝通向量，即戰(zhàn)位i與戰(zhàn)位j溝通時(shí)正面朝向的單位向量；ji為戰(zhàn)位j與戰(zhàn)位i的溝通向量，即戰(zhàn)位j與戰(zhàn)位i溝通時(shí)正面朝向的單位向量。由此，戰(zhàn)位i向戰(zhàn)位j溝通需要轉(zhuǎn)動(dòng)的努力角度cosθi和戰(zhàn)位j向戰(zhàn)位i溝通需要轉(zhuǎn)動(dòng)的努力角度cosθj可分別表示如下：

故同一個(gè)溝通行為發(fā)生時(shí)，2個(gè)戰(zhàn)位同時(shí)需要付出的努力角度θij，即戰(zhàn)位i與戰(zhàn)位j的溝通努力角度為

3）設(shè)戰(zhàn)位i對(duì)于共享大屏幕s的需求程度為Ris，與其戰(zhàn)位的任務(wù)特點(diǎn)和角色分工相關(guān)。戰(zhàn)位i對(duì)共享大屏幕中心位置s0(xs0，ys0)的觀察努力距離為L(zhǎng)is0，觀察需要轉(zhuǎn)動(dòng)的努力角度為θis0；共享顯示大屏幕的反方向?yàn)樽陨淼姆较蛳蛄?，為?(0，1)；戰(zhàn)位i操作人員正面朝向的方向向量為?i，當(dāng)戰(zhàn)位面向大屏幕時(shí)則?i=(0，1)，當(dāng)背向大屏?xí)r則為?i=(0，-1)，其中戰(zhàn)位i與共享大屏幕中心s0之間的觀察努力距離可表示為

其中，戰(zhàn)位i與共享大屏幕中心位置s0(xs0，ys0)的觀察努力角度，可通過該戰(zhàn)位自身方向向量?i與大屏幕中心之間的向量is0表示為

對(duì)于共享大屏幕，并不是所有戰(zhàn)位都需要，有一些對(duì)大屏幕需求較低的戰(zhàn)位可以允許其對(duì)共享大屏幕的努力程度較大，而對(duì)于共享大屏幕有較高需求的戰(zhàn)位，即需要頻繁觀察大屏幕的戰(zhàn)位，應(yīng)該優(yōu)先確保該戰(zhàn)位付出的努力程度較低。

4）設(shè)戰(zhàn)位i對(duì)共享大屏幕的視野范圍角度為Ei，可通過該戰(zhàn)位i與大屏幕兩側(cè)s1，s2的向量is1，is2計(jì)算：

其中，大屏幕對(duì)戰(zhàn)位i作戰(zhàn)績(jī)效所做的貢獻(xiàn)與觀察的努力程度相關(guān)，即努力程度Lisθis越小越有利于該戰(zhàn)位縮短完成任務(wù)的時(shí)間、提高正確率、減少工作負(fù)荷。另外，單位需求量?jī)?nèi)可獲得的視野范圍Ei/Ris越高，越有利于該戰(zhàn)位作戰(zhàn)績(jī)效的提高，減少工作負(fù)荷。

作戰(zhàn)任務(wù)中，隨著戰(zhàn)時(shí)任務(wù)的變化，具體到單次任務(wù)下各戰(zhàn)位間的溝通頻率（Cij或Cji，即單位時(shí)間內(nèi)2個(gè)戰(zhàn)位i，j之間的溝通次數(shù)）、戰(zhàn)位對(duì)于作戰(zhàn)使用的重要隸屬度（u1，u2，…，un）及作戰(zhàn)使用頻率（ε1，ε2，…，εn）等因素也會(huì)隨之變化，但考慮到艙室戰(zhàn)位布置不便于根據(jù)戰(zhàn)時(shí)情況進(jìn)行柔性變化和動(dòng)態(tài)調(diào)整，因此，從較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)、多任務(wù)綜合的宏觀統(tǒng)計(jì)情況考慮，認(rèn)為上述因素在同一個(gè)作戰(zhàn)艙室內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

對(duì)于不同作戰(zhàn)艙室，各戰(zhàn)位間的溝通頻率有所區(qū)別，但對(duì)于某一特定型號(hào)的作戰(zhàn)艙室，各戰(zhàn)位間的溝通頻率是固定的。計(jì)算戰(zhàn)位間的溝通頻率時(shí),有Cij=Cji，而各戰(zhàn)位對(duì)于作戰(zhàn)使用的重要隸屬度、作戰(zhàn)使用頻率是有區(qū)別的，但對(duì)于某一特定型號(hào)的作戰(zhàn)艙室，各戰(zhàn)位在該型號(hào)作戰(zhàn)艙室使用中則是固定的。對(duì)于越重要的戰(zhàn)位，提高戰(zhàn)位的任務(wù)完成時(shí)間、正確率越有利。對(duì)于使用頻率越高的戰(zhàn)位，工作負(fù)荷越低越有利。由于每個(gè)戰(zhàn)位對(duì)其他戰(zhàn)位情報(bào)來源的重要價(jià)值存在一定的模糊性，采用?ij表示戰(zhàn)位i對(duì)戰(zhàn)位j情報(bào)價(jià)值潛在認(rèn)知狀態(tài)的概率，定義模糊熵hij為戰(zhàn)位i對(duì)某一戰(zhàn)位j情報(bào)的重要價(jià)值的模糊認(rèn)知心理活動(dòng)，相關(guān)定義如下［10-11］。

模糊熵：

潛在認(rèn)知狀態(tài)概率：

戰(zhàn)位i對(duì)戰(zhàn)位j情報(bào)價(jià)值的平均認(rèn)知程度：

由于各戰(zhàn)位的平均作戰(zhàn)績(jī)效ηi與該戰(zhàn)位自身作戰(zhàn)使用頻率εi、其他各戰(zhàn)位間的溝通頻率Cij、對(duì)其他戰(zhàn)位活動(dòng)的情報(bào)價(jià)值的平均認(rèn)知程度Vij以及單位需求量的視野范圍EiRis-1正相關(guān)，而與各戰(zhàn)位的溝通努力距離Lij、溝通努力角度θij以及共享大屏幕觀察努力距離和觀察努力角度負(fù)相關(guān)，因此，綜合考慮上述各個(gè)因素對(duì)多戰(zhàn)位團(tuán)隊(duì)協(xié)作的任務(wù)完成時(shí)間、完成正確率及工作負(fù)荷等方面的影響后，將平均作戰(zhàn)績(jī)效ηi表示為

故Fm方案所支持的作戰(zhàn)艙室平均團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)績(jī)效可由艙室實(shí)際可能達(dá)到的團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)績(jī)效PActual與艙室最優(yōu)狀態(tài)可能實(shí)現(xiàn)的團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)績(jī)效POptimal的比值來表示。其中，團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)績(jī)效PActual由各戰(zhàn)位的平均作戰(zhàn)績(jī)效ηi及其在團(tuán)隊(duì)中的重要隸屬度ui來表示［12-13］：

綜上所述，式（1）～式（9）綜合考慮戰(zhàn)位間溝通努力距離、溝通努力角度、大屏幕視野范圍、溝通頻率及信息傳輸?shù)哪：J(rèn)知狀態(tài)等多個(gè)設(shè)計(jì)因素，構(gòu)建基于艙室團(tuán)隊(duì)績(jī)效的戰(zhàn)位布置工效評(píng)價(jià)模型，可用于在方案設(shè)計(jì)階段對(duì)不同戰(zhàn)位布置方案所支持的團(tuán)隊(duì)績(jī)效水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，減少實(shí)船建造完成后對(duì)評(píng)價(jià)帶來的不易修改的現(xiàn)象。通常實(shí)船建成后，可通過團(tuán)隊(duì)任務(wù)完成時(shí)間、完成正確率和工作負(fù)荷等指標(biāo)來衡量。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)在安靜的專業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境光照、噪聲水平、屏幕亮度等保持恒定。使用計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)刺激呈現(xiàn)并記錄被試反應(yīng)，共享顯示器為投影顯示器（2.4 m×1.8 m，分辨率1 024×768）。個(gè)人顯示屏為筆記本電腦（14 in屏幕，分辨率1 366×768）。個(gè)人筆記本電腦與大屏顯示器電腦通過局域網(wǎng)連接。自編程序控制每次實(shí)驗(yàn)任務(wù)呈現(xiàn)給個(gè)人筆記本電腦和共享大屏顯示器的顯示內(nèi)容。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采用單因素（戰(zhàn)位布置設(shè)計(jì)方案A和方案B）完全被試內(nèi)設(shè)計(jì)（within subject design），2種戰(zhàn)位布置方案如圖2所示。圖中：原點(diǎn)表示艙室坐標(biāo)（0，0）；1，2，3，4，5，6表示6個(gè)戰(zhàn)位位置；（x，y）表示各戰(zhàn)位在艙室中的位置坐標(biāo)；δ表示共享顯示大屏幕的方向向量；?表示各戰(zhàn)位的方向向量。

圖2 戰(zhàn)位布置方案A與方案BFig.2 Layout scheme A and B of action station

2.3 實(shí)驗(yàn)材料及任務(wù)

為模擬艙室內(nèi)實(shí)際任務(wù)情境，實(shí)驗(yàn)中，被試共享1個(gè)顯示大屏幕。被試的個(gè)人顯示屏及共享大屏的顯示界面如圖3所示。其中，每名被試需要同時(shí)完成2項(xiàng)任務(wù)：一項(xiàng)任務(wù)為各被試獨(dú)立任務(wù)，即通過試卷形式完成3位數(shù)的加法，作為輔任務(wù)；另一項(xiàng)主任務(wù)為團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)，即完成對(duì)艦艇危險(xiǎn)等級(jí)的判斷。被試需要盡可能快地根據(jù)規(guī)則正確完成團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)（艦艇危險(xiǎn)指數(shù)總數(shù)超過100或不足100的判斷），普通報(bào)告的頁面及決策頁面分別如圖3（a）和圖3（b）所示。公共艦艇威脅指數(shù)的數(shù)值來源于共享大屏幕，如圖3（c）所示。

通過調(diào)研與訪談，對(duì)戰(zhàn)位間溝通頻率、各戰(zhàn)位的重要隸屬度和使用頻率、共享大屏幕需求程度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與統(tǒng)計(jì)分析，并歸一化處理，將不同數(shù)據(jù)單位進(jìn)行格式化，使之統(tǒng)一為指定范圍（0～1之間）的無量綱數(shù)據(jù)。表1所示為戰(zhàn)位間的溝通頻率，表2所示為各戰(zhàn)位的重要隸屬度及使用頻率。

縣級(jí)異地防汛會(huì)商視頻會(huì)議系統(tǒng)的建成，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家、省、市、縣四級(jí)防汛抗旱指揮部門的異地視頻會(huì)商，充分發(fā)揮了協(xié)同指揮和調(diào)度功能；同時(shí)，盧氏、欒川、南召等8個(gè)縣的異地防汛會(huì)商視頻會(huì)議系統(tǒng)延伸到了鄉(xiāng)鎮(zhèn)。異地防汛會(huì)商視頻會(huì)議系統(tǒng)已成為各級(jí)水利部門召開視頻會(huì)議、進(jìn)行防汛會(huì)商的主要平臺(tái)。2012年7月3日，河南省防辦對(duì)山洪災(zāi)害防治非工程措施項(xiàng)目建設(shè)的縣級(jí)防汛視頻會(huì)商系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)急演練，并對(duì)防汛工作進(jìn)行了安排部署；平頂山等市隨即召開了所轄縣視頻會(huì)議，對(duì)迎戰(zhàn)7月4日的強(qiáng)降雨進(jìn)行了緊急部署；省、市、縣三級(jí)防汛視頻會(huì)商系統(tǒng)為應(yīng)對(duì)此次強(qiáng)降雨提供了有力支撐，效果顯著。

實(shí)驗(yàn)任務(wù)控制方法如下：

1）任務(wù)。完成獨(dú)立任務(wù)（3位數(shù)加法）+參與團(tuán)隊(duì)任務(wù)（根據(jù)其戰(zhàn)位屏幕的提示上報(bào)艦艇危險(xiǎn)指數(shù)或者直接進(jìn)行決策，不同戰(zhàn)位角色任務(wù)有所區(qū)別）。

圖3 實(shí)驗(yàn)界面示意圖Fig.3 Schematic of experiment interface

表1 作戰(zhàn)艙室各戰(zhàn)位間的溝通頻率Table 1 Communication frequency between action stations in operational room

2）溝通頻率。從上報(bào)對(duì)象或接受報(bào)告來源對(duì)象的次數(shù)上體現(xiàn)；溝通頻率越高的2個(gè)戰(zhàn)位，彼此間互相傳輸信息的次數(shù)越多。

3）重要隸屬度。從最終完成決策按鍵任務(wù)的戰(zhàn)位來體現(xiàn)，越重要的戰(zhàn)位完成決策的次數(shù)越多。

4）使用頻率。從完成本次團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)看，體現(xiàn)在是否需要某戰(zhàn)位個(gè)人屏幕中出現(xiàn)的艦艇危險(xiǎn)指數(shù)；使用頻率越高的戰(zhàn)位，團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)中需要其戰(zhàn)位個(gè)人屏幕艦艇危險(xiǎn)指數(shù)的次數(shù)越多。

5）對(duì)共享大屏幕的需求程度。從完成本次團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)是否需求共享大屏幕中出現(xiàn)的公共危險(xiǎn)指數(shù)來體現(xiàn)；對(duì)大屏幕需求程度越高的戰(zhàn)位，在團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)中，其需要大屏幕公共艦艇危險(xiǎn)指數(shù)的次數(shù)越多。

為避免可能的訓(xùn)練效應(yīng)與疲勞效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)分為2個(gè)階段：一半被試先做方案A的20組團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)，然后再做方案B；另一半被試先做方案B的20組團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)，然后再做方案A。以其中一組決策任務(wù)為例，分別賦予戰(zhàn)位1～6的艦艇危險(xiǎn)指數(shù)為 6，7，9，6，0，3，共享大屏幕的公共艦艇危險(xiǎn)指數(shù)為5。各戰(zhàn)位個(gè)人顯示屏及共享大屏幕中的顯示內(nèi)容除了上述危險(xiǎn)指數(shù)外，還包括表3所示的任務(wù)內(nèi)容。

根據(jù)表3所示的數(shù)據(jù)信息傳輸內(nèi)容，將團(tuán)隊(duì)之間的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系通過圖4表示。決策戰(zhàn)位1最終將匯總的艦艇危險(xiǎn)指數(shù)之和填入其決策頁面中的輸入框，若小于100，則判斷為安全，點(diǎn)擊個(gè)人顯示屏上的綠色“安全”按鈕。

表2 作戰(zhàn)艙室戰(zhàn)位功能的重要隸屬度及使用頻率Table 2 Importance and using frequency of action stations in operational room

被試按照指定座位入座后，主試對(duì)任務(wù)和決策規(guī)則進(jìn)行說明，然后進(jìn)入訓(xùn)練階段。實(shí)驗(yàn)中，每次任務(wù)出現(xiàn)前會(huì)有滴聲提示，然后共享顯示屏和個(gè)人顯示屏上均同時(shí)呈現(xiàn)相關(guān)信息，要求每名被試按照要求完成指定的3位數(shù)加法任務(wù)和團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)。

每次團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)提交后，屏幕提示該次任務(wù)完成，在滴聲后呈現(xiàn)下一組任務(wù)。依次反復(fù)，直到所有20組任務(wù)完成。每個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)（即某種戰(zhàn)位布置方案設(shè)計(jì)）結(jié)束后，個(gè)人顯示屏上呈現(xiàn)對(duì)本階段完成任務(wù)負(fù)荷水平進(jìn)行的評(píng)分。評(píng)分量表采用NASA-TLX量表。

在每個(gè)階段中，20組團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)的順序隨機(jī)。實(shí)驗(yàn)程序用C#語言編制。在操作任務(wù)中程序自動(dòng)記錄每次團(tuán)隊(duì)任務(wù)完成時(shí)間、團(tuán)隊(duì)任務(wù)正確率，以及各被試工作負(fù)荷的主觀評(píng)分結(jié)果。

表3 一組典型團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)內(nèi)容Table 3 A typical group of team tasks

圖4 一組典型團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系圖Fig.4 Data transmission relationship in a typical team task

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)圖2中所示2種布置方案，一方面通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行工效測(cè)評(píng)，另一方面基于工效評(píng)價(jià)理論模型進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)。表4所示為由式（1）～式（9）計(jì)算的團(tuán)隊(duì)績(jī)效模型理論計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

1）任務(wù)完成時(shí)間。

布置任務(wù)完成時(shí)間從任務(wù)頁面呈現(xiàn)開始，到該次任務(wù)決策者按下決策按鍵作為結(jié)束，計(jì)算任務(wù)完成時(shí)間。布置對(duì)任務(wù)完成時(shí)間做威爾克松檢驗(yàn)，2種布置方式下的任務(wù)完成時(shí)間差異顯著（p=0.00＜0.05），因此，方案B方式下的任務(wù)完成時(shí)間顯著短于方案A方式。

2）任務(wù)完成正確率。

在每組完成的2種布置下的各20次任務(wù)中，數(shù)值計(jì)算正確所占比例與判定“危險(xiǎn)”與“安全”的決策正確的比例分別作為計(jì)算正確率和決策正確率。結(jié)果表明，各組計(jì)算正確率在60%～70%左右，大多數(shù)錯(cuò)誤原因是任務(wù)過程中的計(jì)算錯(cuò)誤。決策正確率都達(dá)到了90%以上。對(duì)于任務(wù)完成時(shí)間做威爾克松檢驗(yàn)，2種布置方案下的計(jì)算正確率與決策正確率差異不顯著（p＞0.05）。

3）工作負(fù)荷。

NASA-TLX量表的得分可以反映被試在實(shí)驗(yàn)任務(wù)中的工作負(fù)荷水平，得分越高，表明任務(wù)難度越大，工作負(fù)荷水平越高。實(shí)驗(yàn)中，方案B方式下的工作負(fù)荷得分略低于方案A，對(duì)任務(wù)完成時(shí)間做威爾克松檢驗(yàn)，結(jié)果表明兩種布置類型下的負(fù)荷得分差異不顯著（p＞0.05）。

表4 團(tuán)隊(duì)績(jī)效模型理論計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 4 Theoretical calculations of team performance model and experimental statistic results

4 討 論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方案B條件下的任務(wù)完成時(shí)間顯著少于方案A（p＜0.05），而在任務(wù)完成正確率和工作負(fù)荷評(píng)分上，2種布置之間均沒有差異（p＞0.05），則表明方案B在不降低任務(wù)完成質(zhì)量的前提下（方案A與方案B的任務(wù)完成正確率無差異），可以有效降低任務(wù)完成時(shí)間（方案A與方案B的任務(wù)完成時(shí)間差異顯著），提升任務(wù)完成效率，即團(tuán)隊(duì)績(jī)效B＞A，可見實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模型的預(yù)測(cè)值完全一致。同時(shí)也表明，本文所提出的團(tuán)隊(duì)績(jī)效理論計(jì)算模型是一種較為有效的工效預(yù)測(cè)方法。

本研究只選用了2個(gè)水平的布置方式，今后可適當(dāng)增加不同的布置方式來進(jìn)一步驗(yàn)證理論模型算法在艙室戰(zhàn)位布置工效評(píng)價(jià)中的有效性。此外，在本實(shí)驗(yàn)中，2種布置方案下的工作負(fù)荷差異不是很顯著，這可能是由于該實(shí)驗(yàn)任務(wù)相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，各戰(zhàn)位間的信息溝通也比實(shí)際作戰(zhàn)艙室中的信息溝通簡(jiǎn)單，工作負(fù)荷均較小，因此在工作負(fù)荷指標(biāo)上差異并不明顯。在以后的研究中，可以進(jìn)一步探討在更為復(fù)雜的任務(wù)情境下，不同戰(zhàn)位空間布置方式對(duì)工作負(fù)荷水平的影響。

實(shí)驗(yàn)后，對(duì)被試進(jìn)行了簡(jiǎn)單的訪談，80%的被試主觀傾向認(rèn)為方案B的布置方式較好，主要原因在于方案B的布置方案中每個(gè)戰(zhàn)位與其他戰(zhàn)位聯(lián)系更緊密，有利于交流和各戰(zhàn)位操作人員對(duì)特征的掌握，在360°的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)各戰(zhàn)位的分布更有利于快速找到需要傳遞信息的隊(duì)友，不容易混亂。而且，中間重要程度高的兩個(gè)戰(zhàn)位處理信息更便捷、高效，有利于整體團(tuán)隊(duì)績(jī)效的發(fā)揮。分析表明，本文所提出模型具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值，可通過以下幾個(gè)步驟進(jìn)行戰(zhàn)位布置方案的評(píng)價(jià)：

1）建立各個(gè)布置方案的坐標(biāo)體系并確定戰(zhàn)位及共享大屏幕等坐標(biāo)位置，計(jì)算溝通努力距離、溝通努力角度及大屏幕視野范圍等。

2）參考表1、表2設(shè)計(jì)調(diào)查問卷對(duì)作戰(zhàn)艙室專家用戶進(jìn)行調(diào)研訪談，對(duì)作戰(zhàn)艙室中各戰(zhàn)位使用的重要隸屬度、作戰(zhàn)使用頻率及溝通頻率等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理；最后，基于本文提出的計(jì)算模型式（1）～式（9）對(duì)各布置方案所支持的團(tuán)隊(duì)績(jī)效水平理論值進(jìn)行計(jì)算和比較，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)戰(zhàn)位布置方案的工效評(píng)價(jià)。

5 結(jié) 語

本文針對(duì)目前多任務(wù)作戰(zhàn)艙室戰(zhàn)位布置方案的評(píng)價(jià)和優(yōu)選，提出一種在布置方案設(shè)計(jì)階段可實(shí)施的基于團(tuán)隊(duì)績(jī)效的工效評(píng)價(jià)理論計(jì)算模型，并對(duì)2種布置方案進(jìn)行理論計(jì)算和工效評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)，開展了團(tuán)隊(duì)決策任務(wù)的模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)量并分析了任務(wù)完成時(shí)間、任務(wù)完成正確率、工作負(fù)荷等指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本文所提出的團(tuán)隊(duì)績(jī)效評(píng)價(jià)模型理論預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全一致，驗(yàn)證了本文所提出理論模型的有效性，為作戰(zhàn)指揮艙室戰(zhàn)位布置方案的工效評(píng)價(jià)、優(yōu)選和研制提供了一種新的方法和理論基礎(chǔ)。

［1］黃坤，徐俊，閔紹榮.潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位復(fù)用技術(shù)初探［J］.中國(guó)艦船研究，2009，4（5）：63-66.HUANG K，XU J，MIN S R.Reuse technology of ac?tion stations for submarine combat systems［J］.Chi?nese Journal of Ship Research，2009，4（5）：63-66（in Chinese）.

［2］王威，閔紹榮，謝紅勝，等.用于艦艇效能評(píng)估的蘭徹斯特方程改進(jìn)研究［J］.中國(guó)艦船研究，2013，8（1）：98-101，122.WANG W，MIN S R，XIE H S，et al.Improved Lanchester equations for the ships'operational effec?tiveness evaluation［J］.Chinese Journal of Ship Re?search，2013，8（1）：98-101，122（in Chinese）.

［3］李加祥，王延章，趙曉哲.艦艇作戰(zhàn)指揮決策建模研究［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2005，27（4）：39-42，46.LI J X，WANG Y Z，ZHAO X Z.Study on the model?ing of warship operations command and decision［J］.Ship Science and Technology，2005，27（4）：39-42，46（in Chinese）.

［4］中國(guó)人民解放軍總裝備部.軍事裝備和設(shè)施的人機(jī)工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：GJB 2873-97［S］.北京：中國(guó)人民解放軍總裝備部，1997.People's Liberation Army General Armament Depart?ment.Human engineering design criteria for military equipment and facilities：GJB 2873-97［S］.Beijing：People's Liberation Army General Armament Depart?ment，1997（in Chinese）.

［5］中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).控制中心人機(jī)工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則第7部分：控制室的布局：DL/T 575.7-1999［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2000.People's Republic of China State Economic and Trade Commission.Ergonomic principles for the design of control centres Part 7： control room layout： DL/T 575.7-1999 ［S］.Beijing： China Electric Power Press，2000（in Chinese）.

［6］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.控制中心的人類工效學(xué)設(shè)計(jì)第3部分：控制室的布局：GB/T 22188.3-2010［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.Administration of Quality Supervision，Inspection and Quarantine of People's Republic of China.Ergonomic design of control centres-Part 3：control room layout：GB/T 22188.3-2010［S］.Beijing： China Standard Press，2011（in Chinese）.

［7］王金敏，王玉新，查建中.布局問題約束的分類及表達(dá)［J］.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2000，12（5）：349-354.WANG J M，WANG Y X，CHA J Z.Classification and representation of constraints in packing problem［J］.Journal of Computer Aided Design and Computer Graphics，2000，12（5）：349-354（in Chinese）.

［8］鄭曉軍.生產(chǎn)車間設(shè)施布局優(yōu)化方法研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2010.ZHENG X J.Research on layout optimization of work?shop facilities［D］.Dalian：Dalian University of Tech?nology，2010（in Chinese）.

［9］趙川.機(jī)械加工車間設(shè)備布局優(yōu)化模型及求解算法研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2010.

ZHAO C.Study on optimization model and solution al?gorithm of mechanical workshop equipment layout［D］.Chongqing：Chongqing University，2010（in Chinese）.

［10］劉雙，完顏笑如，莊達(dá)民，等.基于注意資源分配的情境意識(shí)模型［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，40（8）：1066-1072.LIU S，WANYAN X R，ZHUANG D M，et al.Situa?tional awareness model based on attention allocation［J］.Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics，2014，40（8）：1066-1072（in Chinese）.

［11］王南星，王勁松，李國(guó)偉.基于熵理論的網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［J］.指揮控制與仿真，2016，38（1）：13-17.WANG N X，WANG J S，LI G W.Cyberspace com?bat command system structure optimization based on entropy theory［J］.Command Control&Simulation，2016，38（1）：13-17（in Chinese）.

［12］LIU S，WANYAN X R，ZHUANG D M.Modeling the situation awareness by the analysis of cognitive process［J］.Bio-Medical Materials and Engineering，2014，24（6）：2311-2318.

［13］HOOEY B L，GORE B F，WICKENS C D，et al.Modeling pilot situation awareness［M］//CACCIABUE C，HJ?LMDAHL M，LUEDTKE A，et al.Human modelling in assisted transportation.Milan：Spring?er，2011：207-213.

Ergonomic evaluation model of operational room based on team performance

YANG Zhiyi1，LIU Shuang2，LIAO Zhen2，F(xiàn)an Yao1
1 Department of Information System，System Engineering Research Institute，Beijing 100094，China
2.Marine Human Factors Engineering Lab，Institute of Marine Technology&Economy，Beijing 100081，China

A theoretical calculation model based on the ergonomic evaluation of team performance was proposed in order to carry out the ergonomic evaluation of the layout design schemes of the action station in a multitasking operational room.This model was constructed in order to calculate and compare the theoretical value of team performance in multiple layout schemes by considering such substantial influential factors as frequency of communication， distance， angle， importance， human cognitive characteristics and so on.An experiment was finally conducted to verify the proposed model under the criteria of completion time and accuracy rating.As illustrated by the experiment results，the proposed approach is conductive to the prediction and ergonomic evaluation of the layout design schemes of the action station during early design stages，and provides a new theoretical method for the ergonomic evaluation，selection and optimization design of layout design schemes.

operational room；action station layout；ergonomic evaluation；team performance

U674.702

：ADOI：10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.005

http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20170512.1308.042.html期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

楊致怡，劉雙，廖鎮(zhèn)，等.基于團(tuán)隊(duì)績(jī)效的作戰(zhàn)艙室工效評(píng)價(jià)模型［J］.中國(guó)艦船研究，2017，12（3）：29-35，85.

YANG Z Y，LIU S，LIAO Z，et al.Ergonomic evaluation model of operational room based on team performance［J］.Chinese Journal of Ship Research，2017，12（3）：29-35，85.

2016-09-14< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間

時(shí)間：2017-5-12 13:08

楊致怡，男，1980年生，高級(jí)工程師。研究方向：水面艦艇作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)及綜合電子信息系統(tǒng)。E-mail：sunny19861114@sina.com

劉雙（通信作者），女，1986年生，博士，高級(jí)工程師。研究方向：艦船人因工程。E-mail：liushuangbh@163.com

廖鎮(zhèn)，男，1983年生，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：艦船人因工程。E-mail：lzhen24@163.com

樊垚，男，1987年生，碩士，工程師。研究方向：水面艦艇作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)及綜合電子信息系統(tǒng)。E-mail：530186452@qq.com