面向維修差錯的民航不安全事件風(fēng)險(xiǎn)分析

張明潔，王華偉，付 強(qiáng)，于思璇

(南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院，江蘇 南京 211106)

機(jī)務(wù)維修是民航運(yùn)行中的重要組成部分，也是直接保持飛機(jī)可靠性水平、保障飛機(jī)運(yùn)行安全的重要手段。在民航領(lǐng)域，人為因素導(dǎo)致的事故比率已經(jīng)上升到總體事故比例的70%左右[1-2]。依據(jù)民航局不安全事件統(tǒng)計(jì)報(bào)告，按原因統(tǒng)計(jì)2010—2015年間中國民用航空事故征候，分析事故征候中機(jī)務(wù)因素所占比例，具體如圖1所示，可以看出機(jī)務(wù)因素所占比例波動較大，并有上升的趨勢。如果繼續(xù)保持這種態(tài)勢，將會對民航安全產(chǎn)生較大壓力。

圖1 事故征候中機(jī)務(wù)因素所占比例

機(jī)務(wù)維修工作受到保障航空器準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行和航空公司降低維修成本等諸多因素影響，已經(jīng)成為人為因素的重要組成部分。所以有必要對機(jī)務(wù)人為因素轉(zhuǎn)化為人為差錯而造成的不安全事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，從而得到相應(yīng)影響因素[3-4]。

民航業(yè)中由于人因數(shù)據(jù)缺乏以及存在潛在風(fēng)險(xiǎn)的原因，早前通常展開以操縱員經(jīng)驗(yàn)和專家判斷為基礎(chǔ)的人的失誤概率的統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)測方法[5-6]，對人為因素的調(diào)查廣泛使用基于專家判斷的方法，缺乏充分的數(shù)據(jù)支撐研究內(nèi)容[7]。ZHOU等[8]構(gòu)建了一個(gè)灰色關(guān)聯(lián)模型來分析民航不安全事件的各種誘發(fā)因素；倪曉梅等[9]對不平衡數(shù)據(jù)下的民航不安全事件進(jìn)行分析，利用SMOTE和隨機(jī)向下抽樣的方法平衡民航數(shù)據(jù)，通過主成分分析方法分析引起不安全事件的主要因素。

筆者所采集數(shù)據(jù)為2011—2015年按因素統(tǒng)計(jì)的不安全事件，數(shù)據(jù)量偏小，故引入Bootstrap方法擴(kuò)充樣本量。Bootstrap通過數(shù)字仿真技術(shù)擴(kuò)大樣本量，該方法完全依賴于樣品本身的數(shù)據(jù)，不需要任何主觀假設(shè)，因此具有良好的穩(wěn)健性，工程上也易于實(shí)現(xiàn)；與其他數(shù)字仿真方法相比，該方法模擬方差較小,適合分析小樣本問題[10]。筆者通過Bootstrap方法擴(kuò)充數(shù)據(jù)，利用多元線性回歸分析出影響程度最高的事件類型，更加直觀地呈現(xiàn)機(jī)務(wù)維修薄弱環(huán)節(jié)。

1 航空維修差錯分析

航空維修人員是維修航空器的具體實(shí)施者。航空維修系統(tǒng)中的人為差錯是指由于維修過程中諸多內(nèi)外部因素的相互影響，引發(fā)維修人員的行為表現(xiàn)違背系統(tǒng)任務(wù)預(yù)先制定的目標(biāo)和規(guī)程，從而導(dǎo)致航空器及其部件損害或者人員傷亡的情況。從系統(tǒng)角度來看，航空維修差錯違背了航空器及其部件的運(yùn)行規(guī)律和特性，破壞了人機(jī)環(huán)系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)性[11]。航空維修人為因素主要有6種表現(xiàn)形式，如圖2所示，其中人為差錯主要分為人員未發(fā)現(xiàn)故障和人員導(dǎo)致故障兩大類。

圖2 航空維修人為因素表現(xiàn)形式

風(fēng)險(xiǎn)有各種不同的定義。如風(fēng)險(xiǎn)可以被定義為在特定的時(shí)期內(nèi)危險(xiǎn)事件發(fā)生的概率；或被視為個(gè)人或團(tuán)體被一些特定行為以更多或更少的隨機(jī)方式被削弱的可能性；抑或可以被認(rèn)為是統(tǒng)計(jì)上的損失期望值(即一個(gè)隨機(jī)暴露的個(gè)體被一些危險(xiǎn)事件影響的統(tǒng)計(jì)概率)。在存在危險(xiǎn)事件的情況下，風(fēng)險(xiǎn)還包括危險(xiǎn)事件負(fù)面影響的嚴(yán)重程度[12]。

簡單來說，航空風(fēng)險(xiǎn)是在航空領(lǐng)域中可能發(fā)生的危險(xiǎn)事件，通常表現(xiàn)為事故、事故征候或不安全事件。維修差錯可看作是危險(xiǎn)/威脅，最終導(dǎo)致上述事故的發(fā)生，這種情況下風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)表現(xiàn)為具體危險(xiǎn)事件，會產(chǎn)生違背任務(wù)目標(biāo)的不良后果。

2 航空維修不安全事件率計(jì)算

2.1 機(jī)務(wù)維修差錯引發(fā)不安全事件類型分析

筆者一共采集了2011—2015年的數(shù)據(jù)，在中國民航安全信息報(bào)告中摘取不安全事件中機(jī)務(wù)因素導(dǎo)致的不同類型的事件數(shù)，如表1所示。每年的運(yùn)輸量依次為：597.97、660.32、731.54、793.31、856.55萬架次，通過計(jì)算事件數(shù)與運(yùn)輸量的比值，可以得出每年對應(yīng)的由機(jī)務(wù)因素引發(fā)的不安全事件概率，稱為事件率。

在不同的時(shí)間或者空間，事件類型不完全相同，人為因素轉(zhuǎn)化為差錯的過程呈現(xiàn)出隨機(jī)性，即某個(gè)事件的形成與其他事件以及下一年發(fā)生的概率不相關(guān)。故可將5年數(shù)據(jù)平均化，分析每個(gè)事件占總體運(yùn)輸?shù)谋壤蛧?yán)重程度的綜合指標(biāo)。結(jié)合民航安全信息報(bào)告中事件嚴(yán)重程度分級與事件實(shí)際情況，劃分事件嚴(yán)重等級為：較小(-1)、中等(-2)、嚴(yán)重(-5)、非常嚴(yán)重(-10)、毀滅性(-100)，各事件對應(yīng)分級見表1。按上述頻率和嚴(yán)重程度等級做出風(fēng)險(xiǎn)水平二維圖,如圖3所示。

表1 機(jī)務(wù)因素導(dǎo)致的不同類型的事件數(shù)

從圖3可看出,當(dāng)事件處于A區(qū)時(shí)，表明發(fā)生頻率較高，但嚴(yán)重程度不高，此類事件發(fā)生的數(shù)量較多，一般對安全水平影響不大，如航空器碰撞障礙物。當(dāng)事件處于B區(qū)時(shí)，表明事件不但發(fā)生數(shù)量多，而且一旦發(fā)生就屬于性質(zhì)較為嚴(yán)重的事件，如客艙失壓。針對此類事件，應(yīng)該采取有效措施絕對杜絕事件的再次發(fā)生。當(dāng)事件處于C區(qū)時(shí)，表明此類事件發(fā)生數(shù)量不多，但單起事件都較為嚴(yán)重，如空中解體/爆炸/失火/冒煙。因此應(yīng)綜合分析國內(nèi)外歷史上此類事件發(fā)生的規(guī)律，在事故發(fā)生之前能夠進(jìn)行預(yù)警，尋求降低事故發(fā)生頻率的措施，進(jìn)而起到降低安全風(fēng)險(xiǎn)的目的[13]。

2.2 基于Bootstrap方法的機(jī)務(wù)維修差錯數(shù)據(jù)處理

2.2.1 Bootstrap方法

圖3 風(fēng)險(xiǎn)水平圖

Bootstrap是統(tǒng)計(jì)學(xué)中的基于Monte Carlo模擬的方法，是在試驗(yàn)樣本的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)生成的自助樣本來估計(jì)未知分布的某種統(tǒng)計(jì)量的統(tǒng)計(jì)特性，由此在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上生成新的數(shù)據(jù)。在總體F分布未知的情況下，通常采用非參數(shù)Bootstrap方法對總體F進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷。假設(shè)數(shù)據(jù)樣本F的容量為n，對這一樣本按放回抽樣的方法抽取一個(gè)容量為n的樣本，這種樣本稱為Bootstrap樣本或自助樣本。相繼獨(dú)立地從原始樣本中取很多個(gè)Bootstrap樣本，利用這些樣本對總體F進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷，稱為非參數(shù)Bootstrap方法或者自助法。其數(shù)學(xué)描述如下：

(1)

綜上，Bootstrap方法可以自原始樣本按放回抽樣的方法擴(kuò)充樣本量，通過輸入樣本，返回Bootstrap索引的n個(gè)引導(dǎo)矩陣bootsam。bootsam中的每一列都包含從原始數(shù)據(jù)集中繪制的值的索引，以構(gòu)成相應(yīng)的引導(dǎo)樣本[14]。

2.2.2 航空維修差錯誘發(fā)不安全事件計(jì)算

將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，事件類型作為自變量，事件率作為因變量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示系統(tǒng)自動剔除部分因素，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)基本全部為0，處理不精確。數(shù)據(jù)量不足導(dǎo)致回歸性分析不能將所有自變量與因變量的關(guān)系表現(xiàn)出來，因此，需要擴(kuò)充數(shù)據(jù)量，精確表現(xiàn)出內(nèi)部關(guān)系。

將5年由機(jī)務(wù)原因?qū)е碌牟话踩录?shù)及事件率作為輸入樣本x1,x2,…,x13，擴(kuò)充到1 000組索引樣本，經(jīng)過假設(shè)性檢驗(yàn)及剔除異常值，篩選出15組數(shù)據(jù)，如表2所示。為了更加直觀地分析各事件與最終事件率的關(guān)系，將原始數(shù)據(jù)與擴(kuò)充數(shù)據(jù)結(jié)合起來進(jìn)行線性回歸擬合分析，建立的多元線性回歸模型為：

y=b0+b1x1+b2x2+…+bnxn+ε

(2)

其中，ε～N(0,σ2)，將冰擊、航空器撞障礙物等12種事件類型作為自變量X，事件率作為因變量Y，利用最大似然估計(jì)法估計(jì)參數(shù)，則系數(shù)(b0,b1,…,b12)T的最大似然估計(jì)矩陣為：

(3)

由上述計(jì)算過程得到的回歸結(jié)果如表3所示，可以看出在12種事件類型中，按系數(shù)大小排列得出影響較大的事件類型為：冰擊，航空器撞障礙物，維護(hù)、維修，客艙失壓，地面撞障礙物，航空器牽引，這6種事件類型對事件率影響程度相對較高?；貧w殘差圖和回歸殘差標(biāo)準(zhǔn)p-p圖分別如圖4和圖5所示。

表2 擴(kuò)充數(shù)據(jù)

表3 回歸分析處理結(jié)果

圖4 回歸殘差圖

圖5 回歸殘差標(biāo)準(zhǔn)p-p圖

結(jié)合表3和圖4、圖5的回歸殘差，可發(fā)現(xiàn)處理數(shù)據(jù)基本符合正態(tài)分布，期望擬合趨勢良好，得出的誤差處于合理范圍內(nèi)，說明對數(shù)據(jù)的處理準(zhǔn)確，可以由各事件標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)對影響不安全事件率的程度進(jìn)行排序，不需要額外采用其他回歸分析方式進(jìn)行驗(yàn)證。

3 降低維修差錯誘發(fā)事故的對策分析

由上述分析結(jié)果，排列出影響程度較高的事件類型。每個(gè)類型的出現(xiàn)及頻率本身呈現(xiàn)出隨機(jī)過程，但是又與維修人為因素的綜合作用和安全管理措施相關(guān)。就最近5年來講，在此階段的安全政策條件下，不安全事件的發(fā)生，反映出此階段的安全管理水平與薄弱環(huán)節(jié)。經(jīng)分析數(shù)據(jù)得到相應(yīng)結(jié)果后，可為下一個(gè)階段的安全管理內(nèi)容提出側(cè)重點(diǎn)和具體的應(yīng)對措施。

表4所示為6種相對影響程度較高的事件類型的人為影響因素映射網(wǎng)絡(luò)，主要列舉了影響事件發(fā)生的因素來源，針對這些因素，結(jié)合具體事件類型，找出出現(xiàn)頻率較高即影響程度最高的因素。

表4 人為因素映射關(guān)系

(1)冰擊。其是指當(dāng)飛機(jī)機(jī)翼表面存在非環(huán)境性結(jié)冰或者燃油吸冷結(jié)霜時(shí)，從濕熱的機(jī)場飛到很冷的機(jī)場的過程中機(jī)翼上表面所結(jié)冰層在空中脫落，脫落冰片擊中飛機(jī)平衡尾翼前緣所造成的損傷。除冰過程要求嚴(yán)格，涉及到人員的操作、環(huán)境(結(jié)冰條件)、操作完善程度及操作過程。機(jī)務(wù)人員在專業(yè)知識技能足夠的條件下，加強(qiáng)對機(jī)翼上、下表面的檢查，及時(shí)清除機(jī)翼上、下表面的冰、雪、霜，以避免冰擊事件發(fā)生。

(2)航空器撞障礙物。在維修過程中，使用的工具或其他設(shè)備，如梯架、扳手等，與航空器發(fā)生剮蹭或碰撞，對航空器造成損害，從而引發(fā)不安全事件。機(jī)務(wù)人員在進(jìn)行維修任務(wù)過程中，必須要有安全意識和應(yīng)急能力，嚴(yán)格執(zhí)行“工具三清點(diǎn)”制度，包括對講機(jī)、毛巾等。具體內(nèi)容包括：①確認(rèn)現(xiàn)場使用的工具沒有遺留在航空器上或附近地面；②不得將工具、毛巾、手套等放置于動力裝置、起落架、起落架輪艙、操縱系統(tǒng)等區(qū)域(防護(hù)墊、防護(hù)套、舵面夾等防護(hù)工具除外)；③工具用完放回工具箱/盒或指定區(qū)域；④采取必要措施，保護(hù)飛機(jī)設(shè)備、航材、工具不受損壞；⑤將航材、工具有序擺放；⑥維修人員在維修工作結(jié)束后應(yīng)擦拭清潔工具/設(shè)備及梯架，并恢復(fù)初始狀態(tài)(如千斤頂頂桿復(fù)位等)；⑦確認(rèn)工具設(shè)備齊全并歸還，相關(guān)航材退庫，設(shè)備梯架歸位。

(3)維護(hù)、維修。機(jī)務(wù)人員執(zhí)行維護(hù)、維修任務(wù)造成飛機(jī)出現(xiàn)故障/缺陷，從而導(dǎo)致飛機(jī)零部件損壞，以及未檢測出航空零部件缺陷或故障，危及飛行安全。維修工作需要注意以下幾點(diǎn)：①維修工作必須在合理的生產(chǎn)計(jì)劃下進(jìn)行，維修過程中要保持維修現(xiàn)場清潔，完工后必須對相關(guān)工作區(qū)域和工具設(shè)備進(jìn)行清潔整理；②拆換部件前現(xiàn)場核對件號和序號，檢查部件的外觀是否正常無損傷；③當(dāng)維修工作臨時(shí)中斷離開時(shí)，必須有人留在現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)護(hù)； ④維修人員在工作中必須遵守維修手冊以及相關(guān)的安全規(guī)定，保障人身安全；⑤在下雨等惡劣的氣候條件下，維修人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)關(guān)閉各艙門和活動窗，檢查和清理機(jī)內(nèi)積水，避免雨水進(jìn)入駕駛艙和電子艙損壞設(shè)備；⑥繞機(jī)檢查飛機(jī)時(shí)要關(guān)注飛機(jī)輪艙、減震支柱、發(fā)動機(jī)罩等易臟部位，發(fā)現(xiàn)有油液、污泥等贓物附著，應(yīng)立即清除干凈，確保各外部標(biāo)牌標(biāo)示清晰可見。

(4)客艙失壓。由維修不當(dāng)、失誤造成航空器密封系統(tǒng)、空調(diào)設(shè)備故障或玻璃、機(jī)體受損等致使客艙內(nèi)氣壓降低直至等于客艙外氣壓并持續(xù)的過程。除去航空器本身可靠性的因素，造成客艙失壓的主要原因是人為因素，與維修相關(guān)的因素主要是人員本身的操作規(guī)范。與“維護(hù)、維修”因素相似，維修人員在工作中必須遵守維修手冊、流程等相關(guān)的安全規(guī)定，確保操作正確。

(5)地面撞障礙物。位于供航空器地面活動的地區(qū)或突出于作為保護(hù)飛行中航空器的規(guī)定面的、一切固定的(臨時(shí)或永久的)和可動的物體，或這些物體的一部分與航空器發(fā)生碰撞，如車輛與機(jī)翼剮蹭。維修保障車輛必須按照指定位置停放，與飛機(jī)的距離不得小于5 m的安全距離。

(6)航空器牽引。跟隨牽引車的維修人員在指揮牽引車駕駛員開動牽引車或停車的過程中與其他航空器或物體發(fā)生剮蹭，造成航空器部件損壞，引發(fā)不安全事件。航空器牽引需注意以下幾點(diǎn)：①牽引前應(yīng)做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，襟翼在收上位，發(fā)動機(jī)風(fēng)扇整流罩和反推整流罩已放下鎖好， 起落架地面安全銷已安裝到位， 根據(jù)要求安裝前起落架轉(zhuǎn)彎銷(前起落架轉(zhuǎn)彎銷應(yīng)使用專用件)，或脫開防扭臂；②檢查并確保航空器機(jī)輪壓力和減震柱壓縮量正常；③牽引人員與牽引車司機(jī)溝通正常，白天拖飛機(jī)確認(rèn)防撞燈和航行燈點(diǎn)亮，夜間拖飛機(jī)確認(rèn)航行燈、防撞燈和大翼燈點(diǎn)亮；④確保飛機(jī)旁無地面障礙物；⑤牽引速度需根據(jù)滑行地點(diǎn)做具體要求，一般開闊地帶不超過15 km/h；⑥在機(jī)位滑行道牽引航空器的直線行駛速度不應(yīng)超過3 km/h；⑦夜間或特殊天氣情況條件下，牽引航空器穿過機(jī)坪滑行道的直線行駛速度不應(yīng)超過5 km/h；⑧牽引航空器通過障礙物、復(fù)雜區(qū)域、有坡度地帶的直線行駛速度不應(yīng)超過1.5 km/h；⑨在機(jī)坪滑行道推航空器，速度不應(yīng)超過5 km/h；⑩轉(zhuǎn)彎角度應(yīng)按該類型航空器維修手冊中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，轉(zhuǎn)彎速度不應(yīng)超過3 km/h；牽引飛機(jī)前應(yīng)由地面指揮員明確各人員之間的責(zé)任、牽引過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)隱患與應(yīng)對措施，在復(fù)雜地域，應(yīng)增加警戒人員數(shù)量。

在表4中出現(xiàn)頻率較高的因素為人員的操作資格的獲取和具體的人員操作過程，這兩種因素對大部分不安全事件都有影響，即在這兩種因素的操作過程中容易產(chǎn)生差錯。對于機(jī)務(wù)人員本身，操作資格獲取過程涉及到訓(xùn)練、考核、實(shí)操，操作過程也同樣復(fù)雜，受到意識、記憶、環(huán)境等多種因素影響[15]?；诎踩那疤?，差錯的控制包含減少、捕獲、包容差錯，因此應(yīng)加強(qiáng)對機(jī)務(wù)人員的培訓(xùn)、完善考核制度，合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，保障機(jī)務(wù)人員的工作條件，以達(dá)到減少差錯的目的。

4 結(jié)論

民航運(yùn)輸快速發(fā)展，機(jī)隊(duì)規(guī)模大幅度增加，機(jī)務(wù)維護(hù)、維修工作日漸繁重。由機(jī)務(wù)引起的不安全事件威脅著民航安全水平。

(1)筆者針對最近五年中出現(xiàn)的12種不安全事件類型，分析各事件的發(fā)生頻率和影響程度，通過計(jì)算不安全事件率，得到風(fēng)險(xiǎn)水平圖。依據(jù)每個(gè)區(qū)域嚴(yán)重程度和頻率特點(diǎn)，將風(fēng)險(xiǎn)水平劃分為A、B、C 3種區(qū)域，其中，B區(qū)域?yàn)楦呶^(qū)域，發(fā)生頻率較高，嚴(yán)重程度也比較高，處于此區(qū)域的事件類型為“客艙失壓”。在民航事故中，客艙失壓事件經(jīng)常發(fā)生，且造成的后果也較為嚴(yán)重，因此，此類事件應(yīng)嚴(yán)格預(yù)防，避免發(fā)生。

(2)根據(jù)12種事件類型的回歸分析結(jié)果，冰擊等6種事件對最后事件率的影響程度較高，依據(jù)事件具體類型，同時(shí)分析了這6種事件的人為因素來源，通過對比分析可得，機(jī)務(wù)人員的操作資格的獲取和具體的人員操作過程是影響程度最高的因素，并給出了降低誘發(fā)事故發(fā)生的對策。