韋 藝，陳新鋒

（中國民用航空局航空安全技術中心，北京 100028）

使用困難報告安全性風險評估方法研究

韋 藝，陳新鋒

（中國民用航空局航空安全技術中心，北京 100028）

基于使用困難報告（SDR）數(shù)據，給出了四類SDR嚴重度分類標準，并給出了多事件的嚴重度計算方法、事件相對發(fā)生概率計算方法和事件風險水平的計算方法，在此基礎上建立了SDR風險矩陣圖和風險趨勢表，最后通過實例對此進行了驗證。通過SDR風險矩陣和風險趨勢表，可以及時監(jiān)控航空器、系統(tǒng)或部件的安全性水平。SDR安全性風險評估方法的建立，為運輸航空器安全性評估研究提供了有效的技術手段。

風險；航空器；評估；嚴重度；使用困難報告（SDR）

運輸航空器的安全性涉及航空器的設計和運行兩個方面。在民用航空產品設計制造中，除了考慮性能、經濟性等需求外，還必須考慮安全性的需求，并且要將這種安全性的需求融入到設計制造過程中，使其與性能特性一樣，成為民用航空產品的一種品質。系統(tǒng)安全性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內可接受的風險執(zhí)行規(guī)定功能的能力[1]。系統(tǒng)安全性評估是與產品設計制造過程有機結合，用來證明產品的安全性品質能夠遵循并符合適航審定規(guī)章的要求，是在工業(yè)實踐過程中逐步發(fā)展起來的一套系統(tǒng)分析方法。運輸航空器的設計安全性是其安全性上限，是航空器的固有屬性。在航空器投入運行后，這種安全性水平還受到各種因素（如機組、天氣等）的影響。根據中國民用航空局飛行標準司使用困難報告系統(tǒng)的統(tǒng)計[2]，2009年1～4月份，各航空公司上報的航空器使用困難報告（SDR）分別為124份、154份、168份和205份。在航空器數(shù)量比去年增加10.96%的情況下，SDR數(shù)量比同期分別增加了10%、45%、32%和24%。特別是在3月份，共發(fā)生了6起空中停車事件，這也是自2001年3月發(fā)生過6起發(fā)動機空中停車外，近幾年單月發(fā)生發(fā)動機空中停車次數(shù)最多的一個月。并且在這6起空中停車事件中，一家航空公司就發(fā)生了4起，另一家航空公司發(fā)生了2起。通過航空器SDR數(shù)據，可以客觀反映出目前中國航空運輸安全狀況不容樂觀。如果不采取有效的安全防范措施，會給國內航空運輸安全帶來不利影響，因此，有必要進行中國民用運輸航空器的安全性評估研究，建立運輸航空器重大故障預警機制，以提高中國民航運輸航空器的安全水平。

1 安全性評估方法

1.1 事件嚴重度

事件嚴重度分為4類[3-4]：

1）Ⅰ類事件——災難的/接近災難的事件

事件/狀態(tài)包含的失效已經或可能導致災難的事故，如任何沒有包圍住的旋轉部件的碎片飛出、機匣裂縫、機匣燒毀、整流罩下方部分起火及APU起火、發(fā)動機分離、多個發(fā)動機停車（包括任何50%以上推力受到影響的事故）、因普通失效模式導致全功率或推力喪失的缺損等。

2）Ⅱ類事件——顯著影響適航性/安全性的事件

這種類別包括了對安全有不利影響的事件。這種事件可能的影響與在安全性水平認證過程中的不利影響相同。Ⅱ類事件也包括了那些依據規(guī)章必須上報給適航當局或依照航空器制造廠商，航空器供應商，運行單位和適航當局相互之間的協(xié)議所制定的要求。除此之外，類別Ⅱ的事故也可以包括那些適航當局所特別指定的事件。另外，類別Ⅱ也可以包括有損公司內部安全水平的事件。這類事件如自動駕駛儀嚴重異常（顛簸，急劇升高等）、過度翻轉（起飛和降落的尾擊）、起飛阻力過高、起降時偏離跑道（除了滑跑）、客艙壓力持續(xù)喪失、嚴重的湍流造成的航空器的損傷或人員的傷害等。

3）Ⅲ類事件——可感觀的影響安全的事件

這類事件不會直接影響飛機安全，但感觀上可認為是一個安全問題，例如：客艙里吸煙、氧氣面罩展開、機身/發(fā)動機震動、盥洗室堵塞、暫時喪失推力或動力、或任何其他不妨礙航空器的可控性和結構完整性的推進系統(tǒng)故障、空氣的回流或側向流動等。

4）Ⅳ類事件——影響運行、可靠性或乘客舒適感的事件

Ⅳ類事件會降低飛機的運行可靠性，影響航班或者航線維修，產生可靠性問題，可能會使乘客在身體上感覺不舒服，導致乘客投訴。如起飛晚點、由于故障滑回登機口、客艙溫度太高/低、客艙噪音太大等。

1.2 SDR嚴重度劃分

根據事件嚴重度分類標準，對SDR進行嚴重度劃分，如表1所示。

表1SDR嚴重度劃分Tab.1 Division SDR criticality

1.3 事件嚴重度指數(shù)

定義S為事件嚴重指數(shù)[5]，即

如果某飛機、系統(tǒng)或部件在一段時間內發(fā)生了多起事件，多起事件的嚴重度計算采取加權平均法，表2為事件嚴重度權重。

表2 事件嚴重度權重Tab.2 Affair criticality weight coefficient

把多起事件看成是一個事件，那么該事件的嚴重度權重為β

式中：n為子事件個數(shù)；βi為第i個子事件的嚴重度權重。

多事件嚴重度按照權重的劃分標準如表3所示。

表3 多事件權重嚴重度劃分Tab.3 Multi-affair criticality weight coefficient

1.4 基于觀測率的事件概率

具體安全事件的風險評估過程中的一個關鍵因素是計算發(fā)生概率值，由此產生的概率值通常是以每飛行小時發(fā)生概率或每次飛行發(fā)生概率來表達。

通常，1架飛機發(fā)生故障、失靈或缺陷是在服役中被實際觀察到后才會開始成為一個問題。所以，可用于概率評價的數(shù)據是觀察到的事故數(shù)量，或是暴露出某問題的航班數(shù)量或飛行小時數(shù)量。如果假設小概率事件近似適用，其概率等于已觀察到事件發(fā)生率，則概率的算法就是簡單地用出現(xiàn)問題的次數(shù)除以暴露出問題的機隊飛機的飛行時數(shù)（或飛行班次）。例如，如果在服務期限為45萬飛行小時中觀察到9次燃料泄漏事件，事件的每飛行小時概率計算為9/450000=2.0×10-5次/每飛行小時，這是一個簡單的概率計算方法。這個概率的計算沒有考慮產品的使用時間，因此，用觀測概率近似為事件發(fā)生概率是基于失效率在產品壽命期內保持不變這一假設的。

使用小概率事件近似，使基于觀察的事件的概率計算簡化到兩種方式：

1）概率可近似為某事件的發(fā)生次數(shù)除以飛行小時數(shù)（或航班班次）；

2）當某事件由兩種因素之一引發(fā)時，這兩個原因的概率相加近似等于某事件的概率。

1.5 事件相對發(fā)生概率

事件相對發(fā)生概率是某一型號運輸航空器、系統(tǒng)或部件在過去一段時間內發(fā)生故障的概率和其它型號運輸航空器、系統(tǒng)或部件在相同的時間段內發(fā)生故障的概率的比值[6]。

如B737CL型號的飛機在過去半年的總共40萬飛行小時的運行中發(fā)生了20次故障，B737CL飛機的故障率為P1

其它型號的飛機在過去半年總計100萬飛行小時的運行中發(fā)生了40次故障，其故障率為P2

則P737CL飛機在這段時間內的相對故障率為P

P大于1說明該型號飛機的故障率高于其它型號飛機的故障率水平，P等于1說明該型號飛機的故障率和其它機隊的故障率水平相等，P小于1則說明該型號飛機的故障率低于其它型號飛機的故障率水平。

計算故障率時需知道飛機的飛行小時，如不知飛機的飛行小時，可用故障次數(shù)和飛機架數(shù)之比再除以日歷時間（以月表示）來近似計算，即機型比發(fā)生概率來進行近似計算故障率，即

如B737CL型號的飛機在過去半年的總共發(fā)生了60次故障，B737CL飛機有100架，B737CL的故障率為P1

其它型號的飛機在過去半年總共發(fā)生了120次故障，其它型號飛機有400架，其它型號飛機的故障率為P2

則P737CL飛機在這段時間內的相對故障率為P

定義Pr為事件相對故障率指數(shù)

1.6 事件風險水平

事件風險水平是綜合考慮事件的發(fā)生概率和嚴重度的一個評價指數(shù)，定義E為風險水平指數(shù)，為事件相對發(fā)生概率指數(shù)和事件嚴重度指數(shù)的乘積，即

式中：E 為風險水平，取值范圍為 1，2，3，4，6，9；Pr為事件相對發(fā)生概率指數(shù)，取值范圍為1，2，3；S為事件嚴重度指數(shù)，取值為 1，2，3。

定義三類風險水平：

1）風險處于可接受水平，風險值1≤E≤2；

2）風險處于可容忍水平，風險值3≤E≤4，需采取措施消除潛在風險或降低風險的可能性和嚴重度；

3）風險處于不可接受水平，風險值6≤E≤9

1.7 事件風險矩陣

事件風險矩陣是事件風險水平的一個直觀體現(xiàn)，如圖1所示。風險矩陣分為3個區(qū)域：白色可接受區(qū)域、淺灰色可容忍區(qū)域和深灰色不可接受區(qū)域[6]。

1.8 機隊風險

機隊風險評估是所評估的單個風險對整個機隊的影響程度，單個風險的評估是基于“每飛行小時”或“每飛行起落”的，機隊風險評估的結果一般表示為機隊在12個月內的總故障數(shù)，或直到機隊退役前（或排除故障前）的總故障數(shù)。

當概率計算是基于觀察概率時，即假設事件的發(fā)生在本質上是隨機的。這就是說，某1架飛機的風險不會受到飛機或飛機部件的使用時間影響。所以每架飛機，不論其使用時間或機齡多長，每飛行小時或每飛行班次都有相同的風險概率。

當某個風險對于單架飛機視為常數(shù)時，并且對于機隊中每架飛機該風險也視為相等時，機隊的風險僅被看作是單個飛機風險和機隊暴露于該風險時間的函數(shù)。如一個燃油泵問題已被確定可導致發(fā)動機停機，發(fā)動機關機的風險為5×10-6次/發(fā)動機飛行小時。如果機隊由500架飛機組成，每架有兩個發(fā)動機，每個發(fā)動機每天作業(yè)8 h，機隊每天工作時間等于

如果維修計劃是在10個月內每個月修理50架飛機，平均每架飛機暴露在問題下的時間是5個月。因此，機隊總共暴露在燃油泵問題下

機隊風險，用預期的機隊事故數(shù)來表示，則是因此，如果按照已制定的計劃，即每月修理50架飛機，整個機隊在完成修理前預計可能會發(fā)生6次發(fā)動機關機事件。

1.9 事件風險趨勢及風險優(yōu)先級

事件風險趨勢指的是在規(guī)定的時間段內，如6個月、12個月和24個月，飛機、系統(tǒng)或部件發(fā)生故障風險的變化趨勢。風險指示圖用帶顏色和數(shù)字的圓圈來表示，如圖2所示。

圓圈中的顏色表示分析嚴重度指數(shù)區(qū)域，深灰色代表處于高風險不可接受區(qū)域，淺灰色處于可忍受風險區(qū)域，白色處于可接受風險區(qū)域。

圓圈內的數(shù)字表示連續(xù)出現(xiàn)該風險類別的次數(shù)，3表示連續(xù)在3個時間區(qū)段內處于該風險區(qū)域，如6個月、12個月和24個月都處于深灰色高風險區(qū)域，即在高風險區(qū)域持續(xù)了3年半的時間。

圓圈內沒有數(shù)字，但圓圈旁邊有一個向上的箭頭指示，表示在該時間段內風險區(qū)域沒有變化，但是其風險水平值比上一時間段上升了。

風險優(yōu)先級指的是同時存在多個風險事件時，處理風險事件的優(yōu)先級別，即優(yōu)先處理更關鍵的問題。風險優(yōu)先級按順序考慮以下三個因素：

1）嚴重度水平——嚴重度（風險產生后果的嚴重性）；

2）風險——嚴重度＋發(fā)生概率（有多嚴重，發(fā)生的可能性有多大）；

3）機隊風險——嚴重度＋發(fā)生概率＋機隊影響（有多嚴重，發(fā)生的可能性多大，對機隊的影響多大）。

按照以上三個因素對風險事件進行排序，如有兩個事件具有相同的風險（相同的嚴重度和發(fā)生概率），但對應不同的機隊，那么機隊規(guī)模大的相應產生的機隊風險就大，因此要優(yōu)先處理機隊風險大的事件[6]。

2 應用案例

以從2006年7月1日到2009年12月31日這42個月國內B737型飛機發(fā)生的2 871起SDR為例，其中B737-300型飛機發(fā)生SDR 1 117起。以6個月，12個月和24個月為時間段，計算出B737-300型飛機的風險矩陣圖，如圖3所示。

從風險矩陣圖上可以看出，在24個月和12個月區(qū)段，SDR風險處于深灰色高風險區(qū)域，這是不可接受的，需要采取措施降低風險，在6個月區(qū)段，B737-300的SDR風險降到了可接受的淺灰色區(qū)域。而對于B737-800型飛機，它的風險矩陣圖如圖4所示。在24個月和12個月區(qū)段，B737-800型飛機的SDR風險水平處于安全的淺灰色區(qū)域，但在6個月區(qū)段，風險水平上升到了深灰色區(qū)域，說明B737-800型飛機的SDR處于高風險水平，需要立即采取措施降低風險。

?

B737型飛機的風險趨勢如表4所示，從表中可以看出，最近發(fā)生的10起SDR中，B737-300型飛機發(fā)生7起SDR，但其風險水平在6個月區(qū)段處于白色的可接受區(qū)域。而B737-800型飛機發(fā)生了2起，在6個月區(qū)段處于高風險深灰色不可接受區(qū)域，其風險比12個月區(qū)段升高了。B737-900型飛機發(fā)生了1起SDR，在6個月區(qū)段處于淺灰色可容忍區(qū)域，其風險比12個月區(qū)段有所上升。

3 結語

SDR安全性風險評估方法的建立，為運輸航空器的運行安全性評估提供了一個有效的技術手段。通過SDR風險矩陣，可以及時監(jiān)控航空器、系統(tǒng)或者部件的SDR風險狀態(tài)，掌握運行機隊的整體安全性水平。通過SDR風險趨勢表，可以實時監(jiān)控航空器、系統(tǒng)或部件的SDR風險變化趨勢。當發(fā)現(xiàn)所監(jiān)控的對象的SDR風險狀態(tài)處于不可接受的深灰色區(qū)域或可容忍的淺灰色區(qū)域時，就需采取措施將其降低到可接受的白色安全區(qū)域。SDR安全性風險評估方法的提出為中國民航SDR安全性評估系統(tǒng)研究奠定了良好的基礎。

[1] 岳仁田，尹小貝，白福利.航空安全風險管理模式探討[J].中國安全生產科學技術，2007，3（2）：118-120.

[2]中國民用航空局飛行標準司.2009年度國內航空器使用信息分析和工程管理[G].中國民用航空局飛行行標準司，2010.

[3] ARP5150.Safety Assessment of Transport Airplanes in Commercial Service[S].SAE，2003.

[4] ARP5151.Safety Assessment of General Aviation Airplanes and Rotorcraft in Commercial Service[S].SAE，2006.

[5] MacLean LC，Richman A.An aggregate risk index for air traffic management systems[C]//Proceedings of the 24th International System Safety Conference.2006.

[6] 韋 藝，陳新鋒.民用運輸航空器安全性評估系統(tǒng)研究[J].航空維修與工程，2010（6）：74-77.

Research of Safety Risk Evaluation for Service Difficulty Report

WEI Yi，CHEN Xin-feng
（Center of Aviation Safety Technology，CAAC，Beijing 100028， China）

Base on data of service difficulty report（SDR）， the paper gives criteria of affair criticality，calculation methods for the criticality of multiple affairs，the relative probability of affair，and risk level of affair.Using these methods mentions above，a SDR risk figure and a SDR risk trend table are also constructed.These methods have been verified by a real example.Through the SDR risk matrix and SDR trend table，the safety level of airplane，system or component can be monitored in time.SDR safety risk evaluation method could be used effectively for the study of airplane safety evaluation.

risk； aircraft； evaluation； criticality； service difficulty report

V37

A

1674－5590（2011）01－0042－05

2010-10-12；

2010-10-13 基金項目：中國民用航空局科技基金項目（MHRD200906）

韋 藝（1974—），男，貴州清鎮(zhèn)人，工程師，博士，研究方向為維修工程管理.

（責任編輯：李 侃）