中國民航科學技術研究院 孫奕捷 張 元 李 敬

目前，我國航空器設計/制造單位按照中國民用航空局發(fā)布的一系列適航規(guī)章，針對航空器設計工作建立了設計保證體系，針對總裝生產建立了質量保證體系，針對航空器產品的持續(xù)運行建立了故障、缺陷信息報告制度和不安全狀況的糾正及持續(xù)改進方案發(fā)布制度(如服務通告等)[1]。但是，目前我國民機的設計/制造業(yè)處于起步和發(fā)展階段，其中許多流程、環(huán)節(jié)需要建立和完善，特別是在故障、缺陷等原因分析方面，缺乏有效的原因分析方法和模型。本研究對國內多家航空器設計/制造單位開展了調研，對各單位的不安全事件原因分析工作進行了深入了解和研究，發(fā)現在故障、缺陷原因分析方面存在以下不足：

(1)航空器設計/制造單位針對設計、總裝中出現的故障、缺陷開展了原因分析工作，但僅限于故障或缺陷本身，未能全面深入分析事件在人員、程序、設備、管理等層面存在的深層次原因。

(2) 航空器的設計、生產和運行等工作大部分分屬于不同的單位，這些單位在故障、質量問題分析和處理方面缺乏有效的聯動機制，在原因分析時主要識別本單位而很少深入分析在其他單位存在的原因。

(3) 在故障、缺陷原因分析方面，沒有建立完善的分析模型和方法，原因分析工作的全面性和深入性受分析人員經驗、能力的影響較大。

(4) 對設計、總裝中出現的故障、缺陷，主要采取個案處理方式，針對具體事件分析原因，缺乏對所有故障、缺陷的原因進行綜合統(tǒng)計、分析的機制和方法。

(5) 由于航空器設計/制造單位在質量、安全問題原因分析方面存在的上述問題，致使在原因分析時不能全面分析出問題的根本原因，進而針對根本上的原因制定切實有效的處理措施，防止問題重復出現。

為全面深入分析各類故障、缺陷原因，將問題處理深入到組織、系統(tǒng)層面，并延伸至與航空器設計、生產有關的設計、生產、運行單位，同時加強對故障、缺陷問題的綜合統(tǒng)計、分析，有必要研究、建立航空器設計/制造單位故障、缺陷的原因分析模型，為后續(xù)風險評估和控制工作奠定基礎。

1 總體思路

針對上述航空器設計/制造單位在故障、缺陷原因分析方面存在的問題和不足，研究建立一套針對航空器設計/制造單位的故障、缺陷原因分析模型。在分析深度方面，查找造成故障、缺陷的各層次原因，特別是深入查找在組織、系統(tǒng)層面存在的原因；在分析廣度方面，除了查找本單位存在的原因，還應延伸至相關聯的設計、制造、運行等單位，在更大范圍上查找故障、缺陷原因，為后續(xù)風險控制奠定基礎。另外，對所有故障、缺陷的原因開展統(tǒng)計、分析，識別系統(tǒng)層面存在的共性和趨勢性問題，為查找系統(tǒng)問題、了解安全態(tài)勢提供數據基礎。模型總體框架及流程如圖1所示。

圖1 模型框架及分析流程Fig.1 Framework and analysis procedure of model

針對圖1所示的框架及流程，研究思路如下：

(1)建立原因要素列表。對常用的原因分析模型開展比較分析，同時對航空器設計/制造單位的故障、缺陷特點開展分析，在此基礎上建立一套系統(tǒng)、全面、有針對性的原因要素列表，囊括故障、缺陷的所有可能原因要素。

(2) 針對原因分析和統(tǒng)計分析方法，給出一些推薦的做法。

(3) 給出1個案例，對模型進行驗證。

2 建立原因要素列表

2.1 常用原因分析模型比較研究

在目前的安全管理理論中，有多種原因分析模型，如Reason模型、SHEL模型、人-機-環(huán)-管模型、魚骨圖分析法等。下面對這4個模型分別進行討論、分析。

2.1.1 Reason模型

Reason模型是James Reason教授提出的，該模型的創(chuàng)新點在于它從系統(tǒng)的角度出發(fā)，除了對人的不安全行為進行分析外，深層次剖析了導致人出現不安全行為的前提條件和組織因素，從而從人的不安全行為、不安全行為的前提條件、一線監(jiān)督管理、企業(yè)組織管理等角度全方位拓展了不安全事件分析的視野[2]。

如圖2所示，該模型的優(yōu)點主要表現在以下2個方面：

(1) 該模型打破了以往將人的不安全行為作為主要分析對象的方法，在分析人的不安全行為的同時，充分考慮了組織層面上存在的問題和不足，使不安全事件分析更加深入和透徹，符合目前推行的系統(tǒng)管理和組織管理理念及要求。

圖2 Reason模型Fig.2 Reason model

(2)該模型在不安全事件原因分析邏輯上環(huán)環(huán)相扣，由表及里、由淺入深、由現象到本質，通過這一過程，可使分析者清楚看出不安全事件發(fā)生的一系列原因，脈絡清晰直觀。

該模型的不足體現在首先從員工的不安全行為開始，進而分析不安全行為存在的深層次原因，這對由人的原因所導致的不安全事件比較適合，但是對由機械、天氣、意外等原因導致的不安全事件，該模型并不適用。

2.1.2 SHEL模型

SHEL模型的概念是1972年提出的，1975年有學者用圖表方式對這個概念進行了表述，該模型形象描述了航空系統(tǒng)中各種因素之間的關系[3]。人的不安全行為很少是由單獨的個人所造成的，而是周圍多種因素共同作用的結果。該模型正是從這個觀點出發(fā)，以人為中心，深入討論了人員與周圍影響因素之間的相互關系(見圖3)。

該模型的優(yōu)點：從人員的角度出發(fā)，深入討論人員與周圍影響因素之間的匹配關系，通過這種分析來查找人員與周圍影響因素之間在協調、配合方面存在的問題，常用于優(yōu)化人員的選拔、機械／設備設計、標準／程序制定等，應用范圍比較廣泛。

該模型的不足：重點關注人員與周圍直接接觸的影響因素之間的匹配問題，如人機界面設計(按鈕、刻度盤和顯示裝置設計等)、人員之間協作配合、工作程序、工作環(huán)境等，而對于組織和系統(tǒng)因素等深層次原因關注較少。

圖3 SHEL模型Fig.3 SHEL model

2.1.3 人-機-環(huán)-管模型

人-機-環(huán)-管模型也是目前在不安全事件原因分析中被經常使用的一種模型，該模型從人員、機械設備、環(huán)境、管理4個方面分析引發(fā)不安全事件的原因。

該模型的優(yōu)點：從人-機-環(huán)-管4個方面分析不安全事件產生的原因，較全面地囊括了與運行相關的內容，能較為全面分析不安全事件的原因。

該模型的不足：人-機-環(huán)-管4個方面平行放置，缺乏一定的邏輯性和層次性，在分析中難以體現由表及里、由淺入深、由人員到組織的分析過程。

2.1.4 魚骨圖分析法

魚骨圖(fishbone diagram)又名特性因素圖(見圖4)，因形如魚骨而得名，是一種找出問題所有原因的創(chuàng)新方法，被廣泛用于技術、管理領域[4]。

圖4 魚骨圖模型Fig.4 Fish bone model

該模型的優(yōu)點：從不安全事件致因的角度，直觀展現了導致不安全事件的多方面、多層次原因，這些原因類型沒有局限性，可將不安全事件的原因定位在不同層次上，可以宏觀，也可以微觀，如可從人-機-環(huán)-管4個方面進行分析，也可從自然環(huán)境、社會環(huán)境、工作環(huán)境和組織氛圍等方面進行分析，分析的靈活性較大。

該模型的不足：雖較全面列舉了事件發(fā)生的各方面原因，但由于沒有固定原因類型，容易漏掉一些原因因素；另外，原因之間缺乏前后邏輯性，不能充分展現事件發(fā)生的事件鏈。

2.1.5 比較分析

如表1所示，分別從分析內容、優(yōu)點、缺點3個方面對上述4個模型進行了比較分析。

2.2 航空器設計/制造單位故障、缺陷原因分析的特點

航空器設計/制造單位在故障、缺陷的原因分析方面具有以下特點：

(1) 由于航空器是一種結構復雜、科技含量較高的技術系統(tǒng)，對系統(tǒng)可靠性要求非常高，因此，在對出現的故障、缺陷進行分析時，必須深入、全面分析其根本原因，從根本上對故障、缺陷原因進行分析和處理，保證航空器的安全性和可靠性。

表1 常用原因分析模型比較

(2) 由于航空器的設計、生產、總裝、測試等工作往往不在同一個單位內完成，這期間出現的故障或缺陷往往涉及到多個單位的原因，因此，在對故障和缺陷進行原因分析時，在分析本單位原因的同時，還應深入分析其他單位存在的原因。

2.3 原因要素列表

基于上述4種常用原因分析模型特點及航空器設計/制造單位在故障、缺陷原因分析方面的特點，將Reason模型和魚骨圖模型進行綜合，建立了航空器設計/制造單位故障、缺陷原因要素列表，如圖5所示。

該列表在主體上采用魚骨圖形式，主要考慮了與航空器設計/制造中故障、缺陷相關的設計、制造總裝、飛行運動、機務維修、政府監(jiān)管5類單位。在針對每類單位的具體原因方面，采用了Reason模型的思想，從人員、技術資料、工具設備、監(jiān)督管理、中層管理、企業(yè)管理等層面，考慮了每類單位中可能存在的原因要素。

該原因要素列表具有以下特點：

(1) 涵蓋范圍比較廣泛，包括了與航空器設計/制造有關的所有單位和部門，包括設計/制造、總裝、試驗測試、飛行運動、機務維修、政府監(jiān)管等部門，便于在查找本單位的原因時，查找其他單位存在的原因；

(2) 針對各單位可能存在的原因，根據Reason模型的思想，較詳細列出了事件鏈中可能的原因要素，保證了針對具體單位能夠較全面查找各個方面的原因；

(3) 在關注故障、缺陷具體原因的同時，還包括了政府監(jiān)管方面的原因要素，以深入查找在政府主管部門層面可能存在的更深層次原因。

每類單位的每個原因要素中分別包含了更為詳細的原因項目，由于篇幅所限，僅以制造總裝單位為例進行說明。

·人員：資質能力、疲勞、違規(guī)、差錯等；

·操作者狀態(tài)：心理狀態(tài)、生理狀態(tài)、身體局限、智力局限等；

·技術資料：制造、總裝所涉及的各種技術規(guī)范、設計圖紙、工作程序的缺失和不適用等；

·工具設備：制造、總裝所涉及的各種設備、設施、工具、器械等；

·材料：制造過程中所使用的各種材料；

·生產工藝：焊接、噴涂、卯裝、車、銑、熱處理等；

·外包商：對外包商的管理，以及外包商的質控體系、設備設施、企業(yè)資質、人員資質、企業(yè)管理等；

·工作環(huán)境：工具擺放、噪聲、照明、干燥、潮濕、高溫、低溫、有毒氣體等；

·工作程序：制造、總裝的操作步驟、操作程序等；

·監(jiān)督管理：監(jiān)督管理的制度、內容、程序、人員、實施開展情況等；

·中層管理：工作制度、工作計劃、問題整改、信息交流、管理人員等；

·企業(yè)管理：安全政策、資源投入、組織氛圍、組織機構等。

3 原因分析和統(tǒng)計分析方法

圖5 原因要素列表Fig.5 Causal factor list

在針對具體故障、缺陷開展原因分析時，首先采用適合的原因分析方法，結合上述原因要素列表，全面識別造成故障、缺陷的各方面、各層次原因。原因分析方法如：歷史數據統(tǒng)計、工程分析[5]、模擬分析[6]、失效機理分析[7]以及事故樹[8]、事件樹[9]等方法。

在對每一起故障或缺陷事件進行上述原因分析的基礎上，定期對所有故障、缺陷原因開展統(tǒng)計、分析，可以發(fā)現一些共性和趨勢性的安全問題，如：制造、總裝中的人員差錯比較多，且呈上升趨勢；機務維修中的維修工具問題較突出等。針對這些發(fā)現的共性、趨勢性問題，可以有針對性的采取措施，從根本上防止問題的重復出現。

4 案例分析

以某型號飛機燃油放油活門結構缺陷為例[10]，對模型進行驗證。

某型號飛機的燃油放油活門在使用一段時間后出現漏油現象，該燃油放油活門安裝在油箱下部，若其失效，燃油泄漏會影響飛機的飛行安全，形成安全隱患。

首先，通過試驗方法對出現的問題開展原因分析。按國家GB/T 5720-1993標準對原裝密封膠圈進行耐液體試驗，將活門芯軸和端面密封膠圈置于100#航空汽油中浸泡72h，取出測量其性能，該膠圈經過汽油浸泡后，體積溶脹率為8.4%，質量變化率為15.3%，硬度變化明顯(由于芯軸膠圈太小，無法進行硬度檢測)。從試驗結果看，該膠圈不耐航空燃油。分析認為該飛機燃油放油活門膠圈失效是由于芯軸和端面密封膠圈的膠料使用錯誤。另外，該活門結構在設計方面存在以下問題：(1)芯軸膠圈無法適時檢查，要檢查芯軸膠圈必須破壞端部芯軸卡子的固定部分，而該部分破壞后無法修復，這樣就導致了活門失效； (2)無法控制活門損壞程度，由于無法在活門使用過程中對芯軸膠圈進行實時檢查，只能通過檢查活門是否滲油來了解活門失效與否，這給飛機留下了安全隱患； (3)在發(fā)現活門滲油后，無法單獨更換芯軸膠圈，只能更換整個活門，造成飛機維護使用成本增加。

其次，在試驗分析基礎上，結合原因因素列表深入探究橡膠膠圈為什么會存在此類問題，活門結構設計為什么會存在設計缺陷以及其深層次原因。

通過分析，確定主要是由于以下幾個方面的原因：

(1)設計方面。

·人員：資質能力(設計人員在燃油放油活門設計方面缺乏相關知識和經驗)；

·技術資料：技術規(guī)范(缺乏燃油放油活門設計方面的技術規(guī)范)；

·試驗、測試：試驗、驗證(缺乏對燃油放油活門設計的驗證工作)；

·質控體系：對設計質量的控制(在設計質量控制中沒有發(fā)現燃油放油活門設計存在的問題)；

·監(jiān)督檢查：監(jiān)督檢查的實施開展(未能對設計人員能力、技術資料、試驗測試、質控體系等進行有效監(jiān)督檢查，發(fā)現其中存在的問題)。

(2)制造總裝方面。

·材料：材料未能達到技術要求(橡膠膠圈材料使用錯誤)；

·監(jiān)督管理：監(jiān)督檢查的實施開展(未能對橡膠膠圈使用材料進行有效監(jiān)督，發(fā)現使用錯誤)。

通過分析，可以發(fā)現該缺陷在設計/制造總裝方面存在深層次原因，對上述原因進行處理，可從根本上杜絕此類缺陷的重復出現。

5 結束語

航空器設計/制造單位在故障、缺陷原因分析方面存在一定不足，有必要建立系統(tǒng)、完善的故障、缺陷原因分析模型，以提升航空器設計/制造單位在故障、缺陷原因分析方面的水平。在此基礎上，針對航空器設計/制造單位在故障、缺陷原因分析方面存在的實際問題和特點，研究建立了航空器設計/制造單位故障、缺陷原因分析模型，包括原因要素列表、原因分析方法、原因統(tǒng)計分析等內容。

[1] 中國民用航空局.CCAR-21民用航空產品和零部件合格審定規(guī)定.北京：中國民用航空局，2007.

[2] 陳農田，譚鑫，李瑞.Reason模型在航空維修事故調查中的應用 .交通信息與安全，2012，30(2)：96-98，126.

[3] 郝勇，桑凌志.基于SHEL模型的內河船舶最優(yōu)化配員研究.武漢理工大學學報(交通科學與工程版)，2012，36(2)：351-355.

[4] 孫華麗，周戰(zhàn)杰，薛耀鋒.基于魚骨圖的公共安全風險測度與評價 .中國安全科學學報，2011，21(7)：138-143.

[5] 陳國慶，陸守香.船舶機艙復雜空間煙氣運動工程分析方法研究 .消防科學與技術，2004，23(5)：417-420.

[6] 孫有仙.事故后果模擬分析法在安全評價應用中的問題及處理 .安全、健康和環(huán)境，2007， 7(5)：37-40.

[7] 陳維，莊千芳.管材內高壓成形產品失效機理分析及對策研究 .熱加工工藝，2010，39(17)：104-107.

[8] 張偉明，張洪流.基于事故樹的凝汽器生銹原因分析.核動力工程，2011，32(S2)：97-100.

[9] 李雨霏.用事件樹分析法透析軌道交通事故機理——由上海十號線事故引發(fā)的探究.西部交通科技，2012，(2)：55-57，84-85.

[10] 王在俊，劉顯超. Cessna 172R飛機燃油放油活門結構缺陷分析及改進 .潤滑與密封，2007，32(5)：180-181.