陳農田　馬婷　李瑞

(1.中國民航飛行學院航空工程學院　四川廣漢 618307；　2.中國民航飛行學院計算機學院　四川廣漢 618307；　3.北京飛機維修工程有限公司(AMECO)維修計劃部　北京 100621)

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基于SHEL模型的航空維修差錯風險指標體系*

陳農田1馬婷2李瑞3

(1.中國民航飛行學院航空工程學院四川廣漢 618307；2.中國民航飛行學院計算機學院四川廣漢 618307；3.北京飛機維修工程有限公司(AMECO)維修計劃部北京 100621)

摘要航空維修差錯是導致航空事故的重要誘因，預防維修差錯對于保障航空安全具有重要現(xiàn)實意義。為有效識別與緩解維修差錯風險，根據(jù)民航維修差錯咨詢通告(AC-121-007)，采用層次分析法(AHP)，結合SHEL模型從人、硬件、軟件和環(huán)境四方面確定航空維修差錯風險指標體系及權重排序。結果表明，溝通與協(xié)調、心理/生理素質、安全文化、知識與技能等是維修差錯的關鍵風險指標。鑒于以上差錯指標風險程度，有針對性提出維修差錯防控措施，從而降低維修差錯風險。

關鍵詞SHEL模型維修差錯風險指標層次分析法德爾菲法

0引言

航空器是民航的主要生產工具，是保證航空安全的物質基礎，航空維修是保障民用航空安全和效益的重要環(huán)節(jié)。目前，航空器維修處于日趨復雜和急劇變化環(huán)境中，維修差錯出現(xiàn)的頻次不斷增加，航空維修差錯已成為導致航空事故和重大損失的重要原因之一。因此，開展航空維修差錯風險控制研究，及時發(fā)現(xiàn)與糾正維修過程中誘發(fā)差錯的關鍵指標和薄弱環(huán)節(jié)，對于保障航空安全運行具有重要現(xiàn)實意義。本文擬在航空維修差錯風險機理分析基礎上，結合SHEL模型對航空維修差錯影響指標進行分類，應用德爾菲(Delphi)專家調查法，確定航空維修差錯風險指標體系及其權重，并有針對性的提出防控建議。

1航空維修差錯風險

1.1航空維修差錯內涵

航空維修差錯是指在航空維修活動中由于受內外因素的影響，維修人員出現(xiàn)偏離維修目的和要求的行為，常常伴有人身傷害或航空器設備損害。

傳統(tǒng)安全管理認為航空維修差錯是大部分事故發(fā)生的原因，操作者主動參與維修操作失誤，維修操作失誤是因為操作者存在著未按照標準工作、性格上有問題、不夠專業(yè)、缺乏自律等問題。現(xiàn)代安全管理理論認為，維修差錯是人-機-環(huán)境系統(tǒng)內的一個參數(shù)，其原因歸結于人-機-環(huán)境系統(tǒng)互動中的不匹配，差錯是系統(tǒng)正常組成部分，安全管理關鍵是控制維修差錯而不是杜絕差錯。

1.2航空維修差錯分類

維修差錯根據(jù)人的行為類型劃分為基于技能、規(guī)則和知識的行為和對應差錯。技能型行為是依賴于已經學會并且多次練習無需思考就能完成的，存儲在記憶中的常規(guī)或自動化的程序的行為。規(guī)則型行為是已經學會的規(guī)則和常規(guī)性的行為。知識型行為是還沒有形成程序的行為，需對信息進行評估、運用知識和經驗來處理所處的情境。維修技能差錯可分為行為過失(Action Slip)、環(huán)境捕獲(Environmental Capture)和逆轉(Reversion)。行為過失是指與意圖不一致的行為；環(huán)境捕獲發(fā)生在某固定場景下經常做的事情；逆轉發(fā)生在建立起來已不適用但還難以放棄的行為模式?；谝?guī)則的差錯是用錯規(guī)則和程序而導致，基于知識的差錯主要跟不完全或不正確的知識和當前情境錯誤理解有關。

1.3航空維修差錯產生機理

在航空維修過程中，人、機、環(huán)境、技術、設備和管理等諸多因素共同作用影響著人的維修行為。維修差錯的出現(xiàn)通常是由于受到維修環(huán)境中的干擾因子(“差錯契機”)影響激發(fā)了維修人員認知—決策—行動的“失誤機理”而引發(fā)維修差錯，維修差錯在操作中表現(xiàn)出來為可觀察到的人誤行為(稱為“人誤外部模式”)。只有維修差錯產生內部機理和外部行為形成因素契合才構成維修差錯誘因。

人的行為過程是人體接收外界環(huán)境信息后，經分析決策后采取行動。航空維修行為過程中，誘發(fā)行為差錯的環(huán)節(jié)主要包括：①維修信息接收過程中的干擾誘發(fā)信息差錯；②維修信息分析誘發(fā)規(guī)則差錯；③結合維修注意力分配，運用知識儲備和記憶進行維修方案決策誘發(fā)知識差錯；④維修程序標準的執(zhí)行而誘發(fā)技能差錯(見圖1)。

圖1　航空維修差錯產生機理

2基于SHEL模型的差錯風險指標

2.1SHEL模型理論

SHEL概念首先由Elwyn Edwands教授于1972年提出，F(xiàn)rank Hawkins于1975年用圖表描述了該模型。該模型是根據(jù)傳統(tǒng)的“人-機-環(huán)境”系統(tǒng)發(fā)展而來的，可描述航空系統(tǒng)中各因素間的相互關系，該模型由人員(L-Liveware)、硬件(H-Hardware)、軟件(S-Software)以及環(huán)境(E-Environment)四部分組成。

SHEL模型在航空人因研究領域普遍使用，國際民航組織(ICAO)推薦該模型作為航空事故和差錯分析框架。在SHEL模型中，人(L)處于系統(tǒng)核心，人與人(L)、硬件(H)、環(huán)境(E)、軟件(S)之間的相互關系構成了該模型的4個界面：人-人(L-L)、人-硬件(L-H)、人-環(huán)境(L-E)、人-軟件(L-S)界面。每個界面之間并不是完全匹配的，意味著系統(tǒng)中存在與人有關的風險，而維修差錯主要源于處于中心地位的操作人員與其他4個界面匹配程度不夠。維修差錯風險分析就是要識別各界面間的不匹配狀態(tài)和影響指標，尋求降低不匹配程度的方法從而降低風險。

2.2建立航空維修差錯風險指標體系的構建

2.2.1建立指標體系的原則

由于維修生產運作是復雜的系統(tǒng)工程，誘發(fā)維修差錯的因素很多，要確定差錯風險指標體系，必須對維修生產的實際運行有深入的了解，根據(jù)具體情況對各種指標進行整理、分類和綜合。

建立維修差錯風險指標體系必須滿足可行性、獨立性、全面性以及科學性原則。選取的指標應該具有可操作性和實用性，盡量避免指標的交叉重復又要保證全面性，使指標體系能夠科學準確地反映出評價對象的實際情況。

2.2.2基于德爾菲(Delphi)法的指標遴選

德爾菲(Delphi)法是一種向專家征求意見的常用調查方法。通過列出系列評價指標征求專家意見，然后相應專家對初始指標反饋信息，對結果進行統(tǒng)計處理并反饋給專家，經過幾輪交流直至專家的意見趨于一致不斷完善指標體系。

在借鑒國際民航組織航空維修人為差錯指導手冊基礎上[1]，依據(jù)我國民航維修差錯管理咨詢通告(AC-121-007)，結合維修人員和管理人員訪談，并參考相關研究文獻[2-4]，制定維修差錯風險指標調查問卷，發(fā)放給維修管理專家，運用Delphi法對航空維修差錯風險指標進行修改和補充，得到包含11個Ⅱ級指標在內的維修差錯風險指標體系(見圖2)。

2.2.3航空維修風險指標體系說明

維修差錯風險指標體系主要依據(jù)SHEL模型，主要包括L-L因素U1、L-H因素U2、L-E因素U3及L-S因素U4等4個I級指標，以及知識與技能U11、維修程序U21、航空器(飛機)U31以及安全文化U42等11個Ⅱ級指標。

圖2　航空維修差錯風險評估指標體系

(1)人-人因素(L-L)：在航空維修活動中，該界面是最重要的一個界面，如維修成員之間出現(xiàn)問題，會影響信息交流與團結協(xié)作質量，主要包括個體的知識技能素質、心理/生理素質以及溝通與協(xié)作等指標。

(2)人-軟件因素(L-S)：分析合理的維修操作程序、維修檢查單及應急程序等，以便簡化相關程序，減少工作負荷，防止維修人員出錯。該界面主要包括維修程序、維修文件以及維修檢查單等指標。

(3)人-硬件因素(L-H)：研究航空維修人員與硬件之間的相互關系，硬件設計符合維修人員特點，維修人員正確使用維修工具等，具體包括航空器(飛機)本身的設計以及工具的使用等指標。

(4)人-環(huán)境因素(L-E)：航空系統(tǒng)中最早被認識到的界面，具體包括作業(yè)環(huán)境、安全文化以及社會環(huán)境等指標。

維修差錯風險指標需確認SHEL模型各界面之間不匹配導致事故發(fā)生的原因，因而需對SHEL各界面影響指標全面評審和分析。

3基于AHP的維修差錯指標風險分析

3.1層次分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是美國運籌學家T.I.Satty提出的一種綜合定性和定量分析多準則決策方法。其通過模擬人的決策思維過程，將系統(tǒng)復雜問題中的各種因素根據(jù)問題的性質和目的劃分成不同層次的組合，構成一個多層次的系統(tǒng)分析結構模型，對每一層次各因素的相對重要性做出判斷，然后通過各層次因素的單排序與逐層的總排序，最終計算出最底層元素相對最高層的重要性權值，確定優(yōu)劣排序,為決策提供依據(jù)。其具體步驟包括:明確問題并建立層次結構模型，構造判斷矩陣，層次單排序和總排序以及一致性檢驗。

3.1.1構造判斷矩陣

判斷矩陣是層次分析法的基本信息，專家分別對I級指標和II級指標的重要程度進行比較。本文采用了1～5級數(shù)值標度方法表示相對重要性程度，依次代表同等重要，稍微重要，明顯重要，比較重要和極其重要。

3.1.2權重計算

根據(jù)判斷矩陣提供的信息，求得最大特征根和其對應的特征向量，特征向量代表各指標對上一層次因素影響大小的權重。常用求和法與方根法求解，本文采用方根法計算判斷矩陣的最大特征根及其對應的特征向量，具體步驟：

(1)計算判斷矩陣中每一行指標分值的乘積Mi：

(1)

(2)

(3)

向量W=(W1,W2,…,Wn)T就是所求的特征向量，即各指標權重。

3.1.3一致性檢驗

理論上完全正確反映客觀事物的判斷矩陣應該是一致性矩陣，但是由于客觀事物的復雜性和人判斷的偏好，使得判斷矩陣很難有嚴格的一致性，故需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，以保證判斷矩陣的可靠性。具體檢驗步驟如下：

(1)計算一致性指標CI為

(4)

(2)計算一致性比率CR為

(5)

式中，RI為平均隨機一致性指標，其值可以由表1查得。CR<0.1時，認為判斷矩陣的一致性是可以接受的；當CR≥0.1時,需要對判斷矩陣進行修正。

表1　平均隨機一致性指標

3.1.4維修差錯風險指標權重計算

根據(jù)層次分析法確定指標的權重方法，結合專家調查結合1～5重要程度比較調查，得出維修差錯風險評價I級指標兩兩比較判斷矩陣A：

(1)根據(jù)式(1)計算判斷矩陣中每一行指標分值的乘積Mi：

M1=1×4×5×3=60

M2=1/4×1×2×1/4=1/8

M3=1/5×1/2×1×1/3=1/30

M4=1/3×4×3×1=4

(3)根據(jù)式(3)進行歸一化處理得：

=5.219 3

W1=2.783 2/5.219 3=0.533 3

W2=0.594 6/5.219 3=0.113 9

W3=0.427 3/5.219 3=0.081 9

W4=1.414 2/5.219 3=0.271 0

W=(0.533 3,0.081 9,0.271 0)T為所求特征向量，即為I級指標相對于維修差錯風險的權重。

(4)根據(jù)式(4)及式(5)進行一致性檢驗。

則

求得CR<0.1滿足一致性檢驗。同理計算得出11個Ⅱ級差錯風險指標權重值及綜合權重系數(shù)(見表2)。

表2　基于AHP的維修差錯風險指標權重系數(shù)

3.2結果分析

權重值大的指標相對重要程度大，風險程度高。通過表2維修差錯風險指標綜合權重值的排序從大到小依次為：U13>U12>U42>U43>U11>U23>U32>U41>U21>U31>U22?？梢钥闯鰷贤ㄅc協(xié)調U13風險程度高，說明在維修作業(yè)過程中，需加強維修資源管理(Maintenance Resource Management, MRM)中的班組團隊建設，加強組員間的有效溝通和團隊協(xié)作能力。生理/心理素質U12和安全文化U42對維修差錯影響程度高，說明維修人員生理/生理素質以及維修單位整體的安全文化氛圍是關鍵因素。在維修差錯控制方面，需重點關注維修人員的生理/心理健康，定期開展生理/心理檢查評估。此外，企業(yè)高層需重視安全文化建設，按照安全管理體系(Safety Management System, SMS)要求營造公平公正、學習報告的安全文化。維修人員的知識與技能U11、作業(yè)檢查單U23以及維修工具使用U32也是誘發(fā)維修差錯的重要指標，說明需規(guī)范維修作業(yè)檢查單(Check List，CL)、工卡(Task Card, TC)以及保障和改善維修使用的工具，開展維修人員理論知識和維修技能培訓。維修作業(yè)環(huán)境U41、維修程序U21以及航空器(飛機)U31對維修差錯影響程度較高，需改善維修人員的作業(yè)環(huán)境，做好維修過程中的安全防護措施，改善維修作業(yè)程序，避免單調重復性工作誘發(fā)工作疲勞導致差錯產生。此外，從航空器(飛機)本身的設計與制造方面，需要從源頭做好初始適航差錯容錯性設計，保證安全裕度實現(xiàn)本質安全。維修文件U22也是誘發(fā)維修差錯的重要因素，在維修文件的編制與管理上，需保證維修專業(yè)術語標準性，實施文件電子無紙化和便捷化管理。

4結論

在航空安全管理工作中，人為因素至關重要，本文從SHEL模型的4個界面以及人的主導作用出發(fā)，重點考慮通過人的行為能夠得到改善或避免的風險來建立指標體系。根據(jù)SHEL航空人因理論模型，參照維修差錯咨詢通告(AC-121-007)，結合德爾菲(Delphi)法確定航空器(飛機)、作業(yè)環(huán)境、維修程序、維修工具以及安全文化等11個維修差錯重要風險指標。采用層次分析法進行綜合定量分析，計算出各風險指標的重要程度并進行排序，確定溝通與協(xié)調、生理/心理素質、安全文化以及知識與技能等為維修差錯重點風險指標，并有針對性提出維修差錯防控建議。維修管理者可根據(jù)指標重要度排序，對風險程度較高的指標重點對待，合理安排資源，選擇有效的安全管理措施降低差錯風險。

參考文獻

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*基金項目：民航局科技創(chuàng)新引導基金項目(C2013053)。

作者簡介陳農田，碩士，講師。主要研究方向：航空維修管理與適航安全。

(收稿日期：2015-01-20)

The Aviation Maintenance Error Risk Indexes System Based on SHEL Model

CHEN Nongtian1MA Ting2LI Rui3

(1.AviationEngineeringInstitute,CivilAviationFlightUniversityofChinaGuanghan，Sichuan618307)

AbstractAviation maintenance error threatens to aviation safety seriously and preventive maintenance error plays an important role in aviation safety. In order to identify and mitigate error risk effectively, according to “China Civil Aviation Advisory Circular” (AC-121-007), the analytic hierarchy process (AHP) is applied to determine the risk indexes system from four aspects, Liveware (L), hardware (H), software(S) and environment (E) based on the SHEL model system, as well as the weight order. The results show that communication and coordination, mental/physical qualities, safety culture, knowledge and skills are the maintenance errors key risk indexes. In view of the above key causes, countermeasures are proposed to reduce the risk of maintenance error.

Key WordsSHEL modelmaintenance errorrisk indexesanalytic hierarchy process (AHP)Delphi method