基于人為因素的航空安全模糊綜合評價研究

鄧 瑤

(西安航空學院 電氣學院，陜西 西安 710077)

1 引言

自從萊特兄弟首次飛行以來，飛機朝著大型化、高速化、自動化方向以驚人的速度發(fā)展。然而，每次新飛機、新系統(tǒng)的投入使用，都會出現(xiàn)許多意想不到的新問題，特別是人為因素。美國航空航天局(NASA)對客機事故進行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，70%左右的事故涉及人的因素[1]。近年來的研究結(jié)果也證明，在航空事故中，人的因素高達90%，這些都表明人是航空安全中的一個重要因素。

由于航空系統(tǒng)是一個龐大復雜的系統(tǒng)，而人又是航空系統(tǒng)中最不穩(wěn)定、最容易受到其他因素干擾的因素，因此，從表面上看，航空安全中人的因素是指那些資質(zhì)合格的運行人員的行為效能沒有達到預期的目標，而從更深的一個層次上看，人的因素實際涉及到硬件的設(shè)計、制造及組織管理等諸多環(huán)節(jié)中人的效能[2]，人只是導致事故發(fā)生的最后環(huán)節(jié)。要預防事故的發(fā)生，必須從人為因素入手，分析人為因素導致事故發(fā)生的潛在因素和直接因素，才能有效地預防航空事故的發(fā)生，提高航空安全。

目前，對于航空人誤事故的分析模型，是從傳統(tǒng)的“人—機—環(huán)”系統(tǒng)發(fā)展而來，比較著名的如SHEL模型[3]，用于描述航空系統(tǒng)中各個組成部分之間的關(guān)系。張朋鵬等采用SHEL模型對以人為因素為中心的航空安全進行了綜合評價[4]，曹海峰采用SHEL模型對工作場所中的人、硬件、軟件和環(huán)境之間的關(guān)系和界面關(guān)系進行了分析[1]，王永剛等采用REASON模型對基于組織因素的航空安全進行了評價和分析[5]。本文將從人為因素出發(fā)，綜合考慮人、機、環(huán)境、軟件等各種因素，建立系統(tǒng)的安全管理體系，采用模糊數(shù)學的基本原理，運用層次分析法確定各指標的權(quán)重，建立航空安全評價的指標體系并進行安全評價。

2 評價指標體系的構(gòu)成

SHEL模型概念由Elwyn Edwards于1972年提出，F(xiàn)rank Hawkins于1975年用圖的形式描述了該模型。圖1給出了SHEL模型。

SHEL是由軟件(Software)、硬件(Hardware)、環(huán)境(Environment)和生命件(Liveware)的第一個英文字母組成的。這里的軟件指各項規(guī)則和預案，硬件指各種設(shè)備，環(huán)境指所處的內(nèi)、外環(huán)境，生命件指人員。SHEL模型反映了操作人員與其他4個界面匹配程度的問題。SHEL模型強調(diào)同一層次上各個界面的匹配，認為不匹配就有可能造成人為差錯，該模型給出了較好的人的因素干預框架，提示人們從管理、生命件、軟件、硬件和環(huán)境的角度完善系統(tǒng)。

圖1 SHEL模型示意圖

根據(jù)SHEL模型，對基于人為因素的航空安全綜合評價，從“人—人”“人—機”“人—環(huán)境”“人—軟件”關(guān)系出發(fā)，來確定航空安全狀態(tài)的評價指標。圖2給出了航空安全狀態(tài)評價的指標體系。

圖2 航空安全狀態(tài)綜合評價指標體系

3 模糊綜合評價模型

模糊綜合評價是運用模糊數(shù)學知識，對系統(tǒng)中多個相互影響的因素進行的綜合評價。如果影響評價的因素很多，很難合理地定位出權(quán)數(shù)分配，就很難真實反映各因素在整體系統(tǒng)中的作用。本文采用層次分析法，對各指標體系進行分析。

3.1 建立評價指標的因素集

綜合評價指標因素集U是影響評價對象的各個因素所組成的集合，即U={U1,U2,…,Un}，將其按照某種屬性分成S個子集，可以得到子集指標集Ui={Ui1,Ui2,…,Uim} (i=1,2,…,s)。

3.2 建立評價集

評價集是由評價對象可能做出的評價結(jié)果組成的集合，本文根據(jù)所評價對象本身的性質(zhì)和實際操作，取m=5，即將評價結(jié)果分為5個等級，分別為好、較好、中等、較差和差。

3.3 確定評價因素的權(quán)重

評價因素的權(quán)重大小表明各因素在因素集合中的重要程度，本文采用層次分析法來獲取各指標權(quán)重。指標權(quán)重通過構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣來確定，表1給出了兩個指標比較標度取值。

表1 兩個指標比較標度取值

由表1，可以得到比較判斷矩陣：

采用“和積法”計算權(quán)重向量，具體方法分為兩步。

(1)對A按列規(guī)范化，即對比較判斷矩陣A的每一列正規(guī)化。

(2)再按行相加求得和向量。

進行歸一化處理，可以得到各指標的權(quán)重值，并得到綜合權(quán)重分配集合A。

A=(0.565，0.122，0.267，0.046)

同理，求出各指標層的比較判斷矩陣和權(quán)重分配集合Ai。

采用“和積法”計算各子系統(tǒng)的權(quán)重向量。

A1=(0.406，0.192，0.192，0.108，0.057，0.045)

A2=(0.403，0.249，0.075，0.075，0.162，0.036)

A3=(0.633，0.261，0.106)

A4=(0.437，0.220，0.153，0.115，0.037，0.038)

3.4 建立評價矩陣

請專家對各子因素狀況進行投票，建立各子因素的評分等級。表2～表5分別給出了各因素的評價表。

表2 人-人關(guān)系的評價表

表3 人-機關(guān)系的評價表

表4 人-軟件關(guān)系的評價表

表5 人-環(huán)境關(guān)系的評價表

由表2～表5，得到各因素的評價矩陣為

3.5 求綜合評價結(jié)果

根據(jù)Bi=Ai°Ri，通過歸一化處理后，可以得到各因素的綜合評價結(jié)果。

B1=(0.4，0.3，0.2，0.1，0)

B2=(0.3，0.4，0.2，0.1，0)

B3=(0.2，0.4，0.3，0.1，0)

B4=(0.2，0.4，0.3，0.1，0)

從各子系統(tǒng)的綜合評價結(jié)果中可知，根據(jù)最大隸屬度原則，人-人關(guān)系最終評價結(jié)果為B1=(0.4，0.3，0.2，0.1，0)，安全狀態(tài)等級為好；人-機關(guān)系最終評價結(jié)果為B2=(0.3，0.4，0.2，0.1，0)，安全狀態(tài)等級為較好；人-軟件最終評價結(jié)果為B3=(0.2，0.4，0.3，0.1，0)，安全狀態(tài)等級為較好；人-環(huán)境評價結(jié)果為(0.2，0.4，0.3，0.1，0)，安全狀態(tài)等級為較好。

3.6 求系統(tǒng)評價結(jié)果

根據(jù)C=A°B=(0.4，0.3，0.2，0.1，0)

由以上研究可以看出，根據(jù)最大隸屬度原則，對照航空安全狀態(tài)指標等級劃分，評價結(jié)果中最大數(shù)值0.4所對應(yīng)的等級為最終評價等級，即可以得到航空安全狀態(tài)等級為好。

4 結(jié)語

應(yīng)用模糊數(shù)學的方法對基于人為因素的航空安全狀態(tài)進行了綜合評價，把定性指標定量化，直觀地用數(shù)字表達了整個評價對象及其各個影響因素的安全性，客觀地反映了評價對象的安全等級。研究結(jié)果表明，目前，航空安全狀態(tài)良好，可以達到飛行安全的目的。

[1] 曹海峰. 民用航空器事故中的人為因素分析[J].中國民用航空，2008(2)：41-43.

[2] 霍志勤. 航空安全中人的因素芻論[J]. 中國民用航空，2008(2)：33-35.

[3] International Civil Aviation Organization (ICAO). Safety management manual [M]. New York：The U N Secretariat, 2006：168.

[4] 張朋鵬，王永剛. 以人為因素為中心的航空安全多級模糊綜合評價[J]. 安全與環(huán)境學報，2006，6(S)：147-148.

[5] 王永剛，張朋鵬. 基于組織因素的航空安全評價與分析[J]. 安全與環(huán)境學報，2007，7(1)：147-149.