基于權(quán)的最小平方法和熵權(quán)法的機(jī)務(wù)維修人員疲勞影響因素研究

孫瑞山，胡　臻，汪　磊，皇甫光霞

(中國(guó)民航大學(xué)民航安全科學(xué)研究所，天津 300300)

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基于權(quán)的最小平方法和熵權(quán)法的機(jī)務(wù)維修人員疲勞影響因素研究

孫瑞山，胡臻，汪磊，皇甫光霞

(中國(guó)民航大學(xué)民航安全科學(xué)研究所，天津 300300)

摘要：機(jī)務(wù)維修人員疲勞是關(guān)系到維修質(zhì)量和飛行安全的重要問(wèn)題之一。通過(guò)對(duì)機(jī)務(wù)維修人員疲勞影響因素的深入分析，構(gòu)建了機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并通過(guò)編制專家調(diào)查問(wèn)卷，采用專家獨(dú)立調(diào)查方法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行判斷，根據(jù)權(quán)的最小平方法和熵權(quán)法確定各指標(biāo)的組合權(quán)重，以找到影響機(jī)務(wù)維修人員疲勞的關(guān)鍵因素。計(jì)算結(jié)果表明：維修負(fù)荷、夜班執(zhí)勤、睡眠和執(zhí)勤時(shí)間是影響機(jī)務(wù)維修人員疲勞的主要因素，上述因素可以作為進(jìn)一步風(fēng)險(xiǎn)量化的基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)控制疲勞風(fēng)險(xiǎn)的目的。

關(guān)鍵詞：機(jī)務(wù)維修人員；疲勞；影響因素；權(quán)的最小平方法；熵權(quán)法；組合權(quán)重

隨著航空運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，運(yùn)輸量持續(xù)增加，人員短缺和航班延誤現(xiàn)象不斷加劇，導(dǎo)致民航一線工作人員包括飛行、空管、機(jī)務(wù)維修人員的疲勞現(xiàn)象也越來(lái)越普遍。一項(xiàng)對(duì)機(jī)務(wù)維修領(lǐng)域的研究顯示，世界上20%～30%的空中停車、50%的航班延誤、50%的航班取消均是由維修中的人為差錯(cuò)引起的，同時(shí)維修差錯(cuò)也是誘發(fā)或直接導(dǎo)致飛行事故最重要的原因之一[1]。過(guò)去20年的飛行事故調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，維修差錯(cuò)導(dǎo)致的事故增加了4個(gè)百分點(diǎn)，而大部分維修差錯(cuò)都與維修工作時(shí)間不足和維修人員疲勞作業(yè)有關(guān)[2]。由此可見，機(jī)務(wù)維修人員疲勞已經(jīng)對(duì)民航安全構(gòu)成了潛在的隱患，應(yīng)該引起更多人的重視。

國(guó)際民航組織(ICAO)于2003年出版了《航空器維修人為因素指導(dǎo)手冊(cè)》[3]，該手冊(cè)指出機(jī)務(wù)維修人員疲勞現(xiàn)象的發(fā)生是導(dǎo)致維修差錯(cuò)的主要原因之一，并舉例說(shuō)明了可能會(huì)造成機(jī)務(wù)維修人員疲勞的因素，例如超時(shí)工作、工作環(huán)境惡劣等。中國(guó)民航局(CAAC)于2011年頒布了《維修工時(shí)管理》咨詢通告，該咨詢通告的目的是指導(dǎo)維修單位合理安排機(jī)務(wù)維修人員的工作時(shí)間，以減少維修差錯(cuò)的產(chǎn)生。國(guó)際民航組織(ICAO)于2012年發(fā)布了《疲勞風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)(FRMS)手冊(cè)》[4]和《運(yùn)營(yíng)人疲勞風(fēng)險(xiǎn)管理制度(FRMS)實(shí)施指南》[5]，F(xiàn)RMS手冊(cè)應(yīng)用了安全管理系統(tǒng)的相關(guān)原則和程序，用于處理與機(jī)組人員疲勞相關(guān)的特定風(fēng)險(xiǎn)。在對(duì)管制員疲勞的管理和監(jiān)測(cè)過(guò)程中，有人提出可使用基于面部特征識(shí)別的管制員疲勞狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與告警系統(tǒng)[6]。

有效地控制并緩解機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)是對(duì)機(jī)務(wù)維修人員的疲勞狀況以及疲勞程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。影響機(jī)務(wù)維修人員疲勞的因素有很多，包括個(gè)人的生理及心理因素、維修技能因素、工作排班因素、維修環(huán)境因素等。目前針對(duì)機(jī)務(wù)維修人員疲勞的控制僅依賴于控制工作時(shí)間，因此對(duì)上述影響機(jī)務(wù)維修人員疲勞的因素進(jìn)行量化分析是非常必要的。為此，本文首先對(duì)機(jī)務(wù)維修人員疲勞的影響因素進(jìn)行分析，然后構(gòu)建機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，最后基于權(quán)的最小平方法和熵權(quán)法科學(xué)確定各指標(biāo)的權(quán)重，以找到影響機(jī)務(wù)維修人員疲勞的關(guān)鍵因素，為進(jìn)一步的研究打下基礎(chǔ)。

1機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

1.1機(jī)務(wù)維修人員疲勞的影響因素

國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的研究認(rèn)為影響機(jī)務(wù)維修人員疲勞最主要的兩個(gè)因素是睡眠缺失和晝夜生物節(jié)律擾亂[7-8]。人體晝夜節(jié)律(生物節(jié)律)直接影響到航空人員的入睡時(shí)間、睡眠時(shí)間和睡眠質(zhì)量[9]，因而也是導(dǎo)致其疲勞產(chǎn)生的重要因素；另外，也與連續(xù)夜間工作、工作負(fù)荷增強(qiáng)等因素有一定的聯(lián)系[10-11]。

睡眠方面，由于長(zhǎng)期的夜班工作和無(wú)規(guī)律的執(zhí)勤時(shí)間，導(dǎo)致的睡眠中斷使民航機(jī)務(wù)維修人員面臨著疲勞的風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，機(jī)務(wù)維修人員每天的平均睡眠只有5個(gè)小時(shí)，這遠(yuǎn)小于成人需要的睡眠時(shí)間，導(dǎo)致“睡眠債”的積累。因此，改變睡眠習(xí)慣，掌握睡眠知識(shí)，創(chuàng)造合適的睡眠環(huán)境，了解年齡、飲酒、飲食以及運(yùn)動(dòng)對(duì)睡眠的影響是非常必要的。

工作負(fù)荷方面，由于沒有足夠時(shí)間去完成需要完成的工作，并擔(dān)心造成航班延誤，就會(huì)產(chǎn)生時(shí)間壓力，機(jī)務(wù)維修人員經(jīng)常處于時(shí)間壓力中很容易產(chǎn)生疲勞；此外，新材料和電子系統(tǒng)的使用、老齡化飛機(jī)的增多，導(dǎo)致對(duì)航空器維修的要求增高，從而使維修工作量增加，這需要機(jī)務(wù)維修人員投入更多的精力。因此，機(jī)務(wù)維修人員在疲勞狀態(tài)下工作直接關(guān)系到是否產(chǎn)生維修差錯(cuò)而影響維修工作的質(zhì)量。

工作環(huán)境方面，極端的溫度條件(太冷或太熱)、強(qiáng)噪聲、光線不足、有毒氣體等原因，都會(huì)造成機(jī)務(wù)維修人員在維修作業(yè)時(shí)容易產(chǎn)生疲勞感。有統(tǒng)計(jì)表明，8%的維修差錯(cuò)事件是由于維修環(huán)境和維修設(shè)備相關(guān)因素造成的，突出地反映在工作場(chǎng)所照明不良和惡劣天氣條件，以及因無(wú)機(jī)庫(kù)而在露天作業(yè)這兩個(gè)方面[1]。

1.2建立機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文收集了大量與機(jī)務(wù)維修人員疲勞影響因素有關(guān)的資料，經(jīng)過(guò)對(duì)有效文獻(xiàn)和資料的分析，歸納總結(jié)出20個(gè)影響機(jī)務(wù)維修人員疲勞的因素；隨后對(duì)某航空公司6名機(jī)務(wù)維修人員進(jìn)行一對(duì)一訪談，訪談對(duì)象均擁有5年以上維修工作經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)訪談?dòng)涗涍M(jìn)行了分析和評(píng)定。

根據(jù)有效文獻(xiàn)和資料的分析以及訪談結(jié)果，刪去了一致認(rèn)為對(duì)機(jī)務(wù)維修人員疲勞影響較小的因素，最終確定了16個(gè)影響機(jī)務(wù)維修人員疲勞的主要因素，并根據(jù)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要遵循的原則：科學(xué)性原則、可測(cè)性原則、完備性原則和可行性原則，建立了機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見圖1。

圖1　機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1　Evaluation index system of maintenance　　　personnel fatigue

2指標(biāo)權(quán)重的確定方法

主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法是目前求解指標(biāo)權(quán)重問(wèn)題時(shí)主要使用的方法。主觀賦權(quán)法是基于決策者主觀上對(duì)各屬性重視程度來(lái)確定屬性權(quán)重，其原始數(shù)據(jù)由專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)主觀判斷而得到。常用的主觀賦權(quán)法主要有Delphi法、層次分析法(AHP)[12]、權(quán)的最小平方法等?？陀^賦權(quán)法主要是基于決策矩陣信息的方法來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重，如主成分分析法[13]、熵權(quán)法和多目標(biāo)規(guī)劃法[14]等。

本文使用權(quán)的最小平方法和熵權(quán)法將主觀權(quán)重和客觀權(quán)重相結(jié)合，從而得到指標(biāo)的組合權(quán)重。這種將主、客觀賦權(quán)法相結(jié)合的方法，既能針對(duì)主、客觀賦權(quán)法的優(yōu)缺點(diǎn)，兼顧決策者對(duì)指標(biāo)的偏好，又能減少賦權(quán)的主觀隨意性，從而使對(duì)指標(biāo)的賦權(quán)達(dá)到主觀與客觀的統(tǒng)一，進(jìn)而使決策結(jié)果更加真實(shí)、可靠。

2.1權(quán)的最小平方法

本文以層次分析法中權(quán)的最小平方法來(lái)確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。權(quán)的最小平方法(Weighted Least-Square priority Method,WLSM)是層次分析法中一種比較新的排序法，在1979年由Chu等[15]提出的，在1988年被引入到我國(guó)。該方法最大的特點(diǎn)是容易理解且概念相對(duì)較為清楚,推動(dòng)并促進(jìn)了最優(yōu)化排序理論和方法的發(fā)展[16]。權(quán)的最小平方法主要計(jì)算步驟如下：

(1) 根據(jù)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性，將其進(jìn)行兩兩比較，由比較結(jié)果確定其判斷矩陣A：

A=[aij]n×n(i,j=1,2,…,n)

(1)

式中:aij為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性和第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性的比值。

(3) 選擇一組排序向量使其平方和為最?。?/p>

(2)

(3)

CW+λe=0

(4)

式中:

e=(1,1,…,1)T.

eTW=1

(5)

聯(lián)立求解(4)和(5)兩式，可得

W=C-1e/eTC-1e

(6)

2.2熵權(quán)法

熵權(quán)法是通過(guò)計(jì)算指標(biāo)體系中各項(xiàng)指標(biāo)的信息熵，并根據(jù)指標(biāo)的相對(duì)變化程度以及系統(tǒng)整體的貢獻(xiàn)率來(lái)決定指標(biāo)的權(quán)重，是一種客觀的賦值方法[17]。該方法可以彌補(bǔ)主觀賦權(quán)方法的缺點(diǎn)，增強(qiáng)評(píng)價(jià)的合理性和科學(xué)性。熵權(quán)法的主要計(jì)算步驟如下：

(1) 假設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建判斷矩陣X：

X=[xij]mn(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(7)

式中:xij為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值。

(2) 將判斷矩陣X歸一化，得到歸一化矩陣B，B的元素為

(8)

式中：xmax、xmin分別為同一評(píng)價(jià)指標(biāo)下不同影響因素中的最大值和最小值。

(3) 根據(jù)傳統(tǒng)熵的概念,可以定義各評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵為

(9)

顯然當(dāng)fij=0時(shí)，lnfij無(wú)意義，因此對(duì)fij的計(jì)算加以修正，將其定義為

(10)

(4) 計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán),有

W=(wj)1×n

2.3指標(biāo)組合權(quán)重的確定

設(shè)由權(quán)的最小平方法得到的指標(biāo)主觀權(quán)重向量為α=(α1,α2,…,αn)T，而由熵權(quán)法得到的指標(biāo)客觀權(quán)重向量為β=(β1,β2,…,βn)T，組合賦權(quán)法是將主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法進(jìn)行綜合集成，這樣最終得到的指標(biāo)權(quán)重不但可以反映主觀的決策與判斷，也可以反映客觀評(píng)價(jià)方案與評(píng)價(jià)信息的差異。就指標(biāo)組合權(quán)重處理方法而言，通常有加法組合法和乘法組合法兩種，考慮到評(píng)價(jià)指標(biāo)往往較多，權(quán)重一般相差不大，為盡量凸顯指標(biāo)間重要性差異，本文選取乘法組合法計(jì)算指標(biāo)的組合權(quán)重wj,即

(12)

3指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)上述建立的民航機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，編制專家問(wèn)卷，并邀請(qǐng)19位有多年維修經(jīng)驗(yàn)的機(jī)務(wù)維修專家進(jìn)行打分，其中16位專家的問(wèn)卷回復(fù)有效。利用權(quán)的最小平方法和熵權(quán)法計(jì)算得到的B層和C層因素的指標(biāo)權(quán)重和排序列于表1和表2。

表1　B層因素的指標(biāo)權(quán)重和排序

表2　C層因素的指標(biāo)權(quán)重和排序

從上述指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果(見表1和表2)可以看出：

(1) 維修負(fù)荷指標(biāo)(C14)的權(quán)重是所有影響因素中指標(biāo)權(quán)重最高的因素，這可能是我國(guó)現(xiàn)階段運(yùn)輸量持續(xù)增加、人員短缺、老齡化機(jī)型增多等現(xiàn)象共同作用的結(jié)果。

(2) 充分表現(xiàn)出機(jī)務(wù)維修人員疲勞與執(zhí)勤/休息時(shí)間有著密切的關(guān)系，與現(xiàn)有疲勞和工作負(fù)荷、睡眠的研究結(jié)論相符：在個(gè)人因素中睡眠指標(biāo)(C11)所占的權(quán)重高于其他指標(biāo)；在環(huán)境因素中休息環(huán)境指標(biāo)(C9)所占的權(quán)重高于其他指標(biāo)；在工作排班因素中夜班執(zhí)勤指標(biāo)(C11)、執(zhí)勤時(shí)間指標(biāo)(C12)在該組指標(biāo)中的權(quán)重較高，并在所有影響因素中權(quán)重值也相對(duì)較高。

(3) 充分體現(xiàn)了除了睡眠之外的其他幾個(gè)重要因素對(duì)機(jī)務(wù)維修人員疲勞的影響,尤其是維修環(huán)境對(duì)機(jī)務(wù)維修人員疲勞具有一定的影響。

4結(jié)論

(1) 本文利用權(quán)的最小平方法和熵權(quán)法確定了機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各指標(biāo)的組合權(quán)重，為制定機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)控制措施提供了依據(jù)。

(2) 本文確定的機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與現(xiàn)有的機(jī)務(wù)維修人員疲勞影響因素研究相契合，各影響因素的權(quán)重值可以很好地體現(xiàn)維修負(fù)荷、夜班執(zhí)勤、睡眠、執(zhí)勤時(shí)間、生理健康、休息環(huán)境、計(jì)劃外任務(wù)、噪聲等幾個(gè)重要因素的綜合作用。

(3) 本文確定的機(jī)務(wù)維修人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重可以作為疲勞風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)航空維修單位對(duì)機(jī)務(wù)維修人員疲勞狀況進(jìn)行科學(xué)有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理。

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Influencing Factors of Maintenance Personnel Fatigue Based on WLSM and Entropy Weight Method

SUN Ruishan,HU Zhen,WANG Lei,HUANGFU Guangxia

(ResearchInstituteofCivilAviationSafety,CivilAviationUniversityofChina,Tianjin300300,China)

Abstract:Fatigue of maintenance personnel is one of the important issues in maintenance quality and flight safety.By deeply analyzing the influencing factors of the maintenance personnel fatigue,this paper determines the risk evaluation index system of fatigue of maintenance personnel.The paper compiles the expert questionnaire and applies the Delphi method to verify each index.At last,the paper uses the weighted least-square priority method and entropy weight method to calculate the combined weight of each index in order to find the key factors influencing the maintenance personnel fatigue.The index weight calculation results show that maintenance load,night shift duty,sleep and duty time are the most important factors contributing to maintenance fatigue.Moreover,the above factors can be used as basis to quantify the risk of maintenance personnel fatigue,thus achieving the aim of controlling the fatigue risk.

Key words:maintenance personnel;fatigue;influencing factors;weighted least-square priority method;entropy weight method;combined weight

文章編號(hào)：1671-1556(2016)03-0167-04

收稿日期：2015-07-24修回日期：2016-05-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1333112)；民航局科技項(xiàng)目(MHRD20140206)；民航局重大專項(xiàng)項(xiàng)目(MHRD2011238)

作者簡(jiǎn)介：孫瑞山(1958—)，男，教授，主要從事航空中的人為因素與飛行疲勞方面的研究。E-mail:sunrsh@hotmail.com

中圖分類號(hào)：X949;V267

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2016.03.029