基于HFACS模型的通航訓(xùn)練飛機(jī)剎車失效分析

張宗偉

摘 ?要：通過對(duì)通航訓(xùn)練飛機(jī)剎車系統(tǒng)失效不安全事件開展工程調(diào)查，指出剎車失效的危害，運(yùn)用HFACS模型查找分析事件發(fā)生的根本和系統(tǒng)原因，并針對(duì)失效致因分析提出針對(duì)性安全建議，以進(jìn)一步夯實(shí)訓(xùn)練飛行安全基礎(chǔ)，促進(jìn)通航安全、可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：HFACS模型;剎車失效;鉚接;安全建議

中圖分類號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0001-04

Abstract： Through the engineering investigation on the unsafe incident of brake system failure of flight training aircraft， the harm of brake failure is pointed out， the fundamental and systematic causes of the incident are found and analyzed by using HFACS model， and targeted suggestions on safety are put forward according to the failure cause analysis， so as to further consolidate the foundation of training flight safety and promote navigation safety and sustainable development.

Keywords： HFACS model; aircraft brake failure; riveting; suggestion on safety

引言

為促進(jìn)我國(guó)通航發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)中國(guó)民航“兩翼齊飛”，當(dāng)前我國(guó)通航的管理主體方針是“分類管理，放管結(jié)合”，而其中主要突出“放”。放的主要目的是促進(jìn)通航盡快熱起來，飛起來。在這一過程中，只有安全的放飛才能確保通航業(yè)的良性可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)通航安全基礎(chǔ)差，底子薄，管理理念和手段相對(duì)落后。我國(guó)引入國(guó)際民航安全風(fēng)險(xiǎn)管理理念已有數(shù)十年，而如何讓安全風(fēng)險(xiǎn)管理真正有效落地，讓安全風(fēng)險(xiǎn)管理的理念和手段真正運(yùn)用到實(shí)際工作中，真正打通安全風(fēng)險(xiǎn)管理的最后一公里，成為我國(guó)民航當(dāng)前安全管理工作的瓶頸。針對(duì)通航具體不安全事件，利用有效安全風(fēng)險(xiǎn)管理分析工具開展風(fēng)險(xiǎn)分析和研究，不僅對(duì)于“放、管、服”政策大背景下，落實(shí)國(guó)家有關(guān)通航發(fā)展“安全第一，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”具體要求，確保通航業(yè)良性、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，同樣對(duì)于運(yùn)輸航空也具有重要的借鑒意義。

HFACS模型[1]相比傳統(tǒng)的SHELL模型[2]和Reason模型[3]在人為因素分析上，解決了人的失誤理論和實(shí)踐應(yīng)用長(zhǎng)期分離的狀態(tài)，填補(bǔ)了人的失誤領(lǐng)域一直沒有操作性強(qiáng)的理論框架的空白[4]。由于HFACS模型在分析層級(jí)上更具體，更詳實(shí)，因此實(shí)用性更強(qiáng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與致因間的相互關(guān)系分析更深入。盧簫劍[5]等應(yīng)用HFACS模型對(duì)無人機(jī)事故進(jìn)行人因分析。武耀罡[6]等應(yīng)用HFACS對(duì)飛機(jī)維修人為因素分析。各種研究證實(shí)HFACS能夠有效分析航空不安全事件中的人為致因。本文利用HFASC模型分析工具，針對(duì)一起典型的通航飛機(jī)剎車系統(tǒng)失效不安全事件進(jìn)行致因分析，力求找出導(dǎo)致事件發(fā)生的關(guān)鍵人為因素和組織因素，以便從系統(tǒng)層面防止類似不安全事件的再次發(fā)生。

1 剎車失效案例

1.1 剎車失效經(jīng)過

2018年9月，某飛行訓(xùn)練機(jī)組駕駛C172R/B-×××號(hào)飛機(jī)執(zhí)行帶飛訓(xùn)練任務(wù)。13：55左右，該機(jī)在20號(hào)跑道著陸并正常減速，由D道口脫離滑回。當(dāng)滑行到主滑行道上以后，機(jī)組使用剎車過程中聽見左側(cè)剎車有金屬卡阻異響，隨即左剎車踏板變空行程。飛行機(jī)組立刻收油門慢車減速并報(bào)告塔臺(tái)。隨后在塔臺(tái)指揮下，在主滑行道關(guān)車，由機(jī)務(wù)牽引推回機(jī)庫(kù)，飛機(jī)無損傷。經(jīng)機(jī)務(wù)初步檢查發(fā)現(xiàn)左輪內(nèi)側(cè)剎車壓力板上剎車片缺失，一顆剎車片鉚釘斷裂，左剎車踏板空行程，左剎車失效。

1.2 剎車失效調(diào)查

（1）飛機(jī)情況：該機(jī)為美國(guó)塞斯納公司生產(chǎn)，該機(jī)檢查維修記錄證實(shí)，該機(jī)已按照局方批準(zhǔn)的維修方案完成了相關(guān)的維護(hù)工作，飛機(jī)“三證”現(xiàn)行有效，自該機(jī)型2006年引進(jìn)以來，未發(fā)生由于剎車片斷裂導(dǎo)致的剎車失效。

（2）事后現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)：沿飛機(jī)滑行軌跡，在滑行道上找到左側(cè)剎車系統(tǒng)脫落部件依次為：鉚釘②、斷裂剎車片大端、斷裂剎車片小端（見圖1）。初步分析故障原因可能為：該機(jī)從聯(lián)絡(luò)道轉(zhuǎn)向滑行道，轉(zhuǎn)彎使用剎車時(shí)，左側(cè)剎車片承受載荷在鉚釘①處斷裂，由于剎車未完全松開，在剎車活塞作用下，剎車片緊貼剎車圓盤，這時(shí)剎車片整體在位并未脫落。此時(shí)機(jī)輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，剎車片大端受到向下作用力，致使鉚釘②承受較大的剪切力。當(dāng)鉚釘②承受的剪切力達(dá)到極限，導(dǎo)致鉚釘②剪斷。飛機(jī)進(jìn)入滑行道，飛行人員松開剎車正?；袝r(shí)，斷裂的鉚釘②先行脫落，隨后斷裂剎車片大端和斷裂剎車片小端依次也掉了下來（此時(shí)鉚釘①仍在位并未脫落）。當(dāng)飛行人員再次采取飛機(jī)制動(dòng)時(shí)，因左側(cè)剎車組件缺失一塊剎車片導(dǎo)致左側(cè)剎車失效（見圖2）。

1.3 剎車失效危害

（1）飛機(jī)剎車系統(tǒng)的功用。飛機(jī)剎車系統(tǒng)的主要功用是使飛機(jī)在地面滑跑或滑行時(shí)減速，同時(shí)還具有制動(dòng)和幫助轉(zhuǎn)彎的作用。在地面運(yùn)動(dòng)過程中，除了機(jī)體受到的氣動(dòng)阻力對(duì)飛機(jī)減速有一定幫助外，小型訓(xùn)練飛機(jī)唯一可控制的減速手段就是剎車。它必須提供足夠的剎車能量使飛機(jī)在一定距離內(nèi)停住;在地面發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到正常轉(zhuǎn)速，剎車必須能剎住飛機(jī)不動(dòng)。所以剎車系統(tǒng)工作是否正常對(duì)飛機(jī)運(yùn)行安全至關(guān)重要。為了獲得高效率剎車，必須確保剎車系統(tǒng)中每一個(gè)組件都能正常工作，并且具有相同的剎車性能[7]。

（2）飛機(jī)剎車的基本原理。剎車裝置的基本原理是利用靜止的剎車片與隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的剎車盤之間產(chǎn)生摩擦力，增大機(jī)輪的阻滾力矩，達(dá)到剎車減速的目的。蘇華禮在對(duì)飛機(jī)剎車盤鉚釘加工工藝過程的探討中提到“飛機(jī)用剎車鉚釘和一般鉚釘相比較，工作環(huán)境極為惡劣從剎車開始到剎車結(jié)束。由于飛機(jī)速度的急劇降低和巨大的慣性力，造成摩擦片的急劇摩擦，剎車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，剎車盤的表面溫度可達(dá)1000℃以上，鉚釘承受強(qiáng)烈的熱沖擊[8]”。剎車片的更換鉚接是一項(xiàng)十分重要的工作。楊文堂等在飛機(jī)機(jī)輪炭/炭剎車盤金屬件鉚接工藝分析中認(rèn)為金屬件的鉚裝一般在冷態(tài)下進(jìn)行，要使金屬件與炭/炭盤齒面和齒側(cè)配合好，在加工過程中，各工件的精度公差值要有一定的要求，不能太緊或太松。配合太緊，金屬件與炭/炭盤、鉚釘不能順利組裝，鉚接組裝非常困難 ，有時(shí)過緊還會(huì)破壞炭/炭盤 的齒表面，擠裂鉚釘孔，對(duì)質(zhì)量有影響。如配合太松，鋼夾與炭/炭盤配合不緊密，剎車時(shí)鋼夾可能沖擊炭/炭盤，鉚釘在鉚孔內(nèi)竄動(dòng)，這樣反復(fù)多次，會(huì)使鉚釘孔擴(kuò)大，鋼夾、鉚釘更加松動(dòng)，進(jìn)一步加大沖擊，甚至破壞炭/炭盤傳動(dòng)齒[9]。孫永全等在基于累積磨損量分布的飛機(jī)剎車片可靠性分析中認(rèn)為飛機(jī)在滑跑減速或降落中，通過剎車片與剎車盤配合，構(gòu)成摩擦副產(chǎn)生摩擦，達(dá)到剎車減速、停機(jī)的目的。剎車片與剎車盤的相互摩擦?xí)鸨砻娌牧系牧魇Ш娃D(zhuǎn)移。剎車片的耐磨性遠(yuǎn)低于剎車盤，成為剎車系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，需要通過定期檢查剎車片厚度、更換剎車片，保證飛機(jī)具有穩(wěn)定的剎車性能[10]。各種分析研究表明，剎車系統(tǒng)對(duì)飛行運(yùn)行安全具有重要的的作用。如果案例中剎車失效發(fā)生在著陸滑跑階段，飛機(jī)將更難控制，可能會(huì)沖出跑道，甚至釀成一起事故。剎車片是決不能忽視的配件，如果出現(xiàn)異常將會(huì)影響制動(dòng)，對(duì)飛行安全至關(guān)重要。

2 運(yùn)用HFACS模型進(jìn)行分析

2.1 HFACS模型基本介紹

HFACS模型能夠?qū)ｉT定義里森“瑞士奶酪”模型中的隱性差錯(cuò)和顯性差錯(cuò)，因此可以作為事故調(diào)查和分析的工具使用，HFACS模型描述了四個(gè)層次的失效。用HFACS模型分析事件致因有很多方式，最簡(jiǎn)潔明了的方式就是從事件結(jié)果往回找。

2.2 用HFACS模型分析

根據(jù)剎車系統(tǒng)工作所對(duì)應(yīng)的層次（不安全行為、不安全行為的前提、不安全監(jiān)督或者組織影響）進(jìn)行逐層分析，這個(gè)分析實(shí)際上就是層層推進(jìn)，抽絲剝繭的過程。

（1）不安全行為。在這次訓(xùn)練飛機(jī)不安全事件中最直接的原因就是剎車片脫落，造成剎車失效。由于通航的運(yùn)行特點(diǎn)，與運(yùn)輸航空不一樣，分工更寬泛，對(duì)于剎車片的更換往往都是由本單位自己修理完成。剎車片非正常斷裂脫落，事后調(diào)查鉚接脫落鉚釘孔側(cè)還有不規(guī)則鎖鏈孔，鉚釘孔損傷超標(biāo)卻沒有發(fā)現(xiàn)，造成剎車過程鉚釘局部承受過載，鉚接工作人員操作不規(guī)范。這屬于航空維修不安全行為。繼續(xù)分析確定該不安全行為是屬于差錯(cuò)還是違規(guī)。由于鉚接工作人員沒有主觀犯錯(cuò)的因素，可以被認(rèn)定為是一個(gè)差錯(cuò)。

接下來我們要確定是什么類型的差錯(cuò)（技能差錯(cuò)、決策差錯(cuò)、感知差錯(cuò)）。由于剎車組件自2006年飛機(jī)引進(jìn)以來，反復(fù)進(jìn)行翻修使用，持續(xù)多年的循環(huán)使用，固定剎車片的鉚釘孔反復(fù)進(jìn)行鉚釘?shù)牟鹧b，鉚釘孔的直徑大小和孔磨損情況未引起重視和關(guān)注，不安全事件發(fā)生后，對(duì)其中一批次總共106件待修剎車組件進(jìn)行分解，有17個(gè)剎車組件出現(xiàn)一顆鉚釘松動(dòng)，有16個(gè)剎車組件出現(xiàn)全部2顆鉚釘松動(dòng)，（17+16）/106=31.3%，超過三成的剎車片安裝鉚釘出現(xiàn)問題，鉚接中對(duì)孔的變化發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，這是感知差錯(cuò)。另外，既便是鉚釘孔合乎標(biāo)準(zhǔn)，但鉚接人員對(duì)鉚接鐓緊的執(zhí)行不統(tǒng)一，同樣也會(huì)造成鉚釘?shù)乃蓜?dòng)，這是技能差錯(cuò)。當(dāng)然這不是操作人員有意識(shí)的決定，因此，不屬于決策差錯(cuò)。

另外，剎車組件在飛行運(yùn)行階段，經(jīng)歷了大量的飛行時(shí)間，期間飛機(jī)做了數(shù)次不同級(jí)別的定檢，在每次定檢中對(duì)應(yīng)工作單中都有對(duì)飛機(jī)剎車組件的檢查項(xiàng)目，直到滑行中剎車片斷裂脫落都未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這屬于技能差錯(cuò)。

（2）不安全行為的前提。剎車組件翻修是長(zhǎng)期從事的工作，由航空維修部門下面的修理班組進(jìn)行，在修理班組的職責(zé)范疇中，剎車組件翻修只是其繁重工作中極少的一部分，修理部門還承擔(dān)了大量的其他航空器修理任務(wù)，因而在剎車組件的翻修中存在質(zhì)量把控不統(tǒng)一，沒有把握好最后的關(guān)口的現(xiàn)象，該行為是不標(biāo)準(zhǔn)的操作中的班組資源管理不善。

（3）到目前為止，我們關(guān)注的僅僅是剎車組件翻修及日常檢查。但是，使得HFACS在事故調(diào)查時(shí)特別有用的原因是，它能鑒別出系統(tǒng)上層的致因因素——監(jiān)督和組織的層次。

航空維修有專門的質(zhì)量管理部門，其關(guān)注的重點(diǎn)是航線及定檢工作，對(duì)修理班組從事的剎車組件翻修基本上就很少涉及，還有在各級(jí)飛機(jī)定檢，機(jī)務(wù)人員都未能檢查出來，工作單執(zhí)行不徹底，質(zhì)量部門在定檢中的監(jiān)控不到位，這些都屬于不安全的監(jiān)督中的監(jiān)督不充分。

另外在調(diào)查剎車組件翻修情況時(shí)，從事鉚接的工作人員曾提到，剎車片固定鉚釘松動(dòng)并不是最近出現(xiàn)，其中關(guān)于鉚接標(biāo)準(zhǔn)及鉚接工藝還在整個(gè)維修部門技術(shù)會(huì)上討論過，但由于在飛機(jī)運(yùn)行中沒有出現(xiàn)故障而一直就這樣維持，整個(gè)維修系統(tǒng)在技術(shù)修正和工藝調(diào)整上未及時(shí)跟進(jìn)，這是不安全的監(jiān)督中的問題未解決。

再者，由于航空器維修部門已經(jīng)知道翻修工藝和翻修工具存在安全隱患，但遲遲沒有整改，航空器包括航空器部件維修的進(jìn)度變成了影響安全的變量，且它超出了監(jiān)督人員的監(jiān)督能力范圍。此因素應(yīng)屬于組織影響范疇，確切講是組織過程當(dāng)中存在重視程度不夠。

（4）通過使用HFACS模型對(duì)此不安全事件分析結(jié)果進(jìn)行總結(jié)可得出表1、2、3、4。

2.3 分析結(jié)論

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，此次不安全事件和其他多數(shù)航空維修導(dǎo)致的事故一樣，通常都可以在很多層次上進(jìn)行預(yù)防（見圖3）。

作為重要的基礎(chǔ)性工作，在組織管理上有盲點(diǎn)，有死角，特別是在安全管理上基礎(chǔ)還比較薄弱，安全組織架構(gòu)還有待完善的通航，其各級(jí)組織缺少對(duì)下一級(jí)的監(jiān)督，組織自身的失職也是存在的。

鉚接工作人員責(zé)任也很明顯，沒有嚴(yán)格落實(shí)各種程序、翻修工藝，思想麻痹、工作作風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn)、維修經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平欠缺導(dǎo)致這起典型人為原因不安全事件。

3 安全建議

從組織架構(gòu)上，進(jìn)一步充實(shí)通航安全風(fēng)險(xiǎn)管理，增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)分析和管理能力。

從組織角度出發(fā)，在各工作流程中進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)督，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行閉環(huán)。

從技術(shù)角度，完善剎車組件翻修硬件，啟用專業(yè)的鉚接工裝，修訂剎車片翻修工藝，減少人為因素犯錯(cuò)的幾率。

從運(yùn)行角度，增加飛機(jī)定檢檢查頻度和廣度，從制度上降低剎車組件在運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)，為此在例行的定檢工作單中增加了每50小時(shí)分解剎車組件進(jìn)行檢查的項(xiàng)目。

讓每一次剎車都更加有效，讓每一次飛行都更加安心。

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