我國航空安全的現狀研究

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本文作者：吳文海呂雪濤曲志剛程瑞工作單位：海軍航空工程學院青島分院

在過去的幾十年中，航空技術的發展大大提高了系統安全性，單純由機械故障引起的飛行事故已經逐年降低，人的因素開始在各種軍事和民航飛行事故中扮演越來越重要的角色。美國海軍安全中心（NavalSafetyCenter）對大量航空事故的調查結果表明：多數情況下，航空事故的主要致因都與人的因素有關，其在導致海軍航空事故的原因中甚至超過了80%，因此減少人的失誤成了所有高可靠性機構的工作重心[1]。隨著任務復雜程度的增加，尤其是當任務越來越依靠團隊協作時，人的失誤變得更加突出。全球航空業的迅速發展和空中運輸需求的驟增，對空中交通管制和機組的協調帶來了挑戰，各種形式的自動化措施相繼應用到空管系統中，這就改變了Edwards的SHEL（Software,Hardware,Environment,Livewareware）模型中各元素間的界面，為了應對這個問題，必須拚棄傳統的以技術所能達到的能力為中心的設計原則，提出以人的需要、能力和極限為中心的空管自動化概念[2]。目前該研究已經擴展到空中交通管制、機組資源管理等方面。

1人因失誤

1.1人因失誤產生原因[3~5]通常，人的因素在航空安全上表現為人的失誤，即所謂的人因失誤。人因失誤就是指人的行為及其結果偏離了規定的目標，并產生或導致了潛在的不良影響的過程，即由于人為因素而導致的失誤。人的認知過程是人腦反映對客觀事物的特性與聯系，并揭露事物對人的影響與作用的復雜的心理活動過程，不但要了解人犯了什么錯誤（What），還要研究人為什么會犯錯誤（Why）和如何犯錯誤（How）。從生理學角度講,人極容易受到外界因素的影響而產生注意力不集中、反應遲緩、工作能力下降甚至失能等不良效應。飛行人員也不例外，會由于光線的明暗交替、強光直射、大過載等引起視覺疲勞、視覺損傷和視覺錯誤，也會受到家庭關系、社會關系、生活環境等多方面因素的影響，使其成為飛行系統中最容易變化、最不可靠的因素，這是飛行中人為事故居高不下的主要原因。飛行人員一定要注意加強自身能力和素質的提高，盡可能減少飛行過程中由于人的因素而產生的差錯。1.2人因失誤的模型及分析方法近年來，人的失誤框架和與之相關的的事故調查方案激增，以至于有多少對該課題感興趣的人就有多少人的失誤模型出現[6]。到目前為止，闡述人的失誤的框架主要觀點可以分為六大類：認知的觀點、工效的觀點、行為的觀點、航空醫學的觀點、社會心理的觀點。其中比較著名的框架有：認知觀點中Wickens和FLach的信息加工模型和決策模型，OHare等人提出的評估機組差錯的分類框架；工效觀點中最著名的Edwards的SHEL模型，Firenze的事故致因模型；行為觀點中Peterson的動機—獎勵—滿足模型；航空醫學觀點中Schman的流行病學模型；社會心理學觀點中Helmreich和Foushee的影響機組差錯的社會因素模型；組織觀點中Bird的事故致因多米諾骨牌模型和Degani和Wiener的4個“P”模型（Philosophy，Policies，Procedures，Practices）[7]。雖然模型眾多，但問題的關鍵是，這些框架中哪一個能夠全面地反映飛行中人的失誤及其影響因素呢？哪一個模型又能被普遍接受和稱贊呢？曼切斯特大學教授JamesReason在其心理學專著《HumanError》一書中提出了著名的Reason致因模型，徹底革新了航空業和其他工業對安全的觀點。Reason認為事故就發生在生產過程中系統元素之間的交互出現問題的地方。這些失效破壞了系統的完整性，使系統容易受到不安全操縱因素的影響，而導致災難性的后果。Reason用不同層次中的“洞”來表示這種失效，即事故致因的“瑞士奶酪”（Swisscheesemodel）模型，如圖1所示。圖1“瑞目前，基于各種框架的人因失誤分析方法相繼出現，國內外對人因失誤的分析方法中已經得到廣泛認可和應用的有人的因素分析與分類系統（HumanFactorsAnalysisandClassificationSystem，HFACS）和維護差錯輔助判定（MaintenanceErrorDecisionAid,MEDA），這兩種方法都屬于定性分析的范疇。Shappell和Wiegmann在分析了數以百計的飛行事故后，給出了“瑞士奶酪”模型中的隱性差錯和顯性差錯的內容，即“瑞士奶酪”中“洞”的定義：人的因素分析與分類系統。對應于Reason的模型，HFACS有4個層次：（1）不安全行為；（2）不安全行為的前提條件；（3）不安全監督；（4）組織影響。與HFACS稍有不同的是，MEDA最初是一個嚴格的結構差錯調查過程，用于尋找導致事故的貢獻因子，其基本原理是人不會故意犯錯，錯誤則常常是在人們試圖做正確的事情時發生的。因此，MEDA主要通過與跟差錯相關的維護人員進行交談來實施差錯調查，其主要過程如圖2所示。為了進行正常狀態下的人誤預測辨識分析，定量分析的方法必不可少。人的可靠性分析（HRA）方法是以人因工程學、認知科學、概率統計、行為科學等諸多學科為理論基礎，主要對人的失誤進行定性和定量分析評價，以達到分析、預測和減少人的失誤的目的。第一代HRA模型是以人的行為理論為基礎，而對于行為的內在歷程則很少探究。在這類模型中，對人的處理方式與對機器的處理方法相似，所以第一代HRA是一種結合了專家判斷與統計分析的方法，其中有代表性的分析方法有Swain的人誤率預測技術（THREP）和人的認知可靠性模型（HCR）等。因此，與第一代HRA相比，第二代同時結合了認知心理學和行為科學，針對人的認知活動建立認知可靠性模型，將認知可靠性分析評估與執行可靠性評估綜合在一起[9]。其中最具代表性的方法有ErickHollnagel提出的認知可靠性與失誤分析法（CREAM）以及美國核管會提出的任務分析技術（ATHEANA）[10]。兩代HRA方法的比較見表1。2002年歐洲航空管理委員會認識到HFACS系統在分析人誤本質原因上的不足，聯合德國、英國、法國等歐盟成員國有關專家研究開發了JANUS空管人誤分類分析技術[11]。起初，JANUS只是做為一種對空中交通管制（ATC）操縱失誤的分析方法[12]，后來發現該技術還有作為調查工具的潛力，因為它包含了與人因失誤有關的幾類因素：失誤細節（ED）——失誤的認知領域，如感知；失誤機理（EM）——認知失效函數，如信息檢測；信息處理（IP）——心理學過程，如隧道作用；及失誤類型——失誤是如何出現的，如必要程序的省略。這些行為被看做是會發生在一種動態狀態下的，這種狀態表現為一種連續的短暫的方式，而非在間隔消失瞬間僅關注操縱行為的情況[13]。JANUS技術的一個最大特點是基于現代認知心理學的信息加工理論及其模型，針對不安全事件的每一個關鍵點，依據人的信息加工過程和不同加工階段分段分析，并以流程圖的方式予以表述，其目的在于克服原有系統無法分析航空中人因失誤內部機理的不足[14]。它的優點在于使用了一個結構性采訪過程，所以影響空中交通管制員行為的心理差錯可以被識別出來，并能夠從一些小的事故中學到經驗。

2人的因素對航空領域的影響

2.1空中交通管制

現代空中交通管制作為航空系統中航行任務分配與管理的保障，進行區域管制、進近管制和機場管制，對航空安全有著不可替代的作用。隨著大量先進的空中管制設備的使用，為空中交通管制提供了極大的方便，但這卻容易導致管制員（特別是見習管制員）對管制設備過分依賴（如忽略雷達盲區），在工作中缺乏主動性、預見性，實施管制時將復雜的思維過程簡略化，這就難免要出錯。但同時如何保證正常的人機交互問題逐漸凸顯出來。空中交通管制是專業性很強的工作，要求從業人員具備較高的專業知識和業務技能以及較強的應變能力和處境意識，但從以往的空中交通責任事件分析，由于管制員素質不高、專業技能低而直接或間接導致的事故或事故征候仍占有相當的比例[15]。在空管自動化中，通常是采用以人為中心的自動化原則，為空管人員提供對自動化設備/程序的最大滿意度，以及在出現自動化問題時，提供安全的人工轉換。空管中的人的因素研究主要是為了在認識人的能力和局限性的基礎上，對人機沖突的解決提供指導性意見，以達到改善系統性能和防范事故的目的。依據SHEL模型，要求管制員具有掌控整體形勢的能力、與系統進行信息交換的能力、對系統監控的能力、接替系統的能力及對新管制技術的適應能力等。所以在管制員的日常培訓中，除了傳統意義的基本技能培訓外，還要進行個人的評估決策能力、應變能力、語言表達能力、預測統籌能力、溝通協調能力、立體感知能力等[16]的專門訓練，以應對空管過程中可能出現的意外情況。

2.2機組資源管理（CRM）

Reason指出，系統的最大危險源于潛在的組織和管理失效的積累。系統中的組織人因失誤通常并非單獨由個人屏蔽失效引起的，而是在多種人員機構和相關設備的復雜條件下，經過一段時間的發展后形成的。目前在組織管理方面的研究有采用原因因子圖與屏障分析圖像結合的方法，進行組織人因失誤分析[17]。美國為了防止大量與人有關的航空事故的發生，針對航空機組人員開發了一種安全操作所必須的非技能性訓練項目，其目的在于使機組形成一種涉及駕駛艙內團隊合作和交流的能力。該訓練項目最初叫做駕駛艙資源管理（CockpitResourceManagement），但是現在通常叫做機組資源管理系統（CrewResourceManagement,CRM）[18]。CRM的設計目的就是為了通過減少人的行為失誤的數量來減少駕駛艙事故的數量。這種訓練現已成為一種教授動態人際交流和團隊協調技能的常見方法。在海軍航空中，系統工作情況和飛行安全對成功的機組協調和交流的依賴性非常強，所以，機組資源管理技能是人機系統整合（HumanSystemsIntegration，HSI）不可缺少的一部分。HSI是一種跨學科的方法，它明確了這種方法在其不同領域中的根本平衡，以便減小優化整個系統性能和降低生命周期成本的困難。不同機構對HSI這個詞的解釋各不相同。根據人機系統整合手冊，HSI是一種技術和管理上的概念，它融合了多種學科，以使人適當地成為設計、生產和程序及系統操縱的一部分為目的[19]。美國海軍的HSI項目的一個主要目標包括在所有操作系統中提高人的行為能力和系統安全性。目前，美國海軍部門認可的HSI的八個關鍵部分包括：（1）人力資源曾用于指示人力資源數量的詞匯，包括軍用和民用，操縱和維護系統所必須的及可用到的人員。（2）操作人員天賦、經驗和其它的人類特點對優化系統性能而言都是必要的。這樣做的目的是讓“合適的人”做“合適的工作”。（3）人的因素工程學將人的特點廣泛地綜合進系統定義、設計、開發和評估中，以優化人機綜合的性能。（4）健康危害操縱或使用一個系統時，會帶來死亡、受傷、殘疾或員工工作能力的降低。（5）人的生存性系統的一個特性，它能使操作人員在不利情況時生存下來，并發揮一定的積極作用，包括敵軍與友軍戰斗造成的武器損壞，和在威脅條件或戰斗條件下對相關人員的內在危害，以及軍事設備存在的固有危害。（6）可居住性操作人員在執行他們的任務時所需要生活、工作和睡覺的物理環境，這包括個人和組織的身體與精神需要，以及在持久而連續的軍事操縱中對士氣和社會環境的關注程度。人的因素和系統安全中HSI部分還與美國海軍的CRM有效性評估有關。對CRM有效性的分析同時也包含有對飛機系統設計的分析。正如機械裝置的改善減少了系統的錯誤，增加了系統的安全性一樣，CRM項目的目的在于將潛在的人的失誤最小化。特別地，CRM訓練要求減少可能導致事故或損傷的機組協調失效情況的發生。這些錯誤可能由人與人之間的配合及人對機械裝置的錯誤理解而引起。CRM訓練的另一個有利方面是它為飛行員和機組成員提供了一個風險管理和評估工具。CRM能夠直接影響團隊的決策制定過程，優化風險管理，從而確保系統安全并限制可預防錯誤的發生。

2.3人因失誤評估

人的行為是整個交互系統脆弱的主要根源。無論人的行為哪里不恰當、不合規范或有誤，這些都與系統設計相關。這在高風險活動中尤為如此，如在商業飛行、海上運輸、電力生產、醫療護理和太空飛行中。因此，我們的目標始終應該是設計一個能夠盡可能地從人的錯誤行為中恢復過來的交互系統，并盡量在系統設計的初級階段就實現。人的失誤評估技術（TechniqueforHumanErrorAssessment，THEA）就是為了達成這個目標，而發展出的一種錯誤評估技術，這種方法源于人的可靠性分析（HRA）技術[20]。該方法在發展的早期是用來說明人機交互界面（HMI）設計的，現已經證明了其在評估應對人的配合失效脆弱性設計方面的適用性（一旦一種設計可用后，這種失效就會成為一個需要解決的問題）。THEA技術的過程如圖3所示。THEA與已有的評估技術之間有一些相似的地方，如都存在認知預演（CognitiveWalkthrough）[21]。然而，相比而言，THEA的目的是不僅要考慮已出現的問題及其反饋，而且還要考慮計劃的問題和執行行為的問題。除了認知預演的連續性觀點外，THEA還按等級來檢查目標和行為。總體而言，THEA是一種暗示性方法，引導分析人員以一種結構性的方式考慮交互設計的潛在困難。與其它方法相比，如利用系統工具識別人的失誤（HEIST）方法，THEA達成目標只需很少的工作量——18個失誤分析問題對113個問題。HEIST具有與THEA相似的目標，但卻增加了數倍的工作量，這也是為什么它還只是停留在理論上的原因。如果沒有適當的工具支持就使用這種方法是不切實際的，而THEA則不同，它具有依靠原型工具（樣本工具）——稱作THEA原型，實施大量分析的能力，這也就為THEA方法的進一步發展創造了條件。

3結束語

國外在人的因素上的研究起步較早，已經形成了較為成熟的系統理論，甚至已經部分應用于實際的系統設計和訓練方案制定中，國內的研究則很有限，主要還只限于理論研究。本文在相關文獻研究的基礎上，對人的因素的成因及目前在人因失誤方面的各種觀點做了介紹，并描述了幾種常見的人因失誤模型及其分析方法；重點討論了航空領域中空中交通管制和機組資源管理在人的因素方面的研究情況。從航空安全的工程應用角度考慮，人的因素的研究還有待進一步的深入，其在人因失誤評估方法，主要是量化分析方面還有待完善。此外，人機系統整合的概念已經提出，作為一個多學科融合的技術，在人與機械的協同方面有著非常重要的研究價值，未來在這方面的研究應該更加傾向于系統的開發應用。