我国航空安全的现状研究

本文作者：吴文海吕雪涛曲志刚程瑞工作单位：海军航空工程学院青岛分院

在过去的几十年中，航空技术的发展大大提高了系统安全性，单纯由机械故障引起的飞行事故已经逐年降低，人的因素开始在各种军事和民航飞行事故中扮演越来越重要的角色。美国海军安全中心（NavalSafetyCenter）对大量航空事故的调查结果表明：多数情况下，航空事故的主要致因都与人的因素有关，其在导致海军航空事故的原因中甚至超过了80%，因此减少人的失误成了所有高可靠性机构的工作重心[1]。随着任务复杂程度的增加，尤其是当任务越来越依靠团队协作时，人的失误变得更加突出。全球航空业的迅速发展和空中运输需求的骤增，对空中交通管制和机组的协调带来了挑战，各种形式的自动化措施相继应用到空管系统中，这就改变了Edwards的SHEL（Software,Hardware,Environment,Livewareware）模型中各元素间的界面，为了应对这个问题，必须拚弃传统的以技术所能达到的能力为中心的设计原则，提出以人的需要、能力和极限为中心的空管自动化概念[2]。目前该研究已经扩展到空中交通管制、机组资源管理等方面。

1人因失误

1.1人因失误产生原因[3~5]通常，人的因素在航空安全上表现为人的失误，即所谓的人因失误。人因失误就是指人的行为及其结果偏离了规定的目标，并产生或导致了潜在的不良影响的过程，即由于人为因素而导致的失误。人的认知过程是人脑反映对客观事物的特性与联系，并揭露事物对人的影响与作用的复杂的心理活动过程，不但要了解人犯了什么错误（What），还要研究人为什么会犯错误（Why）和如何犯错误（How）。从生理学角度讲,人极容易受到外界因素的影响而产生注意力不集中、反应迟缓、工作能力下降甚至失能等不良效应。飞行人员也不例外，会由于光线的明暗交替、强光直射、大过载等引起视觉疲劳、视觉损伤和视觉错误，也会受到家庭关系、社会关系、生活环境等多方面因素的影响，使其成为飞行系统中最容易变化、最不可靠的因素，这是飞行中人为事故居高不下的主要原因。飞行人员一定要注意加强自身能力和素质的提高，尽可能减少飞行过程中由于人的因素而产生的差错。1.2人因失误的模型及分析方法近年来，人的失误框架和与之相关的的事故调查方案激增，以至于有多少对该课题感兴趣的人就有多少人的失误模型出现[6]。到目前为止，阐述人的失误的框架主要观点可以分为六大类：认知的观点、工效的观点、行为的观点、航空医学的观点、社会心理的观点。其中比较著名的框架有：认知观点中Wickens和FLach的信息加工模型和决策模型，OHare等人提出的评估机组差错的分类框架；工效观点中最著名的Edwards的SHEL模型，Firenze的事故致因模型；行为观点中Peterson的动机—奖励—满足模型；航空医学观点中Schman的流行病学模型；社会心理学观点中Helmreich和Foushee的影响机组差错的社会因素模型；组织观点中Bird的事故致因多米诺骨牌模型和Degani和Wiener的4个“P”模型（Philosophy，Policies，Procedures，Practices）[7]。虽然模型众多，但问题的关键是，这些框架中哪一个能够全面地反映飞行中人的失误及其影响因素呢？哪一个模型又能被普遍接受和称赞呢？曼切斯特大学教授JamesReason在其心理学专著《HumanError》一书中提出了著名的Reason致因模型，彻底革新了航空业和其他工业对安全的观点。Reason认为事故就发生在生产过程中系统元素之间的交互出现问题的地方。这些失效破坏了系统的完整性，使系统容易受到不安全操纵因素的影响，而导致灾难性的后果。Reason用不同层次中的“洞”来表示这种失效，即事故致因的“瑞士奶酪”（Swisscheesemodel）模型，如图1所示。图1“瑞目前，基于各种框架的人因失误分析方法相继出现，国内外对人因失误的分析方法中已经得到广泛认可和应用的有人的因素分析与分类系统（HumanFactorsAnalysisandClassificationSystem，HFACS）和维护差错辅助判定（MaintenanceErrorDecisionAid,MEDA），这两种方法都属于定性分析的范畴。Shappell和Wiegmann在分析了数以百计的飞行事故后，给出了“瑞士奶酪”模型中的隐性差错和显性差错的内容，即“瑞士奶酪”中“洞”的定义：人的因素分析与分类系统。对应于Reason的模型，HFACS有4个层次：（1）不安全行为；（2）不安全行为的前提条件；（3）不安全监督；（4）组织影响。与HFACS稍有不同的是，MEDA最初是一个严格的结构差错调查过程，用于寻找导致事故的贡献因子，其基本原理是人不会故意犯错，错误则常常是在人们试图做正确的事情时发生的。因此，MEDA主要通过与跟差错相关的维护人员进行交谈来实施差错调查，其主要过程如图2所示。为了进行正常状态下的人误预测辨识分析，定量分析的方法必不可少。人的可靠性分析（HRA）方法是以人因工程学、认知科学、概率统计、行为科学等诸多学科为理论基础，主要对人的失误进行定性和定量分析评价，以达到分析、预测和减少人的失误的目的。第一代HRA模型是以人的行为理论为基础，而对于行为的内在历程则很少探究。在这类模型中，对人的处理方式与对机器的处理方法相似，所以第一代HRA是一种结合了专家判断与统计分析的方法，其中有代表性的分析方法有Swain的人误率预测技术（THREP）和人的认知可靠性模型（HCR）等。因此，与第一代HRA相比，第二代同时结合了认知心理学和行为科学，针对人的认知活动建立认知可靠性模型，将认知可靠性分析评估与执行可靠性评估综合在一起[9]。其中最具代表性的方法有ErickHollnagel提出的认知可靠性与失误分析法（CREAM）以及美国核管会提出的任务分析技术（ATHEANA）[10]。两代HRA方法的比较见表1。2002年欧洲航空管理委员会认识到HFACS系统在分析人误本质原因上的不足，联合德国、英国、法国等欧盟成员国有关专家研究开发了JANUS空管人误分类分析技术[11]。起初，JANUS只是做为一种对空中交通管制（ATC）操纵失误的分析方法[12]，后来发现该技术还有作为调查工具的潜力，因为它包含了与人因失误有关的几类因素：失误细节（ED）——失误的认知领域，如感知；失误机理（EM）——认知失效函数，如信息检测；信息处理（IP）——心理学过程，如隧道作用；及失误类型——失误是如何出现的，如必要程序的省略。这些行为被看做是会发生在一种动态状态下的，这种状态表现为一种连续的短暂的方式，而非在间隔消失瞬间仅关注操纵行为的情况[13]。JANUS技术的一个最大特点是基于现代认知心理学的信息加工理论及其模型，针对不安全事件的每一个关键点，依据人的信息加工过程和不同加工阶段分段分析，并以流程图的方式予以表述，其目的在于克服原有系统无法分析航空中人因失误内部机理的不足[14]。它的优点在于使用了一个结构性采访过程，所以影响空中交通管制员行为的心理差错可以被识别出来，并能够从一些小的事故中学到经验。

2人的因素对航空领域的影响

2.1空中交通管制

现代空中交通管制作为航空系统中航行任务分配与管理的保障，进行区域管制、进近管制和机场管制，对航空安全有着不可替代的作用。随着大量先进的空中管制设备的使用，为空中交通管制提供了极大的方便，但这却容易导致管制员（特别是见习管制员）对管制设备过分依赖（如忽略雷达盲区），在工作中缺乏主动性、预见性，实施管制时将复杂的思维过程简略化，这就难免要出错。但同时如何保证正常的人机交互问题逐渐凸显出来。空中交通管制是专业性很强的工作，要求从业人员具备较高的专业知识和业务技能以及较强的应变能力和处境意识，但从以往的空中交通责任事件分析，由于管制员素质不高、专业技能低而直接或间接导致的事故或事故征候仍占有相当的比例[15]。在空管自动化中，通常是采用以人为中心的自动化原则，为空管人员提供对自动化设备/程序的最大满意度，以及在出现自动化问题时，提供安全的人工转换。空管中的人的因素研究主要是为了在认识人的能力和局限性的基础上，对人机冲突的解决提供指导性意见，以达到改善系统性能和防范事故的目的。依据SHEL模型，要求管制员具有掌控整体形势的能力、与系统进行信息交换的能力、对系统监控的能力、接替系统的能力及对新管制技术的适应能力等。所以在管制员的日常培训中，除了传统意义的基本技能培训外，还要进行个人的评估决策能力、应变能力、语言表达能力、预测统筹能力、沟通协调能力、立体感知能力等[16]的专门训练，以应对空管过程中可能出现的意外情况。

2.2机组资源管理（CRM）

Reason指出，系统的最大危险源于潜在的组织和管理失效的积累。系统中的组织人因失误通常并非单独由个人屏蔽失效引起的，而是在多种人员机构和相关设备的复杂条件下，经过一段时间的发展后形成的。目前在组织管理方面的研究有采用原因因子图与屏障分析图像结合的方法，进行组织人因失误分析[17]。美国为了防止大量与人有关的航空事故的发生，针对航空机组人员开发了一种安全操作所必须的非技能性训练项目，其目的在于使机组形成一种涉及驾驶舱内团队合作和交流的能力。该训练项目最初叫做驾驶舱资源管理（CockpitResourceManagement），但是现在通常叫做机组资源管理系统（CrewResourceManagement,CRM）[18]。CRM的设计目的就是为了通过减少人的行为失误的数量来减少驾驶舱事故的数量。这种训练现已成为一种教授动态人际交流和团队协调技能的常见方法。在海军航空中，系统工作情况和飞行安全对成功的机组协调和交流的依赖性非常强，所以，机组资源管理技能是人机系统整合（HumanSystemsIntegration，HSI）不可缺少的一部分。HSI是一种跨学科的方法，它明确了这种方法在其不同领域中的根本平衡，以便减小优化整个系统性能和降低生命周期成本的困难。不同机构对HSI这个词的解释各不相同。根据人机系统整合手册，HSI是一种技术和管理上的概念，它融合了多种学科，以使人适当地成为设计、生产和程序及系统操纵的一部分为目的[19]。美国海军的HSI项目的一个主要目标包括在所有操作系统中提高人的行为能力和系统安全性。目前，美国海军部门认可的HSI的八个关键部分包括：（1）人力资源曾用于指示人力资源数量的词汇，包括军用和民用，操纵和维护系统所必须的及可用到的人员。（2）操作人员天赋、经验和其它的人类特点对优化系统性能而言都是必要的。这样做的目的是让“合适的人”做“合适的工作”。（3）人的因素工程学将人的特点广泛地综合进系统定义、设计、开发和评估中，以优化人机综合的性能。（4）健康危害操纵或使用一个系统时，会带来死亡、受伤、残疾或员工工作能力的降低。（5）人的生存性系统的一个特性，它能使操作人员在不利情况时生存下来，并发挥一定的积极作用，包括敌军与友军战斗造成的武器损坏，和在威胁条件或战斗条件下对相关人员的内在危害，以及军事设备存在的固有危害。（6）可居住性操作人员在执行他们的任务时所需要生活、工作和睡觉的物理环境，这包括个人和组织的身体与精神需要，以及在持久而连续的军事操纵中对士气和社会环境的关注程度。人的因素和系统安全中HSI部分还与美国海军的CRM有效性评估有关。对CRM有效性的分析同时也包含有对飞机系统设计的分析。正如机械装置的改善减少了系统的错误，增加了系统的安全性一样，CRM项目的目的在于将潜在的人的失误最小化。特别地，CRM训练要求减少可能导致事故或损伤的机组协调失效情况的发生。这些错误可能由人与人之间的配合及人对机械装置的错误理解而引起。CRM训练的另一个有利方面是它为飞行员和机组成员提供了一个风险管理和评估工具。CRM能够直接影响团队的决策制定过程，优化风险管理，从而确保系统安全并限制可预防错误的发生。

2.3人因失误评估

人的行为是整个交互系统脆弱的主要根源。无论人的行为哪里不恰当、不合规范或有误，这些都与系统设计相关。这在高风险活动中尤为如此，如在商业飞行、海上运输、电力生产、医疗护理和太空飞行中。因此，我们的目标始终应该是设计一个能够尽可能地从人的错误行为中恢复过来的交互系统，并尽量在系统设计的初级阶段就实现。人的失误评估技术（TechniqueforHumanErrorAssessment，THEA）就是为了达成这个目标，而发展出的一种错误评估技术，这种方法源于人的可靠性分析（HRA）技术[20]。该方法在发展的早期是用来说明人机交互界面（HMI）设计的，现已经证明了其在评估应对人的配合失效脆弱性设计方面的适用性（一旦一种设计可用后，这种失效就会成为一个需要解决的问题）。THEA技术的过程如图3所示。THEA与已有的评估技术之间有一些相似的地方，如都存在认知预演（CognitiveWalkthrough）[21]。然而，相比而言，THEA的目的是不仅要考虑已出现的问题及其反馈，而且还要考虑计划的问题和执行行为的问题。除了认知预演的连续性观点外，THEA还按等级来检查目标和行为。总体而言，THEA是一种暗示性方法，引导分析人员以一种结构性的方式考虑交互设计的潜在困难。与其它方法相比，如利用系统工具识别人的失误（HEIST）方法，THEA达成目标只需很少的工作量——18个失误分析问题对113个问题。HEIST具有与THEA相似的目标，但却增加了数倍的工作量，这也是为什么它还只是停留在理论上的原因。如果没有适当的工具支持就使用这种方法是不切实际的，而THEA则不同，它具有依靠原型工具（样本工具）——称作THEA原型，实施大量分析的能力，这也就为THEA方法的进一步发展创造了条件。

3结束语

国外在人的因素上的研究起步较早，已经形成了较为成熟的系统理论，甚至已经部分应用于实际的系统设计和训练方案制定中，国内的研究则很有限，主要还只限于理论研究。本文在相关文献研究的基础上，对人的因素的成因及目前在人因失误方面的各种观点做了介绍，并描述了几种常见的人因失误模型及其分析方法；重点讨论了航空领域中空中交通管制和机组资源管理在人的因素方面的研究情况。从航空安全的工程应用角度考虑，人的因素的研究还有待进一步的深入，其在人因失误评估方法，主要是量化分析方面还有待完善。此外，人机系统整合的概念已经提出，作为一个多学科融合的技术，在人与机械的协同方面有着非常重要的研究价值，未来在这方面的研究应该更加倾向于系统的开发应用。