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展。然而，每次新飛機、新系統的投入使用，都會出現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)對客機事故進行調查后發現，70%左右的事故涉及人的因素[1]。近年來的研究結果也證明，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。

由于航空系統是一個龐大復雜的系統，而人又是航空系統中最不穩定、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計、制造及組織管理等諸多環節中人的效能[2]，人只是導致事故發生的最后環節。要預防事故的發生，必須從人為因素入手，分析人為因素導致事故發生的潛在因素和直接因素，才能有效地預防航空事故的發生，提高航空安全。

目前，對于航空人誤事故的分析模型，是從傳統的“人—機—環”系統發展而來，比較著名的如SHEL模型[3]，用于描述航空系統中各個組成部分之間的關系。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、軟件和環境之間的關系和界面關系進行了分析[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，綜合考慮人、機、環境、軟件等各種因素，建立系統的安全管理體系，采用模糊數學的基本原理，運用層次分析法確定各指標的權重，建立航空安全評價的指標體系并進行安全評價。

2 評價指標體系的構成

SHEL模型概念由Elwyn Edwards于1972年提出，Frank 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則和預案，硬件指各種設備，環境指所處的內、外環境，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、硬件和環境的角度完善系統。

圖1 SHEL模型示意圖

根據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—環境”“人—軟件”關系出發，來確定航空安全狀態的評價指標。圖2給出了航空安全狀態評價的指標體系。

圖2 航空安全狀態綜合評價指標體系

3 模糊綜合評價模型

模糊綜合評價是運用模糊數學知識，對系統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數分配，就很難真實反映各因素在整體系統中的作用。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果組成的集合，本文根據所評價對象本身的性質和實際操作，取m=5，即將評價結果分為5個等級，分別為好、較好、中等、較差和差。

3.3 確定評價因素的權重

評價因素的權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重。指標權重通過構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”計算權重向量，具體方法分為兩步。

(1)對A按列規范化，即對比較判斷矩陣A的每一列正規化。

(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重值，并得到綜合權重分配集合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重分配集合Ai。

采用“和積法”計算各子系統的權重向量。

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-人關系的評價表

表3 人-機關系的評價表

表4 人-軟件關系的評價表

表5 人-環境關系的評價表

由表2～表5，得到各因素的評價矩陣為

3.5 求綜合評價結果

根據Bi=Ai°Ri，通過歸一化處理后，可以得到各因素的綜合評價結果。

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)

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

3.6 求系統評價結果

根據C=A°B=(0.4，0.3，0.2，0.1，0)

由以上研究可以看出，根據最大隸屬度原則，對照航空安全狀態指標等級劃分，評價結果中最大數值0.4所對應的等級為最終評價等級，即可以得到航空安全狀態等級為好。

4 結語

應用模糊數學的方法對基于人為因素的航空安全狀態進行了綜合評價，把定性指標定量化，直觀地用數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。研究結果表明，目前，航空安全狀態良好，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]. 安全與環境學報，2007，7(1)：147-149.