基于DEMATEL-ISM法的民航飛行員綜合安全能力結(jié)構(gòu)模型研究

楊 姝,李俊龍

(1.中國民用航空飛行學(xué)院空中交通管理學(xué)院，四川 廣漢 618307；2.中國民用航空飛行學(xué)院廣漢分院，四川 廣漢 618307)

美國著名安全工程師海因里希認為，人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因[1]。近年來，航空器的設(shè)計制造工藝和自動化程度都達到了較高的技術(shù)水平，由機械故障、天氣等原因造成的飛行事故率已大大下降，相反，由人為因素所導(dǎo)致的飛行事故卻在逐年增加，尤其是飛行員的失誤，一直是飛行事故的最主要原因。據(jù)中國民用航空局對飛行事故原因的調(diào)查分析，因飛行員原因?qū)е碌娘w行事故占事故總數(shù)的70%以上[2]。

安全能力，顧名思義，是指保證安全的能力，在不同的行業(yè)其具體內(nèi)容存在較大的差異[3-4]。本文對飛行員綜合安全能力的內(nèi)涵界定為：飛行員在執(zhí)行飛行任務(wù)時，通過自身所具備的知識、技能、態(tài)度等素質(zhì)和擁有的相關(guān)資源，能夠識別和控制系統(tǒng)性風(fēng)險，避免不安全飛行事件、飛行事故癥候以及飛行事故的發(fā)生，從而有效完成飛行任務(wù)的能力。因此，研究飛行員綜合安全能力結(jié)構(gòu)模型，對飛行員的培養(yǎng)考核、安全風(fēng)險的識別與控制以及事故及事故癥候的預(yù)防調(diào)查都具有重要的意義，將有助于提高民航飛行員的綜合安全能力，從而提升民航業(yè)航空的安全水平。

目前,已有諸多學(xué)者從不同角度對民航飛行員綜合安全能力進行了研究。如趙崇偲等[5]、王悅頤等[6]、高揚等[7]從飛行員心理素質(zhì)的角度出發(fā)，對飛行員的安全能力展開了定性或半定量化的評價分析；姜薇等[8]、楊仕云等[9]從飛行員的認知能力和動態(tài)空間加工能力等具體操作技能出發(fā)，對飛行員的安全能力進行了檢測；文興忠[10]從飛行員的職業(yè)安全意識角度出發(fā)，對國內(nèi)當(dāng)前民航飛行員的安全能力現(xiàn)狀進行了分析。

上述研究都是從飛行員人為因素的某一方面入手展開的研究，缺乏系統(tǒng)性、整體性，雖然陳農(nóng)田等[11]、王鵬等[12]采用AHP等方法對飛行員的綜合能力或疲勞狀態(tài)進行了分析，但對評價指標(biāo)之間相互關(guān)系，以及指標(biāo)在整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的位置和作用方面未能涉及。鑒于此，本文在構(gòu)建民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，采用決策實驗和評價試驗法(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL)分析了民航飛行員綜合安全能力各項指標(biāo)的重要程度，識別了各項指標(biāo)在民航飛行員安全能力評價指標(biāo)體系中的類別和作用，并采用解釋結(jié)構(gòu)模型(Interprative Structural Modeling,ISM)方法構(gòu)建了民航飛行員綜合安全能力的多級遞階結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)該模型可深入分析民航飛行員綜合安全能力各項指標(biāo)之間的遞階關(guān)系，研究結(jié)果對民航飛行員安全能力建設(shè)具有重要的意義。

1 集成的DEMATEL-ISM法

DEMATEL法是為了分析復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部因素的重要性程度，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的過程而提出的一種運用圖論與矩陣工具進行系統(tǒng)要素分析的方法。該方法通過分析系統(tǒng)中各因素之間的邏輯關(guān)系與直接影響關(guān)系，構(gòu)建直接影響矩陣，計算各因素對其他因素的影響程度和被影響程度，并計算各因素的中心度和原因度，以此來判斷該因素在整個系統(tǒng)中的作用[13-14]。

ISM法是現(xiàn)代系統(tǒng)工程中廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)分析方法。該方法可以把模糊不清的思想、看法轉(zhuǎn)化為直觀的具有良好結(jié)構(gòu)關(guān)系的模型，特別適用于變量眾多、關(guān)系復(fù)雜而結(jié)構(gòu)不清晰的系統(tǒng)分析。ISM法通過對表示有向圖的相鄰矩陣進行邏輯運算，得到可達性矩陣，最終使復(fù)雜系統(tǒng)分解成層次清晰的多級遞階結(jié)構(gòu)形式。

集成DEMATEL-ISM法的思路是：通過DEMATEL法推導(dǎo)指標(biāo)間的綜合影響矩陣，并計算整體影響矩陣;根據(jù)整體影響矩陣和可達矩陣的關(guān)系，將整體影響矩陣轉(zhuǎn)換為ISM法中的可達矩陣；根據(jù)可達矩陣，利用ISM法劃分出評價指標(biāo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。基于DEMATEI-ISM法的民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析流程，詳見圖1。

圖1 基于DEMATEL-ISM法的民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析流程Fig.1 Flow chart of comprehesive safety capability structure analysis for civil aviation pilots based on DEMATEL-ISM

2 民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

民航飛行員的綜合安全能力是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，內(nèi)部指標(biāo)成多層次、多角度分布。通過對世界民航事故中關(guān)于飛行員人因方面的原因進行調(diào)查分析，并參考相關(guān)研究成果[3-10,15]，結(jié)合飛行技術(shù)專家及飛行教員的意見，得到民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系，該體系各項評價指標(biāo)的編號及其含義詳見表1。

表1 民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系Table 1 Index system for comprehensive safety capability of civil aviation pilots

3 基于DEMATEL-ISM法的民航飛行員綜合安全能力結(jié)構(gòu)建模

3.1 判斷指標(biāo)間的相互影響關(guān)系，建立指標(biāo)的直接影響矩陣

民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系包括四大類、20項評價指標(biāo)，將指標(biāo)集合記為A={α1,α2,…,α20}，將指標(biāo)間的相互影響關(guān)系記為βij，即表示指標(biāo)αi對指標(biāo)αj的影響程度。指標(biāo)間的相互影響關(guān)系并非等同，指標(biāo)對自身視為無影響，即i=j時，βij=0。采用Delphi法，邀請相關(guān)專家根據(jù)指標(biāo)間的相互影響關(guān)系對βij賦值，將強、較強、一般、弱、無5個等級分別賦值為4、3、2、1、0，從而得到民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)的直接影響矩陣B，即B=(βij)20×20，見表2。通過將指標(biāo)的直接影響矩陣進行規(guī)范化處理，得到規(guī)范化后的指標(biāo)直接影響矩陣C為

表2 民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)的直接影響矩陣BTable 2 Adjacent matrix B of comprehensive safety capability indexes of civil aviation pilots

(1)

從而使得cij處于[0,1]區(qū)間內(nèi)。

3.2 計算指標(biāo)的綜合影響矩陣T、中心度Mi和原因度Ni

計算指標(biāo)的綜合影響矩陣T[T=(tij)20×20]，用以確定各項指標(biāo)相對于民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系中最高水平指標(biāo)的綜合影響，其計算公式為

T=C(I-C)-1

(2)

式中，I為單位矩陣。

對指標(biāo)綜合影響矩陣T中的行和列，利用下面公式計算各項指標(biāo)的中心度Mi和原因度Ni:

(3)

(4)

Mi=fi+ei(i=1,2,…,20)

(5)

Ni=fi-ei(i=1,2,…,20)

(6)

式中：fi為指標(biāo)αi的影響度;ei為指標(biāo)αi的被影響度;Mi為指標(biāo)αi的中心度，用來表示該項指標(biāo)在評價指標(biāo)體系中的重要程度，中心度越大，表明該項指標(biāo)重要性越大;Ni為指標(biāo)αi的原因度，用來表示該項指標(biāo)在評價指標(biāo)體系中的作用大小，原因度越大，則表明該項指標(biāo)在評價指標(biāo)體系中所起的作用越大，為原因指標(biāo)，而原因度越小，則表明該項指標(biāo)為評價指標(biāo)體系中的結(jié)果指標(biāo)。

民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系中各項指標(biāo)中心度和原因度計算結(jié)果詳見表3。

表3 民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系中各項指標(biāo)中心度和原因度的計算結(jié)果Table 3 Computation results of centrality degree and degree of causation of the comprehensive safety capability indexes of civil aviation pilots

3.3 計算指標(biāo)的整體影響矩陣H和可達矩陣K

指標(biāo)整體影響矩陣H[H=(hij)20×20]的計算公式為

H=I+T

(7)

根據(jù)指標(biāo)的整體影響矩陣H，給定閾值λ=0.08,通過下式計算指標(biāo)的可達矩陣K[K=(kij)20×20]：

(8)

設(shè)置閾值λ的目的是舍去影響程度較小的指標(biāo)間的影響關(guān)系，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其大小直接影響可達矩陣的構(gòu)成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的劃分。閾值取值越大，指標(biāo)間的獨立性越強，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越簡單，但指標(biāo)間的影響關(guān)系越難以表達清楚；閾值取值越小，指標(biāo)間的影響關(guān)系越復(fù)雜，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，但系統(tǒng)的整體性越難以表達清楚。因此，需要對閾值經(jīng)過多次取值分析驗證，以獲得最佳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。

3.4 構(gòu)建多級遞階結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)指標(biāo)的可達矩陣K，通過下面公式可確定指標(biāo)的可達集合Ri和前項集合Si:

(9)

經(jīng)分析,當(dāng)i=18、20時，滿足Ri=Ri∩Si，因此第一級指標(biāo)集為L1{α18,α20}，去掉可達矩陣K中指標(biāo)α18、α20所對應(yīng)的行和列;同理,可計算第二級至第九級指標(biāo)集如下：

L2{α2,α17}，L3{α9,α19}，L4{α7,α12,α13,α16}，L5{α5，α6，α11，α14，α15}，L6{α4},L7{α1,α10},L8{α3}，L9{α8}

4 民航飛行員綜合安全能力結(jié)構(gòu)模型的分析

4.1 民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)的重要性分析

根據(jù)DEMATEL-ISM法計算出的指標(biāo)中心度，可繪制民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)的重要性曲線，見圖2。

圖2 民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)的重要性曲線Fig.2 Importance curve of comprehensive safety capability indexes of civil aviation pilots

指標(biāo)的中心度越大，則表明該項指標(biāo)在評價指標(biāo)系統(tǒng)中的重要性越大。由圖2可知，對民航飛行員綜合安全能力影響重要性較大的指標(biāo)依次為心理感知能力(α4)、安全意識(α9)、特情處理能力(α20)和駕駛技術(shù)水平(α17)；其次為理解溝通能力(α12)、自主學(xué)習(xí)能力(α11)、飛行理論知識(α13)、駕駛艙資源管理(α19)、飛行適應(yīng)能力(α18)、應(yīng)對能力(α5)、人格特質(zhì)(α6)、航圖識別能力(α14)、專業(yè)英語水平(α15)和安全態(tài)度及法規(guī)觀念(α8)；其重要性較小的指標(biāo)為健康狀況(α1)、學(xué)歷背景(α10)、安全法規(guī)程序教育(α7)、體能體力(α2)、生活習(xí)慣(α3)和飛行經(jīng)歷經(jīng)驗(α16)。

4.2 民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)的類別分析

根據(jù)DEMATEL-ISM法計算出的指標(biāo)原因度，可繪制民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)的因果圖，見圖3。

圖3 民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)的因果圖Fig.3 Causality diagram of comprehensive safety capability indexes of civil aviation pilots

指標(biāo)的原因度越大，則表明該項指標(biāo)在評價指標(biāo)系統(tǒng)中為原因指標(biāo)；指標(biāo)的原因度越小，則表明該項指標(biāo)在評價指標(biāo)系統(tǒng)中為結(jié)果指標(biāo)。由圖3可知，飛行經(jīng)歷(α16)、學(xué)歷背景(α10)、飛行理論知識(α13)、心理感知能力(α4)、健康狀況(α1)、人格特質(zhì)(α6)、自主學(xué)習(xí)能力(α11)和應(yīng)對能力(α5)為民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系中的原因指標(biāo)；特情處理能力(α20)、飛行適應(yīng)能力(α18)、駕駛技術(shù)水平(α17)、安全意識(α9)、駕駛艙資源管理(α19)和理解溝通能力(α12)為民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系中的結(jié)果指標(biāo)；其他指標(biāo)位于中間，是原因指標(biāo)到結(jié)果指標(biāo)的過渡指標(biāo)。

4.3 系統(tǒng)多級遞階結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)DEMATEL-ISM法計算出的各級指標(biāo)集，可繪制民航飛行員綜合安全能力的多級遞階結(jié)構(gòu)模型，見圖4。

圖4 民航飛行員綜合安全能力的多級遞階結(jié)構(gòu)模型Fig.4 Multilevel structural model of comprehensive safety capability of civil aviation pilots

由圖4可見，民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系中，體現(xiàn)飛行員綜合安全能力最高的指標(biāo)是飛行適應(yīng)能力(α18)和特情處理能力(α20)，具備這兩項能力的飛行員在任何地方、與任何空勤人員和管制人員溝通、出現(xiàn)任何特情的情況下，都能保證飛行安全;體現(xiàn)飛行員綜合安全能力最重要的指標(biāo)是駕駛技術(shù)水平(α17)、駕駛艙資源管理(α19)和安全意識(α9)，這三項能力是成熟飛行員能夠保證飛行安全的最基本要求;從飛行學(xué)員成長為一名成熟的飛行員，在培養(yǎng)階段一定要重視安全法規(guī)程序教育(α7)，培養(yǎng)理解溝通能力(α12)和自主學(xué)習(xí)能力(α11)，打好扎實的飛行理論基礎(chǔ)知識(α13)，積累豐富的飛行經(jīng)歷經(jīng)驗(α16)，注意鍛煉體能體力(α2)，并提升自身的航圖識別能力(α14)以及專業(yè)英語水平(α15);在選拔飛行學(xué)員階段，一定要重點考察其安全態(tài)度及法規(guī)觀念(α8)、生活習(xí)慣(α3)、健康狀況(α1)、學(xué)歷背景(α10)、應(yīng)對能力(α5)、人格特質(zhì)(α6)和心理感知能力(α4)，其中心理感知能力位于承上啟下的關(guān)鍵位置，是考察的重點。

5 結(jié)論及意義

本文在構(gòu)建民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，采用集成的DEMATEL-ISM法建立了民航飛行員綜合安全能力的多級遞階結(jié)構(gòu)模型，并對該結(jié)構(gòu)模型進行了深入分析，研究結(jié)果對民航飛行員安全能力的建設(shè)具有重要的意義，具體結(jié)論如下：

(1) 對民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)的重要性進行了定量研究，得出心理感知能力、安全意識、特情處理能力和駕駛技術(shù)水平是最重要的評價指標(biāo)，該量化結(jié)果可為民航飛行員綜合安全能力評估及考核提供參考。

(2) 對民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)進行了屬性分類，可分為原因指標(biāo)和結(jié)果指標(biāo)。其中，結(jié)果指標(biāo)通常是引起飛行事故的直接原因；原因指標(biāo)通常是引起飛行事故的間接原因，故在飛行事故或事故征候調(diào)查以及安全風(fēng)險管理時需要全面把握。

(3) 本文所構(gòu)建的多級遞階結(jié)構(gòu)模型體現(xiàn)了民航飛行員綜合安全能力評價指標(biāo)體系的整體結(jié)構(gòu)，可為民航飛行員安全能力建設(shè)的各個階段提供參考依據(jù)。