动态Bayes网络下民航航空机务维修安全指标体系与管理研究

【摘要】 民用航空作为国民经济和社会发展的重要行业,是一个高技术、高投入、高风险的行业。安全是民航永恒的主题,航空安全管理的能力和水平是影响和制约航空发展的基本要素。探讨符合中国特点的民航安全管理技术与方法,构建民航持续安全框架,对于提高民航安全水平、实现民航持续安全具有重要意义。立足于解决当前民航安全分析与管理中的关键和难点问题,本文的主要研究内容和创新点如下:(1)民航安全管理与民航持续安全技术与方法民航安全系统是一个复杂巨系统,影响民航安全因素多,逻辑关系复杂,增加了民航安全管理的难度。将系统工程理论和方法引入到民航安全系统研究中,实现风险识别、安全分析与评价、安全预测和控制于一体的系统安全管理,能够发现民航安全系统中存在的潜在危险,提高安全管理的效益和效率。以实现民航长效安全运行机制为目的,构建了民航持续安全管理框架,研究了包括民航系统安全管理、过程安全管理、细节安全管理、信息安全管理和民航安全文化管理于一体的集成安全管理技术与方法。(2)民航维修系统差错分析技术民航维修工作是当前影响维修安全的重要因素,分析了民航维修系统差错的形成和特点,定量评估了民航维修系统差错对民航安全影响的作用形式和影响效果,进一步地探讨了降低民航维修系统差错的方法,在民航维修系统差错未发生前就采取针对性的措施,对于提高安全水平具有重要意义。考虑到民航维修系统差错分析中数据具有模糊和不确定性的特点,以第二代人的可靠性分析方法—CREAM(认知可靠性和失误分析方法Cognitive Reliability and Error Analysis Method)为基础,结合模糊逻辑方法,首次定量研究了民航维修系统差错分析,为采取相关措施降低民航维修系统差错提供了解决方案;进一步以定量化的民航维修系统差错分析为基础,定量分析了民航维修系统差错对维修系统安全的影响。(3)航空机务维修安全指标体系的构建与维修安全评估研究针对民航维修系统的特点,综合分析了影响航空安全的影响因素和每个细节,建立了相应的指标体系;由于采集到的信息具有模糊性和不确定性,研究了基于不确定和模糊信息的民航维修系统的安全评估。综合考虑影响民航维修系统安全的各种因素,包括维修工作、维修管理和维修技术与方法等,首次建立了多层次、多维度的民航维修系统安全评估指标体系,为客观评估机务维修安全水平提供支持。在分析当前主要安全评估方法基础上,采用信息融合方法与基于不确定信息的多属性决策方法,并将综合赋权与变权方法相结合,建立了民航维修系统安全评估模型,充分利用数据,避免了权重赋值对评估结果的影响,该方法科学且具有可操作性。通过对比分析,结果表明,本文提出的方法,较传统的安全评估方法更加准确、可信度高。(4)民航维修系统安全分析和安全监测研究安全分析是发现问题、消除事故隐患的重要手段。本文借鉴人工智能领域的最新研究成果,将Bayes网络方法引入到航空安全分析中,实现了对复杂民航维修系统安全问题的分析。在综合比较当前复杂系统安全分析方法的基础上,建立了基于Bayes网络的民航维修系统安全分析模型,该模型具有动态分析当前安全状态、逆向判断系统危险源的功能,为及时发现安全隐患、采取针对性的预防措施提供了决策支持。结合当前民航维修系统的状态,建立了基于动态Bayes网络的民航维修系统安全监测模型,动态设计与调整监测的内容和环节,实现了民航维修系统安全与效率的有机结合。本文提出的方法在国内某航空公司得到具体应用和实践,取得了良好的应用效果,验证了本文提出方法的有效性。 

第一章  绪论

1.1  研究背景

近年来，发达国家民航业致力于推进安全管理体系SMS（Safety Management System），国际民航组织一再在其公约附件中要求成员国在机场、空中交通管制和飞行运营单位建立 SMS。但是总的来看，SMS 概念尚未在国际民航业形成统一的理论和实践模式。

因此，基于当前中国民航业运行中“发展”与“安全”、“经济”与“安全”之间的矛盾，探讨符合中国民航特点的安全管理策略，分析当前民航安全管理中的薄弱环节，对于提高民航整体水平、保持行业持续安全、推动整个民航事业健康协调发展具有重要意义，是实现民航发展的治本之策，也是建设民航强国的基本内容，其重要性表现在以下四个方面：

（1）探讨科学的民航安全管理与分析技术，实现民航持续安全，其实质是要清楚地看到存在的问题，要将“安全关口”前移，不能让安全成为制约行业发展的“绊脚石”，持续安全观是具体落实“安全第一、预防为主”的重要手段；

（2）加强民航安全管理与分析技术的研究，是民航本质安全化的具体体现；通过对民航持续安全观的研究，便于研究当前影响民航安全的主要和关键因素，提高民航安全管理水平；

（3）加强民航安全管理与分析技术的研究，变传统的“事件管理”的事后管理为系统、集成和动态的安全管理。对活动的全过程进行全方位、系统化的安全分析，建立风险优先控制顺序，将风险控制在可接受的范围内，目标是实现系统安全和全过程的集成安全管理，将人员伤害或财产损失的风险降至并保持在可接受的水平。

（4）持续民航安全管理本质是全员安全管理，调动系统内各个相关因素，发挥各个要素的主观能动性，实现主动的民航安全管理。

1.2  民航安全研究契入点

本文以探讨提升民航总体安全水平为目标，研究民航安全管理与分析技术与方法。由于整个民航安全系统结构复杂，本文在实际研究过程中的相关技术、方法与策略是以民航维修系统为对象。本文研究对象虽然选择了民航维修系统，但其研究的技术与方法具有一定的通用性，完全可以推广到民航安全各个子系统和全系统的安全管理中。之所以选择民航维修系统作为研究对象，主要是基于以下四个方面的原因：

（1）研究主要针对民航安全管理与分析中的共性因素

民航安全系统主要受到飞行安全、空管安全、维修安全和机场安全等的综合作用，它们对整个民航安全影响的作用形式是不一样的，但对于每个系统迫切需要研究的内容都是一致的。

第一，从其研究重点来看，都要研究人为因素对民航安全的影响

当前影响飞行安全、空管安全、维修安全和机场安全的一个共性因素就是人为因素，人为因素已经成为影响民航安全的重要原因之一。虽然针对各个子系统研究的重点有所不同，如对于飞行安全主要研究机组资源管理对安全的影响，对于空管安全主要研究管制员工作负荷对安全的影响，对于维修系统主要研究民航维修系统差错对安全的影响，但其研究的内容、途径和方法都是一致的，即分析导致人为差错的原因、量化发生人为差错的可能性、分析人的可靠性对系统安全的影响、采取针对性措施降低人为差错率等。

第二，安全评估技术是各个子系统进行安全管理的重要手段

如何通过科学、客观的安全评估手段评估飞行、空管、维修和机场安全的水平如何，是这四个子系统均迫切需要解决的问题。针对以上四个子系统建立的安全评估指标体系是不同的，但建立安全指标体系的出发点和侧重点是一致的。从安全评估方法研究上来看，以上四个子系统均具有复杂大系统的特点，即安全评估指标体系复杂、各指标相互作用、采集的指标信息具有模糊性和不确定性，都需要针对客观实际研究安全评估方法。

第二章  民航安全系统

民航安全系统是一个典型的复杂大系统，影响系统安全的因素多，且多种因素之间相互作用，逻辑关系复杂，还要考虑协调“安全”与“效益”之间的关系，要实现民航的持续安全，无疑会增加民航安全管理的难度。对于民航安全系统这类复杂巨系统，引用安全系统工程技术，掌握事故发生的规律，做出定性和定量的评价，预测事故发生的可能性，采取针对性的措施，达到控制事故的目的，对于提高安全水平具有重要意义。

2.1  民航安全系统构成

2.1.1  飞行安全子系统

2.1.1.1 气象对飞行安全的影响

飞行起降时的气象条件很重要，不利于飞机起降的气象条件主要是雷雨、大风、跑道积冰和能见度低等。另外，气温的高低、气压的大小影响到空气的密度以及飞机起降时滑跑所需的距离和飞机的载重量，也是影响飞机起降安全的因素。

（1）风切变对飞行安全的影响。风切变表现为气流流动速度和方向的突然变化。飞机在这种环境中飞行，相应地就要发生突然性的空速变化，空速变化引起了升力变化，升力的变化又引起了飞行高度的变化。如果遇到的是空速突然缩小，而飞行员未能立即采取措施，飞机就要掉高度，以至发生高度变化。

 （2）雷暴对飞行安全的影响。雷暴云能生成各式各样的危及飞行安全的天气现象—强烈的湍流、积冰、闪电（雷击）、雷雨、大风、有时还有冰雹、龙卷风、下冲气流和低空风切变。若飞机误入雷暴活动区内，轻者造成人机损伤，重者造成机毁人亡。

（3）颠簸对飞行安全的影响。颠簸会使飞行员操纵困难，甚至暂时使飞机失去操纵，或者使飞机结构遭到破坏，造成机毁人亡的事故。颠簸使机身振颤，会使进入发动机气道的空气量显著减少，严重时会造成自动停车。

（4）云对飞行安全的影响。云是在飞行中经常遇到并常会给飞行活动带来影响的一种气象条件。对飞行的影响主要有：高度很低的云影响飞机的起降；云中能见度很坏，影响目视飞行；云中的过冷却水滴使飞机积冰；云中的湍流造成飞机颠簸；云中明暗不均容易使飞行员产生错觉，以及云中的雷电损坏飞机等。 

（5）降水对飞行安全的影响。降水使能见度减少；过冷却雨滴会造成飞机积冰；降水产生的碎雨云影响飞机起飞和着陆；大雨下方容易出现较强的下降气流；大雨和暴雨能使发动机熄火；大雨恶化飞机的空气动力；降水影响跑道的使用。 

机组资源管理CRM 的基本内容如图2-1所示。

2.2  民航安全系统及其方法论的特点

2.2.1  民航安全系统的特点

民航安全系统的特点主要表现在以下五个方面：

（1）民航安全系统是一个由人－机－环境组成的复杂系统。环境因素是导致事故的重要影响因素，与“物”、“人”相互作用，导致事故的发生。对于人—机—环境的复杂系统，通过科学的安全管理可以实现对三要素的协调，如图2-6所示。

其中： M（人子系统），主要涉及安全心理、安全生理、安全教育、安全行为等；

E（环境子系统），主要涉及天气、机场等地面环境；

T（技术子系统），主要涉及飞机设计、可靠性理论，安全技术等；

MT（人机子系统），主要涉及人机关系、人机设计；

ME（人环境子系统），主要涉及人与环境关系、人的决断能力等；

ET（机环境子系统），主要涉及环境监测、自动报警与监控、技术风险；

MET（人机环境子系统），主要涉及安全系统工程、安全管理工程。

第三章 民航维修系统差错分析..................... 43

3.1  民航维修系统差错的基本理论....................... 43

3.1.1  民航维修系统差错的定义及特点............ 43

3.1.2  民航维修系统差错成因分析..................... 44

3.1.3  民航维修系统差错的类型....................... 46

第四章 民航维修系统安全评估研究................ 79

4.1  民航维修系统安全影响因素分析与指标体系的构建................... 79

4.1.1  民航维修系统安全影响因素分析................ 79

4.1.2  民航维修系统安全评估指标体系的类型........ 80

第五章 民航维修系统安全分析与监测技术研究.................. 109

5.1  民航维修系统安全分析方法选择 ................... 109

5.1.1  民航维修系统综合安全分析方法............. 109

第五章  民航维修系统安全分析与监测技术研究

上一章研究的民航维修系统安全评估技术，为从定性和定量角度了解和认识当前民航维修系统安全的综合状态提供了工具和手段。为了实施科学的民航维修系统安全管理，了解当前的民航维修系统安全状态是决策依据之一，更需要迫切解决的是发现当前在民航维修系统中存在的薄弱环节，采取针对性措施，进行改进和提高。本章的总体研究思路如图5-1所示。

5.1  民航维修系统安全分析方法选择

5.1.1  民航维修系统综合安全分析方法

采用人工智能技术研究不确定性信息决策问题，有四种方法可供选择：神经网络、模糊逻辑、Petri 网[131]和Bayes网络方法。这几种方法的比较见表5-1。

Bayes 网络，又称概率因果网络、信任网络、知识图等，理论基础是概率分析、图论和Bayes方法，表示为一种赋值的复杂因果关系网络图，网络中的每一个节点表示一个变量，，即一个事件，各变量之间的有向弧表示事件发生的直接因果关系，通过条件概率将这种关系数量化，可以表示随机变量因果集的联合概率分布，是一种将因果知识和概率知识相结合的信息表示框架。该方法可以充分利用定性信息确定网络拓扑结构，利用定量信息表示变量的联合概率分布。

第六章  结论与展望

6.1  本文的结论

本文针对民航安全系统影响因素多、多种因素之间作用机制复杂，相关数据采集困难，具有小样本、模糊和不确定信息的特点，研究了民航安全分析与智能管理技术和方法；以民航维修系统为例，验证了本文提出方法的有效性。与传统的航空维修安全研究相比，更强调系统性和集成性。目标是实现“安全关口”前移，实现民航持续安全，重点研究导致事故的重要环节—人为差错，从了解民航系统安全状态入手，动态评估与监测维修安全水平，为发现事故隐患与制定控制维修事故的发生提供决策支持。通过本文的研究，有效地解决了民航安全管理中的关键和难点问题。具体包括：

（1）构建了民航持续安全管理的框架，研究了民航持续安全管理的技术与方法 

以构建民航长效安全运行机制为基础，构建了民航持续安全管理框架，提出了需要进一步深入研究的方向。研究了包括民航系统安全管理、过程安全管理、细节安全管理、信息安全管理和民航安全文化管理于一体的集成安全管理技术与方法。

（2）民航维修系统差错分析技术研究

民航维修工作是当前影响维修安全的重要因素，本文科学地分析了民航维修系统差错的形成和特点，定量地评估了民航维修系统差错对民航安全影响的作用形式和影响效果。探讨了降低民航维修系统差错的方法，对于在民航维修系统差错未发生前就采取针对性的措施、提高安全水平具有重要意义。

（3）民航维修系统安全指标体系的构建与维修安全评估研究

民航维修系统安全指标体系的构建与安全评估方法的研究，是了解维修系统安全状态的重要手段，也是采取维修安全控制措施的基础。

参考文献（略）