人因工程在民航事故分析中的应用

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1、空中交通管制中人因工程的内涵 : 空管中的人为因素是航 空人为因素的重要分支,它通过了解人的能力和局限,使人 与系统的设计及要求相匹配,指导人与系统在要求相互矛盾 时正确处理相互之间的关系,从而改善系统的安全性,防范 可能出现的事故(Hopkin, 1995)。人为因素在航空运输领域研究起源于二战时期,英美等国为 了提高空军飞行员基本素质,开始开展人员选拔研究;为了 使设计出的飞机能够更好的被飞行员使用,设计者根据人的 特性设计驾驶舱仪表和操纵系统,同时还发现了航空雷达兵 在长时间的注视雷达会出现注意警觉性降低,脱漏信号的现 象。在空中交通管制领域,除了对人的感知、注意、信息处 理、判断决策等

2、方面有了较深入研究和广泛的应用外,在空 管人员的班组资源管理(TRM)方面，1994年欧洲已做了大量 的研究，建立和实施了 TRM指南以及基于该指南的训练课程。 另外新航行系统(CNS/ATM)中的人为因素研究正在进行。由 此可以得出:空管中人为因素研究处于初级阶段 ,处于定性 研究阶段,定量研究有待进一步加强和深入。国际民航组织 指出:国际航空运输安全较以往有了长足的进步 ,且维持在 一个相对稳定的水平上,但由于人为原因所造成的空中交通 事故却居高不下。因此世界各国正努力对人为因素加以研究 和改善,力求在最大程度上减少航空事故的发生。本文对空 中交通管制人因工程概念和模型进行研究,寻求预防和

3、克服 飞行事故产生的方法,保障飞行安全,提高飞行效益 1 。2 SHEL模型2. 1 SHEL概念模型SHEL模型是1972年Edwards教授首先提出2 , 1975年 经Hawkins教授修改而成。如图1所示。模型由生命体、硬 件、软件、环境以积木形式组成,积木(界面)间的匹配或不 匹配与积木本身的特征同样重要。不匹配可能成为人为差错 的根源。SHEL并不是一个单词，而是由软件(Software )、 硬件(Hardware )、环境(Environ2ment)、生命体(L iveware)的首写字母所组成。图1 SHEL模型2. 2空管工作中与管制员相关的界面分析在SHEL模型中, 管制

4、员处于模型的中心位置,主要研究管制员与飞行员、管 制员人机界面、管制员与环境、管制员与软件相互作用和关 系。在众多的航空事故中,绝大部分的事故都与人的因素有 关,都是由管制员与飞行员或者管制员与硬件、软件和环境 之间引起的。管制员构件不但涉及管制员感知、认知、信息 处理、形势意识和判断决策等自身特性研究而且还涉及管制 员疲劳特性、压力和态度管理、管制员的选拔和训练。管制 员与飞行员之间的关系指在运行状态时,管制员之间或飞行 员之间的关系,是最关键的界面,主要涉及通信和机组资源 管理等问题。管制员人机界面指机器设备的布置和设计是否 符合人体测量学和心理学需要。管制员与环境界面指物理环 境和组织环

5、境。物理环境是最早被认识的界面之一。它涉及 工作场所的环境,如温度、气压、湿度、光线及噪音等,从开 始的让人适应环境到现在的使环境适应人。组织环境,涉及 系统的安全观点,组织结构的安全性,企业的安全文化等。管 制员与软件的关系包括飞行手册、检查单、飞行程序、计算 机程序、信息程序。2. 3 SHEL模型在民航事故分析中的应用SHEL模型的核心 问题是人。无论机器的自动化程度怎么高,人始终是作业系 统中最重要的主导因素,人的不安全因素是引发飞行事故的 主要原因。我国近 10年来发生的军机和民航客机飞行事故 中，有70%80%是由于人为因素造成的，人为因素不可替代 的成为我国航空安全的关键因素,这

6、也验证了 SHEL 模型应 用于事故分析的科学性。使用SHEL模型的四个基本界面可 以定性的分析民航不安全事件的根源，也可以使用多极模糊 综合评价法，确定评价因素集，请专家对各评价因素给出评 价，确定权重，然后对系统的安全做出定量评价，为管理者有 效管理安全提供有力的参考。3 飞行员决策行为模型如图 2所示现代飞行员决策判断过程中，飞行员经过态度管 理和压力管理以及班组资源管理和风险管理等过程及时对 空中交通形势进行反馈，可以有效避免空中交通事故的发生图2 现代飞行员决策判断过程机组资源管理(Crew ResourceManagement 简 称CRM)，是指有效地利用所有可用资源硬件、软件和

7、人员来达到安全和有效的飞行操作。硬件包括驾驶舱内自动驾驶仪和其他航空电子 系统;软件包括各种操作程序、相关的手册、操作 方法;人员包括驾驶舱内外的机组人员(驾驶员 和乘务人员) ，这个外延还在扩大着。机组资源 管理的核心是调动人的主观能动性即机组 的协调配合。机组资源管理具体包括六个方面:判断与决 策、危险态度、沟通、领导能力、发扬团队精神、应 付压力。影响机组差错的社会因素包括:航班乘 务员、地面勤务、签派、空管、维修等因素。态度管理(Attit ude Managemen t)就是对有害态度进行克服。常见的有害态度包括:无视权 威;过分自信，急躁;蛮干;放弃;图省事;丧失警 惕;爱面子;从

8、众等。紧张是人在某种压力环境的作用之下所产 生的一种适应环境的情绪反应。人的紧张情绪 的反应可能是适宜的、积极的，也可能是不适宜 和消极的。压力管理(PressManageme nt)就是消 除紧张所带来的负面效应，高效的完成任务。美国心理学家耶克斯和多德森发现,紧张的动机和绩效水平呈“倒U型曲线”动机过低不能激起工作积极性,但过强动机又表现为高度焦虑和紧 张,反而引起动作执行效率的降低,这一规律称 之为耶克斯多德森定律。因此应用倒U型理论,对管制员和飞行员等相关人员进行压力管 理,使他们处在高唤醒水平,达到最佳状态,高效 完成任务。压力影响因素包括: 任务类型、人行 为控制级别间的变化、脑力

9、工作量、照明、空中环 境的空间布局和信息组合水平。风险管理(Risk Management)是指对风险进行的决策管理。风险管理的首要步骤是危险评 估,即根据空中交通形势,对发生危险的可能性 和后果严重程度对危险进行评估。然后进行风 险评估,并决定是否准备接受此风险。如果风险 不能接受,那么,就要消除或减少风险。经过消 除或减轻的风险,再进行风险评估,直到可以接 受的程度。如果风险无法接受,必须取消该运 行,以避免危险的发生。因此,风险管理的目的 就是避免危险发生,保障航空安全 4, 5 。 图2对飞行员认知决策进行论述,但是并没 有考虑人自身的错误机理,图3航空安全人因可靠性分析方法（ The

10、 Aviation Safety and Human Re2 liability AnalysisMethod ,ASHRAM） 6 ,综合考虑 差错背景、差错机理和不安全行为等因素,既考虑认知的形 势意识,又考虑人的失误机理,是分析飞行员决策行为较好 的理论方法。4 管制员形势意识与决策执行模型 管制员对形势全面准确的掌握是决策的重要前提和依据 ,而 决策是后续行动（发出指令）的基础。图4是管制员空中形势 意识与决策执行关系模型图 ,该图示表明了形势意识与决 策、执行行动的关系 7 。影响形势意识、决策和行动的 因素主要包括两个大的方面:系统因素和个人因素。系统因 素包括:系统的处理能力、任

11、务的复杂性、设备的自动化程 度、系统施加给管制员的压力和工作负荷、管制员和系统之 间交互作用的人机界面设计。个人因素包括:完成任务的目 标、管制员信息处理机理、长期记忆、自动化软件程序、经 验、个人能力和培训等。管制员对形势的了解分为三个层次:第一层 次:对环境中各要素的感知,涉及有关要素的状 态、情况、特征性质和动态特性。第二层次:对当 前交通形势的理解,指从管制员任务角度,对第 一层次中各要素进行综合的基础上,所获得的对 形势的理解。第三层次: 未来形势的预测,预测各要素未来可能的变化和变化后的情况。 通过对形势的了解,管制员进行决策采取行 动,再通过反馈,使管制员对形势进一步掌控,然 后

12、进行决策和行动,依此循环下去,保障所采取 的行动安全和有效。5 Reason 模型5. 1 Reason模型的基本原理和构建英国曼彻斯特大学的李森（Reason）教授于 1990年提出了著名的Reason模型（描述系统安 全状况的层次模型） ,如图5所示 8 。模型表示: 事故的发生条件分成四个防护层:组织影响、不 安全监督、不安全行为前提和不安全行为。无论 在哪一个层面上,都存在着许多缺陷（像是被蛀 蚀的孔） 。这是由于对系统各要素认识不足、理 解不透造成的。同时,由于系统的动态特性,事 物的发展必然带来许多新的问题,这也是存在缺 陷原因之一。然而,有缺陷并不一定爆发事故, 只有当缺陷贯穿了

13、各个层面时,事故才得以爆 发。同时也说明,不爆发事故,并不能否认缺陷 已经存在。该模型表明:事故的发生通常不是孤 立事件的结果,而是多种系统缺陷同时发生的结 果。事故的发生是一系列事件处置不当,一环扣 一环,最终酿成的。事故链理论说明要预防事故 必须从那些影响航空安全的事件出发。5. 2民航事故的Reason模型分析2002年10月31日,新加坡航空公司的一架 民航客机,从台北桃园机场起飞飞往美国。当该 机已获得在05号左跑道起飞后,即实施滑行起 飞,但是该机却在05号右跑道开始滑行,这是一 条不准使用的正在维修的跑道,但似乎可以作为 滑行道使用,由于夜色正浓,能见度很差,当时又 刮着强烈阵风

14、,飞机在跑道航行时正好撞上一辆 停在跑道上的工程车,造成83人死亡。使用Reason模型可以归纳出一个完整的事 故链:机组、塔台、机场管理失误及恶劣天气是这 起灾难的共同肇事者。机组人员看清标志后发 现走错跑道或即使看不清跑道而不草率起飞,及 时向塔台通告情况,最终也能起到一定的挽救效 果;同样,塔台人员及时通过无线电落实飞机是 否在正确的起飞跑道上,发现错误后及时通知机 组人员,也能避免惨剧的发生;机场管理人员发 现跑道上的异物通知机组人员,同样可以避免事 故。在这次事故中,天气、机组、塔台、机场管理 因素是相互作用、密切相关的。没有上面描述事 故链中任何一个“巧合”,事故就不会“巧合”地发

15、 生在该机场。6 结语 通过对航空事故分析模型的研究,可以得出 空管人因工程既涉及管制员、飞行员及相关人员 的个体因素，又涉及航空运输系统各要素。SHEL 模型和Reason模型以及人因失误和分析系统从 宏观系统层面对空管安全进行分析。SHEL模型 凸显了人的因素的重要性，贯穿了人为因素不可 涵盖的内容，全面地找出了发生事故的原因，但 是很难对这些因素进行准确的定量分析。Reason 模型说明了事故的发生不仅仅和事故直接相关 的生产活动有关，还与离事故较远的其他活动和 人员有关，透过现象看本质，找出潜藏在表象之 下的内核，但Reason模型是一个抽象的理论，没 有指出不同层次的缺陷即奶酪中的“空洞”到底 是什么更没有说明事故调查中如何查找这些“空 洞”正是由于SHEL模型和Reason模型的上述 特点，继承了 SHEL与Reason模型优点、能够更 全面的分析事故中的人为因素的Reason - SHEL 模型将成为民航事故分析的发展方向。飞行员 和管制员决策模型能够对个体行为决策进行深入分析。这些方法为民航事故调查和预防提供了有力的参考,进而提高航空安全。