使用困难报告安全性风险评估方法研究

韦 艺，陈新锋

（中国民用航空局航空安全技术中心，北京 100028）

使用困难报告安全性风险评估方法研究

韦 艺，陈新锋

（中国民用航空局航空安全技术中心，北京 100028）

基于使用困难报告（SDR）数据，给出了四类SDR严重度分类标准，并给出了多事件的严重度计算方法、事件相对发生概率计算方法和事件风险水平的计算方法，在此基础上建立了SDR风险矩阵图和风险趋势表，最后通过实例对此进行了验证。通过SDR风险矩阵和风险趋势表，可以及时监控航空器、系统或部件的安全性水平。SDR安全性风险评估方法的建立，为运输航空器安全性评估研究提供了有效的技术手段。

风险；航空器；评估；严重度；使用困难报告（SDR）

运输航空器的安全性涉及航空器的设计和运行两个方面。在民用航空产品设计制造中，除了考虑性能、经济性等需求外，还必须考虑安全性的需求，并且要将这种安全性的需求融入到设计制造过程中，使其与性能特性一样，成为民用航空产品的一种品质。系统安全性是指系统在规定的条件下和规定的时间内可接受的风险执行规定功能的能力[1]。系统安全性评估是与产品设计制造过程有机结合，用来证明产品的安全性品质能够遵循并符合适航审定规章的要求，是在工业实践过程中逐步发展起来的一套系统分析方法。运输航空器的设计安全性是其安全性上限，是航空器的固有属性。在航空器投入运行后，这种安全性水平还受到各种因素（如机组、天气等）的影响。根据中国民用航空局飞行标准司使用困难报告系统的统计[2]，2009年1～4月份，各航空公司上报的航空器使用困难报告（SDR）分别为124份、154份、168份和205份。在航空器数量比去年增加10.96%的情况下，SDR数量比同期分别增加了10%、45%、32%和24%。特别是在3月份，共发生了6起空中停车事件，这也是自2001年3月发生过6起发动机空中停车外，近几年单月发生发动机空中停车次数最多的一个月。并且在这6起空中停车事件中，一家航空公司就发生了4起，另一家航空公司发生了2起。通过航空器SDR数据，可以客观反映出目前中国航空运输安全状况不容乐观。如果不采取有效的安全防范措施，会给国内航空运输安全带来不利影响，因此，有必要进行中国民用运输航空器的安全性评估研究，建立运输航空器重大故障预警机制，以提高中国民航运输航空器的安全水平。

1 安全性评估方法

1.1 事件严重度

事件严重度分为4类[3-4]：

1）Ⅰ类事件——灾难的/接近灾难的事件

事件/状态包含的失效已经或可能导致灾难的事故，如任何没有包围住的旋转部件的碎片飞出、机匣裂缝、机匣烧毁、整流罩下方部分起火及APU起火、发动机分离、多个发动机停车（包括任何50%以上推力受到影响的事故）、因普通失效模式导致全功率或推力丧失的缺损等。

2）Ⅱ类事件——显著影响适航性/安全性的事件

这种类别包括了对安全有不利影响的事件。这种事件可能的影响与在安全性水平认证过程中的不利影响相同。Ⅱ类事件也包括了那些依据规章必须上报给适航当局或依照航空器制造厂商，航空器供应商，运行单位和适航当局相互之间的协议所制定的要求。除此之外，类别Ⅱ的事故也可以包括那些适航当局所特别指定的事件。另外，类别Ⅱ也可以包括有损公司内部安全水平的事件。这类事件如自动驾驶仪严重异常（颠簸，急剧升高等）、过度翻转（起飞和降落的尾击）、起飞阻力过高、起降时偏离跑道（除了滑跑）、客舱压力持续丧失、严重的湍流造成的航空器的损伤或人员的伤害等。

3）Ⅲ类事件——可感观的影响安全的事件

这类事件不会直接影响飞机安全，但感观上可认为是一个安全问题，例如：客舱里吸烟、氧气面罩展开、机身/发动机震动、盥洗室堵塞、暂时丧失推力或动力、或任何其他不妨碍航空器的可控性和结构完整性的推进系统故障、空气的回流或侧向流动等。

4）Ⅳ类事件——影响运行、可靠性或乘客舒适感的事件

Ⅳ类事件会降低飞机的运行可靠性，影响航班或者航线维修，产生可靠性问题，可能会使乘客在身体上感觉不舒服，导致乘客投诉。如起飞晚点、由于故障滑回登机口、客舱温度太高/低、客舱噪音太大等。

1.2 SDR严重度划分

根据事件严重度分类标准，对SDR进行严重度划分，如表1所示。

表1SDR严重度划分Tab.1 Division SDR criticality

1.3 事件严重度指数

定义S为事件严重指数[5]，即

如果某飞机、系统或部件在一段时间内发生了多起事件，多起事件的严重度计算采取加权平均法，表2为事件严重度权重。

表2 事件严重度权重Tab.2 Affair criticality weight coefficient

把多起事件看成是一个事件，那么该事件的严重度权重为β

式中：n为子事件个数；βi为第i个子事件的严重度权重。

多事件严重度按照权重的划分标准如表3所示。

表3 多事件权重严重度划分Tab.3 Multi-affair criticality weight coefficient

1.4 基于观测率的事件概率

具体安全事件的风险评估过程中的一个关键因素是计算发生概率值，由此产生的概率值通常是以每飞行小时发生概率或每次飞行发生概率来表达。

通常，1架飞机发生故障、失灵或缺陷是在服役中被实际观察到后才会开始成为一个问题。所以，可用于概率评价的数据是观察到的事故数量，或是暴露出某问题的航班数量或飞行小时数量。如果假设小概率事件近似适用，其概率等于已观察到事件发生率，则概率的算法就是简单地用出现问题的次数除以暴露出问题的机队飞机的飞行时数（或飞行班次）。例如，如果在服务期限为45万飞行小时中观察到9次燃料泄漏事件，事件的每飞行小时概率计算为9/450000=2.0×10-5次/每飞行小时，这是一个简单的概率计算方法。这个概率的计算没有考虑产品的使用时间，因此，用观测概率近似为事件发生概率是基于失效率在产品寿命期内保持不变这一假设的。

使用小概率事件近似，使基于观察的事件的概率计算简化到两种方式：

1）概率可近似为某事件的发生次数除以飞行小时数（或航班班次）；

2）当某事件由两种因素之一引发时，这两个原因的概率相加近似等于某事件的概率。

1.5 事件相对发生概率

事件相对发生概率是某一型号运输航空器、系统或部件在过去一段时间内发生故障的概率和其它型号运输航空器、系统或部件在相同的时间段内发生故障的概率的比值[6]。

如B737CL型号的飞机在过去半年的总共40万飞行小时的运行中发生了20次故障，B737CL飞机的故障率为P1

其它型号的飞机在过去半年总计100万飞行小时的运行中发生了40次故障，其故障率为P2

则P737CL飞机在这段时间内的相对故障率为P

P大于1说明该型号飞机的故障率高于其它型号飞机的故障率水平，P等于1说明该型号飞机的故障率和其它机队的故障率水平相等，P小于1则说明该型号飞机的故障率低于其它型号飞机的故障率水平。

计算故障率时需知道飞机的飞行小时，如不知飞机的飞行小时，可用故障次数和飞机架数之比再除以日历时间（以月表示）来近似计算，即机型比发生概率来进行近似计算故障率，即

如B737CL型号的飞机在过去半年的总共发生了60次故障，B737CL飞机有100架，B737CL的故障率为P1

其它型号的飞机在过去半年总共发生了120次故障，其它型号飞机有400架，其它型号飞机的故障率为P2

则P737CL飞机在这段时间内的相对故障率为P

定义Pr为事件相对故障率指数

1.6 事件风险水平

事件风险水平是综合考虑事件的发生概率和严重度的一个评价指数，定义E为风险水平指数，为事件相对发生概率指数和事件严重度指数的乘积，即

式中：E 为风险水平，取值范围为 1，2，3，4，6，9；Pr为事件相对发生概率指数，取值范围为1，2，3；S为事件严重度指数，取值为 1，2，3。

定义三类风险水平：

1）风险处于可接受水平，风险值1≤E≤2；

2）风险处于可容忍水平，风险值3≤E≤4，需采取措施消除潜在风险或降低风险的可能性和严重度；

3）风险处于不可接受水平，风险值6≤E≤9

1.7 事件风险矩阵

事件风险矩阵是事件风险水平的一个直观体现，如图1所示。风险矩阵分为3个区域：白色可接受区域、浅灰色可容忍区域和深灰色不可接受区域[6]。

1.8 机队风险

机队风险评估是所评估的单个风险对整个机队的影响程度，单个风险的评估是基于“每飞行小时”或“每飞行起落”的，机队风险评估的结果一般表示为机队在12个月内的总故障数，或直到机队退役前（或排除故障前）的总故障数。

当概率计算是基于观察概率时，即假设事件的发生在本质上是随机的。这就是说，某1架飞机的风险不会受到飞机或飞机部件的使用时间影响。所以每架飞机，不论其使用时间或机龄多长，每飞行小时或每飞行班次都有相同的风险概率。

当某个风险对于单架飞机视为常数时，并且对于机队中每架飞机该风险也视为相等时，机队的风险仅被看作是单个飞机风险和机队暴露于该风险时间的函数。如一个燃油泵问题已被确定可导致发动机停机，发动机关机的风险为5×10-6次/发动机飞行小时。如果机队由500架飞机组成，每架有两个发动机，每个发动机每天作业8 h，机队每天工作时间等于

如果维修计划是在10个月内每个月修理50架飞机，平均每架飞机暴露在问题下的时间是5个月。因此，机队总共暴露在燃油泵问题下

机队风险，用预期的机队事故数来表示，则是因此，如果按照已制定的计划，即每月修理50架飞机，整个机队在完成修理前预计可能会发生6次发动机关机事件。

1.9 事件风险趋势及风险优先级

事件风险趋势指的是在规定的时间段内，如6个月、12个月和24个月，飞机、系统或部件发生故障风险的变化趋势。风险指示图用带颜色和数字的圆圈来表示，如图2所示。

圆圈中的颜色表示分析严重度指数区域，深灰色代表处于高风险不可接受区域，浅灰色处于可忍受风险区域，白色处于可接受风险区域。

圆圈内的数字表示连续出现该风险类别的次数，3表示连续在3个时间区段内处于该风险区域，如6个月、12个月和24个月都处于深灰色高风险区域，即在高风险区域持续了3年半的时间。

圆圈内没有数字，但圆圈旁边有一个向上的箭头指示，表示在该时间段内风险区域没有变化，但是其风险水平值比上一时间段上升了。

风险优先级指的是同时存在多个风险事件时，处理风险事件的优先级别，即优先处理更关键的问题。风险优先级按顺序考虑以下三个因素：

1）严重度水平——严重度（风险产生后果的严重性）；

2）风险——严重度＋发生概率（有多严重，发生的可能性有多大）；

3）机队风险——严重度＋发生概率＋机队影响（有多严重，发生的可能性多大，对机队的影响多大）。

按照以上三个因素对风险事件进行排序，如有两个事件具有相同的风险（相同的严重度和发生概率），但对应不同的机队，那么机队规模大的相应产生的机队风险就大，因此要优先处理机队风险大的事件[6]。

2 应用案例

以从2006年7月1日到2009年12月31日这42个月国内B737型飞机发生的2 871起SDR为例，其中B737-300型飞机发生SDR 1 117起。以6个月，12个月和24个月为时间段，计算出B737-300型飞机的风险矩阵图，如图3所示。

从风险矩阵图上可以看出，在24个月和12个月区段，SDR风险处于深灰色高风险区域，这是不可接受的，需要采取措施降低风险，在6个月区段，B737-300的SDR风险降到了可接受的浅灰色区域。而对于B737-800型飞机，它的风险矩阵图如图4所示。在24个月和12个月区段，B737-800型飞机的SDR风险水平处于安全的浅灰色区域，但在6个月区段，风险水平上升到了深灰色区域，说明B737-800型飞机的SDR处于高风险水平，需要立即采取措施降低风险。

?

B737型飞机的风险趋势如表4所示，从表中可以看出，最近发生的10起SDR中，B737-300型飞机发生7起SDR，但其风险水平在6个月区段处于白色的可接受区域。而B737-800型飞机发生了2起，在6个月区段处于高风险深灰色不可接受区域，其风险比12个月区段升高了。B737-900型飞机发生了1起SDR，在6个月区段处于浅灰色可容忍区域，其风险比12个月区段有所上升。

3 结语

SDR安全性风险评估方法的建立，为运输航空器的运行安全性评估提供了一个有效的技术手段。通过SDR风险矩阵，可以及时监控航空器、系统或者部件的SDR风险状态，掌握运行机队的整体安全性水平。通过SDR风险趋势表，可以实时监控航空器、系统或部件的SDR风险变化趋势。当发现所监控的对象的SDR风险状态处于不可接受的深灰色区域或可容忍的浅灰色区域时，就需采取措施将其降低到可接受的白色安全区域。SDR安全性风险评估方法的提出为中国民航SDR安全性评估系统研究奠定了良好的基础。

[1] 岳仁田，尹小贝，白福利.航空安全风险管理模式探讨[J].中国安全生产科学技术，2007，3（2）：118-120.

[2]中国民用航空局飞行标准司.2009年度国内航空器使用信息分析和工程管理[G].中国民用航空局飞行行标准司，2010.

[3] ARP5150.Safety Assessment of Transport Airplanes in Commercial Service[S].SAE，2003.

[4] ARP5151.Safety Assessment of General Aviation Airplanes and Rotorcraft in Commercial Service[S].SAE，2006.

[5] MacLean LC，Richman A.An aggregate risk index for air traffic management systems[C]//Proceedings of the 24th International System Safety Conference.2006.

[6] 韦 艺，陈新锋.民用运输航空器安全性评估系统研究[J].航空维修与工程，2010（6）：74-77.

Research of Safety Risk Evaluation for Service Difficulty Report

WEI Yi，CHEN Xin-feng
（Center of Aviation Safety Technology，CAAC，Beijing 100028， China）

Base on data of service difficulty report（SDR）， the paper gives criteria of affair criticality，calculation methods for the criticality of multiple affairs，the relative probability of affair，and risk level of affair.Using these methods mentions above，a SDR risk figure and a SDR risk trend table are also constructed.These methods have been verified by a real example.Through the SDR risk matrix and SDR trend table，the safety level of airplane，system or component can be monitored in time.SDR safety risk evaluation method could be used effectively for the study of airplane safety evaluation.

risk； aircraft； evaluation； criticality； service difficulty report

V37

A

1674－5590（2011）01－0042－05

2010-10-12；

2010-10-13 基金项目：中国民用航空局科技基金项目（MHRD200906）

韦 艺（1974—），男，贵州清镇人，工程师，博士，研究方向为维修工程管理.

（责任编辑：李 侃）