基于HFACS-AHP的航电试验机飞行试验人因分析

王家旭

摘要：为了识别出影响航电试验机飞行试验人为差错事件发生的主要原因，提出一种基于HFACS-AHP的飞行试验人为因素定性分析方法。利用HFACS模型建立航电试验机飞行试验人为因素分析模型，应用AHP方法对该模型中的飞行试验致因因素进行层次分析。从层次分析结果来看，影响航电试验机飞行试验人为差错事件发生的主要致因因素有协同管理、监督不充分、身体/能力限制、组织氛围、决策差错及精神状态。结果表明，该HFACS-AHP方法能够发现影响航电试验机飞行试验人为差错事件发生的关键性致因因素，有助于提出措施改善飞行试验的流程环节，从而提升飞行的质量和安全。

Abstract： In order to identify the main cause of human error events affecting flight test of avionics test aircraft， a qualitative analysis method of human factors for flight test based on HFACS-AHP was proposed. The HFACS model is used to establish an artificial factor analysis model for avionics test aircraft flight test， and the AHP method is used to carry out hierarchical analysis of the causal factors in the flight test in this model. From the results of the analytic hierarchy process， the main factors affecting human error events in avionics test flights are coordinated management， insufficient supervision， physical/capacity limitations， organizational atmosphere， decision errors， and mental state. The results show that the HFACS-AHP method can discover the key causal factors that affect the occurrence of human error events in avionics test aircraft flight test， and it is helpful to propose measures to improve the flight test process link， thereby improving flight quality and safety.

关键词：人为因素;HFACS模型;AHP方法;航电试验机;飞行试验

Key words： human factors;HFACS;AHP;avionic test aircraft;flight test

中图分类号：V328;X949                                 文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）17-0240-04

0  引言

航电试验机飞行试验是一类利用满足相应试验条件的飞机进行航空电子产品演示验证的试验方法和手段。在以往飞行试验的过程中，因人的失误造成飞行试验结果无效的比例在逐年升高。而航电试验机飞行试验是一类有众多人员参与、各个状态复杂的系统工程，给影响飞行试验人为差错事件发生的主要致因因素的分析和确定带来了一定的困难。基于此，为了减少航电试验机飞行试验过程中人为差错事件发生的概率，开展飞行试验中的人因分析便具有积极的意义。

国内外在人因分析研究领域出现了许多成熟的人因分析理论。Edwards[1]于1972年首次提出了用于分析飞行任务中人为因素的SHEL模型，以系統工效的观点分析众多人为差错事件。在1990年，Reason[2]在《Human Error》中提出了分析人为差错事件发生原因的新型理论模型——Reason模型。Wiegmann和Shappell[3]于2001年在Reason模型的基础之上，提出了具有工程实践意义的人因分析模型——HFACS模型。HFACS模型作为人为因素领域内链式模型的巅峰之作，成功应用于多个领域及各个国家。在国内，马锐等[4]应用HFACS模型对民航运输过程中人的失误进行了统计分析。甘旭升等[5]应用FRAM方法对单例航空事故开展了原因追溯分析。这些方法一方面大多都是统计性分析结果，或是针单例差错事件的原因分析，未针对致因因素的规律性结果进行算法分析;另一方面，鲜有针对航电试验机飞行试验领域开展人为致因因素分析的研究。

本文针对航电试验机飞行试验领域处于起步阶段，缺少最小准确数据信息的现状，针对飞行试验人为致因因素状态复杂、难以找出核心因素的特点，利用HFACS-AHP方法从定性角度开展对飞行试验关键致因因素的确定，挖掘影响人为差错事件发生的致因因素的规律性，从而提升航电试验机飞行试验的质量和安全。

1  航电试验机飞行试验人为因素分析模型

HFACS模型是人为因素研究领域使用最广泛的一类模型，能从显现条件出发，逐层挖掘，找寻影响人为差错事件发生的深层次隐性因素。航电试验机飞行试验人为致因因素种类繁多、关系复杂;而HFACS模型中将各个层次的致因因素从显性到隐性分别罗列出来，在众多人为因素分析理论中是最适用于飞行航电试验机飞行试验人为差错事件及致因因素分析的理论模型之一[3，6-7]。因此，基于HFACS模型建立适用于航电试验机飞行试验人为因素分析模型，如图1所示。

2  层次分析法

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是将相关决策问题进行层次目标分解，综合定性判断的一种思维模型评估方法。通过定性分析进行系统层次建模，以一种简洁明了的层次目标分析的方法对系统进行评价[8]。相对于单纯的凭借经验去选择最重要的指标因素而言，人们在只进行两两指标的判断时往往能做出比较准确的判断，这类确定核心指标因素的方法更为科学和准确。因此，根据现有人为差错事件的概要分析结果，结合专家经验判断，分析得出影响人为差错事件发生的主要致因因素。具体分析步骤如下所示[8，9-10]。

2.1 建立层次结构指标框架

层次结构指标框架包括目标层、准则层和方法层三种，具体层级关系如图2所示。

2.2 层次判断矩阵一致性检验

2.2.1 构造判断矩阵

需要明确各个层级之间及内部的权重比例关系，即构造与指标框架对应的判断矩阵。判断矩阵中准则层Ci之间的权重为W，方案层Cii之间的权重为wi。判断矩阵的指数标度建立准则如表1所示。

2.2.2 层次单排序及一致性检验

①判断矩阵的元素按行相乘，即：

②乘积分别开次方，即：

③归一化，得到特征向量W及wi，即：

④得到最大特征根λmax，即：

⑤一次性指标CI计算，即：

⑥一致性比例CR计算，即：

其中，RI为平均随机一致性指标，如表2所示，根据维数的不同选择不同的指标。

当时CR<0.10，此判断矩阵的一致性可以接受，否则应对判断矩阵加以修正。

2.2.3 层次总排序及总一次性检验

层次总排序需要根据构建的层次从上到下逐层顺序进行，将层次单排序的结果进行展示。依照层次单排序中的结果，对所有判断矩阵进行层次总的一致性检验。

Cnq层次总的随机一致性结果为：

其中，CI（j）、RI（j）分别为层次单排序中的一致性指标。当，此总排序结果的一致性可以接受。

3  航电试验机飞行试验人为因素层次分析

3.1 建立航电试验机飞行试验人为因素层次结构指标框架

依照图2中的航电试验机飞行试验人为因素分析模型，进行权重层次结构指标框架的构建，如图3所示。

其中，C层级即为总体目标层，Ci层级即为准则层，Cii层级为最终的实现方案层。

3.2 航电试验机飞行试验人为因素层次判断矩阵一致性检验

参照图3，结合第2节中的具体分析方法，进行航电试验机飞行试验人为因素层次判断矩阵，并进行一致性检验，检验层次单排序的准确性。C层次判断矩阵、C1层次判断矩阵、C2层次判断矩阵、C3层次判断矩阵、C4层次判断矩阵一致性检验结果如表3、表4、表5、表6、表7所示。

3.3 航电试验机飞行试验人为致因因素层次总排序及总一次性检验

对C层次、C1层次、C2层次、C3层次、C4层次进行总体排序，分析影响人为差错事件发生的核心致因因素。航电试验机飞行试验人为因素分析模型层次总排序及总一次性检验结果如表8所示。

对所有层次进行总体排序，总体随机一致性检验结果为：

，此总排序结果的一致性可以接受。因此，此航电试验机飞行试验人为致因因素层次分析是有效准确的。

3.4 总结分析

由上述层次分析结果可知，从准则层角度来看，影响航电试验机飞行试验人为差错事件发生的主要层级为不安全行为的前提条件层级。该层级中的致因因素是影响人为差错事件发生的第一层隐性因素，是人内在认知心理要素最明显的体现。

从方案层的角度来看，进行更细致的分析，影响航电试验机飞行试验人为差错事件发生的主要致因因素即为协同管理、监督不充分、身体/能力限制、组织氛围、决策差错及精神状态。从方案层中的众多致因因素来看，影响人为差错事件发生的致因因素中比例最高的层级是不安全行為的前提条件层级，从侧面印证了准则层分析结果的准确性。而监督违规、资源管理、生理状态、习惯性违规、物理环境及知觉差错对人为差错事件发生概率的影响较小。其他致因因素对于人为差错事件发生的概率影响适中。

3.5 飞行试验整体流程改善措施

结合上述人因差错事件部分和整体分析的结果，为了降低航电试验机飞行试验人为差错事件发生的概率，提出如下改善措施。

①组织多种学习环节加强工作人员的试验技能水平，加强培养工作人员谨慎细致的工作作风;

②严格要求工作人员遵守试验的规章制度;

③加强试验环节和飞行任务的协同管理，减少因沟通不畅现象的发生;

④严格按照运行计划进行试验进程、及时纠正发现的问题以及按章进行规范化的监督;

⑤通过多种努力加强工作人员的责任心、价值观、信仰等文化素养;

⑥合适的人力、设备与资源安排，做到人尽其责，物尽其用。

4  结论

①基于HFACS模型建立适用于航电试验机飞行试验领域的人为因素分析模型，为飞行试验差错事件及致因因素的分析提供平台支持。

②应用AHP方法挖掘影响飞行试验人为差错事件发生的核心致因因素，解决了致因因素是混合参数及缺少最小数据分析样本问题。

③基于HFACS-AHP分析得出的高发致因因素分析结果，实施针对性的改善措施，从而提升飞行的质量和安全。

参考文献：

[1]Edwards， E. Introductory overview[M]// Wiener E. and Nagel D. （Eds.）， Human factors in aviation. San Diego， CA： Academic Press， 1988.

[2]Reason， J. Human Error[M]. New York， NY： Cambridge University Press， 1990.

[3]SHAPPELL S A， WIEGMANN D A. A human error approach to aviation accident analysis： The human factors analysis and classification system [M]. Farnham： Ashgate Publishing， Ltd.， 2012.

[4]馬锐，李敬，袁修干，等.中国民航1980～2009年间运输飞行事故人的失误分析[J].航天医学与医学工程，2011，24（2）：111-115.

[5]甘旭升，崔浩林，吴亚荣.基于功能共振事故模型的航空事故分析[J].中国安全科学学报，2013（07）：68-73.

[6]傅贵，索晓，孙世梅.HFACS的细节层级元素在24Model中的对应研究[J].中国安全科学学报，2016，26（10）.

[7]魏水先.民机驾驶舱人为差错及工作负荷评价方法研究[D].南京航空航天大学，2014.

[8]马亚龙.评估理论和方法及其军事应用[M].北京：国防工业出版社，2013.

[9]兰建义.煤矿人因失误事故分析的关键影响因素危险识别研究[D].河南理工大学，2015.

[10]Vidal L A ， Marle F ， Bocquet J C . Using a delphi process and the analytic hierarchy process （AHP） to evaluate the complexity of projects[M]. Pergamon Press， Inc. 2011.