邓 瑶

(西安航空学院 电气学院，陕西 西安 710077)

1 引言

自从莱特兄弟首次飞行以来，飞机朝着大型化、高速化、自动化方向以惊人的速度发展。然而，每次新飞机、新系统的投入使用，都会出现许多意想不到的新问题，特别是人为因素。美国航空航天局(NASA)对客机事故进行调查后发现，70%左右的事故涉及人的因素[1]。近年来的研究结果也证明，在航空事故中，人的因素高达90%，这些都表明人是航空安全中的一个重要因素。

由于航空系统是一个庞大复杂的系统，而人又是航空系统中最不稳定、最容易受到其他因素干扰的因素，因此，从表面上看，航空安全中人的因素是指那些资质合格的运行人员的行为效能没有达到预期的目标，而从更深的一个层次上看，人的因素实际涉及到硬件的设计、制造及组织管理等诸多环节中人的效能[2]，人只是导致事故发生的最后环节。要预防事故的发生，必须从人为因素入手，分析人为因素导致事故发生的潜在因素和直接因素，才能有效地预防航空事故的发生，提高航空安全。

目前，对于航空人误事故的分析模型，是从传统的“人—机—环”系统发展而来，比较著名的如SHEL模型[3]，用于描述航空系统中各个组成部分之间的关系。张朋鹏等采用SHEL模型对以人为因素为中心的航空安全进行了综合评价[4]，曹海峰采用SHEL模型对工作场所中的人、硬件、软件和环境之间的关系和界面关系进行了分析[1]，王永刚等采用REASON模型对基于组织因素的航空安全进行了评价和分析[5]。本文将从人为因素出发，综合考虑人、机、环境、软件等各种因素，建立系统的安全管理体系，采用模糊数学的基本原理，运用层次分析法确定各指标的权重，建立航空安全评价的指标体系并进行安全评价。

2 评价指标体系的构成

SHEL模型概念由Elwyn Edwards于1972年提出，Frank Hawkins于1975年用图的形式描述了该模型。图1给出了SHEL模型。

SHEL是由软件(Software)、硬件(Hardware)、环境(Environment)和生命件(Liveware)的第一个英文字母组成的。这里的软件指各项规则和预案，硬件指各种设备，环境指所处的内、外环境，生命件指人员。SHEL模型反映了操作人员与其他4个界面匹配程度的问题。SHEL模型强调同一层次上各个界面的匹配，认为不匹配就有可能造成人为差错，该模型给出了较好的人的因素干预框架，提示人们从管理、生命件、软件、硬件和环境的角度完善系统。

图1 SHEL模型示意图

根据SHEL模型，对基于人为因素的航空安全综合评价，从“人—人”“人—机”“人—环境”“人—软件”关系出发，来确定航空安全状态的评价指标。图2给出了航空安全状态评价的指标体系。

图2 航空安全状态综合评价指标体系

3 模糊综合评价模型

模糊综合评价是运用模糊数学知识，对系统中多个相互影响的因素进行的综合评价。如果影响评价的因素很多，很难合理地定位出权数分配，就很难真实反映各因素在整体系统中的作用。本文采用层次分析法，对各指标体系进行分析。

3.1 建立评价指标的因素集

综合评价指标因素集U是影响评价对象的各个因素所组成的集合，即U={U1,U2,…,Un}，将其按照某种属性分成S个子集，可以得到子集指标集Ui={Ui1,Ui2,…,Uim} (i=1,2,…,s)。

3.2 建立评价集

评价集是由评价对象可能做出的评价结果组成的集合，本文根据所评价对象本身的性质和实际操作，取m=5，即将评价结果分为5个等级，分别为好、较好、中等、较差和差。

3.3 确定评价因素的权重

评价因素的权重大小表明各因素在因素集合中的重要程度，本文采用层次分析法来获取各指标权重。指标权重通过构造两两比较判断矩阵来确定，表1给出了两个指标比较标度取值。

表1 两个指标比较标度取值

由表1，可以得到比较判断矩阵：

采用“和积法”计算权重向量，具体方法分为两步。

(1)对A按列规范化，即对比较判断矩阵A的每一列正规化。

(2)再按行相加求得和向量。

进行归一化处理，可以得到各指标的权重值，并得到综合权重分配集合A。

A=(0.565，0.122，0.267，0.046)

同理，求出各指标层的比较判断矩阵和权重分配集合Ai。

采用“和积法”计算各子系统的权重向量。

A1=(0.406，0.192，0.192，0.108，0.057，0.045)

A2=(0.403，0.249，0.075，0.075，0.162，0.036)

A3=(0.633，0.261，0.106)

A4=(0.437，0.220，0.153，0.115，0.037，0.038)

3.4 建立评价矩阵

请专家对各子因素状况进行投票，建立各子因素的评分等级。表2～表5分别给出了各因素的评价表。

表2 人-人关系的评价表

表3 人-机关系的评价表

表4 人-软件关系的评价表

表5 人-环境关系的评价表

由表2～表5，得到各因素的评价矩阵为

3.5 求综合评价结果

根据Bi=Ai∘Ri，通过归一化处理后，可以得到各因素的综合评价结果。

B1=(0.4，0.3，0.2，0.1，0)

B2=(0.3，0.4，0.2，0.1，0)

B3=(0.2，0.4，0.3，0.1，0)

B4=(0.2，0.4，0.3，0.1，0)

从各子系统的综合评价结果中可知，根据最大隶属度原则，人-人关系最终评价结果为B1=(0.4，0.3，0.2，0.1，0)，安全状态等级为好；人-机关系最终评价结果为B2=(0.3，0.4，0.2，0.1，0)，安全状态等级为较好；人-软件最终评价结果为B3=(0.2，0.4，0.3，0.1，0)，安全状态等级为较好；人-环境评价结果为(0.2，0.4，0.3，0.1，0)，安全状态等级为较好。

3.6 求系统评价结果

根据C=A∘B=(0.4，0.3，0.2，0.1，0)

由以上研究可以看出，根据最大隶属度原则，对照航空安全状态指标等级划分，评价结果中最大数值0.4所对应的等级为最终评价等级，即可以得到航空安全状态等级为好。

4 结语

应用模糊数学的方法对基于人为因素的航空安全状态进行了综合评价，把定性指标定量化，直观地用数字表达了整个评价对象及其各个影响因素的安全性，客观地反映了评价对象的安全等级。研究结果表明，目前，航空安全状态良好，可以达到飞行安全的目的。

[1] 曹海峰. 民用航空器事故中的人为因素分析[J].中国民用航空，2008(2)：41-43.

[2] 霍志勤. 航空安全中人的因素刍论[J]. 中国民用航空，2008(2)：33-35.

[3] International Civil Aviation Organization (ICAO). Safety management manual [M]. New York：The U N Secretariat, 2006：168.

[4] 张朋鹏，王永刚. 以人为因素为中心的航空安全多级模糊综合评价[J]. 安全与环境学报，2006，6(S)：147-148.

[5] 王永刚，张朋鹏. 基于组织因素的航空安全评价与分析[J]. 安全与环境学报，2007，7(1)：147-149.