楊 坤，劉星星

（中國民航大學天津市民用航空器適航與維修重點實驗室，天津 300300）

據(jù)NASA統(tǒng)計，70%的空難歸咎于“飛行員的操作失誤”[1]。人為因素已經(jīng)成為現(xiàn)代航空事故的主要原因。據(jù)波音發(fā)布的1959—2010年世界范圍內(nèi)商用飛機事故報告[2]，分析得出大部分的航空事故發(fā)生在飛行員執(zhí)行起飛和進近著陸任務過程中。進行飛行機組失誤預測，首先需要對飛行機組任務進行分析，通過任務分析來理解任務特點和流程，幫助識別影響飛行安全的關鍵操作步驟。任務分析包括多種方法，如GOMS[3]（目標，操作者，方法，選擇準則）、Scenario-Based Task Analysis[4]（情境任務分析）、TCSD[5]（任務中心系統(tǒng)設計）等，由于HTA（層次任務分析）相比其他分析方法應用更加廣泛，其反饋理論及層次理論符合飛行任務特點而被用于飛行機組失誤預測。

HTA方法的使用沒有統(tǒng)一指導文件，文獻[6]通過實驗得出：分析人員即使已經(jīng)掌握HTA的原理和通用流程，在分析過程中仍會出現(xiàn)分析深度不恰當、目標與子目標層次關系錯亂等問題。文獻 [7-8]分別用SHERPA（人誤減少和預測技術）、HET（人誤模板）方法預測飛行機組失誤，但均只給出HTA分析結果，未給出詳細任務分析過程和方法。文獻[9]給出了預測醫(yī)護人員用藥錯誤的分析過程，但由于其任務特點與航空任務不盡相同，對指導飛行任務的分析參考意義不大。在分析飛行任務時，確立中止原則比較困難。文獻[10]中提出P（失敗概率）×C（失敗成本）原則在分析過程中，由于缺乏數(shù)據(jù)難以精確量化，沒有實際使用意義。

本文提出基于HTA的飛行機組任務分析方法，適用于對飛行全過程的機組任務進行分析，確立了飛行任務中止原則，建立了飛行任務分析流程，提出了關鍵步驟的選取準則，為飛行機組失誤預測提供支持。

1 HTA方法

1.1 HTA理論基礎

HTA誕生于20世紀60年代后期，由英國Hull大學開發(fā)，應用于一些復雜非重復操作的任務，尤其是過程控制任務。Annett和Duncan于1967年發(fā)表了第1篇有關HTA方法的論文。HTA的理論基礎為Miller提出的人類行為控制理論和層次分析。人類行為控制模型，即T-O-T-E（檢測-操作-檢測-退出）模型，Miller用釘子釘入木板為例說明T-O-T-E模型和層次理論，如圖1所示。

圖1 釘入釘子的層次分析Fig.1 Hierarchy analysis of nail driving

1.2 HTA方法原則

HTA方法的使用靈活多變，沒有嚴格的執(zhí)行程序。Shepherd和Annett曾試圖尋找HTA唯一正確的使用方法，但由于分析不同領域任務時，HTA的使用方法差異很大，無法統(tǒng)一，最終也未能實現(xiàn)。雖然HTA的使用方法多變，但體現(xiàn)其核心思想的三原則卻始終未變，它們是：

1）在最高層，認為任務是按照目標定義的操作所組成的，目標按照現(xiàn)實中的單位、質(zhì)量或其他標準反映系統(tǒng)目的。這條原則反映了HTA是一個基于目標的系統(tǒng)分析。

2）操作可以被再次分解為子目標定義的子操作，子目標是按照它對整個系統(tǒng)輸出或者對目標的貢獻被分派。這條原則說明了HTA是分解層次中子目標的手段。

3）每個子目標完成的序列，依賴于子目標與其父目標的關系，即方案。目標和子目標之間存在層次關系，方案描述了子目標被觸發(fā)的條件，并且用來指導子目標完成的序列。

2 基于HTA的飛行機組任務分析流程

文獻[11]給出了使用HTA的通用流程，而該通用流程比較概括和抽象，不能直接用來分析飛行任務。執(zhí)行飛行任務時，機組操作步驟繁多，人機交互過程復雜頻繁，機組需要輸入和監(jiān)控的信息量大，時間緊迫，稍有失誤會帶來重大安全影響。因此，分析時需根據(jù)任務特點，對通用流程進行適當改進。本文將飛行機組任務的分析過程分為9個步驟：

1）確定目標 目標設定為相關階段的飛行任務，如起飛、進近著陸、遭遇特殊緊急情況采取的應急操作等。

2）收集資料 收集任務相關資料，如飛行操作規(guī)程、飛行手冊、非正常應急程序、飛機駕駛艙布局信息、駕駛艙內(nèi)系統(tǒng)功能與操作方法等。又如相關機型事故與事故征候統(tǒng)計等信息，這些信息對分解目標和選取重大安全影響的操作步驟具有重要意義。

3）識別約束與假設 根據(jù)設定的目標，對執(zhí)行任務的環(huán)境與飛機狀況進行假設。將注意力始終集中在目標上，消除與目標無關的因素，減少分析工作量并保證完成目的。

4）分解首要目標 將首要目標分解為若干子目標。圍繞分析目的分解首要目標，并在步驟3的假設范圍內(nèi)，選取與目標關系緊密的子目標。

5）方案連接首要目標和子目標 方案說明子目標的觸發(fā)條件和實現(xiàn)順序。

6）將子目標進行分解 分解子目標的關鍵是選取對飛行安全具有重大影響的操作步驟。在分析飛行任務時，每個子目標下都會有很多操作步驟，任務分析不可能將所有操作一一羅列，過多的操作步驟將分散分析者的注意力，且會無意義的增加分析工作量。

本文確立關鍵操作選取準則為：飛行手冊中明確標明在執(zhí)行某任務步驟中禁止飛行員去做的操作，曾經(jīng)發(fā)生過事故或事故征候的操作，認定為對飛行安全具有重大影響，在分解子目標時必須選??；其他步驟根據(jù)分析者與專業(yè)飛行人員商討，或通過實驗模擬來確定是否選取。

7）判斷子操作是否滿足分析要求 對子目標分解完成后，需判斷是否有必要進行再分解。判斷時可結合相關機型事故資料，如果再次分解得到的子操作曾經(jīng)引發(fā)過事故，則需要繼續(xù)分解；若沒有，可與專業(yè)飛行人員商討決定。

任務分析最終目的是預測飛行機組失誤，因此需對每一個子操作進行人誤分析。根據(jù)人誤分類技術，分析機組在執(zhí)行該子操作中可能發(fā)生的失誤類型。例如，某子操作為旋轉(zhuǎn)A按鈕，在該處操作可能發(fā)生的失誤包括忘記旋轉(zhuǎn)A按鈕、錯誤旋轉(zhuǎn)B按鈕、旋轉(zhuǎn)方向錯誤、旋轉(zhuǎn)數(shù)值錯誤等。因此，根據(jù)任務分析最終目標以及飛行任務特點，本文判斷得出：分析飛行機組任務只需分解到二級子操作即可。

8）判斷是否接受新的子操作 判斷過程與步驟7相似，接受則執(zhí)行步驟9，不接受則分析結束。中止分析時所得到的最低層次子操作下方劃一道橫線，表示分析在此中止。

9）方案連接子目標與子操作 方案說明子操作的觸發(fā)條件和執(zhí)行順序。

根據(jù)上述分析，本文建立分析流程如圖2所示。

圖2 飛行任務分析流程Fig.2 Flow chart of flight crew task analysis

3 案例分析

本文以A320飛機起飛任務為例，應用建立的飛行機組任務分析方法進行分析，具體過程如下：

1）確定任務目標 設定目標為“操縱飛機起飛”。

2）數(shù)據(jù)和資料的收集 收集A320飛機的駕駛艙布局、駕駛艙內(nèi)系統(tǒng)功能和操作、飛行手冊、起飛檢查單以及該型飛機相關的事故報告等數(shù)據(jù)和信息，理解機組執(zhí)行任務的環(huán)境與標準操作流程。

3）識別約束與假設 假設飛行機組在執(zhí)行任務時的天氣狀況良好，飛機結構和系統(tǒng)正常，機組生理狀態(tài)良好，工作環(huán)境為A320駕駛艙，機組按照正常操作規(guī)程執(zhí)行起飛任務。以上假設的目的為得到正常情況下的機組操作過程，不考慮緊急情況或特殊天氣狀況等不確定因素，不觸發(fā)操作手冊的“非正常和應急程序”，重點集中在具有重大飛行安全影響的操作。

4）分解首要目標 完整的A320飛機起飛過程為12個步驟，包括飛行準備、機外安全檢查、駕駛艙預先準備、繞機檢查、駕駛艙準備、推出或起動前操作、發(fā)動機起動、起動后操作、滑行、起飛前操作、起飛和爬升?；诮⒌募僭O條件，起飛前準備及檢查工作不在分析范圍內(nèi)，將“操縱飛機起飛”分為推出或起動前操作、發(fā)動機起動、起動后、滑行和起飛這5個子目標，如圖3所示。

圖3 分解首要目標Fig.3 Decomposition of primary goal

5）方案連接首要目標與子目標 采用樹狀圖表示首要目標起飛和5個一級子目標的層次關系，由于子目標均為順序操作，不存在其他序列，因此省略方案，不在圖中標出。

6）將一級子目標進行分解 應用關鍵操作選取準則，對5個一級子目標進行再分解。“操縱飛機起飛”的第一個子目標為“推出或起動前”，在操作手冊中該階段機組需要執(zhí)行的操作包括檢查艙單、準備及檢查/修改起飛數(shù)據(jù)等22個步驟。根據(jù)參考歷年17起某運輸類飛機重大航空事故及多起其他型號飛機飛行事故，在該階段“準備及檢查/修改起飛數(shù)據(jù)”和“獲得推出/起動許可”這2個步驟引發(fā)過事故，因此選取這2步驟操作；其他20個步驟如檢查艙單、調(diào)整座椅等步驟，多為檢查與調(diào)整，未引發(fā)過事故，經(jīng)過與飛行專業(yè)人員商討，一致認為沒有必要選取。最終將“推出或起動前”子目標分解為“準備及檢查/修改起飛數(shù)據(jù)”和“獲得推出/起動許可”2個子操作，分解結果如圖4所示。

圖4 一級子目標分解Fig.4 Decomposition of first level subgoal

7）判斷子操作是否滿足要求 在分解子目標“推出或起動前”時，得到的子操作“1.1檢查/修改起飛數(shù)據(jù)”，該操作還可以繼續(xù)分解為“計算起飛速度、確定起飛形態(tài)”等操作，但分解過于細致不僅沒有必要，還將增加后續(xù)進行預測機組失誤的工作量，分解到“1.1檢查/修改起飛數(shù)據(jù)”這一步驟，已經(jīng)可以滿足最終目標的需要，所以不必再進行深入分解。另外一些步驟如“手柄調(diào)至FLX”已經(jīng)是最低層級操作，無需繼續(xù)分解。

8）判斷是否接受新的子操作 由于本次分析所得一級子操作在上一分析步驟中均已判定為滿足分析要求，故無需再次分解判斷。

9）方案連接子目標與子操作 分解所得子操作均為順序執(zhí)行，故省略方案說明。無需分解的子操作下劃一道橫線，表示一級子目標分解達到目的，中止分解。將一級子目標逐一分解后最終分析結束，如圖5所示。

圖5 飛機起飛任務分析Fig.5 Aircraft taking-off task analysis

4 結語

本文針對飛行機組失誤，開展基于HTA的飛行機組任務分析研究，得到結論如下：

1）建立了基于HTA的飛行機組任務分析方法，用于分析如飛機起飛、進近著陸、緊急狀態(tài)處理等多種飛行任務。

2）建立了飛行任務中關鍵操作步驟的選取準則：在執(zhí)行目標任務過程中，飛行手冊明確禁止飛行員執(zhí)行而系統(tǒng)無法阻止的操作；結合運輸類飛機事故報告，曾經(jīng)引發(fā)過事故的操作。以上兩種操作必須選取，其他操作步驟需要與專業(yè)飛行人員共同商討確定，以保證分析的準確性。

3）針對飛行機組失誤而開展的任務分析，分解子目標時最多分解到二級子操作即可中止，無需更細致的分解。

飛行機組任務分析的目的在于找出具有重大安全影響的操作步驟，為進一步預測飛行機組失誤提供準備，因此任務分析的質(zhì)量直接影響人誤預測的準確性。通過對A320飛機起飛任務進行分析，驗證了該方法的可用性。任務分析需收集整理大量資料，需要相關領域?qū)I(yè)人員的幫助，通過建立資料庫和事故及事故征候數(shù)據(jù)庫，隨時進行信息的調(diào)用查看，提高分析效率。

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