修订基于SHELL模型的飞行安全研究.docx
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修订基于SHELL模型的飞行安全研究
[修订]基于SHELL模型的飞行安全研究
摘要..........................................................1
ABSTRACT....................................................2
0引言.......................................................4
1.人因工程的研究状况..........................................5
1.1SHEL模型介绍.............................................5
1.2人为因素介绍.......................................6
1.3国内外研究概况.......................................7
2.基于SHEL模型分析人为因素错误和飞行安全..................10
2.1错误的性质分类.......................................10
2.1.1基于技能的错误.......................................10
2.1.2基于法规的错误.......................................11
2.1.3基于知识的错误.......................................11
2.2人为因素错误的分类及探讨..............................11
2.2.1觉察类.......................................12
2.2.2解释（理解）类.......................................15
2.2.3建立目标.......................................18
2.2.4谋略和程序.......................................19
2.2.5执行.......................................202.2.6违反.......................................202.3人为因素错误与飞行事故.........................21
3影响飞行安全的航空人员.....................................23
3.1飞行人员对航空安全的影响..............................23
3.1.1飞行员决断或操作错误.................................26
3.1.2飞行员疏失或判断失误.................................26
3.1.3飞行员飞行技能欠缺................................26
3.1.4飞行员违规违章.......................................27
3.1.5飞行员紧急情况下处置不当..............................28
3.1.6机组失能.......................................29
3.1.7机组资源管理不当................................30
3.2空中交通管制员对飞行安全的影响........................30
3.2.1空中交通管制员不安全行为的原因.........................31
3.3航空器维修人员对飞行安全的影响......................32
3.3.1影响航空维修的人为因素.......................323.3.2航空维修中的人为差错..........................34
4飞行决策与飞行安全.........................354.1飞行决策对安全的影响.........................364.2影响飞行决策的因素....................................37
4.3正确的决策.......................................39
5结论.......................................45参考文献.......................................错误～未定义书签。
译文.......................................48原文说明.......................................58
摘要
本文针对当前飞行安全事故的特点，对其中影响最大的因素—人为因素，基于著名的SHEL模型进行了全面深入的分析。
本文详细地讨论了各种人为因素造成的航空事故的比例及原因，并且提出了相应的解决措施。
人是航空系统中最灵活、最具适应性和最有价值的部分，但其表现也是最易受到不利影响的。
多年来的事故调查结果表明，3/4的事故是由于人的表现不佳造成的。
人为因素问题在绝大多数航空器事故中被作为主要事故因素这个严酷的现实，唤醒了航空界人士对人为因素的重视。
人们在过去50年间将主要精力放在硬件上，以提高硬件的可靠性，然而现在硬件已非常可靠，更多的时候航空事故是由于人为因素造成的。
因此人们现在不得不把关注的焦点转移到人为因素上来。
影响飞行安全的人为因素主要是指飞行人员、空中交通管制员以及航空维修人员等对航空安全造成的影响，这几类人员的影响占据了人为因素的绝大部分。
因此本文将围绕这几个因素进行详细论述，并且将进一步讨论这儿类人员之间的协作对于飞行安全的影响。
关键词:
SHEL模型，人为因素，飞行安全，飞行人员
AnalysisoftheSHELModelonFlightSafety
Abstract
Accordingtothefeaturesofpresentflightaccident,themostimportantfactors,humanfactors,basedonfamousSHELmodelarediscussedindetail.
Thispaperdefinesallsortsofhumanfactors,analysesthereasonsofaccidents,andcalculatestheproportionofeverydifferenthumanfactors.
Inaviationsystem,humanarethemostflexible,themostadaptableandthemostvaluablepart,buttheirperformanceisalsothemostvulnerable.Overtheyears,thesurveyresultsofaccidentsshowthatthe3/4oftheaccidentswereduetothepoorhumanperformance.Thecruelrealitythat,humanfactorsweremajorfactorinthevastmajorityofaircraftaccidentsevokedtherecognitionofaviationpeople.Duringthepast50years,wefocusedonthehardwareproblemstoenhancethereliabilityofhardware.Butnowthehardwarehasbeenreliableenough,andmostoftimetheaccidentswerecausedbyhumanfactors.That’swhypeoplenowhavetofocusonthehumanfactors.
Thehumanfactorsaffectingtheaviationsafetymainlyincludetheinfluenceofpilots,airtrafficcontrollerandaircraftmaintenancepersonnel，so
wewillmainlyexpatiatethatinfluenceanddiscusshowthecollaborationofthemaffectstheaviationsafetyfurthermore.
Keywords:
SHELmodel,humanfactors,flightsafety,pilots
基于SHEL模型的飞行安全研究
方欣081406102
0引言
现代社会随着科技的进步,航空技术的发展以及新技术新材料的应用,飞机自身和运行环境软、硬件的安全性、可靠性和经济性都日趋完善,对于20世纪最后40年至今的航空安全状况的统计结果表明，在世界范围内，大型喷气运输飞行的事故率基本呈下降状态，特别是与喷气式飞机投入商业飞行的最初几年相比。
由于飞机技术的进步，使年事故率由每百万飞行架次27，在短短的5年内下降至每百万飞行架次5以下，从1967年以来，基本保持了比较低的事故率，每百万飞行架次在1.5,3之间。
尽管如此,航空业还存在着一些不尽如人意的问题,特别是在解决人的差错事故问题上进展缓慢,使得近20年来由于人为因素导致的飞行事故率居高不下,大多数事故或事故征候都是由人为差错造成的。
国际航空运输协会的统计资料显示,所有飞行事故的80%都与人的不安全行为有关。
所以,人为因素是当今航空飞行安全的最大隐患,同时也是提高飞行安全水平最有效的手段。
从我国民航1990—1999年的飞行事故征候分析中得出,人为原因年均百分比为51.7%,其中机组为37.7%,空中交通管制为5.1%,场道占4.1%。
通过以上数据和事例我们可以看出:
人始终是航空运行复杂系统中的核心组成部分。
无论航空器多么先进,它都必须由高质量的人去操纵和管理。
但是人都有犯错误的倾向,差错是人类正常行为的构成部分。
随着飞行架
次总量的不断增加,若不采取措施有效地减少人为差错,事故数量将会不断增加。
因此加强对人为因素的研究和应用,识别人为过失,降低风险,找到预防措施,最大程度地克服和避免人为差错的发生是航空运输系统亟待解决的实际问题。
1人因工程的研究状况
1.1SHEL模型介绍
著名的SHELL模型的概念首先由ElwynEdwards教授于1972年提出,FrankHawkins于1975年用图表描述了该模型。
该模型有助于形象地描述航空系统中各因素间的相互关系,是根据传统的“人-机-环境”系统发展而来的。
人员（L）:
工作场所中的人员;
硬件（H）:
机器与设备;
软件（S）:
程序、培训、支持性等;
环境（E）:
SHEL系统其余部分的运行环境。
SHELL模型专门用于描述航空系统中各个组成部分之间的关系。
人员-硬件（L-H）:
当提到人为因素时,普遍考虑的所有的因素都应
是人员和机器之间的相互作用。
它决定了人员如何与物理工作环境相互作用。
如:
设计适合人体的座位、显示适合于用户感官和信息处理的特征、方便的控制活动、编码和位置。
2）人员-软件（L-S）:
L-S接口是指人员与其工作场所中的支持系统之
间的关系。
如:
规章、手册、检查单、出版物、标准操作程序和计算机软件。
典型的如“用户友好界面”。
3）人员-人员（L-L）:
L-L接口是指工作场所中人与人之间的关系。
如机组成员、空中交通管制员、机务维修人员、其他运营人以团队形式工作。
4）人员-环境（L-E）:
此接口是指人员与内部、外部环境之间的关系。
内部工作环境包括内部温度、周边环境、噪音、振动、空气质量及内部企业文化等。
外部工作环境包括政治经济方面的限制。
对大部分运营人而言,可以对接口的粗糙边缘进行管理。
如图1.1所示,人为因素处于中心位置,为了减轻影响人员表现的压力,必须理解中心的人与模型其他方框中因素之间的相互作用。
为了避免系统中的潜在事故,系统中的其他部分必须和人员紧密结合。
下面就根据SHEL模型,以人为因素为中心,列出之间的关系。
图1.1SHEL模型
1.2人为因素介绍
在现代航空业内，一般有“事故与人为因素”，或者“事故与人为差错”的用语。
总觉得好像明白了似的，但对此进行研讨时，每个人的理解却各不相同。
“人为因素”，通常是指与人有关的任何因素。
国际上对它的一个定义是Edwards教授提出的，即“人为因素是通过系统应用人为科学，在系统工程框架中优化人与其活动的关系”。
人为因素包括生活和工作环境中的人;人与机器、程序和环境的关系;还包括人与人之间的关系。
Edwards教授对“活动”进一步解释为:
活动是指人与人之间的通信交流以及个人行为与团队行为。
“在系统工程中”的概念是指:
人为因素专业人员应试图理解，当在相互影响的工程领域中工作的人们必须做出决策时，他们的目标、方法、困难和限制。
人为科学研究人的机体和本性、人的能力和极限以及在单独工作与作为团队工作时的行为，这是人为因素主要关心的问题。
人为因素具有多学科性。
例如，从心理的角度可理解人们处理信息做出决策的过程。
从心理和生理学角度可以理解收集和传送周围信息、的感知过程。
人体的测量和运动是优化驾驶舱和客舱控制器以及其他工作站特征的基础，称之为人体测量学和生物力学。
为了理解人体生物规律和睡眠以及它们对夜航、时区变化的影响，还需要生物学及其日渐重要的分支生物钟学知识。
要正确分析、研究和归纳调查数据还离不开统计学。
1.3国内外研究概况
在早期的飞行安全研究中间人们将主要精力放在硬件上，致力于各种设备器件的改进而忽视了在航空安全事故中人为因素所起到的重要作用。
然而随着航空历史的发展，人们从越来越多的事故中意识到，大部分航空安全事故都是由于人为差错而造成的，并不是由于硬件的原因。
另外，随着技术的进步，如今的硬件的己经非常可靠，由于硬件而造成的安全事故与人为因素相比所占的比例己经很小了。
由此，人们便开始重视人为因素的作用，研究人为因素对于飞行安全的影响。
早期对于人为因素的研究主要集中在机长素质以及机组建设上。
在飞行人员执行飞行任务时，机长既是主操纵者，又是组织管理者和指挥者，他的整体素质以及航空知识和操纵技能水平的高低，对于保证飞行安全，完成生产任务具有决定性的作用。
中国民航50年来发生的二等和重大以上的133次飞行事故中，按直接责任者约有65%是飞行员原因同，主要是机长素质低，操作和处置失误。
国际民航发生有人员死亡的飞行事故，有68%也是飞行员原因，主要也是由于机长的操作和处置失误。
由此可见，机长的素质在保证飞行安全完成生产任务中，处于重中之重的地位。
通过这些早期对于人为因素的研究，人们总结出了一些有助于安全飞行的结论:
1、“安全第一”的思想是保证飞行安全的根本;
2、优良的飞行作风是保证飞行安全的关键;
3、精湛的飞行技术是保证飞行安全的基础;
4、搞好机组的协作配合是保证飞行安全的重要手段。
另外，对于影响飞行安全的各种心理因素也做出了比较详细的研究。
这些心理因素包括:
1、该返航的不返航;
2、不能随机应变;
3、虚荣心理作祟;
4、蛮干心理作怪;
5、急躁心理;
6、侥幸心理;
7、压力心理。
不过早期的研究具有较大的局限性，人们关注的航空人为因素问题多是噪声、振动、热、冷和加速力对人的影响。
因而误导人认为人为因素是医学的分支。
随着研究与应用的深入，如今向航空任务的认知方面扩展:
决策和其他认知过程;显示器和控制器的设计以及驾驶舱和客舱的布局设计;通信和计算机软件:
地图和航图;航空器使用手册、检查单等文件。
人为因素知识也更为广泛地应用于人员选拔、训练和检查，以及事故预防和调查中。
如今对航空安全中人为因素的研究和早期相比己经有了较大的进步，表现在以下几个方面:
从只关心飞行机组人员和空中交通管制员，发展到对飞机维护修理人员的关心。
从只关心“一线工作人员”到从“系统工程学”出发，关心个人与其
所属团队和组织间的相互影响。
注意到各种要素的综合影响。
在分析一些事故的原因时，不再局限于不可忽视的运行一线人员（飞行员、管制员和维修人员）的行为，承认运行人员不是在孤立的环境中工作的。
因此，开始注意事故“潜伏期”所涉及的组织缺陷和管理因素。
从只找出发生事故的可能原因，也就是确认人们的不安全行为和“飞机的不安全状态”存在的“显性过失”，逐步发展到研究分析当飞机存在“不安全状态”时，人是如何反应的，特别是不适当反应所带来的危害，以及人们为什么会产生“不适当”的反应，人们犯了什么类型的错误，如何去纠正这些错误等“隐性”的深层次问题。
上述这些显著的变化，都应归功于近年来对人为因素认识的不断提高
和人为因素知识的广泛应用。
人为因素是一个非常复杂的内容，目前关于人为因素对飞行安全影响的研究还存在一些问题。
比如对于团队协作的研究还不够深入，以及飞行决策因素对于航空安全的影响研究较少等。
本课题将比较全面详细地对航空安全中的人为因素展开研究，对影响飞行安全的各种航空人员进行分类分析，同时重点研究飞行人员对于飞行安全的重要影响，以得到详细的关于人为因素与飞行安全的交互关系，从而便于提出相应的解决办法为保障飞行安全提供指导和参考。
2基于SHEL模型分析人为因素错误和飞行安全2.1错误的性质分类
2.1.1基于技能的错误
知道什么是基于技能的基本行为呢?
它们是指飞行员在执行一项非常熟悉的工作时，不用有意识地去思考如何去做，绝大部分应当是“自动
[1]化”的。
基于技能的错误有两种。
（1）疏失:
没有恰当地去做一件正确的事。
例如，行动的结果与目的或想法不同。
（2）失误:
想做一些事情，但因精神涣散或记忆障碍而没能完成计划的行动。
2.1.2基于法规的错误
那些基于法规的基本行为是指当飞行员执行一系列熟悉的子程序时，能有意识地被法规或记载于“长效记忆”或飞行检查单的程序所控制。
法规可以是如下形式:
“如果„„则应„„（诊断的）”或“如果„„则应„„
[2]（采取纠正行动）”。
法规可以从经验和与人交流中获得。
由于对状况识别产生了错误，在采取反应行动时，应用了错误的法规或选择不正确的程序。
它有两个方面的表现:
（l）疏失型:
没有做你应该做的事情。
（2）处置错误型:
做了错事（或称为犯错误）。
2.1.3基于知识的错误
那些基于知识的基本行为是指当飞行员面对一个新奇的，不熟悉的状况，又没有可供参考的程序时，它将开始起作用。
对不熟悉环境问题的解
[3]决要求是“目标积累”。
建立在对环境状况和所有人员目标的分析基础上的。
基于知识的错误主要来源于选择错误的目标;不全面或不准确的知
识（关于系统和环境的）以及在处理信息过程中的人为限制和解决复杂问
[4]题所要求的记忆能力。
2.2人为因素错误的分类及探讨
从人为什么会犯错误这个角度来可以看出，错误又可划分为“觉察”、“理解”、“目标建立”、“谋略和程序”、“执行”、“违反”和“对错误会起
[5]作用的因素”等七类。
它们大都属于认识错误，是从人为因素功能方面开发的一种人为错误分析的认识方法。
每一类又根据错误行为表现划分为若干种。
为了细分资料，提出改进建议，把每一种又细分为若干个分种类。
在这里，我们对六类错误及其种类的定义及后果危险性逐一进行解释说明。
这些类别是根据错误行为的表现来归类的。
2.2.1觉察类
凡定义于此类中的错误，关系到对集中起来的不正常事件的资料，需要进行“在哪里，发生了什么”的判断行为。
发生此类错误，可影响从资料转换成决策和行动基础信息的整个过程。
1.资料没有被重视（提示、公告、气象情报）
这些错误关系到耽误了去获得可能查明系统状态资料的机会。
从分析的现有资料来看，它不能告诉我们为什么没有获得资料，但事实是，可用的资料在决定采取某些行动的过程中没有被使用。
它分为如下两种类型:
A.没有成功地监视油门手柄位置和发动机参数显示状态
这在三代飞机上都发生过。
失去对飞机的监控数分钟，事态即迅速恶化，直到飞机倒扣过去或采取关错发动机的行为发生。
飞行机组在飞行过程中的负荷是变化无常的，飞机爬高过程中，飞机
姿态、仪表指示变化大因而监控负荷就很高，一旦巡航飞行时负荷又非常低。
因此，从多次事件联想起来看，造成该错误的根本原因是“缺乏系统意识”。
关于此类错误的事例如下:
1985年，一架飞机发动机失效，引起飞机失速，机长对失速修正错误，造成飞机失去控制，形成5.OG的载荷。
飞机在41000英尺高度巡航飞行时，遭遇水平风切变，飞机飞行速度逐渐加大，自动油门系统开始进行反应并且非常大，此时自动驾驶系统处于“高度保持”模式。
自动油门系统放慢了油门手柄逐渐回位至慢车的过程（历时50秒）。
由于空速的减少，油门手柄又慢慢地前推至“最大巡航推力”位置（用时40秒），在增速过程中4号发动机处于“低级慢车”状态。
自动驾驶保持在“航向保持”模式，加之发动机推力不对称使飞机开始滚转。
于是飞行员断开自动驾驶系统，飞机立即向右滚转，几乎呈垂直俯冲状态进云。
飞行员约在11000英尺高度飞机出云时才恢复对飞机的控制并恢复目视地平线。
在9500英尺高度完全摆脱了失控状态。
飞机遭遇了达5.0G的过载量。
机组重新启动了4号发动机并安全着陆。
当发动机失去推力时，应该做断开自动驾驶和/或接通自动驾驶重新进行配平的程序。
飞机受损为中度。
NTSB调查报告称此次事件的可能原因是机长全神贯注于飞行中功能失效却忽视了对飞机飞行仪表的监视，而这些仪表的异常显示正是由于飞机失去控制引起的。
B失去对发动机参数显示状态的有效监控
用于监控的时间范围很大，但从清楚记录的发动机参数看，需要采取相应行动了，但事实上飞行机组没有利用这些有用资料去决策采取什么样的行动。
这就是犯此类错误的证据。
事例如下:
油门手柄卡阻造成推力不对称，飞机下降过程中失去控制而俯冲撞山。
飞机进场下降高度过程中，撞在距机场32公里的一座630米高的山上坠毁，经过“数字式飞行记录器”分析认为，当时飞机的自动油门和自动驾驶是接通状态，右推力手柄对自动油门的指令是间歇反应的。
在7200英尺改平时，左油门手柄反应正常，而右油门手柄没有作出回应，仍处于慢车状态。
自动驾驶为补偿推力不对称而指令左副翼，航向开始向右偏，当左发动机接近80%推力时，飞机开始向右滚转倾斜。
航向选择在模式控制板上被激活，约14秒钟后断开。
此时，飞机右倾坡度超过50度。
驾驶杆输入了右机翼向下的力量，该输入正好和自动驾驶保持的状态相反。
右油门手柄此时开始自动前移。
飞机右坡度和机头俯仰角迅速变化，使俯角达78度。
此时，双发动机推力基本接近平衡并达到
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