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典型机型冲偏出跑道耦合故障模式及风险建模

王菲茵 袁锦彤 汪磊

王菲茵, 袁锦彤, 汪磊. 典型机型冲偏出跑道耦合故障模式及风险建模[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(6): 42-50. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.005
引用本文: 王菲茵, 袁锦彤, 汪磊. 典型机型冲偏出跑道耦合故障模式及风险建模[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(6): 42-50. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.005
WANG Feiyin, YUAN Jintong, WANG Lei. Coupling Failure Mode and Risk Modeling of Typical Aircrafts Runway Excursion[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(6): 42-50. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.005
Citation: WANG Feiyin, YUAN Jintong, WANG Lei. Coupling Failure Mode and Risk Modeling of Typical Aircrafts Runway Excursion[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(6): 42-50. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.005

典型机型冲偏出跑道耦合故障模式及风险建模

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.005
基金项目: 

天津市自然科学基金项目 23JCQNJC00230

中国民航局安全能力建设资金项目 KJZ49420210076

天津市教委科研计划项目 2023KJ230

详细信息
    通讯作者:

    王菲茵(1990—),博士,讲师. 研究方向:飞行安全与人因、民航安保风险等. E-mail: fy_wang@cauc.edu.cn

  • 中图分类号: X949

Coupling Failure Mode and Risk Modeling of Typical Aircrafts Runway Excursion

  • 摘要: 冲偏出跑道是国际航空运输协会指出的高风险事件。为了探索冲偏出跑道事件在国际上发生的规律,挖掘冲偏出跑道事件发生的影响因素与其耦合特征,研究了2007—2018年57起典型机型的冲偏出跑道事件的调查报告,对事件发生的伤亡人数、机型、原因等进行分析。针对冲偏出跑道事件影响因素多样且复杂的特点,融合了人因分析与分类系统模型(human factor analysis and classification system,HFACS)、SHELL模型和失效模式和影响分析方法(failuremode and effect analysis,FMEA),弥补了单一方法使用的局限性,基于优化的HFACS模型,纵向深入分析了人为因素在冲偏出跑道事件中的影响,基于改进后的SHELL模型横向全面分析了冲偏出跑道事件中多因素之间的耦合影响,使用FMEA方法对冲偏出跑道事件的多影响因素耦合效应深入挖掘,提出了诱发冲偏出跑道的18种多因素耦合故障模式,判别故障模式的发生度、严重度和预测度,进而量化故障模式的风险优先值。结果表明:91.2%的冲偏出跑道事件发生在着陆阶段;87.7%的冲偏出跑道事件与机组人为因素影响有关,其中对飞机的控制不足发生频次最高,占比31.1%;多因素耦合造成了78.9%的事件发生,多因素耦合故障模式中故障模式F2-1中的机组因素和气象因素的叠加风险优先值最高,为364.8,发生次数占比21.05%也为最高,该故障模式是需要重点防控的对象,说明飞行员需要加强复杂天气条件下的冲偏出跑道防控模拟训练。

     

  • 图  1  事件发生历年情况

    Figure  1.  Events occurring over the years

    图  2  冲偏出跑道事件类型分布图

    内圈为事件次数,外圈为伤亡人数

    Figure  2.  Distribution of the types of runway excursion events

    图  3  冲偏出跑道事件发生地及航空器登记国分布图

    Figure  3.  Location of the runway excursion and the country of registration of the aircraft

    图  4  HFACS模型

    Figure  4.  Human factor analysis and classification system

    图  5  飞行总时长和机型飞行时长分布

    Figure  5.  Distribution of total flight hours and aircraft type flight hours

    图  6  多次发生的直接原因

    Figure  6.  Direct cause of multiple occurrences

    图  7  改进后SHELL模型

    H硬件为Hardwarc S软件为Softwarc
    E环境为Environment L人为Liveware

    Figure  7.  Optimized SHELL model

    图  8  多因素耦合作用下故障模式关系图

    Figure  8.  Failure mode relationship diagram under the action of multi-factor coupling

    表  1  直接原因频次统计

    Table  1.   Frequency statistics of direct causes

    飞行员直接原因/不安全行为 频次
    差错 技能差错 飞行技术不佳 14
    遗漏飞行操作步骤 1
    对飞机的控制不足 28
    决策差错 经验不足导致 8
    缺乏训练导致 9
    外界压力导致 5
    紧急情况导致 3
    知觉差错 误判距离、高度、空速等 2
    视觉差错 1
    违规 习惯性违规 多次违反命令、规定、流程 7
    多次飞行前准备不佳 0
    多次违反工作手册 0
    多次未使用或错误使用设备 0
    偶然性违规 偶然发生的违反命令、规定、流程 10
    偶然违反工作手册 2
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    表  2  SHELL模型影响因素统计

    Table  2.   Frequency statistics of direct causes

    诱发因素 事件次数 占比/%
    软件 1 1.8
    硬件 8 14.0
    驾驶舱环境 2 3.5
    机场地形环境 24 42.1
    气象环境 34 59.6
    空域交通环境 2 3.5
    机组 50 87.7
    其他人 11 19.3
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    表  3  故障模式指标评级表

    Table  3.   Failure Mode Indicator Rating Table

    评价项目 等级 评价标准 评分
    发生度 极低 无发生概率 1~2
    发生概率低 3~4
    发生概率中等 5~6
    发生概率高 7~8
    很高 发生概率很高 9~10
    极低 预测难度极低 1~2
    预测度 预测难度低 3~4
    预测难度中等 5~6
    预测难度高 7~8
    严重度 很高 预测难度很高 9~10
    极低 事件后果轻微 1~2
    事件后果较轻 3~4
    事件后果中等 5~6
    事件后果严重 7~8
    很高 事件后果非常严重 9~10
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    表  4  SHELL模型故障模式及风险优先值排序

    Table  4.   SHELL model failure modes and risk priority rankin

    故障模式 机组 气象 机场地形 驾驶舱 空域交通 其他人 硬件 软件 占比% 发生度 预测度 严重度 RPN
    F2-1 × × 21.05 7.4 6 8.2 364.080
    F2-4 × × 3.50 7.4 5.8 8.4 360.528
    F3-3 × × × 3.50 7 6.4 7.8 349.440
    F2-2 × × 7.00 7 5.8 8.4 341.040
    F3-1 × × × 15.80 7.2 5.6 8.4 338.688
    F4-1 × × × × 5.30 5.6 6.8 8.2 312.256
    F3-2 × × × 3.50 6.4 5.8 7.8 289.536
    F3-5 × × × 1.75 6.6 5.4 8 285.120
    F1-2 × 1.75 5.2 5.8 8.6 259.376
    F2-6 × × 1.75 5.8 5.4 8.2 256.824
    F2-3 × × 5.30 6 5.2 8 249.600
    F3-4 × × × 1.75 5.8 5.6 7.6 246.848
    F2-5 × × 1.75 4.8 6.4 7.4 227.328
    F1-1 × 19.30 5.4 5.4 7.6 221.616
    F2-7 × × 1.75 4.4 5.4 8.4 199.584
    F5-1 × × × × × 1.75 4 5 9.4 188.000
    F5-2 × × × × × 1.75 3.4 5.4 9.6 176.256
    F5-3 × × × × × 1.75 3.4 6 8.2 167.280
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  • 收稿日期:  2023-03-22
  • 网络出版日期:  2024-04-03

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