浅谈不确定理论和CREAM的飞行员应急操作可靠性分析

　　0引言
　　现代大型客机的高度自动化设计对飞行员执行飞行任务的能力提出了更高的安全性要求，尤其是在紧急情况下，飞行员更需要具有高水平的应急操作的能力和较强的可靠性。例如:2013年7月6日，一架韩亚航空波音777航班在旧金山国际机场降落时发生坠毁和起火事故，就是由于飞行员未能及时监测到飞机的异常状态并作出正确处置。因此，评估和量化应急情况下的飞行员操作可靠性不但显得尤为重要，而且可以为飞行员的操作培训提供参考的标准。
　　1不确定理论
　　不确定理论(UT，UncertaintyTheory)是2007年由清华大学刘宝碇教授提出并建立的。在决策科学、管理科学、信息科学、系统科学、计算机科学、工业工程以及可靠性技术等众多领域研究的问题中都存在着主观的或人为的不确定性。在复杂的含有多重不确定的决策系统中，传统的建模方法通常是无法解决这个问题的。而不确定理论用于研究主观不确定现象，已成为解决这类不确定性问题的一个新的工具，近年来已吸引众多相关学者参与研究，一批有价值的应用成果也已得到学术界认可。
　　2CREAM及其失效模式基本概率
　　CREAM强调人在生产活动中的绩效输出不是孤立的随机性行为，而是依赖于人完成任务时所处的环境或工作条件，它通过影响人的认知控制模式和其在不同认知活动中的效应，最终决定人的响应行为。CREAM模型的基本思想是分析人在完成任务过程中的认知活动和可能的认知功能失效模式，在得到认知功能失效概率基本值的基础上，研究所处的情景环境的因子水平，并对基本值进行修正，从而对人在完成任务时可能发生失效的概率进行预测。在驾驶舱内，飞行员的绩效输出不是孤立的随机性行为，而需要依赖于其完成任务时所处的情景环境，该方法能够结合驾驶舱环境对机组的差错进行分析。由于研究需要获得较多的信息支持，所以需要对若干个事故或者事件进行分析分解。因此，从大量的事故中提炼出4个事故事件。
　　3飞行员应急操作可靠性模型
　　笔者采用双线同时进行研究:一条研究路线是在CREAM模型的基础上，分析各个事故事件，确定共同绩效条件(CPCs，CommonPerformanceConditions)、失效模式等;另一条研究路线是在缺乏客观历史数据的情况下，以专家数据为基础，应用不确定理论进行数据处理，确定飞行员应急情况下的可靠度，再综合2条研究路线以修正CREAM失效模式基本概率值，最后引用可靠性原理得到飞行员应急操作人误概率。采用的主要技术路线及各步骤:
　　1)任务分析:结合历史案例研究和文献分析，对飞机驾驶舱应急情况下的飞行员的任务进行深入研究，从中提炼出CREAM模型适用的事故事件。
　　2)情景环境的评价:根据CREAM模型，以9个CPCs为方向，对应急情况下飞行员身处的情景环境进行逐个分析，同时判断他们对飞行员的绩效影响。
　　3)CPCs因子水平:根据步骤2)，再由人为因素方面的学者座谈确定CPCs。
　　4)失效模式的获得:通过任务的分析分解，确定每一个认知过程所对应的失效模式(CREAM中每一个失效模式有其对应的基本概率值)。
　　5)使用CREAM得到结果:通过应用CREAM模型分析4个事故事件，这4个事故事件共同涵盖4种失效模式，同时应用CREAM原有概率计算公式组成了方程组(4个方程)等式左边的方程式。
　　6)获得专家数据:专家通过研读事故事件报告，结合实际经验给出每一个事故事件自己认为最贴近实际的主观信度。
　　7)专家数据处理:对得到的专家数据应用不确定理论的不确定分布进行处理，得到每一个事故事件最后的主观信度。
　　8)方程组的构成:以通过不确定理论得到的最后主观概率值为方程组等式右边的数值，以步骤5)所得结果为等式左边的方程式，构成方程组。
　　9)针对性的失效模式基本概率值:通过Matlab编程处理方程组的失效模式基本概率值，得到民航人为因素方面专有的失效模式基本概率值。
　　10)飞行员应急情况人误概率计算:依据可靠性串并联理论和修正的失效模式基本概率值，求得飞行员在应急情况下发生人误的概率。
　　4飞行员应急操作可靠性分析案例
　　针对事件阿斯特赖奥斯航空公司B752客机高空双发故障进行过程演示和分析。其他的3个事故事件按照同样的方法进行分析，分别得到每个事故事件对应的方程式。
　　4.1构建事件序列
　　简化机组人员在这起事件中的操作，根据认知行为与认知功能关系对机组人员进行认知行为分类和认知功能分配。分析任务，建立事件发展的序列。包含任务各个细节，便于对CPC因子进行评价。
　　4.2CPCs因子确定
　　根据此次事件报告，对9种CPC因子进行分析。根据分析CPC对于绩效可靠性的影响，可得出权重因子。评价共同绩效条件。根据情景环境，由专家对CPC因子的水平进行评价，确定其对绩效可靠性的期望效应。
　　4.3识别认知功能失效模式
　　通过分析确定5个任务中最有可能的失效模式得到认知功能失效模式。
　　4.4不确定理论数据处理
　　由于缺乏客观历史数据，基于专家的主观信度对事件发生的可能性作出的量化，给出了该事件刻度值以及信度值(主观概率p)。
　　根据专家给出的每一个事故事件相应的经验数据，运用不确定分布进行数据处理，得到了该事件的主观概率值为0.180。通过同样的方法确定其他3个事故事件的主观概率值。
　　4.5飞行员应急操作人误概率
　　由各种不同性质的若干个独立部件组成的，其为完成某种功能结合起来而构成的一个整体称为系统。如果系统中所有元件对系统的功能是不可缺少的，则称这样的系统为串联系统。串联系统的可靠性用式(8)表示:
　　Rs(t)=R1(t)R2(t)Rn(t)=ni=1Rs(t)(8)
　　式中:Rs(t)为串联系统的可靠度;Ri(t)为系统中各部件单独工作时可靠度。
　　5结论
　　1)提出了一种基于不确定理论和CREAM的人为因素数据挖掘机制，它可应用于飞行员应急操作人为因素的分析和量化。基于不确定理论和CREAM建立了飞行员应急操作可靠性模型，并提出了一种新的人为因素数据收集和量化的方法，通过该模型的应用，能够定量地得到飞行员应急操作的可靠度，为飞行员操作培训提供参考标准，同时可以定量化考核飞行员操作绩效。
　　2)基于民航领域人为因素数据，应用可靠性串并联原理计算飞行员人误差错概率，可以更高效地评估飞行员应急操作可靠性。笔者仅对4种常模失效概率进行了修正并加以应用，需要在以后的研究中不断地充实丰富人为因素数据，形成的新的、较为准确的数据库。