基于复杂网络的民航维修不安全事件风险因素分析.pdf

第 卷 第 期 年 月 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 收稿日期：作者简介：曹博阳，硕士研究生，主要研究方向为民航维修安全管理。：基于复杂网络的民航维修不安全事件风险因素分析曹博阳（首都经济贸易大学 管理工程学院，北京 ）摘要：为进一步分析民航维修单位不安全事件风险因素，采用复杂网络方法，以我国国内某维修单位 年间共 件不安全事件为数据基础，构建包含 个节点 条边的有向加权网络，分析得到节点度值、介数值、聚类系数值；采用 、策略，通过移除效果得到主要风险因素。研究结果表明：构建的民航维修单位不安全事件有向加权网络的网络效率 为 ，连通性一般，说明不安全事件由多个诱因导致，发生的概率较高的（即度值较大的）不安全事件包括部件损伤、零部件松脱、错装、损伤漏检等；介数值从大到小排名前 的诱因节点（偏离工卡手册施工、未落实工作程序要求等）是重要风险因素，且上述因素多发生于维修实施阶段。研究结果将不安全事件发生的因果关系可视化呈现，可较为直观地识别各类风险因素，从而对分析和控制民航维修过程中不安全事件风险因素提供一定参考。关键词：民航维修；不安全事件；复杂网络；风险因素中图分类号：文献标志码：文章编号：（）（，）：，（，），：；引言 年，民航运输飞机在册 架，比上年底增加 架 ，年，我国民航运输飞机在册 架，比上年底增加 架 ，由此可以看出，近年来我国民航运输飞机机队规模迅速增长。随着航空公司机队规模不断扩大，机务维修工作量不断攀升，航班正点率及安全保障要求不断提高，维修工作压力逐步增大 ，对维修单位安全管理水平提出了更高要求。基于安全数据驱动安全管理的理念，利用不安全事件信息可以分析维修单位存在的风险因素 。目前，民 航 维 修 风 险 因 素 已 有 相 关 研 究。提出 模型，分析人 人、人 硬件、人 软件、人 环境之间相互关系；提出 模型，将事故发生归结于现行失效、潜在失效；波音公司开发维修差错判断辅助程序用于维修差错调查 和 差 错 管理 。有学者运用层次分析法、模糊网络分析法、网络评价维修风险因素 。张明洁等 采用 方法对不安全事件发生率进行回归分析；车畅畅等 构建人为因素结构贝叶斯方程；文献 采用卡方检验方法分析波音公司列出的 项不安全事件诱因。随着人工智能技术兴起，麻鹰等 提出基于灰狼算法的人为差错评价模型。上述研究表明，民航维修不安全事件中的风险因素主要集中在人为因素，但不安全事件发生具有随机性、复杂性，由多种风险因素共同导致。鉴于此，本文以我国国内某维修单位 年间共 件不安全事件为研究数据，构建复杂网络模型，分析各类风险因素内容及相互关系，为控制不安全事件风险因素提供一定参考。理论与方法相关学者已在民航领域应用复杂网络，将航空安全事件抽取成知识图谱模型 ，分析航空不安全事件因果关系。而维修不安全事件发生也存在因果关系，且因果关系之间有明确指向，引起不安全事件发生的因素可能重复出现。因此，本文构建的复杂网络是有向加权网络，并应用如下特征指标 ：）节点出度值其表示该事件诱因导致其他诱因或不安全事件发生，如式（）所示：（）式中：表示节点 的邻居集合 表示任意 个节点；表示出度值邻接矩阵，分别表示出度值邻接矩阵的 行和 列；表示节点 的出度值；，表示节点序号。）节点入度值其表示其他诱因引起该事件诱因或不安全事件发生，如式（）所示：（）式中：表示节点 的入度值；表示入度值邻接矩阵。）节点总度值其为出度值和入度值之和，如式（）所示：（）式中：为节点 总度值。）节点平均度其为节点度的平均值，如式（）所示：（）式中：为节点 平均度；表示网络节点总数。）节点介数值其指通过该节点最短路径条数与网络中最短路径条数比值，在网络中表示节点对不安全事件的传播能力，如式（）所示：（）（）式中：表示节点 的介数；表示节点 到节点的最短路径条数，和 均表示不同于节点 的任意节点；表示节点序号；（）表示节点 到节点 且经过节点 的最短路径条数。）节点聚类系数值其指与该节点实际相连的边数和节点之间可能存在的边数之比，表示网络中节点聚集程度，如式（）所示：（）（）式中：表示聚类系数值；表示周围其他节点与节点 相连的全部边数之和。）网络效率其指节点之间最短路径倒数和的平均值，如式（）所示：（），（）式中：表示网络效率；为节点 和 之间的最短路径；表示网络节点集合。不安全事件复杂网络建模 维修不安全事件维修单位工作由工程技术、生产计划、车间、航材保障等多部门协作完成，其包含技术资料编写、计划与控制、维修实施等阶段，任何环节均有可能发生不安全事件。航空器适航与维修相关的信息报告和调查 将民航维修不安全事件分为使用困难报告、机械原因中断、维修差错 类，如图 所示。图 维修不安全事件分类 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术第 卷）使用困难报告：飞机使用及维修、航空器设计及制造、外来物等其他原因导致的不安全事件。）机械原因中断：飞机设计制造、部件老化疲劳或突发系统故障导致飞机中断起飞等非机组正常操作的不安全事件。）维修差错：因维修差错导致航空器不适航等情况，主体责任是维修单位。构建不安全事件复杂网络模型 概念集本文收集某维修单位 年 件不安全事件，获得有效事件 件。参考文献 构建概念集，得到不安全事件 个，诱因 个。关键词提取不安全事件关键词，记为 （不安全事件）；编码 个节点，记为 。提取诱因关键词 个节点，分为 类：（个 人 因 素）编 码 个 节 点，记 ；（组织管理因素）编码 个节点，记 ；（技术程序方法因素）编码 个节点，记 ；（飞机部件结构因素）编码 个节点，记 ；（环境及不确定因素）编码 个节点，记 。不安全事件因果链提取不安全事件发生由一系列诱因导致，如图 所示为某种不安全事件因果关系链提取结果。图 某种不安全事件因果关系链 图 可以表示某维修人员未读懂放行要求 （工卡手册未理解），相关信息未及时反馈上级主管 （信息通报不及时），按照自己的理解施工 （偏离工卡手册施工），放行人员未发现问题并签署放行 （检验人员履职不到位），飞机滑出后不满足放行要求返航 （低于标准放行）。构建不安全事件复杂网络模型设 是有向加权网络 （，），集合 表示不安全事件和诱因 个实体节点，（，）表示节点 和 之间的有向连边，集合 表示连边权重。通过 邻接矩阵表示节点之间关系，无关系表示为 ，重复连接表示为 。将邻接矩阵导入 软件，生成网络模型，得到 个节点 条边的有向加权网络，如图 所示。不安全事件复杂网络模型分析 网络效率分析根据式（）计算网络效率 为 ，显示连通性图 不安全事件复杂网络模型 一般，说明不安全事件节点由多个事件诱因传递，控制诱因节点可阻止其向不安全事件演化。节点度值分析根据式（）计算网络平均度值为 ，表示网络中平均每个不安全事件与 个节点相关。）不安全事件度值分析根据式（）（）计算网络中所有实体节点的度值，（不安全事件）度值由大到小排名前 节点如表 所示。由表 可知，度值为 ，相较于其他节点最大，说明部件损伤最易出现，频率为 。维修工作中维修差错大概率会造成部件损伤，上述结果与实际工作相符。度值较大节点 （零部件松脱，度值 ），（错装，度值 ），（损伤漏检，度值 ）均为高发不安全事件。表 不安全事件节点度值 排序节点频率度入度出度 （部件损伤）（零部件松脱）（错装）（损伤漏检）（漏装）（勤务差错）（部件未恢复）（设备意外释放）（人员受伤）（车辆刮蹭）第 期 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术）事件诱因度值分析（个人因素）度值由大到小排名前 节点如表 所示，由表 可知，度值为 ，相较于其他节点最大，频率为 ，因此偏离工卡手册施工是维修单位需要重点关注的发生频率较高的个人风险因素；入度值较大节点有 ，表明该因素由其他诱因引起的概率较大；出度值较大节点有 ，表明该因素易引起其他风险。表 个人因素节点度值 排序节点频率度入度出度 （偏离工卡手册施工）（未落实工作程序要求）（工作失误）（未有效识别风险）（操作不当）（工作疏忽）（工作不到位）（技能不足）（信息通报不及时）（违规操作）（组织管理因素）度值大到小排名如表 所示，由表 可知，和 度值较大，是不安全事件发生的重要组织因素；节点出度值与入度值均较大，说明检验人员履职不到位既由其他诱因产生又能引发其他风险，对网络连通性起重要作用。表 组织管理因素节点度值 排序节点频率度入度出度 （检验人员履职不到位）（航材保障不到位）（生产组织不合理）（超授权作业）（现场管控不足）（完成时间压力）（设备管理失控）（职责分工不清）（航材管理失控）（工具失控）（技术程序方法因素）度值大到小排名如表 所示，由表 可知，度值较其他节点最大，度值较其他节点最小，因此在技术程序方法因素中需重点关注工作程序缺陷。表 技术程序方法因素节点度值 排序节点频率度入度出度 （工作程序标准缺陷）（工卡编写缺陷）（手册编写缺陷）（控制系统缺陷）（飞机部件结构因素）度值大到小排名如表 所示，由表 可知，出度值较大，入度值较小，说明突发故障不易由其他诱因引起，但易导致其他风险。实际工作中，飞机部件突发故障情况较多，其中大部分无法提前预测。表 飞机部件结构因素节点度值 排序节点频率度入度出度 （突发故障）（设计缺陷）（高空振动）（易磨损疲劳）（厂家装机错误）（厂家工艺质量）（环境及不确定因素）度值如表 所示，由表 可知，度值最大，说明天气原因是维修单位需重点关注的环境及不确定风险因素。表 环境及不确定因素节点度值 排序节点频率度入度出度 （天气原因）（不确定原因）（外委单位原因）（施工环境复杂）（外来物撞击）节点介数值分析根据式（）计算 类诱因中所有实体节点的介数值，由大到小排名前 节点如表 所示。由表 可知，介 数 值 为 较 其 他 节 点 最 大，介 数 值 为 ，在网络中起重要连接作用。说明检验人员履职情况、航材保障能力是维修不安全事件发生的重要影响因素。中 国 安 全 生 产 科 学 技 术第 卷由表 可知，介数值较大的组织因素节点有 个，个人因素节点有 个，这 类节点对网络连通性影响较大；环境及不确定因素节点介数值较小，对网络连通性影响较小。在实际的民航维修过程中不安全事件的发生大多与维修单位组织管理水平、个人工作技能密切相关。表 事件诱因节点介数值 排序节点频率介数值 （检验人员履职不到位）（航材保障不到位）（未落实工作程序要求）（偏离工卡手册施工）（未有效识别风险）（生产组织不合理）（高空振动）（信息通报不及时）（工作程序标准缺陷）（易磨损疲劳）节点聚类系数分析根据式（）计算网络中所有实体节点的聚类系数值，由大到小排名前 节点如表 所示。由表 可知，聚类系数值较大的不安全事件节点是 ，其值均为 ，节点周围呈高聚集性，引发上述 种事件的诱因相对集中，易于控制；诱因节点周围聚集性高，所诱发的风险相对集中，符合实际维修情况；表 节点中不安全事件节点有 个，诱因节点仅有 个，说明网络以不安全事件节点为中心聚集分布，通过控制传播路径，可以减少不安全事件发生。表 节点聚类系数值 排序节点频率聚类系数值 （低于标准放行）（维修项目超期）（工卡编写错误）（工卡手册未理解）（工作交接不到位）（故障漏处理）（故障处理不当）（高空振动）（漏装）（勤务遗漏）节点移除分析 节点移除策略采用随机攻击和蓄意攻击 种方式移除诱因节点。其中，随机攻击为 种策略（），蓄意攻击包含 种策略（，）。种节点攻击策略如表 所示。表 节点攻击策略 策略类型描述特点 随机移除任意节点节点被移除概率相同 按度值大小移除节点基于度值由大到小排序 按介数值大小移除节点基于介数值由大到小排序 节点移除结果分析根据式（）计算节点移除后 网络效率，判断移除效果，如图 所示。图 节点移除网络效率变化 由图 可知：实施 策略，移除 个节点（占比 ），下降约 ；实施蓄意攻击，移除 个节点（占比 ），下降 ，网络完全瘫痪，即蓄意攻击更容易破坏网络连通性；策略相较 策略，更能有效破坏网络连通，阻止不安全事件发生，因此 策略下移除的诱因节点是维修单位重要风险因素。重要风险节点分析根据上文方法实施 策略时，节点致因情况如表 所示。重要风险因素 个：（个人因素）个，（组织管理因素）个，（飞机部件结构因素）个，（技术程序方法因素）个。其中 （偏离工卡手册施工）传播事故链计 条，相比于其他因素更容易引发不安全事件；而重要风险因素引发的不安全事件均发生在维修实施阶段，在实际施工过程中，该阶段流程复杂繁琐，涉及不同业务接口。结论）本文构建的民航维修单位不安全事件有向加权第 期 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术表 重要风险节点致因情况 节点传播事故链条数频率传递的不安全事件发生阶段 （检验人员履职不到位），维修实施 （航材保障不到位），维修实施 （未落实工作程序要求），计划与控制维修实施 （偏离工卡手册施工），维修实施 （未有效识别风险），技术资料编写维修实施 （生产组织不合理），维修实施 （高空振动），维修实施 （信息通报不及时），维修实施 （工作程序标准缺陷），计划与控制维修实施 （易磨损疲劳），维修实施网络，网络效率 为 ，其连通性一般，说明不安全事件由多个诱因导致，控制诱因节点可阻止向不安全事件演化；该网络将维修不安全事件发生的因果关系可视化呈现，可较为直观地识别各类风险因素。）部件损伤、零部件松脱、错装、损伤漏检，是民航维修过程中发生频率较高的不安全事件；偏离工卡手册施工、未落实工作程序要求、未有效识别风险、检验人员履职不到位、航材保障不到位、生产组织不合理、工作程序标准缺陷、高空振动、易磨损疲劳、信息通报不及时是民航维修过程中重要风险因素，且上述因素多发生于维修实施阶段。参考文献 中国民用航空局 年民航行业发展统计公报 （）：中国民用航空局 年民航行业发展统计公报 （）：杨海涛，陈新锋，张雷 年中国民航维修系统资源及行业发展报告 航空维修工程，（）：，（）：中国民用航空局 民用航空安全管理规定：北京：中国民用航空局，：，：，（）：凡勇 层次分析法在飞机维修不安全事件影响因素评价中的应用 航空维修与工程，（）：，（）：张晓权，曹钧，于露 机务维修风险管理研究 中国安全生产科学技术，（）：，（）：陈勇刚，熊升华，贺强，等 民航机务维修不安全事件 风险耦合分析 中国安全科学学报，（）：，（）：张明洁，王华伟，付强，等 面向维修差错的民航不安全事件风险分析 武汉理工大学学（信息与管理工程版），（）：，：，（）：车畅畅，王华伟，倪晓梅 基于结构贝叶斯方程模型的航空维修差错人为因素分析 人类工效学，（）：，（）：中 国 安 全 生 产 科 学 技 术第 卷 谭鑫，黄泽媛 基于 和 航空维修不安全事件诱因研究 中国民航飞行报，（）：，（）：谭鑫，郭豫桐，张凡，等 基于卡方检验的航空维修不安全事件致因分析 航空计算技术，（）：，（）：麻鹰，王瑞 基于灰狼算法的民航维修人为差错评价模型 计算机技术与发展，（）：，（）：郭静 基于知识图谱的航空安全事件关联分析方法研究 天津：中国民航大学，刘俊杰，赵永正，张丽娟 基于知识地图的民用航空安全信息事件分析 安全与环境学报，（）：，（）：卜湛，曹杰，李慧嘉 复杂网络与大数据分析 北京：清华大学出版社，中国民用航空局 航空器适航与维修相关的信息报告和调查：北京：中国民用航空局，中国民用航空局 航空人员的维修差错管理：北京：中国民用航空局，中国民用航空局 事件样例：北京：中国民用航空局，（责任编辑：陈玲檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪）应急管理部印发文件为基层单位编制应急预案提供“菜单式”服务应急管理部高度重视基层应急预案编制管理工作，专门组织力量深入基层单位开展相关工作调研。根据基层单位需求，深化调研成果转化应用，以办公厅名义印发 乡镇（街道）突发事件应急预案编制参考 和 村（社区）突发事件应急预案编制参考（以下统称 编制参考），并通过应急管理部网站向社会公开发布，为全国各乡镇（街道）和村（社区）开展应急预案编制工作提供“菜单式”服务，切实减轻基层单位工作负担。编制参考 立足更好服务基层单位、推动提升基层应急预案实用性和可操作性，聚焦基层应急预案编制涉及到的工作原则、程序步骤，以及指挥机构、预警传播、信息报告、应急响应、先期处置、自救互救等关键内容提出了具体参考意见，推动提升基层应急预案实用性和可操作性。信息来源：应急管理部网站第 期 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术