人为因素分析及分类系统在商业航空事故数据分析方面的应用

人为因素分析及分类系统在商业航空事故数据分析方面的应用

Douglas A.Wiegmann博士

2001年俄亥俄州，哥伦比亚：俄亥俄州立大学第11届国际航空心理研讨会

伊利诺伊州，萨沃特

伊利诺伊州立大学香槟分校

航空学院

Scott A.Shappell博士

俄克拉荷马州，俄克拉荷马城

联邦航空局

民用航空医学学院

人为因素分析及分类系统（HFACS）是一般性的人为差错分析框架，最初是在美国军方内部开发并测试，用作调查和分析导致航空事故的人为因素的工具。基于Reason（1990）的潜在和显现失误模型，HFACS考虑到了系统各层次的人为差错，包括机组和组织因素的状况。当前研究的目的是评估HFACS框架在军事领域外，用作差错分析及分类工具的效用。具体地说，将HFACS应用于国家运输安全委员会（National Transportation Safety Board，NTSB）负责维护的商业航空事故记录上。使用在1990年1月到1996年12月间发生的事故上，用以说明HFACS可以适合于所考查的商业事故的所有人为致因要素。另外，使用HFACS的数据分类突出了几个重要的安全问题需要干预研究。这些结果表明HFACS框架在民用航空领域是一个切实可行的工具。

1　引言

人的天性就会犯错，因此，在多种职业事故中出现人为差错不足为奇，包括70%～80%的民用和军用航空事故源自人为差错（O'Hare等，1994；Yacavone，1993）。事实上，在过去40年中，单独归咎于机械故障的美国海军陆战队航空业的事故数量已经显著减少，然而部分可归咎于人为差错的失效却减少得非常缓慢（Shappell和Wiegmann，1996）。调查结果显示：看起来旨在减少人为差错的发生或后果的干预举措并不像那些旨在减少机械故障的干预举措有效。很明显，如果要继续减少事故，更多的着重点应该放在与事故原因相关联的人为差错的根源上。

目前调查航空事故人为差错的普遍方法仍然是分析事故和事件数据。令人遗憾的是，大多数事故报告系统不是基于任何人为差错的理论框架。实际上，大多数事故报告系统是由缺乏具有人为因素学科背景的工程师和一线操作者设计和使用的，从而导致这些系统在识别工程和机械故障上很有效，但是在识别哪些地方存在人为差错方面就显得相对无效和狭窄。就算考虑到了人为因素，术语和参数也常常定义有误，归档的数据库也组织得不好。最终的结果就是事故后数据库通常不利于传统的人为差错分析，使得干预策略的确定很烦杂。

2　提出问题

如果FAA和航空业要实现未来十年显著降低航空事故率的目标，必须针对导致航空事故的主要原因（即人为因素）。但是，简单地加大在人为因素研究上的经费和资源的投入是不能解决问题的。实际上，目前正在投入大量的资源和努力。显然是要改变安全努力的方向，集中力量解决那些重要的人为因素问题。然而这意味着一件事，就是我们要知道人为因素的重点问题是什么。因此在系统地重新进行研究之前，需要对已有数据库进行全面的分析以确定影响航空事故和事故征候的那些人为因素。更进一步来说，如果这些努力被认可，就需要开发新的调查方法和技术，以改善从人为因素事故调查中收集的数据，并方便人为差错内在原因的分析。

要做到这一点，需要一个人为差错的总体框架，在其基础上设计新的调查方法，重新构建现有的事故数据库。最近开发出的“人为因素分析和分类系统”（HFACS）满足这些要求（Shappell和Wiegmann，2001）。这个系统基于Reason的潜在或显现失误模型（1990），在四个失误层次上描述了人为差错：（1）操作者的不安全行为（例如机组人员）；（2）不安全行为的先决条件；（3）不安全的监督；（4）组织的影响。

HFACS最初是为美国海军陆战队开发的，用作事故调查以及数据分析工具。然而，从它的开发之初，HFACS已经被其他的军方组织（例如美国陆军及空军，加拿大军方等）所使用，以辅助先前存在的事故调查和分析系统。至今为止，HFACS框架已经应用在1000多项军用航空事故相关任务、数据驱动干预计划，并且提高了取自事故调查的人为因素信息的质量和数量（Shappell等，1999）。

其他组织，例如FAA和NASA，为了利用军方已实现成果的经验，使用HFACS当做民用航空领域已有系统的补充系统（Ford等，1999）。然而，很少有系统的研究工作调查过HFACS在民用航空领域是否确实是一个切实可行的工具，即使这项工作会因存在大量的重复而备受争议。通过将最初来自军事领域的HFACS框架运用于民用航空事故数据的分类和分析，现今研究的目的就是要以经验为依据探讨这一问题。

3　方法

3.1　数据库

利用NTSB和FAA维护的数据库，全面回顾了1990年1月到1996年12月期间涉及联邦航空规章121部和135部定期航空承运人的所有事故。这项研究特别令人感兴趣的是那些因机组人员（至少是部分）导致的事故。因此，那些纯粹因为灾难性故障、维护差错以及譬如湍流和风切变之类的不可避免的气象条件引起的事故不包括在内。更进一步说，只有那些已经调查过，并且原因明确的那些事故才包括在这次分析中。119起事故符合这些标准，其中44件涉及FAR121部承运人，75件涉及FAR135部承运人。

3.2　HFACS分类

这119起与机组人员相关的事故产生了319项原因要素用作进一步分析。航空心理学家和商业运输等级的飞行员使用HFACS框架依次对这些NTSB原因要素中的每一项进行单独编码。仅仅分析那些NTSB辨识出的原因要素，就是说，在对差错进行编码的过程中，没有产生新的原因要素。

4　结果

4.1　HFACS具全面性

利用HFACS框架处理涉及机组人员事故的所有319项人为原因要素（100%）。在事故数据库中，除了两个HFACS类别（即组织氛围和个人准备）以外所有类别的事例都出现了一次以上。也就是说不需要引入新的HFACS类别来表达现有的原因要素，在编码过程中所有与机组人员相关的人为因素数据都归类了。

4.2　HFACS具可靠性

在编码过程中评定者之间产生的分歧意见最终通过讨论解决了。使用者和评定者之间一致和不一致的记录，计算Cohen的kappa值——随机被修正过的一致指数，评估出HFACS系统的可靠性。得到的kappa值是0.71，按照Fleiss（1981）的评判标准，一致级别为“好”。

4.3　HFACS的分析

4.3.1　不安全行为

在不安全行为层次中，基于技能的差错占绝大多数。所有与机组人员有关的事故大约有60%至少涉及一个与技能有关的差错。这个比例与FAR121部承运人（63.6%）和FAR135部承运人（58.7%）的结果类似。基于技能差错的事故比率在调查的7年里基本保持不变。但是需要注意的是，基于技能差错的事故率在这次调查的最后两年（1995和1996）最小。

在剩下的不安全行为类别中，由于决断差错引起的事故占据了第二高的比例（在所核查事故中大概占据了29%）。同样地，这个比例与FAR121部（25%）和FAR135部（30.7%）的结果基本持平。除了在1994年，机组人员有关事故的决断差错所占的比例达到了60%，与决断差错相关的事故率在调查的这几年中基本保持不变。

类似于决断差错引发的事故，至少是部分由于违反规定而引起的事故占了所核查事故的26.9%。同样地，与FAR121部（25%）和FAR135部（28%）的相关比率相比，差异也不明显。但是，由于违反规章而造成的事故比例从1990年的6%显著地上升到了1996年的46%。

最后，由于感知差错而引发的事故比例相对较低。事实上，在119起事故中只有17起（14.3%）涉及这类感知差错。尽管看起来感知差错引起的FAR121部事故比例要高于FAR135部，但是对于出现次数低的事故不宜进行运行类型或年份之间的比较。

4.3.2　不安全行为的前提条件

在前提条件层次，CRM失效在事故原因里占据了最高的比例。大约有29.4%机组人员相关的事故至少包含一个CRM失效。CRM失效引起的FAR121部飞机事故的比例相对要高一些（40.9%），FAR135部机组事故的比例为22.7%。CRM失效的事故比例在调查的7个年头里，无论是对于FAR121部承运人还是FAR135部承运人，都基本保持不变。

第二大比例的事故是不利精神状态（13.4%），随后的分别是身体/精神极限（10.9%）和不利生理状态（1.7%）。没有事故是由于人员准备不足引起的。由于身体/精神极限引起的事故率对于FAR135部承运人（16%）要略微高于FAR121部承运人（2.3%），但是由于不佳精神状态或是由于不良生理状态引发的事故率在不同的承运人之间持平。同样地，对每个事故类别出现次数低的事故不进行逐年比较。

4.3.3　监管和组织因素

机组人员导致航空事故的NTSB报告几乎都没有指出监管或者组织失误的方式。而实际上确实也只有16%的机组相关事故涉及管理或者组织因素。但是总的来说，涉及监管不力引起的机组相关事故FAR135部承运人的比例要更大（9.3%），FAR121部承运人只有2.3%。相比之下，由于组织因素引起的事故率，FAR121部承运人（20.5%）要高于FAR135部承运人（4.0%）。

5　讨论

5.1　HFACS的全面性

调查了7年中119起涉及FAR121部和FAR135部定期航班的航空事故，发现HFACS框架适应所有319项原因要素。研究表明，最初从军用领域开发出来的HFACS差错类别同时也能用于商用航空。但是，有些HFACS框架中的差错因素从未在商业航空器事故数据库看到。例如，组织氛围或者人员准备因素引起的事故就没有。事实上，在数据中也几乎没有由于管理因素引起的事例。

这类因素所占比率低，与Reason模型中潜在失误和显现失误（HFACS的基础）相反，对于这一点的一种解释是监管和组织因素并没有像预期的那样在商业航空事故起因中发挥重要作用。因此，HFACS框架可能需要缩减或者简化，之后再用于商用航空。而另外一种解释，尽管这些因素确实在事故中起了作用，但是它们并没有被现存的事故调查过程所发现。无论如何，这个调查的结果表明HFACS框架在获取事故原因方面已经足够了，不需要添加任何新的差错类别或者原因要素来分析商业事故数据。

5.2　HFACS的可靠性

在参与这项研究的所有调查者中，HFACS系统取得了一个可以接受的一致水平。更进一步来说，即使调查者之间的一致性水平偶然修改了，仍然能够获得一个传统标准判定为“良”的可靠性指数。这个可靠性指数比军用航空事故观察到的要低一些，其中一些事例在调查者之间几乎达到了完全一致（Shappell和Wiegmann，1997）。

这种差别的可能原因是这些研究中调查者所用信息的类型和数量不同。和现在的调查不同，之前使用HFACS分析军用事故数据能够获取事故相关的私密和极为详细的信息，这使得它们能够更好地探究潜在的起因要素，得到更高的可靠性水平。另外一种可能是当前用于描述HFACS的定义和例子与军用航空紧密相关，而在商用用途上却是模棱两可的。事实上，只要投入努力提供更兼容民用航空事故的例子和清单，HFACS框架在商业航空领域的可靠性就会提高（Wiegmann等，2000）。

5.3　HFACS的分析

NTSB数据库中包含大量事故起因要素，至少在表面上看起来每起事故的发生都是独一无二的。照此来说，特定差错类型的共同特征或趋势在数据上不会很明显。利用HFACS重新编码的数据可以识别事故之间类似的差错类型和起因要素，探究事故的主要人为原因。

特别的是，HFACS分析显示基于技能的差错在机组人员的事故原因中占了最大比例。另外在研究的最后两年，这个比例最低，说明由于缺乏技能而引发的差错比例在下降。在某种程度上来说，如果知道在越来越拥堵的美国空域内驾驶商用飞机的动态特性和复杂性，在商业航空事故中经常发现基于技能的差错也就不会感到意外了。然而，促使减少这种差错发生的原因仍然是个问题。其解释可能包括加强机组人员培训或者有可能的话采用更好的选拔流程。另外一种可能是，目前支线航空运输产业正在进行的从涡轮螺旋桨飞机转换为喷气式飞机。喷气式航空器通常更加可靠，同时也采用了先进的自动化功能来减轻驾驶员在飞行过程中的注意力和记忆负担。

遗憾的是，在20世纪90年代航空业实施的干预措施以及其他改变既未系统地预防特定差错类型（比如基于技能的差错），也没有将其设定为目标。结果是，不可能确定是全部这些努力还是只有一部分造成基于技能的差错明显下降。然而既然对事故数据现在进行了差错分析，那么以后制定的计划可以将减少基于技能的差错作为重要目标。此外，通过客观评估这些措施的效用，决定这些努力是需要加强还是修订以提高安全性。

倘若军用和商业航空事故类似，HFACS和人为差错分析与这些结果相符，那么观察到CRM失效和决断差错在机组人员相关事故中占据很大比例就不足为怪了（Wiegmann和Shappell，1999）。令人惊奇，或者至少令人不安的是，CRM失效和决断差错在与机组人员相关的事故中所占比率和速率保持不变。实际上，FAA和航空业都已经投入了大量资源来专门针对CRM和航空决断（Aeronautical Decision Making，ADM），却收效甚微。

CRM和ADM减少事故发生措施的效果并不明显要归咎于很多因素，其中包括缺少对涉及这些问题的事故的系统分析。因此，大多数CRM和ADM培训项目只是用单一案例来教育机组人员，而不是系统分析事故数据，重点找出驾驶舱中这类问题的根本原因。CRM和ADM没有成效的另外一个可能的解释是，绝大多数培训都是在教室练习而没有继续进行要求应用CRM和ADM原理的模拟培训。类似于高级资格培训大纲（Advanced Qualification Program，AQP）这样的最新训练，已经在进行下一步的探索，把ADM和CRM的原则融入到驾驶舱。考虑到至少在7年的时间跨度内，现行的HFACS分析已经辨识出与这些问题相关的事故，那么应该可以进行一个更加细化的分析来确定需要加强培训的地方。此外，还可以系统地跟踪和评估AQP和其他ADM培训在减少由于CRM失效和决断差错引发的机组事故的成效。

这项研究考虑的这些年份中，涉及违规（比如，未遵守联邦规章或公司的标准操作程序）的机组相关事故的百分比增幅不大。一些作者（例如，Geller，2000）认为，违规（例如试图走捷径或违反规定）经常诱发于情景因素，这些情景因素在压制安全行为的同时，会强化不安全行为。由于要准点离港的压力而不进行全面的航前检查，就是一个例子。然而，根据Reason（1990）的显现失误和潜在失误模型，违规诱发的情景通常是由监督者和管理者的政策和做法引起的。

这些理论认为减少机组人员违规的最好策略就是加强法规的执行并要求机组人员以及他们的监督者/组织都要负起责任。实际上，在海军及海军陆战队中，这种策略有效地减少了与违规相关的航空事故（Shappell和Wiegmann，2001）。正如前文所说，此次研究中的商业航空事故报告几乎没有将监督或组织因素作为事故原因，这意味着机组人员多半是违规行为的唯一责任者。再次重申一下，需要进行更彻底的事故调查来鉴别与这些事件相关的监督和组织因素。

6　总结和结论

这次调查说明，HFACS框架（最初在军用领域开发和验证）也可用来可靠地鉴别与商业航空事故相关的潜在人为因素问题。此外，这次调查的结果突显了下一步安全研究需要重点考虑人为因素的关键领域，并且为更大民用航空安全项目奠定了基础。最后，论文中给出的数据分析将提供颇有价值的视角，即通过数据驱动投入策略和干预措施的客观评价来达到减少航空事故的目的。还可证实，HFACS框架在指导未来事故调查和开发更好的事故数据库方面是一个有用的工具，不仅可以提高人为因素事故数据库的质量，还可以提高其可用性。

参考文献

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