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文檔簡介

安全是航空的基礎(chǔ)

1航空事故率評(píng)估的技術(shù)方法與核心難點(diǎn)安全是航空的第一件大事。這是航空航天永恒的主題,它直接影響到航空公司的聲譽(yù)、經(jīng)濟(jì)效益和生存。近年來中國民航業(yè)有了長足的發(fā)展,在機(jī)隊(duì)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí),安全狀況也得到了顯著的改善。但是10年和5年的事故率仍然高于世界平均水平,遠(yuǎn)高于世界航空發(fā)達(dá)國家的事故率。造成這種情況的主要原因是中國的航空公司尚未形成安全文化和有效的安全管理手段。如何降低事故率成為當(dāng)前中國民航業(yè)的主要任務(wù),已經(jīng)成為制約和影響航空事業(yè)發(fā)展的基本要素,行之有效的方法就是將“安全關(guān)口”前移,防患于未然。傳統(tǒng)的航空公司安全評(píng)估主要是利用事故率評(píng)估,依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法,對歷史資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。但由于事故發(fā)生率低,加之樣本之間的不一致性較大,限制了數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用。民航安全系統(tǒng)是一種動(dòng)態(tài)、多變量、人為因素起主導(dǎo)作用的開放和復(fù)雜巨系統(tǒng),系統(tǒng)的不確定因素多,邏輯關(guān)系復(fù)雜,基本事件的發(fā)生概率很難確定。將安全系統(tǒng)工程思想引入到航空公司安全綜合評(píng)估中,對于指導(dǎo)航空公司安全管理和決策具有重要意義。研究關(guān)鍵和難點(diǎn)集中于兩方面,一是建立系統(tǒng)、全面的航空公司安全評(píng)估指標(biāo)體系,包括對航空公司安全影響因素和每項(xiàng)細(xì)節(jié)的評(píng)估;二是鑒于指標(biāo)體系中主觀性和客觀性指標(biāo)同時(shí)存在,且采集到的數(shù)據(jù)具有模糊性和不確定性的特點(diǎn),評(píng)估過程實(shí)際上是基于不確定、模糊信息的航空公司安全評(píng)估。本文分析了當(dāng)前影響航空公司安全管理的影響因素,建立包括“指標(biāo)—子指標(biāo)—屬性”三級(jí)的航空公司安全評(píng)估體系,采用模糊多屬性決策結(jié)合D-S證據(jù)融合方法建立了航空公司安全評(píng)估模型,解決當(dāng)前航空公司安全評(píng)估中的關(guān)鍵和難點(diǎn)問題。2級(jí)政府安全評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建傳統(tǒng)的航空公司安全評(píng)估是采用事故率來衡量,缺乏一個(gè)完整的安全評(píng)估指標(biāo)體系,實(shí)際上事故和風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生是由航空公司內(nèi)部的安全管理水平?jīng)Q定的,因此建立一個(gè)基于航空公司的全方位安全評(píng)估指標(biāo)體系,衡量航空公司與本行業(yè)先進(jìn)企業(yè)之間的差距,是變間接評(píng)估為直接評(píng)估的有效途徑,更有利于航空公司采取針對性的措施提高安全管理水平。建立的指標(biāo)體系應(yīng)滿足如下要求:一是能衡量航空公司當(dāng)前的安全狀態(tài)和情況,二是能反映出航空公司提高安全水平的潛力,三是能反映出航空公司的整體安全管理水平。因此,要綜合考慮影響安全的因素,建立基于“人、機(jī)、環(huán)境、管理”的航空公司安全評(píng)估系統(tǒng)。在航空科技高度發(fā)達(dá)的今天,人為因素是造成事故和事故征候的主要原因,日益受到重視,建立安全評(píng)估指標(biāo)體系時(shí)突出了以“人”為中心的特色。其中,“人”的因素指機(jī)組成員,其它飛機(jī)維護(hù)人員、空中交通服務(wù)人員等是通過飛機(jī)或飛行環(huán)境作用于事故或事故征候;“機(jī)”的因素包括航空器和維護(hù)人員;“環(huán)境”因素包括飛行的各種軟環(huán)境、硬環(huán)境和自然環(huán)境?!肮芾怼币蛩厥峭ㄟ^“人、機(jī)、環(huán)境”系統(tǒng)及時(shí)或延期表現(xiàn)出來。所謂“及時(shí)”指的是公司管理的作用結(jié)果與管理的實(shí)施同步表示出來;“延期”指的是管理的作用效果是在管理工作實(shí)施一段時(shí)間后才表現(xiàn)出來。本文以“人”、“機(jī)”、“環(huán)境”和“管理”為指標(biāo)層,進(jìn)一步分解為子指標(biāo)層和因素層,建立了三級(jí)航空公司安全評(píng)估指標(biāo)體系。從“人”的角度講,包括以下子指標(biāo)和因素:(1)基本素質(zhì)子指標(biāo):包括身體素質(zhì)和心理狀態(tài),這兩個(gè)因素用來衡量是否具備完成任務(wù)的基本條件;(2)技能態(tài)度子指標(biāo):包括知識(shí)技能、崗位培訓(xùn)時(shí)間、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)程度和敬業(yè)程度,這些因素用來衡量人的技能及提高、認(rèn)真程度,可最大限度的降低安全隱患;(3)能力子指標(biāo),包括協(xié)調(diào)處理能力和決斷能力,協(xié)調(diào)處理能力可衡量安全信息在組織內(nèi)傳遞效果及整合作用,決斷能力用來衡量機(jī)組的危險(xiǎn)評(píng)估及在應(yīng)急情況下化解風(fēng)險(xiǎn)的能力。從“機(jī)”角度講,包括以下子指標(biāo)和因素:(1)設(shè)計(jì)生產(chǎn)、飛機(jī)機(jī)型、飛機(jī)役齡和飛機(jī)系統(tǒng)改裝是反映當(dāng)前飛機(jī)的狀態(tài)類因素,機(jī)型和設(shè)計(jì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)直接影響飛機(jī)安全,飛機(jī)役齡衡量性能劣化對安全的影響;飛機(jī)系統(tǒng)改裝和新機(jī)型引進(jìn)用來衡量特種要求和安全培訓(xùn)對飛機(jī)安全的影響;(2)導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)、儀表操作系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是飛機(jī)中最重要的硬件系統(tǒng),飛機(jī)本身原因?qū)е碌氖鹿屎褪鹿拾Y候也多發(fā)生在這三個(gè)部分,所以可根據(jù)這三個(gè)系統(tǒng)推斷飛機(jī)的安全水平;(3)維修是影響系統(tǒng)安全的子指標(biāo),選擇維修差錯(cuò)和維修記錄作為評(píng)估系統(tǒng)安全的重要因素。從“環(huán)境”角度講,包括以下子指標(biāo)和要素:(1)自然環(huán)境子指標(biāo),包括天氣和地形,是影響航空安全的客觀因素,但一般不是造成飛機(jī)事故的主要原因,一般同人為差錯(cuò)結(jié)合起來共同起作用;(2)保障環(huán)境子指標(biāo),包括空中綜合保障能力和機(jī)場建設(shè),這些因素能夠確保飛機(jī)在起飛、飛行和降落環(huán)節(jié)的安全;(3)意外事件子指標(biāo),包括鳥撞擊和恐怖事件等,意外事件是影響航空安全的不可控因素,發(fā)生具有一定的隨意性。從“管理”角度講,包括以下子指標(biāo)和因素:(1)安全計(jì)劃功能子指標(biāo):包括綜合計(jì)劃、安全規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)和安全系統(tǒng)完善,綜合計(jì)劃便于調(diào)動(dòng)有效的安全資源,發(fā)揮其效用,安全規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)則是在其計(jì)劃基礎(chǔ)上提出的具體操作方法,安全系統(tǒng)完善是計(jì)劃功能的最高境界,避免單純的“以事論事”;(2)安全組織子指標(biāo):包括安全機(jī)構(gòu)設(shè)置、安全人員比例,這兩個(gè)因素便于明確安全責(zé)任制,確定每個(gè)崗位人員自身的責(zé)任范圍,是保證安全的組織保障;(3)企業(yè)安全文化子指標(biāo),包括領(lǐng)導(dǎo)重視程度和安全激勵(lì)機(jī)制,領(lǐng)導(dǎo)重視程度是形成安全文化的前提和基礎(chǔ),有效的安全激勵(lì)機(jī)制是形成安全文化的動(dòng)力和保證;(4)安全控制子指標(biāo):包括安全培訓(xùn)和安全檢查督察,安全培訓(xùn)能夠保證各項(xiàng)制度和安全實(shí)施程序?yàn)閺V大員工和干部所掌握,安全檢查和督察則是衡量其執(zhí)行情況的有效手段。3關(guān)于航空安全評(píng)估方法的研究3.1模糊多屬性決策評(píng)估的可能根據(jù)航空公司安全評(píng)估指標(biāo)體系和數(shù)據(jù)的特點(diǎn),評(píng)估模型應(yīng)滿足以下三方面要求:第一,具有信息融合的功能,能將采集到的不確定信息融合到一個(gè)框架結(jié)構(gòu)中。D-S證據(jù)融合、模糊邏輯、信息熵和Bayes決策方法具有這個(gè)功能。在這4種方法中,能夠滿足數(shù)據(jù)需求量小,表達(dá)具有不確定性的主客觀信息方法的,只有D-S證據(jù)融合方法。它不但能處理由于知識(shí)不準(zhǔn)確引起的不確定性,且能滿足比概率論更弱的公理系統(tǒng),本文中選擇D-S證據(jù)融合方法進(jìn)行信息融合。第二,具有處理模糊信息、主觀信息和客觀信息的功能。模糊集理論及其在模糊決策問題中的推廣和應(yīng)用,為處理這種信息提供了可能,本文采用三角模糊數(shù)方法處理安全評(píng)估數(shù)據(jù)。第三,對航空公司安全評(píng)估依賴于復(fù)雜的指標(biāo)體系,實(shí)際是針對多屬性指標(biāo)的決策和評(píng)估過程,模糊多屬性決策為這一評(píng)估過程提供了可能。綜上,整個(gè)評(píng)估過程如圖2所示。3.2重量是由d-s檢驗(yàn)的(1)證據(jù)整合的基本基礎(chǔ)D-S證據(jù)理論主要由以下基本要素構(gòu)成:識(shí)別框架對于一判決問題,如對某項(xiàng)安全子指標(biāo)或因素的所有可能結(jié)果用Θ表示。關(guān)心的任一命題都對應(yīng)于Θ的一個(gè)子集,稱Θ為識(shí)別框架。ma+mb基本概率分配函數(shù)是一個(gè)之間的正數(shù),它與支持某一假定的證據(jù)相聯(lián)系,其大小表示該證據(jù)支持或反對該假定的精確程度,通常用m(A)表示,A代表辨別框中的任一子集。m(A)表示提供給A的基本可信度,而不是對A的總信度。對于一個(gè)辨別框Θ:{A,B,C},m(A)+m(B)+m(C)<1,其含義表示該證據(jù)不能有效地分配給其它任何子集,這也是證據(jù)理論的核心。以m(Θ)表示概率分配的不確定性,則有m(A)+m(B)+m(C)+m(Θ)=1??傂湃纬潭鹊挠?jì)算信任函數(shù)Bel定義為,對于2Θ∈,Bel(A)=∑B?Am(B)(1)表示獲得的證據(jù)對A的總信任程度,?A?Θ,根據(jù)定義可知,Bel(?)=0,Bel(Θ)=1。信任度的計(jì)算似真函數(shù)Pl的定義為,對于2Θ∈,Ρl(A)=1-Bel(Ac)=∑B∩A=?m(B)?A?Ω,Ac=Θ-A(2)Pl(A)表示不否定A的信任度。顯然,信任函數(shù)與似然函數(shù)的關(guān)系為:Ρl(A)≥Bel(A)(3)概率的上、下限實(shí)際上[Bel(A),Pl(A)]表示了A的不確定區(qū)間,也稱為概率的上、下限。D-S證據(jù)融合,就是根據(jù)多源信息,逐步縮小不確定區(qū)間范圍。(2)dempger算法關(guān)于證據(jù)的合并順序?qū)τ诟鞣N證據(jù),來源不同,具有不同的概率分配函數(shù)。利用Dempster法則來合并證據(jù)。例如,對于信任函數(shù)Bel1(概率分配函數(shù)為m1)和信任函數(shù)Bel2(概率分配函數(shù)為m2),那么合并后的信任函數(shù)Bel為:Bel=Bel1⊕Bel2(4)一般地,子集A的基本概率分配函數(shù)為:m(A)=Κ-1∑Ai∩Bj=Am1(Ai)m2(Bj)(5)其中,K為正交化常數(shù)Κ=∑Bj∩Ai≠?m1(Ai)m2(Bj)(6)K反映對同一假設(shè)各證據(jù)相互之間的矛盾程度。使用K是為了避免將概率值分配給空集?.對于多個(gè)證據(jù)情況下,如Bel1,Bel2,…,Beln,A的基本概率分配函數(shù)為:(?(Bel1⊕Bel2)⊕?)⊕Beln(7)在利用Dempster進(jìn)行證據(jù)合并時(shí),構(gòu)成Θ的元素必須相互獨(dú)立,這是由于正交運(yùn)算性質(zhì)決定的。Dempster法則滿足可交換性,證據(jù)的作用不受其合并次序的影響;K-1可作為各數(shù)據(jù)源矛盾程度的測度,K-1越大,證據(jù)間矛盾越激烈。3.3飛機(jī)安全評(píng)估的模糊多屬性預(yù)測(1)fps的計(jì)算模糊多屬性決策的基本模型是:給定一個(gè)評(píng)估對象集A={A1,A2,…,Am},相對于評(píng)估對象的屬性集C={C1,C2,…,Cn},以及說明每個(gè)屬性相對重要的權(quán)集ω={ω1,ω2,…,ωn}。其模糊指標(biāo)值矩陣?F可以寫為:?F=[?f11?f12??f1n?f21?f22??f2n?????fm1?fm2??fmn](8)其中,關(guān)于屬性指標(biāo)和權(quán)重的表達(dá)方式可以是數(shù)字的,也可以是語言的;涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以是精確的,也可以是不精確的。而所有的語言或不精確的屬性指標(biāo),權(quán)重大小和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等都被相應(yīng)的表示成決策空間中的模糊子集或模糊數(shù)。利用廣義模糊合成算子對模糊權(quán)重矢量?ω和指標(biāo)值矩陣?F實(shí)行變換,得到模糊決策矢量?D:?D=?ω⊙?F=(?d1,?d2,?,?dm)(9)如何選擇恰當(dāng)?shù)哪:铣伤阕印押湍:判蚍椒ㄊ墙鉀Q模糊多屬性決策問題的關(guān)鍵。為體現(xiàn)“好中求好”的思想,以右模糊集極大值為收益類指標(biāo)的參照值,而以左模糊集極下值作為成本類指標(biāo)的參照標(biāo)準(zhǔn),并以海明距離為檢測尺度,先確定每一方案中的相對優(yōu)先指標(biāo),然后采用同樣的方式,通過對相對優(yōu)先指標(biāo)值的進(jìn)一步比較,從而確定問題的最佳方案。(2)計(jì)算表12r,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,①對模糊指標(biāo)值矩陣作歸一化處理如?xi是三角模糊數(shù),記為?xi=(ai,bi,ci)。對于收益類指標(biāo)值,設(shè)有m個(gè)指標(biāo)值,歸一化的模糊指標(biāo)值?ri?i=1,2,?,m.令(?)maxi=maxi{(?)i}(10)?ri=(aicmaxi,bibmaxi,ciamaxi∧1)(11)②確定相應(yīng)于評(píng)估集Ai的右模糊極大集:?ΜiR=maxR(?ri1R,?ri2R,?,?rinR)(12)具有隸屬函數(shù)μ?ΜiR(ri)=supri=ri1∨ri2∨?∨rin(ri1,ri2,?,rin)∈Rnmin{μ?ri1R(ri1),μ?ri2R(ri2),?,μ?rinR(rin)}(13)③計(jì)算右模糊集?rijR?j=1,2,?,n與右模糊極大集?ΜiR之間的海明距離:dR(?rijR??ΜiR)=∫S(?rijR∪?ΜR)|μ?rijR(x)-μ?ΜiR(x)|dx(14)令?rmaxi=min{dR(?rijR??ΜiR)}(15)④確定r?iRmax?i=1,2,?,m右模糊極大集:Μ?R=maxR(r?1Rmax,r?2Rmax,?,r?mRmax)(16)具有隸屬函數(shù):μΜ?R(r)=supr=r1∨r2∨?∨rm(r1,r2,?,rm)∈Rmmin{μr?1Rmax(r1),μr?2Rmax(r2),?,μr?nRmax(rn)}(17)⑤計(jì)算r?maxiR與Μ?R之間的海明距離:dR(r?iRmax?Μ?R)=∫S(r?iRmax∪Μ?R)|μr?iRmax(x)-μΜ?R(x)|dx(18)⑥按照r?maxiR與Μ?R之間海明距離從小到大順序排列各航空公司安全水平的順序。4不同權(quán)重信息的融合為評(píng)估航空公司安全水平,以國內(nèi)三家典型的航空公司為考察對象,分別以A1、A2和A3表示。數(shù)據(jù)的收集來源于兩方面:①客觀數(shù)據(jù),以航空公司提供的年報(bào)為準(zhǔn),如事故率等;②主觀屬性數(shù)據(jù),采用專家打分和調(diào)查相結(jié)合的方式獲取,用模糊屬性數(shù)的方式表示。鑒于建立了三級(jí)指標(biāo)體系,采用基于模糊和不確定信息的融合方法降低了數(shù)據(jù)獲取的難度,為科學(xué)評(píng)估航空公司安全水平提供了可能。整個(gè)評(píng)估過程分為三個(gè)步驟:階段1,采集數(shù)據(jù)。分別采集專家的權(quán)重信息,包括各子指標(biāo)和屬性的權(quán)重;采集主觀數(shù)據(jù)的模糊信息;采集客觀數(shù)據(jù)的報(bào)表信息;第二,由于專家受到認(rèn)識(shí)程度和偏好的影響,本文采用群決策的方法降低不同專家對信息精度的影響。以確定整體指標(biāo)權(quán)重為例,5個(gè)專家依次給出人、機(jī)、環(huán)境和管理4個(gè)指標(biāo)的權(quán)重為:ω1=[0.40,0.30,0.20,0.10]ω2=[0.35,0.35,0.10,0.20]ω3=[0.30,0.30,0.20,0.20]ω4=[0.30,0.30,0.15,0.25]ω5=[0.50,0.20,0.10,0.20]假設(shè)依次5個(gè)專家的可信度依次為:α1=0.80α2=0.90α3=0.75α4=0.75α5=0.70依據(jù)以上分析,調(diào)整后的權(quán)重判斷矩陣為:[0.32000.24000.16000.08000.20000.31500.31500.09000.18000.10000.22500.22500.15000.15000.25000.22500.22500.11250.18750.25000.35000.14000.07000.14000.3000]依據(jù)式(4)~(6),對5個(gè)專家的權(quán)重信息進(jìn)行融合,4次信息融合結(jié)果如表1所示。其中,第4次的信息融合結(jié)果有效融合了5個(gè)來源的信息,且不確定性已經(jīng)下降為0.064,基本可以忽略不計(jì)。本文中,各指標(biāo)權(quán)重就是以第4次信息融合的結(jié)果為準(zhǔn)。第三,針對子指標(biāo)和屬性值,對航空公司的整體安全情況進(jìn)行評(píng)估。將收集到的因素層的打分和權(quán)重,采用折算方法,確定指標(biāo)層各指標(biāo)的打分,依據(jù)式(12)~(18),得到模糊理想解M+,進(jìn)一步計(jì)算得到Dπ(r?1π,Μ?),Dπ(r?2π,Μ?)和Dπ(r?3π,Μ?)。具體結(jié)果如表2所示。通過計(jì)算和分析可以說明:①從表1的計(jì)算結(jié)果得出:當(dāng)前影響民航安全的因素,專家認(rèn)為其重要性依次為“人”、“機(jī)”、“管

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