Ｖｏ１．３５．Ｎｏ．３ Ｍａｒ，２０１０ 火力与指挥控制 Ｆｉｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ＆Ｃｏｍｍａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ 第３５卷第３期 ２０１０年３月 文章编号：１００２一Ｏ６４Ｏ（２Ｏ１０）Ｏ３—００９６—０４ 飞机维护保障人员可靠性评估模型 韩统 ，魏贤智 ，徐登武 ，李望西 ７１００３８，２．空军９４８５５部队，浙江衙州３２４０００） （１．空军工程大学工程学院，西安摘要：飞机维护保障人员可靠性对飞机系统作战效能有重要影响。分析了影响维护保障人员可靠性的因素，建立了单 个维护保障人员可靠性评估模型和典型地勤机组维护保障可靠性评估模型，最后对所建模型进行了实例计算，验证了所建模 型是合理、可行的。 关键词：地勤机组，维护保障，人员可靠性，评估 中图分类号：Ｎ９４５．１ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｈｕｍａｎ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ ｉｎ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｃｒｅｗ ｏｆ Ａｉｒｃｒａｆｔｓ ＨＡＮ Ｔｏｎｇ ，ＷＥＩ Ｘｉａｎ—ｚｈｉ ，ＸＵ Ｄｅｎｇ—ＷＵ。，ＩＡ Ｗａｎｇ—ｘｉ （１．Ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｘｉ’ａｎ ７１００３８，Ｃｈｉｎａ， ２．Ｕｎｉｔ ９４８５５ ｏｆ Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ，Ｑｕｚｈｏｕ ３２４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃｒｅｗ ｈａｓ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｔｏ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ａｉｒｃｒａｆｔｓ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃｒｅｗ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍａｎ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ ｃｒｅｗ ａｒｅ ｂｕｉｌｔ．Ａｔ ｌａｓｔ，ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄ ｃｒｅｗ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ，ｈｕｍａｎ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ 引 言 １ 影响维护保障人员可靠性的因素分析 由于飞机结构设计的进步，飞机制造中新技术 人的可靠性是指人对于系统的可靠性或可用性 的引入，以及以可靠性为中心的维修项目的开发等， 而言所必须完成的那些活动的成功概率，可以是相 飞机的安全性和可靠性不断提高。与此形成鲜明对 关人员维护保障或操作使用一种装备或武器时可能 比的是，维护保障领域中的人为差错问题却不断地 发生的差错比例或出现差错的相对频率，也可以是 显现出来。波音公司２０００年６月公布的飞行事故报 相关人员在执行给定任务时取得成功的相对频 告表明，由维护保障人员引起的人为差错已成为仅 率［２］。影响维护保障人员可靠性的因素包括个人因 次于飞机设计问题而造成重大事故的第二位因 素、作业环境因素和团队协作因素等几个方面： 素［】］。飞机维护保障质量的高低主要体现在维护保 ①个人因素。影响维护保障人员可靠性的因素 障人员的操作可靠性上，可见研究飞机维护保障人 很多，而且影响的程度也各不相同。总体来讲，包括 员可靠性对评估飞机系统作战效能有重要意义。 生理因素、心理因素和个人技能等。例如：由于人体 疲劳，造成人体机能的下降，操作可靠性降低；虽然 知道机器的工作原理，构造、维护规程方法和维修发 生差错后果，但由于责任心不强，不注重规章制度及 收稿日期；２００８—０９—２０ 修回臼期：２００９—０３—１１ 操作规程而发生“错、忘、漏”的人为差错，导致严重 作者简介：韩 统（１９８０一），男，山西朔州人，博士生，研 事故的发生，等等。 究方向：机载精确制导武器系统技术及作战效 ②作业环境因素。维护保障作业环境直接或间 能评估。 接地影响着维修工作。例如：在最佳工作环境温度 韩统，等：飞机维护保障人员可靠性评估模型 （总第３５～４４３） ・９７・ 下，人的工作效率高，差错发生率低，温度过高或过 低都会对人的工作产生不良影响；在噪声干扰下，维 修人员有时听不清别人的要求、提问，有时摸不准操 作位置，极易发生差错；工作时间对人的可靠性的影 响是最显著的，传统的人的可靠性分析方法就认为 人的可靠性随着时间的增长呈指数递减。 ⑧团队协作的因素。团队协作因素的影响体现 在地勤机组维护保障能力上。内部关系和谐的地勤 机组，各专业人员分工明确，工作中互相交流和沟通 频繁，不仅可以缩短作业时间，也能高效地完成任 务；组织管理不善、人员关系紧张的地勤机组，相互 交流较少，凝聚力下降，工作流程不畅通，不仅作业 时间紧张，而且在这样的环境下人的情绪会受到一 定影响，极易发生差错。 ２ 单个维护保障人员可靠性评估模型 考虑人失误的可修正性，即在良好反馈装置或 人员冗余条件下，人有发现先前失误并给予纠正的 能力，在广义人的可靠度中人的失误率的基础上，引 入人的修复率对维护保障人员的可靠性进行建模。 将一段时间内人的状态分为可靠工作状态（定 义为状态Ｏ）和不可靠工作状态（定义为状态１），见 图１。由可靠工作状态向不可靠工作状态转移定义 为人的失误，以人的失误率 （ｆ）来表示；由不可靠工 作状态向可靠工作状态转移定义为人的修复，以人 的修复率 （ ）来表示。这样，单个维护保障人员的 可靠度就是人处在状态０的概率Ｐ。（ ）。 图１人的两状态转移图 人在某一时刻ｆ＋ 处于可靠状态或是不可靠 状态取决于ｔ时刻所处状态以及在时间段 内是 否会出现状态转移。在 时间段内可能出现状态转 移的概率服从泊松分布［３］，即 Ｐ（是）＝ｅｘｐ［——０（ｆ）ｄ￡］ｏ（ｆ）ｄｆ］ ／ｋ！ （１） 式中ｋ为在时间段ｄｆ内出现状态转移的次数； ｏ（ ）为转移概率，取失误率 （￡）和修复率 （ ）其一。 在 时间段内没有出现失误，即ｋ一０且 ０（ ）一 （ ）的概率为： Ｐ（Ｏ）一ｅｘｐ厂一２（ｔ）ｄｔ］一１一 （ｆ）ｄｆ （２） 在 时间段内出现一次失误，即ｋ＝＝：１且 ０（￡）一 （ ）的概率为： Ｐ（１ ＩＯ一１）一２（ｔ）ｄｔ （３） 同样，在 时间段内出现一次修复，即ｋ：＝：１且 ０（￡）一 （￡）的概率为： Ｐ（１ ｌ １一Ｏ）一，ｕ（ｔ）ｄｔ （４） 这样，在ｆ＋ｄ 时刻人处于可靠工作状态（状态 ０）的概率依赖于两个相互独立的事件：ｔ时刻维护 保障人员处于状态０，ｄｔ时间段内状态没有发生变 化；ｔ时刻维护保障人员处于状态１，出时间段内由 状态１转移到状态０，即有： Ｐ。（ｆ＋ｄ￡）一Ｐ。（￡）Ｅ１一 （ｆ）ｄｆ］＋Ｐ１（ｆ）Ｖ／￣（ｔ）ｄｔ］ （５） 将式（５）整理为如下形式：． （ｄ／ｄｔ）Ｐｏ（￡）＋ （ｆ）Ｐ。（ｆ）一 （￡）Ｐ１（￡） （６） 同样，在ｆ＋ 时刻人员处于可靠工作状态（状 态１）的概率为： （ｄ／ｄｔ）Ｐ１（￡）＋ （ ）Ｐ１（ ）一 （￡）Ｐｏ（ ） （７） 显然，在ｔ时刻有如下关系 Ｐｏ（ ）＋Ｐ１（ｆ）一１ （８） 将式（８）代入式（６），可得 （ｄ／ｄｔ）Ｐｏ（ ）＋Ｅａ（ｔ）＋ （￡）］Ｐ０（￡）一 （ｆ） （９） 求解式（９），得到 Ｐ。（ｆ）一 ＋ ｅｘｐ｛一［ （ｆ）＋ ／ｔ（ｔ）］ｆ） （１Ｏ） 则据式（８），有 Ｐ１（ ＿１一Ｐ０（ 一 不。ｘ｛一Ｌ （ｅｘＰ（一 （ｆ）＋ （￡）Ｍ ）十 Ｌ ， （１１） Ｌｌ１） 上面推导中的失误率和修复率均为时间的函 数。事实上的确如此，据调查统计，人在一天中的不 同时间段内、一周中的不同天内、一年中的不同月内 失误率和修复率是有差异的 引。这种差异很难精确 量化，因此在模型中认为一个人或一个专业的人员 其失误率和修复率是常数。式（１Ｏ）和式（１１）简化为： 尸。（ ）＝ ＋ ｅｘｐ［－一（ ＋ ） ］ （１２） Ｐ１（ ）一 ＾＿＋ ＾＿ｅｘｐ［－一 ＋ ］ （１３） 这样， 为单位小时内的失误次数，其值可用一 个人或一个专业的人员一段时间内出现的人为操作 失误次数与总拆装次数的比值来近似代替； 为单 位小时内的修复次数，其值可用及时发现并纠正人 为失误的次数与总的操作失误次数的比值来近似代 替，而及时发现并纠正人为失误的次数用总的操作 失误次数减去由于人为失误造成的飞行延误、事故 征候、事故等的次数得到Ⅲ。 ３ 地勤机组可靠性评估模型 现代作战飞机的维护是需要多个专业的机务维 护人员协同完成的，所以影响一个地勤机组维护保 ・９８・ （总第３５—４４４） 火力与指挥控制 ２０１０年第３期 障能力的因素除了各专业人员个人保障能力外，还 与机组内部的团队协作能力密切相关。此外，作业环 境也是影响机组维护保障能力的重要因素，这样，一 机专个维能 械业人护力 个地勤机组维护保障能力的构成如图２所示。军专个维能 机组维护能力 械业人护力 电专个维能 子业人护力 团协能 队作力 图２机组维护能力影响因素 作环 业境 ３．１不考虑团队协作和作业环境的机组可靠度 飞机机种不同，维护保障的地勤机组的典型编 配与组成也不同。在此以典型的三代机为例进行分 析，因为三代机地勤机组各专业人员配置比较全面， 这样在分析其他机种时只需在此基础上去除不相关 专业即可。典型的三代机地勤机组构成包括机械师， 机械员和军械、特设、无线电、火控五类专业技术人 员。由于机械专业维护人员由机械师和机械员共同 构成，因此有必要把他们合成一个人力群的可靠性 来评估，在此称之为“机械群”。这样一个地勤机组的 可靠性就是其余４类专业人员和“机械群”各自可靠 性的串联关系，如图３所示。 垫堡登Ｈ垩堡卜Ｈ 壁 Ｈ 垡皇Ｈ 量 图３典型地勤机组组成 图中 Ｍ为不考虑团队协作和环境影响时地勤 机组的可靠度，即 ５ １＿１． Ｒ＾ｆ—Ｒｃ１Ｒｃ２Ｒｃ３ＪＲｃ４Ｒｃ５一ｌ Ｊ－Ｒａ （１４） ｌ＝１ 式中Ｒｃ１、尺ｃ２、Ｒｃ。、Ｒｃ 、Ｒｃｓ分别为“机械群”、军 械、特色、无线电、火控五类专业人员的可靠度。 在“机械群”中，机械师的重要性显然是高于机 械员。模型中以所有机械员（考虑２名）并联后再与 机械师串联求“机械群”的可靠度来体现这种差异， 这样“机械群”的可靠度Ｒｃ 为 Ｒｃｌ－－ＲＥＥ１一（１－－ＲＤ（１一尺 ）］ （１５） 其中Ｒ 为机械师的可靠度；Ｒ１Ｅ和雕分别为两 个机械员的可靠度。当同一类专业人员的失误率与 修复率相同时，机械师与机械员的可靠度就相同，即 ＲＥ－－Ｒ１一－Ｄ ２则式（１５）就为 Ｒｃｌ＝Ｒ ［１一（１一尺Ｅ） ］ （１６） 此时Ｒｅ为机械类专业人员的个人可靠度。 ３．２机组素质因子 团队协作因素对地勤机组维护保障能力的影响 体现在机组的优秀程度上。这可以从机组日常基本 维护的定性考评和机组保障的飞机无故障飞行时间 来衡量。例如某航空兵部队对无故障飞行时间在５Ｏ ｈ以上的机组定义为优质机组。在此定义一个机组 素质因子Ｋｒ作为衡量团队协作因素对地勤机组维 护保障能力的影响，并将机组素质分为优秀、良好和 一般３类，并将其量化如下： Ｋ ＝＝：｛１．０，０．９８，０．９６ Ｉ机组优秀，机组良好，机组一 般） （１７） ３．３作业环境影响因子 引入作业环境因子来定量描述作业环境对人操 作行为可靠性的影响，这样对地勤机组的可靠性既 考虑了团队协作这一内部因素，也包含了作业环境 这一外部因素，在理论上是比较全面的。 作业环境因子Ｋ 定义为特定环境下诱发人员 出现操作失误的概率，可以近似用特定环境下所有 人员出现的操作失误的次数占总的操作次数的百分 比来代替。这里的操作是指完成一项检查或进行一 次拆装。在定义作业环境因子Ｋ 时蕴含着一个基 本假设：特定作业环境对处于其中的所有维护保障 人员影响程度相同。 在此选用３个典型的环境因素［５］，即噪音、温 度、工作时间，采用多元线性回归的分析方法得到经 验回归方程，从而在给定环境下对作业环境因子Ｋ 进行预测评估。设Ⅳ，Ｔ ，ＡＴ分别对应工作时的平 均噪音、平均温度和维护保障人员一天中的作业时 间，则作业环境因子Ｋ 对应的线性回归模型为： ＫＥ一６ｏ＋６１Ｎ＋６２Ｔ￡＋６３ＡＴ （１８） 利用一定量的观测统计数据计算回归系数 ｂｉ（ ＝Ｏ一３）和误差分析所需的各参数值，如果回归 模型是满足显著性的，则可用于预测；若不满足，则 选用其它分析模型。此外，在数据样本较多的情况 下，也可用神经网络来训练样本数据，从而预测特定 环境下的作业环境因子 。在此引用文献Ｅ６－１中的 统计数据作为样本数据进行分析，得到经误差分析 后可接受的回归模型： ＫＥ一一ｏ．１２ｏ １＋ｏ．０００ ９Ｎ＋０．０００ ２Ｔ￡＋ ０．００８ １ＡＴ （１９） 这样，综合考虑地勤机组各专业人员可靠性、机 组内部团队协作因素和作业环境的机组可靠度ＲＭ 就可以表示为： ＲｊＩｆ—ＫＴ（１一ＫＥ）ＲＭ （２Ｏ） ４ 算 例 在对所建模型进行算例分析时，先做如下假设： ①地勤机组的执行任务时间ｔ为保障飞机一 个起落的平均时间。 韩统，等：飞机维护保障人员可靠性评估模型 （总第３５－－４４５） ・９９・ ②为简化计算，在此认为一个机组中各专业人 析系统研究［Ｊ］．航空维修．２００５（６）：４２—４３． 员的失误率和修复率相同。 ［２］ 班永宽．航空事故与人为因素［Ｍ］．北京：中国民航 ③整个维护过程中的劳动强度是一样的，即用 出版社，２００２． 平均劳动强度来考虑建模的有关问题。不同的工作 ［３］ Ｄｏｎ Ｏ Ｋ，Ｌｅｎｏａｃｈ Ｂ． Ｎ０ｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ 日如机械日、飞行日等劳动强度是不一样的，用不同 Ａｓｓｅｓｓｉｎｇ Ｈｕｍａｎ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９０，２６ 的平均劳动强度来区分不同的工作日［４，６３。 （３）：５８０—５８７． 下面以美军的Ｆ一１６Ａ和台湾地区的Ｆ一１６Ａ为 ［４］ 苏畅，董彦非，陈东林．单机维护保障系统人力可 例：二者装有同样的机炮和挂载同样的空空导弹，其 用性评估模型初探［Ｊ］．装备指挥技术学院学报， 飞机自身作战能力相同，但受各自地勤机组（假设都 ２００３，１４（５）：５－７． 出动自己的优质机组）的维护保障。不考虑维护保障 ［５］ 王立群．人的因素在维修上的应用［ｊ１．航空标准化 人员可靠性时，二者固有对空作战能力同为 与质量，２００１（３）：３４—３７． １３．５［７］。模型计算参数见表１，计算结果见表２。 ［６］ 张东方，葛志浩，陈东林．装备维护系统效能评估人 表１效能计算初始参数 素系数的建模与分析［Ｊ］．火力与指挥控制，２００５，３０ （６）：４６—４９． 飞机国别 Ａ ｔ Ｋｒ Ｎ 丁Ｅ ＡＴ 朱宝鎏，朱荣昌，熊笑非．作战飞机效能评估［Ｍ］．北 美国Ｆ一１６Ａ ０．００３ ０．１ １．５ １ １４５ ２８ ７ 京：航空工业出版社，１９９３． 台湾地区Ｆ—ｌ６Ａ ０．００５ ０．１ １．５ １ １４４ １５ ８ 表２考虑维护保障人员因素下的美军Ｆ一１６Ａ和台湾地区 Ｆ一１６Ａ评估结果 （上接第８５页） ５ 结 论 根据实现的过程，可以得出以下结论： ①考虑到构建的背景质量对系统性能有很大 的影响，采用一次背景处理、一次目标提取来构建初 由表２可以直观地看出维护保障人员可靠性对 始背景；②运用Ｏｎｅ～ａｇａｉｎｓｔ—Ｏｎｅ法，建立多分类 飞机作战能力的影响。在考虑地勤机组的因素后，不 器，能很好的解决识别速度和系统稳定性。⑧支持 同国家或地区即使装备同样的飞机，作战效能也是 向量机中的核函数选择很重要，正确的核函数能够 有差异的。由于保障维护人员存在一定程度上的不 有效的降低目标识别的错误率。④针对军事打击目 可靠性，Ｆ一１６Ａ飞机作战效能在原有作战能力上都 标种类多、特征差异大、样本获取代价高等因素造成 有所下降。由于人员训练以及对装备的熟悉程度不 军事目标分类难度大的问题，选择了支持向量机方 同，使得美军的Ｆ一１６Ａ飞机效能下降９．１７ ，而台 法作为学习分类方法。 湾地区的Ｆ一１６Ａ飞机效能则下降了１３．１３％。 大量的实验证明，上述介绍的检测算法能快速、 此外，从表２中还可以看出在维护保障人员的 有效地提取出各种目标特征参数，为实现军事目标 影响因素中，机组中个人可靠度的影响程度要重于 识别精确化打下了坚实的基础。 环境影响因子，这符合机务维护保障中“以人为本” 参考文献： 的思想，也为提高地勤机组的可靠性指明了途径。 ［１］ 李庆华．复杂背景条件下的红外图像中小目标的检 ５ 结 论 测［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工程大学，２００６． 分析了影响维护保障人员可靠性的各种因素。 ［２３ 赵忠明．高分辨率遥感图像分类技术研究［Ｄ］．北 建立了单个维护保障人员可靠性评估模型和典型地 京：中国科学院研究生院，２００６． 勤机组维护保障可靠性评估模型。最后以算例验证 ［３］ 范．彬，冯云松．支持向量机在红外成像自动目标 识别中的应用［Ｊ］．红外技术，２００７，２９（１）：２１—２７． 了模型的可行性。算例分析表明，所建模型对合理组 ［４］ 毛洁娜．于 龙，林莹莹．无人机遥感应用及红外载 织人力资源，充分发挥地勤机组效能提供了科学的 荷研究口］．红外，２００７，２８（２）：３８—４４． 量化手段，并为提高地勤机组的可靠性指明了途径。 Ｅ５］ Ｖａｐｎｉｋ Ｖ Ｎ．Ｔｈｅ Ｎａｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｏｆ Ｌｅａｒｎｉｎｇ 参考文献： Ｔｈｅｏｒｙ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：ＳｐｒｉｎｇｅｒＶｅｒｌａｇ，１９９５． —［６３ 马轮基，马瑞升，林宗桂．微型无人机遥感应用初探 ［１］ 李克武，郭建胜，周长飞．航空维修人为因素事故分 口］．广西气象，２００５，２６（增刊）：１３１—１３４．