飞机事件严重度模糊综合评价法

黄茜

摘要：随着我国大飞机战略的推进和国产客机投入运营，大飞机制造、测试、运营与维护中不断发现问题，积累了大量的问题数据。科学评价飞机事件严重度已成为大飞机设计、运营与“四性”管理需要迫切解决的新课题。论文借鉴国内外民机事件与问题数据管理的经验，建立了基于层次分析法的飞机事件多层次评价指标体系，提出了相应因素权重向量的计算方法，再根据模糊数学理论并按照评价结果划分的级别确定指标隶属度；建立飞机事件严重度模糊综合评价模型。研究成果可为民机事件严重度评价与管理提供借鉴。

【关键词】层次分析 问题数据 飞机事件 严重度 模糊评价法

问题数据是在民用大飞机设计、测试、运营、维护过程中发现的与设计预期不符合、对飞机运营安全性与可靠性造成消极影响的各类信息的统称。我国的民用大飞机研制正处于快速发展时期，特别是在我国自主研发的ARJ支线飞机投入商业运营和C919飞机的成功首飞已成为我国民用飞机发展的标志性成果。与此同时，在我国民用飞机发展中发现和积累了数量巨大的问题数据和飞机风险事件数据。美国的波音飞机公司和欧洲空中客车公司有完善的飞机问题数据和风险事件数据管理方法与标准。相比而言，我国的民用大飞机在这类数据方面的管理水平与当前大飞机快速发展的局面不相适应，如何有效管理与利用问题数据、科学分析飞机事件的严重度是迫切需要解决的问题。

1 飞机问题数据与飞机事件管理现状

问题数据是各种与设计预期不符合项或故障事件的统称。问题数据管理也主要是对故障事件进行管理。

GrB 841-1990《故障报告、分析和纠正措施系统》是我国现行的故障管理的军用标准，并被军方和民用飞机制造行业采用。该标准规定了故障采用“故障报告表、故障分析报告表及纠正措施实施报告表”的形式进行管理。

同时，国内己开始运用FRACAS系统进行飞机质量和可靠性的管理。该系统利用“信息反馈，闭环管理”的原理，防止故障再现，从而改善其可靠性。有效运行FRACAS既可以纠正已有故障，又可以对未来新产品发生类似的故障起到积极的预防，实施FRACAS应建立合理的工作流程来实现闭环，同时，通过数据库的积累，提供数据基础，可以将它作为一种知识储备，为设计提供参考信息，避免出现重复的设计问题。

但在实际飞机故障事件分析过程中，缺乏科学全面地飞机事件的严重度分析方法，使事件的风险等级确定很客观性差，导致制定的纠正措施针对性不强，无法有效避免同类或类似故障事件重复发生。

现在我国民用飞机事件风险的分析与评估方法包括FMEA、ETA、风险矩阵等，这些方法不能适应问题数据中（特别是故障事件）分析中具有模糊特征原因的分析。

2 飞机事件严重度多层次分析评价指标体系

2.1 模糊综合评价法

模糊集合理论（fuzzy sets）的概念于1965年由美国自动控制专家查德（L.A.Zadeh）教授提出，用以表达事物的不确定性。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有結果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。

飞机事件在故障原因、后果严重性及发生可能性等方面具有显著的不确定性特点，适合采用模糊综合评价法对其进行重要度分析。

2.2 评价指标体系

2.2.1 指标体系层次

飞机事件的严重度评价是一个系统的工作，建立合理的评价指标体系是进行科学、有效评价的前提。

层次分析法首先将分析对象的因素建立起彼此相关的递阶层次结构，清晰地反映出各相关因素之间的关系，可以利用较少的定性和定量的信息使决策过程数学化，从而使评价问题简化。按照层次分析法的分层原则，建立的综合评价指标体系，其结构如图l所示，从左到右依次是目标层、因素层和因子层。在该层次结构中，右边一层元素对其相关的左边一层元素的影响就是该右边一层元素对其相关左边一层元素的权重。

在该评价指标体系中，定量化与定性化因素同时存在，并且相互影响。通过层次分析法建立综合评价指标体系后，需对体系中各因素进行量化。飞机事件严重度综合评价结果划分为3个级别：紧急、严重和一般，用Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ表示。图1中各项因素对飞机事件严重度评价影响的限值，可以根据根据相关标准规范及专家的经验确定。但由于每个因素代表不同的物理意义，因此在对飞机事件严重度进行模糊综合评价前，需对各因素对应的原始数据标准化处理。

2.2.2 各因素的定义

各因素的定义如表1～表7所示。

（1）飞机事件风险类型。风险类型确定是判断事件风险类型的过程。事件的风险类别主要包括与飞机系统有关的风险、与飞机结构强度有关的风险等。当确定事件的风险类型后，通过组建相关的风险评估小组，对事件开展进一步的风险评估工作。

飞机系统事件的风险类型如表1所示。

（2）事件后果严重性等级。后果严重性等级确定是确定事件导致后果的严重性等级的过程。为了确定事件的后果严重性等级，应了解所观测事件在飞机运营过程中产生的实际后果，例如，对飞机、飞行机组以及乘客和客舱机组等的影响情况，根据表2中所列的相应等级划分来实现。

（3）事件发生可能性。飞机失效（故障）事件发生可能性等级主要依据每架飞机预期全寿命周期或特定型号一定数量飞机在总运行寿命时，飞机（失效或故障）事件发生的次数的来确定。这主要依靠可靠性数据或已有案例综合确定。

发生可能性概率确定是分析与计算事件发生的可能性概率。评定方法可以是定性分析也可以是定量分析，主要取决于掌握该事件信息和相关资料的详细程度。对于定性分析，主要是指结合实际的工程经验和表3的定义来估计该事件的发生可能性情况。对于定量分析，则是对大量数据进行统计、分析与计算，包括单机风险评估和机队风险。endprint

（4）故障原因。故障原因可以分为设计、工艺、操作、管理、器材与材料和软件六大类。如表4所示。

（5）问题数据分类。如表5所示。

同一级等级的问题对安全和运行的影响不同，如表7所示。

2.3 构建权重向量

通过专家经验法或者AHP层次分析法构建权重向量。考虑到在生成比较判断矩阵时是定性比较量化的结果，不需要进行精确计算，因此，只需采用简便的方法计算比较判断矩阵的最大特征值九max和所对应的排序向量f即权重向量）即可。建立权重向量后需进行归一化，并对权重向量矩阵进行一致性检验，一般要求矩阵一致性指标CR

3 飞机事件严重度模糊综合评价

3.1 建立因素集

因素集是指以所决策（评价）系统中影响评判的各种因素为元素所组成的集合，通常用U表示，即：

各元素Vl即代表各种可能的总评判结果。模糊综合评判的目的，就是在综合考虑所有影响因素基础上，从评判集中得出一最佳的评判结果。

本评价体系中，V共有三个等级，紧急、严重、一般。

3.4 建立各层级隶属度矩阵

3.5 多层次模糊综合评价

模糊综合评价是一个多级逆推的过程，先从最末2层相邻因素层开始计算，根据因素集的指标权重向量与模糊隶属度矩阵，不断往前推出上一级的模糊隶属度，从而可得到顶级目标层的模糊隶属度。

模糊综合决策模型为：

B=A·R

评判集V上的模糊子集，表示系统评判集诸因素的相对重要程度。

在得到评判结果后，需要在集值统计的基础上，进行规范化处理。现有规范化处理算法较多，根据问题数据重要度的单一属性很难达到最优（劣）值，因此在对评价数据的规范处理时，建议采用变化比较缓和的S形曲线变换，以免规范化后影响决策的质量。

S型变换：

4 结论

（1）论文通过对大飞机事件与问题数据管理特点的分析，提出问题数据为基础，层次分析与模糊综合评价法相结合，建立了飞机事件的严重度综合评价指标体系，共分为4个层次、70个因素，并明确定义了各个因素的含义。

（2）论文建立了飞机事件的严重度多层次综合模糊评价的方法和计算过程，提出了适用于基于层次分析法的数据规范化算法，保证评价结果的可信度。

（3）研究成果的应用有利于提高我国现有大飞机事件严重度评价的科学性与准确性，为大飞机事件的有效管理提供技术支持。

参考文献

[1]田永梅，浅谈FRACAS在产品故障管理过程中的应用[J].航空标准化与质量，2011 （02）：21-23.

[2]许珂，张晓强.FRACAS系统在提高产品运用可靠性方面的作用[J].铁道机车与动车，2015 （01）： 20-22.

[3]秦淋，杨春霞，刘义虎，民用飞机试飞数据协同平台的应用[J].数据采集与处理.2012：429-432.

[4]杨大光.基于熵的飞行安全多层次模糊综合评价方法[J].工业控制计算机，2017，30（02）： 89-91.

[5]趙京，杨聪，胡卫建.基于AHP-模糊综合评价法的轮履复合型搜索机器人性能评价及其软件开发[J].北京工业大学学报，2016， 42 （06）： 801-808.

[6]李宁，王李管，贾明涛，基于层次分析法的矿井六大系统模糊综合评价[J]，中南大学学报（自然科学版），2015，46 （02）： 631-637.