基于HFACS模型的通航训练飞机刹车失效分析

张宗伟

摘  要：通过对通航训练飞机刹车系统失效不安全事件开展工程调查，指出刹车失效的危害，运用HFACS模型查找分析事件发生的根本和系统原因，并针对失效致因分析提出针对性安全建议，以进一步夯实训练飞行安全基础，促进通航安全、可持续发展。

关键词：HFACS模型;刹车失效;铆接;安全建议

中图分类号：V267 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）24-0001-04

Abstract： Through the engineering investigation on the unsafe incident of brake system failure of flight training aircraft， the harm of brake failure is pointed out， the fundamental and systematic causes of the incident are found and analyzed by using HFACS model， and targeted suggestions on safety are put forward according to the failure cause analysis， so as to further consolidate the foundation of training flight safety and promote navigation safety and sustainable development.

Keywords： HFACS model; aircraft brake failure; riveting; suggestion on safety

引言

为促进我国通航发展，真正实现中国民航“两翼齐飞”，当前我国通航的管理主体方针是“分类管理，放管结合”，而其中主要突出“放”。放的主要目的是促进通航尽快热起来，飞起来。在这一过程中，只有安全的放飞才能确保通航业的良性可持续发展。我国通航安全基础差，底子薄，管理理念和手段相对落后。我国引入国际民航安全风险管理理念已有数十年，而如何让安全风险管理真正有效落地，让安全风险管理的理念和手段真正运用到实际工作中，真正打通安全风险管理的最后一公里，成为我国民航当前安全管理工作的瓶颈。针对通航具體不安全事件，利用有效安全风险管理分析工具开展风险分析和研究，不仅对于“放、管、服”政策大背景下，落实国家有关通航发展“安全第一，创新驱动”具体要求，确保通航业良性、可持续发展具有重要意义，同样对于运输航空也具有重要的借鉴意义。

HFACS模型[1]相比传统的SHELL模型[2]和Reason模型[3]在人为因素分析上，解决了人的失误理论和实践应用长期分离的状态，填补了人的失误领域一直没有操作性强的理论框架的空白[4]。由于HFACS模型在分析层级上更具体，更详实，因此实用性更强，对整个系统结构与致因间的相互关系分析更深入。卢箫剑[5]等应用HFACS模型对无人机事故进行人因分析。武耀罡[6]等应用HFACS对飞机维修人为因素分析。各种研究证实HFACS能够有效分析航空不安全事件中的人为致因。本文利用HFASC模型分析工具，针对一起典型的通航飞机刹车系统失效不安全事件进行致因分析，力求找出导致事件发生的关键人为因素和组织因素，以便从系统层面防止类似不安全事件的再次发生。

1 刹车失效案例

1.1 刹车失效经过

2018年9月，某飞行训练机组驾驶C172R/B-×××号飞机执行带飞训练任务。13：55左右，该机在20号跑道着陆并正常减速，由D道口脱离滑回。当滑行到主滑行道上以后，机组使用刹车过程中听见左侧刹车有金属卡阻异响，随即左刹车踏板变空行程。飞行机组立刻收油门慢车减速并报告塔台。随后在塔台指挥下，在主滑行道关车，由机务牵引推回机库，飞机无损伤。经机务初步检查发现左轮内侧刹车压力板上刹车片缺失，一颗刹车片铆钉断裂，左刹车踏板空行程，左刹车失效。

1.2 刹车失效调查

（1）飞机情况：该机为美国塞斯纳公司生产，该机检查维修记录证实，该机已按照局方批准的维修方案完成了相关的维护工作，飞机“三证”现行有效，自该机型2006年引进以来，未发生由于刹车片断裂导致的刹车失效。

（2）事后现场勘察发现：沿飞机滑行轨迹，在滑行道上找到左侧刹车系统脱落部件依次为：铆钉②、断裂刹车片大端、断裂刹车片小端（见图1）。初步分析故障原因可能为：该机从联络道转向滑行道，转弯使用刹车时，左侧刹车片承受载荷在铆钉①处断裂，由于刹车未完全松开，在刹车活塞作用下，刹车片紧贴刹车圆盘，这时刹车片整体在位并未脱落。此时机轮继续转动，刹车片大端受到向下作用力，致使铆钉②承受较大的剪切力。当铆钉②承受的剪切力达到极限，导致铆钉②剪断。飞机进入滑行道，飞行人员松开刹车正常滑行时，断裂的铆钉②先行脱落，随后断裂刹车片大端和断裂刹车片小端依次也掉了下来（此时铆钉①仍在位并未脱落）。当飞行人员再次采取飞机制动时，因左侧刹车组件缺失一块刹车片导致左侧刹车失效（见图2）。

1.3 刹车失效危害

（1）飞机刹车系统的功用。飞机刹车系统的主要功用是使飞机在地面滑跑或滑行时减速，同时还具有制动和帮助转弯的作用。在地面运动过程中，除了机体受到的气动阻力对飞机减速有一定帮助外，小型训练飞机唯一可控制的减速手段就是刹车。它必须提供足够的刹车能量使飞机在一定距离内停住;在地面发动机达到正常转速，刹车必须能刹住飞机不动。所以刹车系统工作是否正常对飞机运行安全至关重要。为了获得高效率刹车，必须确保刹车系统中每一个组件都能正常工作，并且具有相同的刹车性能[7]。

（2）飞机刹车的基本原理。刹车装置的基本原理是利用静止的刹车片与随机转动的刹车盘之间产生摩擦力，增大机轮的阻滚力矩，达到刹车减速的目的。苏华礼在对飞机刹车盘铆钉加工工艺过程的探讨中提到“飞机用刹车铆钉和一般铆钉相比较，工作环境极为恶劣从刹车开始到刹车结束。由于飞机速度的急剧降低和巨大的惯性力，造成摩擦片的急剧摩擦，刹车动能转化为热能，刹车盘的表面温度可达1000℃以上，铆钉承受强烈的热冲击[8]”。刹车片的更换铆接是一项十分重要的工作。杨文堂等在飞机机轮炭/炭刹车盘金属件铆接工艺分析中认为金属件的铆装一般在冷态下进行，要使金属件与炭/炭盘齿面和齿侧配合好，在加工过程中，各工件的精度公差值要有一定的要求，不能太紧或太松。配合太紧，金属件与炭/炭盘、铆钉不能顺利组装，铆接组装非常困难 ，有时过紧还会破坏炭/炭盘 的齿表面，挤裂铆钉孔，对质量有影响。如配合太松，钢夹与炭/炭盘配合不紧密，刹车时钢夹可能冲击炭/炭盘，铆钉在铆孔内窜动，这样反复多次，会使铆钉孔扩大，钢夹、铆钉更加松动，进一步加大冲击，甚至破坏炭/炭盘传动齿[9]。孙永全等在基于累积磨损量分布的飞机刹车片可靠性分析中认为飞机在滑跑减速或降落中，通过刹车片与刹车盘配合，构成摩擦副产生摩擦，达到刹车减速、停机的目的。刹车片与刹车盘的相互摩擦会引起表面材料的流失和转移。刹车片的耐磨性远低于刹车盘，成为刹车系统可靠性的薄弱環节，需要通过定期检查刹车片厚度、更换刹车片，保证飞机具有稳定的刹车性能[10]。各种分析研究表明，刹车系统对飞行运行安全具有重要的的作用。如果案例中刹车失效发生在着陆滑跑阶段，飞机将更难控制，可能会冲出跑道，甚至酿成一起事故。刹车片是决不能忽视的配件，如果出现异常将会影响制动，对飞行安全至关重要。

2 运用HFACS模型进行分析

2.1 HFACS模型基本介绍

HFACS模型能够专门定义里森“瑞士奶酪”模型中的隐性差错和显性差错，因此可以作为事故调查和分析的工具使用，HFACS模型描述了四个层次的失效。用HFACS模型分析事件致因有很多方式，最简洁明了的方式就是从事件结果往回找。

2.2 用HFACS模型分析

根据刹车系统工作所对应的层次（不安全行为、不安全行为的前提、不安全监督或者组织影响）进行逐层分析，这个分析实际上就是层层推进，抽丝剥茧的过程。

（1）不安全行为。在这次训练飞机不安全事件中最直接的原因就是刹车片脱落，造成刹车失效。由于通航的运行特点，与运输航空不一样，分工更宽泛，对于刹车片的更换往往都是由本单位自己修理完成。刹车片非正常断裂脱落，事后调查铆接脱落铆钉孔侧还有不规则锁链孔，铆钉孔损伤超标却没有发现，造成刹车过程铆钉局部承受过载，铆接工作人员操作不规范。这属于航空维修不安全行为。继续分析确定该不安全行为是属于差错还是违规。由于铆接工作人员没有主观犯错的因素，可以被认定为是一个差错。

接下来我们要确定是什么类型的差错（技能差错、决策差错、感知差错）。由于刹车组件自2006年飞机引进以来，反复进行翻修使用，持续多年的循环使用，固定刹车片的铆钉孔反复进行铆钉的拆装，铆钉孔的直径大小和孔磨损情况未引起重视和关注，不安全事件发生后，对其中一批次总共106件待修刹车组件进行分解，有17个刹车组件出现一颗铆钉松动，有16个刹车组件出现全部2颗铆钉松动，（17+16）/106=31.3%，超过三成的刹车片安装铆钉出现问题，铆接中对孔的变化发现不及时，这是感知差错。另外，既便是铆钉孔合乎标准，但铆接人员对铆接镦紧的执行不统一，同样也会造成铆钉的松动，这是技能差错。当然这不是操作人员有意识的决定，因此，不属于决策差错。

另外，刹车组件在飞行运行阶段，经历了大量的飞行时间，期间飞机做了数次不同级别的定检，在每次定检中对应工作单中都有对飞机刹车组件的检查项目，直到滑行中刹车片断裂脱落都未能及时发现，这属于技能差错。

（2）不安全行为的前提。刹车组件翻修是长期从事的工作，由航空维修部门下面的修理班组进行，在修理班组的职责范畴中，刹车组件翻修只是其繁重工作中极少的一部分，修理部门还承担了大量的其他航空器修理任务，因而在刹车组件的翻修中存在质量把控不统一，没有把握好最后的关口的现象，该行为是不标准的操作中的班组资源管理不善。

（3）到目前为止，我们关注的仅仅是刹车组件翻修及日常检查。但是，使得HFACS在事故调查时特别有用的原因是，它能鉴别出系统上层的致因因素——监督和组织的层次。

航空维修有专门的质量管理部门，其关注的重点是航线及定检工作，对修理班组从事的刹车组件翻修基本上就很少涉及，还有在各级飞机定检，机务人员都未能检查出来，工作单执行不彻底，质量部门在定检中的监控不到位，这些都属于不安全的监督中的监督不充分。

另外在调查刹车组件翻修情况时，从事铆接的工作人员曾提到，刹车片固定铆钉松动并不是最近出现，其中关于铆接标准及铆接工艺还在整个维修部门技术会上讨论过，但由于在飞机运行中没有出现故障而一直就这样维持，整个维修系统在技术修正和工艺调整上未及时跟进，这是不安全的监督中的问题未解决。

再者，由于航空器维修部门已经知道翻修工艺和翻修工具存在安全隐患，但迟迟没有整改，航空器包括航空器部件维修的进度变成了影响安全的变量，且它超出了监督人员的监督能力范围。此因素应属于组织影响范畴，确切讲是组织过程当中存在重视程度不够。

（4）通过使用HFACS模型对此不安全事件分析结果进行总结可得出表1、2、3、4。

2.3 分析结论

通过以上分析发现，此次不安全事件和其他多数航空维修导致的事故一样，通常都可以在很多层次上进行预防（见图3）。

作为重要的基础性工作，在组织管理上有盲点，有死角，特别是在安全管理上基础还比较薄弱，安全组织架构还有待完善的通航，其各级组织缺少对下一级的监督，组织自身的失职也是存在的。

铆接工作人员责任也很明显，没有严格落实各种程序、翻修工艺，思想麻痹、工作作风不严谨、维修经验和技术水平欠缺导致这起典型人为原因不安全事件。

3 安全建议

从组织架构上，进一步充实通航安全风险管理，增强风险分析和管理能力。

从组织角度出发，在各工作流程中进一步加强监督，对发现的问题及时进行闭环。

从技术角度，完善刹车组件翻修硬件，启用专业的铆接工装，修订刹车片翻修工艺，减少人为因素犯错的几率。

从运行角度，增加飞机定检检查频度和广度，从制度上降低刹车组件在运行中的风险，为此在例行的定检工作单中增加了每50小时分解刹车组件进行检查的项目。

让每一次刹车都更加有效，让每一次飞行都更加安心。

参考文献：

[1]Wiegmann.D.A.，Shappell S.A.The Human Factor A-nalysis and Classification System-HFACS DOT/FAA/AM-00/7[R].Washington： Office of Aviation Medicine，2000.

[2]Edwards E.，Wiener E.，Nagel D.Human factors in avia-tion[M].San Diego： Academic Press，1988.

[3]Reason J.Human error[M]. New York： Cambridge University Press，1990.

[4]张正勋.HFACS在民航训练飞行人为差错分析中的应用[D].四川电子科技大学，2010.

[5]卢箫剑，贺强.基于HFACS的无人机事故人因分析[J].科技风，2017（9）：245.

[6]武耀罡，徐建新，马超，等.基于改进HFACS的飞机维护维修人为因素分析[J].中国民航大学学报，2018，36（05）：43-47.

[7]郝勁松.活塞发动机飞机结构与系统（ME-PA）[M].兵器工业出版社，2007.

[8]苏华礼，张树斌，马明山.对飞机刹车盘铆钉加工工艺过程的探讨[J].机械工程师，1997（03）：26-27.

[9]杨文堂，赵平生.飞机机轮炭/炭刹车盘金属件铆接工艺分析[J].湖南有色金属，2007（02）：47-50.

[10]孙永全，刘剑，任和.基于累积磨损量分布的飞机刹车片可靠性分析[J].航空维修与工程，2015（01）：85-88.