基于HFACS模型的通航訓練飛機剎車失效分析

張宗偉

摘 ?要：通過對通航訓練飛機剎車系統失效不安全事件開展工程調查，指出剎車失效的危害，運用HFACS模型查找分析事件發生的根本和系統原因，并針對失效致因分析提出針對性安全建議，以進一步夯實訓練飛行安全基礎，促進通航安全、可持續發展。

關鍵詞：HFACS模型;剎車失效;鉚接;安全建議

中圖分類號：V267 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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

為促進我國通航發展，真正實現中國民航“兩翼齊飛”，當前我國通航的管理主體方針是“分類管理，放管結合”，而其中主要突出“放”。放的主要目的是促進通航盡快熱起來，飛起來。在這一過程中，只有安全的放飛才能確保通航業的良性可持續發展。我國通航安全基礎差，底子薄，管理理念和手段相對落后。我國引入國際民航安全風險管理理念已有數十年，而如何讓安全風險管理真正有效落地，讓安全風險管理的理念和手段真正運用到實際工作中，真正打通安全風險管理的最后一公里，成為我國民航當前安全管理工作的瓶頸。針對通航具體不安全事件，利用有效安全風險管理分析工具開展風險分析和研究，不僅對于“放、管、服”政策大背景下，落實國家有關通航發展“安全第一，創新驅動”具體要求，確保通航業良性、可持續發展具有重要意義，同樣對于運輸航空也具有重要的借鑒意義。

HFACS模型[1]相比傳統的SHELL模型[2]和Reason模型[3]在人為因素分析上，解決了人的失誤理論和實踐應用長期分離的狀態，填補了人的失誤領域一直沒有操作性強的理論框架的空白[4]。由于HFACS模型在分析層級上更具體，更詳實，因此實用性更強，對整個系統結構與致因間的相互關系分析更深入。盧簫劍[5]等應用HFACS模型對無人機事故進行人因分析。武耀罡[6]等應用HFACS對飛機維修人為因素分析。各種研究證實HFACS能夠有效分析航空不安全事件中的人為致因。本文利用HFASC模型分析工具，針對一起典型的通航飛機剎車系統失效不安全事件進行致因分析，力求找出導致事件發生的關鍵人為因素和組織因素，以便從系統層面防止類似不安全事件的再次發生。

1 剎車失效案例

1.1 剎車失效經過

2018年9月，某飛行訓練機組駕駛C172R/B-×××號飛機執行帶飛訓練任務。13：55左右，該機在20號跑道著陸并正常減速，由D道口脫離滑回。當滑行到主滑行道上以后，機組使用剎車過程中聽見左側剎車有金屬卡阻異響，隨即左剎車踏板變空行程。飛行機組立刻收油門慢車減速并報告塔臺。隨后在塔臺指揮下，在主滑行道關車，由機務牽引推回機庫，飛機無損傷。經機務初步檢查發現左輪內側剎車壓力板上剎車片缺失，一顆剎車片鉚釘斷裂，左剎車踏板空行程，左剎車失效。

1.2 剎車失效調查

（1）飛機情況：該機為美國塞斯納公司生產，該機檢查維修記錄證實，該機已按照局方批準的維修方案完成了相關的維護工作，飛機“三證”現行有效，自該機型2006年引進以來，未發生由于剎車片斷裂導致的剎車失效。

（2）事后現場勘察發現：沿飛機滑行軌跡，在滑行道上找到左側剎車系統脫落部件依次為：鉚釘②、斷裂剎車片大端、斷裂剎車片小端（見圖1）。初步分析故障原因可能為：該機從聯絡道轉向滑行道，轉彎使用剎車時，左側剎車片承受載荷在鉚釘①處斷裂，由于剎車未完全松開，在剎車活塞作用下，剎車片緊貼剎車圓盤，這時剎車片整體在位并未脫落。此時機輪繼續轉動，剎車片大端受到向下作用力，致使鉚釘②承受較大的剪切力。當鉚釘②承受的剪切力達到極限，導致鉚釘②剪斷。飛機進入滑行道，飛行人員松開剎車正常滑行時，斷裂的鉚釘②先行脫落，隨后斷裂剎車片大端和斷裂剎車片小端依次也掉了下來（此時鉚釘①仍在位并未脫落）。當飛行人員再次采取飛機制動時，因左側剎車組件缺失一塊剎車片導致左側剎車失效（見圖2）。

1.3 剎車失效危害

（1）飛機剎車系統的功用。飛機剎車系統的主要功用是使飛機在地面滑跑或滑行時減速，同時還具有制動和幫助轉彎的作用。在地面運動過程中，除了機體受到的氣動阻力對飛機減速有一定幫助外，小型訓練飛機唯一可控制的減速手段就是剎車。它必須提供足夠的剎車能量使飛機在一定距離內停住;在地面發動機達到正常轉速，剎車必須能剎住飛機不動。所以剎車系統工作是否正常對飛機運行安全至關重要。為了獲得高效率剎車，必須確保剎車系統中每一個組件都能正常工作，并且具有相同的剎車性能[7]。

（2）飛機剎車的基本原理。剎車裝置的基本原理是利用靜止的剎車片與隨機轉動的剎車盤之間產生摩擦力，增大機輪的阻滾力矩，達到剎車減速的目的。蘇華禮在對飛機剎車盤鉚釘加工工藝過程的探討中提到“飛機用剎車鉚釘和一般鉚釘相比較，工作環境極為惡劣從剎車開始到剎車結束。由于飛機速度的急劇降低和巨大的慣性力，造成摩擦片的急劇摩擦，剎車動能轉化為熱能，剎車盤的表面溫度可達1000℃以上，鉚釘承受強烈的熱沖擊[8]”。剎車片的更換鉚接是一項十分重要的工作。楊文堂等在飛機機輪炭/炭剎車盤金屬件鉚接工藝分析中認為金屬件的鉚裝一般在冷態下進行，要使金屬件與炭/炭盤齒面和齒側配合好，在加工過程中，各工件的精度公差值要有一定的要求，不能太緊或太松。配合太緊，金屬件與炭/炭盤、鉚釘不能順利組裝，鉚接組裝非常困難 ，有時過緊還會破壞炭/炭盤 的齒表面，擠裂鉚釘孔，對質量有影響。如配合太松，鋼夾與炭/炭盤配合不緊密，剎車時鋼夾可能沖擊炭/炭盤，鉚釘在鉚孔內竄動，這樣反復多次，會使鉚釘孔擴大，鋼夾、鉚釘更加松動，進一步加大沖擊，甚至破壞炭/炭盤傳動齒[9]。孫永全等在基于累積磨損量分布的飛機剎車片可靠性分析中認為飛機在滑跑減速或降落中，通過剎車片與剎車盤配合，構成摩擦副產生摩擦，達到剎車減速、停機的目的。剎車片與剎車盤的相互摩擦會引起表面材料的流失和轉移。剎車片的耐磨性遠低于剎車盤，成為剎車系統可靠性的薄弱環節，需要通過定期檢查剎車片厚度、更換剎車片，保證飛機具有穩定的剎車性能[10]。各種分析研究表明，剎車系統對飛行運行安全具有重要的的作用。如果案例中剎車失效發生在著陸滑跑階段，飛機將更難控制，可能會沖出跑道，甚至釀成一起事故。剎車片是決不能忽視的配件，如果出現異常將會影響制動，對飛行安全至關重要。

2 運用HFACS模型進行分析

2.1 HFACS模型基本介紹

HFACS模型能夠專門定義里森“瑞士奶酪”模型中的隱性差錯和顯性差錯，因此可以作為事故調查和分析的工具使用，HFACS模型描述了四個層次的失效。用HFACS模型分析事件致因有很多方式，最簡潔明了的方式就是從事件結果往回找。

2.2 用HFACS模型分析

根據剎車系統工作所對應的層次（不安全行為、不安全行為的前提、不安全監督或者組織影響）進行逐層分析，這個分析實際上就是層層推進，抽絲剝繭的過程。

（1）不安全行為。在這次訓練飛機不安全事件中最直接的原因就是剎車片脫落，造成剎車失效。由于通航的運行特點，與運輸航空不一樣，分工更寬泛，對于剎車片的更換往往都是由本單位自己修理完成。剎車片非正常斷裂脫落，事后調查鉚接脫落鉚釘孔側還有不規則鎖鏈孔，鉚釘孔損傷超標卻沒有發現，造成剎車過程鉚釘局部承受過載，鉚接工作人員操作不規范。這屬于航空維修不安全行為。繼續分析確定該不安全行為是屬于差錯還是違規。由于鉚接工作人員沒有主觀犯錯的因素，可以被認定為是一個差錯。

接下來我們要確定是什么類型的差錯（技能差錯、決策差錯、感知差錯）。由于剎車組件自2006年飛機引進以來，反復進行翻修使用，持續多年的循環使用，固定剎車片的鉚釘孔反復進行鉚釘的拆裝，鉚釘孔的直徑大小和孔磨損情況未引起重視和關注，不安全事件發生后，對其中一批次總共106件待修剎車組件進行分解，有17個剎車組件出現一顆鉚釘松動，有16個剎車組件出現全部2顆鉚釘松動，（17+16）/106=31.3%，超過三成的剎車片安裝鉚釘出現問題，鉚接中對孔的變化發現不及時，這是感知差錯。另外，既便是鉚釘孔合乎標準，但鉚接人員對鉚接鐓緊的執行不統一，同樣也會造成鉚釘的松動，這是技能差錯。當然這不是操作人員有意識的決定，因此，不屬于決策差錯。

另外，剎車組件在飛行運行階段，經歷了大量的飛行時間，期間飛機做了數次不同級別的定檢，在每次定檢中對應工作單中都有對飛機剎車組件的檢查項目，直到滑行中剎車片斷裂脫落都未能及時發現，這屬于技能差錯。

（2）不安全行為的前提。剎車組件翻修是長期從事的工作，由航空維修部門下面的修理班組進行，在修理班組的職責范疇中，剎車組件翻修只是其繁重工作中極少的一部分，修理部門還承擔了大量的其他航空器修理任務，因而在剎車組件的翻修中存在質量把控不統一，沒有把握好最后的關口的現象，該行為是不標準的操作中的班組資源管理不善。

（3）到目前為止，我們關注的僅僅是剎車組件翻修及日常檢查。但是，使得HFACS在事故調查時特別有用的原因是，它能鑒別出系統上層的致因因素——監督和組織的層次。

航空維修有專門的質量管理部門，其關注的重點是航線及定檢工作，對修理班組從事的剎車組件翻修基本上就很少涉及，還有在各級飛機定檢，機務人員都未能檢查出來，工作單執行不徹底，質量部門在定檢中的監控不到位，這些都屬于不安全的監督中的監督不充分。

另外在調查剎車組件翻修情況時，從事鉚接的工作人員曾提到，剎車片固定鉚釘松動并不是最近出現，其中關于鉚接標準及鉚接工藝還在整個維修部門技術會上討論過，但由于在飛機運行中沒有出現故障而一直就這樣維持，整個維修系統在技術修正和工藝調整上未及時跟進，這是不安全的監督中的問題未解決。

再者，由于航空器維修部門已經知道翻修工藝和翻修工具存在安全隱患，但遲遲沒有整改，航空器包括航空器部件維修的進度變成了影響安全的變量，且它超出了監督人員的監督能力范圍。此因素應屬于組織影響范疇，確切講是組織過程當中存在重視程度不夠。

（4）通過使用HFACS模型對此不安全事件分析結果進行總結可得出表1、2、3、4。

2.3 分析結論

通過以上分析發現，此次不安全事件和其他多數航空維修導致的事故一樣，通常都可以在很多層次上進行預防（見圖3）。

作為重要的基礎性工作，在組織管理上有盲點，有死角，特別是在安全管理上基礎還比較薄弱，安全組織架構還有待完善的通航，其各級組織缺少對下一級的監督，組織自身的失職也是存在的。

鉚接工作人員責任也很明顯，沒有嚴格落實各種程序、翻修工藝，思想麻痹、工作作風不嚴謹、維修經驗和技術水平欠缺導致這起典型人為原因不安全事件。

3 安全建議

從組織架構上，進一步充實通航安全風險管理，增強風險分析和管理能力。

從組織角度出發，在各工作流程中進一步加強監督，對發現的問題及時進行閉環。

從技術角度，完善剎車組件翻修硬件，啟用專業的鉚接工裝，修訂剎車片翻修工藝，減少人為因素犯錯的幾率。

從運行角度，增加飛機定檢檢查頻度和廣度，從制度上降低剎車組件在運行中的風險，為此在例行的定檢工作單中增加了每50小時分解剎車組件進行檢查的項目。

讓每一次剎車都更加有效，讓每一次飛行都更加安心。

參考文獻：

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[4]張正勛.HFACS在民航訓練飛行人為差錯分析中的應用[D].四川電子科技大學，2010.

[5]盧簫劍，賀強.基于HFACS的無人機事故人因分析[J].科技風，2017（9）：245.

[6]武耀罡，徐建新，馬超，等.基于改進HFACS的飛機維護維修人為因素分析[J].中國民航大學學報，2018，36（05）：43-47.

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[10]孫永全，劉劍，任和.基于累積磨損量分布的飛機剎車片可靠性分析[J].航空維修與工程，2015（01）：85-88.