基于HFACS系统开展的冲压涡轮叶片人为损伤分析

来源:用户上传      作者:王家杰

　　摘要：而运输类航空器总装生产中因结构复杂、年产量较低，仍然依靠人作为产品总装的重要组成部分，但由人开展工作，且开展的工作为非重复性的劳动工作，因此人为因素不得不考虑，以进一步降低现有产品中人为因素质量问题占比较高的现状。本报告将从复杂装配制造的质量问题数据，分析阐述航空器总装制造环节所具有的一系列特点。并根据这些特点，利用HFACS（The Human Factors Analysis and Classification System）框架模型分析并形成总装制造环节电气装配人为因素质量问题的原因代码，作为HFACS框架模型的改进模型。运用具体质量案例结合改进后的HFACS框架模型对人为因素质量问题实际案例进行剖析。
　　关键词：微课;初中数学;应用
　　
　　一、HFACS理论框架模型及其适应性调整
　　1997年，Shappell和Wiegman应美国海军的邀请，完成了人为因素的相关研究，也就是HFACS（The Human Factors Analysis and Classification System）系统模型。HFACS系统模型分析了4个层次的因素，其中包括人的不安全行为、不安全行为的前提条件、不安全的监督以及组织影响。HFACS相关研究证明，HFACS适合用于各种外部因素复杂多变、极度依赖于人进行准确判断及操作的事故分析模型。基于各种原因，HFACS模型有一定的局限性，某型产品的总装过程需要结合HFACS的问题思考方向，为普通的偏离项目建立一套适用某型产品的人为因素代码系统，利于总结人为因素过程中发生的问题并开展改进工作。
　　按产品总装特点，重新对HFACS理论框架模型进行适应性的调整，调整后的框架模型拟称为HFACSSAMC（The Human Factors Analysis and Classification System for Shanghai Aircraft Manufacturing Co.），重新调整后的HFACSSAMC如下表所示。在开展原因分析时，同时建立的不合格代码便于对不同问题的原因进行统计。
　　二、利用HFACS模型开展冲压空气涡轮叶片损坏问题
　　冲压空气涡轮（英语：Ram Air Turbine，缩写：冲压空气涡轮）是航空器在发动机停车、辅助动力系统（APU）完全失效时使用的应急涡轮发电机组。因其英文缩写，它也被称为“老鼠”。它由航空器飞行时产生的冲压力驱动，为驾驶舱和飞行控制系统（电传操纵系统）提供有限的电力。机务在大场停机坪进行某型航空器飞行前的预先准备工作，机务按照任务单和工卡要求手动释放冲压空气涡轮。在进行地面冲压空气涡轮释放后，现场检查发现冲压空气涡轮顶端右边有长11mm，宽11mm的翘起损伤。
　　（一）沖压空气涡轮叶片损伤问题定位
　　经检查冲压空气涡轮舱门框内侧前部与叶片损伤相对应位置有接触痕迹，该接触痕迹反映出叶片的损伤是由于在冲压空气涡轮释放过程中叶片与门框相接触而产生的变形。
　　复查机上结构，满足航空器通用要求：运动件之间>25.4mm，运动件与固定结构>12.7mm，实际结果均>25.4mm，实际当确保叶片锁定后，释放环节也不存在其他方向多余震动。可以确定在当时事件发生时，是由于叶片未被提前锁定导致释放环节叶片提前发生转动，与结构发生干涉后发生叶片弯曲现象。
　　（二）冲压空气涡轮叶片未能锁定的人为因素分析
　　我们要求操作人员按照此前的操作步骤重新复现现场的操作步骤。其忽略了冲压空气涡轮涡轮上有警示标牌（警示：回收时确保叶片被锁定）及箭头，冲压空气涡轮发电机壳体上有警示标牌（警示：回收前箭头对齐）及箭头中要确保叶片被锁定的要求。
　　如没有确保其锁定机构起到效果，则该叶片会提前在冲压气流带动下发生旋转导致损伤。
　　1.从不安全行为方向开展分析
　　按照产品的设计，箭头对齐与叶片被锁销在锁槽内被锁定是互为等效关系，叶片实际未锁定代表了实际上箭头并未对齐。而通过现场问题的复现，证明了操作人员是知晓箭头对齐的相关要求并且根据操作要求执行的。实际冲压空气涡轮本体上的两处箭头之间距离较远，不易判断箭头是否对准，为此，我们随机抽选了52名操作人员，对两处箭头是否对齐进行目视判断。接近10%的员工会因视觉误差产生错觉，进而无法按要求完成装配工作。
　　且此设备上本应引起重视的红色警示标牌却未能引起实际操作者的注意，致使操作人员没能将叶片的锁定情况进行确认，缺失了相当重要的工序。该行为也直接导致没有采取手段对已完成的重要工作进行检查和复验。这是典型的技能差错，操作过程不存在违规的情况。
　　因此不安全行为被判断为技能差错、知觉差错。
　　2.不安全行为前提的分析
　　（1）叶片处的箭头有2处，任意一处箭头与壳体箭头对齐即可完成回收工作，“确保叶片锁定”的要求仅标识在一处箭头处，这即存在50%的可能导致操作人员没有看到其警示标识，设计人员没有被充分的培训“只要可能发生的事它就一定会发生”，更何况该处的概率高达了50%。
　　（2）操作人员并不具备对应的知识储备，其作为对于学历及英语要求并不高的操作员工，并不十分熟知红色警示标牌上的所述英语内容所代表的含义，从设计和工艺的角度没有考虑到操作人员所具备的知识储备，采用了超过知识局限的方式。
　　（3）红色警示作为航空行业运作多年采用的视觉识别系统，红色属于最高级别应予以警示的方式，而现场的操作人员未被培训，而导致缺乏这方面的意识。
　　（4）操作工人直接执行的工艺文件中并未提及操作过程中应按照红色警示标牌中所述英文内容进行操作，仅提及了应按照箭头对齐后的操作方式执行。文件信息不充分的问题直接导致了操作步骤缺失。
　　因此，不安全行为的前提被分析为对技能（英语阅读能力以及目视检查整齐的能力）要求过高、警示意识方面培训不充分、文件信息不充分。
　　3.在监督方面存在不足的分析
　　复查该工艺文件，监督的方式是采用工序检验的方式，即工序完成后由检验人员对完成情况进行检查。显然该检查方式不能检查到该工序的所有关键要素，对于是否锁止的关键要素，在完成冲压空气涡轮的回收工作后则不能再确认。
　　因此，不安全的监督方面被确定为监督计划不完善，没有采取过程监督的方式。
　　（三）改进策略
　　从监督角度着手，将充分条件甚至充要条件作为评价工序合格的重要指标，而不是此次事故中的必要条件，显而易见的是操作员工认为的“对准箭头”并不一定是真正的起到了锁止的作用。
　　在制造环节充分考虑工作语言的重要性，将操作人员需阅读、使用的文件用中文的形式予以体现。
　　从产品设计、文件编制环节充分考虑墨菲定律的重要性，要将可以预见的可能性采取充分的手段予以避免，对重要工序必须执行DFMEA及PFMEA。将操作员工作为机器延伸的一部分这个理念相对来说极其重要。也有部分人始终认为人是有自主意识，能够运用一些小技巧来完成工作，而这并不太适用于批量化生产。
　　将红色警示作为重要工作意识的培训对全员开展培训，以对红色部分引起警觉，严禁对红色警示置若罔闻。
　　某型航空器安装的冲压空气涡轮没有回收保护功能。而其它公司机型如空客A320航空器和波音777等航空器也有相似功能。冲压空气涡轮在回收的过程中，如果叶片没有正确锁定，冲压空气涡轮回收到一定角度后，控制盒会停止冲压空气涡轮回收，防止冲压空气涡轮收上造成损坏。某型航空器所安装的冲压空气涡轮没有类似功能，在叶片没有锁定的情况下可以继续回收。因此，改进该冲压空气涡轮的回收保护功能也是可预见的有效防错措施之一。
　　作者简介：王家杰（1987），男，汉族，浙江人，硕士，工程师，研究方向：质量改进。
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