作者注:CDT Kathryn Seyer 是西点军校系统工程专业的大四学生。这项研究是在 Edward Londner 先生的指导下作为荣誉计划要求的一部分完成的。CDT Seyer 感谢系统工程系对这项研究的支持。CDT Seyer 还要感谢 Ronald Carson 博士对这项研究的支持。摘要:波音 737 MAX 8 飞机因 6 个月内发生的两起致命坠机事故而停飞。本研究的目的是将系统思维方法应用于导致这两起坠机事故的原因。目前很少有官方数据详细说明坠机原因,但使用系统思维来分析大局仍然很有价值。这项研究得出的结论是,两起致命事故是波音 737 MAX 8 系统在开发、测试和实施阶段出现的许多技术、管理和运营问题造成的。关键词:波音 737 MAX 8、航空事故、安全系统、工程管理、技术故障
上周,CDC 召开新闻发布会,正式宣布了他们的 6600 系统。据我所知,开发该系统的实验室只有 34 人,“包括管理员”。其中 14 人是工程师,4 人是程序员,只有一人拥有博士学位,是一个相对初级的程序员。在局外人看来,这个实验室似乎很注重成本,工作努力,积极性很高。
两架波音 737 Max 飞机不幸坠毁,导致全球范围内的飞机停飞,事故原因也引起了广泛调查。飞机设计(包括其软件)的飞行安全性受到质疑,主要集中在被称为机动特性增强系统 (MCAS) 的软件组件上。在本文中,我们针对故障和缺陷可能进入飞机人机系统 1 的方式的讨论提出了一些初步考虑。鉴于软件开发的速度,软件工程安全性尤其是一个快速变化的主题。它始于对故障模式的非正式定义 [2],并主要通过讨论特定技术及其安全属性而得到扩展。最近,有关事件“事后分析”和系统学习的方法已经开发出来 [3–5]。更一般地说,系统安全(重点是飞行安全)历史悠久,文献丰富(例如,参见 [6–9]),并且与系统稳定性的更广泛概念相关 [1,10,11],但分析工具主要是非正式和启发式的,因此有相当大的空间用于更受约束的分析推理语言。引入承诺理论的某些方面作为此类分析的工具是这项工作的目标之一。软件在当今几乎所有复杂系统中都发挥着作用。人们越来越多地关注“算法”——其中“算法”一词包含了关于系统在特定条件下应该如何反应的一系列设计决策。有人(也许很大胆,当然是非正式地)说算法“决定”系统在不同情况下做出的决策;但算法是可能路径的逻辑树——它们还可以利用实时收集的数据或通过学习技术从经验中收集的数据。在结论部分,我们将回到算法的概念。因此,确定性的建议夸大了算法的能力。我们真正能说的是,他们的承诺会以某种方式影响结果。最近关于使用机器学习的讨论,比如自动驾驶汽车 [12, 13],说明了对软件算法的依赖往往存在复杂性不匹配的情况。当出现重大故障时,某些系统组件(包括软件组件)可能会成为激烈的公开辩论的主题,这些辩论是在高度抽象的层次上进行的,因此远离技术现实。在本研究中,我们基于以下假设进行分析:
自1956年以来的波音商业飞机,包括捷星航空在内的澳航集团订购了数百架波音飞机,包括747、767、717,经典和下一代737和787 Dreamliner。Virgin Australia运营着下一代737和777-300ER(扩展范围)。在2012年,维珍澳大利亚成为第一个订购737 Max的澳大利亚航空公司。新西兰航空运营777-200ER,777-300ER和787-9。在2015年,塔希提尼空气NUI最终确定了两个787-9的订单。在2018年,斐济航空公司成为大洋洲地区的第一个最大运营商,当时它占据了737 Max Max 8。波音航空结构(BAA),位于墨尔本的渔民本德,是澳大利亚唯一用于波音商业飞机的结构复合组件的设计师和制造商。BAA设计,测试,认证和制造,用于波音737、747、777和787飞机的高级结构。
航空航天业是世界上技术要求最高的行业之一。材料难以加工,规格极其精确,因此,拥有一个能力强大的工具制造合作伙伴对于按要求制造航空航天部件至关重要。为机身、起落架、航空电子设备和发动机等航空航天部件的制造提供全面的工具解决方案只是波音分销服务部战略目标中的一小部分。这不仅涉及生产精心设计的标准产品和专用工具,还需要加工能力。
2018 年 11 月 28 日,印度航空 B787-800 飞机在执行 Al-167 定期航班(德里飞往斯德哥尔摩阿兰达机场 (ARN))时,于 UTC 时间 16:45(日落后)在斯德哥尔摩阿兰达机场 F28L 停机位附近发生地面碰撞事故。飞机上有 175 名乘客、8 名机组人员和 2 名飞行员。机上无人受伤。飞机获准进入 F28R 停机位,但飞机沿着 F28L 滑行路线滑行。在 F28L 停机位的滑行道上向前移动后,飞机停了下来,ATC 进行了澄清,重申了上次许可。随后,在与空中交通管制员沟通后,空中交通管制员建议机组人员尽可能谨慎操纵飞机,并尝试将飞机与 F28R 重新对准。在此过程中,飞机左翼外侧部分撞击了 F28L 停机位附近的建筑物。飞机立即停下,乘客在获得当地政府许可后正常下机。
控制系统 §25.671 总则。(a) 每个控制和控制系统必须以适合其功能的轻松、平稳和积极的方式运行。(b) 每个飞行控制系统的每个元件都必须设计或永久标记,以尽量减少可能导致系统故障的错误组装的可能性。(c) 必须通过分析、测试或两者证明,在飞行控制系统和表面(包括配平、升力、阻力和感觉系统)发生以下任何故障或卡住后,飞机能够在正常飞行包线内继续安全飞行和着陆,而无需出色的驾驶技能或力量。可能的故障对控制系统操作的影响必须很小,并且必须能够被飞行员轻松消除。(1) 任何单一故障,不包括卡塞(例如,机械元件断开或故障,或液压部件的结构故障,如执行器、控制阀芯壳体和阀门)。(2) 任何未显示为极不可能发生的故障组合,不包括卡塞(例如,双电气或液压系统故障,或任何单一故障与任何可能的液压或电气故障的组合)。(3) 起飞、爬升、巡航、正常转弯、下降和着陆期间通常遇到的任何控制位置卡塞,除非显示卡塞极不可能或可以缓解。如果这种失控和随后的卡塞并非极不可能发生,则必须考虑飞行控制失控到不利位置和卡塞。
2010 年 12 月 1 日,波音公司的竞争对手空中客车公司推出了空中客车 A320neo 系列飞机,以使用新发动机来改善燃油消耗和运行效率:CFM 国际 LEAP 和普惠 PW1000G。[14] 2011 年 2 月,波音公司首席执行官 Jim McNerney 坚称“我们将制造一架新飞机”。[15] 在 2011 年 3 月的 ISTAT 会议上,BCA 总裁 James Albaugh 对 737 更换发动机并不确定,就像波音公司首席财务官 James A. Bell 在同月的摩根大通航空、运输和国防会议上所说的那样。[16] A320neo 在 2011 年 6 月的巴黎航展上获得了 667 份承诺,自推出以来积压了 1,029 架,创下了新型商用客机的订单记录。[17]
执行摘要 航空业将人们、国家和文化联系在一起。每天,全球有超过 900 万名乘客登上商用飞机。这些飞机中约有一半由波音公司制造。作为全球最大的航空航天公司,波音公司致力于设计和制造历史上最安全的长途运输方式。每 1.5 秒就有一架波音 737 飞机起飞或降落,即可感受这一成就的规模。任何时刻,空中平均有 2,800 多架 737 飞机在飞行。737 已飞行超过 1,220 亿英里,相当于绕地球 500 万圈。吉尼斯世界纪录证实,737 是有史以来产量最多的商用喷气式飞机。2017 年是航空业有史以来最安全的一年。全球没有发生过一架客机坠毁事故。波音致力于让我们的飞机在制造和飞行过程中都同样安全。 20 世纪 60 年代,航空旅行的普及度增长了 100 倍;随之而来的是人们担心航班数量增加会导致事故增多。1 这似乎是一种逻辑关联,但事实上,自 20 世纪 50 年代以来,每十年致命事故率都在下降。这是怎么回事?通过研究航空安全从帆布到复合材料的发展历程,我们看到了航空安全的几个转折点。这些转折点通常以悲剧为标志,随后是重大的安全创新。航空和飞机制造商团结起来,挑战航班增加与风险增加之间的逻辑关联,并立志实现一个看似不合理的目标:零风险。因此,是人类的聪明才智和创新改变了航空安全。五年前,在我们的工厂接连发生三起悲剧事件后,波音公司着手重新发明生产安全,就像我们重新发明产品安全一样。我们回顾了过去的工作场所安全数据,将产品交付率与 2000 年以来的可记录伤害率叠加。我们发现生产水平和伤害状况之间存在关联。产量增加,事故也增加。这似乎是一种合乎逻辑的关联。但在 2013 年,波音领导层在工作场所安全问题上表明了立场,挑战了这种合理的关联,并敢于将伤害事故率降至零。我们再次依靠人类的聪明才智和创新来改变安全状况。我们研究了包括 USG、雪佛龙、陶氏、杜邦、雷神、杜克能源和 UTC 在内的行业领导者的安全计划。接下来,我们进行了更高层次的自我审视,挑战自己重新评估一切,甚至是我们珍视的关于我们做对了什么的想法。我们发现,在我们一百年的增长和多元化历史中,我们的工作场所安全政策和流程日益专业化,我们的组织也本地化了。这种方法在一定程度上是成功的。但我们发现,好是最佳的敌人。我们对改进的持续关注使我们无法达到超越改进的目标,即零伤害。显然,要重塑工作场所安全,我们必须重塑自我。我们与一家咨询公司合作,转变我们的安全文化,并对我们进行新的安全范式培训:所有伤害都是可以预防的。超过 93,000 名波音员工参加了零事故零伤害 (IIF) 2 活动,其中包括文化评估、承诺研讨会、安全文化入职培训、组建零伤害思维领导团队和个人辅导。这一经历使我们公司对安全的看法发生了几乎翻天覆地的变化。领导和员工都表示,培训后,他们再也不能让安全问题得不到解决。
内容摘要 航空业将人们、国家和文化联系在一起。每天,全球有超过 900 万名乘客登上商用飞机。其中约有一半由波音公司制造。作为全球最大的航空航天公司,波音公司致力于设计和制造历史上最安全的长途运输方式。每 1.5 秒就有一架波音 737 飞机起飞或降落,即可体会这一成就的规模。在任何时刻,空中平均有 2,800 多架 737 飞机在飞行。737 已飞行超过 1,220 亿英里,相当于绕地球 500 万圈。吉尼斯世界纪录证实,737 是有史以来产量最多的商用喷气式飞机。2017 年是航空业有史以来最安全的一年。全球没有发生过一架客机坠毁事故。波音公司致力于使我们的飞机在制造和飞行过程中都具有同等的安全保障。20 世纪 60 年代,航空旅行的普及度增长了 100 倍;随之而来的是人们担心航班数量越多,事故数量也就越多。1 这似乎是一种合乎逻辑的关联,但事实恰恰相反,自 20 世纪 50 年代以来,致命事故每十年都在下降。这是怎么发生的?通过研究航空业从帆布到复合材料的安全历程,我们发现了航空安全的几个转折点。这些转折点通常以悲剧为标志,随后是重大的安全创新。航空和飞机制造
