三级片网址

行業觀點 / Solution Information

航空公司安全大數據分析及系統評價架構淺析

2020-04-29

通過大數據分析和系統評價來支撐航空公司安全狀態或安全水平的評價,已經被大多數航空公司的安全管理部門所接受。安全管理信息系統的建設也正在完成從面向規章到面向大數據分析的升級和重構。

這項工作有助于打破航空公司傳統事后安全管理模式,積極推進事前安全管理模式,不再僅僅使用事故、事故征候以及安全嚴重差錯等結果指標來衡量航空公司是否安全,而是力求領先于數據,分析信息趨勢,并預測運行風險,實現航空公司的持續安全。

一、大數據分析及系統評價面臨的困難

大數據分析及系統評價的工作內容主要包括:航空器運行活動相關數據的收集、有效和潛在信息的識別、有效的數據挖掘、數據規律分析、潛在事件趨勢預測及評價五部分內容。在與多位安全總監的交流中,發現航空公司開展這項工作面臨的困難主要有三個:

(一)數據管理架構不明確

三级片网址 缺失數據管理角色和崗位,難以在組織上推動數據收集工作,導致重要數據、關鍵數據、安全信息等收集不全面、不及時。

(二)缺少數據標準

數據和信息在安全管理部門、運行保障部門、組織支撐部門按行政架構處理和管理,缺少數據標準,導致信息流動不順暢,數據共享不及時,數據理解不一致。

(三)缺少數據分析能力

缺少數據分析人員或缺乏專業訓練和經驗,數據分析與評價能力薄弱,數據分析與評價的深度、寬度和完整度都不夠,導致不能得出有效結論,難以較好的把握安全趨勢和規律。

二、大數據分析及系統評價五大過程

三级片网址 為了做到過程有力、決策有據、結果有效、持續安全的安全管理目標,推薦的方法是按照以下順序實施大數據分析及系統評價。

(一)明確數據管理架構

數據管理組織架構建設是數據管理能夠得以貫徹的人力資源和組織保障,也是安全數據管理工作能夠持續開展的基礎。航空公司要建立健全的數據管理組織,同時也需要持續開展數據團隊的建設,構建企業數據文化。


圖 2-1 數據管理參考組織架構

三级片网址 數據管理架構是在組織上確保安全數據采集、分析、評估及持續改進的資源及體系保障,是這項工作開展的必要條件。

(二)制定安全數據標準

三级片网址 與安全相關的數據來源廣泛,飛行前包括不限于機組數據、飛機狀況數據、簽派放行數據和地面保障數據,飛行中包括不限于簽派放行監控數據、飛行狀態監控數據、機組對威脅和差錯的管理數據、觀察員觀察數據和員工安全報告數據,飛行后包括不限于QAR譯碼數據、飛行計劃解析數據、飛行關鍵部件可靠性數據和機組主動報告數據。這些數據被收集和分析后,需要再次輸出到運行保障系統,以輔助運行決策。


三级片网址 圖 2-2 數據標準參考分類

三级片网址 數據標準是組織建立的一套符合航空公司自身實際,涵蓋定義、操作、應用多層次數據的標準化體系,數據標準建設是這項工作能夠持續發展的必要條件。

(三)構建安全大數據平臺

安全大數據平臺是涵蓋數據采集、數據存儲、數據計算、數據整合、數據管理、數據交換、數據分析和挖掘、數據可視化等能力的一體化大數據中心,基于大數據平臺的一體化能力,全面整合并管理航空公司相關安全數據,包括飛行前、飛行中、飛行后的運行保障數據、安全管理數據、組織培訓數據和人力資源數據。


三级片网址 圖圖 2-3 安全大數據平臺架構參考

安全大數據平臺是一套安全數據采集、存儲、計算、分析和共享的信息支撐工具集,安全大數據平臺建設是這項工作能夠持續開展的必要支撐。

(四)完善數據分析能力

航空公司要建設一支滿足大數據分析及系統評價需要的專業隊伍,定期開展培訓,并科學規劃其職業成長通道,這樣才可以充分的管理和應用好安全數據。


三级片网址 圖表 2-4 重點培養復合人才

建設培養一支既懂業務,又精通信息的復合性人才隊伍,是大數據分析和系統評價建設的配套能力。

(五)系統持續改進及優化

航空公司通過建立持續改進體系,不斷完善大數據分析和系統評價能力,來確保持續的安全。其持續改進內容包括:工作或業務流程,數據分析工具,數據標準及人力和其它資源。


三级片网址 圖表 2-5 系統持續改進及優化參考

工作或業務流程:包括不限于數據采集流程、信息分析流程、安全管理工作流程、運行保障流程、組織支撐流程、數據共享流程等。

三级片网址數據分析工具:對于工作或業務流程改進的各項工作,是否使用和完善相關軟件系統,自動化的程度如何,是否提供了足夠的培訓,相關工具是否可以拿到,是否已經配置足夠好,是否可以應對以后業務的變化和數據量的增加等。

數據標準:是否有一整套的標準可以使用,標準是否已經很好的成文并可以使用,是否可以應對今后的變化等。

人力和其它資源:是否有足夠的人力資源來完成有關的大數據分析和系統評價工作,需要哪些具體的技能、培訓、知識背景和經驗,相關的組織機構和責任是否到位等。

三、大數據分析及系統評價四大困難

大數據分析及系統評價項目工作中,因航空公司組織架構、運行模式和運營規模不同,面臨的困難和問題也各不相同。通過多家航空公司的訪談和調研,以下問題需要迫切得到解決。

(一)安全數據標準

航空公司采用何種安全信息分析及評價方法,采用一種還是多種復合使用,一直以來困擾著安全管理人員。

1.分類法評估

三级片网址 安全分析方法非常豐富,具體包括:故障數分析(FTA)、人為差錯分析(HEA)、TEM框架分析法、SHEL分析法等,不論采用哪種或哪幾種分析模型,都需要應用系統整體性原理,將相關影響安全的因素納入整體,找到系統內要素間、系統外環境間的有機聯系、外部聯系和內在聯系。

為了能夠整合航空公司各部門對待不安全事件的統一目標,支持報告、事件、QAR、審計等信息分析的融合,推薦采用TEM分類法進行分析和評價。

2.TEM模型推薦

三级片网址 TEM管理框架,經過威脅管理、差錯管理和不安全狀態管理后,其模型中顯示的虛線路徑經過TEM框架管理其風險有效降低。


圖表 3-1 差錯和威脅管理框架概要

TEM模型中有三個基本的構成: 威脅(Thread)、差錯(Error)和不期望的狀態。通過計算機語言來描述TEM模型非常簡單直觀,為大數據智能處理提供數據標準化支撐,TEM框架數學構建模型如下:


圖表 3-2 TEM數學模型

三级片网址 通過借鑒行業經驗數據,可總結抽象出TEM模型參考數據,作為初始標準化數據,有效提高分析人員進行TEM分析的有效性。


圖表 3-3 事件TEM分析數據示例

(二)安全數據收集

運行保障數據的及時有效采集,是大數據分析和系統評價的基礎,但其一直困擾著安全管理部門。可通過二個步驟來明確采集什么數據,如何采集數據和采集頻次。

1.標準化安全績效指標

三级片网址 安全績效指標必須能夠準確衡量運行活動的安全狀態,因此安全績效指標必須圍繞安全事件分析(風險管理)活動展開設計。BOWTIE分析模型已經成為安全事件分析的首選,結合TEM分析模型,建議安全績效指標與TEM模型一致。


三级片网址 圖表 3-4 BOWTIE模型是安全事件分析的首選模型

三级片网址 基于歷史不安全事件的TEM分析,來確定具體的績效指標是推薦的績效指標梳理方法。

威脅和差錯定義為過程類安全績效指標,不安全狀態定義為低后果安全績效指標,重大風險定義為高后果安全績效指標,疊加嚴重性后,即可得到航空公司全面的安全績效指標。


圖表 3-5 通過歷史安全事件分析來構建安全績效指標體系


圖表 3-6 地面保障(部分)安全績效指標舉例

三级片网址 根據航空公司運行手冊和航空公司運行規模確定嚴重程度及對應的分值,示例參考如下:


三级片网址 圖表 3-7 嚴重程度分值定義參考

嚴重性和可能性是風險的兩個度量指標,根據TEM分析模型,可以采用以下方案來度量不安全事件的嚴重性和可能性。

  • 嚴重性 = 事件的嚴重程度(分值高低與嚴重程度成正比)
  • 三级片网址可能性 = 1(不安全事件已經發生,特取值為1)

    不安全事件風險值確定后,可以采用以下方案來度量特定系統,包括不限于飛行系統、運行控制系統、機務維修系統、貨物運輸系統、地面保障系統、客艙服務系統、培訓系統和組織管理系統等系統中的重大風險、不安全狀態的風險值。

  • 重大風險 = 不安全事件風險 = 嚴重程度分值
  • 三级片网址不安全狀態風險 = 不安全事件風險 = 嚴重程度分值

    三级片网址 重大風險和不安全狀態風險值確定后,可以采用以下方案來度量威脅和差錯的風險值。

    三级片网址 通過海量歷史不安全事件分析,其威脅、差錯的誘因分布基本處于七三分布(威脅:差錯 = 7 :3)。如果誘因中無差錯,不安全狀態的風險全部分攤到威脅的風險上。

  • 威脅風險 = 不安全狀態風險(無差錯)
    不安全狀態風險 * 0.7 (有差錯)
  • 差錯風險 = 不安全狀態風險 * 0.3
  • 三级片网址 不安全事件往往由多個誘因(威脅、差錯)導致,可通過主威脅、次要威脅、主差錯和次要差錯來度量具體威脅風險值和差錯風險值,其度量方案建議如下。

    三级片网址 特定周期(年、季度、月)不安全事件風險度量可以采用不安全事件風險和飛行小時量指標綜合度量。

    三级片网址 周期風險 = ∑不安全事件風險 / ∑飛行小時

    三级片网址 安全績效指標的目標值和預警值,可以參考國際民航組織發布的Doc9859《安全管理手冊(第三版)》中對要素3.1“安全績效監測和評估”的相關要求 [1]Doc 9859號文件-安全管理手冊(SMM).第三版-2013.國際民航組織.第四章附錄四。

    三、大數據分析及系統評價四大困難

    三级片网址 威脅和差錯定義為過程類安全績效指標,不安全狀態定義為低后果安全績效指標,重大風險定義為高后果安全績效指標,疊加嚴重性后,即可得到航空公司全面的安全績效指標。

    安全績效指標的度量,包括頻次度量和風險度量,可以參考上一篇《基于TEM實現航空公司安全風險動態評估》來實現。

    安全績效指標的目標值和預警值,可以參考國際民航組織發布的附件19《安全管理》,即DOC9859《安全管理手冊(第三版)》中對要素3.1“安全績效監測和評估”的相關要求。



    圖表 3-8 安全績效指標預警及目標的設計參考

    2.自動安全績效指標度量

    三级片网址 運行保障數據自動采集后,自動與指標數據進行匹配計算,得出指標度量數據,是大數據分析及系統分析的核心功能。

    三级片网址 指標數據標準規范后,可以由業務部門根據度量標準進行數據盤點,梳理出各指標對應的運行數據,由數據管理部門統籌,輸出運行保障數據采集范圍及頻次。信息部門統籌各系統數據采集,可充分利用航空公司已有的ODS系統(運行數據庫)運行保障數據集成到安全大數據平臺。

    三级片网址 通過大數據平臺可視化技術來直觀呈現不安全狀態趨勢和致因關聯。


    圖 3-9 不安全狀態風險走勢


    圖 3-10 TEM關聯風險分析

    (三)數據模型算法

    三级片网址 采用合適的數學模型,實現安全狀態的準確評估分析和風險預測,是航空公司安全管理人員面臨的第三個困難。可以通過大數據分析實現實時風險計算和預測風險計算,推薦采用多元線性回歸算法和貝葉斯概率。

    1.多元線性回歸,實現誘因對事件的貢獻度量

    根據TEM管理框架進行不安全事件分析,已經識別出不同系統運行人員事發時面臨的威脅和差錯,通過周期內不安全事件數量的統計分析,可以得出以下數據(示例):


    圖表 3-11 威脅與不安全事件月度數量統計

    三级片网址 采用多元線性回歸算法,可以計算出具體威脅分類與不安全事件的關聯,借助EXCEL提供的多元線性回歸數據分析模型,可得到人、設備、環境、軟件、組織對不安全事件的貢獻度。

  • 三级片网址不安全事件 = -0.57人 + -0.42設備 + 0.47環境 + 0.18軟件 + 0.21組織


    三级片网址 圖表 3-12 回歸結果

    2.貝葉斯概率,實現誘因導致事件概率度量

    三级片网址 通過周期內不安全事件數量的統計分析,可以得出以下數據(示例):


    圖表 3-13 基于TEM數據統計的風險數據

    通過貝葉斯算法可以得出飛錯高度的預測風險,輔助提供安全管理決策。貝葉斯公式相當簡潔,公式中有幾個關鍵概念:


  • P(A)為先驗概率,即在觀察事件B之前得到的事件A的假設概率
  • P(A|B)為后驗概率,即在觀察事件B后得到新數據后計算該假設A的概率
  • P(B|A)為似然度,即在該假設A下得到這一觀察數據 B 的概率
  • P(B)為標準化常量,即在任何假設下得到這一觀察數據 B 的概率

    三级片网址 根據貝葉斯公式,對以上統計數據進行計算,可以得出飛錯高度的預測風險為3.29 。


    三级片网址 圖表 3-14 貝葉斯風險預測計算過程


    圖表 3-15 貝葉斯風險預測計算結果

    通過貝葉斯算法可以得出不安全狀態和重大風險的預測風險,得出的風險預測雷達。


    圖表 3-16 貝葉斯風險預測計算結果

    三级片网址 以上數據挖掘算法的選取符合航空公司實際安全業務情況,能夠體現出關聯指標、重要指標的特征,包括機器學習,能通過對歷史數據的學習修正算法并且可實現指標數量的增加或減少。

    (四)運行系統聯動

    安全狀態及風險預測等信息如何及時、準確傳達到運行保障單位,輔助實現運行決策是安全管理部門面臨的第四個困難。可以通過構建標準化數據交換子平臺、運行保障系統集成和持續系統評價解決。


    三级片网址 圖表 15 運行系統與安全大數據平臺聯動

    四、航空公司需改進的方向

    三级片网址 安全大數據分析及系統評價不僅為各級安全管理者提供有力的決策依據和技術支撐,還能夠將事后處理變為事前預防,將經驗管理變為科學管理,將單一管理變為系統管理,但是,要實現上述功能,航空公司還有不少需要改進的方面:

    (一)安委會結果匯報向過程監控的轉變

    從關注事件到關注過程,是發揮數據說話的有力推手,安委會需要通過聽取趨勢分析報告,來代替原有的事件報告來推動大數據分析及系統評價的持續落地。

    (二)規章符合性向數據分析評價的轉變

    從關注規章的符合性,到運行保障工作安全績效的自動評價能夠實現事后管理到事前管理,通過安全績效的監測,誘因的及時控制,來減少事件發生。

    (三)SMS信息系統向安全大數據平臺的轉變

    SMS信息系統的構建,需要通過大數據架構來構建,杜絕新建安全管理的OA系統,新系統應該聚焦在大數據分析和系統評價上。也可在現有SMS業務系統之上,構建大數據平臺,實現大數據分析和系統評價功能。

    (四)數據分析及系統評價人員培養的轉變

    安全管理部門需要重點培養數據分析能力,把原有信息收集和流轉崗位培養為數據分析專項人才,信息收集和流轉交由信息系統完成,充分發揮人的價值。

    <全文完>

  • 返 回