理解军事航空维护中的人为错误:性能影响因素、认知工作负荷与错误倾向的作用

时间:2026年2月4日
来源:Reliability Engineering & System Safety

编辑推荐:

军事航空维修中绩效塑造因素(PSFs)通过认知负荷间接导致人为错误,错误导向(EO)调节直接和间接效应。结构方程模型分析282名军地维保人员数据,证实PSFs显著增加认知负荷和错误概率,高EO人员受影响较小。研究整合PSFs、认知负荷和EO,为高可靠性军事场景的人类可靠性分析提供新框架。

广告
   X   

M. Omair Nawaz | M. Qamar Zia | Taimur Ali Shams
巴基斯坦伊斯兰堡国立科学技术大学里萨尔普尔航空工程学院

摘要

人为错误仍然是航空维护中可靠性和安全风险的主要来源,尤其是在军事行动中,任务复杂性和操作压力不可避免。尽管技术可靠性不断进步,但工作条件和认知需求如何转化为维护错误的机制仍不为人所充分理解。特别是系统因素、认知工作负荷和个体差异的综合影响尚未得到足够的实证研究。本研究探讨了绩效塑造因素(Performance Shaping Factors, PSFs)对军事航空维护中人为错误的影响,将认知工作负荷视为中介机制,将错误取向(Error Orientation, EO)视为调节因素。
通过对282名军事航空维护人员的调查数据进行分析,使用了结构方程建模(structural equation modeling)。结果表明,不利的工作条件显著增加了认知工作负荷和维护错误的发生概率。认知工作负荷部分中介了这一关系,表明增加的心理需求是不利系统条件降低维护可靠性的关键途径。错误取向调节了直接和间接效应。错误取向较低的人员更容易出现与工作负荷相关的错误。
这些发现通过解释维护错误最可能发生的时间和原因,扩展了人类可靠性分析。研究结果支持综合安全管理策略,结合系统设计改进、工作负荷控制和有针对性的员工发展,以提高高风险航空维护环境中的可靠性。

引言

航空通常被认为是最安全的运输方式之一;然而,其固有的复杂性使其对人为错误极为敏感[[1], [2], [3]]。这一问题在军事航空中尤为关键,因为飞机维护直接影响飞行安全和任务效果。长期以来,人为错误被认为是航空事故的主要诱因,约占事故的70-80%,其中近40%与维护活动直接相关[1,4]。尽管飞机维护事故的致命性平均低于其他类型的航空事故1.7倍,但其频率每年都在增加[2]。这些趋势凸显了维护相关人为因素对任务准备状态构成的日益增长的风险,尤其是在军事航空这种高节奏和资源受限的环境中[3](图1)。
军事飞机维护是一个高可靠性领域,对任何疏忽、无能或忽视都“极其宽容不起”,维护错误已多次与严重事故相关联[3]。美国陆军的数据表明,43%的航空事故发生在地面处理或服务活动中,其中94%的案例涉及人为错误[5,6]。军事飞机维护具有独特挑战性,因为其操作时间敏感、技术要求复杂且环境条件极端[3,7,8]。尽管飞机系统技术不断进步,但对维护技术人员提出的心理和认知要求基本保持不变[9]。因此,本研究重点关注军事航空维护中的人为错误机制,特别关注绩效塑造因素(PSFs)、认知工作负荷和错误取向(EO)在军事维护组织中的作用。然而,这些框架很少被结合使用来解释实际操作中情境压力如何转化为错误发生。
尽管过去二十年人类可靠性理论取得了显著进展,但在理解军事维护操作条件下人为错误产生的机制方面仍存在关键局限。第二代人类可靠性分析(HRA)模型,如Hollnagel的认知可靠性和错误分析方法(CREAM),强调通过共同性能条件(Common Performance Conditions, CPCs)的情境敏感性影响[10],而Rasmussen的技能-规则-知识(Skills–Rules–Knowledge, SRK)框架则根据认知处理水平区分错误。认知工作负荷被广泛认为是导致性能下降和情境意识丧失的核心因素[11,12],过度的工作负荷与60-90%的航空事故有关。然而,在现有文献中,工作负荷大多被视为结果或描述性条件,而非将绩效塑造因素与人为错误联系起来的机制性途径[11,13]。同样,错误取向(包括学习、沟通、风险承担和压力)在组织环境中对错误反应的影响已被证实,但其在分层、高风险军事环境中的调节作用尚未得到充分探索。因此,当前研究在解释军事航空中维护相关人为错误的认知和行为过程方面提供的解释力有限。
尽管绩效塑造因素、认知工作负荷和错误取向都受到了学术关注,但现有研究缺乏一个综合的实证框架来捕捉它们在军事飞机维护背景下的相互作用[10,15]。大多数安全行为研究集中在民用航空或工业环境中,而军事维护领域由于具有分层指挥结构、高操作节奏和灵活性受限的特点,相关研究较少[7]。因此,情境条件如何转化为人为错误的机制,以及个体错误相关态度在多大程度上调节这些效应,仍不为人所充分理解。为解决这一差距,本研究旨在开发并实证测试一个综合模型,通过认知工作负荷的中介作用来考察绩效塑造因素对人为错误的影响,同时评估错误取向在军事航空维护操作中的调节作用。总体而言,这些贡献提供了对军事航空维护中人为错误机制的更全面理解,并为设计提高维护可靠性和任务效果的前瞻性安全管理策略提供了实际见解。
本研究对人类可靠性及航空维护文献做出了三项关键贡献。首先,综合研究了军事航空维护中的绩效塑造因素、认知工作负荷和人为错误。以往的研究大多孤立地考察了组织、环境或任务相关的绩效塑造因素及其与人为错误的关系,且主要在非军事环境中进行[3]。本研究同时实证调查了这些因素,并评估了它们在军事航空维护背景下的综合效应。其次,从实证角度明确了认知工作负荷作为中介机制的作用。
其次,认知工作负荷被广泛认为是性能下降的决定因素,但它往往被描述性地处理,而不是作为将情境因素与错误发生联系起来的因果途径,特别是在军事航空中[16]。本研究明确将认知工作负荷建模为绩效塑造因素和人为错误之间的中介变量,提供了其将情境压力转化为易出错结果的实证证据。最后,将错误取向理论扩展到分层、高风险的军事环境中。错误取向在医疗保健、民用航空和其他组织环境中对负面绩效结果的缓冲作用已被充分证实;然而,其在军事航空维护等高风险、分层环境中的作用仍待探索[17]。通过测试调节效应和中介调节效应,本研究展示了错误取向不仅影响直接的绩效塑造因素-错误关系,还影响绩效塑造因素影响错误发生的认知途径,从而为动态交互模型的人类可靠性提供了实证支持[18,19]。

文献综述

人类可靠性分析(HRA)为理解和量化复杂社会技术系统中的人为错误提供了基础框架。人类可靠性通常定义为个体在不同操作条件下正确、一致且安全地执行任务的能力[20]。在军事航空中,技术人员的可靠性尤为重要,因为维护性能直接影响任务成功、飞机可用性和飞行安全。

研究设计

为了检验研究假设,采用定量方法收集数据。使用5点李克特量表(1=强烈反对至5=强烈同意)对军事航空维护人员进行了调查。数据来自十二个不同的军事基地,通过目的性抽样专门针对所有关键的航空维护单位。

数据分析和结果

使用SmartPLS 4软件进行了偏最小二乘结构方程建模(PLS-SEM)来评估假设模型。PLS-SEM适用于复杂模型,强调预测准确性,能够处理非正态数据,并适用于小到中等样本量[77]。
数据集(N=282)经过缺失值、异常值和正态性筛查。每个项目的缺失数据比例低于5%,且分布均匀,通过均值替代法处理[78]。

讨论

本研究提供了有力的实证证据,证明了一个综合的调节模型,将绩效塑造因素(PSFs)、认知工作负荷(Cognitive Workload, EO)和人为错误(Human Error)在军事航空维护背景中联系起来。每个变量都对人为错误有显著的直接正向影响。这表明不利的工作条件、增加的心理需求和某些与错误相关的态度独立增加了维护人员出错的可能性。

未引用的参考文献

[55,70]

伦理考虑

本研究严格遵循伦理准则,以保护并尊重所有参与者的权益。在收集数据之前,向每位军事维护人员明确了研究目的、程序和自愿性,并获得了他们的知情同意。确保参与者的身份和回答得到保密和匿名处理,以保护隐私。参与完全是自愿的,参与者有权随时退出。

生成式AI声明

作者确认在准备、撰写或分析本手稿过程中未使用任何生成式人工智能工具。

伦理批准声明

本研究遵循伊斯兰堡国立科学技术大学/航空工程学院的伦理标准进行。根据机构指南,对于基于匿名调查的研究,不需要正式的伦理批准。

数据可用性声明

本研究分析的数据具有限制性和机密性,因此不能公开。有关方法和分析的更多信息可向相应作者咨询,需获得机构批准。

资金支持

作者声明本文的研究、作者身份和/或发表未获得任何财务支持。

作者贡献

M. Omair Nawaz:概念化、方法论、调查、数据管理、软件开发、验证、正式分析、初稿撰写、审稿与编辑。 M. Qamar Zia:软件开发、验证、审稿与编辑。 Taimur Ali Shams:监督、项目管理、审稿与编辑。

CRediT作者贡献声明

M. Omair Nawaz:初稿撰写、可视化、验证、软件开发、资源管理、方法论设计、调查、正式分析、数据管理。 M. Qamar Zia:审稿与编辑、监督、正式分析。 Taimur Ali Shams:监督。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有