STPA危险分析方法及其在ATSA-ITP设计中的应用

发布时间：2019-11-24 01:51

【摘要】：传统危险分析方法无法胜任对复杂的非线性社会技术系统的分析。系统理论过程分析(STPA)方法是建立在系统理论事故建模和过程(STAMP)基础上的一种新型的危险分析方法,它将安全视为系统的一种涌现特性,认为除了组件失效,组件间的非功能交互也是导致危险的主要原因,并通过定义系统危险、绘制安全控制结构、识别不安全控制行为、确定不安全控制行为起因等4个步骤完成危险分析过程。美国的空中交通态势感知尾随程序(ATSA-ITP)设计案例分析表明,STPA方法的组织形式有序,逻辑结构严谨,分析过程透彻。
【图文】：

图1广义的安全控制结构Fig．1Generalsafetycontrolstructure2．4确定不安全控制行为的起因要找出不安全控制行为的起因，需要参照相应控制器回路的各个重要环节，逐一比对分析，逐条落实存在的潜在原因，广义控制回路中各个环节的失效原因，如图2所示。实际上，图中控制器和执行器之间的箭头即为前述的“识别不安全的控制行为”过程，而回路其余部分则为“确定不安全控制行为的起因”过程。而所谓“确定不安全控制行为的起因”过程就是通过分析控制回路中的控制器(控制算法和过程模型)、执行器、受控过程、传感器以及组件之间的连接部分出现的问题，调查导致出现不安全控制行为的原因。3案例分析3．1案例简介为便于理解STPA的分析过程，引用了ITP设计的危险分析案例。ITP是美国为实现国家空域系统由空中交通管制的地基系统向空中交通管理的星基系统的升级换代(NextGen)而设计的。通过在适于程序管制的空域内使用ITP，能够使请求改变飞行高度层(flightlevel，FL)的飞机更加频繁、自如地达到预期FL，从而在保证安全间隔前提下提高飞行效率。·82·中国安全科学学报ChinaSafetyScienceJournal第25卷2015年

图2广义控制回路各个环节的失效原因Fig．2Faultcauseofeachlinkingeneralcontrolloop图3ITP机动几何示意图Fig．3GeometricdiagramofITPmaneuver对于标准的改变FL，根据最小间隔标准及有关程序规定，管制员就可使请求飞机与其他飞机保持应有安全间隔。而在新设计的ITP中，通过穿越当前标准间隔规定中不允许穿越的FL，能够使引导和跟随的同航迹飞机达到所请求的FL，如图3所示。ITP飞机相对于参考飞机是否满足ITP标准，可由机组通过机载ITP设备来确定。一旦满足标准，机组即可向管制员发送ITP许可请求，确认参考飞机。而此时管制员的任务是核实2机航向和最大接近速度差等条件。若满足条件，，管制员即可同意ITP请求，而无需确认2机的间隔距离，有关ITP更详细资料可查阅文献［10］。3．2案例STPA分析根据前述的STPA具体分析步骤，结合ITP的设计思想，其分析过程如下:3．2．1定义系统危险使用STPA进行危险分析，需预先定义系统危险。那么，以跨洋区空域飞行的机组为例，所考虑的基本事故/损失主要是人员伤亡，通过分析后定义的系统危险包括:①2架飞机违反了最小间隔标准;②飞机进入了不安全大气区;③飞机进入了不可控状态;④飞机进入了不安全飞行姿态;⑤飞机进入了飞行禁区。因篇幅有限，仅选取系统危险①作为研究的主要关注点，其他4种系统危险的分析过程照此类推。3．2．2绘制控制结构绘制准确的安全控制结构是应用STPA的基矗那么，通过对ITP设计思想的消化与理解，绘制出的安全控制结构如图4所示。其中，TCAS表示空中防撞系统(trafficcollisionavoidancesystem);ADS-B表示广播式自动相关监视(automaticdepend-entsurveillance-broadcast);GNSS表示全球卫星导航系统(globalnavigationandpositioningsatellitesys-tem);

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：2565218