面向对象思想与多任务保障作业风险分析研究

孙殿阁

(中国劳动关系学院安全工程系，北京 100048)



面向对象思想与多任务保障作业风险分析研究

孙殿阁

(中国劳动关系学院安全工程系，北京 100048)

为了有效识别民用机场多任务保障作业所带来的交叉、死锁、互斥等作业风险，并解决民用机场风险管理过程中辨识方法标准不统一等问题，提出了基于面向对象的安全风险识别模型，从功能的分解、抽象、模块化、封装四个基本方面对民用机场多任务保障中的风险识别环节展开研究，完成了民用机场危险源基类模板的绘制；结合组合数学知识，通过对对象间的作用分析，来识别民用机场多任务保障作业中的交叉、死锁、互斥等运行风险；结合应用示例，通过理论分析与实例应用，验证了该风险分析模型的可行性。

民用机场；面向对象思想；多任务保障；作业风险分析；安全管理

地面事故是航空安全中不可忽视的组成部分。机场作为人流、物流、信息流高度交汇保障服务提供场所，其复杂的保障任务通常以多线程并发的方式完成，即单一保障作业下，或者静态系统分析阶段，系统往往是安全的，但是一旦系统处于多保障任务并发作业的运行状态时，各种因交叉、死锁、互斥风险因素互为因果带来的管理缺陷、人为失误等多种安全风险隐患就不同程度地显现。通过对国内5家大型机场近3年内的不安全事件记录进行分析可知，事故、不安全事件等发生在多保障任务时情况下的数量占总数量的11%。因此，利用一种科学的、系统的、实用的、具有可继承性的风险分析模型解决上述问题是十分迫切和必要的[1-4]。

面向对象是IT界软件开发方法的主流，但其应用及影响已超越了程序设计和软件开发，扩展到如数据库系统、交互式界面设计、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等领域[4-6]。本文试图建立面向对象的风险识别模型，通过对象间的作用分析来识别民用机场多任务保障作业中的交叉、死锁、互斥等运行风险，以期实现危险源辨识及风险分析工作标准化，形成可重用性好、可继承性强、便于计算机辅助手段有效介入再开发的辨识结果。

1 面向对象的相关定义与特征

1.1 面型对象的基本术语

(1) 对象。对象是人们要进行研究的任何事物，从最简单的符号信息到复杂的飞机等均可看作对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件等。

(2) 对象的状态和行为。对象具有状态，一个对象用数据值来描述它的状态；对象还有操作，用于改变对象的状态，对象的操作就是对象的行为。

(3) 类。具有相同特性(数据元素)和行为(功能)的对象的抽象就是类。类具有属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。类具有操作，它是对象的行为的抽象，用操作名和实现该操作的方法来描述。

1.2 面向对象的特征

(1) 唯一性。唯一性是指每个对象都有自身唯一的标识，通过这种标识，可找到相应的对象。在对象的整个生命期中，它的标识都不改变，不同的对象不能有相同的标识。

(2) 抽象性。抽象性是指能将具有一致的数据结构(属性)和行为(操作)的对象抽象成类的性质。一个类就是这样一种抽象的结果，它反映了与应用有关的重要性质，而忽略其他一些无关内容。任何类的划分都是主观的，但必须与具体的应用有关。

(3) 继承性。继承性是子类自动共享父类数据结构和方法的机制，这是类之间的一种关系。在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。

(4) 多态性。多态性是指相同的操作、或函数、过程可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。不同的对象，收到同一消息可以产生不同的结果，这种现象称为多态性。

2 危险源及风险的面向对象定义

系统是由对象所组成，系统之所以存在安全风险是因为对象自身存在缺陷及对象间的异常作用。据此，危险源及风险的面向对象定义如下：自身存在缺陷的对象或与其他对象异常作用产生不期望的结果，则该对象为危险源对象。危险源对象与不期望结果之间的关系即为风险[7-9]。

系统中的对象有一个共同的基类(BaseClass)，系统中的所有类都是由该基类派生而成。对类进行实例化，就形成了对象。任何对象都具有正常属性、异常属性、正常行为、缺陷行为、冲突行为，如图1所示。

如果对象的状态值超过了可接受的值，即存在异常状态，则该对象为一个危险源对象；如果对象的行为产生人们所不期望的后果，即存在缺陷行为，则该对象也为一个危险源对象。上述两种对象统称为状态危险源对象；此外，如果对象单独存在时，系统不会产生异常，一旦与其他一个或多个对象同时存在，并且该对象的行为与其他对象的行为同时产生时，系统会因此而存在异常，则该对象或者其他对象为危险源对象，称为行为危险源对象。

例如：以基类进行派生，生成子类(subClass) “人员类”，如图2所示。子类“人员类”就继承了父

基类的所有属性和方法，同时还可以有自己的属性和方法——“岗前培训时间”，如果子类“人员类”的对象的“岗前培训时间”属性值小于32，那么该对象即为危险源对象。

3 面向对象风险识别方法

3.1 面向对象风险识别方法的使用步骤

面向对象风险识别方法的基本步骤分为三步：①定义类(类抽象)；②类的对象化(实例化)；③对象之间的作用分析。具体程序见图3。

(1) 定义类。在面向对象风险识别的应用过程中，类是模型的基础和关键部件，类设计的水平决定了整个风险识别的质量和水平。面向对象鼓励人们用抽象的观点来看待现实世界，抽象的含义是指：在决定如何实现对象之前，确定对象的意义和行为。风险识别过程中，传统的what if方法、故障树分析、预先风险性分析、作业风险性分析等相关理论方法都可以在类的抽象过程中得到应用。

系统工程观点认为，航空系统主要由软件(S-Software)、硬件(H-Hardware)、环境(E-Environment)和人(L-Liveware)四个要素组成，人的要素处于四要素的中心位置，因而减少航空事故主要可从减少这四类要素的作用着手，这就是著名的SHELL模型。本文在SHELL模型的基础上，结合系统工程学原理、人机工程学原理、管理学原理、人的行为心理学原理以及民用机场相关的法律法规、运行手册、职业健康标准手册等规定，对影响机场运行的对象进行抽象，设计了民用机场危险源辨识4个基类，详见图4至图7。

(2) 类的实例化。类的实例化是理论抽象到具体实施的过程，是面向对象风险识别理论的关键。在运用面向对象思想进行实例化的过程中，会发现一些安全管理盲点及传统风险分析难以涉及的作业风险。例如：对跑道巡查人员进行实例化，就需要知道跑道巡查人员的数量，进而再分析对象间的相互作用，但是在实际风险识别过程中，一些企业往往不能提供出“人员数量”的准确信息，这种情形本身就是管理上的风险。

(3) 对象之间的作用分析。多任务保障作业风险分为正常状态和异常状态两大类。正常状态是为了完成某种保障任务，但是通过组织管理手段无法避免两种或两种以上作业同时进行而带来的风险。例如：油料保障作业和机务维修作业涉及到在同一飞行器进行保障作业，此种并行作业情况一般是不能通过组织安排或者作业调整予以避免，但并行作业存在作业交叉情况，因此相关风险就必然存在。异常作业是因为组织缺陷或者作业安排不合理而带来的相关风险。例如：安排同一个人同一时间负责两种保障作业任务；同一台设备供多个保障作业同时使用等。异常状态是一种组织缺陷，分为缺陷行为和冲突行为两种，其冲突行为又可分为交叉、死锁、互斥三种情况。对象之间的作用分析的目的就是对冲突行为进行有效识别。

3.2 多任务保障作业风险分析准则

民用机场多任务保障作业风险分析侧重于异常状态的风险分析，其风险判定有三个准则：①时间上的交叉；②空间上的交叉；③程序上死锁或互斥。具体规则展开如下：①((人：对象x)∩(人：对象y)∩(设备：对象z))→(时间上的交叉)；②((人：对象x)∩(人：对象y)∩(空间：对象z))→(空间上的交叉)；③((人：对象x)∩(程序：对象y)∩(程序：对象z))→(程序上死锁或互斥)；④((设备：对象x)∩(程序：对象y)∩(程序：对象z))→(程序上死锁或互斥)；⑤((空间：对象x)∩(程序：对象y)∩(程序：对象z))→(程序上死锁或互斥)；⑥((∀(程序：对象z))∩(∃(人：对象x)))→(程序上死锁或互斥)；⑦((∀(程序：对象x))∩(∃(设备：对象z)))→(程序上死锁或互斥)；⑧((∀(程序：对象x))∩(∃(环境：对象z)))→(程序上死锁或互斥)。其中，∩表示条件与；∪表示条件或；→表示推论；∀表示任一；∃表示存在。

通过准则的标准化定义，将使分析的结果更规范化、可操作性更强，同时更有利于计算机辅助编程，进而构建风险识别专家系统。

3.3 机场多任务保障作业风险识别示例

某机场机坪多任务保障作业风险主要涉及的7类人员对象：机务维修人员对象(A)、油料保障人员对象(B)、生产运行人员对象(C)、保洁卫生人员对象(D)、场务作业人员对象(E)、机坪对象(F)、飞行器对象(G)，假定每类对象只有一个对象的情况下，依据规则②进行风险分析。首先，对人员进行组合运算，再将其结果与飞行器对象进行乘机运算，得到的组合见表1；然后，由风险识别小组对所得结果进行确认，最终辨识结果为4条风险，4个危险源对象；同理，依据其他规则进行分析就能得到所有的多任务保障作业风险；最后，将每一个对象的属性、缺陷行为的检查结果也添加到危险源辨识清单中，就完成了整个风险识别过程。

依据上述理论对某机场进行安全风险分析时，曾得出某机坪保障作业中存在风险“((油料保障作业)∩(维修保障作业)∩(同一飞行器作业空间))→((使预期的任务没有完成)∪(使作业中的人或者非作业中的人受到伤害)∪(使作业中的设备或者周围的设备受到损坏)∪(使环境遭到破坏))”，但未及时整改。××××年8月4日，×××机务人员在308机位，将一个6阶工作梯放在××981/B747-4001号发动机下进行维修工作，同时油料公司两辆加油车分别为飞机两个机翼加油，由于油料重力原因机翼逐渐下降，机务没有及时发现，造成1号发动机底部与工作梯相蹭，发动机内侧风扇包皮被蹭掉一块约10 mm的漆面，经机务检查，不影响飞机放行。可见，使用该理论进行民用机场安全风险辨识，虽然不能保证找出系统中所有的危险源，但是确实能发现一些隐性的、潜在的、小概率人为因素及组织失效风险，仅这一点就足以说明该理论方法的有效性及研究的必要性。

表1 运用规则②进行风险识别示例

4 结 论

本文完成了运用面向对象思想进行风险识别的相关理论：把系统中的风险识别工作归结为对对象的属性查找和对象之间的相互作用分析；完成了面向对象民用机场危险源基类模板的绘制；给出了面向对象风险识别方法的基本步骤和规则，为危险源辨识及风险分析工作标准化奠定了基础。得到如下结论：

(1) 对象是系统组成的基本要素，危险源也是对象，对象的属性阈值及缺陷行为的判定决定该风险要素是否最终出现在危险源列表清单当中，此理论可以把传统危险源辨识理论统一到面向对象风险识别理论下。

(2) 引入组合数学知识，通过对对象之间交叉、死锁、互斥风险的辨识和界定，可以更有效地识别多任务保障作业风险，使风险分析更严密、更系统，同时可以实现风险识别结果的规范化，从而更有利于计算机辅助介入开发。

(3) 以某民用机场飞行区风险识别为例进行了应用，取得了较好的效果。

[1] 孙殿阁，孙佳，王淼,等.基于Bow-Tie技术的民用机场安全风险分析应用研究[J]．中国安全生产科学技术，2010，6(4)：85-91.

[2] 向维，李明．航空不安全事件人为因素分析R-S-TER模型的构建与应用研究[J]．中国安全科学学报，2009，19(2):152-157.

[3] 王永刚，王岩.人为因素的多维事故原因分析模型[J]．交通运输工程学报，2008，8(2)：96-100.

[4] 任巍,胡卫杰,李鹏举.受限空间作业的风险分析与控制[J].安全与环境工程,2012,19(2):113-117.

[5] 张志勇，李曼．基于面向对象思想的正演反演统一框架结构[J]．地球物理学进展，2012，27(3)：1207-1212.

[6] 於宇琛，杨传将，谭明波．面向对象思想在升船机主提升控制系统中的应用研究[J]．船电技术，2011，31(8)：63-65.

[7] 孔令富，高胜男，吴培良．面向对象的家庭全息地图表示与构建[J]．计算机工程与设计，2013，34(1)：353-358.

[8] 孙殿阁，孙佳，蒋仲安．面向对象思想在民用机场危险源辨识中的应用[J]．中国安全科学学报，2009，19(3)：144-148.

[9] 孙殿阁，孙佳，蒋仲安．基于知识的机场安全风险分析模型及应用研究[J]．武汉理工大学学报(交通科学版)，2010，34(3)：452-456.

Research on Object-oriented Thought & Risk Analysis of Multi-task Security Operation

SUN Diange

(DepartmentofSafetyEngineering,ChinaInstituteofIndustrialRelation,Beijing100048,China)

For the purpose of effectively identifing the overlapping,deadlock,mutex operational risks during civil airport multi tasking support,as well as solving the problem the standards of identification method is not in line with the risk management of civil airport,this paper puts forward an object-oriented safety risk recognition model,researches into the risk identification in the multi-task security operations of civil airport safety from the four basic aspects,as function decomposition,abstraction,modularity,encapsulation finishes the mapping of the civil airport hazard class object template,and identifies the overlapping,deadlock,mutex operational risks in the civil airport multi-task security operations through the analysis of the object function by using the combinatorial mathematics knowledge.Then the paper gives some application examples and verifies the feasibility of the risk analysis model through theoretical analysis and practical application.

civil airport;object-oriented thought;multi-task security;operational risk analysis;safety management

1671-1556(2015)01-0135-05

2014-03-19

2014-04-23

国家自然科学基金项目(61079002)；中央高校基本科研业务费专项基金项目(12zy003)

孙殿阁(1976—)，男，博士，讲师，主要从事安全管理、人工智能技术在安全管理决策中的应用等方面的研究。E-mail:sundiange@ciir.edu.cn

X928.03

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.01.025