人為因素分析與歸類系統（ HFACS ）理論與應用

National Defense University

http://researcher.nsc.gov.tw/WEN_CHIN_LI/en/

Co-Authors:王興中

行政院飛安委員會Don Harris

Cranfield University,U.K.

提報人：李文進 PhD MErgS

國防大學 心理研究所

National Defense University

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Overview

國際上有關人為因素之法規與研究 人為因素分析與歸類系統（ HFACS ） 之理論與發展 HFACS 之應用：飛行決策（ ADM ） HFACS 層級間之影響與預測效果 如何運用 HFACS 提升飛行安全

• 最近十年間，有關人為因素之議題已成為國際上對飛機「適航性」認證當局關注的重點 (FAR Part 25/EASA CS-25 （ Acceptable Means of Compliance, AMC 1302) 。

• 人為失誤的發生與操作者（飛行員）、工具（飛機之機型）及所執行之任務（軍事戰鬥任務或民航客運任務）間有密切的關聯（ Hollnagel, 1998 ) 。

• 人為因素調查的重點是要去理解事故發生時為何飛行員在當時會有那樣的操作反應，而非僅是下結論說飛行員操作錯誤、違反標準作業程序、或判斷錯誤（ Dekker, 2001) 。

國際上有關人為因素之法規與研究

1. SHERPA Systematic Human Error Reduction and Prediction

Approach2. HET Human Error Template3. CREAM Cognitive Reliability and Error Analysis Method4. HEART Human Error Assessment and Reduction Technique5. HEIST Human Error Identification in System Tool…

Why HFACS ???

人為因素之研究方法

Human Factors Analysis and Classification System (HFACS)

has been Developed to put 6 different perspectives together

(S. Shappell; 李文進 ; D. Wiegmann)

6. Physiological Perspective

5. Psychosocial Perspective

1. Cognitive Perspective

4. Organizational Perspective

3. Behavioral Perspective

2. Ergonomic Perspective

人為失誤之直接與間接因素

Direct Causal Factors• 飛行員之操作• 飛行之環境（天候、地形、溫度、 G力）

Indirect Causal Factors• 不當之督導• 組織之管理• 法令規章• 座艙文化、組織文化、專業文化、

國家文化(These factors can’t be found at accident site)

• HFACS 闡述飛行組織的「顯性失效」與 「隱性失效」。

• 顯性失效：組織中的第一線操作人員（飛行員、航管、修護人員）的績效未達標準，而導致飛安事件的發生。

• 隱性失效：複雜龐大的組織中督導與管理不周延、權責不清、操作手冊規範不詳實等問題，只要不發生問題就不會被注意。

人為因素分析與歸類系統（ HFACS ）

儀表交互檢查

各電門位置是否熟

悉

五邊外型與攔截下滑道是否

正確

維持機外顧慮與狀況警覺

程序是否熟練

塔台傳遞的訊息之分析與確認

訊息交換與傳遞…？？？

風速、風向對飛機

之影響

跑道之長度與助、導航設施

人為因素如何發生？

組織因素組織因素

不安全的督導不安全的督導

不安全行不安全行為的前置為的前置狀況狀況

不安全的行為不安全的行為

隱性失效隱性失效過多的支出刪減過多的支出刪減不當的升遷政策不當的升遷政策資源分配不公資源分配不公

飛安事件飛安事件

顯性與隱性失效 顯性與隱性失效 (James Reason, 1990)(James Reason, 1990)

缺乏或失缺乏或失敗的防禦敗的防禦行為行為

隱性隱性失效失效不完善或不充實的訓練計劃不完善或不充實的訓練計劃不適當的組員配對不適當的組員配對未能修正已知問題未能修正已知問題

隱性隱性 // 顯性失顯性失效效

不良的 不良的 CRMCRM 心智疲勞心智疲勞 操作環境操作環境顯性失效顯性失效

儀錶掃描不周延儀錶掃描不周延 違規飛行違規飛行 決策判斷錯誤決策判斷錯誤 操作不當操作不當

HFACS 的 4個層級及 18個子項目分類架構圖 (Wiegmann & Shappell ， 2003)

層級一 :顯性失效層級二 :顯性 /隱性失效層級三 : 隱性失效層級四 : 隱性失效

第一層級不安全的操作

決策的錯誤

知覺的錯誤 違犯規定操作的

錯誤決策的錯誤

知覺的錯誤 違犯規定操作的

錯誤

決策的錯誤

1. 不適當的演練2.程序不瞭解3.對飛機各系統的 知識不充分4.信心超過能力5.對緊急狀況的處 置不恰當

知覺的錯誤

1. 空間迷向2. 視覺幻象3. 誤判距離、高 度、空速

違犯規定

1. 不充分之飛行 操作2.不遵照航站管 之指示3.違反規定與 SOP4. 操作未經授權 之課目 ...

操作的錯誤

1. 不注意飛控系 統2. 目視不充分3.操作技術不純 熟4. 過度依賴自動 系統5.過度操空飛機

第二層級「不安全操作的前置狀況」

不佳的心智狀態

1. 喪失狀 況警覺2.自滿3.過度注 意集中 於某點5.分心6.精神疲 乏

自然環境

1. 天氣2. 高度3. 地形4. 燈光5. 震動6. 座艙之 環境…

技術環境

1. 儀器之 設計

2. 檢查表 之規劃3. 顯示器 之介面4. 自動化 系統 …

不佳的生理狀態

1. 生病2. 缺氧3.生理疲 乏4. 動暈症5.興奮

生理的 /心智的極

限1. 視覺限制2.反應時間 不充分3.經驗不足4.訊息過多 無法處理5.缺乏飛行 性向 ...

組員資源管理

1. 飛行前 任務提 示不足2.缺乏團 隊協調 能力3. 缺乏自 信 ...

個人準備

1.休息 時間 不足2.不充 分之 訓練3.未按 規定 服藥

第三層級不安全的督導

不充分的督導

1. 未能提供適當 之訓練2.未能提供專業 之指導3.未能提供最新 之技術與資訊4.未能提供足夠 之休息時間…

未能修正已知的錯誤

1. 未能修正不適 當之行為2.未能創立正確 之行動方略3. 未能針對不安 全行為之趨勢 提出報告

督導者違規1.准許不適當之 組員飛行2.未能制訂適當 之法規3.違反規定4.核准不必須之 風險5. 不適當之證件6.偽照證件

計劃不周全的運作機制

1. 未能提供足夠之 督導2.風險大於利潤3.任務過於繁重

第四層級組織（管理）的影響

資源管理

1. 人力資源2.財力資源3.物力資源

組織運作

1.運作方式2.工作程序3.監督管制

組織氣候（文化）

1. 組織管理結構2.政策訂定3.失事調查原則

• 1970 到 1974 年間，飛行員因決策錯誤（ ADM ）導致了 52 ％的重大飛行意外及 35％的意外事件（ Jensen & Benel, 1977 ）。

• 美國在 1987 到 1989 年間，「飛行員決策錯誤」分別佔了民航意外事件的 56％及軍航意外 53％；研究結果顯示出「飛行員決策錯誤」已成為航空意外的重要因素（ Diehl, 1991; Jensen, 1997 ）。

• 李文進與 Harris (2008) 運用「人為因素分析及歸類系統 (HFACS) 」研究國內的飛安事件發現「飛行決策錯誤」佔民航飛安事件的 70％及軍航 42％ (Li & Harris, 2006, 2007 & 2008) 。

人為因素之 ADM 與 CFIT

一、研究樣本： 1999 年至 2006年行政院飛安委員會所公佈的 41件飛安事件為研究樣本，且均符合國際民航法規 (第九版 )附錄 13 所定義的飛安事件的標準（ International Civil Aviation, 2006）。

二、研究程序：（一）在評量前，先由研究者說明有關「人為因素分析與歸類系統

（ HFACS ）」理論內涵，確認分析者對 HFACS 的分類標準有共同程度之理解。

（二）呈現 41 件飛安事件調查報告，分析者依據 HFACS 十八個子項目個別獨立判斷飛安事件的人為因素，不計算累計次數。

研究方法

三、資料編碼：（一）採類別變項「有（ 1）、無（ 0）」方式編碼 。（二）為避免過度描述單一子項目在每個事故中之比重，

HFACS 的每一項目在每個事故中最多僅被計算一次。

四、統計分析：（一）計算「 41筆飛安事件在 HFACS 人為因素之發生頻率」（二）檢驗「 HFACS每一較高層級預測『決策錯誤』的解釋力

（ Goodman & Kruskal τ 係數）（三）勝算比（ odds ratio ）」，以瞭解影響層級一「決策錯

誤」的直接與間接影響效果。

一、 HFACS 的 18 個子項目以層級一的「決策錯誤」 29件，佔 70.7 ％為最高

二、第四層級「組織運作」、第三層級「未計劃周詳之飛行任務」、「不充分的督導」及第二層級變項「自然的環境」、「個人準備狀況」、「組員資源管理」、「不佳的心智狀態」等 7 個變項，均可預測第一層級「決策錯誤」， χ2=4.11至 20.88（ p<.05 ） ；

三、在勝算比（ odds ratio）分析方面，同樣發現「上述 7 個變項出現相對於不出現的情況下，對第一層級『決策錯誤』變項出現的機率介於 5.25至 43.33倍之間」 。

結果與討論

HFACS 子項目 次數 ( 序 ) 百分比％ 評分者信度

層級一

決策錯誤 29(01) 70.7 ％ 82.9

技術操作錯誤 29(01) 70.7％ 78.0

知覺感官錯誤 21(09) 51.2％ 75.6

違規錯誤 28(03) 68.3％ 80.5

層級二

不佳心智狀態 14(13) 34.1％ 68.3

不佳生理狀態 1(18) 2.4％ 95.1

生理 / 心智極限 7(16) 17.1％ 80.5

組員資源管理 28(03) 68.3％ 73.2

個人準備狀況 8(15) 19.5％ 87.8

自然的環境 19(10) 46.3％ 80.5

技術的環境 7(16) 17.1％ 70.7

層級三

不充分的督導 26(05) 63.4％ 70.7

未計畫周詳之飛行任務 18(11) 43.9％ 68.3

未能修正已知之問題 15(12) 36.6％ 73.2

違規的督導 23(07) 56.1％ 68.3

層級四

資源管理 23(07) 56.1％ 63.4

組織氣候 9(14) 22.0％ 85.4

組織運作 25(06) 61.0％ 75.6

表 1 HFACS各子項目發生頻率、百分比與信度摘要表

表 2 HFACS高層級對層級一「決策錯誤」預測解釋力之直接效果摘要表

HFACS較高層級對較低層級之預測效果 χ2 test τ係數 (PRE)

Odds ratio

95%信賴區間

（ CI ）χ2 値 P値 τ値 P値

層級 4對層級 1決策錯誤顯著預測項目組織運作 X決策錯誤 5.45 .020 .13 .021 5.25 1.23-22.39

層級 3對層級 1決策錯誤顯著預測項目未計畫周詳之飛行任務 X決策錯誤 8.72 .003 .21 .004 15.58 1.77-137.26

不充分的督導 X決策錯誤 10.79 .001 .26 .001 11.50 2.36-56.15

層級 2對層級 1決策錯誤顯著預測項目自然的環境 X決策錯誤 6.01 .014 .15 .015 7.08 1.31-38.33

個人準備狀況 X決策錯誤 4.11 .043 .10 .045 NC NC

組員資源管理 X決策錯誤 20.88 .000 .51 .000 43.33 6.28-299.18

不佳的心智狀態 X決策錯誤 8.80 .003 .22 .003 NC NC

表 3 HFACS高層級對層級一「決策錯誤」預測解釋力之間接效果摘要表

HFACS較高層級對較低層級之預測效果 χ2 test τ係數 (PRE)Odds ratio

95%信賴區間（ CI ） 層級 4對層級 3顯著預測項目 χ2 値 P値 τ値 P値

組織運作 x違規督導 20.25 .000 .49 .000 36.75 5.91-228.44組織運作 x未計劃周詳之飛行任務 15.11 .000 .37 .000 31.88 3.56-285.31組織運作 x不充分的督導 22.56 .000 .55 .000 49.83 7.35-337.91組織氣候 x違規督導 5.04 .025 .12 .027 9.07 1.01-81.15組織氣候 x未計劃周詳之飛行任務 5.37 .020 .13 .022 6.69 1.18-37.79資源管理 x違規督導 6.75 .009 .17 .010 5.67 1.47-24.89資源管理 x未計劃周詳之飛行任務 14.01 .000 .34 .000 18.29 3.28-101.86資源管理 x不充分的督導 12.52 .001 .31 .000 13.33 2.80-63.44 層級 4對層級 2顯著預測項目組織運作 x組員資源管理 4.06 .044 .10 .047 4.00 1.00-15.99組織運作 x 個人準備狀況 6.36 .012 .16 .013 NC NC資源管理 x自然的環境 4.45 .035 .11 .037 4.04 1.07-15.27 層級 3對層級 2顯著預測項目違規督導 X 個人準備狀況 7.78 .005 .19 .006 NC NC未計畫周詳之飛行任務 X自然環境 8.64 .003 .21 .004 7.37 1.84-29.56未計畫周詳之飛行任務 X個人準備狀況 3.90 .048 .10 .050 5.25 .91-30.23未計畫周詳之飛行任務 X組員資源管理 6.29 .012 .15 .013 7.33 1.36-39.44不充分的督導 X 個人準備狀況 5.73 .017 .14 .018 NC NC不充分的督導 X組員資源管理 8.74 .003 .21 .003 8.25 1.87-36.69不充分的督導 X不佳的心智狀態 4.56 .033 .11 .035 5.57 1.04-29.27

• 決策是一個相當複雜的認知過程，除受到個人的生理、心理、飛行狀況及操作環境等因素影響外，更受到組織管理與督導階層的影響。

• 事實上，決策正如任何飛行技能一樣，是可經由訓練來提升飛行員之飛行決策品質 (Jensen & Hunter, 2002; Klein, 1993 & 1997； O’Hare, 2003; Patrick, 2003; Prince & Salas, 1997; Li & Harris, 2006 & 2007 ) 。

• 影響決策錯誤的人為因素具有跨層次的直接影響效果，此與 Wiegmann & Shappell（ 2003）所提出的HFACS理論認為「架構中每一較高層級均會直接影響下一層級的子項目」的論述有更進一步的發現。

• 「飛行員決策錯誤」是航空意外的重要因素，而且決策錯誤幾乎都是肇生重大的飛安事件（ Diehl, 1991; Jensen, 1997; Li & Harris, 2004, 2006 & 2007 ）。 但是，

• 在飛行訓練的過程中，「飛行決策」的訓練一直缺乏相關之研究，且被視為飛行時數的副產品（ Buch & Diehl, 1984) 。

• 飛行員不適當的決策所造成的意外，常常被錯誤解讀及歸類為飛行員的違規事件（李文進， Harris & 游重山， 2008 ）。

圖 1 HFACS高層級變項對層級一「決策判斷錯誤」預測解釋力直接效果與間接影響路徑圖

指對決策判斷錯誤的直接效果層級四組織 (管理 )影響

層級三不安全督導

層級二不安全操作的前置狀況

層級一不安全的操作行為

資源管理 組織氣候 組織運作

不充分的督導 未計畫周詳之飛行任務 違規的督導

不佳的心智狀態

技術的環境

自然的環境

個人準備狀況

組員資源管理

決策判斷錯誤 違規（例行、特殊）錯誤知覺感官錯誤技術操作錯誤

指對決策判斷錯誤的間接影響

未能修正已知的問題

生理 /心智的極限

不佳的生理狀態

B747-400 誤由關閉跑道起飛失事發生時間： 2000/10/31 發生地點：桃園中正機場

事故簡介：事故當時，中正機場處於象神颱風外圍之強風豪雨中。該機起飛時，撞毀於部份關閉之 05 右跑道上

　人員傷亡： 83 人死亡， 39 人重傷及 3

2 人輕傷

調 查 結果：趕在颱風進襲前起飛之時間壓力，及強風、低能見度及溼滑跑道等情況，飛航組員失去狀況警覺而由錯誤跑道起飛。

B5

SS

West CrossNP

05R

05L

Taxi RouteTaxi RouteTaxi RouteTaxi Route

與可能肇因有關之調查結果（摘錄）

•事故當晚，飛航組員可藉由以下資訊瞭解其所處之機場環境：• 中正機場航圖• 飛機航向參考資訊• 跑道及滑行道指示牌• N1滑行道連至 05左跑道之滑行道中心線燈• 05右跑道中心線燈顏色（綠色）• 05左及 05右跑道之寬度差異• 05右和 05左跑道燈光結構差異• 目視輔助系統（ Para-Visual Display ， PVD ）顯示飛機未對正

05左跑道左右定位台• 主要飛航顯示器（ Primary Flight Display ， PFD ）資訊

•趕在颱風進襲前起飛之時間壓力，及強風、低能見度及溼滑跑道等情況，均潛在地影響飛航組員下達決策和維持狀況警覺之能力，導致飛航組員失去狀況警覺而由錯誤跑道起飛

儀表顯示

• 駕駛艙內可供飛航組員參考的資訊

• PVD

Para-Visual Display

PVD

HFACS 層級間之影響• 就忽略 PVD未正常運作訊息之層級一「決策判斷錯誤」，可發現對其直接造成影響者為– 該公司文件中，未反映新加坡民航局核准之波音 747-400 飛航手冊附錄中有關使用 PVD 確認正確跑道規定 ( 層級四組織運作 )

– 未訂定 PVD 使用程序，以供駕駛員在低能見度之狀況下以 PVD 確認航機由正確位置起飛 ( 層級四資源管理 )

– 未提供駕駛員 PVD未能正常運作時之處理程序及督導等 ( 層級三不充分的督導 )

• PVD為層級四「資源管理」、「組織運作」及層級三「不充分的督導」等變項，跳過層級二，直接影響層級一之『決策失誤』

Ueberlingen Mid-air Crashed

• 「人為因素分析與歸類系統（ HFACS ）」為當前分析飛安事件之原因與研擬失事預防策略的主流。

• 歐洲航空安全管理局（ EASA ）與美國 FAA 在 2008 年均已開始針對座艙中有關飛行員的操作表現與人因工程學之認證做出要求（ CS-25 ＆ PART-25 ），並規範出可接受的符合要求之標準（ Acceptable Means of Compliance, AMC ）。

• 運用 HFACS 理論探討影響飛行安全的人為因素，發現飛行決策錯誤是造成航空意外的重要因素，且更進一步的發現 HFACS各層級變項對層級一「決策錯誤」具有跨層級的直接影響效果及可能的間接影響效果。

• 本研究結果可提供飛安管理與訓練單位，做為飛行員訓練與研擬失事預防策略之參考外，對未來 HFACS 理論模式的修訂，將更具有研究參考的價值。

結論與建議

National Defense University

國防大學 心理研究所李文進 PhD MErgSE-mail: fs049504@yahoo.com.tw

HFACS 子項目 次數 ( 序 ) 百分比％ 評分者信度

層級一

決策錯誤 29(01) 70.7 ％ 82.9

技術操作錯誤 29(01) 70.7％ 78.0

知覺感官錯誤 21(09) 51.2％ 75.6

違規錯誤 28(03) 68.3％ 80.5

層級二

不佳心智狀態 14(13) 34.1％ 68.3

不佳生理狀態 1(18) 2.4％ 95.1

生理 / 心智極限 7(16) 17.1％ 80.5

組員資源管理 28(03) 68.3％ 73.2

個人準備狀況 8(15) 19.5％ 87.8

自然的環境 19(10) 46.3％ 80.5

技術的環境 7(16) 17.1％ 70.7

層級三

不充分的督導 26(05) 63.4％ 70.7

未計畫周詳之飛行任務 18(11) 43.9％ 68.3

未能修正已知之問題 15(12) 36.6％ 73.2

違規的督導 23(07) 56.1％ 68.3

層級四

資源管理 23(07) 56.1％ 63.4

組織氣候 9(14) 22.0％ 85.4

組織運作 25(06) 61.0％ 75.6

HFACS各子項目發生頻率、百分比與信度摘要表（民航）

HFACS 的評分者信度（軍航）

HFACS 的子項目 HFACS層級

評分者信度Cohen’s Kappa

一致性百分比個人的準備狀況 2 0.695 72.3%決策 (判斷 )錯誤 1 0.675 81.5%技術（操作）的錯誤 1 0.712 83.4%

違犯（例行、特殊）的錯誤 1 0.695 84.9%知覺（感官）的錯誤 1 0.667 85.1%不佳的心智狀態 2 0.748 86.0%

資源管理 4 0.768 86.4%組織的運作 4 0.593 87.4%

不充分的督導 3 0.826 89.7%組員資源管理 2 0.801 89.7%技術的環境 2 0.608 89.9%

生理的 /心智的極限 2 0.691 90.4%自然的環境 2 0.797 92.2%

未計畫周詳之飛行任務 3 0.706 94.6%未能修正已知之問題 3 0.548 95.8%

違規的督導 3 0.694 96.2%組織氣候（文化） 4 0.440 96.4%不佳的生理狀態 2 0.441 96.4%

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Adverse physiological

states

Physical environment

Skill-based errors

Adverse mental states

Personal readiness

Crew resource management

Physical /mental

limitation

Technology environment

Failed to correct a known problem

Decision errors

Level-4

Level-2

Perceptual errors Violations

1.0

.30

.29

.31 .31

Resource management

Organizational climate Organizational process

Inadequate supervision Planed inadequate operations

Supervisory violation

Level-3

Significant association of causal factors for Ueberlingen accident at the HFACS framework categorized by Western investigators (U.K.)

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Crew resource management

Adverse physiological

states

Physical environment

Skill-based errors

Adverse mental states

Personal readiness

Physical /mental

limitation

Technology environment

Decision errors

Level-4

Level-3

Level-2

Level-1

Perceptual errors Violations

.24.46 .47

.31

.33.40.46

.56.40

.60.40

.46

.33

1.00

Resource management

Organizational climate Organizational process

Inadequate supervision Planed inadequate operations

Failed to correct a Known problem

Supervisory violation

Significant association of causal factors for Ueberlingen accident at the four levels of the HFACS framework categorized by Eastern investigators (Taiwan)

HFACS 之難題：認知、經驗、專業之差異

HFACS 之難題：結果論或歸因論

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如何運用 HFACS 提升飛行安全

• 陸、海、空軍之機型不一樣、任務不一樣、管理模式不一樣、訓練裝備也不一樣，必須各自運用 HFACS來辨識出自己的問題。

• 進一步分析， F-5, F-16, IDF, M-2000,C-130, E-2T, S-70C ，也必須各自運用 HFACS來辨識出自己的問題。

• HFACS 能幫你正確辨識出人為因素的問題，無法幫你「修理」問題！

• 為什麼執行「人為因素分析與歸類系統（ HFACS ）」？執行 HFACS 之後續作為？