QKC20190322：讀書會_從 737 事件探討安全性管理

hlperng

品質學會品質知識社群 (QKC) 讀書會
專題：從 737 事件探討安全性管理
時間：2019 年 03 月 22 日(星期五) 15:00 - 18:00   
地點：品質學會九樓教室（台北市羅斯福路 2 段 75 號）
引導：彭鴻霖會友

hlperng

波音 737 MAX 8 空難事件：

• 2018 年 10 月29日，印尼獅航 JT610 起飛後，飛機自動駕駛系統屢次強制飛機機頭向下，機師試圖抬高機頭改正問題，飛機自動駕駛系統再次強制壓下機頭，起飛後 13 分鐘後墜機。
• 2019 年 3 月 10 日，衣索比亞航空公司 ET302，起飛後不久機師回報機械有問題，並要求返回機場，但起飛 6 分鐘後墜機。失事班機飛行時間僅1200小時，為 2018 年 11 月 15 日交付的新飛機。
  

美國航空公司 (American Airlines) 延續停飛波音 737 Max 至 2019 年 6 月 5 日。

美國聯邦航空總署 (FAA) 表示，根據衛星的追蹤資料，兩架飛機失事前的垂直變化相似，高度變化不穩定，表示機師可能難以控制飛機。起飛後不久，兩架失事飛機機師都表示難以控制飛機，要求返回機場。
涉及波音 737 Max 8 失事事件的相關系統：操控特性增益系統 (Maneuvering Characteristics Augmentation System, MCAS)，亦有稱之為自動失速防止系統 (Automated Stall-Prevention System)。根據飛機的飛行軌跡資料顯示，可能原因是飛行控制電腦系統根據感測器輸入資料判斷攻角 (AOA) 太陡， MCAS 自動控制系統介入使機鼻朝下，飛機在正常飛行狀況下開始不斷下壓機頭。機師多次手動拉伸仍然無法控制飛機姿態，最後導致飛機俯衝墜毀。在獅航空難事件中，機師在 11 分鐘內連續手動拉升 20 餘次，最後還是失敗無法挽救，飛機墜海發生空難。

MCAS 為一軟體自動控制系統，其目的為自動防失速系統。因為波音 737 Max 配備了較大、更省油的發動機，設計變更調整發動機的位置往機鼻方向移動，因而也產生了新的氣動力學問題，可能造成飛機飛行攻角過大而失速。波音工程師為 737 Max 開發了 MCAS，做為 737 Max 的自動操控輔助系統。當機身上的攻角感測器檢測到飛機有高速失速可能的情況時，即使在機師沒有輸入信號操控的情況下，MCAS 會下達指令給飛行控制電腦，啟動飛機尾部的水平穩定器，強制將飛機的機頭自動向下推。根據波音公司的說法，MCAS 在正常飛行期間並不會作用，只有在非正常的飛行情況下才會介入改善飛機行為。所謂非正常的可能情況，包括飛機大幅度轉彎、飛機起飛驟然向上爬升、飛行速度接近失速等。

美國波音公司為了增加與空中巴士公司 A320 的競爭優勢，硬塞大引擎到改款 737 Max上，油耗改善了 14 %。因為加大引擎，被迫拉高機鼻、推前及抬升引擎位置，造成空氣動力學問題，只好加入自動控制系統限制大角度起飛，以避免發生問題。種種妥協措施，可能是造成連續空難的原因。
737 Max 性能提升：波音 737 Max 新客機的油耗改善了 1.8 %，加大發動機。

飛安事故後對策：

• 更新 MCAS 系統軟體。
• 增加使用攻角 (AOA) 感測器資料來源，從 1 具改為 2 具。
• 增加地面滑行時期感測器校正作業。
• 限制使用 MCAS 次數，從多次改為一次。
• 更新機師訓練要求，機組員飛行手冊加入 MCAS 相關資訊。
  

隨著科技發達，許多傳統控制系統改採電子線控 (X by wire) 方式，就像用先進搖桿完動作視訊遊戲一樣，使用者必須透過不斷的訓練學習熟悉各種操作模式，才能在極短的時間內憑直覺順利完成任務。

安全性管理：飛機系統上市的符合性評鑑過程 (CAP)：適航認證 = 環境試驗證明耐久性 + 壽命試驗證明可靠性 + 產品與過程審查和稽核確認安全性。

根據華爾街日報的新聞報導：波音公司的新飛機安全認證過程有問題，美國運輸部已派員調查美國聯邦航空總署 (FAA) 批准波音 737 系列飛機上市過程是否有疏失。

根據西雅圖時報報導，在安全性管控方面可能有下列原因：
為了讓波音公司能夠盡快推出 737 新機型，以便和歐洲空中巴士公司 A320 在商用飛機領域有競爭優勢，FAA 的安全性認證專家可能把 MCAS 安全性認證等工作委託波音工程師自己做，還讓需費時完成的分析結果加速過關。

MCAS 安全性驗證，至少有三大安全性問題

• MCAS 可以自動控制飛機的水平尾翼，繞機頭朝下以面失速。但 737 Max 系列服務之後分析發現，MCAS 實際能夠轉動水平尾翼的幅度 2.6 度，竟是原始設計安全性分析報告的四倍。這樣可能會造成飛機機頭大幅下壓，機獅難以控制。
• 安全評估報告沒說明，機師每次針對 MCAS 的動作做出反應時，系統可能自動重設，因而讓 MCAS 不斷壓低機頭。
• MCAS 僅靠一個感應器的訊號就自動降低機頭，安全評估認為這樣的設計不安全，波音公司卻沒有進行設變，維持原有設計。
  

資料顯示，

波音 737 Max 攻角感測器 (AOA)：



波音 737 MAX 新增特色


圖片來源：西雅圖時報 (The Seattle Times)


MCAS 作動原理：


圖片來源：西雅圖時報 (The Seattle Times)


改善對策：修改 MAX 飛行控制系統 MCAS 軟體設計


圖片來源：西雅圖時報 (The Seattle Times)



參考資料

• 科技新知，2019-03-18，https://technews.tw/2019/03/18/i ... of-737-max-crashes/
• The Seattle Times，2019-03-17，https://www.seattletimes.com/business/boeing-aerospace/failed-certification-faa-missed-safety-issues-in-the-737-max-system-implicated-in-the-lion-air-crash/
• 科技新知，2019-03-14，https://technews.tw/2019/03/14/b ... ftware-enhancement/
• https://www.nytimes.com/interactive/2018/11/16/world/asia/lion-air-crash-cockpit.html
• https://moneymaven.io/mishtalk/economics/boeing-737-max-major-design-flaws-not-a-software-failure-rVjJZBVzZkuZLkDJn3Jy8A/
• https://today.line.me/TW/pc/article/xz6qke?utm_source=lineshare
• https://www.techbang.com/posts/68714?utm_source=Line&utm_medium=post&utm_campaign=p68714
• https://www.litenews.hk/%E3%80%90%E5%8D%9A%E8%A9%95%E3%80%91%E5%91%82%E7%90%AA%EF%BC%9A%E7%82%BA%E4%BD%95%E6%B3%A2%E9%9F%B3%E3%80%8C737-max%E3%80%8D%E5%9E%8B%E5%AE%A2%E6%A9%9F%E7%A9%BA%E9%9B%A3%E9%A0%BB%E5%87%BA%EF%BC%9F/
  

hlperng

一架飛機的一生分為設計、原型機製造、地面測試、試飛、量產、交機、營運、維修、與除役等九個階段。這一生的過程要加以適當的管制以達到安全上的要求，這些管制的結果經過權責單位確認證明符合相關要求後授予證書 (certificate)：

• 型式認證 (type certificate)：管制設計、原型機製造、地面測試與試飛四個階段。
• 生產認證 (production certificate)：管制量產、交機兩個階段。
• 適航認證 (airworthiness certificate)：管制營運、維修與除役三個階段，每一架飛機一張證書。
  

MCAS: Rockwell Collins
AOA: Rosemont

空難家屬已委託律師對零組件供應商提出告訴！