Совершенствование системы и методов профессиональной подготовки летного состава на основе контроля текущего состояния

Актуальность темы

Необходимость разработки новой концепции построения системы поддержания профессиональной годности летного состава в России диктуется изменившимися условиями применения гражданской авиации (ГА) как одного из важнейших транспортных средств. Изменения состоят прежде всего в многообразии форм собственности на авиационную технику и элементы гражданской авиационной инфраструктуры, легализации, признании и формировании рынка авиационных перевозок, создании государством соответствующего правового пространства для обеспечения коммерческой составляющей в качестве главного стимула деятельности авиационных предприятий, использующих гражданские воздушные суда.

Требования к обеспечению необходимого уровня безопасности полетов в ГА вступают в противоречие с факторами, определяющими экономическую ситуацию в целом в стране и деятельность авиакомпаний, добивающихся максимальной экономической выгоды.

Созданная ранее система административного жесткого контроля за соблюдением экипажами воздушных судов правил летной эксплуатации фактически распалась, администрация ГА должна была начать разработку новой системы подготовки летных специалистов.

Система подготовки летного состава и поддержания их летной годности становится неэффективной из-за многих причин. Принцип дерегулирования деятельности авиакомпаний со стороны государства пока лишь привел к развертыванию активности авиакомпаний на внутреннем и внешнем рынках перевозок.

Но до сих пор система подготовки летного состава во многом базируется на старых принципах, в которых главным является наличие рекомендаций о том, как улучшить или поддержать летное мастерство. Но трудно заставить летный состав соблюдать необходимые рекомендации в условиях дерегулирования, поскольку законодательные акты и система ответственности за нарушение норм безопасного полета не согласованы. Действующий ранее такой эффективный документ как наставление по производству полетов (НПП-85) в настоящее время подвергается переработке. В создавшейся ситуации уровень безопасности полетов имеет тенденцию к снижению.

Таким образом, в системе профессиональной подготовки существуют два одновременно проявляющихся процесса:

— модернизация структуры в соответствии с разрабатываемым в настоящее время новым законодательством и нормативно-правовым подходом на основе ФАП по рекомендациям ИКАО;

— совершенствование методов профессиональной подготовки с целью повышения уровня безопасности полетов в рамках временных положений и до сих пор не согласованных документов о производстве полетов, действующих в отрасли.

Дополнительным ограничением для разработки системы профессиональной подготовки является несовершенство летных тренажеров, производимых в России. Это приводит к необходимости поиска новых путей создания методик поддержания летной годности членов экипажей ВС.

Для России, как это было доказано в результате проведения многих исследований, этот путь состоит в разработке метода контроля текущего состояния.

Цель работы. Обоснование метода контроля текущего состояния и разработка схемы совершенствования структуры системы профессиональной подготовки в условиях ограничения ресурсов таких, как уменьшение объемов летной и тренажерной подготовки.

Методы исследования. Общая теория систем и декомпозиция агрегированных комплексов. Теория нечетких множеств и экспертных систем. Вероятностный и статистический анализ векторных процессов. Векторно-матричное исчисление.

Состояние вопроса. Вопрос об использовании информации о текущем состоянии экипажа для оценки фактического значения летной годности летного состава изучается достаточно давно.

Однако некоторые практически ценные решения в рассматриваемой области были получены достаточно недавно. Можно отметить, что усилия ряда авторов были направлены на использование экспертных методов и вероятностных подходов с применением теории Марковских цепей. При этом могут быть названы работы ряда авторов из КНИГА (1985 г. [16]) и Академии ГА [17, 1995 г.]. Основополагающие результаты в области безопасности полетов были получены в Академии ГА в период 1980;1995 г. Прежде всего, необходимо отметить работы профессора Крыжановского Г. А., относящиеся к построению моделей оператора, оценке его устойчивости и способностей к повышению профессионального мастерства на основе обучения. Особенно это относится к исследованию профессиональных качеств оператора-диспетчера в системах УВД.

В решении вопросов подготовки летного состава следует говорить о направлении работ профессора Коваленко Г. В. и его научного коллектива. Можно отметить работы профессора Балясникова В. В., относящиеся к оптимизации человеческих ресурсов и оценке влияния человеческого фактора на безопасность полетов. В Академии ГА развивается направление по разработке программы CRM [8], без чего в настоящее время невозможна подготовка летного состава к совершению международных полетов.

В круге перечисленных вопросов решается и проблема оценки летной годности экипажей и оценка их способности к преодолению трудностей в принятии решений в особых ситуациях.

Вопросы, сформулированные в диссертации, в отечественной литературе освещены недостаточно.

Впервые основные идеи по методу текущего состояния были выдвинуты автором диссертации. В дальнейшем эти идеи были положены в основу нескольких отраслевых НИР, результаты которых были внедрены в лётную практику гражданской авиации России.

Затем были получены и развиты новые направления в области теории управляемых интервалов времени и оценивания рисков авиапроисшествий. Это было сделано профессором Е. А. Куклевым [17, 18, 19]. Это позволило автору диссертации получить новые результаты.

Дается теоретическое обобщение ряда работ в рассматриваемой области. Устраняются противоречия в трактовках. И далее на основе летной практики и личного опыта автора предлагается целостное изложение системы методов и способов, обеспечивающих эффективное поддержание летной годности с применением контроля текущего состояния.

Главным результатом этого обобщения является формирование концепции построения системы профессиональной подготовки летного состава в России с учетом принципов государственного регулирования деятельности авиакомпаний.

Положения, выносимые на защиту и их новизна, следующие:

— Структура и алгоритмы процедур для оценивания практического значения летной годности на основе оценивания текущего состояния КВС;

— Использование принципа управляемых интервалов времени существования летной годности в системе управления летной работы;

— Модели и алгоритмы определения показателей летной годности типа вероятностей состояний, рисков опасностей и статистических показателей на основе метода экспертных систем;

— Оценка достоверности предложенных методов на основе анализа результатов реальных полетов с помощью бортовых средств регистрации полетной информации.

Практическая ценность результатов диссертации доказана признанием полномочным федеральным органом гражданской авиации, которым изданы руководящие документы по внедрению методики управляемых интервалов времени в авиакомпаниях России. На основе методики созданы временные нормы на измененные регламенты применения обучающих процедур при сертификации АТЦ и экипажей для отдельных типов ВС.

Апробация результатов и публикаций по теме диссертации. Результаты работы по применению метода контроля текущего состояния КВС при оценивании летной годности периодически докладывались на внутр^ нивании летной годности периодически докладывались на внутри российских и международных симпозиумах и семинарах. Были также представлены в аэронавигационной комиссии ИКАО в 1989, 1995 и 1998 годах. Автором опубликовано по теме диссертации 18 печатных работ, в том числе 10 в международных изданиях.

Краткое содержание диссертации следующее.

В главе 1 дано обобщение имеющихся работ по исследуемой проблеме. Проанализировано состояние безопасности полетов в ГА России за последние 20 лет. Выявлены основные факторы опасности полетов, оценены роль человеческого фактора и состояние вопроса с определением летной годности экипажа и КВС, прежде всего.

В главе 2. являющейся основной теоретической частью исследуемых вопросов решаются вопросы формализации понятия летной подготовленности КВС к выполнению полетов в сложных условиях.

Глава 3 также является теоретической. В которой вводятся критерии эффективности методов учета текущего состояния при оценке фактического значения показателя летной годности. Обосновываются методы экспертного оценивания возможности выявления минимума КВС по результатам реальных полетов.

В главе 4 представлены материалы по внедрению результатов диссертации в практику подготовки летного состава.

Перечень отдельных сокращений, принятых в диссертации:

ВС — воздушное судноНПП — наставление по производству полетовИКАО — международная авиационная организацияГА — гражданская авиацияУВД (ОВД) — управление (организация) воздушным движениемЛГ — летная годностьЛС — летный составКВС — командир воздушного суднаАТЦ — авиационный тренажерный центрАП, ПАП — авиационное происшествие, предпосылки к авиационному происшествиюНИР (НИОКР) — научно-исследовательская работа, (опытно-конструкторская НИР) — ППЛС — правила подготовки летного составаРЛЭ — руководство по летной эксплуатацииРОЛР — руководство по организации летной работы.

Выводы-3.

Представляется возможным осуществить иерархическое структурирование процедур, отражающих алгоритм экспертного оценивания летной годности экипажей. Соответствующая функциональная схема экспертного оценивания может стать основой для создания компьютерной программы для обработки полетной информации о текущем состоянии экипажей.

Глава 4.

КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ И СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ ЭКИПАЖЕЙ ВС НА ОСНОВЕ КОНТРОЛЯ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ.

В данной главе дается изложение практических результатов, вытекающих из теоретического обоснования нового подхода к организации летной работы в ГА.

В теоретической части диссертации было показано, что анализ процесса управления летной годностью экипажа показывает, что решения по поддержанию их на безопасном уровне вырабатываются на основе ограничений, установленных документами по организации и выполнению полетов в летных подразделениях ГА. Это затрудняет использование схемы управлении летной годностью экипажа с учетом текущего состояния.

Использование оценок текущего состояния КВС для принятия решений по поддержанию летной годности на безопасном уровне требует разработки новой концепции структуры поддержания летной годности, отличающейся от схемы применения регламентных процедур. В новой схеме требуется представление характеристик состояния летной годности экипажей в компактной форме. Для этого предложено применять экспертные оценки, организовывать систематический контроль и прогноз состояния экипажей на основе статистики летной деятельности экипажей. Кроме того, должно обеспечиваться оперативное принятие летно-командным составом соответствующих решений по организации полетов с учетом меняющийся оперативной обстановки.

4.1. Математическая модель контроля и прогноза показателей летной годности экипажа.

В общей схеме подготовки летного состава проблема построения модели показателей годности должна отражать процессы контроля и прогноза состояния летной годности экипажей. Один из путей состоит в построении интервальных оценок показателей летной годности экипажей, введенных в главе 2 (п.п. 2.1) с учетом результатов анализа текущей ситуации и синтеза оперативных решений.

Формализация процесса управления летной годностью экипажа по состоянию позволяет сформировать требования к математической модели контроля и прогноза ожидаемых последствий в полете.

В основу математической модели контроля и прогноза состояния летной годности экипажа можно положить следующие допущения, подтверждённые практикой [5, 7, 9]:

— уровень летной годности экипажа возрастает при систематических полетах;

— существует предельное значение некоторого критерия, характеризующего состояние экипажа, когда увеличение интенсивности полетов не улучшает значение критерияотсутствие полетов или уменьшение объемов налета ниже некоторого предела ведет к потере ранее приобретенных навыков.

Далее, в дополнение к положениям об ЛГ в главе 2 здесь дополнительно принимается, что состояние летной годности экипажа как объекта регулирования К формируется в виде функции, зависящей от управляющих воздействий на экипаж 11эк, внешних условий Хж, и реакции экипажа Кэк на управляющее воздействие и внешние условия.

Классы реакций Яж можно представить множеством альтернатив Cj (j = /, т), каждой из которых соответствует множество вероятностей Pj (j = I, т). Поскольку альтернативы образуют полную систему несовместных классов, то справедлива формула полной вероятности.

К — F (Ыэк, Хэк, Rsk).

4.1) т.

EPj = i, о < Pj < 1. j=i.

4.2).

При воздействии на экипаж управляющих воздействий и внешних условий значения вероятностей Pj изменяются с учетом требования нормировки к 1. Для количественного описания процесса управления состоянием летной годности экипажа используем метод Буша и Мостеллера [52], основанный на идее векторно-матричных операторов. Множество вероятностей Pj, характеризующее состояние экипажа, можно представить в виде строки транспортированного вектора-столбца.

Р = (Ph Р2,., Рт). (4.3).

Реакция экипажа на управляющее воздействие и внешние условия описывается стохастической матрицей Т, умноженной на вектор-столбец Р. При этом стохастическая матрица Т имеет структуру.

Т = А + (Е — А) • Н, где матрица, А = diag (aj), aj — постоянные параметры, hi А/. h2.

4.4).

11 = h7 /ъ. h f^ 1% yyi • • • 1% m где Hматрица номинальных характеристик летной годности.

Матрица Н является стохастической, поскольку сумма элементов каждого столбца равна единице. Воздействие стохастической матрицы Т на вероятностный вектор-столбец Р (к) порождает новый вероятностный вектор Р<�к+1 характеризующий изменение состояния летной годности экипажа по шагам к =1, 2, ., таким образом. Что имеют место соотношения: p (k+D = jrk), р=Ак .р + (Е-А) ./г, (4.4) 1 где Н •/? = h, /г = (hj, h2, hm).

Поскольку векторы Р (к+1 Рк и h являются стохастическими по определению, то для параметров aj в стохастической матрице Т должно выполняться условие.

— hj max j aj.

Вектор P (k+1) = J^ • p можно представить в виде.

Р.Г = «i +Pj (k) + (1- • hp j = 1, П. (4.6).

Из этого выражения видно, что изменения летной годности экипажа определяется двумя параметрами: aj и hj.

Из выражения (6) следует, что однократное применение матрицы Т к вероятностному вектору р при h > р увеличивает вероятность повышения летной годности экипажа, поскольку Р (к+') > Рк.

Повторное применение матричного оператора Т к вектору р соответствует выполнению полета в требуемых внешних условиях. После /-кратного применения Т к р получается jo)%p (k) =аС0 ар (к) + (еа0)}. к (4.7).

Если 0 < dj < 1, то при увеличении i —> оо, т. е. при многократном применении матричного оператора Т к вектору р получим финальный результат lim (. р (к>) —>h. (4.8) k -> со.

Из этого следует, что при к —>¦ сю требуемое качество состояния летной годности достигается многократным числом полетов при требуемых внешних условиях. Поскольку функция Р (к+1) = Т®-, рк нарастает по закону близкому к экспоненциальному, то при i >1 состояние летной годности экипажа выходит на номинальный уровень.

Практическое использование модели контроля и прогноза состояния требует расчета вероятности Pj, характеризующей состояние экипажа по каждому y-му параметру.

Для определения вероятности Pj состояния экипажа можно использовать методы экспертных оценок [45, 48].

Матрица летной годности экипажа формируется из вектора-столбцов Т^ • Рк для каждого момента времени t, но по шагам i = 1,2, ., которые дают дискретные точки {i}.

В результате можно сформировать матрицу летной годности Мрр для П экипажей.

MFp (n) = {Tj.p, Т2. р,. тп. р}, (4.9) где П — количество экипажей, Mpj^ - матрица летной годности.

В каждый момент времени t, на основании сбора статистических данных полета, проводится реконфигурация матрицы Мрр, т. е. выполняется преобразование.

MFp (n) ->MFpjr = f (к). (4.10).

В этом случае модель контроля и прогноза состояния летной годности экипажей, позволяет формализовать экспертно-логическую систему управления летной годностью экипажа на основе его текущего состояния.

4.2. Оценка скорости изменения показателей летной годности экипажа.

После получения экспертными методами эвристических вероятностей Pj для каждой интервальной оценки можно рассчитать скорость изменения показателей летной годности в виде исходной матрицам! в формуле (4.4). При этом параметр й) будет индивидуальным для каждого элемента матрицы летной годности, поскольку он зависит от вектора номинального состояния h и значения /, т. е. А/ = «/ (h, Ij).

Вводится обозначение через (к = 1, т) для значения параметра fly в /t-том элементе матрицы летной годности экипажа Мрр£ .

Для оценки параметра fly можно использовать известные методы идентификации. Следует отметить, что на стадии экспертного опроса, интервальные оценки и их значения не известны.

Однако эти значения параметров могут быть найдены на основе оценки свойств сигнала на выходе модели контроля состояния в звене Р с помощью метода наименьших квадратов. Функция рассогласования f определяется на каждом i — шаге в виде f (k) = Т. р + ак. р- (1- ак) .h, (4.11).

4.3. Расчет номинальных параметров модели.

Схему расчета вероятности Pj можно рассмотреть на конкретном примере по оценке вероятности посадки ВС при заданном значении ветра и коэффициента сцепления на полосе.

Оценки представлены в виде экспертных величин Гц, где / - номер эксперта, j — номер параметра (характеристики). Оценка параметров выполнена методом непосредственной оценки, поэтому Гц представляют собой числа требуемых посадок для достижения необходимого уровня летной годности Fp* за счет текущих полетов.

Параметрами в данном эксперименте (в таблице 4.2) являются фиксированные метеоусловия: попутный ветер и коэффициент сцепления.

Результаты оценивания параметров экспертами приведены таблице 4.3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации представлены теоретические обобщения и практические рекомендации, полученные на основе многолетних научно-исследовательских НИР л ОКР, выполненных по заказу полномочного органа гражданской авиации по го-:ударственному регулированию деятельности на воздушном транспорте и по инициативе и при участии автора настоящей диссертации.

Можно полагать, что в условиях дерегулирования в ГА и при недостаточно ювершенном тренажерном оборудовании, существующем в России все же найдены способы и принципы поддержания летной годности экипажей на должном фовне. Это реализация способа контроля текущего состояния КВС и назначения обучающих процедур на основе матрицы летной годности, предложенной автором.

Однако следует отметить, что внедрение новой системы, концепция которой оложена в диссертации, идет в отрасли недостаточно интенсивно.

Это связано с тем, что функции полномочного органа реализуется недостаточно полно из-за несовершенства нормативно-правовой базы, необходимой для) егулирования деятельности авиакомпаний в условиях рынка в России.

В частности, только в рамках новой концепции удается в какой-то мере пре-)долеть такие трудности в процессе тренировок летного состава, как несовер-ненство и неадекватность существующих комплексных тренажеров для боль-иинства российских ВС, производство которых ведется достаточно долго.

Таким образом, приняв за основу системы контроля экспертную оценку зна-[ений текущего минимума КВС, возможно обеспечить высокое мастерство лет-юго состава России.

Однако для реализации излагаемой здесь концепции необходима перестрой-:а схемы взаимодействия всех звеньев системы учебно-тренажерных центров и чебных заведений отрасли.

При этом должна быть изменена также и роль полномочного органа воздушного транспорта РФ. Прежде всего это должно коснуться изменения системы нормативно-правовых документов, регулирующих авиационную деятельность, включая обучение на воздушном транспорте РФ.

Без четко отлаженной правовой базы невозможно внедрить в деятельность авиапредприятий в условиях рынка ни новой схемы обучения, ни высокого класса летной годности.