Квалиметрический метод рационального формирования двухчленного экипажа воздушного судна

Проблема «человеческого фактора», в терминологии ИКАО «ошибка человека», является ключевой в современной авиационной аварийности. Мировое авиационное сообщество вкладывает значительные материальные затраты в исследования в области «человеческого фактора», однако до настоящего времени проблема не может считаться исчерпанной. Методы проектирования и изготовления авиационной техники с учетом возможностей человека, отбора и обучения летного персонала, психологических аспектов комплектования экипажей, социальных проблем деятельности летного состава либо не достаточно изучены, либо плохо внедряются.

По данным ИКАО [1.40] каждое третье происшествие из четырех является «результатом сбоя в работоспособности человека». Отечественные данные свидетельствуют, что доля авиационных событий, имеющих одним из факторов ошибку экипажа, составляет 60. .80% от общего их числа.

Из всех существующих категорий авиационных специалистов наибольшая заинтересованность в благополучном завершении полета, безусловно, принадлежит летному экипажу. Именно экипаж подвергается непосредственной угрозе жизни, несет моральную и юридическую ответственность за исход полета, испытывает целый ряд социальных последствий происшествия, зачастую радикально меняющих их дальнейшую жизнь.

Проблема ошибок экипажа изучается на теоретическом и практическом уровне специалистами разных направлений и уровня подготовки: В. А. Пономоренко, P.A. Теймуразов, В. Е. Овчаров, A.B. Ефремов, Г. П. Шибанов и др. Результаты исследований указанных ученых соотносятся с действиями и состоянием экипажа с психологическими характеристиками его членов и их психологической совместимости. Работы А. Г. Гузия, Б. А. Зубкова и др. посвящены методологическим вопросам оценки и управлению рисками выхода параметров полета за эксплуатационные ограничения, которое рассматривается как инструмент обеспечения безопасности полетов.

В отечественной практике применение гражданских воздушных судов с двух членным экипажем осуществлялось только на малых самолетах типа АН-2, АН-3 (12 пассажиров) АН-14, Л-410 и др. общей вместимостью пассажиров до 20 человек. Начиная с 2000 г. в России активно стали применяться пассажирские воздушные суда зарубежного производства типа А-320, А-330, Боинг-737, Боинг-767 и др. с двухчленным экипажем вместимостью более 100 пассажиров, что привело к росту общего количества авиационных событий: 9 в 2000 году и 26 в 2008 году за счет увеличения числа ошибочных действий двухчленными экипажами.

Эксплуатация многодвигательных воздушных судов двухчленным экипажем имеет определенную особенность, определяемую невозможностью иметь суждения для мажоритарного принятия решения при потере пространственной ориентации командиром экипажа или его неправильных действиях при парировании отклонений в особых случаях полета. Благополучное завершение полета зависит от слаженности экипажа и его общего психофизиологического состояния нацеленного на решение задачи и безопасного завершения полета.

Исследования в области системного анализа деятельности человека в системах «человек — техника» показывает, что одним из путей повышения эффективности действий экипажа в особых ситуациях является широкое использование методов квалиметрии при выборе экипажа с учетом его ремнантно-функциональных особенностей — неоднозначностью ответной реакции пилота на особые ситуации полета.

Для рационального формирования двухчленного экипажа необходима количественная оценка пилотов по реализации каждой из выполняемых задач. Исходя из принципа инженерной психологии, что высококвалифицированный человек-оператор действует почти оптимальным образом при решении задачи управления с учетом своих ограничений и своего уровня понимания задач, количественная оценка может быть выполнена на основе реализации четырех последовательных этапов.

На первом этапе предполагается: получение системы математических выражений, устанавливающих взаимосвязь между ремнантно-функциональными особенностями пилота и воспринимаемой им информациейанализ основных характеристик пилота как элемента системы «человеквоздушное судно" — выбор основных показателей, от которых в существенной мере зависит эффективность функционирования экипажа.

На втором этапе дается математическое описание влияния на деятельность пилота: внешней среды (перегрузки, ускорения, скоростные изменения пространственного положения и т. д.) — его морального состояниядефицита времениограничений, определяемых особенностями авиационной техники. На третьем этапе осуществляется математическое описание реализуемых пилотом процессов информационного поиска, переработки информации, принятия решения и формирования управляющих воздействий в различных режимах полета. Определяется целевая функция квалиметрической оценки пилота.

Четвертый этап состоит в использовании полученных на предыдущих этапах математических выражений и моделей для непосредственного выбора экипажа, позволяющего сохранять высокий уровень безопасности полета в особых ситуациях.

Целью исследования в данной диссертационной работе является: повышение безопасности полетов воздушных судов с двухчленным экипажем за счёт его рационального формирования на основе учета ремнантно-функциональных связей.

Исходя из поставленной цели, в диссертационной работе решены следующие основные задачи:

— разработана математическая модель эвристической оценки инженерно-психологических качеств экипажей;

— разработана методика выбора двухчленного экипажа.

Основные задачи диссертационной работы решались с использованием методов квалиметрии и теории ремнантно-функциональных связей в области психологии. При решении частных задач использованы методы математического моделирования, физического и факторного эксперимента, математической логики и статистики, теории оптимизации. Исследование эффективности предлагаемых алгоритмов осуществлялось с использованием современных цифровых вычислительных машин класса ПЭВМ. В качестве объекта исследования выбраны экипажи ОАО «Аэрофлот — Российские авиалинии».

Научная новизна работы состоит в решении научной задачи по разработке эвристической методики формирования двухчленного экипажа на основе учета ремнантно-функциональных связей, которая содержит:

— способ формализации полетов по степени опасности, включающий обобщенную информацию о структуре и состоянию всех составных частей полета, целях функционирования, имеющихся ресурсов по управлению;

— математическую модель принятия решения по выбору экипажа;

— комплексный подход к решению задачи выбора двухчленного экипажа с использованием ремнантно-функциональных связей и теории оптимизации.

Предложенная методика позволяет достаточно объективно сформировать экипажи, не допуская в их составе негативного взаимовлияния, и снизить риск авторитарного субъективизма.

Основные научные результаты реализованы при разработке: программы дополнительной подготовки пилотов ОАО «Вологодское авиапредприятие" — методических рекомендаций по разработке интеллектуальных обучающих систем с автоматизированным контролем уровня обученности специалистов по авиационной эргономике (НИЦ АКМ и ВЭ) — методики рационального формирования двухчленного экипажа воздушного судна (ОАО «Аэрофлот-Российские авиалинии», СБП ВВС РФ).

На защиту выносятся:

1 Математическая модель прогнозируемой оценки качества выполнения экипажем задач полёта.

2 Методика квалиметрической оценки пилотов в рамках концепции оптимизации работы экипажа.

3 Рекомендации по применению квалиметрической методики рационального формирования двухчленного экипажа воздушного судна.

Достоверность результатов определяется использованием положений теории квалиметрии и исследования операций, теории управляемости летательных аппаратов, теории случайных процессов, теории вероятности, анализом влияния наиболее существенных факторов на исследуемые процессы, достаточно высокой согласованностью мнений экспертов при оценке используемых показателей и подтверждается сходимостью результатов решения рассматриваемой задачи с практикой применения в условиях резкого увеличения загруженности экипажей в авиакомпании «Аэрофлот — Российские авиалинии».

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанная методика позволяет формировать программы переподготовки пилотов с учетом их психико-физиологических особенностей работы в составе двухчленного экипажа, осуществлять выбор состава экипажей, где максимально снижен риск негативного взаимовлияния командира воздушного судна и второго пилота, что позволяет обеспечить высокую безопасность полета.

Реализация результатов исследования. Основные научно-методические разработки внедрены в ОАО «Вологодское авиапредприятие», ОАО «Аэрофлот — Российские авиалинии» и в Службе безопасности полетов авиации Вооруженных сил Российской Федерации.

Апробация. Основные положения и результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических Советах, семинарах и научно-технических конференциях в ОАО «Вологодское авиапредприятие» (2005. 2006 гг.), ОАО «Аэрофлот — Российские авиалинии» (2009 г.), ФГУ «13 ГНИИ Минобороны России» (2008.2010 гг.), на 18-й и 19-й научно-практических конференциях Общества независимых расследователей авиационных происшествий (2010.2011 гг.), НИЦ ЭРАТ (г.Люберцы) «4 ЦНИИ Минобороны России» (2011 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 3 отчетах о НИР, 2 методических пособиях и 7 статьях.

Работа состоит из введения, трёх глав и заключения. В первой главе рассматриваются современные требования к подготовке летного состава в области СКМ&ЧФ, существующие методы инженерно-психологической оценки качества выполнения экипажем задач полета при особых ситуациях. Установлено, методология выбора двухчленного экипажа воздушного судна недостаточно разработана, имеет ряд существенных недостатков, что снижает безопасность полётов, вплоть до авиационных катастроф. Анализ существующих методов указывает на необходимость применения современных математических и эвристических подходов и методов. Предлагается новый подход к решению указанной актуальной задачи, основанной на использовании методов квалиметрии. Сформулирована задача исследований и выбран, в качестве основного, алгоритм квалиметрической оптимизации.

Во второй главе изложен процесс создания методики квалиметрического выбора двухчленного экипажа. На основе единичной совокупности показателей качества операторской деятельности экипажей в различных ситуациях полёта, критериями эффективности их деятельности определена минимальная совокупность свойств, составляющих пространство моделей оценки качества выполнения экипажем задач рейса. Обоснован выбор модели принятия решения по композиции меры близости действительной траектории полёта к заданной траектории и относительного времени пребывания летательного аппарата в области допустимых отклонений. На конкретном примере рассмотрен алгоритм решения оптимизационной задачи стохастического программирования.

Третья глава посвящена способу формирования двучленного экипажа на основе оценки эффективности действий экипажа по управлению воздушным судном, представляющую собой свертку частных оценок качества пилотирования, экономичности управления движений ручки управления и психофизиологической напряженностью.

Оценки качества деятельности пилотов и экипажа в целом формируются в два этапа: при тренажерной подготовке и летной подготовке и оформляются в виде заполненных бланков отдельно по командирам и вторым пилотам и совместно по экипажам.

В результате решения сформированной оптимизационной задачи установлено, что наилучшее качество по безопасности рейса достигается при условии соответствия значений обобщенного функционала характеристикам экипажа требуемой качественной формализованной характеристике действий двухчленного экипажа в особых ситуациях полета.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность всем своим коллегам, принимавшим участие в обсуждениях работы, тем самым, в значительной степени способствовавшим ее созданию.

ВЫВОДЫ.

1 Методология выбора двухчленного экипажа в отечественной практике эксплуатации воздушных судов недостаточно разработана, имеет ряд существенных недостатков, что снижает безопасность полетов, вплоть до авиационных происшествий в ходе выполнения рейса.

2 Существенным недостатком методологии формирования двухчленного экипажа является выраженное авторитарное управление в организационном поведении целеавтономной системы автократического типа.

3 Процесс по определению степени опасности функциональных отказов и внешних воздействующих факторов становится логически полным при применении метода достраивания событий до катастрофической ситуации. Работа специалистов-аналитиков (экспертов) делается целенаправленной, что позволяет определить наиболее опасные ситуации возможные при выполнении рейса и совершенствовать программы дополнительной подготовки пилотов для переучивания на воздушные суда с двухчленных экипажем.

4. Основными источниками априорной информации должны быть результаты наземной и лётной подготовки экипажей, тесты психологов, психоаналитиков, медицинского персонала. Указанная информация, сведённая в базу данных, категорично должна быть строго конфиденциальной. Доступ к полной базе данных должен осуществляться ограниченным кругом лиц.

5 Создана математическая модель принятия решения о выборе экипажа для выполнения задач рейса, позволяющая рационально реализовать потенциальные возможности экипажей в случае возникновения особых ситуаций полета.

6 Проведённый численный эксперимент подтвердил, что алгоритм статистического моделирования оценки качества выполнения задач полёта на основе эвристических исходных данных о состоянии экипажей, их совместимости и возможных ситуациях, позволяет с достаточной эффективностью производить формирование экипажа.

7 На основе выбранного критерия и с учетом алгоритма выбора двухчленного экипажа воздушного судна разработана методика, позволяющая: сохранять высокий уровень безопасности полета в особых ситуациях. уменьшить психологическую напряжённость в двухчленных экипажахоценить взаимное влияние программ дополнительной подготовки на психофизиологическое состояние двухчленных экипажей;

8 Достоверность полученных результатов и обоснованность рекомендаций подтверждена удовлетворительным согласованием результатов моделирования и имеющихся практических результатов в ходе дополнительной подготовки пилотов для переучивания на воздушные суда А-320.