CC BY
51
УДК 656.7.071.13:519.234
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ ОШИБОК ПЕРВОГО И ВТОРОГО РОДА, СОВЕРШАЕМЫХ ЭКИПАЖЕМ ВС В ПОЛЕТЕ
В.А. БОРСОЕВ, А.М. ЛЕБЕДЕВ, С.М. СТЕПАНОВ
В статье рассмотрен подход к выбору количественной оценки вероятности ошибок первого и второго рода, совершаемых экипажем ВС в полете.
Ключевые слова: количественная оценка, ошибочная операция.
Развитие современной авиационной техники и всей авиационно-транспортной системы существенным образом изменило содержание труда летного состава при подготовке и выполнении полета. Новые средства автоматизации управления самолетом, навигации и контроля работы функциональных систем берут на себя исполнение многих рутинных операций в пилотировании самолета. Высокотехнологичные кабины экипажа требуют меньшей физической рабочей нагрузки, однако предъявляют повышенные требования к проявлению познавательных способностей человека, умению вести контроль и принимать решения в нестандартных условиях полета. Сложность современной авиационной техники, обслуживания и управления ВС, наличие многообразных взаимосвязей между различными службами и экипажем при подготовке и выполнении полета выдвигают при решении проблемы безопасности и эффективности летной эксплуатации в качестве непременного условия системный подход, учитывающий взаимосвязь компонентов системы "экипаж - ВС" во взаимодействии с другими системами (службами) и внесистемными факторами.
Анализ авиационных происшествий и серьезных инцидентов показывает, что отсутствие глубокого понимания законов аэродинамики, принципов построения и работы функциональных систем зачастую создает затруднения в распознавании ситуации и принятии адекватных решений по парированию особых ситуаций в полете.
Ошибки могут быть связаны с любым элементом структуры деятельности, в связи с чем необходим тщательный анализ каждого структурного элемента с присущими ему особенностями и потенциальными рисками ошибочных действий.
Как показано в работе [3], к числу эффекторных ошибок авиационных специалистов относятся неправильные или несвоевременные действия, а также отсутствие необходимых действий. Этому, как правило, предшествуют перцептивные, мнемические или мыслительные ошибки. Структура деятельности летных экипажей содержит такие принципиальные составляющие, как пилотирование, навигация, управление системами и оборудованием, связь с землей и другими самолетами, а также взаимодействие между членами экипажа.
Предлагалась следующая классификация аспектов деятельности пилота:
процедурная деятельность, связанная с двигательными навыками, - управление силовой установкой, выработкой топлива, конфигурацией воздушного судна, автопилотом, индикаторами, навигацией и связью;
сенсорно-моторная деятельность - выдерживание расстояния, скорости, высоты; пролет препятствий; пространственная ориентация и коррекция пространственного положения летательного аппарата;
деятельность, связанная с принятием решений, - самооценка навыков, знаний, физических и психологических возможностей, оценка возможностей бортовых и наземных систем, оценка опасных ситуаций и разработка путей их преодоления, навигационное планирование, корректировка установленной последовательности действий.
Исходя из материалов анализа опыта летной эксплуатации современных воздушных судов, можно выделить такие разновидности ошибок членов экипажей:
неправильное восприятие информации об объекте управления и условий среды (ошибочное считывание показаний приборов, искаженное понимание процессов, происходящих в системах автоматики);
неправильное определение очередности действий в соответствии с критериями важности и срочности; отвлечение внимания на второстепенные явления при внезапных изменениях ситуации в полете;
неправильная оценка ситуации и принятие неправильного решения из-за ошибочного анализа информации, неумения эффективно сотрудничать в составе экипажа, нехватки знаний и опыта, недостаточной подготовки к полету, избыточного доверия к автоматике;
ошибки членов экипажа в реализации принятого решения (например, ошибки при работе с оборудованием кабины) и в контроле результатов собственных действий;
нарушение режима полетов, эксплуатационных ограничений из-за недостатка знаний и опыта, неосведомленности и других причин.
В материалах по безопасности полетов приводятся разнообразные сведения о наиболее распространенных ошибках пилотов.
Для самолетов, не оснащенных современными средствами автоматизации пилотирования, относительно распространенными ошибками являются, в частности, неверное определение скорости, расстояния, высоты; невыдерживание необходимой скорости полета; неправильное выравнивание; посадка без выравнивания; подлет после касания взлетно-посадочной полосы («козленке»); невыдерживание направления во время разбега или пробега; посадка на другую полосу; задержка при заходе на второй круг или при прекращении взлета и т. д. В основе подобных ошибок главным образом лежат: недостаточно сформированные или потерянные отдельные летные навыки, недостаточная психофизиологическая подготовка к полету, снижение внимания, ухудшение показателей психомоторики, переутомление [2].
Что же касается современных самолетов с высоким уровнем автоматизации пилотирования, то их летная эксплуатация отмечается ростом риска ошибок, существенно отличающихся от упомянутых выше и связанных преимущественно с особенностями взаимодействия человека со сложным бортовым оборудованием, которое можно представить в виде размеченного графа (рис. 1).
Рис. 1. Размеченный граф
По приведенному на рис. 1 размеченному графу систему дифференциальных уравнений состояний можно составить по правилу Колмогорова, приведенного в [1].
Эта система имеет вид (
йРо
йї
йРа
йї
йРр
йї
= - Ро [ Ха +кХР+(1-к) ХР +Хк ]+ Ца Р а+ М-Р РР+ ЦК Р+Хк Р^ Ха Ро - ца Ра;
= кхр Ро - мР РР;
(1)
йР
—=ХкРо - Ц кР; йї
^ = (1-к)Хр Ро; аї
йРп
йї
= -Хк Рк + ц кР;
^ Рк(0)=1 Ра(0)= РР (0)= Р(0)= 0(0) = Ро (0)=0.
Первоначально можно определить финальные вероятности, т.е. вероятности при 1;^-го. В этом случае случайный процесс станет установившимся, и все производные будут равны нулю.
ёРв _ йРа _ ёРР _ dQ _ ёРп _ 0 Ж dt dt dt dt
Система дифференциальных уравнений превращается в однородную систему линейных алгебраических уравнений (уравнения, в которых правая часть равна нулю). Следовательно, по теореме Кронекера - Капели, решение определяют неизвестные с точностью до свободного члена. Для решения системы одно из уравнений можно отбросить, т.к. оно является следствием осп
тальных, и заменить нормировочным условием ^ рг =1, тогда исходная система примет вид
г _ 1
^ -( Ха+ХР+Хк) Ро + Ца Ра+ ЦР РР+Хм Рм = 0;
Ха Ро - Ца Р а=0;
^ кХр Ро - цР Рр=0 ; (2)
ХкРо - ц кР;
Ро + Ра + Рр+Р+0+ Рм=1.
Если выразить неизвестные через Ро. Тогда
-( Ха+Хр+Хк) Ро + Ха Ро + Хр кРо +Хм Рм=0;
-ХаРо + Ха Ро -(1-к) Хр кРо +Хм Рм (1 - к )Ур
Р
N
Ра
Ре=
я.
Ма
кЯр
тр
■Рп
■Р.
Р=
Я
Рп
т,
Подстановка всех этих выражений в последнее уравнение
+
Ро(1 + Я + кЯ Я
та т р
Ро(1 + т + ЬМр +
Ма т р
тк я
) + д + (1 к)Ярр0 _1.
Я
д_ 1- Ро (1 +
я
а +
Мк
к Я
(1 - к)Яр
к +-—)= 1- д;
р
+
Я±_ + <1- у
Мк *
я
М а М р
Из уравнения (1 - к)ЯрР0 = 0 следует, что Ро =0.
Таким образом, получено решение, которое определяет финальные вероятности
Рк=0, Ра=0, Рр =0, Ро =0, Р = 0, 0 = 1.
Таким образом, для изучения Ра и Рр необходимо обратиться к исходной системе дифференциальных уравнений. В общем случае эта система сводится к дифференциальному уравнению шестой степени и может быть только в некоторых частных случаях.
Для упрощения системы (1) сделаны следующие допущения:
1. Операция управления включает одну команду (разовая команда) или группу команд, которые принимаются за одну операцию.
2. Исправление неверного действия оператора выполняется этой же операцией.
3. Время исполнения операции равняется времени реакции ВС и равно т. В работе [4] приводится оценка этого времени и оно принимается равным 45 секундам.
4. Оператор не может сделать заключение об ошибке или отсутствии ошибки сразу после исполнения команды, т.е. Ра(0)= РР (0)= 0.
5. Время выполнения операции (действия) оператором мгновенное.
6. Система контроля и встроенный контроль идеальны и не имеют ошибок первого и второго рода.
7. Потоки заявок на исправление цк ца, цР идут на повторную выдачу команд управления от систем контроля, встроенного контроля.
Для сдвига потока заявок на исправление, на величину т относительно потока заявок, на выполнение операции применяется единичная функция 1(1- т), которая определяется следующим образом
1 при £ < т [0 при £ > т .
С учетом сделанных допущений ниже записана система дифференциальных уравнений (3)
1(£
т) = [(
ҐйРо йї
йРа
= - Ро [Ха +кХр+(1-к) Ар +АК]+ /ЛаРа1(ї- т) Лр Р$1(ї- т)+ ЛкР(ї- т) +ХЫ РМ ;
йї
йР
= Ха Ро - Ла Ра1(ї- т);
<
р= кХр Ро - Лр Рр 1(ї- т);
йї
йР х р
----=ХкРо '
йї
Л кР1(ї- т);
?*= (1-к)хр Ро ;
йРп
йї
= -Хм Рм + Л кР1(ї- т).
Рк(0)=1 Ра(0)= Рр (0)= Р(0)= 0(0) = Р0 (0)=0.
Полученная система по существующей классификации относится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений с отклоняющимся параметром.
Как было отмечено выше, решение системы (1) в аналитической форме затруднительно. К этой же системе сводится система (3) при рассмотрении области Ї > т. Для сохранения аналитического подхода можно сделать еще одно допущение о том, что заявки на выполнение команд управления не поступают, т.е. Х„=Хр= X* =^=0.
Тогда система примет вид
^ <аPo ■■ + Ла Ра+ ив РР+ Ик Рк;
dt
dPa
dt
dPß
dt dp _
dt
dQ
dt
dPn
dt
-----Ha P a ;
_ - Hß Pß ;
■ H Kp ;
_ 0
H kP .
Рм(0)= Рм(т) Ра(0)= Ра(т) РР (0)= РР (т) Р(0)= Р(т) 0(0) = 0(т) Ро (0)= Ро (т).
Выбран новый отчет начала времени.
Решение для второго уравнения
dPa
_ - Ца Pa Pa(T)= Се^ Ра(0)= С= Ра(т);
dt
Pa(t)= Pa(T) Є-Ца1
dPß
dt
_ - ^ß Pß =Pß ce
r^ßt
Pß (0)= Pß (t)=C =>;
Pß(t) = Pß (т)е
Следующее уравнение
Последнее уравнение
dP
— _ - ц kP P= ce^ßt P (t)= P (t) e"^Kt;
dt
—Q _ 0 => Q=const , т.е. Q=Q(t). dt
dPn dPn -^Kt
--------_ ц kP —— _ Ц kP (t) e^ ;
dt dt
dPN =ц kP (t) J e"^Kt+C;
Pn = -P (t) e"^Kt+C;
Pn(0)= Pn (t)= -P (t) e"^K*°+C Pn (t)= -P (t) +C;
C= Pn (t)+ Pn (t);
Pn (t)= Pn (t)+ P (t)(1- єцкі).
Аналитическое решение системы дифференциальных уравнений Колмогорова для ошибок пилота первого и второго рода представлено в следующей статье.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1964.
2. Меденков А.А. Актуальные проблемы авиационной эргономики // Проблемы психологии и эргономики.
- 2005. - Вып. 3.
3. Носов Н.А. Ошибки пилота: психологические причины. - М.: Транспорт, 1990.
4. Александровская Л.Н., Круглов В.И., Кузнецов А.Г. и др. Теоретические основы испытаний и экспериментальная обработка сложных технических систем. - М.: Высшая школа, 2002.
QUANTATIVE ASSESSMENT OF PROBABLE CREW’S MISTAKES OF TYPE 1 AND TYPE 2 DURING THE FLIGHT
Borsoev V.A., Lebedev А.М., Stepanov S.M.
An approach to choice of Quantative assessment of probable crew s mistakes of type 1 and type 2 during the flight is considered.
Key words: quantitative evaluation, fault operation.
Сведения об авторах
Борсоев Владимир Александрович, 1949 г.р., окончил КИИГА (1976), доктор технических наук, профессор СибГАУ, автор более 140 научных работ, область научных интересов - навигационное обеспечение полетов и управление воздушными судами.
Лебедев Алексей Михайлович, 1947 г.р., окончил КАИ (1971), доктор технических наук, доцент УВАУ ГА(И), автор более 80 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов, математическое моделирование испытаний.
Степанов Сергей Михайлович, 1959 г.р., окончил РКИИ ГА (1982), доцент кафедры АТ УВАУ ГА(И), автор более 50 научных работ, область научных интересов - система качества, управление, подготовка и управление персоналом.
