CC BY
59
2007 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 122
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК: 656.7:331.101.1: 656.7.08
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОПЕРАТОРОВ СИСТЕМЫ «ЭКИПАЖ-ДИСПЕТЧЕР»
Е.В. ТОВАРОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
В статье рассматривается математическая модель взаимодействия экипажа и диспетчера. Матричная модель наглядно показывает преимущество в системном подходе производства полетов, основанного на принципе взаимоконтроля операторов системы «Экипаж-Диспетчер».
Наиболее надежным способом проверки правильности новых идей, конструктивных решений и выявления ранее неизвестных свойств исследуемых систем является проведение экспериментов. Вследствие больших потенциальных возможностей, к ним относят и исследования различного рода моделирования, реализованных средствами математики и вычислительной техники. Математическое моделирование - широко применяемый во многих науках метод, позволяющий понять закономерности или свойства исследуемых процессов и явлений.
Отличительная черта моделирования состоит в том, что в ходе его проведения можно оперировать множеством различных моделей и выбрать ту из них, которая наиболее адекватно описывает действительность, а соблюдение определенных эвристических принципов и рекомендаций моделирования, позволяет приблизиться к реальным условиям.
Именно в том, что модель отлична от оригинала, имеется возможность выделять определенные, наиболее существенные связи и отношения, более легко и доступно видоизменять условия, исследовать на модели то, что нельзя или затруднительно исследовать в реальном процессе.
При составлении матричной модели системы «Экипаж-Диспетчер» основное внимание уделено моделированию взаимодействия экипажа и диспетчера в процессе производства полета в целях выдерживания заданных траекторных параметров.
Согласно статистическим данным, авиационные происшествия типа СБГТ получали свое развитие при потере работоспособности операторов системы «Экипаж-Диспетчер», приведших к отклонению от нормативных траекторных параметров. Экипаж, потеряв работоспособность в процессе пилотирования, выводил воздушное судно за пределы заданных параметров. Диспетчер, имея радиолокационные средства контроля, не предпринимал действий по выводу воздушного судна на нормативные параметры, т.е. принимал пассивное участие в производстве полета. В результате полетная ситуация усложнялась, и полет воздушного судна заканчивался авиационным происшествием.
В данной модели экипаж через органы управления имеет влияние на пространственное положение воздушного судна (рис. 1). Определяя по бортовым радиотехническим средствам
У
Рис. 1. Математическая модель взаимодействия экипажа и диспетчера
навигации положение воздушного судна и зная заданные траекторные параметры, экипаж выдерживает текущие параметры (У*) в пределах заданных (У) и чем меньше разница между текущими и заданными параметрами, тем точнее воздушное судно находится на линии заданного пути У - У* ^ 0.
При значительных отличиях текущих параметров от заданных, экипаж («Экипаж») через органы управления производит качественное преобразование (У**) (возврат воздушного судна к заданным значениям), т.е. приближает текущие параметры к заданным У* ^ У.
Выход воздушного судна за пределы заданных траекторных параметров (У* > Упред.), которые диспетчер определяет по имеющимся у него радиолокационным средствам, и отсутствие тенденции возврата воздушного судна к нормативным значениям свидетельствует о потере экипажем работоспособности. В данной ситуации диспетчер («Диспетчер») обязан выступить в качестве активного участника производства полета, т.е. потребовать у экипажа возврата воздушного судна на заданные параметры.
Диспетчер влияет на текущие параметры (У*) опосредованно через экипаж (У***), который, проконтролировав пространственное положение, выполняет требование диспетчера. Необходимо заметить, что экипаж выполняет требование диспетчера после тщательного проведения процедуры по определению места воздушного судна и только после этого (принцип обязательного взаимоконтроля) приступает к маневру по выходу на заданные параметры. Если же имеются разногласия между операторами системы «Экипаж-Диспетчер», то необходимо выбрать траекторию полета на высотах не менее минимально безопасной, обеспечивающей безопасность, и выяснить сложившуюся полетную ситуацию.
Для составления матричной модели необходимо учитывать, что экипаж пилотирует в двух режимах: первый режим - режим безопасного пилотирования (РБП), при котором текущие параметры не выходят за пределы заданных. В свою очередь, РБП характеризуется двумя видами деятельности или временем реакции на отклонения:
• эффективной деятельностью (ЭД) - деятельность при которой обеспечивается нормативное положение ВС относительно заданной траектории (данная деятельность характерна для рядовых пилотов), и время реакции на отклонения составляет не более 2 секунд;
• рекомендуемой деятельностью (РД) - деятельность, обеспечивающая безопасный полет, время реакции на отклонения составляет 0,5 секунд. Данный вид деятельности характерен для летчиков-испытателей, пилотов высшего класса.
При потере работоспособности экипаж переходит в режим опасного пилотирования, который состоит также из двух видов деятельности:
• замедленная деятельность (ЗД) - деятельность, при которой время реакции на отклонения составляет 2 секунды и больше. Данный вид деятельности возникает при отвлечении от процедуры пилотирования, рвется органическая связь между субъективным временем пилота и реальным временем складывающейся полетной ситуации. Другими словами - «самолет летит впереди пилота». В данной матричной модели числовое значение ЗД выбрано произвольно равное 3 секундам, тем самым моделируя легкую степень РОП;
• ускоренная деятельность (УД) - деятельность, при которой пилот сам совершает отклонения. Данный вид деятельности возникает в случаях, когда пилоту необходимо быть на аэродроме посадки к конкретному времени (полет в темпе спешки), показать свое мастерство, заработать деньги и т.д. Реализуется ситуация, когда субъективное время пилота опережает реальные события - «самолет летит позади пилота». Для простоты расчетов числовое значение УД определим равным минус 1 секунде.
Составим матрицу (рис. 2), обозначив главную диагональ соответствующими видами деятельности режимов пилотирования, а также их взаимосвязь. Необходимо отметить, что при режимах безопасного пилотирования (ЭД, РД) обеспечивается безопасный полет, и участие диспетчера рассматривается как источник полетной информации. При потере экипажем работоспо-
собности (ЗД, УД), о чем характеризует выход ВС за пределы нормативных траекторных значений, активное участие диспетчера в производстве полета является необходимым фактом, и в данной матрице участие диспетчера определено стрелками. Подставив числовые значения в матричную модель (левая часть матрицы, без блока УВД), применив аналитический метод решения матрицы, получим величины отклонения, соответствующие времени и характеру вида деятельности режимов пилотирования
РД = 0,7; ЭД = 10; ЗД = 18; УД = 1.
Для наглядности полученные цифровые значения нанесем на график, обозначив их как по оси Х - время реакции на отклонение, так и по оси У - величину отклонения от заданных параметров (рис. 3).
ЭКПАПЖ УВД
К = X Б « о “ РД
і 2 л “ =: н Ф о и ЭД <1
К 5 _ ш -и о и ЗД <1 «-І
-0 5 а * Ф и и УД
Рис. 2. Матричная модель системы
Рис. 3. График реакции экипажа на отклонения
Так как при РД время реакции на отклонения равна 0,5 секунд, то это значение возьмем за начало отсчета области РБП, а значение 2 секунды примем за вторую границу области РБП, при котором ВС находится в пределах нормативных траекторных параметров.
При выходе за значение 2 секунды попадаем в первую область РОП, соответствующей ЗД (РОП). Эта область характеризуется запоздалыми действиями экипажа на проявление отклонений, что создает значительный дефицит времени на заключительном этапе полета. Из графика видно, чтобы среагировать на отклонение через 2 секунды (в 1-й области РОП), необходимо отклонение, превышающее практически в 2 раза больше (18 ед.), чем величина отклонения в области РБП. А для определения отклонения соответствующей области РБП необходимо время, равное 9 секундам, что превышает в 3 раза эффективную реакцию на отклонение. Эти расчеты представлены из ситуации, когда член экипажа находится в «легкой степени» ЗД РОП. Результатом данного анализа является то, что экипаж в экстренной ситуации хоть и определит ошибки и отклонения, но времени на их исправление возможно не будет хватать и итогом всего этого может стать АП. Нельзя отбрасывать случаи, когда экипаж так и не успеет определить отклонение, т.е. будет бездействовать в опасной ситуации.
При выходе влево за значение 0,5 секунд возникает 2 область РОП (УД). Если в областях РБП и 1-й РОП наблюдается реакция на отклонения, то во 2-й области РОП экипаж сам «дела-
ет» отклонения. Необходимо заметить, что пилотирующий член экипажа не воспринимает ни информацию от диспетчера об отклонениях, ни замечания членов экипажа. Происходит незаметное для активно пилотирующего пилота значительное накопление «потенциальной негативной энергии», которое в последствии проявляется взрывным характером (в лучшем случае до АП), переходя в 1-ю область РОП, где пилот в течение некоторого времени пытается понять, что же на самом деле происходит. А в худшем - экипаж так и не успевает осознать, что их полет заканчивается катастрофой.
И в этих двух характерных ситуациях активное вмешательство ДИСПЕТЧЕРА просто необходимо для предотвращения АП. Для анализа эффективности влияния диспетчера на экипаж приравняем левую часть матрицы (элемент «Экипаж») к правой (элемент «Диспетчер»). Имея в виду, что работоспособность диспетчера нельзя оценить цифровыми значениями, принятие активного участия диспетчера в производстве полета приравняем 1 (принимая во внимание то, что диспетчер будет одинаково реагировать на отклонения ВС от заданных траекторных параметров независимо от вида деятельности РОП).
При решении матрицы, выявим следующие корни (результат участия УВД)
РД (УВД) = 0; ЭД (УВД) = 0; ЗД (УВД) = 0,1; УД (УВД) = - 0,3.
Выделим из графика ось времени реакции на отклонения с их числовыми значениями, выделив на ней безопасную область и области режимов опасного пилотирования (рис. 4.). Для области РБП, как приводилось выше, участие УВД происходит в качестве источника полетной информации, поэтому его числовые значения на границах 0,5 и 2 секунды равны нулевым результатам.
По-другому обстоит дело с областями РОП, при которых наблюдается потеря работоспособности экипажа, выражающаяся в отклонении от нормативных траекторных параметров и данное отклонение может определить диспетчер по имеющимся у него радиолокационным средствам навигации. В данном случае активное участие звена «Диспетчер» в производстве полета является необходимым и неизбежным фактом для коррекции полета. Моделируя активное участие диспетчера, произведем расчеты матрицы, связанные с числовыми значениями областей режимов опасного пилотирования. В результате вычислений получим конечные числовые данные (КЗД и КУД):
КЗД = ЗД - ЗД (УВД) = 3 - 0,1 = 2,9;
КУД = УД - УД (УВД) = -1 - (- 0,3) = - 0,7.
Из полученных данный можно сделать вывод, что вмешательство УВД в пилотировании при наличии отклонений от заданных параметров изменяет числовые значения областей РОП в сторону области РБП (рис. 4.).
Рис. 4. Влияние диспетчера на деятельность экипажа
В данном случае, величина числового значения в правой части матрицы зависит, по всей видимости, от уровня требовательности, с которой дает команду диспетчер для корректировки и выполнения маневра. И необходимо заметить, что команда должна проходить не как источник информации, а как мотив для ее безоговорочного выполнения. Например, не рекомендуется команда формы: «Вы находитесь левее ЛЗП...», дать четкую команду исполнения: «Довернуть вправо...., вы находитесь.». Экипажу, в свою очередь, необходимо проконтролировать ме-
стоположение ВС (диспетчер также подвержен потере работоспособности в силу своих лично-
стных особенностей) и только после этого приступать или не приступать (если диспетчер не прав) к выполнению маневра.
При проведении анализа взаимодействия операторов системы «Экипаж-Диспетчер» на математической модели была попытка обоснованного доказательства рабочей гипотезы о необходимости взаимодействия ДИСПЕТЧЕРА с экипажем в качестве активного участника производства полета. Диспетчер, имея радиолокационные средства навигации и связь с экипажем, имеет возможность контролировать и корректировать траекторию полета в воздушном пространстве, что качественно повышает безопасность. Это еще раз доказывает факт необходимости системного подхода к выполнению полета всей авиационной транспортной системой и, в первую очередь, системой «Экипаж-Диспетчер». Только многоуровневый контроль за производством полетов и своевременное предупреждение отклонений от заданных траекторных параметров полета может обеспечить благополучный исход полета.
ЛИТЕРАТУРА
1. Клюев А.В., Качалкин А.Н., Диденко Э.Б. и др. Психологические аспекты проблемы «Человеческого фактора» в авиационной аварийности. - М., 1996.
2. Шатихин Л.Г. Структурные матрицы и их применение для исследования систем. 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1991.
Сведения об авторе
Товаров Евгений Валерьевич, 1968 г.р., окончил ОЛАГА (1997), преподаватель кафедры безопасности на воздушном транспорте Санкт-Петербургского государственного университета ГА, автор более 10 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта.
