CC BY
73
2005 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА 86(4)
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735.083:681.518.52(075.8)
МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ФАКТОРАМИ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ПОЛЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Е.С. БОРОДИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
В статье рассмотрены объекты систем обработки и анализа полетной информации, их основные характеристики, произведен анализ взаимодействия элементов между собой, а также алгоритмы работы. Показана необходимость совершенствования применяющегося оборудования с использованием систем спутниковой связи и средств передачи данных.
Объекты базисных множеств систем обработки и анализа полетной информации (СОиАПИ)
Анализ состояния безопасности полетов (БП) на уровне межрегионального управления гражданской авиации (УГА) с использованием (СОиАПИ) выполняется для комплексного анализа БП и является его составной частью. В основу анализа состояния БП с использованием СОиАПИ положена декомпозиция общей модели (рис. 1) системы управления факторами БП, которая включает в себя множества объектов авиапредприятия: управления - М1, центров сбора и обработки информации - М2; организаций и лиц, принимающих решения - М3; организаций, разрабатывающих проекты мероприятий по повышению БП и предотвращению АП - М5, М4 - организации, устанавливающие нормы и требования по БП, не детализируются, поскольку эти задачи решаются Г осавиарегистром на всех уровнях и по всем направлениям деятельности ГА. Связи между этими объектами обозначены через R12, R23 и т. д.
В связи с поставленной задачей детализированная модель (рис. 2) рассматривается на двух уровнях: межрегиональное УГА и региональный уровень предприятия ГА (объединенные авиационные отряды, ОАО).
Для декомпозиции модели по функциональным направлениям выделено направление деятельности летной и инженерно-авиационной служб, так как службы являются основными при анализе БП с использованием СОиАПИ.
Ставится задача увязать существующие методики с базами данных и функциональными задачами разрабатываемой и поэтапно внедряемой СОиАПИ.
В завершенном виде СОиАПИ можно представить как совокупность организационных звеньев и автоматизированных банков данных на базе ПИ.
Внедрение совершенствованной СОиАПИ повышает оперативность выполнения анализов и принятия решений, увеличивает объективность и достоверность статистической обработки данных и оценивания, расширяет и углубляет аналитические возможности системы управления БП.
Анализ работ [1] показывает, что на всех иерархических уровнях учет и анализ информации производятся по данным ПИ. Предусмотрены формы и средства сбора, передачи и обобщения статистических данных. Однако существующие технические средства объективного контроля не удовлетворяют современным требованиям, в связи с чем возникает необходимость создания и совершенствования СОиАПИ с использованием современных средств спутниковой связи и средств передачи данных.
В связи с тем что в СОиАПИ решаются функциональные задачи по направлениям деятельности летной и инженерно-авиационной службы (ИАС), более подробно рассмотрим
задачу контроля деятельности экипажа с использованием ПИ. В качестве объекта управления рассмотрим летную деятельность авиапредприятия.
Объект управления условно разделен по направлениям деятельности ГА в зависимости от характера выявленных отклонений СОиАПИ на следующие подобъекты (рис. 2).
Объекты на схеме декомпозиционной модели обозначены буквами М с трехзначным индексом: первая цифра обозначает объект и соответствует обозначениям, принятым в обобщенной модели; вторая - функциональное направление деятельности (1- инспекции; 2 -летной службе; 3 - инженерно-авиационной службе и др.); третья — иерархический уровень (1 -отраслевой уровень; 2 - региональный уровень; 3 - уровень предприятия ГА).
М123 — летная деятельность, в результате которой происходят АП, инциденты, (ПВС), нарушения установленных правил и упущения в работе должностных лиц, связанных с подготовкой и обеспечением и выполнением полетов, неблагоприятные события по функциональным направлениям деятельности служб (2-летная служба; 3-ИАС; 4-служба ЭРТОС; 5-служба УВД и др.)
Полный учет этих событий и обобщенный их анализ осуществляются по направлениям деятельности инспекций.
Полный учет и обобщенный анализ техники пилотирования осуществляются летной службой (ЛС), отказов и неисправностей AT — инженерно-авиационной службой и т. д.;
^4523 - сбор данных по технике пилотирования осуществляется бортовыми регистраторами типа МСРП и др. Порядок контроля техники пилотирования экипажей, планирование выполнения расшифровок и обобщения результатов определены инструкцией. Эти задачи решаются группой расшифровки и анализа (ГРА) авиационно-технической базы (АТБ) и кустовым информационно-вычислительным центром (КИВЦ) ГА;
^45зз - сбор данных по надежности AT осуществляется ИАС (АТБ), в составе которой созданы лаборатории надежности и технической диагностики AT;
M223 - центры и средства учета и обработки информации о технике пилотирования экипажей на авиационных предприятиях;
M233 - центры и средства учета и обработки информации о надежности AT в авиапредприятиях.
Учет и анализ информации о надежности AT по данным бортовых регистраторов на уровне авиапредприятий осуществляются в АТБ. Обработка этих данных производится в целях обеспечения цехов и других подразделений АТБ оперативной информацией по заявкам и формирования периодических отчетов. По результатам анализов и оперативных справок разрабатываются мероприятия по повышению надежности AT;
M303 - руководящий состав авиапредприятия обобщает данные по БП, готовит анализ для представления в управление гражданской авиации, издает приказы по вопросам повышения БП, предупреждения АП и устранения причин появления отклонений в летной деятельности экипажей;
M323 - ЛС авиапредприятия;
M333 - ИАС авиапредприятия. В соответствии с действующей методикой, основную работу по анализу надежности AT в предприятиях проводят АТБ и созданные там лаборатории надежности технической диагностики AT;
М222 - центры и средства учета и обработки информации в УГА о технике пилотирования экипажей;
М232 - центры и средства учета и обработки информации о надежности AT в УГ А;
М302 - руководящий состав УГ А;
М512 - инспекция УГА ведет общий учет АП, инцидентов, чрезвычайных происшествий, ПВС, суммарный учет всех отказов AT, нарушений установленных правил и упущений в работе должностных лиц по подготовке и выполнению полетов;
М522 - летный отдел транспортной авиации (ЛОТА) управления выполняет широкий круг функций, связанных с повышением качества летной деятельности экипажей;
М532 - отдел ИАС УГА по анализу отказов и неисправностей АТ. ИАС УГА решает весьма узкие задачи по анализу состояния АТ. Он осуществляет руководство работами, проводимыми АТБ по совершенствованию средств сбора и обработки ПИ; производит обобщение и анализ влияния нарушений техники пилотирования на состояние ВС, его систем и оборудования, производит обобщение и анализ отказов АТ, выявленных с помощью средств сбора и обработки ПИ, разрабатывает мероприятия по их предупреждению; докладывает на разборах в УГА о результатах анализов, о принятых мерах.
В подразделениях и предприятиях ГА ведутся систематический учет, обобщения показателей техники пилотирования и анализ полетной деятельности экипажей.
К-12
Рис.1. Обобщенная модель системы управления БП с использованием СО и АПИ
Исходными данными являются результаты автоматизированной обработки ПИ и учетные данные, фиксируемые в журналах.
Отношения между объектами
Все отношения между объектами системы управления безопасностью полетов с использованием СО и АПИ можно разделить на информирование и управление.
1. Отношения информирования на уровне предприятия.
R123,233; R133,233 - Представление информации для обработки и анализа ПИ.
R233,523 - Командир ЛО систематизирует информацию по использованию СОиАПИ.
R523,303 - Командир ЛО представляет командиру ОАО итоговые данные за месяц (квартал, полугодие, год) по использованию СОиАПИ и планы мероприятий по повышению качества летной эксплуатации ВС.
R533,303 - Начальник АТБ представляет командиру ОАО итоговые данные за месяц (квартал, полугодие, год) в части выявленных неисправностей и отказов АТ с использованием СОиАПИ и планов мероприятий по повышению надежности АТ.
303 211
Уровень межрегионального УГА
521 221
302
302
Уровень авиапредприятия
512
531 231
532
533 > М333
"М-323
Рис.2. Анализ состояния БП на уровне межрегионального УГА с использованием СО и АПИ
К-233,533 - Начальник АТБ анализирует и систематизирует число выявленных отказов и неисправностей АТ с использованием СОиАПИ.
К-233,303 - Командно-руководящий состав авиационного предприятия в условиях
функционирования СОиАПИ может обращаться к базам данных за справками или получать необходимые данные по специальному расписанию.
К-212,523 - Представление периодически и по запросу в инспекцию УГА результатов обработки ПИ СОиАПИ и планов мероприятий по повышению БП.
К-513,523 - Службы предприятий (М513) представляют командиру ЛО необходимую информацию для качественного анализа информации СОиАПИ.
К-303,302 - Представление в УГА из предприятий ГА периодических анализов по БП с отражением результатов использования СОиАПИ и планов мероприятий по повышению уровня БП и эффективности использования СОиАПИ.
К-223,523 - ЛС авиационного предприятия получает КИВЦ по запросам и периодически информацию и результаты обработки показателей техники пилотирования, выполненной СОиАПИ по вновь разрабатываемым методам и алгоритмам анализа качества работы экипажей.
К-223,533 - Подразделения и специалисты АТБ ИАС авиационного предприятия получают по запросам и периодически информацию и результаты обработки данных СОиАПИ в части надежности АТ.
К-523,222 - Передача информации из ЛС ОАО в КИВЦ по результатам анализа данных СОиАПИ для корректировки базы данных и формирования массивов длительного хранения.
К-533,232 - Передача информации из АТБ в КИВЦ по результатам анализа данных СОиАПИ (по контролю состояния АТ) для корректировки базы данных.
2. Отношения информирования на уровне УГА
Я222,221 - Передача в УЛС МГА обобщенных показателей по технике пилотирования по УГА.
Я222,221; Я222,512 - Руководство и инспекция УГА получают по запросам и периодически из баз данных СОиАПИ информацию о качестве техники пилотирования экипажей, ЛОТА УГА получает по запросу и периодически из базы данных СОиАПИ информацию и результаты обработки показателей техники пилотирования.
К-232,532 - ИАС УГА получает по запросу и периодически из базы данных СОиАПИ информацию и результаты обработки данных о неисправности АТ для анализа надежности АТ.
Я302,211 - Передача информации об АП, инцидентах, ЧП из УГА в центр обработки данных (ЦОД) для учета и обобщения.
К-522,221 - Передача информации по использованию СОиАПИ и мероприятий по повышению качества летной эксплуатации ВС с использованием СОиАПИ в центр обработки УЛС.
К-522,302 - ЛОТА УГА представляет начальнику УГА информацию о показателях техники пилотирования, квартальные, полугодовые и годовые анализы состояния БП в ЛС УГ А и планы мероприятий по устранению выявленных недостатков.
К-532,302 - ИАС УГА представляет начальнику УГА информацию о надежности АТ, квартальные, полугодовые и годовые анализы состояния БП в службах ИАС УГА и планы мероприятий по устранению выявленных недостатков. Передача из УГА в ГосНИИ ГА информации о технике пилотирования и работоспособности АТ.
3. Отношения управления на уровне предприятия
Я303,523; Я303,533 - Командир авиационного предприятия ежеквартально и за год издает приказы о состоянии БП с указанием конкретных мероприятий по повышению уровня БП, предупреждению АП и устранению причин появления неблагоприятных событий. Их направляют во все службы предприятий для детального изучения и исполнения.
К-523,123 - Командиры ЛО реализуют мероприятия, введенные в действие приказом командира авиационного предприятия в части летной деятельности.
4. Отношения управления на уровне УГА
Я302,303; Я302,522; Я302,532 - Начальник УГА ежеквартально и за год издает приказы по результатам анализа состояния БП. Их рассылают в авиационные предприятия вместе с планами по реализации мероприятий и анализами для детального изучения и исполнения. Эти материалы поступают в инспекцию УГ А и в службы (отделы) УГ А для организации и контроля выполнения.
К-522, 523 - Указания и распоряжения ЛОТА УГА для командиров ЛО авиационных предприятий о проведении мероприятий, разработанных ЛС УГ А.
К-532, 533 - У казания и распоряжения ИАС УГ А для авиационных предприятий о проведении мероприятий, разработанных ИАС УГА.
На основании анализа отношений информирования можно отметить следующее:
- Отношения информирования в авиационном предприятии можно разделить на внутренние и внешние. Внутренние отношения, в свою очередь, делятся на информирование по функциональным направлениям деятельности служб, между службами и информирование руководства авиационного предприятия. Внешние отношения характеризуются информированием объектов регионального и отраслевого уровня;
- Основным требованием, предъявляемым к информированию внутри предприятия, является высокая оперативность принятия решений.
- Отношения информирования между службами и руководством осуществляются в основном в целях обобщения данных по предприятию, необходимых для выполнения комплексных анализов состояния БП и разработки профилактических мероприятии, а также для формирования сводных анализов, передаваемых на уровне УГА;
- Автоматизация деятельности ЛС на уровне предприятий ГА и УГА позволит решать задачи статистической диагностики состояния авиационной эргатической системы (АЭС).
На основании анализа отношений управления в предприятиях ГА можно выделить следующее - большое внимание уделяется принятию руководителями служб оперативных решений по предупреждению АП. Эти решения принимаются на основании оперативных анализов состояния БП и оперативной информации о неблагоприятных событиях, нарушениях, упущениях, ошибочных действиях специалистов и экипажей при подготовке и выполнении полетов.
Алгоритмы работы объектов
Для обобщенной модели системы управления БП матрица отношений имеет вид, приведенный на рис.3. Здесь символами И и У обозначены отношения соответственно информирования и управления. Эта матрица раскрывает связи между объектами обобщенной модели. Информирование по БП характеризуется отношениями: Я1,2 (рис. 1) - передача информации для формирования базы данных; Я23 - представление базы данных для принятия решений; Я2,5 - представление данных для разработки мероприятий; Я5,3 - представление проектов мероприятий. Для управления БП характерны отношения: Я31 - утверждения мероприятий; Я3,5 - задания на разработку мероприятия.
Из рассмотренных отношений между объектами следует, что для каждого объекта имеется множество входных потоков информации Явх с характеристиками, определяющими алгоритмы их формирования в объектах, из которых они выходят, и множество выходных потоков Явых с характеристиками, определяемыми алгоритмами работы данного объекта.
М М1 М2 Мз Мз
М1 У
М2 И
Мз И И
М5 И У
Рис. 3. Матрица отношений обобщенной модели системы управления БП
Следовательно, каждый объект характеризуется множеством алгоритмов Авх, по которым вырабатывается входная информация для получения выходных данных с требуемыми характеристиками. Работу каждого объекта можно описать логическим соотношением вида:
" Квых Авх Квх
Для объекта М123 и М133 справедливы соотношения:
" (К123,223) ^ А123 К523,123; " (К133,233) ^ А133 К533,133
Поскольку М123 и М133 представляют собой множества технических и организационного элементов, непосредственно выполняющих и обеспечивающих полеты, то алгоритмы А123 и А133 должны базироваться на таких методах и средствах, которые обеспечивали бы реализацию этими элементами мероприятий Я523,123 и Я533,133, направленных на исключение или минимизацию числа неблагоприятных событий, характеризующих БП. Технология реализации мероприятий обычно входит в содержание самих мероприятий, поэтому методы и средства реализации мероприятий должны обеспечивать высокое качество и оперативность выполнения предписанной технологии.
Сравнительно просто решается задача организации выполнения конкретных мероприятий, связанных с повышением надежности определенных видов техники путем, например, доработок по бюллетеням промышленности или с проведением тренировок по действию экипажей в особых, конкретных ситуациях и т. д. Однако задача усложняется, когда мероприятие, выражаясь языком математики, имеет вид нечеткой постановки задачи, например, «повысить качество выполнения какой-либо операции» или «усилить контроль за выполнением требований пп № ... руководства по летной эксплуатации (РЛЭ)» и т. д. В этих случаях при изучении мероприятия необходимо требования «повысить», «усилить» и т. д. увязать с конкретными условиями. Для этого необходимы детальный анализ существующих процессов, исследование возможных отклонений, снижающих качество выполнения операций или требований, и программа конкретных действий по исключению этих отклонений. Выходом объектов М123 и М133 являются данные СОиАПИ по направлениям деятельности ЛС и ИАС.
Существующие в настоящее время бортовые регистраторы параметров полета обладают недостаточно высокой точностью, что приводит к погрешностям при определении неблагоприятных событий и оценке техники пилотирования. Проведению теоретических и экспериментальных изысканий методов и средств регистрации параметров полета, обеспечивающих высокую точность и достоверность, должно быть уделено особое внимание, поскольку дальнейшая автоматизация анализа этой информации существенно зависит от решения этой задачи.
Неблагоприятными событиями в области деятельности ИАС являются отказы и неисправности АТ. Источниками этой информации служат бортовые регистраторы параметров полета, данные членов экипажа о качестве работы АТ в полете и сведения инженерно-технического персонала, осуществляющего проверки и осмотры АТ.
По своему первоначальному предназначению бортовые регистраторы параметров полета должны были обеспечивать лишь анализ причин аварийных ситуаций, связанных с экипажем. По мере расширения области использования данных бортовых регистраторов для анализа работы АТ и экипажа возникают дополнительные требования по увеличению количества регистрируемых параметров полета. Поэтому в настоящее время актуальной задачей являются обоснование и выбор контролируемых параметров по работе АТ и действий экипажа.
Для объектов М223 и М233 справедливы соотношения:
" (К223,303; К223,523) ^ А223 К123,223;
" (К233,533) ) ^ А233 К133,233
Объекты М223 и М233 являются ЦОД по БП на уровне предприятий ГА. В них
осуществляются сбор, накопление, хранение и обработка информации по алгоритмам анализа,
диагностики и прогнозирования состояния БП, предупреждения и предотвращения АП в предприятиях Г А.
Алгоритмы А223 и А233 должны базироваться на таких методах и средствах, которые обеспечивали бы прием информации, формирование массивов различной степени готовности и обработку для решения задач оперативного, периодического и нерегламентированного анализа БП.
Наиболее актуальной и сложной задачей является формирование базы данных. Здесь не исследованы такие коренные вопросы, как структура массивов и состав показателей, учитываемые для различных режимов работы автоматизированной системы, сроки хранения данных, защита информации от несанкционированного доступа, а также задачи выбора комплекса технических средств, разработки методов и средств обслуживания пользователей, реализация на ЭВМ алгоритмов анализа БП на уровне предприятия ГА.
Перспективными следует считать направления сбора и первичной обработки информации непосредственно в полете, на борту с использованием специальной бортовой ЭВМ. В этой области проводятся определенные работы, однако вопросы алгоритмов обработки данных на борту, состава регистрируемых параметров и структуры массивов не решены в достаточной для практической реализации степени. Эта задача является важной и актуальной.
Для объектов М303, М523и М533 справедливы соотношения:
" (К303,302; К303,523; К303,533) ^ А303 (К223,303; К523,303; К533,303; К302,303);
" (К523,303; К523,232; К533,523; К533,212; К533,133) ^А523 (К303,523; К522,523; К523,523; К223,523);
" (^-533,303,' К533,212,' К523,222,' К523,123) ^А533 (Я233,533К303,533К532,533).
Объектами М303, М523и М533 являются должностные лица и специалисты предприятий ГА, принимающие оперативные решения по предупреждению АП и разрабатывающие мероприятия по повышению БП. Они также являются источниками информации для объектов вышестоящих
Л У
уровней, т. е. здесь можно рассматривать раздельно алгоритмы управления А и алгоритмы информирования АИ.
Процесс информирования и управления для М303 осуществляется на основе управляющих воздействий вышестоящего уровня и информации, поступающей от служб и ЦОД авиационного предприятия, т. е.:
" (К303,523; К303,533) ^А 303 (К302,303; К523,303; К533,303; Я523,303);
" (К303,302) ^А 303 (К523,303; К533,303; К223,303).
Следует отметить, что для управления необходимо использовать полные исходные данные, поступающие в М303.
Алгоритмы управления АУ303 должны включать методические материалы по организации разработки планов мероприятий, а также методики принятия оперативных решений по информации служб и ЦОД авиационного предприятия. Здесь следует иметь в виду, что
командир предприятия только организует работу, а непосредственным исполнителем являются специалисты служб. Поэтому алгоритмы АУ303 в основном включают организационные формы по разработке мероприятий, их рассмотрению и утверждению, которые определены действующими руководящими документами (положением и должностными инструкциями).
Таким образом, разработка алгоритмов оперативного информирования руководства авиапредприятия для принятия оперативных решений, описываемых соотношением
" (Яз03,523; К-303,533) ^ А 303 К-223,303;
является актуальной задачей.
При автоматизации комплексного анализа БП центральным вопросом является алгоритмическая взаимоувязка подсистемы. Для решения задач оценивания сравнительного анализа требуются данные нескольких подсистем. Поэтому необходимо разработать универсальные алгоритмы выборки, расчета и хранения отдельных промежуточных результатов, особенно таких, которые имеют многократное использование в различных задачах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хамракулов И.В., Зубков Б.В. Эффективность использования полетной информации. М.: Транспорт, 1991, 175с.
2. Жулев В.И., Иванов В.С. Безопасность полетов летательных аппаратов. М.: Транспорт, 1986 г.
METHODOLOGY OF THE CONSTRUCTION OF CONTROL SYSTEM BY THE FACTORS OF FLIGHT SAFETY ON THE BASIS OF THE SYSTEM OF WORKING AND ANALYSIS OF
FLIGHT INFORMATION
Borodin E.S.
In the article are examined the objects of the systems of working and analysis of flight information, their fundamental characteristics, it is produced the interaction analysis of the elements between themselves, and also the algorithms of work. The need of improving the being adapted equipment with the use of systems of satellite communication and transmission media of data is shown.
Сведения об авторе
Бородин Евгений Сергеевич, 1983 г.р., окончил МГТУ ГА (2004), аспирант кафедры безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУ ГА, область научных интересов - информационное обеспечение безопасности полетов.
