CC BY
94
УДК 007.51:658.011.56
И. А. ВЕЛЬМИСОВ, Е. В. МАМОНТОВ
ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЁТОВ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВОЕННОЙ АВИАЦИИ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТРЕНАЖНО-МОДЕЛИРУЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ
Изложен подход к оценке безопасности полётов при управлении воздушным движением военной авиации и результаты анализа зависимости уровня безопасности полётов от эффективности профессиональной подготовки лиц группы руководства полётами. Показаны пути повышения безопасности полётов.
Ключевые слова: безопасность полётов, тренажёрно-моделирующие комплексы (ТМК), воздушное движение, воздушное судно (ВС).
Состояние безопасности полётов при управлении воздушным движением (УВД) военной авиации характеризуется совокупностью факторов, в которую входит количество авиационных происшествий, произошедших по вине должностных лиц групп руководства полётами (ГРП). За последние десять лет количество авиационных происшествий по вине специалистов управления воздушным движением не уменьшилось.
Современные условия объективно приводят к возрастанию требований по обеспечению безопасности полётов. Научно-технический потенциал, закладываемый в новые системы и технику, обусловливает необходимость соизмеримо повышать уровень профессиональной подготовки авиационных специалистов. Для достижения высокого профессионализма большое значение имеет эффективность подготовки, которая в свою очередь зависит от средств и методов её осуществления. В настоящее время возникает противоречие между возрастающими требованиями к профессиональной подготовке специалистов УВД военной авиацией и ограниченными возможностями традиционных средств. Это отрицательно влияет на эффективность управления воздушным движением и безопасность полётов. Таким образом, повышение безопасности полётов при управлении воздушным движением является актуальной проблемой.
Обеспечение безопасности полётов при управлении воздушным движением в значительной мере связано с решением задачи по предотвращению столкновений ВС в воздухе. Количественно безопасность полётов при УВД можно оценить допустимым риском столкновения ВС по каждому виду эшелонирования. Соотноше-
ние, характеризующее допустимый риск столкновения ВС
ч2 Л \2
Ост =(1 " РНВ )2 (1 " РУВД )
(1)
где РНВ - вероятность правильного определения
места воздушного судна с помощью навигационной аппаратуры; РУЩ - вероятность правильного функционирования системы УВД.
Вероятность правильного функционирования системы УВД обусловливается надёжностью работы технических средств и правильным функционированием её операторов. Исходя из этого, вероятность правильного функционирования системы можно выразить как
РУВД = (1 — О'откТС ) + (1 — О'оиЮП ) — (1 — ОоткТС )(1 — О^ошОП ),
(2)
где ОоткТС - допустимый риск отказа технических средств системы; ОошОП - допустимый риск ошибочных действий оператора системы УВД.
Из теории вероятностей известно, что событие считается практически достоверным, если его вероятность не менее 0,997. Тогда для практического исключения ошибок оператора системы УВД допустимый риск ошибочных действий оператора ОошОП должен быть не более 1 - 0,997 = 0,003. В ходе проведённых иссле-
© Вельмисов И. А., Мамонтов Е. В., 2014
дований установлено, что вероятность правильных действий (функционирования) РпрфОП зависит от уровня подготовки, натренированности и устойчивости навыков в нештатных ситуациях (особых случаях).
РпрфОП ^ ( иподг ; ^ натр ; ^уст ) .
(3)
Анализ подготовки специалистов УВД военной авиации показал, что требуемый объём знаний для грамотной эксплуатации современных систем УВД постоянно возрастает и с помощью традиционных средств может быть реализован не более чем на 85%. Основной особенностью существующей методики практической подготовки является необходимость ожидания требуемых условий. В ходе подготовки возникает необходимость поддержания достигнутого уровня подготовки (натренированности) путём систематического выполнения соответствующих упражнений. В противном случае приобретённые навыки утрачиваются, и требуется выполнить дополнительные упражнения для их восстановления. Таким образом, время подготовки обусловливается временем продвижения по программам подготовки и временем ожидания необходимых условий, а при утрате навыков, временем их восстановления.
Т д = У М д +у М +Т М
под? / 1 под?! / 1 ож > / у в(
(4)
! =1
1 =1
е=1
где п - количество этапов повышения уровня подготовки; т - количество этапов ожидания необходимых условий как по метеорологическим параметрам, так и по загруженности зоны ответственности воздушными судами; I - количество этапов восстановления утраченных навыков.
Очевидно, что в период М.ож и М.оосс уровень подготовки не повышается, то есть данное время для подготовки можно считать непродуктивным. В ходе проведённых исследований установлено, что реализовать программы практической подготовки в таких условиях можно не более чем на 82% по подготовке, на 78% по натренированности и 72% по выработке устойчивости.
Отсюда эффективность подготовки, оценивая её как полученный результат (достигнутый уровень по всем направлениям: по подготовке; натренированности; устойчивости) к затраченным ресурсам, можно записать
Эпод?
4=1
у ■
ум? +ум +ум
/ < под? ■ / ' ож. / , вс
1 =1
У=1
.(5)
Недостаточная эффективность подготовки создаёт дефицит знаний и навыков, что в свою очередь повышает риск совершения ошибки оператором, который можно выразить как
аошои=у л=у о (л )-у оаа]+у ал1л]лк,
(6)
где п = 3, А! (0ошОПподг ; ОошОПнатр ; 0-ошОПуст ) '
Подставляя соответствующие значения, получим 0ошОП = 0,586, или вероятность правильного функционирования оператора 0,414. Поскольку для обеспечения гарантированной безопасности РпрфОП должна быть не менее
0,997, а фактически РпрфОП = 0,414, можно сделать вывод, что безопасность полётов при управлении воздушным движением можно повысить за счёт устранения недостатков в подготовке специалистов УВД. Для кардинального повышения эффективности требуется существенно повысить интенсивность обучения и исключить пассивное время подготовки. Успешно эту задачу можно решить путём развития тре-нажно-моделирующих комплексов на основе современных достижений вычислительной техники и информационных технологий.
Эффективность профессиональной подготовки зависит от объективности и оперативности получения данных о результатах обучения и тренировок. Такие данные получают с помощью системы объективного контроля (СОК), которая характеризуется выбранными критериями и показателями, а также способом получения исходных данных. В настоящее время критерии и показатели результатов подготовки ГРП строго не определены, а исходные данные имеют значительную субъективную составляющую. Для оценки качества предлагается взять отношение величины отклонения измеряемого параметра к максимально допустимому его отклонению, установленному по условиям обеспечения безопасности, или по какой-либо другой логической целесообразности.
АРф
К=1-АР
(7)
тах доп.
Если АРфаКт = ^ то Кр = 1 если
АРфакт ~ АРтах.доп , то Кр = 0, то есть
0 < Кр < 1. Для совокупности параметров Р6, = |Р1,Р2,...Рп] коэффициент определяется по формуле
1 п
КР, = ~У КР!,
(8)
У
где п - количество контролируемых параметров.
Агрегированный показатель качества выполнения задачи рассчитывается по формуле
1 т ( 1 п
К .=1111 I К
(9)
т =1 V п'
где т - количество точек контроля совокупности параметров.
Выбор показателя цены качества осуществлялся исходя из того, что любая профессиональная деятельность связана с нервно-эмоциональной напряжённостью, которая оказывает влияние на психофизиологическое состояние человека через изменения в организме. Для измерения затрат на достижение зафиксированного качества предлагается использовать безразмерный коэффициент, отражающий степень отклонения психофизиологических параметров при выполнении задачи, от их фоновых значений.
Для объективности и практической значимости указанные показатели предлагается получать путём инструментальных измерений параметров, характеризующих деятельность и психофизиологическое состояние специалистов УВД. В целях определения таких параметров в ходе проведённых исследований путём последовательной декомпозиции действий должностных лиц ГРП, были выделены типовые задачи управления воздушным движением, характерные для всех категорий должностных лиц ГРП. В каждой задаче были выделены элементы для количественной оценки и разработаны способы их инструментального измерения.
Особое внимание при подготовке специалистов УВД уделяется отработке действий в особых случаях (нештатных ситуациях). Это повышает устойчивость навыков и снижает риск ошибочных действий операторов в экстремальных условиях. Реакция на нештатную ситуацию определяется временем, которое оператор затрачивает на её распознавание, скорость парирования - временем, затраченным на выполнение действий, предусмотренных инструкцией в данном случае. Для количественной оценки этих параметров предлагается использовать безразмерный коэффициент, отображающий степень приближения фактического времени к установленным временным ограничениям. Максимальное время распознавания грасптахдоп определяется исходя из времени возникновения нештатной ситуации, скорости её развития (V - скорость достижения критического значения параметра,
определяющего ситуацию), технологического времени на выполнение предусмотренных действий по формуле
расп.тах.доп
Р - Р
тах. доп кр
V..
- г
(10)
Поскольку время распознавания имеет и минимальное значение, реакцию оператора определяем как
К = 1 —
реак
гф — г ■
факт тт. возм
г д — г -
тах. доп тт. возм
(11)
Возможности оператора парировать нештатную ситуацию обусловлены временем на выполнение предусмотренных действий и скоростью развития ситуации, поэтому коэффициент Квозм ,
характеризующий возможности оператора парировать нештатную ситуацию, рассчитывается
аналогично Креак .
Наиболее характерной нештатной ситуацией при УВД является конфликтная ситуация. Она представляет собой неконтролируемое сближение ВС. Если своевременно не принять меры по её разрешению, то с большой вероятностью она заканчивается столкновением ВС. Своевременность определяется временем обнаружения конфликта и скоростью его разрешения, в свою очередь последние зависят от дистанции между ВС и скоростью их сближения. Указанные параметры могут быть допустимыми, предельно допустимыми и критическими. При допустимых параметрах действия оператора по разрешению конфликта осуществляются в штатном режиме. При предельно допустимых - с максимальной возможной скоростью, а при критических ситуация принимает необратимый характер, независимо от принятых мер.
Под функциональной надёжностью понимается состояние, обеспечивающее оператору системы УВД выполнение задач с таким запасом внимания и возможностей, которые позволяют ему своевременно выявить и успешно парировать нештатную ситуацию. Оценку предлагается осуществлять на основе анализа качества и цены за определённый период. При этом исходим из того, что если качество высокое, а цена низкая, функциональная надёжность достаточная. Если качество низкое, а цена высокая, функциональная надёжность оператора не обеспечивает гарантированную безопасность полётов. Для количественной оценки рассматриваемого параметра введём коэффициент, физический смысл которого в том, что он показывает, какую часть
абсолютной надёжности составляет текущее состояние оператора. Коэффициент рассчитывается путём нахождения нормированного по единице соотношения значений качества и цены, сбалансированных относительно 0,5 (рисунок 1).
Результаты обработки данных в виде шкалы функциональной надёжности подаются на дисплей руководителя обучения, который в зависимости от значения коэффициента принимает решение по дальнейшей подготовке оператора. Функциональная надёжность зависит от ряда параметров, то есть является функцией многих переменных, поэтому может быть отнесена к типичным нелинейным зависимостям, исследованиями которых занимается теория особенностей гладких отображений и её молодой раздел «Теория катастроф». Фактически эти теории обобщают исследования функций на максимумы и минимумы. Значимость такого исследования обусловлена тем, что минимумы и максимумы представляют собой критические точки функции (экстремальные значения параметров исследуемых систем), которые во многом определяют их состояние и поведение. Исследования показали, что функциональная надёжность оператора за длительный период может существенно меняться, поэтому оптимальное значение коэффициента не бывает единственным. По мере развития системы (совершенствования профессионального мастерства, накопления опыта и т. п.) возникает побочный максимум, новый локально-оптимальный режим. Далее возникший режим обгоняет исходный и становится выгоднее, но переход на него затруднён необходимостью резкого перескока-«катастрофы». Графическая интерпретация изложенного сценария представлена на рисунке 2.
Из рисунка видно, что к новому режиму можно прийти без катастрофы, даже зайдя далеко по катастрофическому пути. Для этого необходимо вернуться и обойти разделяющую режимы точку с другой стороны (некатастрофический путь). С точки зрения исследуемой области следует временно упростить подготовку (уменьшить интенсивность, снизить сложность задач и т. п.). Спрогнозировать скачкообразное изменение функциональной надёжности оператора системы УВД и исключить случаи её резкого перехода в худшее состояние - одна из важнейших задач обеспечения безопасности полётов при управлении воздушным движением.
Кардинальное увеличение скорости и объёма учебного материала, усвоенного на базе использования АСО, обеспечивает полную реализацию программ теоретической подготовки в рамках располагаемого учебного времени. Проведение практической подготовки с использованием ТМК исключает зависимость этого процесса от планов проведения реальных полётов, погодных условий, загруженности воздушного пространства и сложности выполняемых экипажами ВС задач. Это устраняет необходимость ожидания требуемых условий для продвижения лиц ГРП по программам КСП и восстановления достигнутого уровня подготовки, то есть полностью исключается пассивное время подготовки. Следовательно, сокращается время и материально-технические затраты на достижение заданного уровня подготовки. При традиционной методике пассивное время составляло от 20 до 35%, следовательно, можно утверждать, что эффективность профессиональной подготовки с использованием ТМК, при реализации технических решений, разработанных в рамках проведённых исследований,
Крайние тах значения Б_Равновесные значения Б_Промежуточные значения Б
К = 1 К = 0 Я = 0,5 К = 1 К К
С = 1 С = 0,5 С = 1 С С
Б = 1 Б = 0 Б = 0,5 > Б = 0,5 Б < Б
Рис. 1. Вид шкалы функциональной надёжности оператора
Рис. 2. Графическая интерпретация сценария
увеличилась почти в 1,5 раза. Это обеспечивает полную реализацию всех видов программ (по теоретической, практической подготовке, натренированности и устойчивости). Можно предположить, что в таких условиях коэффициенты будут в среднем не менее 0,993. Поставив полученные значения в выражение (9), получим допустимый риск ошибочных действий оператора, подготовленного на ТМК, 0ошОП равен 0,209.
Напомним, что при традиционной методике подготовки расчётный риск равен 0,586, то есть при использовании предлагаемого ТМК риск ошибочных действий снизится в 2,8 раза. Вероятность правильных действий оператора системы УВД в соответствии с (2) будет равна 0,811 (при традиционной методике она равна 0,414). Анализируя соотношение (1), можно сделать вывод, что при увеличении РпрфОП в 1,8 раза
(0,811/0,414 = 1,8) следует ожидать снижение
допустимого риска столкновения ВС почти в 4 раза. Таким образом, повышение эффективности профессиональной подготовки специалистов УВД позволит повысить уровень безопасности полётов при управлении воздушным движением.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вельмисов, И. А. Оценка уровня подготовки специалистов УВД к действиям в нештатных ситуациях / И. А. Вельмисов // Вопросы радиоэлектроники. - М., 2009. - С. 22-28.
2. Вельмисов, И. А. Новые подходы к организации и проведению подготовки специалистов управления воздушным движением на тренажёрах / И. А. Вельмисов // Вопросы радиоэлектроники. - М., 2011. - С. 86-93.
3. Вельмисов, И. А. Некоторые направления развития тренажной базы для отработки взаимодействия экипажей армейской авиации с подразделениями артиллерийской разведки / И. А. Вельмисов, Е. В. Мамонтов // Материалы научно-технического семинара. - СПб., 2012.
Вельмисов Игорь Анатольевич, кандидат военных наук, профессор, начальник научно-исследовательского сектора Всероссийского института радиоаппаратуры ОАО «ВНИИРА», г. Санкт-Петербург.
Мамонтов Евгений Вячеславович, аспирант Всероссийского НИИ радиоаппаратуры, инженер 2-й категории.
