CC BY
41
УДК 656.7.085.7
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И СПЕЦИАЛИСТОВ УВД ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Горенков А.Н., аспирант, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский Государственный Университет гражданской авиации», e-mail:
В статье рассмотреныi вопросыг, связанные с системным подходом к оценке уровня безопасности производства полетов (УБП) и анализом факторов влияния на функционирование службыi управления воздушным движением (УВД) гражданской авиации.
К настоящему моменту времени концепция обеспечения безопасности полетов трансформировалась от процесса накопления и апостериорного анализа многочисленным, но разрозненных данных о причинах проявления различныгх видов (по степени тяжести последствий) авиационных происшествий к формату общей теории безопасности полетов.
Проблема обеспечения безопасности полетов рассматривается, как сложная комплексная задача, решение которой предполагает использование системного подхода, сущность которого сводится не только лишь к изучению методов и средств обеспечения показателей надежности отдельных структурных элементов, но и к анализу их эффективного взаимодействия в рамках сформированной и функционирующей системы.
Ключевые слова: системный подход, управление воздушным движением, безопасность полетов, взаимодействие структурных элементов, аварийные факторы, авиационные происшествия.
A SYSTEMATIC APPROACH TO ASSESSING THE EFFECTIVENESS OF THE TECHNICAL FACILITIES AND ATC SPECIALISTS TO PROVIDE INDICATORS OF THE LEVEL OF CIVIL AVIATION SAFETY
Gorenkov A., the post-graduate student, FSEI HE «Saint-Petersburg State University of Civil Aviation», e-mail: [email protected]
The article deals with issues related to the systematic approach to assessing the level of safety of flight operations (FSM) and analysis of the factors of influence on the operation of the air traffic control (ATC) of Civil Aviation.
To date, the concept of time to ensure the safety of transformed from the accumulation process and the posterior analysis of numerous, but scattered data on the causes of manifestations of various kinds (in the degree of severity of the consequences of) accidents to the format of the overall safety theory.
Safety problem is considered as complex problems the solution of which involves the use of a systematic approach, the essence of which is reduced not only to the study of methods and means to ensure performance reliability of individual structural elements, but also to analyze their effective cooperation in the framework formed and functioning system.
Keywords: systemic approach, air traffic control, air safety, the interaction of the structural elements, accidental factors, accidents.
В структуре единой транспортной системы страны (Рисунок 1) воздушный транспорт (авиационный транспорт, гражданская авиация) занимает специфическое положение по отношению к другим видам транспорта[1, 2].
Рисунок 1. Структурная схема транспортной системы страны (региона)
Единая транспортная система страны (региона)
1
Транспорт общего пользования Транспорт специального пользования
автомобильный
желез подорожный
воздушный (авиационный)
водный
Одной из отличительных особенностей авиационного транспорта является его универсальность: транспортные перевозки по воздушные трассам являются альтернативным способом перемещения вместо автомобильных, железнодорожных и водных маршрутов. Для ряда регионов именно воздушный транспорт является безальтернативным способом доставки пассажиров и грузов к месту назначения.
В конце 40-х годов прошлого века было осуществлено законодательное утверждение концепции системного использования воздушных (авиационных) трасс и коридоров, приняты требования надежности для авиационной техники (летной и наземной), предназначенной для оказания коммерческих транспортных услуг регулярного и нерегулярного характера [3].
Формат структуры, в которой осуществляется сложное взаимодействие между наземными и воздушными техническими средствами, окружающей средой и человеческим факторомполучил название авиационной транспортной системы (АТС), к настоящему моменту сохранил свои основные особенности [4, 5].
Тяжелые отказы АТС в формате авиационных катастроф (аварий, инцидентов) вызывают широкий общественный резонанс, социальную напряженность и значительные экономические потери. По этой причине требования безопасности производства полетов являются приоритетным направлением и постоянно актуальной практической задачей для широкого круга специалистов и эксплуатантов авиационной техники, технических систем и устройств, необходимых для обеспечения безотказного производства полетов [6].
Авиационная транспортная система представляет собой совокупность структурных элементов (подсистем), которые находятся друг с другом в сложных, часто слабоформализуемых связях и образуют определенную целостность (Рисунок 2).
Система лептой эксплуатации ВС
Управление летной деятельностью Организация летной работы
Система УВД
Система экипаж-ВС
ВС
Система технической эксплуатации ВС
Система обеспечения полетов
Оперативное управление
Социальное Штурманское Лэоонавигашонное
Метеорологическое Аэродромное Электроевето-гехиичсскос
Радиотехническое Орнитологическое Организация перевозок
Режимно-охранное Меди ни некое Поисковое и аварий-носиасательное
Рисунок 2. Структура авиационной транспортной системы (АТС)
Каждая из составных подсистем обладает типичными свойствами, характеристиками и показателями эргатической системы «человек (оператор)-машина (техническое устройство)» [8]:
- техническая обеспеченность и оснащение подсистемы (службы);
- функциональная эффективность и надежность технических средств;
- организация рабочего функционирования подсистемы (службы);
- уровень профессиональной подготовки и квалификации операторов;
- уровень психофизиологического состояния операторов;
- производственная дисциплина операторов;
- системы мониторинга качества функционирования подсистемы.
Каждый структурный элемент или система (подсистема) АТС формирует условия для показателей безопасности производства полетов и может рассматриваться, как самостоятельный объект исследований. Структурный элемент (подсистема) АТС под названием «Система УВД» (см. Рисунок 2) предназначается для обеспечения управления воздушным движением в пределах заранее установленных границ ответственности диспетчерских служб гражданской авиации[9].
Все воздушное пространство страны (или некоторого отдельно взятого региона) разделяется на районы (зоны) диспетчерских служб, в которые могут входить:
- международные воздушные трассы;
- воздушные трассы (авиалинии) страны;
- район расположения аэродрома гражданской авиации, включающий:
o воздушные коридоры;
o зоны подходов;
o зоны взлета и посадки воздушных судов.
- зоны для местных воздушных линий.
«Система УВД» (в структуре АТС) предполагает совокупность технических средств управления воздушным движением и персонала (в формате «человек"оператор»), который ориентирован на эксплуатацию соответствующего производственного оборудования и характеризуется непосредственным взаимодействием с центральным элементом АТС " с «системой экипаж-ВС» (см. Рисунок 2) в течение всего производственного цикла (выполнения взлетно"посадочных операций, цикла воздушных маневров, занятия эшелона и зоны воздушной трассы или коридора в районе ответственности диспетчерской службы).
Эксплуатация воздушных трасс, коридоров, производство взлетно"посадочных операций в районе расположения аэродрома гражданской авиации характеризуется конкретными производственными особенностями. Эти особенностирассматриваютсясоответствую щим Руководством по летной эксплуатации (РЛЭ) для данного типа воздушного судна в некоторых производственных условиях, которые называются ожидаемыми условиями эксплуатации (ОУЭ) [2, 4, 7].
Ожидаемые условия эксплуатации авиационной техники в районе расположения аэропорта (аэродрома) определяют область расчетных условий, эксплуатационных ограничений, рекомендуемых режимов полета, установленных РЛЭ, и включают:параметры состояния окружающей внешней среды и факторы ее воздействия на ВС;эксплуатационные факторы;параметры и режимы полета.При производстве всех этапов полета экипаж и функциональные системы удерживают ВС в пределах рекомендуемых режимов полета 1 (Рисунок 3).
Ожидаемые условия эксплуатации являются ограничениями условий и методов эксплуатации ВС, а безопасная эксплуатация авиационной техники гарантируется только в ОУЭ.
Результатом выхода параметров производства полета за границу области рекомендуемых режимов полета 2 (см. Рисунок 3) на борту ВС является некоторое состояние, которое характеризуется отклонением от нормального полета. Такое состояние называется особая ситуация (ОС), инцидент или авиационное происшествие.
Особой называется ситуация, возникающая в полете в результате негативного воздействия отдельных неблагоприятных (аварийных) факторов или их сочетаний.Под неблагоприятными факторами подразумеваются явления, вызывающие или сопутствующие выходу параметров полета из области эксплуатационных ограничений (см. Рисунок 3). В перечень неблагоприятных факторов входят следующие явления и события [6, 7]:
Рисунок 3. Области эксплуатационных и предельных ограничений
1-область рекомендуемых режимов полета; 2-граница области рекомендуемых режимов полета; 3-область допустимых режимов полета; 4-граница области допустимых режимов полета (предельные ограничения).
- отказы и неисправности отдельных элементов функциональных систем;
- воздействия неблагоприятных внешних условий;
- недостатки в наземном обеспечении полета;
- ошибки и нарушения правил эксплуатации функциональных систем ВС и пилотирования;
- проявления неблагоприятных особенностей аэродинамики, устойчивости, управляемости и прочности самолета;
- неправильная трактовка команд диспетчеров УВД;
- умышленные действия экипажа ВС, посторонних лиц, направленные на ухудшение летно-технических параметров полета, либо приводящие к возникновению технических неисправностей и отказов функциональных систем ВС;
- сочетания указанных выше факторов.
Особые ситуации по степени их опасности разделяются для конкретного типа ВС в соответствии с установленным РЛЭ. Наиболее опасный характер последствий имеют следующие виды ОС:
Аварийная ситуация (АС) - это особая ситуация, которая характеризуется значительным повышением психофизиологической нагрузки на экипаж, ухудшением летных характеристик, устойчивости и управляемости ВС и приводит к достижению или превышению предельных ограничений или условий (см. Рисунок 3, граница 4).
Предотвращение перехода АС к необратимому (или катастрофическому) состоянию требует высокого профессионального мастерства экипажа ВС, а также структурных элементов АТС, обеспечивающих производство полетов.
Катастрофическая ситуация (КС) - это особая ситуация, при которой предотвратить разрушение ВС практически невозможно (см. РисунокЗ, область за границей 4).
Особенностью возможного проявления особых ситуаций (см. показатели является вероятный или зависимый характер перехода АТС из некоторого исходного состояния (например, состояния ОУЭ) в ОС значительно более высокого ранга, включая КС.
Управляющие воздействия «Системы УВД» (в формате директив и указаний от авиационного диспетчера) реализуются действиями летного экипажа соответствующего воздушного судна, как в состоянии, соответствующем ОУЭ, так и при возникновении на борту ВС особой ситуации.
Функциональная эффективность «Системы УВД» определяется следующими основными факторами [4, 7, 9]:
- качеством проектных и конструктивных решений, эргономическим совершенством, показателями надежности, параметрами эксплуатационной пригодноститехнических средств (оборудования);
- профессиональной подготовкой, дисциплиной, исполнительностью персонала (прежде всего, авиационных диспетчеров), организацией работы службы УВД.
Недостаточная эффективность «системы УВД» (среди прочих возможных негативных факторов) напрямую влияет на снижение функциональной эффективности летного экипажа при производстве конкретного этапа полета (Рисунок 4).
Рисунок 4 Факторы, влияющие на функциональную эффективность экипажа воздушного судна
«Система УВД» подвержена отказам в работе вследствие технического и человеческого фактора. Результатом отказа или неэффективной работы рассматриваемой системы может быть проявление на борту ВС особой ситуации или переход из несложной предпосылки к авиационному происшествию в категорию аварийной или катастрофической ситуации.
Для определения вероятностных критериев оценки безопасности полетов широкое распространение получили методы математического моделирования [10, 11].
На Рисунке 5 представлена математическая модель вероятностного анализа развития ОС, представленная в формате дерева событий. При помощи данной модели возможно получить вероятностный критерий оценки безопасности полетов для «Системы УВД».
Дерево событий, составленное для анализа последовательности развития ОС, включает исходное (начальное) состояние АТС, соответствующее ожидаемым условиям эксплуатации ВС и несколько конечных зависимых и независимых состояний (или путей развития), среди которых рассматриваются следующие варианты:
1оу:у
V
ЙАФ) Ч1ДФ1
Р1БП/АФ>
.АФ^ (АФ1
|«ПП'АФ>
<ИПП'АФ>
\
0 ©
р(БП/ПП>
в
РЖС'БП)
<КБП 'ПП1
ч(КС 1,11)
(3 0
Состояния:
ОУЭ — этап полета производится в ожидаемых условиях эксплуатации АФ - непроявлеине аварийного фактора МП - парирование аварийного фактора Ы1 - благополучное окончание этапа полета
КС-и енасту пление катастроф нческой
ситуации
АФ ~ Г1Р0ЯЕ1-Т1см1|е аварийного фактора рщ - непарирование аварийного фактора ^ - неблагополучное окончание этапа полета
[д-. - наступление катастрофической ситуации
-зависимые события
—--независимые события
Рисунок 5- Дерево событий анализа последовательности развития ОС
- благополучное окончание полета (или этапа полета);
- неблагополучное окончание полета (или этапа полета) вследствие проявления некоторого аварийного фактора и соответствующих последствий его проявления в форматах: наступления или ненаступления катастрофической ситуации.
В качестве аварийного фактора, который способен привести к возникновению на борту ВС особой ситуации (см. событие АФ, Рисунок 5) возможно рассматривать отклонение ВС от планового или/и высотного положения, предусмотренного полётным заданием, потеря (частичной или полной) пространственной ориентации экипажем ВС или снижение расчетных характеристик ВС (например, несоответствие посадочной конфигурации ВС).
Возможность (или вероятность) парирования аварийного фактора средствами «Системы УВД» (техническими устройствами и квалифицированными действиями авиационного диспетчера, посредством управляющего воздействия на экипаж ВС) оценивается вероятностью реализации принятых (возможных) конечных состояний системы (см. Рисунок 5) и формирует количественную оценку безопасности полетов.
В топологии дерева состояний (см. Рисунок 5) рассмотренные аварийные факторы образуют поток отказов, который формирует вероятность перехода АТС (в формате состояния ВС, находящегося под управляющим воздействием «Системы УВД») из состояния
ОУЭ в состояние АФ Количественное значение вероятности перехода (Я(АФ) ^ принимает различные возможные (в том числе установленные директивно) значения, например:
Ч(ЛФ) =0.05, 0.01.
(1)
Для количественной оценки вероятности неблагополучного завершения полета (состояние «111 1», см. Рисунок 5) или непарирования
»
аварийного фактора (состояние АФ ^ принимается условная вероятность перехода:
,р(ПП/АФ)
.Количественные значения вероятности
перехода
р(ПП/АФ)
Результатом анализа г
) для проведения анализа могут быть приняты в виде:
р(ПП/АФ) = 0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,0.05,0.01,0.001,0.0001.
Гт. Рт тгат 1
6,0Е-О2
к
! 5,0Е-О2 к
Ь 4.0Е-02
3
£ 3,0Е-О2 о
5 2.0Е-02 5
0,0 Е+00
л ас т 5,0Е-02 5.0Е-02 5,СЕ-02 А 1F.fi? 4'8Е'02 _
4.0Е-02 т ■
3,5 Е-02 _______________________
3,0 Е-02
2.5Е-02
_.5,0£-03 б,ОЕ-03 7 ОЕ-ОЗ 8.0Е-03 Э,ОЕ-О3 9.5Е-03 9,9Е-03 1.0Е-02 1.0Е-02
«-
(2)
характеризует развитие
0.5 0.4 0.3 0,2 0.1 0.05 0.01 0,001 0,0001 Условная переходная вероятность рСПП АФ>
♦ ч(АФ»=0.05 Ш ч<АФ> —О <"Г1 Рисунок 6- Вероятность состояния «непарирование аварийного фактора (состояния ПП )» ддд значешп! переходных вероятностей
Ч(АФ) = 0.05, 0.01.
и последствий особойситуации на борту ВС (как количественная оценка уровня безопасности полетов) вследствие эффективности взаимодействия «Системы экипаж"ВС» и «Системы УВД» в рамках структуры АТС (Рисунок 6).
В предлагаемом формате модели взаимодействие структурных элементов АТС: «Системы экипаж"ВС» и «Системы УВД» рассматривается, как вероятностная оценка возможности формирования и развития особой ситуации на борту ВС вследствие проявления аварийного фактора.
Количественные значения параметров ^Ф ) и Р^ ПП ^ АФ ) ^ определяЮщ11Х функциональную эффективность взаимодействия «Системы экипаж"ВС» и «Системы УВД» при проявлении особой ситуации возможно определять различными методами, среди которых наиболее эффективным представляется моделирование особой ситуации с применением авиационных тренажеров.
Литература:
1. Галабурда В.Г., Персианов В.А., Тимошин А.А. и др. Единая транспортная система. Учебник для вузов. Под ред. В.Г. Галабурды. " М.: Транспорт. 1996. " 295 с.
2. Русинов И.Я., Цеханович Л.А., Подшипков В.А. и др. Организация воздушных перевозок. " М.: Транспорт. 1976. " 184 с.
3. CONVENTION OF INTERNATIONAL CIVIL AVIATION. ICAO.Chicago. 1944 г. [Электронныйресурс]. Режимдоступа: http://www.icao.int/publications/pages/doc7300.aspx.
4. Соломонов П.А. Безотказность авиационной техники и безопасность полетов. " М.: Транспорт. 1977. " 272 с.
5. Doc 7300/9. Конвенция о международной гражданской авиации. Международная Организация Гражданской Авиации. " 9"е изд. ICAO. 2006 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://www.aviadocs.net/icaodocs/Docs/7300_conc_ru.pdf.
6. Doc 9422. Руководство по предотвращению авиационных происшествий. Международная Организация Гражданской Авиации. " 1"е изд. ICAO. 1984 г. [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://www.aviadocs.net/icaodocs/Docs/9422_conc_ru.pdf.
7. Doc 9859. Руководство по управлению безопасности полетов. Международная Организация Гражданской Авиации. " 2"е изд. ICAO. 2009 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http//:www.aviadocs.net/icaodocs/Docs/9859_conc_ru.pdf.
8. Прокофьев А.И. Надежность и безопасность полетов. " М. Машиностроение. 1985. " 184 с.
9. Doc 4444. Организация воздушного движения. Международная Организация Гражданской Авиации. " 15"е изд. ICAO. 2007 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://www.aviadocs.net/icaodocs/Docs/4444_conc_ru.pdf.
10. Иванов В.С. Математическая модель действий летчика в аварийной ситуации. " В книге: Тезисы докладов научно"технической конференции по некоторым вопросам обеспечения безопасности полетов в гражданской авиации. " Рига: РИИГА. 1975. с.37-38.
11. Попенченко И.В., Рачко А.А., Филин Ю.Г. Метод прогнозирования действий оператора эргатической системы при наличии отказа. " В книге: Авиационная эргономика. Выпуск 1. " Киев: КИИГА. 1975. с.112-114.
