CC BY
75
2006 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУГА №108
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735.015
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ ПОЛЕТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ СБОРА ПОЛЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Е.С. БОРОДИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
В статье рассмотрено построение системы управления надежности полетов на основе временных характеристик с применением автоматизированной системы обработки и анализа полетной информации и использованием оперативных, итоговых и целевых анализов.
Значительные успехи в области теории автоматического управления позволили построить стройную теорию анализа и синтеза различных систем автоматического управления. В схему управления техническими системами включаются оператор или группа операторов. Такие системы получили название эргатические. Управляемыми координатами в них могут быть как технические параметры объектов управления (ОУ), так и организационные, социальные и другие факторы. Теорию автоматического управления широко применяют в различных системах, где управление осуществляется физическими процессами изменения параметров технических систем. Для других типов систем применение теории автоматического управления требует предварительных исследований с целью приведения структуры рассматриваемой эргатической системы к принятому в этой теории стандартному виду, выявления характера выходных и входных координат и описания ее элементов передаточными функциями.
Рассмотрим построение системы управления надежностью полета (НП) с использованием анализов ПИ при помощи БАСПИ. Причем структура этой системы должна быть такой, чтобы она позволяла использовать методы, известные в теории автоматического управления.
Одной из центральных задач при построении структуры системы является определение временных характеристик работы системы. Для решения этой задачи целесообразно анализ НП (экипажа) разделить на три вида анализов, которые используются в практической деятельности ГА по повышению БП с использованием БАСПИ: оперативные, итоговые и целевые анализы.
Оперативный анализ НП с использованием БАСПИ позволяет контролировать все выполненные полеты. Оперативные данные о полете дают возможность быстро выявить неэффективные приемы или неправильные действия члена экипажа в полете и тем самым предотвратить их повторение и развитие вредных привычек. Оперативный анализ позволяет проводить анализ выполненного полета самим экипажем с привлечением данных БАСПИ. Тем самым повышается эффективность обучения непосредственно в процессе профилактической деятельности.
ПМз
ОАз
Данные БАСПИ
Рис. 1. Схема формирования планов мероприятий на основе оперативных анализов
Оперативный анализ НП в основном выполняется в авиационном предприятии. На рис. 1 изображена схема формирования планов мероприятий на основе оперативных анализов (ОА) и данных, полученных от БАСПИ. Составление планов мероприятий (ПМ) осуществляется руководством летного подразделения в присутствии экипажа. Оценка эффективности введенных в
оперативном порядке ПМ контролируется по результатам ОА последующих полетов, выполненных конкретными экипажами.
На рис. 2 изображена функциональная схема управления надежностью деятельности экипажа (НДЭ), основанной на использовании ОА.
5
Рис. 2. Функциональная схема управления надежностью деятельности экипажа
Объектом управления является деятельность экипажа в полете. Управление Уз, направленное на повышение показателей качества техники пилотирования экипажей, формируется на основании плана мероприятий ПМ3, который составляется при наличии неблагоприятных событий в полете, выявляемых БАСПИ.
В результате оперативного анализа устанавливаются число и вид неблагоприятных событий - Ьз. В настоящее время отсутствуют нормативы на уровень НДЭ Ь^3, желаемое значение этого показателя должно равняться нулю. Отклонения е оценок Ьз от нормативов Ьыз, выражающиеся разностью е = Ьз - Ь^3, составляют основу плана ПМз.
Данная система относится к классу замкнутых систем автоматического регулирования по отклонению.
Здесь регулируемыми параметрами являются Ьз. Поэтому задача управления состоит в ликвидации (минимизации) отклонения е путем воздействия на ОУ управляющих воздействий.
Закон управления в рассматриваемой системе формируется исходя из следующих соотношений:
уз = рз(е); е = Ьз - ¿N3,' Ьз = Раз 1з; 1з = рбз $з ,
где Рз - алгоритм формирования управлений; РАз —алгоритм обработки информации 1з (по результатам оперативной обработки ПИ); РБз - алгоритм формирования баз данных для определения состава и вида информации 1з.
Рассмотрим принципы формирования итоговых анализов для управления НП.
Под итоговым анализом (ИА) понимается анализ, в котором периодически (за год, полугодие, квартал и за месяц) подведены итоги выявленных неблагоприятных событий с использованием БАСПИ в целях разработки ПМ по повышению НП. Результатом ИА являются ПМ для УГА в целом. ПМ для УГА разрабатываются во исполнение отраслевого ПМ по повышению БП и с использованием результатов итогового анализа НП (показателей техники пилотирования) в данном УГА.
ПМ для предприятий ГА разрабатывают на основе регионального плана с использованием результатов ИА состояния НП в данном предприятии. При составлении ИА по УГА используют данные ИА предприятий ГА. Эти данные представляют в установленном порядке, т. е. по определенным формам в установленные сроки.
На рис. 3 изображена схема формирования ПМ по иерархическим уровням на основе ИА и данных БАСПИ каждого уровня.
Составление ПМ на каждом иерархическом уровне должно осуществляться по единой технологии с использованием официально введенных единых критериев и методов оценивания БП и эффективности мероприятий на основе информационной базы каждого уровня.
Из ФСНСТ В ФСНСТ
Рис. 3. Схема формирования ПМ по иерархическим уровням на основе ИА
Составление ПМ на каждом уровне также должно производиться по единой технологии с использованием единых алгоритмов формирования пунктов плана. Эти алгоритмы должны основываться на априорной оценке эффективности мероприятий.
Рис. 4. Функциональная схема управления надежностью полетов на основе итоговых анализов
На рис. 4 изображена функциональная схема управления надежностью полетов на основе итоговых анализов.
ОУ является летная деятельность предприятий ГА. Множество пунктов ПМ авиационного предприятия (ПМз) представляет собой управление Уз. Оно формируется путем детализации пунктов У2 плана мероприятий УГА (ПМ2) анализа НП в авиационном предприятии (ИАз).
Результаты ИА отражаются в виде множества оценок уровня БП по различным причинам и факторам (К3).
Отклонения Лз оценок Кз от нормативов Кмз, выражающиеся разностью Лз = Кз - Кмз, составляют основу пунктов плана ПМз. ИАз разрабатывают по результатам обработки информации 1з данных БАСПИ. Последняя формируется из описаний неблагоприятных событий, выявленных и учитываемых в авиационном предприятии Бз.
План мероприятий УГА (ПМ2) разрабатывают путем детализации пунктов У] плана мероприятий ФСНСТ (ПМ]) с использованием результатов ИА состояния БП в УГА (ИА2).
Здесь Л2 = К2 - Кш. ИА2 формируется на основе обработки информации 12 данных БАСПИ с использованием ИА3, которые представляют предприятия ГА в УГА. Данные от БАСПИ содержат и накапливают информацию о неблагоприятных событиях, учитываемую в УГА ($2).
Данная система также относится к классу замкнутых систем автоматического регулирова-
ния по отклонению. Это система связанного управления, так как управляющие воздействия уровней У¡, У2, Уз связаны между собой. Однако по сравнению с классической схемой здесь имеется ряд особенностей. Регулируемыми координатами является число неблагоприятных событий, выявленных БАСПИ. На схеме системы управления: НП представлены в виде результатов итогового анализа К2, Кз. Содержание показателей НП и методы оценивания на различных иерархических уровнях здесь не рассмотрены.
В классической системе автоматического регулирования, работающей по отклонению, должны быть заданы значения Км2, Кмз. Задача управления состоит в том, чтобы под действием управляющих воздействий Уз ликвидировать отклонения Л2, Л2 и привести К2, Кз заданным значениям. Следует заметить, что в настоящее время не существует нормативов уровня НП.
Управляющими воздействиями У3 являются мероприятия по повышению НП. Это пункты плана, направленные на устранение причин, которые приводят к появлению событий Si. Эффективность мероприятий характеризует качество системы, т. е. качество процесса повышения показателей техники пилотирования. Закон управления в рассматриваемой системе формируется исходя из следующих соотношений:
Уз = Рз (У2, Лз); Лз = Кз - Кмз; Кз = Раз 1з ; 1з= Рбз Sз ;
У2 = Р2 (У], Л2 ); Л2 = К2 - Км2 ; К = Ра2 ¡2 ; 12= Рб2 S2 ,
где Р2, Рз - операторы (алгоритмы) формирования управлений У2, Уз соответственно;
РА2, РАз - операторы (алгоритмы) обработки информации 12, 1з соответственно при формировании итоговых анализов ИА2, ИАз;
РБ2, РБз - операторы (алгоритмы) формирования баз данных для определения состава и вида информации 12, 1з, которая используется в ИА.
Следует отметить, что система управления НП, работающая на основе ИА, характеризуется тем, что управляющие воздействия в виде ПМ разрабатываются и вводятся в действие с достаточно строгой периодичностью: годовые, полугодовые, квартальные, месячные.
В предприятиях ГА на основе ИА разрабатываются целевые анализы (ЦА) НП. Под целевым понимаем анализ состояния НП с целью:
- исключения причин появления одного или группы неблагоприятных событий, относящихся к одному или группе взаимоувязанных объектов;
- предупреждения отдельных событий;
- повышения уровня надежности работы отдельных АЭС;
- предъявления требований к промышленности на доработку либо разработку новых образцов АТ;
- формирования заданий НИИ ГА на исследования конкретных факторов БП и разработку проектов мероприятий.
ЦА проводят на всех уровнях и по всем направлениям деятельности; их, как правило, не регламентируют по времени, а выполняют в связи с появлением неблагоприятных событий либо по накоплению данных о необходимости их повторения. Результаты ЦА отражаются в материалах расследований неблагоприятных событий, таких, например, как АП, инциденты, поломки ВС и пр. По результатам таких анализов разрабатывают мероприятия в виде рекомендаций и указаний для исключения причин появления анализируемых событий. При анализе причин повторяемости отдельных неблагоприятных событий проводят следующие целевые исследования, по результатам которых также разрабатывают мероприятия в виде предложений, рекомендаций или требований.
На рис. 5 показана схема формирования целевых мероприятий (ЦМ) на уровнях УГА и предприятий ГА на основе ЦА. При формировании ЦА используют только информацию о рассматриваемом событии (Ж). Каждое ЦМ разрабатывают на основе ЦА. Связи между уровнями нет.
Рис. 5 Схема формирования целевых мероприятий на уровнях УГА и предприятиях ГА
Рис. 6. Функциональная схема системы управления надежностью полетов на основе целевых анализов
На рис. 6 изображена функциональная схема системы управления НП, основанная на использовании ЦА.
Объектом управления (ОУ) является летная деятельность предприятий ГА. Неблагоприятные события расследуются комиссиями в соответствии с существующими положениями на различных уровнях S2, S3. В процессе расследований собираются данные, являющиеся исходной информацией для анализов Ж2, Ж3. Эти данные обрабатывают по специальным алгоритмам, результаты обработки ¡2^2), 1з^з) используют для составления целевых анализов ЦА2, ЦАз. В качестве выводов ЦА содержит целевые мероприятия ЦМ2, ЦМз, которые представляют собой целевые управляющие воздействия ЦУ2, ЦУз. Каждое ЦУ предназначено для предупреждения конкретного события путем исключения причин, вызывающих его появление. Разработка ЦА не регламентирована во времени, поскольку события, являющиеся возмущениями, носят случайный характер. Следовательно, рассматриваемая система является замкнутой и характеризуется управлением по отклонению, а управляющие воздействия представляют собой ЦМ, вводимые в действие в случайные моменты времени.
В отличие от системы управления, основанной на использовании ИА, в данной системе управляющие воздействия ЦУ2 и ЦУз направлены непосредственно на объект управления. Их разрабатывают с достаточной степенью детализации, обеспечивающей реализацию в предприятии ГА. В качестве примера можно привести такие мероприятия, как бюллетени промышленности по доработке АТ или методики специальных занятий с ЛС по изучению или практической отработке действий в особых условиях полета.
Законы управления в рассматриваемой системе формируются исходя из следующих соотношений:
ЦУ2 = ЦМ2; ЦМ2 = Рм2 ЦА2; ЦА2 = Ра2 ¡2^2); ¡2^) = Рм2 S2 ;
ЦУз = ЦМз; ЦМз = Рмз ЦАз; ЦАз = Раз ¡з^з); ¡з^з) = РNзSз ,
где РМ2, РМз - операторы (алгоритмы) формирования ЦМ по результатам ЦА;
РА2, РАз - операторы (алгоритмы) формирования ЦА по результатам обработки информации о неблагоприятных событиях;
Pn2, Риз - операторы (алгоритмы) обработки информации, полученной при расследовании (исследовании) неблагоприятных событий.
Следует отметить, что система управления БП, работающая на основе использования ЦА, характеризуется тем, что ЦМ разрабатываются и вводятся в действие в случайные моменты времени.
Данная система является системой несвязанного управления, так как ЦУ2 и ЦУ3 не связаны между собой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хамракулов И.В., Зубков Б.В. Эффективность использования полетной информации. - М.: Транспорт,
1991.
2. Федеральные авиационные правила. - М., 1997.
3. Жулев В.И., Иванов В.С. Безопасность полетов летательных аппаратов. - М.: Транспорт, 1986.
CONTROL SYSTEMS OF RELIABILITY OF FLIGHTS WITH USE OF THE ONBOARD EQUIPMENT OF GATHERING OF THE FLIGHT INFORMATION.
Borodin E.S.
In clause construction of a control system of reliability of flights is considered on the basis of time characteristics with application of the automated system of processing and the analysis of the flight information and use of operative, final and target analyses.
Сведения об авторе
Бородин Евгений Сергеевич, 1983 г.р., окончил МГТУГА (2004), аспирант МГТУ ГА, автор 3 научных работ, область научных интересов - информационное обеспечение безопасности полетов.
