Введение к работе
Актуальность работы
Готовность экипажей воздушных судов (ВС) к полетам, понимаемая как способность реализации последовательности действий, обеспечивающих безопасное пилотирование ВС в произвольный момент времени в соответствии с уровнем профессиональной подготовки пилота, является одной из главных составляющих безопасности функционирования авиатранспортных систем (АТС).
Допуск экипажей к полетам (т.е. подтверждение готовности) осуществляется лицом, принимающим решение (ЛПР), на основе объективной информации о фактически выполненных при определенных (соответствующих минимуму.командира ВС для посадки) условиях полетах и различных видах подготовки в соответствии с требованиями нормативных документов, регламентирующих летную деятельность. Однако, несовершенство и декларативный характер этих документов явно противоречат запросам летной практики и требованию безопасности функционирования АТС по следующим причинам:
1. Номенклатура значимых факторов внешней среды, обусловли
вающих многообразие и сложность условий захода на посадку,
декларативно ограничена двумя: дальностью видимости и высотой
нижней границы облаков. Все другие факторы внешней среды
считаются незначимыми.
-
При нормировании отвечающих присвоенному КВС минимуму условий захода на посадку не учитывается влияние на сложность выполняемой деятельности вариации значений этих факторов и их сочетаний.
-
Нормируемые интервалы времени подтверждения минимумов, равно как и нормируемое число заходов в условиях, отвечающих присвоенному минимуму, и в сложных метеоусловиях (СМУ) никак не обоснованы.
-
Установленные нормативы относятся в равной степени к опытному КВС, имеющему категорированный минимум, и к начинающему КВС, имеющему минимум первоначальной ступени.
-
Предполагается, что заходы, выполненные в условиях, не отвечающих присвоенному КВС минимуму (а их подавляющее большинство), никак не сказываются на уровне готовности к полетам, что противоречит известным закономерностям формирования летных навыков.
6. Необходимость переработки больших объемов неточной и неполной информации не позволяет ЛПР реализовать декларируемый индивидуальный подход к оценке готовности к полетам.
Вследствие перечисленных причин в процессе принятия решения о готовности экипажей к полетам ЛПР допускаются скрытые ошибки, негативные последствия которых быть может и не проявляются немедленно, но неизбежно ведут к увеличению риска при производстве полетов. Поскольку какие-либо средства интеллектуальной поддержки принятия решений, основанные на принципах современной информационной технологии, в распоряжении ЛПР отсутствуют, то отсутствует также информационная и концептуальная база для оценки допускаемого им риска. Это означает, что совершаемые ЛПР ошибки становятся принципиально неконтролируемыми, а наносимый уровню безопасности полетов ущерб - систематическим.
Имевшие в недавнем прошлом (1989-1993 гг.) попытки решения проблемы (Шилков Ю.М., Борсуковский Ю.В.) нельзя считать состоявшимися.
Поэтому . в качестве первоочередной научной проблемы, направленной на обеспечение безопасности полетов, следует считать разработку концепций, методов и средств интеллектуальной поддержки принимаемых решений о готовности экипажей к полетам, обеспечивающих всесторонний учет основных факторов, определяющих многообразие и сложность летной деятельности и оценку допускаемого при этом риска.
Цель работы
Целью диссертационной работы является разработка на основе принципов и концептуальных средств современной информационной технологии теоретических моделей и человеко-машинных процедур для управления готовностью экипажей к полетам по текущему состоянию путем мониторинга и многофакторной количественной оценки результатов летной деятельности экипажей на этапе захода на посадку по критериям ее достаточности и нормативной (отвечающей присвоенному КВС минимуму) сложности.
Для достижения поставленной цели основное внимание при выполнении работы было направлено на решение следующих задач.
Первая - разработка концепций и технологии структуризации проблемы оценки готовности экипажей к полетам, обеспечивающей
возможность ее количественного анализа несмотря на превалировг ние качественных факторов, определяющих смысловое содержаня проблемы.
Вторая - на основе разработанной концептуальной структур проблемы - теоретическое обоснование принципов и алгоритмо построения основных компонентов человеко-машинной систем поддержки принятия решения о готовности экипажей к полетам, : частности:
средств компьютерного представления пилотам-экспертаг задач, порождаемых структуризацией проблемы, решение которьи достаточно для достижения целей функционирования системы;
модели и процедуры извлечения у пилотов-зкспертої непротиворечивых инвариантных нечетких знаний о предметной области, необходимых для наполнения субъективных моделей принятия решения о готовности экипажей к полетам;
специальной организации базы знаний системы, позволяющей сохранить информативность индивидуальных оценок, даваемых различными экспертами, и расширить возможности ЛПР в реализации своих предпочтений в процессе принятия решений;
субъективных (основанных на знаниях пилотов-экспертов) моделей принятия решений о готовности экипажей к полетам и оценки субъективного риска для принимаемых решений.
Третья - обоснование достоверности получаемых с использованием рекомендаций системы прогнозов готовности к полетам, в частности:
подтверждение выводов о прогнозируемых свойствах разработанной процедуры извлечения знаний (достоверности и непротиворечивости получаемых с ее помощью знаний);
разработка концепции консеквентной верификации прогнозов путем отображения моделируемого системой субъективного риска для принимаемых решений на нормируемый объективный риск.
Методы исследования
Методологической основой решения первой задачи явился системный анализ проблемы с позиций основополагающего условия эксплуатации АТС - принятия решений, обеспечивающих максимальную безопасности при выполнении полетов.
Решение второй задачи осуществлено на основе анализа,
конкретизации, совершенствования и развития концептуальных средств искусственного интеллекта, теории принятия решений и теории нечетких множеств.
Решение третьей задачи выполнено на базе средств современной прогностики и математического аппарата эргономического проектирования человеко-машинных процедур с использованием специально разработанного метода анализа марковских систем высокой вычислительной эффективности.
Научная новизна
Научная новизна исследования заключается в разработке:
концепций и технологии структуризации проблемы оценки готовности экипажей к полетам по текущему состоянию, применимых также к анализу родственных по смыслу проблем предметной области;
системы базисных и рабочих сценариев для компьютерного представления пилотам-экспертам задач, порождаемых структурой проблемы;
концепции программной поддержки процесса экспертизы, значительно увеличивающей эффективность процедуры извлечения знаний;
способа оценки степени непротиворечивости эксперта при извлечении нечетких знаний, основанного на имманентных свойствах процедуры, и вследствие этого не требующего внешних подтверждений компетентности эксперта;
концепции извлечения инвариантных нечетких знаний для предварительно структуризованных проблем;
концепции гибкой базы знаний для человеко-машинных систем поддержки принятия решений, обеспечивающей выявление и максимальное удовлетворение предпочтений ЛПР в процессе принятия решений;
- концепции и методики построения нормативных моделей
качества деятельности человека в системе управления;
основанного на использовании теории графов топологического метода анализа нормативных моделей деятельности высокой вычислительной эффективности;
математических моделей взаимодействия компонентов системы в процессе извлечения знаний для выявления области его эргономи-
ческой эффективности и подтверждения достоверности результатов;
основанных на знаниях пилотов-экспертов субъективных моделей принятия решений о готовности экипажей к полетам по текущему состоянию;
процедуры выбора независимых значимых параметров для разработки моделей принятия решений, удовлетворяющих предпочтениям ЛПР;
концепции оценки субъективного риска для принимаемых решений;
концепции консеквентной верификации прогнозов системы отображением субъективного риска для принимаемых решений на реальный риск, сопутствующий полетам.
Практическая значимость
Использование рекомендаций системы снимает с повестки дня вопрос о сроках подтверждения минимумов: состояние готовности каждого экипажа оценивается системой после каждого выполненного полета; это - основанная на достоверных знаниях высококвалифицированных пилотов-экспертов оценка "степени подтвержденности" минимума КВС в произвольный момент времени, учитывающая влияние на сложность выполняемых заходов всего многообразия вариаций значимых факторов.
Результаты функционирования системы позволяют осуществлять краткосрочные и долгосрочные прогнозы готовности экипажей к полетам, а также количественно оценивать предполагаемое влияние на готовность еще не осуществленных управляющих воздействий. Тем самым процесс управления готовностью (равно как и повышением уровня профессионального мастерства) приобретает новое качество - априорно прогнозируемой результативности.
Используя рекомендации системы, ЛПР, впервые в практике организационно-летной работы, приобретает возможность оценки соответствия качества принимаемых решений нормируемому уровню безопасности полетов и в случае необходимости - целенаправленного усиления этого соответствия только за счет ресурсов системы.
Внедрение системы в практику организационно-летной работы дает основание надеяться на достижение значимых результатов в повышении качества принимаемых решений и, как следствие этого, в повышении уровня безопасности полетов.
Внедрение результатов
Основные результаты диссертационной работы внедрены в:
-
Академии гражданской авиации (г. Санкт-Петербург): концепции и технология формализации слабоструктуризованных проблем; модели принятия решений в условиях неопределенности; методы построения и анализа марковских моделей деятельности специалиста в системе управления.
-
Дальневосточном Учебно-тренировочном центре ГА (г. Хабаровск): методика выявления непротиворечивых знаний обучающихся с их количественной оценкой; рекомендации по оценке субъективного риска (в процессе тренажерной подготовки).
-
Коми региональном центре подготовки авиационного персонала (г. Сыктывкар): методики представления ситуаций принятия решения при заходе на посадку, выполнении посадки и упражнений на тренажере путем структуризации и разработки рабочих сценариев; рекомендации по технологии понижения рабочих минимумов (в процессе тренажерной подготовки).
4. Забратской авиакомпании "АЗАЛАЭРО" (республика Азербай
джан, г. Баку): методика построения типовых сценариев захода на
посадку с учетом влияния факторов внешней среды и квалификации
пилотов; рекомендации по оценке готовности экипажей к полетам
по результатам летных тренировок.
5. Авиакомпаниях национального управления гражданской
авиации Туркменистана (гг. Ашгабад, Красноводск, Ташауз, Мары):
рекомендации по оценке выбора методов захода- на посадку из
различных точек схемы захода в зависимости от рабочего курса
посадки аэродрома (заход с прямой, заход от траверза, заход
стандартным разворотом, отворот на заданный угол); методика
оценки положения ВС относительно ВПП при заходе по точным и
неточным системам посадки; методика использования знаний
пилотов-экспертов для повышения качества оценки текущего
положения ВС и готовности к продолжению захода на посадку либо
выполнению повторного захода.
Апробация работы
По теме диссертации автором опубликовано 28 статей, методических рекомендаций, руководств и учебных пособий, 17
тезисов докладов на международных, всесоюзных, республиканских, региональных конференциях и симпозиумах, отчеты о НИР, выполненных по заказу ДВТ МТР. Представлены материалы в отраслевой стандарт.
Основные результаты диссертационной работы представлялись и обсуждались на: IY областной научно-технической конференции "Проблемы создания систем управления судовыми техническими средствами", Ленинград, 1971; III Всесоюзном симпозиуме "Эффективность и надежность комплексных систем "человек-техника", Ленинград, 1971; Постоянно действующем семинаре АН СССР "Надежность сложных систем", Ленинград, 1973; Республиканском семинаре "Надежность человеко-машинных систем управления", Киев, 1973; Московском городском семинаре "Теория телетрафика и ее приложения", Москва, 1973; Всесоюзном семинаре "Обеспечение надежности функционирования и развития АСУ", Киев, 1974; Республиканской научно-технической конференции "Стабильность и надежность информационных систем", Киев, 1974; 123-м заседании Научного Совета по проблемам надежности Академии наук СССР, Москва, 1974; IY Всесоюзном симпозиуме по эффективности и надежности систем "человек-техника", Ленинград, 1975; Всесоюзном научно-техническом семинаре "Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами и производствами", Киев, 1975; Республиканском семинаре "Теория и практика надежности", Вильнюс, 1975; Республиканском семинаре "Надежность функционирования АСУ", Минск, 1975; II Всесоюзной конференции "Эргономика и труд в авиации", Киев, 1978; IX Всесоюзном симпозиуме "Эффективность, качество и надежность систем "человек-техника", Воронеж, 1990; XYII Межрегиональном семинаре "Эргономика и эффективность систем "человек-техника", Игналина, 1991; Всесоюзной конференции "Безопасность полетов и человеческий фактор в авиации", Ленинград, 1991; Международной конференции "Эргономика в России, СНГ и мире", Санкт-Петербург, 1993; Международной конференции "Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники", Егорьевск, 1995.
Структура работы
Диссертация состоит из оглавления, предисловия, шести глав, заключения, списка литературы и трех приложений. В конце каждой
главы сформулированы полученные результаты. Основное содержание работы изложено на 299 страницах машинописного текста. В работе 79 рисунков и 17 таблиц. Список литературы содержит 354 наименования, включая работы автора по теме диссертации.
