Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ теории и практики управления факторами рисков авиационных событий в системах управления безопасностью полётов авиакомпаний 15
1.1. Анализ состояния безопасности полтов в гражданской авиации 15
1.2. Внедрение и функционирование системы управления безопасностью полтов в авиакомпаниях 18
1.2.1. Документы, регламентирующие внедрение и функционирование систем управления безопасностью полтов 18
1.2.2. Концептуальные рамки системы управления безопасностью полтов 25
1.3. Методы управления факторами рисков авиационных событий в системах управления безопасностью полтов авиакомпаний 28
1.4. Выводы по главе 1 44
ГЛАВА 2. Разработка математической модели суммарных затрат на обеспечение безопасности полётов и ликвидацию последствий авиационных событий в системе управления безопасностью полётов авиакомпаний 46
2.1. Определение формулы риска реализации авиационных событий 46
2.2. Вероятность предотвращения авиационных событий 53
2.3. Определение формулы риска авиационных событий с учтом вероятности предотвращения авиационных событий 57
2.4. Определение зависимости размера затрат на мероприятия, снижающие риск авиационных событий, от вероятности предотвращения авиационных событий 59
2.5. Определение оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий на основании критерия минимальных суммарных затрат 63
2.6. Оптимизация структуры затрат на предотвращение авиационных событий в системе управления безопасностью полтов 76
2.7. Выводы по главе 2 77
ГЛАВА 3. Разработка программного обеспечения расчета оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий 79
3.1. Концептуальная постановка задачи 79
3.2. Основные этапы разработки программного обеспечения 79
3.3. Используемые технологии 80
3.3.1. Архитектура программного обеспечения 81
3.3.1.1. Структура хранения данных 81
3.3.1.2. Клиентская часть программы 84
3.3.1.3. Серверная часть программы 90
3.4. Вычисления программного обеспечения 91
3.5. Установка программного обеспечения 94
3.6. Выводы по главе 3 96
ГЛАВА 4. Оптимизация процесса управления факторами рисков серьёзных инцидентов при эксплуатации воздушных судов гражданской авиации с помощью программного обеспечения расчета оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий 97
4.1. Расчет оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий при эксплуатации воздушных судов гражданской авиации и соответствующих минимальных суммарных затрат 97
4.2. Направления дальнейшего развития метода расчета оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий 117
4.3. Выводы по главе 4 119
Заключение 121
Список литературы
- Документы, регламентирующие внедрение и функционирование систем управления безопасностью полтов
- Вероятность предотвращения авиационных событий
- Основные этапы разработки программного обеспечения
- Направления дальнейшего развития метода расчета оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий
Документы, регламентирующие внедрение и функционирование систем управления безопасностью полтов
В документах, которые регламентируют управление состоянием безопасности полтов гражданской авиации, этапы выявления, анализа информации о негативных факторах, способных привести к снижению уровня безопасности полтов, разработки соответствующих предотвращающих мероприятий предусматриваются в качестве основной деятельности по предотвращению авиационных событий [35].
Конвенция о международной гражданской авиации (Чикагская конвенция) является основным документом в области обеспечения безопасности гражданской авиации.
Согласно Приложению 6 к Чикагской конвенции, государства должны принимать государственные программы по безопасности полтов (ГПБП) [86].
Для разъяснения стандартов и рекомендуемой практики ИКАО по управлению безопасностью полтов, в том числе разработке и реализации СУБП и ГПБП, издано Руководство по управлению безопасностью полтов (РУБП) (в настоящее время действует третье издание Doc. 9859 AN/474). В Приложении 19 к Чикагской конвенции «Управление безопасностью полтов» сконцентрированы положения шести Приложений, касающиеся безопасности полтов («Выдача свидетельств авиационному персоналу», «Эксплуатация воздушных судов», «Лтная годность воздушных судов», «Обслуживание воздушного движения», «Расследование авиационных происшествий и инцидентов», «Аэродромы» (том I)), в том числе материал относительно ГПБП, СУБП.
В рамках исполнения обязательств Российской Федерации, вытекающих из Конвенции о международной гражданской авиации, а также с целью внедрения системы управления безопасностью полтов в гражданской авиации, способной обеспечить «устойчивое сокращение количества авиационных происшествий и человеческих жертв с одновременным наращиванием темпов модернизации отрасли по всем направлениям деятельности» [30], утверждено распоряжение Правительства Российской Федерации от 06.05.2008 № 641-р «О Государственной программе обеспечения безопасности полтов гражданской авиации». В соответствии с Государственной программой научное сопровождение безопасности полтов является «необходимым условием для выбора перспективных направлений и повышения эффективности деятельности по обеспечению безопасности полтов гражданской авиации» [30].
Планом мероприятий Государственной программы предусматривается разработка методических пособий и рекомендаций в области безопасности полтов с научным обоснованием путей предотвращения авиационных происшествий [30].
Информация о выполнении ключевых пунктов по внедрению СУБП в рамках Государственной программы приводится в таблице 1.1 [108]. Таблица 1.1 – Сведения о выполнении некоторых пунктов Государственной программы обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации Пункт программы Выполнение Примечание
2. Разработка правил определения намеченного к обеспечению приемлемого уровня безопасности полтов Приказ Росаэронавигации 29.09.2008 № 164 «Об утверждении взаимосвязанных показателей безопасности полтов при аэронавигационном обслуживании» Правила в полном объеме не разработаны ни одним государством
Разработка требований к СУБП при эксплуатации воздушных судов, 1. Приказ Минтранса России от 31.07.2009 № 128 «Об утверждении Федеральных В ряде государств требования к СУБП включены в авиационные правила Продолжение таблицы 1. 1 2 3 аэродромов и организации авиационных правил воздушного движения, «Подготовка и выполнение соответствующих полтов в гражданской авиации стандартам ИКАО Российской Федерации», р.5 «Правила подготовки и выполнения полтов при осуществлении коммерческих воздушных перевозок»;2. Письмо Росавиации от25.11.2009 № ГК 1.22-2979 «Овнедрении системы управлениябезопасностью полтов»;3. Приказ Минтранса России от25.11.2011 № 293 «Обутверждении Федеральныхавиационных правил«Организация воздушногодвижения в РоссийскойФедерации», п.12 «Обеспечениебезопасности полтов приобслуживании воздушногодвижения» 5. Установление Не выполнено Уровни безопасности полтов приемлемого уровня и не установлены ни одним показателей безопасности государством полтов 6. Внесение изменений в Не выполнено Приказ Министерства федеральные транспорта Российской авиационные правила по Федерации от 04.02.2003 № 11 сертификации «Об утверждении эксплуатантов, Федеральных авиационных Окончание таблицы организаций по техническому обслуживанию воздушных судов, аэродромов, аэропортов, организации воздушного движения. правил «Сертификационные требования к эксплуатантам коммерческой гражданской авиации. Процедуры сертификации» (в ред. от 12.08.2011)не содержит требований по СУБП
Подготовка концепции и технического задания о внесении изменений в Федеральный закон «О техническом регулировании» с целью учета SARPs ИКАО. Нет информации 9. Подготовка концепции и технического задания о внесении изменений в Воздушный кодекс Российской Федерации в части реализации SARPS в области контроля за обеспечением безопасности полтов. Изменения главы IV «Государственный надзор в области гражданской авиации» (от 18.07.2011). В 2012 году принят Федеральный закон РФ от 25.12.2012 № 260-ФЗ «О внесении изменения в Воздушный кодекс Российской Федерации» Некоторые эксперты считают, что программа реализуется недостаточно эффективно [38], [105]. Согласно вступившим в силу 1 ноября 2009 года Федеральным авиационным правилам «Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации» (ФАП-128), каждый эксплуатант обязан иметь СУБП. СУБП должна включать идентификацию, оценку негативных факторов для безопасности полтов, разработку предотвращающих мероприятий, проведение мониторинга и оценки уровня безопасности полтов, повышение уровня безопасности полтов [84].
Вероятность предотвращения авиационных событий
Минимальными требованиями, которые должны включать СУБП по РУБП ИКАО, Приложению 6 к Чикагской Конвенции, является содержание четырх компонентов и двенадцати элементов по распределению между должностными лицами ответственности и осуществлению деятельности в сфере обеспечения безопасности полетов, выявлению, анализу, оцениванию рисков авиационных событий, принятию мер по снижению уровня рисков событий, проведению обучения авиационного персонала и информированию в сфере безопасности полетов [86], [93].
Одним из основных элементов СУБП является управление факторами риска для безопасности полтов.
Уменьшение риска возможно различными способами (например, замена оборудования, обучение персонала и др.).
Для эффективной реализации компонентов нужно разрабатывать методики для каждого элемента СУБП. В действующих авиакомпаниях уже разработаны системы и имеются свои наработки в этой области. В основе принятия решения по коррекции уровня риска авиационных событий лежит экспертный метод, и данный этап является сложным и «слабым звеном» в СУБП (также и за рубежом) [58], [111].
В рамках заседания комитета АЭВТ от 25.08.2011 выяснилось, что компонент «управление факторами риска» СУБП содержит от 30 до 50 процентов пробелов [17].
Известно, что обеспечить нулевой риск в функционирующих системах невозможно. В настоящее время концепция абсолютной безопасности отвергнута и используется концепция приемлемого (допустимого) риска, суть которой состоит в стремлении к обеспечению такого уровня риска, который является приемлемым в данный период времени [6], [12], [63], [78], или наименьшего практически возможного уровня. Достижение наименьшего практически возможного уровня определяется финансовыми ресурсами организации. Грамотное распределение ресурсов является одним из наиболее важных организационных процессов авиакомпаний. Недостаток финансирования мероприятий по обеспечению безопасности полтов может негативно отразиться на безопасности полтов, избыток – негативно повлияет на финансовое состояние компании («дилемма Защиты и Производства»). При реализации авиационного происшествия помимо застрахованных расходов (покрываемых за счет страховых премий, выплачиваемых страховым авиакомпаниям), которые могут быть возмещены, имеются также незастрахованные расходы, которые не могут быть возмещены и, как правило, вдвое или втрое превышают застрахованные затраты [104]: страховые вычеты; потерянные время и сверхурочные; стоимость расследования; расходы по найму и профессиональной подготовке замены; потеря производительности труда персонала, получившего увечья; стоимость восстановления порядка; потерянное время использования оборудования; стоимость аренды или лизинга заменяемого оборудования; возросшие эксплуатационные расходы, приходящиеся на оставшееся оборудование; потеря запасных частей или специализированного оборудования; штрафы и вызовы в суд; оплата юридических услуг, предоставляемых в связи с происшествием; возросшие страховые премии; выплаты по обязательствам сверх сумм страховки; снижение объма бизнеса и ущерб репутации; расходы по исправлению положения. Таким образом, при управлении безопасностью полтов важно осуществлять сбалансированное распределение ресурсов между «защитой» и «производством», а также определять в пространстве безопасности «финансовую границу и границу безопасности – границы, достижение которых свидетельствует о том, что создается ситуация несбалансированного распределения ресурсов» (рисунок 1.3) [93]. Cmin – минимальные суммарные затраты;
Ropt – уровень риска авиационного события, соответствующий минимальным суммарным затратам.
Сразу устранить все возможные негативные факторы, влияющие на безопасность полтов, не возможно и экономически нецелесообразно.
С учетом этого принятие решения по снижению рисков авиационных событий будет намного эффективнее если из всех рассматриваемых мероприятий по повышению безопасности полтов в первую очередь выбрать те, которые будут обеспечивать баланс между затратами на обеспечение безопасности полтов и организацию производства. Для того, чтобы сделать такую выборку необходимо разработать математическую модель суммарных затрат с параметром оптимизации – эффективность мероприятий по повышению уровня безопасности полтов, затем найти оптимальное значение эффективности мероприятий на основании критерия минимальных суммарных затрат.
Математическая модель суммарных затрат будет заложена в основе метода оптимизации процесса управления факторами рисков авиационных событий на основании критерия минимума суммарных затрат в системе управления безопасностью полтов авиакомпаний. Такой метод будет являться решением дилеммы, возникающей в «пространстве безопасности».
До настоящего времени предлагаемый подход к повышению безопасности полтов на основании критерия минимума суммарных затрат не рассматривался и представляет определенный интерес в сфере повышения эффективности действующих СУБП авиакомпаний.
Основные этапы разработки программного обеспечения
В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 18.06.1998 № 609 «Об утверждении правил расследования авиационных происшествий и инцидентов с гражданскими воздушными судами в Российской Федерации» (в действующей редакции от 07.12.2011) под авиационными событиями в работе подразумеваются инциденты, серьзные инциденты, авиационные происшествия с человеческими жертвами (катастрофы) и без человеческих жертв (аварии) [85]: – авиационное происшествие – это событие, которое произошло с самолтом при использовании его по назначению, и реализация этого события привела к следующим последствиям: 1) лицо (либо лица), которое находилось в самолте (с которым произошло авиационное событие), получило телесное повреждение (исключая случаи нанесения повреждений по естественным причинам, случаи, когда телесные повреждения нанесены лицами, присутствие которых на воздушном судне являлось неправомерным, случаи нанесения повреждений самому себе); 2) конструкция воздушного судна повреждена, при этом лтные и технические характеристики самолта отклоняются от нормы, имеется необходимость в проведении ремонта (в проведении замены разрушенных или поврежденных элементов конструкции) [85]. Случаи повреждения: только двигателя, его вспомогательных агрегатов, капотов, его отказа; законцовок крыла; антенн; тормозных устройств; несиловых элементов планера; иных элементов, в случае если не нарушается прочность конструкции в целом; втулки рулевого или несущего винта; вентиляторной установки; редуктора; трансмиссии; частей несущих и рулевых винтов, если при этом не разрушены силовые элементы фюзеляжа, не относятся к авиационным происшествиям [85]. 3) в результате происшествия самолт пропадает или оказывается в недоступном месте [85]; – авиационный инцидент – авиационное событие, при котором происходит незначительное отклонение от параметров нормального функционирования служб обеспечения, управления, экипажа, самолта, и характеризуется незначительным повышением психофизиологической нагрузки на экипаж, но не приведшее к авиационному происшествию [85]. – серьзный авиационный инцидент – авиационное событие, при котором наблюдается значительное отклонение от параметров нормального функционирования служб обеспечения, управления, экипажа, самолта, и характеризуется заметным ростом психофизиологической нагрузки на экипаж, но не приведшее к аварии или катастрофе [85].
При подготовке предложений по повышению безопасности полтов в работе рассматривается вся структура авиакомпании, включая авиационный персонал, парк воздушных судов, службы обеспечения полетов.
Различные сбои и недостатки в работе перечисленных подсистем могут привести к возникновению авиационных событий. Основным рассматриваемым параметром состояния системы является безопасность полтов, которая выражается через вероятность возникновения авиационных событий. Основными факторами, негативно влияющими на безопасность полтов, являются человеческие, технические, внесистемные.
Однотипные авиационные события, которые происходят по одним и тем же (или различным) причинам и приводят к однотипным последствиям, образуют однородный поток событий, отличающиеся между собой временем появления. В работе [13] показана возможность применения закона Пуассона для оценки вероятности авиационных событий в силу их редкости и независимости. Для подтверждения гипотезы о распределении авиационных событий по закону Пуассона была рассмотрена статистика авиационных событий с различными воздушными судами: 286 серьзных инцидентов, 51 авария в результате грубой посадки, выкатывания, посадки в условиях ниже эксплуатационного метеоминимума по фактору – ошибка экипажа (по данным международной организации «Air claims World Aircraft Accident»). Выявлено с помощью критерия Пирсона (хи-квадрат), что авиационные события распределены по закону Пуассона с вероятностью 0,68 для серьзных инцидентов, 0,71 – для аварий. Доводом в пользу предполагаемой гипотезы о распределении служит близость значений статистических характеристик, таких как математическое ожидание и дисперсии частот возникновений авиационных событий.
С учетом этого вероятность реализации авиационных событий, которые распределяются по закону Пуассона, определяется формулой: Р(АС) = АС-Т, (1) где АС - интенсивность потока однородных авиационных событий, час-1; Т - налт самолта, час.
Поток авиационных событий оценивается параметром потока. Для оценки однородных событий используется интенсивность потока событий - количество событий, приходящихся на единицу времени и имеющую размерность [час-1].
Для расчета величины отдельных параметров потоков (или интенсивностей потоков) авиационных событий можно применить три подхода: 1. Определить величины параметра потоков можно на основании заданного ИКАО вероятностного критерия возникновения катастроф и статистических соотношений параметров потоков авиационных событий. Один из подходов расчета «пирамиды рисков» рассматривается в работе [33]. 2. Величины АС можно принять равными соответствующим вероятностям возникновения особых ситуаций в ожидаемых условиях эксплуатации воздушных судов, устанавливаемых Нормами лтной годности самолтов [75] при условии, что при проектировании данные требования были выполнены и подтверждены испытаниями на заводе-изготовителе при начале серийного производства. 3. Параметры потоков для каждого конкретного вида авиационного события вычисляются на основании существующих классификаторов и статистических данных предприятия.
Любое авиационное событие может быть следствием нескольких факторов (причин). Каждый фактор имеет свою долю в возникновении авиационного события. В конкретном авиационном событии имеют место свои факторы, представляющие собой полную группу событий. Доля фактора авиационных событий представляет собой не что иное, как условную вероятность того, что авиационное событие произошло по причине этого фактора. Обозначения условных вероятностей приведены в таблице 2.1.
Вероятность не характеризует тяжесть последствий событий. В оценке тяжести возможных последствий присутствует неопределенность, компенсацией которой является матрица риска.
Направления дальнейшего развития метода расчета оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий
Входными данными для расчета оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий являются: тип самолтов, список факторов авиационных событий, наименование мероприятий по снижению риска, их стоимость, размер ожидаемого ущерба от авиационных событий, налт самолтов, интенсивности потоков авиационных событий.
Получив исходные данные, программа должна: 1. Вычислить вероятность предотвращения авиационных событий Рпр всех мероприятий, направленных на снижение рисков авиационных событий; 2. Вычислить оптимальную вероятность предотвращения авиационных событий Рпр opt, исходные суммарные затраты Собщ, минимальные суммарные затраты Cmin, соответствующие оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий Рпр opt. 3. Сформировать перечень мероприятий, снижающих риск авиационных событий, принятие которых обеспечивает минимальные суммарные затраты и наибольшее сокращение рисков.
Выходные данные будут отображаться в виде отчета, в котором будет содержаться информация, необходимая для принятия решения по управлению факторами рисков на основании критерия минимума суммарных затрат.
Основные этапы разработки программного обеспечения При разработке программного обеспечения были выполнены следующие этапы: формирование цели и первичных требований к программному обеспечению, проектирование архитектуры программного обеспечения (структуры), прототипирование, детализация требований, доработка, тестирование. Цели и первичные требования к программному обеспечению изложены в разделе 3.1 главы 3. На основе сформулированных требований к программному обеспечению осуществляется выбор программных средств для эффективного достижения цели. Данный этап называется проектированием. После завершения этапа проектирования, формируется первичный образ (прототип) программного обеспечения для проверки принципиальной возможности достижения цели с помощью выбранных программных средств с написанием кода.
После утверждения прототипа идт этап детализации требований, доработка программного обеспечения и окончательное тестирование.
Этап тестирования проводится с использованием контрольного расчета. При наличии контрольного набора входных параметров и искомых данных, производится сравнение результатов контрольного расчета и результатов, получаемых посредством расчета программного обеспечения. Несовпадение результатов означает наличие вычислительной ошибки в программном обеспечении. В этом случае производится исследование расчетов на предмет расхождения вычислений. Контрольные расчеты включают в себя все возможные варианты как типовых расчетов, так и расчетов, имеющих различные граничные условия (при наличии граничных или недопустимых значений параметров, противоречивых значений различных параметров, при отсутствии определенных параметров).
Для хранения данных была выбрана реляционная система управления базой данных Microsoft SQL Server 2012 в бесплатной для использования как в личных, так и в коммерческих целях редакции Express, которая не уступает современным аналогам в своем сегменте (таким как mysql, postgresql, oracle). Реляционная база данных – база данных, построенная на реляционной модели, организующей и представляющей данные в виде таблиц [73].
Microsoft SQL Server 2012 – мощная бесплатная система управления данными, обеспечивающая функциональное и надежное хранилище данных для веб-сайтов и настольных приложений [113].
Структура базы данных представляет собой набор сущностей или объектов из реального мира как физических (самолет), так и логических (тип фактора, влияющего на возникновение авиационного события, вероятность авиационных событий, вероятность предотвращения авиационных событий, интенсивность и ожидаемый ущерб авиационных событий) (таблица 3.1). Каждая сущность имеет набор атрибутов отличающих экземпляры этих сущностей друг от друга. Сущности в базе данных представлены таблицами, их атрибуты – это поля (столбцы) таблиц. Связи технически представляют собой поля, содержащие в себе идентификаторы тех элементов, на которые они ссылаются. Таблица 3.1 – Описание элементов базы данных программы расчета оптимальной вероятности предотвращения авиационных событий
