Введение к работе
Актуальность темы. Проблема надежности и безопасности сложных технических систем (СТС) относится к числу приоритетных. В настоящей работе в качестве объекта исследования рассматривается СТС воздушного транспорта, так как обеспечение их надежности и безопасности на этапе эксплуатации является не только актуальной, но и жизненно необходимой задачей. Особенно важная роль в решении этой проблемы принадлежит тем организациям, которые непосредственно обеспечивают надежность и безопасность эксплуатации воздушного транспорта. Тем не менее, многие задачи еще не имеют своего решения и зачастую требуют особого нестандартного подхода.
Одной из мало исследованных и еще не решенных задач является учет в количественной и простой форме влияния на надежность и безопасность СТС воздушного транспорта так называемого человеческого фактора, т.е. влияния индивидуального или коллективного оператора (экипажа) на процессы функционирования системы. Примером такой СТС является современный самолет, обеспечение надежности и безопасности эксплуатации которого во многом определяется качеством подготовки оператора. По статистическим данным около 70% аварий, поломок и катастроф приходится на долю летного состава. Вместе с тем известно, что для отраслей промышленности, разрабатывающих и производящих комплектующие элементы и подсистемы СТС, в данный момент времени наблюдается сокращение объемов заказов и производства. Задача усложняется и тем, что около 70% объема производства запасных частей для авиа
космической техники и других СТС после распада СССР осталось в странах СНГ. Современное состояние промышленности отрицательно сказаться на таком показателе как аварийность, а также способствует непредсказуемости процессов эксплуатации и использования воздушного транспорта.
Отсюда приходим к выводу, что в настоящее время значительно возросла роль методов моделирования, прогнозирования надежности и безопасности отдельных элементов, блоков и подсистем, управляемых человеком и входящих в состав системы воздушного транспорта.
В настоящее время существует значительное число работ в области теории и практики обеспечения надежности и безопасности воздушного транспорта на этапе эксплуатации. Этому вопросу посвящены исследования Воробьева В.Г., Кузнецова Н.И., Барзиловича Е.Ю., Воскобоева В.Ф., Новикова B.C., Каштановым В.А., Северцева Н.А, Шлаен М.Я и др. Однако новых подходов к учету фактора управления СТС человеком недостаточно. Этот фактор обычно упускается из внимания, или рассматривается на уровне качественного описания.
В настоящей работе предлагается новый подход к учету влияния фактора управления оператором СТС воздушного транспорта на показатели ее надежности и безопасности. Новизна состоит в разработке показателей, характеризующих уровень подготовки оператора и уровень его способностей к выполнению задач управления СТС воздушного транспорта. Предлагаемый подход позволяет оценить эти показатели по результатам тренажерных тренировочных работ и испыта-
ний, а также в количественной форме учесть их влияние на критерии безопасного управления и безаварийной работы СТС.
Цели исследования. Целью диссертации является разработка новых методов решения научно-практических задач моделирования и прогнозирования надежности и безопасности СТС воздушного транспорта с учетом фактора ее управления оператором.
Представим основные научные задачи, решение которых позволило достичь поставленной цели.
1. Разработка методов для моделирования процесса обучения оператора (экипажа) безопасному управлению СТС воздушного транспорта. Разработка показателей уровня подготовки, а также уровня способностей оператора к решению задач управления.
Предложен показатель уровня подготовки оператора по управлению СТС воздушного транспорта, выражаемый в виде расстояния р(Г, Т0) между матрицей J задания и матрицей Т0 ответов оператора. Дополнительно к этому впервые предложен показатель г(Т,Т0) склонности (способностей) оператора к управлению СТС. Число г(Т,Т0) определяется в работе как коэффициент корреляции между матрицами Г задания и матрицей Т0 ответов оператора.
2. Разработка информационной модели процесса обучения управлению СТС воздушного транспорта, а также модели освоения и утраты знаний оператора.
В матричной форме информационная модель имеет вид
Т0= А„Т\ и выражает взаимосвязь между матрицей Т учебного
плана и матрицей Т0 ответов оператора, где А0- матрица его подготовки. Эта модель впервые позволяет осуществить учет взаимовлияния различных разделов и различных тем учебного плана на качество его усвоения оператором в процессе обучения. Здесь впервые предлагаются и исследуются количественные динамические модели, позволяющие осуществить прогноз развития процессов освоения и утраты знаний в процессе обучения управлению СТС.
3. Разработка критериев безопасного управления СТС воз
душного транспорта на этапе эксплуатации, а также разра
ботка методов оценки: 1)основного вероятностного критерия
надежности СТС воздушного транспорта с учетом возмож
ных ошибок оператора; 2) вероятностного критерия безопас
ного управления СТС при участии оператора (экипажа);3) ве
роятностного критерия безаварийной работы СТС на задан
ном интервале времени.
Методы впервые позволяют в простой количественной форме найти значение указанных критериев по результатам обучения оператора на тренажерах или на специализированных обучающих комплексах.
Методы учитывают весовые коэффициенты влияния возможного выхода за допуск основных характеристик СТС. Они позволяют исключить необоснованное занижение основного показателя надежности СТС за счет учета компенсационных возможностей СТС воздушного транспорта.
4. Разработка обобщенной расчетной модели надежности
элементов СТС воздушного транспорта на этапе эксплуата-
ции с учетом фактора управления человеком и частных инженерных методик (на примере авиационного газотурбинного двигателя - ГТД).
К числу основных инженерных методик относятся: /. Инженерная методика расчета вероятности безопасного управления ГТД.
Методика впервые позволяет в простой форме учесть "человеческий фактор" при оценке надежности ГТД. В качестве исходных данных предлагается использовать результаты тренировочных работ на авиационных тренажерах.
2. Инженерная методика оценки вероятности безаварийной работы ГТД Методика впервые позволяет оценить коэффициенты значимости основных характеристик ГТД. Она исключает возможное занижение показателей надежности за счет учета компенсационных возможностей ГТД.
Объект исследования. Объектом теоретических исследований диссертации является СТС воздушного транспорта, управляемая оператором. Техническим объектом, на примере которого реализуется применение предлагаемых новых методов, является авиационный газотурбинный двигатель (ГТД).
Научная новизна. Изложенные выше и полученные в диссертации новые научные результаты в своей совокупности представляют новый подход к оценке эксплуатационной надежности СТС воздушного транспорта, управляемой оператором. Содержание этих результатов изложено при описании целей и задач исследований.
Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается математической строгостью утверждений и выводов на основе вероятностно-матричного и статистического моделирования.
На защиту выносятся: 1. Разработка новых методов и моделей оценки надежности и безопасности эксплуатации СТС воздушного транспорта с учетом фактора ее управления оператором.
-
Методы и модели качества подготовки оператора на основе вероятностно-матричных методов и статистического моделирования.
-
Разработка показателей безопасного управления СТС воздушного транспорта в зависимости от качества обучения, способностей и уровня усвоения материала учебных планов.
-
Разработка методик расчета надежности и безопасности авиационных ГТД.
Практическая ценность работы. Практическая ценность диссертации заключается в разработке новых методов оценки надежности и безопасности СТС воздушного транспорта, управляемых оператором, и в частности, методов оценки надежности ГТД. Предлагаемый метод впервые и в простой форме позволяет учесть фактор управления СТС человеком, что повышает объективность и достоверность оценки надежности, безаварийности и безопасности полетов.
Реализация результатов исследований. Новые научные результаты, полученные в диссертации, внедрены на предприятиях: 6
-
Рыбинские авиамоторы - методика оценки надежности ГТД.
-
Научный центр диагностики РФ-разработка вероятностных критериев надежности СТС, управляемой оператором.
-
Московский государственный университет инженерной экологии - модели передачи и освоения информации в процессе обучения.
Апробация работы. Работа в целом и ее отдельные результаты представлялись, докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах ВЦ РАН, ГНГГП "Циклон-тест", а также на ежегодных международных конференциях: в г. Пензе ("Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем"), а также в г. Брянске ("Актуальные проблемы качества, надежности, экологии и информатизации") и в г. Фрязино ("Проблемы качества и надежности, экологии и информатизации"), 1999.
Публикация результатов работы. Основные результаты работ по диссертации изложены в публикациях, помещенных в научных сборниках ВЦ РАН, а одном отчете по НИР и в трех тезисах докладов на научных конференциях, проводимых в РФ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит один рисунок, одну таблицу и состоит из введения, трех глав и заключения. Список литературы включает 24 наименования.
