Содержание к диссертации
Введение
1. Устойчивость рабочего состояния пилота в системе "экипаж-воздушное судно" 15
1.1. Проблемы оптимизации деятельности оператора в системе "человек - машина" 15
1.2. Оценка уровня безопасности на различных видах транспорта России 16
1.3. Анализ состояния безопасности полетов в ГА 19
1.4. Анализ надежности деятельности пилота-оператора в системе "экипаж - воздушное судно" 28
1.5. Ситуационный анализ развития и протекания авиационных происшествий в полете 31
1.6. Рабочие состояния пилота-оператора в системе "экипаж - воздушное судно" 42
Выводы 51
2. Модель деятельности пилота-оператора в системе "экипаж - воздушное судно" 52
2.1. Общие представления о процессе деятельности человека- оператора в процессе выполнения полета 52
2.2. Структура модели деятельности пилота-оператора 56
2.3. Принципы функциональной совместимости пилота и системы ЭВС 60
2.4. Акт деятельности пилота-оператора 64
Выводы 93
3. Устойчивость рабочего состояния пилота оператора на этапе снижения и посадки 94
3.1. Методы оценки устойчивости пилота-оператора 94
3.2. Исследование особенностей деятельности пилотов в процессе выполнения посадки воздушного судна 95
3.2.1. Организационные аспекты проведения исследования 95
3.2.2. Моделирование деятельности пилота на участке глиссады снижения от ДПРМ до БПРМ 99
3.2.3. Функционирование системы ЭВС на этапе посадки 103
3.2.4. Оценка функционирования системы ЭВС на глиссаде снижения ВС 109
3.2.5. Деятельность пилота 113
3.2.6. Виды решений оперативных задач пилотом на этапе снижения и посадки ВС 125
Выводы 135
4. Разработка оптимальных стратегий поиска методов обеспечения устойчивого рабочего состояния пилота воздушного судна на этапе снижения и посадки 136
4.1.Выбор критериев формирования приспособительных свойств пилота 136
4.2.Разработка рекомендуемого алгоритма комплектования экипажей с учетом принципа взаимодополняемости 141
4.3. Разработка направления оптимизации первоначальной профессиональной подготовки пилотов 143
Выводы 146
Заключение 147
Литература 148
Приложение 1 167
Приложение 2 170
Приложение 3 176
Приложение 4 181
Приложение 5 211
- Анализ состояния безопасности полетов в ГА
- Принципы функциональной совместимости пилота и системы ЭВС
- Функционирование системы ЭВС на этапе посадки
- Разработка направления оптимизации первоначальной профессиональной подготовки пилотов
Анализ состояния безопасности полетов в ГА
Анализ состояния безопасности полетов (БП) в гражданской авиации (ГА) [24] показывает, что до 80% всех авиационных происшествий (АП) происходит по вине человеческого фактора [25]. При этом материалы расследований АП свидетельствуют о том, что ежегодно, порядка 60% всех АП [26] происходит из-за ошибочных действий экипажа на различных этапах полета, и, прежде всего, на посадке (заходе на посадку) и взлете (наборе), которые характеризуются интенсивной деятельностью и высокой рабочей нагрузкой пилотов. Отмечается, что на момент начала и в процессе развития неблагоприятных ситуаций техническая часть системы ЭВС, как правило, находится в исправном состоянии. Данное обстоятельство послужило актуализации решения проблем, связанных с предотвращением АП, обусловленных деятельностью экипажа (оператора). Научное исследование в этой области получило мировое название "CONTROLLED FLIGHT INTO TERRAIN" (CFIT), где рассматриваются причины и факторы, в результате которых происходят столкновения исправных воздушных судов (ВС) с землей (наземными препятствиями). Так, проведенный анализ данных по АП пассажирских самолетов Северной Америки и Канады, приведших к человеческим жертвам [27, 28], показывает, что их главными причинами являются неправильная оценка ситуации при заходе на посадку, отсутствие систем сигнализации об опасном сближении с землей, а также ошибочные решения и действия экипажа. Исследование 156 случаев АП, которое провели сотрудники Национальной космической лаборатории /NLR/ Нидерландов в Амстердаме, позволило определить распределение числа CFIT по годам и этапам полета (рис. 1.1, 1.2 [27, 28]), из которых видно, что уже к 1994 году наблюдается значительное уменьшение АП вызванных CFIT. Но полной ликвидации данной проблемы не произошло, не смотря на большие усилия и продолжения предпринимаемых исследований. По-прежнему большое число (72%) CFIT приходится на этап захода на посадку (рис. 1.2).
Столкновение исправных ВС с землей было и остается основной причиной АП, влекущей за собой разрушение ВС и гибель людей. С начала коммерческих полетов реактивных ВС во всем мире в результате CFIT погибло более девяти тысяч человек [28, 29]. Данные факты настоятельно свидетельствуют о необходимости снижения числа АП, связанных с CFIT (рис. 1.3 [29]). Важность данного вывода подчеркивается и увеличивающимся числом коммерческих вылетов ВС в мире. Если текущая частота таких происшествий сохранится при прогнозируемом числе вылетов (рис. 1.4), то к 2010 году CFIT, возможно, будут приводить к разрушению одного крупного ВС и гибели людей еженедельно. Полученная пологая кривая в графике АП за последние годы [30], свидетельствует о систематическом характере проблем безопасности, стоящих перед современной авиацией, и говорит в пользу использования новаторского подхода к вопросу обеспечения БП. Такой современный подход (по материалам ИКАО) базируется на четырех основополагающих принципах:
безопасность следует рассматривать как общественную ценность;
деятельность человека следует рассматривать неразрывно от обстановки, в которой она проявляется;
следует пересмотреть традиционные взгляды на человеческую ошибку;
предотвращение происшествия должно базироваться скорее на действии, чем противодействии.
Безусловно, значение, придаваемое обеспечению безопасности, имеет прямое отношение к ценности человеческой жизни. Для реализации любого решения в области безопасности подчеркивается важность рассмотрения вопросов в перспективе. Так, исследование частоты возникновения АП в целом по парку ВС и всем видам авиационных работ в странах-членах ИКАО и РФ (табл. 1 и 2 Приложения 1) позволили получить гистограммы плотности распределения вероятности АП (рис. 1.5 и 1.7). И как следствие, провести приближенное построение статистической функции F (х) распределения АП (рис. 1.6, 1.8).
Выборочная средняя и выборочная дисперсия дают достаточно полную, но не исчерпывающую характеристику случайной величины. Все необходимые сведения о случайных переменных содержат так называемые плотности вероятности или статистические распределения вероятностей [31,32,33].
Если наблюдаемая случайная величина х дискретна, то статистическим аналогом ряда распределения является статистический ряд, полно 24 стью аналогичный ряду распределения случайной величины х, с той разницей, что вместо вероятностей р, - Р{х = х;} в нем стоят частоты соответствующих событий
Однако, представим описание результатов серии из п независимых наблюдений, в каждом из которых зарегистрировано значение АП и обработку этих результатов.
"Протокол", в котором зарегистрировано общее количество АП по годам (табл. 1 и 2 Приложения 1) и который обычно называют первичной статистической совокупностью - это совсем еще не обработанный материал. Рассмотрение и осмысление такого материала (особенно при большом числе наблюдений п) затруднительно, и по нему практически нельзя представить характер распределения случайной величины х. Первым шагом к осмыслению данного материала является его упорядочение в порядке возрастания результатов наблюдений (табл. 3 и 4 Приложения 1). Протокол результатов наблюдений, в котором значения перенумерованы и расположены в порядке возрастания, обычно называют упорядоченной статистической совокупностью. Подсчитывая количество значений случайных величин, попавших в каждый разряд и деля на общее число наблюдений АП, составляем общее представление о законе распределения случайной величины и вычисляем плотности частоты их возникновения, разделив каждую частоту на длину соответствующего разряда
Проводя сравнительный анализ вероятности возникновения АП в странах-членах ИКАО и в РФ, было определено, что вероятность АП в странах-членах ИКАО в 3,4 меньше чем в РФ (при соответственном отношении 50 : 170). Необходимо отметить и положение моды распределения, то есть смещение центрального показателя безопасности - индекса Хохло-ва [35]. Как видно из рисунков 1.6 и 1.8, в РФ статистическая мода распределения полетов находится в зоне опасных полетов, обусловленных CFIT.
Таким образом, изучение деятельности экипажа в особых ситуациях предполагает выяснение особенностей процесса управления ВС, "природы" возникновения ошибок экипажа (командира ВС) в ходе принятия решения, анализа поведения экипажа в целом и поиска ответа на вопрос: "Почему некоторые пилоты склонны принимать не верные решения, в то время как другие, чаще правильно оценивают ситуацию и принимают разумные решения?". Безусловно, хорошим подспорьем при поиске ответа на поставленный выше вопрос может оказаться обращение к профессиональной подготовке пилотов, которая служит основой для приобретения профессиональных навыков и опыта работы, которые, в свою очередь, оказывают влияние на надежность устойчивой работы пилота-оператора.
Принципы функциональной совместимости пилота и системы ЭВС
Исходя из представления об области рабочего состояния пилота-оператора в системе ЭВС, описанной в первой главе данной работы, рассмотрим более подробно ее функциональную организацию.
Как отмечалось ранее, для обеспечения функционирования системы ЭВС необходимо последовательное решение двух задач:
1) совмещения человека (пилота) с техникой (ВС) - осуществление перехода из состояния человека "А" в состояние оператора "В" (рис. 2.4.1);
2) обеспечения устойчивого функционирования пилота-оператора (экипажа) в области эксплуатационных ограничений системы ЭВС на протяжении всего полета, то есть организации взаимодействия системы ЭВС в области "В " - "С" (рис. 2.4.1). При этом возможно функционирование пилота-оператора на любом уровне системы (состояние "В -С" рис. 2.4.1). На определенном этапе, решение первой задачи не представляется сложным и осуществляется за счет мотивации человека, его профессиональной подготовки и соответствующего поставленным целям должного психофизиологического состояния (достаточного для данной деятельности здоровья). Трудности, при осуществлении совмещения человека и техники заключаются в их принципиальной природной противоположности и проявляются гораздо позже.
Надежность эргономического обеспечения на воздушных судах нового поколения считается достаточно высокой, вследствие должного отношения к нему в последние десятилетия ученых и специалистов отрасли. Однако вопросы обеспечения надежности деятельности пилота в системе ЭВС, с точки зрения исследования природы возникновения ошибки в управлении этой системой, по прежнему остаются актуальны. Безусловно, надежная и безопасная работа системы ЭВС может достигаться не только благодаря результату уменьшения числа ошибок пилота (коррекции уже действующих систем), но и путем изначального проектирования относительно безошибочно действующих СЧМ (создания эргономически совершенной техники, подготовки хорошо обученных операторов) [18]. Без выявления причин ошибок в уже действующих системах нельзя заниматься разработкой новых эргономически более совершенных систем, улучшать профессиональную подготовку пилотов. Поэтому, как при коррекционном, так и проективном подходах нельзя обойтись без исследования и анализа причин ошибок, возникающих в работе пилотов и определения области устойчивого рабочего состояния конкретного пилота-оператора.
Среди объективных причин ошибочных действий в процессе выполнения программы полета выделяют [19] ряд недостатков в организации деятельности экипажей. В частности: недостаточный объем информации для контроля состояния систем в отдельных режимах, повышенная напряженность и операционная загруженность в некоторые рабочие периоды времени, недостаточный учет возможностей и психологических характеристик оператора в режимах управления, особенно для быстроразвиваю-щихся во времени сложных, аварийных и катастрофических ситуаций. Проявление этих факторов обнаруживается при анализе ошибочных действий такого типа, как:
невыполнение или несвоевременное выполнение управляющих воздействий, предписываемых инструкциями на фоне параллельного выполнения других задач по причине дефицита времени;
ошибочные включения команд управления или нарушения логической последовательности их выдачи из-за недостаточного объема предупреждающей или сигнальной информации, не адекватно отображающей процесс управления.
Таким образом, в соответствии с рис. 2.4.1 можно заключить, что совместная реализация человека и системы возможна, если выполнить три условия. Прежде всего, человек должен захотеть совместить себя с системой. Это означает, что человек должен иметь положительный мотив, подтверждая его своей готовностью и способностью отдать себя системе. Одного желания для совмещения человека с системой оказывается недостаточным. Необходимо, чтобы человек еще и сумел это сделать. Знание системы - второе условие, необходимое для совмещения человека с системой. Наконец, человек должен смочь совместить себя с системой. Это означает, что его психофизиологические характеристики должны соответствовать характеристикам системы. Однако, реализуя требования, необходимые для совмещения, человек не приобретает должной устойчивости. Он оказывается не способен принимать нестандартные решения. Для приобретения способности принимать нестандартные решения и при этом не потерять способность решать стандартные задачи, человек должен найти для себя то, что и определяет его рабочее состояние. При этом рабочее состояние человека должно находиться в области разрешенных состояний системы. Функциональная недостаточность пилота-оператора предопределяет выбор каждым пилотом своего рабочего состояния и предполагает наличие у него ярко выраженных индивидуальных приспособительных особенностей. Исследованию этого аспекта предшествовали две рабочие гипотезы, которые были апробированы и нашли подтверждение в ряде работ профессора Балясникова В.В. и Зворыгина И.Л. Первая гипотеза заключалась в предположении о том, что любая деятельность требует соблюдения строго определенного порядка в изменении состояний человека. И что число и последовательность фаз, характеризующих изменение состояния человека, в акте деятельности неизменны. Вторая гипотеза касалась предположения о том, что в деятельности реализуются все существующие природные возможности и особенности человека, а потому каждой фазе акта деятельности соответствует свой тип приспособления человека.
Функционирование системы ЭВС на этапе посадки
Заход на посадку современного ВС осуществляется, как правило, с обязательным использованием наземного и бортового радиотехнического и радионавигационного оборудования, предназначенного для выдерживания установленной траектории предпосадочного снижения. В зависимости от вида используемого оборудования применяются несколько основных способов организации функционирования системы ЭВС при заходе на посадку. Такими способами являются:
1. Заход по курсоглиссадной системе в ручном, полуавтоматическом (директорном) или автоматическом режиме.
2. Заход по двум приводным радиостанциям с контролем по посадочному радиолокатору.
3. Заход по посадочному радиолокатору по командам диспетчера посадки.
4. Заход по двум приводным радиостанциям.
5. Заход по отдельной приводной радиостанции.
6. Визуальный заход с использованием наземных радиотехнических средств аэродрома посадки.
Перечисленные способы захода на посадку приведены в порядке, примерно совпадающем с порядком уменьшения точности инструментального вывода самолета каждым из способов в некоторую точку траектории предпосадочного снижения, обеспечивающую дальнейшее завершение захода и приземление самолета в условиях визуального контакта пилота с земной поверхностью.
Для целей настоящего исследования из всех перечисленных способов захода на посадку наибольший интерес представляет способ, удовлетворяющий двум требованиям: с одной стороны, выбранный способ выполнения захода на посадку должен достаточно строго регламентировать траекторию предпосадочного снижения ВС с целью выявления допускаемых экипажем отклонений от траектории; а с другой стороны, выбранный способ должен оставлять экипажу достаточно широкие возможности самостоятельной деятельности для формирования представления о текущем положении самолета относительно установленной траектории, выработки и реализации решений по исправлению допущенных отклонений. Первые три способа захода на посадку в достаточной степени отвечают требованию строгого регламентирования траектории снижения, однако требуют от экипажа лишь правильного и своевременного выполнения команд (приборов или диспетчера), однозначно указывающих направление и величину необходимых управляющих воздействий для парирования возникающих отклонений. При использовании этих способов задача пилотирования самолета значительно упрощается и во многом напоминает задачу слежения [100] или выдерживания небольшого количества параметров. При этом от пилота (экипажа) не требуется значительных усилий для выработки управляющих воздействий, мысленного воссоздания образа полета, точного определения потребных отклонений органов управления ВС.
Последние два способа захода на посадку представляют экипажу большую свободу в оценке обстановки полета, принятии решений по управлению самолетом и их реализации. Но при этом отсутствуют строгие требования к выдерживанию установленных параметров траектории предпосадочного снижения. Регламентируются лишь величины отклонений, создающие прямую угрозу безопасности полета (например, превышение допустимых значений приборной и вертикальной скорости снижения, превышение допустимых величин углов крена и т.д.). Это усложняет выбор и оценку значений критериев качеств управления ВС со стороны экипажа.
С учетом приведенных выше рассуждений, наиболее подходящим, с точки зрения исследования реализации акта деятельности пилотом-оператором, является заход на посадку по двум приводным радиостанциям. Такой заход выполняется следующим образом.
При проведении предпосадочной подготовки перед началом снижения с высоты эшелона полета, экипаж рассчитывает все элементы захода на посадку на основании данных схемы аэродрома посадки и ожидаемых к моменту посадки метеорологических условий на аэродроме.
В процессе окончательного захода на посадку, после пролета расчетной точки входа в траекторию предпосадочного снижения (глиссаду), экипаж осуществляет снижение с вертикальной скоростью, на 30% превышающей расчетную для данных условий захода. Перед достижением высоты пролета дальней приводной радиостанции с маркером (ДПРМ) экипаж уменьшает вертикальную скорость снижения до нуля, выдерживая установленную схемой аэродрома посадки высоту пролета ДПРМ вплоть до момента пролета, после чего продолжает снижение с рассчитанной вертикальной скоростью. Установив, до достижения высоты принятия решения (ВПР), надежный визуальный контакт с земной поверхностью и убедившись в безопасном положении ВС относительно взлетно-посадочной полосы (ВПП), экипаж продолжает снижение до установленной схемой аэродрома посадки высоты пролета ближней приводной радиостанции с марке 106 ром (БПРМ), затем завершает предпосадочное снижение и производит выравнивание и приземление самолета. Характерной особенностью данного способа захода на посадку является стремление экипажа сохранить прямолинейность траектории предпосадочного снижения в вертикальной плоскости на участке ДПРМ - БПРМ.
Описанный способ выполнения захода на посадку по двум приводным радиостанциям удовлетворяет требованиям, вытекающим из целей исследования: траектория предпосадочного снижения ВС в вертикальной плоскости на участке ДПРМ - БПРМ строго нормирована схемой аэродрома (рис. 3.10, 3.11), а экипажу предоставляются большие возможности по оценке фактического положения самолета, выработке управляющих воздействий.
Для повышения "чистоты" исследования было запланировано включение в массив экспериментальных данных сведения, полученные о заходах на посадку по выбранной системе на КТС в стандартных условиях. При этом предполагается, что влияние на качество деятельности пилота (экипажа) по управлению ВС, вызванное сменой часовых поясов, времен года по многократно использовавшейся ранее системе проявляется незначительно, и ими можно пренебречь.
Таким образом, оценка реализации акта деятельности пилота по управлению ВС в зависимости от решения текущих задач может производиться на предпосадочном снижении ВС при заходе на посадку по двум приводным радиостанциям на участке траектории полета в вертикальной плоскости (глиссады), заключенном между ДПРМ и БПРМ.
Разработка направления оптимизации первоначальной профессиональной подготовки пилотов
Для совершенствования вопросов формирования надежности посредством приобретения пластичности учащихся авиационных учебных заведений, необходима разработках методик, базирующихся на результатах исследования процесса деятельности пилотов в вопросах взаимодействия в производственных условиях с учетом исследований [83, 87, 94, 107, 125].
Методика должна предполагать несколько этапов обучения и периодический экспресс-анализ получаемых результатов. И должна осуществляться начиная с прохождения абитуриентом профессионального отбора и продолжаться вплоть до сдачи аттестационных испытаний. На рис. 4.5 представлена последовательность этапов прохождения экспресс-тестирования.
Однако, для осуществления данного направления, необходима разработка и использование простых и эффективных методов идентификации как абитуриентов, так и учащихся на предмет их индивидуальных особенностей, то есть выявления их кодовых характеристик с последующим формированием базы данных, позволяющей отслеживать динамику изменения степени пластичности и представлять рекомендации по включению специалиста в определенный вид экипажа.
Без применения специальных методов принципиально невозможно добиться того, чтобы пилот постоянно находился в устойчивом рабочем состоянии.
Исключения влияния индивидуальных особенностей пилота на выбор устойчивого рабочего за счет создания определенных рабочих структур, основанных на функциональной взаимодополняемости, однако такой подход не является абсолютно применим для случая малых рабочих групп.
Единственным способом решения проблемы является приобретение пилотом пластичности.
