автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Исследование и разработка методов и средств оценки качества функционирования МАСУ "Безопасность"

ФЕДЕРАЛЬНАЯ АВИАЦИОННАЯ СЛУЖБА РОССИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи

Елисов Герман Львович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАСУ «БЕЗОПАСНОСТЬ»

Специальность: 05.22.14. «Эксплуатация воздушного транспорта»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д. т. н., профессор А.И. ЛОГВИН.

МОСКВА -1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАСУ « БЕЗОПАСНОСТЬ » НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ............................................ 9

1.1. Структура системы управления безопасностью полетов на воздушном транспорте............................................................ 9

1.2. Анализ структуры и функций МАСУ «Безопасность»............... 14

1.3. Анализ методов исследования эксплуатационных свойств АСУ в гражданской авиации................................................................................................................22

1.4. Качество функционирования МАСУ «Безопасность» как объект исследования....................................................................................................................................29

1.5. Теория квалиметрии как аппарат исследования................................................34

1.6. Цель и задачи исследования............................................................42

Библиография к главе 1....................................................... 43

Выводы к главе 1............................................................... 44

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАСУ «БЕЗОПАСНОСТЬ»................... 45

2.1. Декомпозиция структуры МАСУ «Безопасность»...................... 45

2.2. Вероятностная модель ошибки при отказах технических средств и сбоях в информационном обеспечении.................................... 50

2.3. Имитационная модель оценки качества профессиональной подготовки специалистов-операторов............................................. 55

2.4. Аналитическая модель динамики ошибок в программных средствах вычислительной техники................................................ 65

2.5. Качество как интегральный показатель надежности программных средств........................................................................... 69

2.6. Модель жизненного цикла программных средств вычислительной техники........................................................................... 75

Библиография к главе 2....................................................... 82

Выводы к главе 2............................................................... 82

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОМПЛЕКСНОЙ КВАЛИМЕТРИИ МАСУ «БЕЗОПАСНОСТЬ»

з

3.1. Концептуальная модель комплексной квалиметрии МАСУ «Безо-

пасность» ................................................................................................................................................84

3.2. Методика формирования номенклатур показателей качества................87

3.3. Методы квалиметрии программных средств вычислительной техники..............................................................................................................................................................95

3.4. Методы квалиметрии программно-технической документации............102

Библиография к главе 3..................................................................................................................126

Выводы к главе 3................................................................................................................................126

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КВАЛИМЕТРИЧЕСКОГО

МОНИТОРИНГА МАСУ «БЕЗОПАСНОСТЬ» 128

4.1. Разработка процедур квалиметрии программных средств вычислительной техники..........................................................................................................................128

4.1.1. Процедуры экспертизы показателей качества........................................128

4.1.2. Процедуры комплексирования показателей качества....................137

4.1.3. Процедуры принятия решений............................................................................142

4.2. Разработка процедур квалиметрии программно-технической документации........................................................................................................................................................153

Библиография к главе 4................................................................................................................157

Выводы к главе 4................................................................................................................................157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................................................159

ЛИТЕРАТУРА....................................................................................................................................................161

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................................168

ВВЕДЕНИЕ.

Современная авиационная транспортная система (АТС) представляет собой сложную иерархическую человеко-машинную структуру с различными информационными уровнями и подсистемами, предназначенную для осуществления безопасных воздушных перевозок.

Безопасность полетов (БП) является главной проблемой гражданской авиации (ГА) и рассматривается как свойство АТС осуществлять воздушные перевозки без угрозы для жизни и здоровья людей.

В соответствии с нормативными документами Международной организации Гражданской Авиации (ИКАО) каждая страна-участник обязана систематически осуществлять анализ состояния безопасности полетов в подведомственном регионе и принимать все необходимые меры для минимизации уровня опасности полетов.

Решение указанной задачи лежит в области развития теории безопасности полетов и разработки систем управления уровнем безопасности полетов.

Проблема управления уровнем БП включает комплекс алгоритмических задач, связанных с регистрацией параметрической информации о состоянии БП на различных иерархических уровнях, ее обработки с помощью соответствующих методов и средств с целью выявления динамических характеристик АТС и ее элементов, анализа полученных результатов с целью выявления тенденций развития негативных факторов, принятия соответствующих управленческих решений и разработки системы мероприятий по снижению уровня опасности, определяемого исследуемыми факторами.

Для решения указанного комплекса задач в ГА разработана и реализована автоматизированная система предотвращения авиационных происшествий, основу которой составляет многоуровневая автоматизированная система управления «Безопасность». МАСУ «Безопасность» функционирует на базе мощных компьютерных средств.

Одним из факторов государственного регулирования уровня безопасности полетов в гражданской авиации является нормативное управление, одной из составляющих которого служит сертификация. Система сертификации на воздушном транспорте РФ регламентирует методы и процедуры сертификации элементов авиационной транспортной системы.

Рассматривая МАСУ «Безопасность» как инструмент системы управления безопасностью полетов естественно предположить, что к ней предъявляются достаточно жесткие требования по различным параметрам, которые и должны быть исследованы в процессе сертификации. С учетом поэтапного внедрения системы сертификации в отрасли следует отметить, что на сегодняшний день МАСУ «Безопасность» не сертифицируется. Поэтому проблема оценки качества функционирования МАСУ «Безопасность» является весьма важной и требует своего решения, особенно в современных условиях.

Попытки оценить результаты функционирования МАСУ «Безопасность» с точки зрения влияния на уровень безопасности полетов осуществлялись по нескольким направлениям.

Одно из направлений связано с понятием устойчивости функционирования АСУ, которое рассматривается как надежность системы и ее живучесть. Понятие надежность связывается с проявлением внутренних для системы факторов, а понятие живучесть определяется динамическим процессом взаимодействия системы со средой.

Подобный подход основан на исследовании МАСУ «Безопасность» с помощью обобщенных показателей, которые, с учетом того факта, что МАСУ «Безопасность» относится к классу сложных систем, не имеют адекватного математического описания. Это приводит к существенной неопределенности в постановке задачи, что существенно снижает функциональную реализуемость полученных результатов.

Второе направление связано с исследованием МАСУ с помощью числовых характеристик, в качестве которых приняты показатели эффективности.

Недостатки этого направления связаны с тем, что категория эффективность в приложении к сложным системам может рассматриваться только как одна из возможных характеристик, что существенно ограничивает область применения результатов исследования.

Наиболее универсальной характеристикой МАСУ «Безопасность» как сложной системы следует считать категорию качество. В данной работе сделана попытка исследовать функционирование МАСУ «Безопасность» через систему показателей качества путем создания методов и средств оценки их количественных значений.

Проблемой количественной оценки качества занимается теория квали-метрии. Большой вклад в развитие теории и практики квалиметрических исследований внесли отечественные ученые: Азгальдов Г.Г., Гличев A.B., Елисов JI.H., Суббетто А.И. и другие. В работе методы и средства квалиметрии адаптируется к процедурам исследования качества функционирования МАСУ «Безопасность». Результаты решения указанной задачи могут быть положены в основу системы квалиметрического мониторинга МАСУ «Безопасность» и использованы при реализации процедур сертификации.

Целью настоящей работы является разработка квалиметрических методов и средств оценки качества функционирования МАСУ «Безопасность» как элемента системы управления безопасностью полетов в гражданской авиации.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи:

- установлены роль, место и функции МАСУ «Безопасность» в структуре системы управления безопасностью полетов в гражданской авиации,

- обоснован выбор интегральной характеристики процесса функционирования МАСУ «Безопасность», которой является категория качества;

- обоснован выбор теории квалиметрии в качестве аппарата исследования;

- проведена декомпозиция структуры МАСУ «Безопасность» и определены ее основные элементы, качество функционирования которых оказывает определяющее влияние на безопасность полетов;

- разработана концептуальная модель комплексной квалиметрии МАСУ «Безопасность»;

- разработана методика формирования номенклатур показателей качества;

- разработаны методы квалиметрии программных средств вычислительной техники в составе МАСУ «Безопасность»;

- разработаны методы квалиметрии программно-технической документации;

- разработана система квалиметрического мониторинга МАСУ «Безопасность».

Методы исследований базируются на комплексном использовании теории квалиметрии, теории надежности, теории вероятностей и математической статистики, теории множеств, теории моделирования сложных систем, теории принятия решения и теории графов.

Научная новизна работы заключается в:

- разработке концептуальной модели комплексной квалиметрии МАСУ «Безопасность»;

- разработке методики формирования номенклатур показателей качества;

- разработке методов квалиметрии программных средств вычислительной техники в составе МАСУ «Безопасность»;

- разработке методов квалиметрии программно-технической документации;

- разработке системы квалиметрического мониторинга МАСУ «Безопасность».

На защиту выносятся следующие основные результаты:

- концептуальная модель комплексной квалиметрии МАСУ «Безопасность»;

- методика формирования номенклатур показателей качества;

- методы квалиметрии программных средств вычислительной техники;

- методы квалиметрии программно-технической документации;

- процедуры экспертизы показателей качества;

- процедуры комплексирования показателей качества;

- процедуры принятия решений.

Практическое значение работы подтверждается актами об использовании результатов исследований, представленными в приложении.

Результаты исследований нашли свое применение при подготовке специалистов для гражданской авиации в МГТУГА, СГАУ, ЕАТК, при разработке соответствующих учебно-методических материалов для студентов и слушателей системы повышения квалификации, частично использованы при создании учебника Елисова Л.Н., Баранова В.В. «Управление и сертификация в авиаци-онно-транспортной системе»; используются при организации профессиональной подготовке летного, командно-летного и инструкторского состава летного комплекса в УТЦ Нижневартовского объединенного авиаотряда и в УТЦ АО «Аэропорт Внуково».

Основные результаты работы были представлены и обсуждены на:

- Всероссийском научно-техническом симпозиуме «Квалиметрия человека и образования», VI симпозиум «Проблемы создания комплексного мониторинга качества образования в России», Москва, 1997 г.;

- Всероссийском научно-техническом симпозиуме «Квалиметрия человека и образования», VII симпозиум «Проблемы измеримости образовательных стандартов и квалиметрического мониторинга образования», Москва, 1998 г.;

- Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации», Москва, МГТУ ГА, 1999 г.

- научно-технических семинарах в МГТУГА (1996,1997, 1998,1999 гг.)

- научно-производственных совещаниях в АО «Аэропорт Внуково».

Основные результаты работы опубликованы в 13 печатных работах.

В первой главе диссертационной работы формируется постановка задачи исследования, определяются цель и задачи диссертации.

На основе анализа структуры системы управления безопасностью полетов на воздушном транспорте определяется роль, место и функции МАСУ «Безопасность» в системе.

Исследуется комплекс функциональных задач МАСУ «Безопасность», определяется зависимость уровня безопасности полетов от надежности функционирования системы. Показано, что известные подходы к исследованию МАСУ «Безопасность» через показатели надежности, живучести и эффективности не обеспечивают уверенности в достоверности получаемых результатов, поэтому предложена интегральная характеристика - качество. Обосновывается выбор в качестве аппарата исследования теории квалиметрии.

Во второй главе решается задача определения элементов МАСУ «Безопасность», качество функционирования которых является определяющим в составе обобщенного показателя качества системы.

В результате декомпозиции структуры МАСУ «Безопасность» по критерию качество выделены следующие компоненты: технические средства, информационное обеспечение, специалисты - операторы, программные средства, программно-техническая документация. На основе исследования соответствующих моделей показано, что отказы, сбои и ошибки указанных элементов проявляются в ошибках программных средств. Отмечено, что ошибки программных средств (ПС) выявляются на всех этапах жизненного цикла. Однако, наиболее значимыми из них для МАСУ «Безопасность» являются те, которые проявляются на этапе сопровождения. Показано, что качество ПС может рассматриваться как интегральный показатель надежности программных средств.

Третья глава посвящена разработке методов комплексной квалиметрии МАСУ «Безопасность».

Разрабатывается концептуальная модель комплексной квалиметрии, основанная на результатах предыдущих разделов. Предлагается методика формирования полных и непротиворечивых номенклатур показателей качества. Разрабатываются методы количественной оценки качества программных средств в

составе МАСУ «Безопасность» и методы квалиметрии программно-технической документации.

В четвертой главе сосредоточены результаты разработки системы ква-лиметрического мониторинга МАСУ «Безопасность». Разработаны процедуры квалиметрии программных средств, включая процедуры экспертизы показателей качества, их комплексирования и принятия решений по результатам экспертизы. Разрабатываются процедуры квалиметрии программно-технической документации.

В заключении обобщаются полученные результаты и формулируются основные выводы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАСУ «БЕЗОПАСНОСТЬ» НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

1Л. Структура системы управления безопасностью

полетов на воздушном транспорте.

В соответствии с определением АТС включает следующие основные системы:

- система летной эксплуатации,

- система технической эксплуатации,

- эргатическая система «экипаж - воздушное судно»,

- система подготовки и обеспечения полетов,

- система управления воздушным движением.

В свою очередь, каждая система состоит из иерархического набора функциональных подсистем и элементов, обеспечивающих целенаправленную деятельность АТС.

Целенаправленная деятельность АТС осуществляется при обеспечении на соответствующем уровне комплексной характеристики, называемой Безопасность полетов (БП). В соответствии с определением БП, представленном во введении, анализ состояния и повышение уровня БП осуществляет система обеспечения БП, главным элементом которой является система управления БП.

Главная цель системы управления БП состоит в планомерном использовании научно-технических, организационных и социально-экономических возможностей для обеспечения высоко