автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Метод прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий на основе анализа "дерева факторов опасности"

На правах рукописи

Макаров Валерий Петрович

МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА «ДЕРЕВА ФАКТОРОВ ОПАСНОСТИ»

Специальность 05.22.14 - Эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

; * идя ¿013

МОСКВА-2013

005058597

005058597

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный технический университет гражданской авиации (МГТУ ГА) на кафедре безопасности полетов и жизнедеятельности.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор кафедры

безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУ ГА Зубков Борис Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры

авиатопливообеспечения и ремонта летательных аппаратов МГТУ ГА Коняев Евгений Алексеевич;

кандидат технических наук, директор Егорьевского авиационного технического колледжа гражданской авиации Шмельков Александр Васильевич.

Ведущая организация: Федеральное автономное учреждение Государственный центр «Безопасность полетов на воздушном транспорте» (г. Москва)

Защита состоится « 2.$» мая 2013 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 315.002.01 на базе Федерального государственного унитарного предприятия Государственного научно-исследовательского института гражданской авиации (ФГУП ГосНИИ ГА) по адресу: 125438, г. Москва, ул. Михалковская, д.67, корп.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП ГосНИИ ГА.

Автореферат разослан «_/т_» апреля 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 315.002.01 кандидат технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Несмотря на достигнутые успехи в области обеспечения безопасности полетов, продолжают иметь место авиационные происшествия (АП). По итогам 2011-2012 гг. Россия заняла одно из первых мест по количеству авиационных катастроф.

По данным Международной организации гражданской авиации (ИКАО), увеличение объемов воздушных перевозок в последние годы сопровождается ростом количества авиационных происшествий. Эта тенденция подтверждает прогнозы специалистов компании «Boeing», которые отмечают, что при продолжающемся снижении относительного показателя количества авиационных происшествий на 1 млн. полетов, в будущем возможно увеличение количества авиационных происшествий, если не будут реализованы дополнительные меры по их предупреждению.

На актуальность исследования по теме диссертации указывают также результаты анализа современного состояния и проблем развития транспорта в России, изложенные в «Транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года». Среди главных проблем развития транспортной отрасли отмечены «...недостаточный уровень транспортной безопасности...» и необходимость «... снижения количества аварий и катастроф...», что может быть решено в гражданской авиации прогнозированием и предупреждением авиационных происшествий.

Задача прогнозирования и предупреждения АП до настоящего времени не решена в полном объеме. Используемые в авиакомпаниях методы управления безопасностью полетов в основном направлены на профилактическую работу с произошедшими авиационными событиями и на выявление опасных тенденций в технике пилотирования летного состава, в техническом состоянии воздушных судов. Недостаточно разработаны прогностические методы управления безопасностью полетов.

Таким образом, разработка метода прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий актуальна для повышения уровня безопасности полетов гражданской авиации.

Степень разработанности вопроса. Вопросами прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий занимаются различные организации: ИКАО, Международная ассоциация воздушного транспорта (ИАТА), Всемирный фонд безопасности полетов и другие. В России значительных вклад в решение вопросов безопасности полетов внесли работы ГосНИИ ГА, ГЦБПВТ, МГТУ ГА, авиакомпаний «Аэрофлот», «Трансаэро», «Сибирь», «Волга-Днепр» и других организаций, а также труды ученых и исследователей в области безопасности полетов, таких как Воробьев В.В., Гипич Г.Н., Гузий А.Г., Зубков Б.В., Куклев Е.А., Рухлинский В.М. и другие.

В выполненных к настоящему времени исследованиях недостаточно разработаны методы, позволяющие оценить вероятность АП определенного типа и выявить наиболее значимые факторы опасности в конкретных условиях полета. Указанный недостаток определил цель и задачи данного исследования.

Объектом исследования является система управления безопасность полетов в авиакомпании.

Предметом исследования является прогностический метод управлен безопасностью полетов.

Целью исследования является разработка и обоснование мето прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий на осно исследования сценариев развития авиационных происшествий, оценки вероятностей и выявления наиболее значимых факторов опасности конкретных условиях эксплуатации воздушного судна.

Цель диссертационного исследования достигается решение следующих задач:

— анализ результатов выполненных исследований по пробле прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий, определен ограничений разработанных подходов по данной теме и путей совершенствования;

- разработка метода прогнозирования и предупреждения авиационнь происшествий на основе анализа «дерева факторов опасности»;

- разработка и обоснование информационного обеспечения «дере факторов опасности»;

— внедрение разработанного метода в деятельность авиакомпании.

Методы исследования диссертационной работы основаны на применен

системного анализа, математического моделирования, математическ статистики и теории вероятностей.

Информационная база исследования включает в себя:

— статистические данные авиакомпании «Волга-Днепр»;

— данные из книг, журнальных статей, научных докладов и отчёте материалов научных конференций, семинаров;

- ежегодные анализы безопасности полетов в России и в мире;

- материалы расследований авиационных событий;

- официальные документы - федеральные законы, постановлен Правительства РФ, документы ИКАО, документы авиакомпаний «Волга-Днепр»;

— результаты собственных расчётов.

Научная новизна результатов исследования, полученных лично авторо. заключается:

1. В усовершенствовании метода анализа «дерева» отказов применитель к проблематике прогнозирования авиационных происшествий: введен коэффициенты, отражающие неопределенность и случайность развит авиационных происшествий, введено новое понятие - «дерево фактор опасности», разработана процедура построения «дерева факторов опасности».

2. В разработке и обосновании метода прогнозирования и предупрежден авиационных происшествий на основе анализа «дерева факторов опасности позволяющего оценивать вероятность авиационного происшестви определенного типа и выявлять наиболее значимые факторы опасности конкретных условиях эксплуатации воздушного судна.

3. В разработке модели прогнозирования авиационных происшествий одного из сценариев выкатывания самолета за пределы взлетно-посадочной полосы (ВПП) на посадке.

4. В разработке и апробации метода оценки достоверности прогнозов скорости и направления ветра на конкретном аэродроме по результатам анализа полетной информации.

Перечисленные выше научные результаты выносятся на защиту.

Достоверность результатов исследования подтверждается относительной сходимостью выполненных по разработанному методу прогнозов авиационных происшествий с результатами других исследований и статистическими данными; непротиворечивостью разработанного метода используемой практике предупреждения техногенных происшествий в других отраслях и положениям современной науки.

Практическая значимость исследования заключается в следующем:

- применение разработанной модели одного из сценариев выкатывания самолета за пределы взлетно-посадочной полосы позволяет предупредить до 50% возможных авиационных происшествий данного типа, связанных с посадкой при значительном перелете расчетной зоны приземления;

- применение метода расчета отклонения фактического значения попутной составляющей ветра от значения, получаемого экипажем от метеослужб аэропорта, позволяет оценить вероятность превышения заданного допуска, повысить информационную осведомленность экипажа о неблагоприятных ветровых условиях и предупредить до 30% авиационных происшествий на посадке, связанных с фактором ветра.

Реализация результатов работы. Разработанный метод прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий реализован в программном обеспечении модуля «Оперативный прогноз» в Автоматизированной системе прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий в авиакомпании «Волга-Днепр», а также в виде рекомендаций Государственного центра «Безопасность полетов на воздушном транспорте» для применения в авиакомпаниях.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационное исследование выполнено в соответствии с позицией паспорта специальности 05.22.14 «Эксплуатация воздушного транспорта», п.З «Системы и процессы: ... предупреждения авиационных происшествий ...».

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на XX Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» в 2012 г. (г. Москва); на III Международной научно-практической конференции «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития» в 2012 г. (г. Ульяновск); шестой Международной конференции «Управление развитием крупномасштабных систем» в 2012 г. (г. Москва); XLVII Научных чтениях памяти К. Э. Циолковского в 2012 г. (г. Калуга); Международном симпозиуме «Самолетостроение России. Проблемы и перспективы» в 2012 г.

(г. Самара); тринадцатом Всероссийском симпозиуме «Стратегическ планирование и развитие предприятий» в 2012 г. (г. Москва); Международно научно-технической конференции «Гражданская авиация на современном этап развития науки, техники и общества» в МГТУ ГА в 2011 г. (г. Москва Международной научно-практической конференции «Управление большим системами» в ИМПУ РАН в 2011 г. (г. Москва).

Научные работы, включающие результаты диссертационног исследования, заняли первые места во Всероссийских конкурсах: «Молодь ученые транспортной отрасли» (2011 г.), «Национальное достояние России (2012 г.), «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» (2012 г.).

Диссертационное исследование выполнено автором при работе н проектом по разработке Автоматизированной системы прогнозирования предотвращения авиационных происшествий в авиакомпании «Волга-Днепр совместно с Ульяновским государственным университетом на основани Постановления Правительства РФ № 218.

Публикации результатов исследования. По материалам исследовани представленных в диссертации, написано и опубликовано 12 печатных работ, них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК России для опубликовани материалов диссертационных работ на соискание ученой степени.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-глав, заключения, списка использованных источников из 103 наименований приложений. Общий объем диссертации составляет 137 страниц и содержит 5 рисунка, 7 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулирован цели и задачи диссертационной работы, определены предмет и объек исследования, перечислены используемые методы и информационная баз представлены практическая значимость и научная новизна работы.

В первой главе приводится анализ результатов исследовани выполненных по теме диссертации, в том числе:

— Рекомендаций документов ИКАО по управлению безопасность полетов и по предотвращению авиационных происшествий.

— Теоретических исследований: построение математических моделе авиационных происшествий; методы, основанные на экспертных оценю статистические оценки вероятности авиационных происшествий; логико вероятностные модели развития авиационных происшествий; исследовани уязвимости системы в задаче прогнозирования вероятности авиационны событий.

— Причинной модели безопасности полетов на воздушном транспорт (CATS), разработанной Голландским институтом безопасности на воздушно транспорте.

Выявлено отсутствие практически реализованных методов, позволяющих оценить вероятность возникновения авиационного происшествия определенного типа и выявить наиболее значимые факторы опасности в конкретных условиях эксплуатации воздушного судна.

В других отраслях повышенного риска (аэрокосмической отрасли, атомной промышленности, в нефтегазовой промышленности) используются методы исследования и оценки вероятностей возможных сценариев развития аварийных ситуаций с определенными последствиями, которые позволяют выявить потенциальные причины этих событий и предупредить их. Для этих целей широко применяется метод анализа «дерева» отказов.

Традиционно метод анализа «дерева» отказов применяется в авиационной отрасли при решении таких задач, как: подтверждение соответствия технических систем воздушного судна сертификационным требованиям отказобезопасности, описание причинно-следственных связей свершившихся авиационных событий в процессе их расследования. В качестве методического инструмента для регулярного прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий в авиакомпаниях метод ранее не применялся. Особенности авиационной деятельности требуют адаптации данного метода применительно к проблематике прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке метода прогнозирования и предупреждения АП, основанного на вероятностной оценке возможных сценариев развития типов авиационных происшествий путем анализа «дерева факторов опасности» и выявлении наиболее значимых факторов опасности в конкретных условиях эксплуатации воздушного судна.

Под факторами опасности понимаются ошибки экипажа, отказы авиационной техники, опасные воздействия внешней среды, влияющие на безопасность полетов.

Прогнозирование вероятности АП и выявление факторов опасности основывается на методе построения и анализа «дерева факторов опасности».

«Дерево факторов опасности» (введено впервые автором) - это логическая схема, отражающая возможные пути развития факторов опасности и их комбинаций через промежуточные события и барьеры безопасности в авиационное происшествие определенного типа (далее по тексту «дерево»). - Визуально «дерево» представляет- собой графическую модель причинно-следственных связей событий, вершиной которой является прогнозируемое авиационное происшествие определенного типа, а основанием - факторы опасности, инициирующие или сопутствующие развитию АП.

Тип авиационных происшествий - непосредственно наблюдаемые последствия особой ситуации с воздушным судном на земле или в воздухе, например: выкатывание самолета за пределы взлетно-посадочной полосы, потеря управляемости в полете и другие типы событий.

Каждый тип АП характеризуется специфическими сценариями развития событий, а также соответствующими им причинами и последствиями, что требует разработки отдельного «дерева факторов опасности» для каждого типа.

На рис. 1 представлена адаптированная схема развития авиационны происшествий, разработанная Европейской рабочей группой ARMS (Airline Ris Management Solutions), занимающейся вопросами управления рисками дл безопасности полетов в авиакомпаниях. Представленная схема был использована в качестве структуры «дерева».

Факторы опасности

Барьеры предотвращения

Промежуточное событие

Барьеры парирования

Авиационное происшествие

Группа факторов «ЭКИПАЖ»

Группа факторов «ВОЗДУШНОЕ СУДНО»

Группа факторов «СРЕДА»

Промежуточное у собыгие

D о ;

Гп'"4

/ Промежуточное л у ч событие ^J-^ у

чД^ Выкатьюание за jy „jr\ пРеДелы ВПП

U_, Столкновение > в воздухе

Столкновение

ВС

а

к

\д исправного ВС с 'а землей

Столкновение ВС с птицами

Рис.1. Схема развития авиационных происшествий

Возможны тысячи различных сценариев развития аварий и катастроф смоделировать каждый из них, изучив даже всю мировую статистик происшествий, невозможно, так как остаются еще нереализованные сценарии.

Построение «дерева» необходимо, чтобы описать наиболее типичные I выявить кратчайшие пути развития факторов опасности в АП, которы представляют наибольшую угрозу для безопасности полетов.

При традиционном подходе в качестве предмета исследовани рассматривается ограниченное количество факторов опасности, связанных конкретным свершившимся авиационным событием. Разработанный авторо!^ метод ориентирован на анализ всех факторов, потенциально способны; повлиять на безопасность полетов.

Разработка «дерева» основывается на применении комбинированно? РМЕА-РТА методологии анализа технических систем. Это инновационна^ комбинация двух традиционных и широко используемых методов анализа надежности: «Анализ видов и последствий потенциальных отказов» (РМЕА) «Анализ дерева неисправностей» (РТА).

В целях обоснования метода в ходе диссертационного исследования автором было разработано «дерево» одного из сценариев выкатывания самолет: за пределы взлетно-посадочной полосы при посадке.

На основании анализа мировой статистики авиационных происшествий в| работе обоснована актуальность проблемы выкатывания самолетов за пределы взлетно-посадочной полосы.

В рамках научно-исследовательской работы по изучению случаев выкатывания самолетов за пределы ВПП, выполненной в 2012 году Государственным центром «Безопасность полетов на воздушном транспорте», автором проанализированы причины выкатывания самолетов гражданской авиации России за период 2007-2011 гг. Установлено, что основной или сопутствующей причиной почти половины событий явилась посадка со значительным перелетом расчетной зоны приземления вследствие превышения рекомендуемых значений параметров полета - скорости и высоты (рис. 2).

Рис. 2. Результаты анализа причин выкатывания самолетов за пределы ВПП

Полученные результаты подтверждаются исследованиями Голландского института безопасности на воздушном транспорте, в которых фактор посадки с перелетом расчетной зоны приземления установлен одной из основных причин в 38% случаев выкатывания самолетов за пределы ВПП.

Описанный сценарий выкатывания за пределы ВПП изображен на рис. 3 в виде «дерева». Базовые события «дерева» - проявления факторов опасности в полете, обозначены серыми кружочками. Использование максимального реверса двигателей до полной остановки самолета и уход на второй круг при нестабилизированном заходе на посадку представляют барьеры безопасности, которые могут предотвратить авиационное происшествие.

Для описания математической модели прогнозирования вероятности авиационного происшествия каждому событию представленного «дерева» было присвоено цифробуквенное обозначение:

- А0 - выкатывание за пределы ВПП.при посадке;

- Ад/ - посадка со значительным перелетом расчетной зоны приземления;

- А а - неиспользование реверса двигателей до полной остановки самолета (барьер предотвращения авиационного происшествия);

- А0ц - затянутое выравнивание самолета перед посадкой;

- А0/2 - неуход на второй круг при нестабилизированном заходе на посадку (барьер парирования развития особой ситуации);

- Аот — превышение рекомендованной руководство по летной эксплуатации (РЛЭ) скорости пролета порога ВПП;

- Аот ~ превышение рекомендованной РЛЭ высоты пролета порога

ВПП.

О Прочие причины

Посадка со

значительным перелетом расчетной зоны приземления вследствие невыдерживания рекомендуемых параметров полета

Лот " Ао] 12

Рис. 3. «Дерево» одного из сценариев выкатывания самолета за пределы ВПП

Дополнительно были введены коэффициенты к - условные вероятносп реализации причинно-следственных связей «дерева», отражающий неопределенность и случайность развития особой ситуации в полете:

- к0, - условная вероятность выкатывания на посадке со значительные перелетом расчетной зоны приземления;

- к02 - условная вероятность предотвращения выкатывания самолета за пределы ВПП при использовании максимального реверса двигателей до полно"! остановки самолета;

- коп ~ условная вероятность посадки со значительным перелетом! расчетной зоны приземления при затянутом выравнивании самолета экипажем;

- к0,2 - условная вероятность посадки со значительным перелетов расчетной зоны приземления при неуходе на второй круг;

- кош ~ условная вероятность затянутого выравнивания самолета экипажем вследствие превышения рекомендованной РЛЭ скорости пролета порога ВПП;

— кои2 — условная вероятность затянутого выравнивания самолета экипажем вследствие превышения рекомендованной РЛЭ высоты пролета порога ВПП.

Например, при повышенной скорости полета на посадке экипаж может применить затянутое выравнивание для уменьшения скорости или совершить посадку на повышенной скорости, но в пределах расчетной зоны приземления.

Таким образом, усовершенствована процедура метода анализа «дерева» отказов применительно к проблематике прогнозирования и предупреждения АП.

«Дерево», представленное на рис.3, с учетом введенных обозначений в работе было описано уравнениями вида:

Р(А0)=*„,- [кш ■ Р(АШ) ■ к012 ■ Р(Аоп)]•(!- ¿02) • ДА:) , (1) ф011)=1-А01И-[1-/'(Лп1)]^ои2-[1-ПЛц2)]- (2)

При получении прогнозной оценки вероятности авиационного происшествия, превышающей предупредительный уровень, определяются ветви и узлы «дерева», вносящие наибольший вклад в вероятность авиационного происшествия, и таким образом, выявляются наиболее значимые факторы опасности. При этом исследование строится по принципу «сверху - вниз» до уровня базовых событий «дерева» — проявлений факторов опасности в полете.

Предупредительный уровень прогнозной вероятности авиационного

происшествия Рп"ед определяется согласно рекомендациям ИКАО для оценки предупредительного уровня относительного показателя безопасности полетов:

РАп"т = тР+3-аР, (3)

где тр и ар, соответственно, математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение прогнозной оценки вероятности авиационного происшествия, определенные по накопленной статистике прогнозных оценок.

В третьей главе разработано информационное обеспечение «дерева факторов опасности», выбраны методы оценки вероятностей проявления в полете факторов опасности (события А) и коэффициентов к, приведенных в уравнениях (1) и (2), по объективным эксплуатационным данным авиакомпании и статистическим данным авиационных происшествий.

..... Вероятности превышения рекомендованных руководством по летной

эксплуатации значений скорости и высоты пролета порога ВПП оцениваются по результатам анализа полетной информации.

Отклонения фактического значения скорости (высоты) полета над порогом ВПП от нормативного значения этой величины в каждом исследуемом полете рассчитывались по формулам:

AV = V, , ДЯ = Я^ -Я„ . (4)

Факт Норм Факт Норм

В качестве исходной статистики использовались данные о параметрах техники пилотирования летных экипажей авиакомпании «Волга-Днепр» на самолетах типа Ан-124-100, полученные по результатам расшифровки полетной информации.

Статистические данные отклонений параметров полета не всегда могу быть описаны известными законами распределения.

Для оценки вероятности отклонений параметров полета от и рекомендованных значений применена методика, использующа математический аппарат статистики экстремальных значений, при этом н требуется определять закон и параметры распределения случайной величинь Данная методика применяется в некоторых авиакомпаниях.

Рассмотрено применение этой методики для оценки вероятност отклонения скорости А У.

Экстремальные значения АУ^ параметрам)Уподчиняются так называемы

асимптотическим законам распределения независимо от вида распределени самой величины А V. Таким асимптотическим законом для описани распределения максимальных значений случайной величины АУ являете двойное экспоненциальное распределение:

Г(АУ) = е~е~У, (5

где V — нормированное отклонение.

Процедура построения закона распределения (5) по данным параметра АI в выполненных полетах исследуемого пилота сводится к следующему:

1. Исходными данными являются (в рассматриваемом случае = 100) значений параметра АУ, рассматриваемые как экстремальные значени

ЬУэт-

2. Значения ДУэт располагаются в вариационный ряд в порядк возрастания АУ^ <Д<...<ДV ^ С—ДК^^.

3. Для каждого члена вариационного ряда вычисляются ег накопленная частота:

Р(АУэт) = ^, (6

и нормированное отклонение:

V

т=-\п[-\пР(АУэт)\. (7

4. В координатах А У, V наносятся точки, соответствующи экстремальным значениям АУэт и вычисленным по формуле (7) значения, нормированного отклонения V. Через полученные точки проводится аппроксимирующая линия, которая является искомой функцией распределения параметра А У(рис. 4).

Для параметра А У конкретного пилота автором была получена аппроксимирующая линия, описываемая уравнением вида:

у = 0,1622 ЛК + 0,6318. (8)

Вероятность события АУ > 20 (где 20 - верхняя граница допустимого отклонения скорости пролета порога ВПП от рекомендуемого значения) была оценена на основании уравнений (5) и (8):

Р{АУ>20) = 1-Г(20; = 0,02. (9)

Нормированное отклонение. V б

5

0,1622^+0,6318

4

3

• -1

..'

о

-1

-15

-10

о

10

15

20

25

Величина отклонений¿1V

Рис. 4. Кривая плотности двойного экспоненциального распределения АУ

Согласно статистическим данным, неблагоприятные ветровые условия спровоцировали более 30% всех авиационных происшествий при заходе на посадку и посадке. Превышение попутным ветром ожидаемого значения является потенциальной причиной повышенной скорости полета на посадке.

Таким образом, представляется актуальным оценить вероятность отклонения фактической величины ветра от данных метеослужб аэропорта (АТИС) для конкретного аэродрома. Это позволит повысить информационную осведомленность экипажа, снизить возможное опасное воздействие ветра на безопасность полетов на этапе посадки и предупредить до 30% авиационных происшествий на посадке, связанных с фактором ветра.

При проведении расчетов были использованы следующие параметры (в квадратных скобках указаны единицы измерения):

- Р—атмосферное давление на аэродроме взлета/посадки, [мм рт.ст.];

- I - температура воздуха на аэродроме взлета/посадки, [градусы по шкале Цельсия];

- Матис- величина скорости ветра по данным метеослужб аэропорта, [м/с];

- 5- метеорологическое направление ветра по данным АТИС, [градусы];

- К-магнитный курс самолета, [градусы];

- V- приборная (индикаторная) скорость самолета, [км/ч];

- У„ - путевая скорость самолета, [км/ч];

- УС-угол сноса, [градусы].

По навигационному треугольнику скоростей (рис. 5) рассчитывается отклонение фактической величины продольной составляющей ветра от величины, определенной по данным метеослужбы аэропорта:

^ ^проб ^пробФАКТ ^проб_А ТИС'

и ФАКТ= ^2 + Уп2-ЪУ-Уп-сжУС,

2 2 0 II +У -V 1

УВ = кссо5( ФАКТ-'

V ■и п ФАКТ

Л

ипроб_ФАКТ ='иФАКТ 'С05(УЙ)' и проб _АТИС = -и А ТИС •С03((* "'^'' '

(10) (И)

(12)

(13)

(14)

Рис. 5. Навигационный треугольник скоростей

На основании данных по 1483 взлетам и посадкам, выполненным на самолетах типа Ил-76ТД-90ВД, автором построена гистограмма отклонений

Аипрод (РИС-6)-

-7-3-5-4-3-2-13 1 2 3 -5 £ ® 7 г 9 10 Величина отклонений Л ИкроЬ Рис. 6. Гистограмма ДУПр0д и кривая плотности нормального распределения

Распределение отклонений ^прод описывается нормальным законом

(гипотеза подтверждается по критерию Пирсона), что позволяет рассчитать вероятность превышения допуска (попутный ветер более 5 м/с) и выдать соответствующие рекомендации экипажу для снижения вероятности авиационного происшествия при посадке в конкретном аэропорту. Установлено, что в 2010-2011 гг. для аэропорта Кандагар вероятность превышения попутной составляющей ветра допустимого значения (5 м/с) составила 0,019, а для аэропорта Кувейт - 0,038 (указаны верхние границы доверительных интервалов).

Вероятности ошибочных решений экипажа (неуход на второй круг при нестабилизированном заходе на посадку и неиспользование максимального реверса двигателей до полной остановки самолета) могут быть оценены как отношение количества полетов, в которых возникала соответствующая особая ситуация (нестабилизированный заход на посадку или угроза выкатывания самолета) и экипаж не выполнял предписанные для таких особых ситуаций действия, к общему количеству соответствующих особых ситуаций, возникших за определенный период.

По данным группы экспертов ИКАО, изучающей методы сокращения АП при заходе на посадку и посадке, только в 17% нестабилизированных заходов на посадку экипаж своевременно ушел на второй круг. Как базовое значение вероятности события Л012 автором предложено использовать значение 0,83, которое в конкретных расчётах следует корректировать по психофизиологическим и профессиональным характеристикам конкретного пилота.

Статистической информации одной авиакомпании недостаточно для оценки вероятности неиспользования экипажем максимального реверса двигателей до полной остановки самолета при угрозе выкатывания за пределы ВПП. В ходе исследования случаев выкатывания самолетов за пределы ВПП, проведенного Государственным центром «Безопасность полетов на воздушном транспорте», автором установлено, что только в 6% случаев экипаж не выключал на пробеге реверс двигателей, используя его на максимальном режиме до полной остановки самолета. Вероятности события Л02 соответствует значение 0,94.

Условные вероятности к оцениваются по статистике реальных полетов в конкретной авиакомпании (,кош; к0П2; кои; к0,2), по статистике авиационных событий (к01; к02) или с использованием экспертных оценок. В последнем случае формируется анкета следующего типа (таблица 1):

Таблица 1.

Анкета экспертного опроса на примере коэффициента

Осуществились события В скольких случаях на 100 полетов осуществится событие... Оценка эксперта

1 2 3

Превышение рекомендованной РЛЭ скорости пролета порога ВПП Затянутое выравнивание самолета экипажем перед посадкой к "•0111/

По результатам экспертного опроса вычисляется итоговая оценка коэффициента как среднее геометрическое оценок экспертов:

*ош=(П*о,п,)""-10-\ (15)

м

где п - количество опрошенных экспертов.

В четвертой главе рассматривается применение основных результатов диссертационного исследования в Автоматизированной системе прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий при организации и производстве воздушных перевозок (АСППАП) в авиакомпании «Волга-Днепр».

Метод анализа «дерева факторов опасности» был использован при разработке программного обеспечения модуля АСППАП «Оперативный прогноз».

Автором разработаны «деревья факторов опасности» 10 типов авиационных происшествий. Модели были запрограммированы в АСППАП.

Около 83% полученных прогнозных оценок вероятности выкатывания самолета за пределы взлетно-посадочной полосы на посадке попали в диапазон МО"* - 110"7 (рис. 7, произведены прогнозы по 726 полетам, выполненным в течение июля-октября 2011 года).

Количество прогнозов 120

100

80

60

40

20

П-

0

7.00H-0S 2,00Е-07 6..00Е-06 2,00Е-05 1,00Е-04 4,00Е-03 Прогнозная оценка вероятности выкатывания Рис. 7. Прогнозные оценки вероятности выкатывания самолета Адекватность полученных значений вероятностей подтверждается относительной сходимостью с результатами разработчиков модели CATS, по оценкам которых вероятность выкатывания самолета, оцененная по статистике авиационных событий для разных ситуаций, находится в диапазоне 10 - 10" .

Согласно статистическим данным, на случаи продольного выкатывания приходится порядка 60% от общего количества событий, на боковое выкатывание - соответственно 40%. Приведенное соотношение было также подтверждено прогнозами с использованием модели «дерева факторов опасности» - прогнозная оценка вероятности продольного выкатывания превышает прогнозную оценку вероятности бокового выкатывания.

По формуле (3) был рассчитан предупредительный уровень прогнозной вероятности АП вследствие выкатывания самолета (рис. 8), при превышении которого следует выявлять наиболее значимые факторы опасности и разрабатывать предупреждающие мероприятия по минимизации их влияния на безопасность полетов.

Вероятность авиационного происшествия

.%00Е-04 -Прогнозная оценка -----т — -т~Зо

Рис. 8. Предупредительный уровень вероятности авиационного происшествия (.т=3,67-10-5; <1=4,72-10'5)

Заключение

В диссертационной работе разработан, обоснован и реализован метод прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий на основе исследования сценариев развития авиационных происшествий, оценки их вероятностей и выявления наиболее значимых факторов опасности в конкретных условиях эксплуатации воздушного судна. Получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ результатов исследований по проблеме прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий, в результате которого выявлено отсутствие практически реализованных методов, позволяющего оценить вероятность авиационного происшествия определенного типа и выявить наиболее значимые факторы опасности в конкретных условиях полета.

2. Разработан и обоснован метод прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий на основе анализа «дерева факторов опасности», который позволяет оценивать вероятность авиационного происшествия определенного типа и выявлять наиболее значимые угрозы безопасности полетов в конкретных условиях эксплуатации воздушного судна:

- усовершенствован метод анализа «дерева» отказов применительно к проблематике авиационных происшествий: введено новое понятие - «дерево факторов опасности»; введены коэффициенты, отражающие неопределенность и случайность развития авиационного происшествия; разработана процедура построения «дерева факторов опасности»; в анализ включены, кроме отказов технических систем, ошибки пилотов, опасные воздействия внешних условий;

- уточнены причинно-следственные связи авиационных происшествий при выкатывании самолета за пределы взлетно-посадочной полосы на посадке;

- разработано «дерево» одного из наиболее возможных сценариев выкатывания самолета, применение которого позволяет предупредить до 50% авиационных происшествий, связанных с посадкой при значительном перелете расчетной зоны приземления.

3. Разработано информационное обеспечение «дерева факторов опасности»:

- проведены статистические исследования параметров, определяющих качество техники пилотирования; выбраны методы оценки вероятности отклонения параметров от заданных ограничений по результатам анализа полетной информации;

- разработан и апробирован метод оценки достоверности прогнозов скорости и направления ветра на аэродроме по результатам анализа полетной информации и навигационного треугольника скоростей;

- доказано, что отклонение фактического значения попутной составляющей ветра от значения, получаемого экипажем от метеослужб аэропорта, описывается нормальным законом распределения, что позволяет рассчитать вероятность превышения заданного допуска, повысить информационную осведомленность экипажа о неблагоприятных ветровых условиях и предупредить до 30% авиационных происшествий на посадке, связанных с фактором ветра.

4. Результаты диссертационного исследования внедрены в

программное обеспечение модуля.....«Оперативный прогноз» в

Автоматизированной системе прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий в авиакомпании «Волга-Днепр»:

- разработаны «деревья факторов опасности» 10 типов авиационных происшествий;

- подтверждена адекватность получаемых прогнозных оценок вероятностей авиационных происшествий относительной сходимостью с результатами других исследований;

- в соответствии с рекомендациями ИКАО определен предупредительный уровень прогнозной вероятности авиационного происшествия вследствие выкатывания самолета, который составил 1,78-10"4.

Практическая ценность проведенных автором исследований подтверждается также рекомендациями Государственного центра «Безопасность полетов на воздушном транспорте» по применению в авиакомпаниях подхода к предупреждению авиационных происшествий вследствие выкатывания самолета за пределы взлетно-посадочной полосы, основанного на методе анализа «дерева факторов опасности» (акт от 25.11.2012 г., ФАУ «ГосЦентр безопасности полетов», г. Москва).

Личный вклад автора состоит в разработке метода прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий на основе анализа «дерева факторов опасности», разработке процедуры построения «дерева факторов опасности», разработке «деревьев» 10 типов авиационных происшествий, разработке информационного обеспечения «дерева факторов опасности», анализе материалов расследования авиационных происшествий, подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Список опубликованных по теме диссертации работ

В изданиях, рекомендованных ВАК России, для публикации материалов диссертационных работ:

1. Макаров В.П., Николайкин Н.И. Прогнозирование и предупреждение авиационных происшествий как метод снижения экологической опасности авиаперевозок // Всероссийский научно-методический и информационный журнал «Безопасность в техносфере». - 2012. -№4 (37). - С. 35 - 41.

2. Бутов A.A., Волков М.А., Макаров В.П., Орлов А.И., Шаров В.Д. Автоматизированная система прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий при организации и производстве воздушных перевозок // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2012. -Том 14,№174 (2).-С. 380-385.

3. Шаров В.Д., Макаров В.П. Методология применения комбинированного метода FMEA-FTA для анализа риска авиационного события // Научный вестник МГТУ ГА. - 2011. - №174. - Сер. «Эксплуатация воздушного транспорта. Безопасность полетов». — С. 18—24.

В других изданиях:

4. В.Д.Шаров, В.П.Макаров, А.А.Бутов, А.И.Орлов «О разработке автоматизированной системы прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий» // Материалы конференции «Управление в технических, эргатических, организационных и сетевых системах» (УТЭОСС-2012). - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2012. -С.256-259.

5. A.A. Бутов, А.И. Орлов, В.Д. Шаров, В.П. Макаров Разработка автоматизированной системы прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий в авиапредприятии // Идеи К.Э. Циолковского: прошлое, настоящее, будущее: материалы XLVII Научных чтений памяти К.Э.Циолковского - Калуга: Издательство «Эйдос», 2012 - 422с.

6. Шаров В .Д., Макаров В.П., Орлов А.И. Прогнозирование и предотвращение авиационных происшествий при организации и производстве воздушных перевозок // Самолетостроение России. Проблемы и перспективы: материалы симпозиума с международным участием / Самарск. гос. аэрокосм, ун-т. - Самара: СГАУ, 2012. - С.430-431.

7. Шаров В .Д., Макаров В.П., Раводин К.О., Орлов А.И. Проблемы разработки автоматизированной системы прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий // «Управление развитием крупномасштабных систем (MLSD'2012)». Шестая международная конференция, 1-3 окт. 2012 г., Москва. - Материалы: в 2 т. / общ. ред. С.Н. Васильев, А.Д. Цвиркун. - М.: ИПУ РАН, 2012. -2 т. (секции 5-10). - С.132-135.

8. Волков М.А., Макаров В.П., Орлов А.И., Рухлинский В.М., Санников И.А., Шаров В.Д. Прогнозирование безопасности полетов и экономическая оценка рисков. - Стратегическое планирование и развитие предприятий. Секция 5 / Материалы Тринадцатого всероссийского симпозиума. Москва, 10-11 апреля 2012 г. Под ред. чл.-корр. РАН Г.Б. Клейнера. - М.: ЦЭМИ РАН, 2012. - С.43-45.

9. Шаров В.Д., Макаров В.П., Орлов А.И., Волков М.А., Санников И.А., Рухлинский В.М. Контроллинг при управлении безопасностью полетов. -Материалы II Международного Конгресса по контроллингу: выпуск №2 / Под ред. С.Г. Фалько. - М.: НП «Объединение контроллеров», 2012. - С.222-232.

10. Волков М.А., Шаров В.Д., Макаров В.П. Разработка автоматизированной системы прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Сборник тезисов докладов участников международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию образования МГТУ ГА. - М.: МГТУ ГА, 2011. - С. 82.

11. Макаров В.П., Зубков Б.В. Определение вероятностных показателей для прогнозирования и предупреждения опасных событий // Сборник научных статей V международной научно-технической конференции «Наука, образование, производство в решении экологических проблем», том I. 2008г. Уфа, Россия.

12. Проведение исследований и обобщение происшедших в 2011 году инцидентов, связанных с выкатыванием самолетов коммерческой авиации за пределы взлетно-посадочной полосы на этапе посадки. Разработка дополнительных рекомендаций инструкторскому и летному составу по их предотвращению. Выпуск визуализации по наиболее серьезным событиям // Отчет по НИР, УДК 629.73.07; № госрегистрации 01201264787. Утверждено Гос.Центром безопасности полетов 08.10.12.

Соискатель Макаров В.П.

Подписано в печать: 05.04.2013 Тираж: 100экз.3аказ№958 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77 www.reglet.ru

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи

МАКАРОВ ВАЛЕРИЙ ПЕТРОВИЧ

04201356598

МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА «ДЕРЕВА ФАКТОРОВ ОПАСНОСТИ»

Специальность 05.22.14 - Эксплуатация воздушного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Б.В. Зубков

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

Список использованных терминов и сокращений............................... 4

ВВЕДЕНИЕ............................................................................... 7

Глава 1 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОБЛЕМЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ.......................................................................................... 17

1.1 Теоретические исследования в области прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий............................................ 17

1.1.1 Оценки авиационных происшествий на основе построения точных математических моделей............................................................... 18

1.1.2 Применение экспертных оценок для анализа безопасности полетов.. 19

1.1.3 Статистические оценки вероятности авиационных происшествий.... 21

1.1.4 Логико-вероятностная модель развития авиационного происшествия............................................................................ 22

1.1.5 Исследование уязвимости системы в задаче оценки вероятности авиационного события.................................................................. 25

1.2 Прогностический метод управления безопасностью полетов................ 32

1.3 Причинная модель безопасности полетов на воздушном транспорте.... 34

1.4 Прогнозирование и предупреждение происшествий в других

отраслях повышенного риска......................................................... 37

Выводы по главе 1...................................................................... 40

Глава 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА «ДЕРЕВА ФАКТОРОВ ОПАСНОСТИ»................ 41

2.1 Разработка метода анализа «дерева факторов опасности»............... 41

2.2 Разработка процедуры построения «дерева факторов опасности»....... 46

2.3 Апробация метода анализа «дерева факторов опасности»................. 52

2.3.1 Актуальность проблемы выкатывания самолетов за пределы взлетно-посадочной полосы......................................................... 52

2.3.2 Разработка «дерева факторов опасности» одного из сценариев

выкатывания самолета за пределы взлетно-посадочной полосы.............. 55

Выводы по главе 2...................................................................... 67

Глава 3 РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ «ДЕРЕВА ФАКТОРОВ ОПАСНОСТИ»......................................................... 69

3.1 Метод оценки вероятности проявления факторов опасности в полете

по результатам анализа данных полетной информации........................ 69

3.2 Разработка метода оценки достоверности прогноза скорости и направления ветра на аэродроме.................................................... 77

3.3 Метод оценки вероятности принятия экипажем ошибочных

решений................................................................................... 83

3.4 Метод оценки условных вероятностей «дерева факторов опасности».. 85

Выводы по главе 3...................................................................... 87

Глава 4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА В АВИАКОМПАНИИ...................................................... 88

4.1 Разработка автоматизированной системы прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий.................................... 88

4.2 Модуль «Оперативный прогноз» АСППАП................................... 90

4.3 Процедура выполнения оперативного прогноза............................. 92

4.4 Развитие метода прогнозирования и предупреждения авиационных

происшествий в системе АСППАП.................................................. 95

Выводы по главе 4...................................................................... 97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................... 98

Список использованных источников................................................ 101

Приложения.............................................................................. 112

Список использованных терминов и сокращений

В настоящем работе используются следующие термины с соответствующими определениями:

«Дерево факторов Логическая схема, отражающая возможные пути опасности» развития факторов опасности и их комбинаций через

промежуточные события и барьеры безопасности в авиационное происшествие определенного типа (введено впервые в настоящей работе). Промежуточное Этап развития авиационного происшествия, когда его событие можно избежать, только если барьеры безопасности есть

в наличии и задействованы (на основании [90, 95]). Тип событий Непосредственно наблюдаемые последствия особой

ситуации с воздушным судном на земле или в воздухе [51]: выкатывание за пределы взлетно-посадочной полосы, потеря управляемости в полете и другие. Фактор опасности Состояние, условие или объект, обладающий

потенциальной возможностью нанести травму персоналу, причинить ущерб оборудованию или конструкции, вызвать их уничтожение или понизить способность авиационно-транспортной системы осуществлять предписанную функцию [58].

В настоящем работе используются следующие сокращения с соответствующими расшифровками:

АК - авиакомпания;

АЛ - авиационное происшествие;

АТИС (ATIS - Automatic Terminal Information Service) -автоматизированная система передачи метеорологической, навигационной и важной эксплуатационной информации в районе аэродрома;

АС - аварийная ситуация;

АСОБП - автоматизированная система обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации Российской Федерации;

АСППАП - Автоматизированная система прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий при организации и производстве воздушных перевозок в авиакомпании «Волга-Днепр»;

ВС - воздушное судно;

ВПП - взлетно-посадочная полоса;

ГА - гражданская авиация;

ИКАО - Международная организация гражданской авиации;

КС - катастрофическая ситуация;

РЛЭ - руководство по летной эксплуатации;

РУБП - руководство по управлению безопасностью полетов;

СС - сложная ситуация;

УУП - усложнение условий полета;

ФО - фактор опасности;

ADREP (Accident/Incident Date Reporting) - система представления данных об авиационных происшествиях и инцидентах;

ARMS (Airline Risk Management Solutions) - рабочая группа по разработке решений для управления рисками в авиакомпаниях;

CATS (Causal Model for Air Transport Safety) - причинная модель безопасности полетов на воздушном транспорте;

CFIT (Controlled Flight into Terrain) - столкновение исправного воздушного судна с землей;

EASA (European Aviation Safety Agency) - Европейское агентство авиационной безопасности;

ESD (Event Sequence Diagram) - диаграмма последовательности событий;

FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) - анализ видов и последствий потенциальных отказов;

FT (Fault Tree) - «дерево» отказов;

FTA (Fault Tree Analysis) - метод анализа «дерева» отказов;

IATA (International Air Transport Association) - Международная ассоциация воздушного транспорта;

LOSA (Line Operations Safety Audit) - программа проведения проверок безопасности полетов при производстве полетов авиакомпаниями;

MEL (Minimum Equipment List) - перечень оборудования, с отказами которых допускается выполнять полет при выполнении соответствующих условий;

RE (Runway Excursion) - выкатывание самолета за пределы взлетно-посадочной полосы;

SIRA (Safety Issue Risk Assessment) - оценка риска событий, влияющих на безопасность полетов.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Несмотря на достигнутые успехи в области обеспечения безопасности полетов продолжают иметь место авиационные происшествия. Так в 2011 г. в гражданской авиации России произошло 6 катастроф, что составило 21,4% от количества всех катастроф в мире, в результате которых погибло 97 человек, что составило 19,1% от общего количества погибших [43]. Россия по результатам 2011 года стала страной с самым большим количеством авиационных катастроф, опередив все африканские страны, вместе взятые. По итогам 2012 г. Россия заняла первое место по показателю количества авиационных катастроф на страну [10].

По данным [80] Международной организации гражданской авиации (ИКАО), увеличение объемов воздушных перевозок в последние годы сопровождается ростом количества авиационных происшествий (рис. 1).

Количество

■ Полеты ■ Авиационные происшествия

Количество авиационных происшествий

130

2009

2010

2011

Рис. 1. Рост количества авиационных происшествий (данные 2012 г. не были опубликованы на момент написания работы)

Статистические данные, представленные на рис. 1, подтверждают прогнозы специалистов компании Boeing [85], которые отмечают, что при продолжающемся снижении относительного показателя количества авиационных происшествий на 1 млн. полетов, в будущем возможно увеличение количества авиационных происшествий, если не будут реализованы дополнительные меры по их предупреждению (рис. 2).

1959 1969 19"9 1989 1999 2009 2019 2029

Рис. 2. Прогноз роста количества авиационных происшествий На актуальность исследования по теме диссертации указывают также результаты анализа современного состояния и проблем развития транспорта в России, изложенные в «Транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года» [64]. Среди главных проблем развития транспортной отрасли отмечены «...недостаточный уровень транспортной безопасности...» и необходимость «... снижения количества аварий и катастроф...», что может быть решено в гражданской авиации прогнозированием и предупреждением авиационных происшествий.

Задача прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий до настоящего времени не решена в полном объеме. Используемые в авиакомпаниях методы управления безопасностью полетов в основном направлены на профилактическую работу с произошедшими авиационными событиями и на выявление опасных тенденций в технике пилотирования летного состава, в техническом состоянии воздушных судов. Исследуется ограниченное количество факторов и не решается задача выявления в конкретных условиях наиболее значимых факторов опасности.

Таким образом, разработка метода прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий актуальна для повышения уровня безопасности полетов гражданской авиации.

Степень разработанности вопроса. Вопросами прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий занимаются различные организации: ИКАО, Международная ассоциация воздушного транспорта (ИАТА), Всемирный фонд безопасности полетов и другие. В России значительных вклад в решение вопросов безопасности полетов внесли работы ГосНИИ ГА, ГЦБПВТ, МГТУ ГА, авиакомпаний «Аэрофлот», «Трансаэро», «Сибирь», «Волга-Днепр» и других организаций, а также труды ученых и исследователей в области безопасности полетов, таких как Воробьев В.В., Гипич Г.Н., Гузий А.Г., Зубков Б.В., Куклев Е.А., Рухлинский В.М. и другие.

В выполненных к настоящему времени исследованиях недостаточно полно разработаны методы, позволяющие оценить вероятность авиационного происшествия определенного типа и выявить наиболее значимые факторы опасности в конкретных условиях полета. Указанный недостаток определил цель и задачи данного исследования.

Объектом исследования является система управления безопасностью полетов в авиакомпании.

Предметом исследования является прогностический метод управления безопасностью полетов.

Целью исследования является разработка и обоснование метода прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий на основе исследования сценариев развития авиационных происшествий, оценки их вероятностей и выявления наиболее значимых факторов опасности в конкретных условиях эксплуатации воздушных судов.

Цель диссертационного исследования достигается решением следующих задач:

- анализ результатов выполненных исследований по проблеме прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий, определение ограничений разработанных подходов по данной теме и путей их совершенствования;

- разработка метода прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий на основе анализа «дерева факторов опасности»;

- разработка информационного обеспечения «дерева факторов опасности»;

- внедрение разработанного метода в деятельность авиакомпании.

Методы исследования диссертационной работы основаны на

применении системного анализа, математического моделирования, математической статистики и теории вероятностей.

Информационная база исследования включает в себя:

- статистические данные эксплуатационной деятельности авиакомпании «Волга-Днепр»;

- данные из книг, журнальных статей, научных докладов и отчётов, материалов научных конференций, семинаров;

- ежегодные анализы безопасности полетов в России и в мире;

- материалы расследований авиационных событий;

- официальные документы: федеральные законы, постановления Правительства РФ, документы ИКАО, руководящие документы авиакомпании «Волга-Днепр»;

- результаты собственных расчётов.

Научная новизна результатов исследования, полученных лично автором, заключается:

- в усовершенствовании метода анализа «дерева» отказов применительно к проблематике прогнозирования авиационных происшествий: введены коэффициенты, отражающие неопределенность и случайность развития

авиационных происшествий, введено новое понятие - «дерево факторов опасности», разработана процедура построения «дерева факторов опасности»;

- в разработке и обосновании метода прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий на основе анализа «дерева факторов опасности», позволяющего оценивать вероятность авиационного происшествия определенного типа и выявлять наиболее значимые факторы опасности в конкретных условиях эксплуатации воздушных судов;

- в разработке модели прогнозирования авиационных происшествий одного из сценариев выкатывания самолета за пределы взлетно-посадочной полосы (ВПП) при посадке;

- в разработке и апробации метода оценки достоверности прогнозов скорости и направления ветра на конкретном аэродроме по результатам анализа полетной информации.

Перечисленные выше научные результаты выносятся на защиту.

Достоверность результатов исследования подтверждается относительной сходимостью выполненных по разработанному методу прогнозов авиационных происшествий с результатами других исследований и статистическими данными; непротиворечивостью разработанного метода используемой практике предупреждения техногенных происшествий в других отраслях и положениям современной науки.

Практическая значимость исследования заключается в следующем:

- применение разработанной модели одного из сценариев выкатывания самолетов за пределы взлетно-посадочной полосы позволяет предупредить до 50% возможных авиационных происшествий данного типа, связанных с посадкой при значительном перелете расчетной зоны приземления;

- применение метода расчета отклонения фактического значения попутной составляющей ветра от значения, получаемого экипажем от метеослужб аэропорта, позволяет оценить вероятность превышения заданного допуска, повысить информационную осведомленность экипажа о

неблагоприятных ветровых условиях и предупредить до 30% авиационных происшествий на посадке, связанных с фактором ветра.

Реализация результатов работы. Разработанный метод прогнозирования и предупреждения авиационных происшествий реализован в программном обеспечении модуля «Оперативный прогноз» в Автоматизированной системе прогнозирования и предотвращения авиационных происшествий в авиакомпании «Волга-Днепр», а также в виде рекомендаций Государственного центра «Безопасность полетов на воздушном транспорте» для применения в авиакомпаниях.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование выполнено в соответствии с паспортом специальности 05.22.14 «Эксплуатация воздушного транспорта», п.З «Системы и процессы:... предупреждения авиационных происшествий и инцидентов...».

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на XX Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» в 2012 г. (г. Москва); на III Международной научно-практической конференции «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития» в 2012 г. (г. Ульяновск); шестой Международной конференции «Управление развитием крупномасштабных систем» в 2012 г. (г. Москва); XLVII Научных чтениях памяти К. Э. Циолковского в 2012 г. (г. Калуга); Международном симпозиуме «Самолетостроение России. Проблемы и перспективы» в 2012 г. (г. Самара); тринадцатом Всероссийском симпозиуме «Стратегическое планирование и развитие предприятий» в 2012 г. (г. Москва); Международной научно-технической конференции «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» в МГТУ ГА в 2011 г. (г. Москва); Международной научно-практической конференции «Управление большими системами» в ИМПУ РАН в 2011 г. (г. Москва).

Научные работы, включающие результаты диссертационного исследования, заняли первые места во Всероссийских конкурсах: «Молодые ученые транспортной отра�