автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Разработка автоматизированной системы обучения экипажей принятию решений по предотвращению авиационных происшествий

На правах рукописи УДК 378: 656.7

ЛАЧИНОВ Олег Леонидович

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ ЭКИПАЖЕЙ ПРИНЯТИЮ РЕШЕНИЙ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ

Специальность 05.22.14 - "Эксплуатация воздушного транспорта"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Ульяновск - 2003

Диссертационная работа выполнена на кафедре "Конструкции и эксплуатации воздушных судов и авиадвигателей" Ульяновского высшего авиационного училища гражданской авиации

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Мехоношин Владимир Семенович

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Ципенко Владимир Григорьевич;

- кандидат технических наук, доцент Лобарь Сергей Григорьевич

Ведущая организация - авиакомпания "Волга-Днепр"

Защита состоится 20 ноября 2003 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 223.011.01 при Московском Государственном техническом университете гражданской авиации по адресу:

125993, г. Москва, А-493, ГСП-3, Кронштадтский бульвар, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

Автореферат разослан 20 октября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

/у

С.К. Камзолов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Формирование знаний, навыков и умений (ЗНУ) по предотвращению авиационных происшествий (АП) при возникновении особых ситуаций (ОС) в полете является одним из важнейших направлений развития концепции предотвращения АП.

Процесс летной эксплуатации воздушного судна (ВС) протекает в рамках системы "экипаж-ВС-окружаюшая среда" (ЭВСС), взаимодействующей с другими элементами авиационной транспортной системы (АТС). Практика летной эксплуатации подтверждает необходимость обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП.

Актуальность этой задачи объясняется тем, что проблема подготовки летного состава (ЛС) в гражданской авиации (ГА) России в настоящее время приобрела особую острогу. Тяжелые авиационные происшествия, имевшие место в 2001 г., и анализ результатов их расследования свидетельствуют, что причины подавляющего большинства АП (12 из 15 в 2001 г.) связаны с личностным фактором специалистов из числа ЛС.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования в данной работе является процесс первоначальной учебно-летной подготовки курсантов специализации 240301 "Летная эксплуатация ВС". Предметом исследования является обучение курсантов принятию решений по предотвращению АП на этапе теоретического обучения.

Цель исследования. Главная цель исследования заключается в повышении уровня профессиональной обученности курсантов специализации 240301 "Летная эксплуатация ВС" принятию решений по предотвращению АП при возникновении ОС в полете.

Задачи исследования. Для достижения главной цели исследования разработана "Автоматизированная система обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП" (АОС). Разработка АОС проведена применительно к самолету первоначального летного обучения (ПЛО) Як-18Т.

В процессе разработки АОС последовательно решены следующие задачи:

1. Проведен анализ методических основ концепции предотвращения АП и процесса принятия решений при возникновении ОС в полете.

2. Проведен системный анализ процесса обучения ЛС принятию решений по предотвращению АП и сформированы требования к синтезу модели АОС.

3. Разработана модель АОС и проведено исследование системы на базе этой модели с целью определения основных параметров компонентов АОС.

4. Разработано информационное и программное обеспечение АОС.

5. Разработанная АОС реализована применительно к самолету ПЛО и проведена оценка ее эффективности в процессе первоначальной учебно-летной подготовки.

АОС содержит учебную информационную Базу Данных (БД), обеспечивающую возможность хранения и оперативного использования различных видов информации, а также ее быструю сортировку по таким признакам, как: тип ВС, член экипажа, дисциплина и функциональная система (ФС), этап эксплуатации, степень опасности ОС и т. д. БД содержит информацию об особых случаях в полете (ОСП) и

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА ]

отказах ФС в соответствии с Руководством по летной эксплуатации (РЛЭ) самолета Як-18Т. а также об имевших место в практике эксплуатации данного типа ВС авиационных событиях. БД открыта для ввода дополнительной информации по АП, предоставляемой экспертами (пилотами-инструкторами и специалистами по расследованию АП).

Задача предотвращения АП при возникновении на борту ВС какой-либо ОС связана с ге распознаванием и принятием зачастую нестандартного решения, не предусмотренного РЛЭ. В связи с этим АОС обеспечивает возможность построения на основе анализа нормативно-технических источников и данных по расследованию АП сценариев особых ситуаций, содержащих значимые признаки ОС, описание имевших место авиационных событий с аналогичными признаками, а также эталонные алгоритмы принятия и реализации решений по предотвращению АП; построения обучаемыми своих вариантов алгоритмов принятия и реализации решений и их автоматического сравнения с эталонными. Тем самым в АОС автоматизирован процесс обучения принятию решений по предотвращению АП.

Методика исследования. В работе использованы методы прикладной математики, технической диагностики, информатики, анализа иерархий, математической статистики, теории принятия решений, теории графов, теории экспертных систем, теории педагогических систем.

Для достижения главной цели исследования задача разработки АОС решена на основе системного подхода с использованием экспертной модели этапов деятельности опытного летчика в ОС, построенной на основе экспериментальных исследовании авиационных психологов.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в:

1) графическом моделировании этапов деятельности опытного летчика в ОС;

2) разработке метода обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП на основе экспертных сценариев особых ситуаций, формируемых и изучаемых в соответствии с этапами деятельности опытного летчика в ОС;

3) разработке оригинального программного комплекса и интерфейса АОС;

4) разработке 78 сценариев ОС применительно к самолету ПЛО;

5) автоматизации процесса обучения курсантов по разработанным сценариям ОС при первоначальной учебно-летной подготовке.

Практическая ценность. В связи с тем, что в работе по формированию сценариев ОС участвовали пилоты-инструкторы, АОС содержит экспертные знания, основанные на опыте практической эксплуатации ВС.

Разработанную АОС рекомендуется использовать на следующих этапах:

1. На этапе теоретического обучения по учебным дисциплинам цикла ДС.16-3 "Подготозка к летной эксплуатации самолета первоначального обучения" с целью углубленной подготовки курсантов к работе на тренажере Як-18Т.

2. В рамках учебной практики курсантов при подготовке к полетам на самолете Як-18Т, при самоподготовке, а также в процессе наземной подготовки.

3. На этапе летной подготовки курсантов с целью восстановления полученных на предыдущих этапах знаний, навыков и умений при длительных перерывах в полетах.

4. При переподготовке и повышении квалификации летного состава на самолет Як-18Т.

Апробация работы. Апробация АОС включала в себя три этапа:

1) в марте 2002 г. на двух группах курсантов;

2) в декабре 2002 г. на группе пилотов-инструкторов:

3) в январе-марте 2003 г. на контрольной группе курсантов.

По результатам апробации сделан доклад на научно-методической конференции, состоявшейся в УВАУ ГА 5-7 мая 1998 г., доклад на П международной научно-технической конференции "Современные научно-технические проблемы транспорта России", состоявшейся на базе УВАУ ГА 28-30 марта 2002 г., и два доклада на международной научно-технической конференции "Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества", состоявшейся в МГТУ ГА 17-18 апреля 2003 г.

Реализация полученных результатов исследований. Полученные в ходе экспериментов практические результаты подтвердили эффективность предложенного способа обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП на основе разработанной АОС.

По итогам экспериментов разработаны предложения по внедрению АОС в процесс первоначальной учебно-летной подготовки и корректировке рабочих программ учебных дисциплин.

На основании проведенных исследований сделан вывод, что использование АОС в процессе первоначальной учебно-летной подготовки курсантов специализации 240301 "Летная эксплуатация ВС" привело к повышению уровня их профессиональной обученносги принятию решений по предотвращению АП.

Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 14 печатных работ (4 на правах рукописи), написанных как самостоятельно, так и совместно с другими авторами в период с1997 по 2003 гг.

На защиту выносятся:

1) экспертная модель этапов деятельности летчика в ОС;

2) метод обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП на основе экспертных сценариев ОС;

3) метод Матричного представления учебкой информации о состоянии системы ЭВСС;

4) информационное обеспечение и программный комплекс АОС;

5) методика использования АОС в учебном процессе.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, пяти приложений и компакт-диска, содержащего демонстрационную версию АОС.

В основной части работы содержится 234 страницы машинописного текста, 82 иллюстрации, 18 таблиц, 39 формул и библиография из 113 наименований. Приложения содержат 57 страниц машинописного текста, 45 иллюстраций и 21 таблицу. В приложениях помещены: перечень авиационных событий, имевших место в практике эксплуатации самолета Як-18Тв период с 1976 по 2002 годы; интерфейс программы ввода и редактирования ОС и обучающей программы; сетевые 1рафики изучения алгоритмов; карточки и сводные таблицы учета работы; сводные таблицы статистических расчетов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, выбраны объект и предмет исследования, сформулированы цели и задачи исследования, изложены методика, научная новизна, практическая ценность исследования и характеристика полученных результатов.

В первой главе проведен анализ методических основ концепции предотвращения АП и задач принятия решений (ЗПР) при возникновении ОС в полете, положенных в основу разработанной АОС, и поставлены вытекающие из проведенного анализа задачи.

В первой части главы проанализированы основные направления (концепции) обеспечения безопасности полетов (БП); основные положения концепции предотвращения АП; показана актуальность мероприятий по предотвращению АП, ориентированных на "человека"; рассмотрена роль подсистемы "экипаж-ВС" (ЭВС) в предотвращении АП; проанализированы требования Норм летной годности к разработчикам РЛЭ о характере рекомендаций экипажу по парированию последствий отказных состояний ФС, сформулирована в описательном виде задача по парированию (локализации) ОС экипажем и получена формула для определения вероятности авиационного события (Рап), как совокупности вероятности возникновения ОС (Рос) из-за ошибочных действий экипажа (Рош), отказных состояний ФС (Ротк), внешних воздействий (Рвв), и условной вероятности локализации ОС экипажем {РлокУ-

Рап = Рос-Рлок = (Рош-Ротк-Рве)-Рлок. О)

Во второй части главы проанализированы: роль экипажа в подсистеме ЭВС на современном этапе; деятельность экипажа в ОС; дано формализованное описание этапов восприятия и переработки информации, принятия и реализации решений. Проведенный анализ показал, что готовность экипажа к действиям в ОС есть базовое системное свойство, определяющее надежность функционирования подсистемы ЭВС в ОС, а также, что ядром профессионального обучения экипажей действиям в ОС должно стать формирование в сознании ЛС эталонных моделей (образов-эталонов) ОС, включая образ оценки, образ ситуации (системный опорный сигнал) и образ действия, - как способа повышения эффективности процессов восприятия и переработки информации, принятия и реализации решений (см. рис. 1).

Практическое освоение обучаемыми эталонных моделей ОС позволит экипажу сократить процесс распознавания неопределенной ситуации, противопоставить неизвестности готовый механизм действий. При построении таких моделей необходимо учитывать не только ОСП, изложенные в РЛЭ, но и анализы авиационных событий Рис. 1. Структурно-логическая схема (прецедентов), имевших место в практике этапов мыслительной деятельности летной эксплуатации ВС. опытного летчика в ОС

О^я-лтОС

ЕвМНШ>ОС

к.

Образ опта СяТДОКЯПи ОНА

1 1

Обрез сжт^вд* ж Ояозаааиеятушвхш

4

, ОвродЛпш Прпяя» ршшял

Рис. 2. Описательная модель зашиты от АП по ЧФ

В третьей части главы проведен анализ причин ошибочных действий экипажа в ОС и доказано, что надежность деятельности можно определить как вероятность локализации (парирования) ОС, включая вероятность безошибочного восприятия информации (Рвосп), ситуационной оценки (Роц)> опознания ОС (Pon)i принятия решения (Рпг) и реализации решения (Ррр):

Рлок = Рвосп ■ Рои ■ Pon ■ Рпр • Ррр- (2)

В заключительной части главы проведен анализ существующих концепций предотвращения АП по "человеческому фактору" (ЧФ) и сформирована описательная модель защиты ВС от АП (см. рис. 2).

По итогам проведенного в первой главе анализа поставлены задачи, которые решены в последующих главах.

Во второй главе проведен системный анализ процесса обучения J1C принятию решений по предотвращению АП, включая анализ существующей структуры обучения и синтез новой, более эффективной структуры, которая реализована в АОС, а также сформированы основные требования к синтезу модели АОС.

В первой части главы проанализированы: обучение принятию решений по предотвращению АП в системе целей профессиональной подготовки JIC; особенности подготовки ЛС к действиям в ОС в странах-членах ИКАО и в нашей стране; специальная подготовка экипажей в области ЧФ, в т.ч. обучение в рамках программ CRM, LOFT и CFIT; отличительные особенности и психологические аспекты обучения по программе "CRM России".

Сформулированы предложения по дополнению- программы "CRM России" специальной профессиональной подготовкой, дифференцированной по типам ВС, с использованием для обучения экспертных решений на основе прецедентов, и имеющей целью выработку в сознании JIC эталонных моделей ОС. Показано, что данный вид подготовки главным образом может бьггь ориентирован на формирование и повышение устойчивости к деформации познавательного опыта, представляющего собой индивидуальный опыт каждого члена экипажа, основанный на практически усвоенных ЗНУ (взаимодействие человек—машина).

Предложено проводить данный вид подготовки на всех этапах профессионального обучения JIC в рамках учебной дисциплины "Обучение действиям в ОС"; показано, что основным элементом программы данной дисциплины должны быть сценарии ОС, разработанные по разделам РЛЭ "Отказы и неисправности" и "Особые случаи полета", не включенным в программы тренировки экипажей на тренажерах, а также по авиационным событиям, имевшим место в практике эксплуатации ВС; с опорой на модель этапов деятельности опытного летчика в ОС сформулиро-

ваны требования к содержанию сценариев, этапам их разработки и последовательности изучения.

Во второй части главы исследован действующий процесс обучения курсантов УВАУ ГА принятию решений по предотвращению АП применительно к единственному в настоящее время в ГА России самолету ПЛО - Як-18Т; выявлено несоответствие в требованиях по профессиональной подготовленности ЛС к принятию решений по предотвращению АП в нормативных документах различных уровней и сформированы предложения по совершенствованию этапов профессиональной подготовки ЛС в области принятия решений.

В третьей части главы проведен причинно-факторный анализ 39 авиационных событий по самолету Як-18Т, одним из важных результатов которого стало определение состава задач, направленных на адаптацию АОС к требованию повышения уровня БП.

В ходе анализа были выявлены: резкий скачок аварийности в 90-х годах прошлого века (1 катастрофа и 7 инцидентов); относительно большая доля катастроф (18%); значительная доля АП в перегоночных полетах (26%); тенденция к увеличению числа событий с тяжелыми последствиями и наиболее опасные на данном типе ВС этапы полета. Комплексный анализ событий позволил сформировать следующие

наиболее опасные группы причин АП: отказы AT - 74% (29 событий); недо-ученность, ошибочные действия экипажа - 26% (10 событий) и недисциплинированность - 10% (4 события). Распределение указанных групп причин по годам показало, что в настоящее время наиболее опасной является группа "Отказы AT" (см. рис. 3).

Дальнейший анализ данной группы причин показал, что наибольшее число событий связано с отказами или неустойчивой работой двигателя - 38% (11 случаев), более половины из которых произошло в наборе высоты. В связи с вышеизложенным был сделан вывод, что главная задача обучения принятию решений по предотвращению АП на данном типе ВС должна решаться применительно к отказам AT, и, в особенности, к отказам и неустойчивой работе двигателя. Около половины из числа рассмотренных событий (19) стало следствием ОС, описания которых в РЛЭ самолета Як-18Т отсутствовали, в связи с чем был сделан вывод, что нужна разработка комплекса мероприятий, связанных с обучением ЛС действиям в таких ОС. Одним из элементов таких мероприятий стала и разработанная АОС.

Для повышения адекватности АОС системе ЭВСС сформулировано предложение, согласно которому распределение по этапам полета числа предлагаемых для изучения ОС должно соответствовать характеру распределения по этапам полета числа имевших место авиационных событий, а изменение по этапам полета степени опасности этих ситуаций должно быть адекватно изменению тяжести последствий указанных событий.

В заключительной части главы разработаны требования к синтезу модели АОС; показано, что указанная модель должна иметь нефизический (символический) харак-

ГМЫ

Рис. 3. Распределение причин авиационных событий по годам

тер; а также, что синтез модели должен включать два этапа: синтез информационной модели (ИМ), содержащей описание способа представления учебной информации о состоянии системы ЭВСС, и синтез функциональной модели (ФМ), которая позволит разработать структурную схему АОС.

В третьей главе разработана модель АОС и проведено исследование системы на базе этой модели.

Рассмотрены методы представления диагностической информации и в качестве основного метода представления учебной информации о состоянии системы ЭВСС выбран метод матричного представления.

Разработана структура блочной матрицы состояний системы ЭВСС, расширенная колонками этапа полета и вида ОС (см. рис. 4).

СНС

МАС

Выходы-рекомендации матрицы состояний должны содержать информацию по выполнению т последовательных операций, направленных на парирование (локализацию) ОС.

Таким образом, информационную БД АОС целесообразно разрабатывать, принимая за структуру многомерную матрицу состояний системы ЭВСС, расширенную колонками этапа полета, приоритета ОС и компонент управляющего вектора (операций управления). Математическим описанием всего объема перечисленной выше информации будет п-мерная мультикомпаундматрица: -

IIX || = Хрен». (3)

где р - индекс этапа полета; с - индекс ошибки экипажа; г - индекс технического состояния ВС; V — индекс состояния окружающей среды; и - индекс принятого решения.

Если индексы принимают конкретные числовые значения, то получаются сечения этой матрицы, являющиеся ее подматрицами. Пример такой подматрицы при с,? р,\,и—\аг изображен на рис. 5.

Сечение и-мерной матрицы при р,$Х$=соШ или р=р, с=с, v=v, и-чаг принимает вид матрицы-строки текущего состояния вектора управления:

Этап полета Вид ОС Экипаж Воздушное судно Среда Рекомендация во парированию ОС

ДП, ДПв-1

ГП - 1 1 1 1 1 N - исправно

УУП 1 1 1 0 1 Рекомендация №...

Рис. 4. Структура блочной матрицы состояний системы ЭВСС

На абстрактном примере проведена предварительная оценка возможного количества ОС, связанных с отказами ФС. Пусть имеется парк ВС в количестве 1000 шт., пусть ресурс ВС до списания - 30000 летных часов. Интенсивность возникновения УУП составляет 1С3 час"1. Пренебрегая интенсивностью возникновения АС и КС, общее число ОС N можно вычислить следующим образом:

(5)

ЛГ =

1000-30000 1

10"

= 30000.

На этом примере видно, что общее количество ситуаций значительно меньше информации, которая может содержаться в матрице состояний.

Во второй части главы определены цели и задачи разрабатываемой АОС, на уровне главной цели АОС' сформирован концептуальный уровень ФМ системы

(см. рис. 6).

Первый уровень ФМ системы синтезирован на основе* декомпозиции главной цели АОС на подцели и представлен совокупностью элементов, на входе и выходе которых изображены их целевые функции, значимые свойства и отношения (см. рис. 7).

Рис. 6. Концептуальный уровень ФМ системы

Эксперт

Цепь

Цель не достигнута

Цель достигнута

Рис. 7. Фрагмент первого уровня ФМ системы

В третьей части главы определены: состав и параметры сортировки распределенной БД системы, источники информации для АОС, этапы формирования информационного обеспечения и экспертных знаний системы, требования к экспертам; в качестве метода проведения экспертизы выбрано заочное анкетирование; для обработки результатов экспертизы выбран метод ранжирования; приведены примеры построения матрицы парных сравнений, вычисления и оценки главного собственного вектора для четырех элементарных операций А,В,СиО(см. рис. 8):

А В С В X Приоритет

А - 2 1 0 3 2

В 0 - 0 0 0 1

С 1 2 - 0 3 2

й 2 2 2 - 6 3

Рис. 8. Матрица парных сравнений и соответствующий ей граф

В приведенном примере операция В должна выполняться в первую очередь, ■I операции А и С должны выполняться во вторую очередь, причем очередность вы-

полнения этих операций А-*С или С->А значения не имеет, операция й должна вы-I подняться в последнюю очередь.

Разработана структурная схема программного комплекса (ПК) системы, опре-' делен перечень программ и минимальные требования к каждой из них; определены

режимы функционирования обучающей программы ("Обучение", "Тестирование", "Контроль") и исследован способ оценки эффективности АОС на основе сетевого графика. Модель сетевого графика представлена в виде направленного графа (см. рис. 9).

Время

II1 '/г 1/з 1/4 Iа

ЧПЧ><>Ч>&-0 ...сиз-"

Алгоритм Операции

Рис. 9. Модель сетевого графика

Пусть общее количество алгоритмов равно т, т.е. г = 1...т, где I- текущий номер алгоритма; а максимальное число содержащихся в алгоритмах операций равно п, т.е./ = 1...л, где j — текущий номер операции.

Время выполнения /-й конкретной операции в 1-м конкретном алгоритме можно обозначить Эффективность АОС можно обозначить как функцию числа операций по времени применения через ..?„„). На основании разложения ее в ряд Тейлора по операциям можно записать:

д\Ы

|«1

зи

где

ГГ-(Г0= £ £ • Ц = рп1ц + ... + + + ... + Рт^т„ 1.1

дУУ

аи

(б)

(7)

Е,$ - коэффициент эффективности применения у'-й операции в /-м алгоритме.

Таким образом; если известно число операций, время их выполнения и известны коэффициенты эффективности Ft], то всегда можно определить эффективность обучающей программы:

W = F -Т. (9)

Численные выражения Fcj, ttJ могут быть получены по результатам экспериментов. Если их подставить в уравнение (7), то:

™ ■ по

^=1 £ F4 ■ (<>"=1 •..>»«),

|»| J-I

т.е. получим систему линейных алгебраических уравнений, состоящую из (тп) уравнений относительно (тп) неизвестных, где F,/, t,p W— конкретные значения.

Для режимов "Тестирование" и "Контроль" сформировано множество нормализованных локальных, интегральных (по г-му алгоритму) и суммарных (для режима в целом) критериев эффективности:

F={F,,F2 ....FJ. (И)

К числу локальных критериев отнесены: критерий безошибочности F5, критерий освоения F°, критерий полноты FfI и критерий нарушения последовательности Ffl.

На основе анализа задач разрабатываемой АОС определена среда разработки программ - программный пакет Delphi.

В четвертой главе представлены результаты работы по созданию информационной БД и программного обеспечения АОС, в ходе которой последовательно решены следующие задачи: разработаны структура информационного обеспечения и программный комплекс системы; сформирован комплекс технических средств на базе ПЭВМ; разработаны требования к документации на систему и "Методическим указаниям" по системе.

ПК системы разработан на языке Pascal в среде программирования Delphi 4 и функционирует на ПЭВМ типа PC в операционной среде Windows-95/98 и выше. Состав ПК представлен на рис. 10.

Информационное обеспечение ПК содержит такие компоненты как: файлы Баз Данных в стандарте DBASE 1П; служебные текстовые файлы; выполняемые модули описаний особых ситуаций.

Распределенная БД состоит из 19 таблиц DBF, связанных в единую БД путем организации ссылок между ними. Для организации быстродействующих процедур обработки исходной информации все таблицы имеют ограниченный набор полей и количество записей. Для обеспечения целостности и корректности БД предусмотрено закрытие части таблиц паролем.

г~ . N •Ktprtu | ияфоршсоижм Egg 1 бШяиМЫЕ * 1 >11 1 1

11 1Ш I маспв 1

1 5SS X — -¿г—

Рис. 10. Структурная схема АОС

ПК системы позволяет решать следующие задачи:

1. Заполнение распределенной БД путем ввода необходимых параметров (типа ВС, члена экипажа, дисциплины и ФС, этапа эксплуатации, особой ситуации) в информационные таблицы БД и их редактирования.

2. Хранение информационных бюллетеней авиационных событий, имевших место в практике эксплуатации ВС; подключение и просмотр электронных бюллетеней ОС, разработанных на основе анализа средств сбора полетной информации (при наличии).

3. Обучение алгоритмам НЭ и сценариям ОС по этапам полета с подключением необходимых графических файлов и автоматическим сравнением временных (построенных обучаемым) алгоритмов с эталонными.

4. Вывод информационных таблиц, информационных бюллетеней и алгоритмов на печать.

Обучающая программа, кроме того, обеспечивает: формирование списков обучаемых с сортировкой по категориям (курсанты, слушатели) и учебным группам; формирование вариантов сетевого графика для различных специальностей и категорий обучаемых; свободный доступ к любому алгоритму без регистрации в обучающей программе, а при регистрации — изучение алгоритмов в последовательности, заданной сетевым графиком (обучение -> тестирование —> контроль); подключение генератора случайных чисел и таймера при итоговом контроле знаний; вывод списка обучаемых и временных алгоритмов на печать, а также сохранение временных алгоритмов в отдельных файлах отчета (при необходимости); работу в многопользовательском режиме при проведений групповых занятий в дисплейном классе.

В пятой главе представлены следующие результаты работы по основным задачам, связанным с реализацией АОС:

Сформирована и заполнена информационная БД системы применительно к самолету Як-18Т. В настоящее время БД содержит списки из б-ти учебных дисциплин, 13 файлов с группами цветных компьютерных и фотоизображений, 250 объектов управления, 555 эталонных операций, 157 текстовых сообщений, 79 этапов эксплуатации, 39 описаний авиационных событий, 74 алгоритма НЭ и 78 сценариев ОС.

Проведен сравнительный анализ по степени опасности и тяжести последствий ОС, построенных экспертами на основе РЛЭ и практики эксплуатации ВС с ОС, сформированными только на основе имевших место авиационных событий и количественно доказано, что ОС, действия по которым не изучались летным составом, имеют большую вероятность неблагоприятного исхода.

Проведена оценка и доказана адекват- ~ . , ~

ность АОС системе ЭВСС на основе сравнения ш\ ^^^ j '

распределений по этапам полета средних зна- /.• Vv °

чений степени опасности включенных в АОС /' /iL—-—.«i •

78-ми ОС с тяжестью последствий 34-х авиа- ; ,—..—~—'—. ; „ „ ционных событий, имевших место в практике

эксплуатации ВС (см. рис. 11). Рис-11- Распределения по этапам полета

средних значений степени опасности ОС и тяжести последствий АП

Дано описание процесса разработки и приведены примеры алгоритмов НЭ и сценариев ОС.

Проведен анализ распределения числа сценариев и числа операций по видам ОС, показано, что число предлагаемых для изучения ОС увеличивается по мере уменьшения степени их опасности, а среднее число операций в таких алгоритмах, наоборот, убывает.

Разработан способ формирования распределенной БД системы путем построения библиотеки "типовых алгоритмов", что позволило автоматизировать ряд функций и сократить время заполнения БД до 2-х месяцев.

Сформировано два варианта сетевого графика для различных категорий обучаемых, в каждом из которых ОС распределены этапам полета и изучаются для схожих ситуаций в последовательности АС-»СС-»УУП.

Проведены отладка ПК и экспертная оценка функционирования системы, апробация и оценка эффективности системы в процессе первоначальной учебно-летной подготовки; на этапах экспертной оценки и апробации на учебной группе пилотов-инструкторов дана положительная оценка основных решений по системе.

Полученные в ходе трех экспериментов статистические данные подтвердили эффективность предложенного во второй главе способа обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП и применимость сформированных локальных критериев эффективности АОС.

При подготовке к двум последним экспериментам (в группах слушателей и курсантов) было решено использовать для расчетов критерий интенсивности ошибок M и критерий скорости выполнения операций J:

У Nom (12)

M =4*-;

£ Non= Ni+ N2+ Ni (13)

Tx+Ti+Ti '

где Non - число выполненных операций; Nom - число совершенных ошибок; Т -время выполнения операций.

Для анализа характера изменения критериев в процессе обучения использована математическая модель обучаемости в функции от времени подготовки (количества тренировок):

± (14)

QI'QV-(SV-Qà -е». где Qnp - предельное значение показателя уровня подготовки при t—>œ; Q0 - исходное значение показателя; to - коэффициент, характеризующий способность человека к обучению (в единицах времени).

В ходе экспериментов обучаемые заполняли "Карточки учета работы", данные в которых послужили основой для дальнейших расчетов. При этом у курсантов в соответствии с сетевым графиком весь учебный цикл был условно разделен на два этапа для обеспечения возможности сравнения статистических данных, полученных по второму этапу с данными, полученными по результатам обработки карточек слушателей.

При обработке результатов экспериментов проанализированы: распределение по алгоритмам среднего числа ошибок на 1 человека, выявлены алгоритмы с наибольшим числом ошибок; изменение числа ошибок в зависимости от длины алгоритмов и доказано о нежелательности построения алгоритмов с числом операций более 12; характер изменения критериев/, Мпо мере прохождения обучающей программы и выявлено значительное улучшение по ним к концу обучения; среднее время, затраченное на обучение по программе и зависимость числа совершенных ошибок от времени, затраченного на обучение.

По результатам расчетов построены точечные ХУ-диаграммы и графики. Окончательная обработка числовых рядов проведена экспоненциальными и линейными функциями. Средние значения показателей занесены в табл. 1. Результаты сравнения характеристик слушателей и курсантов представлены в сводных диаграммах (см. рис. 12-15).

Таблица 1

Средние значения критериев эффективности обучающей программы

№ Наименование критерия Значение критерия

пп Слушатели Курсанты (этапы 1+2) Курсанты (этап 2)

1. Суммарное число ошибок на группу, ош. 568 1111 485

2. Среднее число ошибок на 1 человека, ош7чел. 31.56 41,15 17,96

3. Среднее число ошибок на 1 алгоритм, ошУалг. 0-25 0,16 0,14

4. Средняя интенсивность ошибок на 100 операций, ошЛОО операц.: а) в начале обучения (максимальная) б) в конце обучения (минимальная) 8.46 3.17 3,41 23 2,58 1,77

5. Время работы с обучающей программой, мин.; а) минимальное 275 440 180

б) максимальное 670 675 315

в) среднее на группу 449 562 251

6. Средняя скорость изучения операций, операиУмнн. а) минимальная 1,49 2,75 3,16

б) максимальная 3,62 4,23 5,53

в) средняя на группу 2.22 3,31 3,97

7. Средняя скорость выполнения операций при итоговом контроле, опе-рацУсек. -1 0,16 0,25 0,25

8. Среднее число попыток для прохождения итогового контроля не регистр. 2,04 2,04

Сравнительный анализ обучающих возможностей АОС по двум последним экспериментам показал, что обучение по сетевому графику курсантов наиболее эффективно. Таким образом, был сделан общий вывод об эффективности АОС по критериям "Безошибочность" и "Своевременность".

На завершающем этапе исследования были разработаны предложения по внедрению АОС в процесс первоначальной учебно-летной подготовки и корректировке рабочих программ учебных дисциплин.

В заключении перечислены практические результаты проведенных исследований, а именно:

Рис. 12. Сравнение распределений по алгоритмам среднего числа ошибок на 1 человека

в алгоритме

1) разработана графическая модель этапов деятельности опытного летчика в особой ситуации с опорой на образ-этапон ОС и на ее базе сформулирован метод обучения ЛС принятию решений по предотвращению АП и разработано техническое средство подготовки в виде АОС; Рис. 13. Сравнение зависимости средне- 2) разработан метод представления учеб-

го числа ошибок от количества операций ной информации о состоянии системы ЭВСС в

форме «-мерной мультикомпаундматрицы состояний;

3) определены источники информации для АОС и разработаны этапы формирования информационного обеспечения и экспертных знаний системы;

4) исследован способ оценки эффективности АОС на основе сетевого графика и разработаны критерии эффективности, применимость которых подтверждена на основе обработки полученных в ходе экспериментов статистических данных;

5) разработан оригинальный программный комплекс и интерфейс АОС, информационная База Данных АОС сформирована и заполнена применительно к самолету первоначального летного обучения;

6) разработанная АОС применена на кур-

Рис. 14. Сравнение средней интенсивности ошибок на 100 операций

Рис. 15. Сравнение скорости прохождения программы

сах повышения квалификации летного состава и при первоначальной учебно-летной подготовке курсантов специализации 240301 "Летная эксплуатация ВС".

Полученные в ходе экспериментов практические результаты однозначно доказывают, что в процессе обучения на основе предложенного метода и разработанной АОС в сознании обучаемых происходит формирование эталонных моделей ОС; и что использование АОС в процессе первоначальной учебно-летной подготовки курсантов специализации 240301 привело к повышению уровня их профессиональной обученности принятию решений по предотвращению АП. На основании вышеизложенного сделан вывод о достижении цели диссертационного исследования.

Кроме того, в заключении предложены следующие направления дальнейших исследований в области обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП:

- совершенствование методов профессиональной подготовки ЛС к принятию решений по предотвращению АП;

- совершенствование сценариев ОС на основе модели этапов мыслительной деятельности летчика в ОС; создание сценариев, позволяющих учесть опыт взаимодействия членов экипажа в ОС;

- совершенствование программного комплекса АОС в соответствии с предъявляемыми к сценариям новыми требованиями;

- совершенствование критериев эффективности АОС, уточнение эмпирических зависимостей изменения значений критериев во времени на основе проведения большого числа экспериментов;

- автоматизация обработки получаемых в ходе экспериментов статистических данных;

- разработка аналогичных АОС по другим типам ВС.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ

1. Мехоношин B.C., Стефанович В.М., Лачинов О.Л. Учебная информационная база данных по предотвращению авиационных происшествий // Проблемы подготовки авиационных специалистов гражданской авиации. Сборник научных трудов по материалам научно-методической конференции 5-7 мая 1998 г. -Ульяновск: УВАУ ГА, 1999. -С. 187-190.

2. Лачинов О.Л. Автоматизированная обучающая система "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий'' // Современные научно-технические проблемы транспорта России. Сборник материалов международной научно-технической конференции 18-20 ноября 1999 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 1999. -С.21-22.

3. Лачинов О.Л., Лебедев A.M., Мехоношин B.C. Особенности модели АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий" // Подготовка специалистов гражданской авиации. Сборник научных трудов по материалам межвузовской научно-методической конференции 16-17 ноября 2000 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2001. - С.205-212.

4. Лачинов О.Л. Вопросы организации работы экспертов при разработке информационной базы данных АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий" // Современные научно-технические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 28-30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002. -С.164-169.

5. Лачинов О.Л. О выборе критериев эффективности АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий" //' Современные научно-технические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 28-30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002. - С.216-220.

6. Лачинов О.Л. О критериях качества принятия решений при возникновении ОС в полете // Современные научно-технические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 28-30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002. - С.194-197.

7. Лачинов О.Л. Обучение принятию решений при возникновении ОС в полете в структуре первоначальной учебно-летной подготовки // Современные науч-

но-технические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 28-30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002. -С.197-199.

8. Лачинов О.Л., Ломанцов Б.Н. Причинно-факторный анализ АП на самолете первоначального обучения // Современные научно-технические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 28-30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002.-С.211-215.

9. Зубков Б.В., Лачинов О.Л. АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий при возникновении особых ситуаций" // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов МНТК. - МГТУ ГА, 2003. - С.93-94.

10. Зубков Б.В., Лачинов OJI. Анализ результатов апробации АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий при возникновении особых ситуаций" // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов МНТК. - МГТУ ГА, 2003. - С.94.

П.Мехоношин B.C., Соломатин В.Ф., Лачинов О.Л., Семенов В.А., Стефанович В.М. Отчет о НИР (промежуточный) "Исследование и разработка системы теоретического обучения курсантов действиям по предотвращению авиационных происшествий". Этап 3.2. "Информационная база системы" / Рук. Ме-хоношин B.C., Соломатин В.Ф. - Ульяновск: УВАУ ГА, 1998.

12. Мехоношин B.C., Стефанович В.М., Лачинов О.Л., Долгополов С.А. Отчеты о НИР (промежуточные) "Автоматизированная обучающая система "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий". Этап 4. "Информационная база данных". Этап 5. "Апробация системы на экспертной группе пилотов-инструкторов". Этап 6. "Написание руководств, пособий, проспектов по системе" / Рук. Мехоношин B.C. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2000.

П.Мехоношин B.C., Лачинов О.Л., Долгополов С.А. Отчет о НИР "Разработка автоматизированной обучающей системы "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий на самолете первоначального обучения" / Рук. Мехоношин B.C. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002.

14.Сырвачев В.В., Лачинов О.Л., Репьев В.В., Долгополов С.А. Отчет о НИР "Формирование алгоритмов летной эксплуатации ВС Як-18Т и его систем по этапам полета в условиях нормальной эксплуатации и особых ситуациях для АОС "Принятие решений по предотвращению АП при возникновении особых ситуаций на самолете первоначального обучения" / Рук. Сырвачев В.В. -Ульяновск: УВАУ ГА, 2003.

При написании диссертационной работы использовались публикации угечественных и зарубежных исследователей: Афанасьева В.Б., Беспалько В.П., Зоробьева В.Г., Ефанова В.Н, Зубкова Б.В., Коваленко Г.В., Козлова В.В., Лебедева A.M., Малишевского A.B., Мехоношина B.C., Микинелова А.Л., Михайлика Н.Ф., Новикова П.П., Оуэнса Ч.А., Саати Т., Соловова A.B., Нироких В.П., Юсупова И.Ю., Чепиги В.Е. и других.

I

Лицензия на РИД ЛР № 020811 от 07.10.98. Лицензия на ПД ПЛД № 78-39 от 23.08.99.

Подписано в печать л ^ 2003. Формат 60 х 90/16. Бумага газетная Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,19 Уч.-изд. л. 1,02 Тираж 70 Заказ -За?

РИО и УОП УВАУ ГА. 432071, г. Ульяновск, ул. Можайского, 8/8.

© Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации, 2003

(

iWl i

1674 1

1

\

i

t Í

Глава 1. Анализ методических основ концепции предотвращения АП и процесса принятия решений. Постановка задач

1.1. Основные направления обеспечения безопасности полетов

1.2. Концепция предотвращения авиационных происшествий. Основные понятия и определения

1.3. Анализ процесса функционирования звена "экипаж" в подсистеме ЭВС

1.4. Анализ концепций предотвращения АП по "человеческому фактору"

1.5. Выводы

1.6. Постановка задач

Глава 2. Системный анализ процесса обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП. Разработка требований к синтезу модели АОС

2.1. Анализ действующего процесса обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП и предложения по его совершенствованию

2.2. Обучение принятию решений по предотвращению АП в системе первоначальной учебно-летной подготовки

2.3. Причинно-факторный анализ авиационных событий по самолету первоначального летного обучения

2.4. Разработка требований к синтезу модели АОС

2.5. Выводы

Глава 3. Разработка модели автоматизированной обучающей системы, исследование системы на базе модели

3.1. Исследование методов представления учебной информации о состоянии системы ЭВСС

3.2. Синтез функциональной модели системы

3.3. Исследование системы на базе функциональной модели

3.4. Выводы

Глава 4. Разработка информационного, программного обеспечения автоматизированной обучающей системы

4.1. Разработка программного комплекса системы

4.2. Функционирование программ

4.3. Формирование требований к КТС системы

4.4. Формирование требований к документации на систему

4.5. О "Методических указаниях" по системе

4.6. Выводы

Глава 5. Реализация автоматизированной обучающей системы и оценка ее эффективности в процессе первоначальной учебно-летной подготовки

5.1. Формирование и заполнение информационной БД системы

5.2. Отладка программного комплекса, экспертная оценка функционирования системы

5.3. Апробация и оценка эффективности системы в процессе первоначальной учебно-летной подготовки

5.4. Разработка предложений по внедрению АОС в процесс первоначальной учебно-летной подготовки и корректировке рабочих программ учебных дисциплин

5.5. Выводы

Актуальность темы. Формирование знаний, навыков и умений (ЗНУ) по предотвращению авиационных происшествий (АП) при возникновении особых ситуаций (ОС) в полете является одним из важнейших направлений развития концепции предотвращения АП. Процесс летной эксплуатации воздушного судна (ВС) протекает в рамках системы "экипаж-ВС-окружающая среда" (ЭВСС), взаимодействующей с другими элементами авиационной транспортной системы (АТС). Практика летной эксплуатации подтверждает необходимость обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП. Актуальность этой задачи объясняется тем, что проблема подготовки летного состава (ЛС) в гражданской авиации (ГА) России в настоящее время приобрела особую остроту. Тяжелые авиационные происшествия, имевшие место в 2001 г., и анализ результатов их расследования свидетельствуют, что причины подавляющего большинства АП (12 из 15 в 2001 г.) связаны с личностным фактором специалистов из числа ЛС [16, 23].Необходимость совершенствования системы профессиональной подготовки ЛС отражена во многих документах, касающихся развития ГА. В частности, в "Концепции развития гражданской авиационной деятельности в Российской Федерации", одобренной на заседании Правительства Российской Федерации 07.12.2000 [7], и Федеральной целевой программе "Модернизация транспортной системы России" (Подпрограмма "Гражданская авиация") [34] задача совершенствования системы подготовки кадров и сохранения высокого уровня квалификации авиационного персонала отнесена к одной из главных задач государства в области регулирования авиационной деятельности.Объект и предмет исследования. Объектом исследования в данной работе является процесс первоначальной учебно-летной подготовки курсантов специализации 240301 "Летная эксплуатация ВС". Предметом исследования является обучение курсантов принятию решений по предотвращению АП на этапе теоретического обучения.Цель исследования. Главная цель исследования заключается в повышении уровня профессиональной обученности курсантов специализации 240301 "Летная эксплуатация ВС" принятию решений по предотврашению АП при возникновении ОС в полете.Задачи исследования. Для достижения главной цели исследования разработана "Автоматизированная система обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП" (АОС). Разработка АОС проведена применительно к самолету первоначального летного обучения (ПЛО) Як-18Т. В процессе разработки АОС последовательно решены следующие задачи: 1. Проведен анализ методических основ концепции предотвращения АП и процесса принятия решений при возникновении ОС в полете.2. Проведен системный анализ процесса обучения ЛС принятию решений по предотвращению АП, включая анализ существующей структуры обучения и синтез новой, более эффективной структуры, которая реализована в АОС.

3. Сформированы требования к синтезу модели АОС.

4. Разработана модель АОС и проведено исследование системы на базе этой модели с целью определения основных параметров компонентов АОС.

5. Разработано информационное и программное обеспечение АОС.

6. Разработанная АОС реализована применительно к самолету ПЛО и проведена оценка ее эффективности в процессе первоначальной учебно-летной подготовки.АОС содержит учебную информационную Базу Данных (БД), обеспечивающую возможность хранения и оперативного использования различных видов информации, а также ее быструю сортировку по таким признакам, как: тип ВС, член экипажа, дисциплина и функциональная система (ФС), этап эксплуатации, степень опасности ОС и т. д. БД содержит информацию об особых случаях в полете (ОСП) и отказах ФС в соответствии с Руководством по летной И эксплуатации (РЛЭ) самолета Як-18Т, а также об имевших место в практике эксплуатации данного типа ВС авиационных событиях. БД открыта для ввода дополнительной информации по АП, предоставляемой экспертами (пилотамиинструкторами и специалистами по расследованию АП).Задача предотвращения АП при возникновении на борту ВС какой-либо ОС связана с ее распознаванием и принятием зачастую нестандартного решения, не предусмотренного РЛЭ. В связи с этим АОС обеспечивает возможность построения на основе анализа нормативно-технических источников и данных по расследованию АП сценариев особых ситуаций, содержащих значимые признаки ОС, описание имевших место авиационных событий с аналогичными признаками, а также эталонные алгоритмы принятия и реализации решений по предотвращению АП; построения обучаемыми своих вариантов алгоритмов принятия и реализации решений и их автоматического сравнения с эталонными. Тем самым в АОС автоматизирован процесс обучения принятию решений по предотвращению АП. Адекватность АОС системе ЭВСС подтверждена на основе сравнения распределений по этапам полета степени опасности включенных в АОС особых ситуаций с тяжестью последствий авиационных событий, имевших место в практике эксплуатации ВС. Методика исследования. В работе использованы методы прикладной математики, технической диагностики, информатики, анализа иерархий, математической статистики, теории принятия решений, теории графов, теории экспертных систем, теории педагогических систем.Для достижения главной цели исследования задача разработки АОС решена на основе системного подхода с использованием экспертной модели этапов деятельности опытного летчика в ОС, построенной на основе экспериментальных исследований авиационных психологов.Научная новизна. Научная новизна работы заключается в: 1) графическом моделировании этапов деятельности опытного летчика в ОС; 2) разработке метода обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП на основе экспертных сценариев особых ситуаций, формируемых и изучаемых в соответствии с этапами деятельности опытного летчика в ОС; 3) разработке оригинального программного комплекса и интерфейса АОС; 4) разработке 78 сценариев ОС применительно к самолету ПЛО; 5) автоматизации процесса обучения курсантов по разработанным сценариям ОС при первоначальной учебно-летной подготовке.Практическая ценность. В связи с тем, что в работе по формированию сценариев ОС участвовали пилоты-инструкторы, АОС содержит экспертные знания, основанные на опыте практической эксплуатации ВС. Разработанную АОС рекомендуется использовать на следующих этапах: 1. На этапе теоретического обучения по учебным дисциплинам цикла ДС.16-3 "Подготовка к летной эксплуатации самолета первоначального обучения" с целью углубленной подготовки курсантов к работе на тренажере Як-18Т.

2. В рамках учебной практики курсантов при подготовке к полетам на самолете Як-18Т, при самоподготовке, а также в процессе наземной подготовки.3. На этапе летной подготовки курсантов с целью восстановления полученных на предыдущих этапах знаний, навыков и умений при длительных перерывах в полетах.4. При переподготовке и повышении квалификации летного состава на самолет Як-18Т. Разработанное при построении АОС информационное и программное обеспечение может быть использовано для создания аналогичных АОС по другим типам ВС. Апробация работы. Апробация АОС включала в себя три этапа: 1) в марте 2002 г. на двух группах курсантов; 2) в декабре 2002 г. на группе пилотов-инструкторов; 3) в январе-марте 2003 г. на контрольной группе курсантов. при апробации АОС на группе пилотов-инструкторов дана положительная оценка основных решений по системе.По результатам апробации сделан доклад на научно-методической конференции, состоявшейся в УВАУ ГА 5-7 мая 1998 г., доклад на II международной научно-технической конференции "Современные научно-технические проблемы транспорта России", состоявшейся на базе УВАУ ГА 28-30 марта 2002 г., и два доклада на международной научно-технической конференции "Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества", состоявшейся в МГТУ ГА 17-18 апреля 2003 г.Реализация полученных результатов исследований. Полученные в ходе экспериментов практические результаты подтвердили эффективность предложенного способа обучения экипажей принятию решений по предотвращению АЛ на основе разработанной АОС. По итогам экспериментов разработаны предложения по внедрению АОС в процесс первоначальной учебно-летной подготовки и корректировке рабочих программ учебных дисциплин.На основании проведенных исследований сделан вывод, что использование АОС в процессе первоначальной учебно-летной подготовки курсантов специализации 240301 "Летная эксплуатация ВС" привело к повышению уровня их профессиональной обученности принятию решений по предотвращению АП. Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 14 печатных работ (4 на правах рукописи), написанных как самостоятельно, так и совместно с другими авторами в период с 1997 по 2003 гг.Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих печатных работах: 1. Учебная информационная база данных по предотвращению авиационных происшествий // Проблемы подготовки авиационных специалистов гражданской авиации. Сборник научных трудов по материалам научнометодической конференции 5-7 мая 1998 г. — Ульяновск: УВАУ ГА, 1999.С. 187-190 (соавт.: Мехоношин B.C., Стефанович В.М.).2. Автоматизированная обучающая система "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий" // Современные научнотехнические проблемы транспорта России. Сборник материалов международной научно-технической конференции 18-20 ноября 1999 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 1999. - 21-22.3. Особенности модели АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий" // Подготовка специалистов гражданской авиации. Сборник научных трудов по материалам межвузовской научнометодической конференции 16-17 ноября 2000 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2001. - 205-212 (соавт.: Лебедев A.M., Мехоношин B.C.).4. Вопросы организации работы экспертов при разработке информационной базы данных АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий" // Современные научно-технические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 28-30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002. - 164-169.5. О выборе критериев эффективности АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий" // Современные научнотехнические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 28—30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002. - 216-220.6. О критериях качества принятия решений при возникновении ОС в полете // Современные научно-технические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 28—30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002. - 194-197.7. Обучение принятию решений при возникновении ОС в полете в структуре первоначальной учебно-летной подготовки // Современные Haj^ iHOтехнические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 2S-30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002. - 197-199.8. Причинно-факторный анализ АП на самолете первоначального обучения // Современные научно-технические проблемы транспорта России. Сборник материалов II международной научно-технической конференции 28-30 марта 2002 г. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002. - 211-215 (соавт.: Ломанцов Б.Н.).9. АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий при возникновении особых ситуаций" ' Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов МНТК. МГТУ ГА, 2003. - 93-94 (соавт.: Зубков Б.В.).10.Анализ результатов апробации АОС "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий при возникновении особых ситуаций" // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов МНТК. - МГТУ ГА, 2003. - 94 (соавт.: Зубков Б.В.).11.Отчет о НИР (промежуточный) "Исследование и разработка системы теоретического обучения курсантов действиям по предотвращению авиационных происшествий". Этап 3.2. "Информационная база системы". - Ульяновск: УВАУ ГА, 1998 (соавт,: Мехоношин B.C., Соломатин В.Ф., Семенов В.А., Стефанович В.М.).12.0тчеты о НИР (промежуточные) "Автоматизированная обучающая система "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий". Этап 4. "Информационная база данных". Этап 5. "Апробация системы на экспертной группе пилотов-инструкторов". Этап 6. "Написание руководств, пособий, проспектов по системе". - Ульяновск: УВАУ ГА, 2000 (соавт.: Мехоношин B.C., Стефанович В.М., Долгополов А.).13.Отчет о НИР "Разработка автоматизированной обучающей системы "Принятие решений по предотвращению авиационных происшествий на самолете первоначального обучения". - Ульяновск: УВЛУ ГА, 2002 (соавт.: Мехоношин B.C., Долгополов А.).14.0тчет о НИР "Формирование алгоритмов летной эксплуатации ВС Як18Т и его систем по этапам полета в условиях нормальной эксплуатации и особых ситуациях для АОС "Принятие решений по предотвращению АП при возникновении особых ситуаций на самолете первоначального обучения". - Ульяновск: УВАУ ГА, 2003 (соавт.: Сырвачев В.В., Репьев В.В., Долгополов А.).Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, пяти приложений и компакт-диска, содержащего демонстрационную версию АОС. В основной части работы содержится 234 страницы машинописного текста, 82 иллюстрации, 18 таблиц, 39 формул и библиография из 113 наименований. Приложения содержат 57 страниц машинописного текста, 45 иллюстраций и 21 таблицу.Автор выражает глубокую признательность Ульяновскому высшему авиационному училищу гражданской авиации. Московскому государственному техническому университету гражданской авиации и лично Зубкову Б.В., Мехоношину B.C., Лебедеву A.M., Долгополову А., Сырвачеву В.В., Репьеву В.В., Стефановичу В.М., Мартазову СВ., Антиповой А.Г., Платонову СП., Косачевскому СГ., Титовой Е.К. за помощь, оказанную в организации и проведении исследований.

5.5.Выводы

В результате проведенного в этой главе исследования выполнены следующие работы:

- сформирована и заполнена информационная БД системы применительно к самолету Як-18Т;

- проведен анализ включенных в информационную БД операций с точки зрения их распределения по графическим элементам и объектам управления, показано, что наибольшее число операций на один ОУ (3,2) содержится в графическом файле "Кабина (главный вид)", имеющем 92 объекта управления;

- проведен сравнительный анализ по степени опасности и тяжести последствий ОС, построенных экспертами на основе РЛЭ и практики эксплуатации ВС с особыми ситуациями, сформированными только на основе имевших место авиационных событий и показано, что особые ситуации, действия по которым не изучались летным составом, имеют большую вероятность неблагоприятного исхода;

- проведена оценка и доказана адекватность АОС системе ЭВСС на основе сравнения распределений по этапам полета степени опасности включенных в АОС особых ситуаций с тяжестью последствий авиационных событий,

• имевших место в практике эксплуатации ВС;

- дано описание процесса разработки и примеры алгоритмов НЭ и сценариев ОС;

- проведен анализ распределения числа сценариев ОС и числа операций в алгоритмах по видам ОС, показано, что число предлагаемых для изучения ОС увеличивается по мере уменьшения степени их опасности, а среднее число операций в таких алгоритмах, наоборот, убывает;

- разработан способ формирования распределенной БД системы путем построения библиотеки "типовых алгоритмов", что позволило автоматизировать ряд функций и значительно сократить время заполнения информацион

• ных таблиц;

- сформировано два варианта сетевого графика, в каждом из которых ОС распределены этапам полета и расположены для схожих ситуаций в последовательности от наиболее опасной к наименее опасной;

- проведены отладка программного комплекса и экспертная оценка функционирования системы, апробация и оценка эффективности системы в процессе первоначальной учебно-летной подготовки; на этапах экспертной

• оценки и апробации на учебной группе пилотов-инструкторов дана положительная оценка основных решений по системе;

- по результатам обработки экспериментальных данных получены распределения по алгоритмам среднего числа ошибок на 1 человека, выявлены алгоритмы с наибольшим числом ошибок;

- проанализировано изменение числа ошибок в зависимости от длины алгоритмов и доказано о нежелательности построения эталонных алгоритмов с числом операций более 12-ти;

- проанализированы характер изменения скорости изучения операций и характер изменения интенсивности ошибок на 100 операций по мере прохождения обучающей программы и выявлено значительное улучшение по данным показателям к концу обучения;

- определено среднее время, затраченное на обучение по программе и исследована зависимость числа совершенных обучаемым ошибок от времени, затраченного на обучение;

- проведен сравнительный анализ обучающих возможностей АОС по двум экспериментам и доказано, что обучение по первому варианту сетевого графика наиболее эффективно;

- полученные в ходе экспериментов статистические данные подтвердили эффективность предложенного в Главе 2 способа обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП и применимость сформированных в Главах 3, 5 локальных критериев эффективности АОС, на основании чего можно сделать вывод, что использование АОС в процессе первоначальной учебно-летной подготовки курсантов специализации 240301 привело к повышению уровня их профессиональной обученности принятию решений по предотвращению АП\

- разработаны предложения по внедрению АОС в процесс первоначальной учебно-летной подготовки и корректировке рабочих программ учебных дисциплин цикла ДС.16-3.

224

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены следующие практические результаты:

1) разработана графическая модель этапов деятельности опытного летчика в особой ситуации с опорой на образ-эталок ОС и на ее базе сформулирован метод обучения J1C принятию решений по предотвращению АП и разработано техническое средство подготовки в виде АОС;

2) разработан метод представления учебной информации о состоянии системы ЭВСС в форме «-мерной мультикомпаундматрицы состояний;

3) определены источники информации для АОС и разработаны этапы формирования информационного обеспечения и экспертных знаний системы;

4) исследован способ оценки эффективности АОС на основе сетевого графика и разработаны критерии эффективности, применимость которых подтверждена на основе обработки полученных в ходе экспериментов статистических данных;

5) разработан оригинальный программный комплекс и интерфейс АОС, информационная База Данных АОС сформирована и заполнена применительно к самолету первоначального летного обучения;

6) разработанная АОС применена на курсах повышения квалификации летного состава и при первоначальной учебно-летной подготовке курсантов специализации 240301 "Летная эксплуатация ВС".

Полученные в ходе экспериментов практические результаты однозначно доказывают, что в процессе обучения на основе предложенного метода и разработанной АОС в сознании обучаемых происходит формирование эталонных моделей ОС, как совокупности образа оценки, образа опознания (системного опорного сигнала) и образа действий; и что использование АОС в процессе первоначальной учебно-летной подготовки курсантов специализации 240301 привело к повышению уровня их профессиональной обученности принятию решений по предотвращению АП. Таким образом, можно сделать вывод о достижении цели настоящего исследования.

Разработанную АОС рекомендуется использовать на следующих этапах:

1. На этапе теоретического обучения по учебным дисциплинам цикла ДС.16-3 "Подготовка к летной эксплуатации самолета первоначального обучения" с целью углубленной подготовки курсантов к работе на тренажере Як-18Т.

2. В рамках учебной практики курсантов при подготовке к полетам на самолете Як-18Т, при самоподготовке, а также в процессе наземной подготовки.

3. На этапе летной подготовки курсантов с целью восстановления полученных на предыдущих этапах знаний, навыков и умений при длительных перерывах в полетах.

4. При переподготовке и повышении квалификации летного состава на самолет Як-18Т.

В заключение могут быть предложены следующие наиболее существенные направления дальнейших исследований в области обучения экипажей принятию решений по предотвращению АП:

- совершенствование методов профессиональной подготовки JIC к принятию решений по предотвращению АП;

- совершенствование сценариев ОС на основе модели этапов мыслительной деятельности летчика в ОС; создание сценариев, позволяющих учесть опыт взаимодействия членов экипажа в ОС;

- совершенствование программного комплекса АОС в соответствии с предъявляемыми к сценариям новыми требованиями;

- совершенствование критериев эффективности АОС, уточнение эмпирических зависимостей изменения значений критериев во времени на основе проведения большого числа экспериментов;

- автоматизация обработки получаемых в ходе экспериментов статистических данных;

- разработка аналогичных АОС по другим типам ВС.

226

1. Воздушный кодекс Российской Федерации от 19.03.97 № 60-ФЗ. - М.: Федеральная авиационная служба России, 1997. - 98 с.

2. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования от 05.04.2000, per. № 299 тех/дс по напр. подг. дипл. спец-та 658100 "Аэронавигация".

3. Двигатель М-14П. Регламент технического обслуживания.

4. Двигатель М-14П. Руководство по технической эксплуатации.

5. Документ ИКАО 7300. Приложение 1. Выдача свидетельств авиационному персоналу. 8-е изд. - Монреаль, Канада: ИКАО, 1988.

6. Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов стран-членов СЭВ (ЕНЛГС-С). М.: ЦАГИ, 1985.

7. Концепция развития гражданской авиационной деятельности в Российской Федерации. Одобрена на заседании Правительства РФ 07.12.2000, протокол № 41, пункт 1.

8. Курс учебно-летной подготовки на самолете Як-18Т курсантов высших летных училищ гражданской авиации. — М.: Воздушный транспорт, 1981.-240 с.

9. Курс учебно-летной подготовки пилота в УВАУ ГА по самолету Як-18Т. Ульяновск: УВАУ ГА, 1996.

10. Курс учебно-летной подготовки по самолету Як-40. Ульяновск: УВАУ ГА, 1991.

11. Материалы Совещания по вопросу совершенствования системы подготовки авиационных специалистов гражданской авиации государств-участников Соглашения о гражданской авиации и использовании воздушного пространства. М.: МАК, 2001.

12. Наставление по производству полетов в гражданской авиации СССР (Hi111 ГА-85). М.: Воздушный транспорт, 1985.

13. Нормы летной годности гражданских легких самолетов. Часть 23 АП. -Жуковский: ЛИИ им. М.М. Громова, 1993.

14. Подготовка руководства по производству полетов (Doc 9376-AN/914). -2-е изд. Монреаль, Канада: ИКАО, 1997.

15. Положение о классификации специалистов гражданской авиации СССР. М.: Министерство гражданской авиации СССР, 1989. - 114 с.

16. Постановление совета ГСГА Минтранса России от 11.07.2001 №9 "О состоянии безопасности полетов в гражданской авиации Российской Федерации". М., 2001.

17. Правила расследования авиационных происшествий и инцидентов с гражданскими воздушными судами в Российской Федерации (ПРАПИ-98). -М.: ОАО "Авиаиздат", 1998. 140 с.

18. Приказ ДВТ Минтранса России от 25.09.1992 № ДВ-99 "Об изменениисроков и порядка проведения курсов повышения квалификации летного и диспетчерского состава гражданской азиации".