автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Совершенствование методов проактивного прогнозирования и оценивания рисков авиапроисшествий на нечётких множествах показателей факторов опасности полётов

На правах рукописи

ЗУНГ Фам Вьет (Pham Viet Dung)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОАКТИВНОГО

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОЦЕНИВАНИЯ РИСКОВ АВИАПРОИСШЕСТВИЙ НА НЕЧЁТКИХ МНОЖЕСТВАХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФАКТОРОВ ОПАСНОСТИ ПОЛЁТОВ

05.22.14 - Эксплуатация воздушного транспорта (технические науки)

5 ДЕК 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург — 2013

005542557

005542557

Диссертационная работа выполнена на кафедре механики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет

гражданской авиации»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Куклев Евгений Алексеевич зав. каф. механики СПб ГУГА

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кабанов Сергей Александрович, профессор кафедры обработки информации и управления Балтийского государственного университета «ВоенМех» им. Д.Ф. Устинова

кандидат технических наук Плешаков Анатолий Иванович старший научный сотрудник отдела «Лётной годности авиационной техники» ФГУП ГосНИИ ГА, г.Москва

Ведущая организация: ОАО Научно-производственное

объединение «РАДАР ММС», г. Санкт-Петербург

Защита состоится «26» декабря 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.223.012.01 на базе Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации по адресу: 196210, г. Санкт-Петербург, ул. Пилотов, 38.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «25» ноября 2013 г,

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технический наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рассматриваются научно-методические и теоретические вопросы обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации на основе рекомендаций ИКАО и документов SARPS, РУБП с учётом нового положения Аппех-19 (проект).

Результаты исследования по указанной тематике имеют большое значение •' и для ГА России и для Главного Управления ГА Вьетнама (CAAV). В CAAV так же, как и в России, сформулировано требование к авиакомпаниям Вьетнама о повышении безопасности полетов до уровня, соответствующего мировым стандартам. В ГА Вьетнама имеется обширная база данных по результатам мониторинга полётов ВС иностранного производства таких, как А-320, А-321, В- ■ 777, F70 и др. При этом состояние с безопасностью полетов в ГА Вьетнама оценивается с применением не только иностранных, но и российских методов решения задач по обеспечению безопасности полетов в авиакомпаниях и в авиационных предприятиях.

К проблемным, вопросам обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации относятся требования ИКАО к особенностям госу-. дарственного регулирования полетов ВС и управления безопасностью полетов на уровне всех поставщиков авиационных услуг. В регионах, где осуществляется деятельность гражданской авиации, должны быть созданы под контролем государства так называемые SMS (Safety Management System), что требует решения проблем создания SMS, и это имеет научный и практический интерес.

Во Вьетнаме в течение последних лет создается SMS американскими специалистами (RVA - Robinson Aviation Inc.) в полном соответствии со стандартами и рекомендованной практикой ИКАО. Соответствующий материал имеется в диссертации, что представляет интерес для научной общественности ГА РФ. Вместе с тем ряд научных позиций, принятых во Вьетнаме американскими специалистами, может быть наиболее успешно решен на основе достижений российских школ, занимающихся проблемами исчисления рисков (главы 2 и 3 диссертации).

Ряд проблем обусловлен несовершенством методического и научного обоснования деятельности на воздушном транспорте в системах планирования воздушного пространства (ПВП) и ОрВД. Главная из них проблема "редких событий", построение "моделей опасности", которые рекомендуется создавать в SMS для реализация методов управления безопасностью с учётом факторов риска. Основу нового подхода составляет принцип структурного и логического анализа сценариев развития событий.

Сценарный подход представляется в настоящее время единственным перспективным методом осуществления проактивных управлений системой при неопределённости информации.

Целью диссертации является поиск и разработка методов управления безопасностью полетов в авиапредприятиях на основе моделей исчисления рисков с учётом неопределённости статистик о факторах опасности в полётах. 11роверка достоверности результатов осуществляется на материалах ГА Вьетнама, поскольку в ГА России соответствующая статистика по ВС иностранного мроизвЪдства менее доступна для проведения научных исследований в сравнении с ГА Вьетнама.

Состояние вопроса

В связи с признанием в мировом авиационном сообществе таких документов, как РУБП, SARPS, Annex-19 возникла необходимость в разработке новых подходов к оценке уровня БП, к построению баз данных (БД), к прогнозированию состояния систем обеспечения безопасности полетов.

Основополагающие результаты в области обеспечения БП на основе SMS в России получены в ФГУП ГосНИИ ГА, в ОАО "Аэрофлот", в а/к "Трансаэро", в а/к "Волга-Днепр", и в др., в СПб ГУГА. В области автоматизации процессов управления воздушным движением и БП значительные результаты получены профессором Крыжановским Г.А. (ГУГА). Надежность и безопасность радиолокационных комплексов представлена в научных школах МГТУ ГА (А.Й. Козлов), в СПб ГУГА (Коваленко Г.В., Балясников В.В. и др.). Проблему безопасности полетов (в МГТУ ГА) разрабатывали специалисты Зубков Б.В., Ели-сов Л.Н., Цыпенко В.Г. и др. Модели рисков описаны в разработках NASA в связи с созданием системы FORAS и SMS. К последним публикациям можно отнести работу М. Fujita (Japan, Tokyo-ETWAC 2008), относящуюся к проблеме оценивания вероятностей рисков редких событий при RVSM. По теории рисков в ГА РФ достаточно известны разработки, выполненные профессором Кукле-вым Е.А.

Объектами исследований являются:

• Содержание баз данных с результатами мониторинга полётов ВС, полученными в «Vietnam Airlines» на основе отчётов о надёжности элементов функциональных систем ВС типа "Airbus - 321", " Airbus - 320", "ATR72", "В-777", "V-70" система ТОиР по информации подсистем MAREP, PIREP (соответственно: "Доклад" типа "Maintenance Report и Pilot Report" - по сообщениям КВС);

• Функциональные системы воздушных судов, "Экипаж" как элемент контура управление ВС; процесс лётно-технической эксплуатации ВС при выполнении авиаперевозок.

Предмет исследования. Система обеспечения безопасности полетов в ситуациях с редкими опасными событиями (с "вероятностью - почти ноль"), нечёткие модели рисков. В примерах объектом исследования с применением российских научных разработок является система безопасности полетов, используемая в авиакомпаниях Вьетнама (Vietnam Airlines и Pacific Airlines), поскольку, как было указано выше, имеется доступный статистический материал по БП ВС иностранного производства, необходимый для проверки достоверности научных положений данной диссертации,

Метод исследования и теоретический аппарат. Использованы методы теории нечётких множеств и математической статистики, теория вероятностей, теория автоматов. Применён аппарат исчисления рисков в рамках известных программ FORAS, ИКАО. Применён метод проф. Куклева Е.А. по теории рисков при построении системы обеспечения безопасности полетов с учетом положений теории надежности авиационных систем.

На защиту представляются результаты:

- Метод динамического (имитационного нестохастического) моделирования сценариев изменения функционального состояния авиационных систем при оценке безопасности полетов в особых ситуациях в проблеме «Редких событий» по ИКАО;

- Метод формирования управляющих корректирующих воздействий на авиационную систему (АС), основанный на анализе нечетких импликаций значений факторов рисков при редких событиях в индикаторы безопасности по ИКАО (NASA);

- Результаты проведенных исследований, полученные путем решения ряда методических и теоретических вопросов в классе нечетких объектов и недостоверной статистики о состоянии авиационных технических систем с учетом отказов техники, ошибок операторов и воздействия внешней среды в виде факторов риска, вызывающих возникновения функциональных отказов в системах;

- Способы качественного анализа состояния систем в задачах компенсации последствий от функциональных отказов с помощью методов исчисления рисков по Fuzzy Sets на основе нечёткой логики учета потенциальных угроз для безопасности систем, определяемых четко при вероятностно-статистическом анализе безопасности сложной технической продукции;

- Автоматные модели процессов функционирования систем типа SMS (СУБ) и САБ (в аэропорту)

- Экспериментальное доказательство достоверности методологии корректного исчисления рисков при оценке безопасности полетов ВС в ГА на нечетких множествах значений факторов риска.

Научная новизна результатов диссертации:

• Метод динамического моделирования обозначает "прогон" в компьютер-пом времени последовательностей дискретных состояний с оценкой критичности без "вероятностей", без "Монте-Карло и пр.";

• Метод формирования управляющих корректирующих воздействий на АС при редких событиях, отличается от традиционных по РУБП тем, что позволяет за счёт нечётких импликаций компенсировать неопределенность экспертных оценок меры случайности возникновения поражающих факторов путем применения скорректированных матриц оценки значимости рисков на бинарных разбиениях пространства исходов;

• Апробация метода оценки достоверности результатов прогнозных методов управления безопасностью авиационной деятельностью и безопасностью полетов по идеологии ИКАО (с учетом рекомендаций РУБП, отличающаяся тем, что были использованы результаты мониторинга полётов реальных ВС типа "Аэрбас" и "Боинг";

• Способ оценки значимости поражающих факторов отличается от прототипов тем, что используются показатели рисков и матрицы анализа рисков, в которых даны поправки к процедурам назначения целочисленных значений индикаторов по NASA (не только по ИКАО), отличие состоит также и в том что в исходные варианты матрицы ИКАО введены нечеткие значения экспертных границ возможностей в виде терминов "больше", "меньше", "неясно" и т п что позволяет корректно заменить численные значения вероятностных оценок их нечеткими эквивалентами;

• Показано, что применение нового подхода позволяет усовершенствовать методы повышения безопасности полетов и проактивно находить корректирующие (управляющие) воздействия на систему с учётом скрытых угроз по методу цепей Дж. Ризона в соответствии с новой классификацией типов угроз и нечёткостью значений факторов рисков.

Достоверность результатов. Достоверность результатов, представленных в диссертации, была проверена в авиакомпаниях Вьетнама на примерах обработки статистических данных, полученных в реальных полётах, и подтверждается результатами мониторинга реальных полетов ВС "Аэрбас" и сходимостью прогнозов рисков возникновения авиационных происшествий с результатами исследователей из американской корпорации RAV (Robinson Aviation Inc), создающей SMS для Вьетнамской а/к.

Практическая ценность работы. Получены рекомендации Главного Управления ГА Вьетнама по мерам повышения безопасности полетов в гражданской авиации в Социалистической Республике Вьетнам, что было опубликовано в некоторых Российских научных изданиях.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации были использованы при составлении служебных документов в CAAV в связи с разработкой SMS (СУБП) для авиакомпаний республики Вьетнам. Внедрение подтверждается актами о внедрении. Научные результаты опубликованы в российских изданиях (рейтинговые издания). Часть научных результатов опубликована в международных трудах - во Вьетнаме (CAAV и «Авиационный журнал СРВ»), а также в докладах на научно-технических совещаниях.

Опубликовано всего печатных работ по теме диссертации: 5, в том числе 3 - в рейтинговом журнале по ВАК РФ, международные публикации - 2, изданные во Вьетнаме, и имеются рукописи тезисов докладов и служебных разработок.

Структура и объём работы: в диссертации 4 главы, список литературы из 83 наименований, общий объём 115 стр., в том числе 25 рисунков и диаграмм.

Представлены два приложения (№ 1, № 2) с фактическими результатами мониторинга полётов ВС во Вьетнаме с объёмом на 208 листов с общим числом таблиц и графиков более 300.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации рассматриваются проблемные вопросы обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации. Показано, что решаемые в диссертации задачи, теоретические и методические вопросы, являются актуальными и могут быть использованы для исследования безопасности полетов в различных странах, где осуществляется эксплуатация воздушных судов (ВС) гражданской авиации (и в РФ, и во Вьетнаме).

По теме (глава 1 ) "Основные вопросы разработок по созданию систем управления безопасностью полетов в соответствии с концепцией SMS по ИКАО" устанавливаются функциональные требования к SMS как элементу системы регулирования безопабности полетов ВС по ИКАО (SMS - Safety Management System). Рекомендации ИКАО определяют этапы и направления разработок национальных SMS в рамках интегрированных систем "Менеджмента качества" (QMS).

Основополагающий результат состоит в том, что SMS должна быть частью интегрированной системы менеджмента типа Integrated Management System (IMS), и содержать две подсистемы, отвечающие требованиям двух (или более) международных стандартов и функционирующей как единое целое. Эта идея была высказана на совещании ИКАО в 2012 г. (февраль, Монреаль) под названием «10 Things that you know about SMS», что ранее получило освещение в документе SMM (Manual - for SMS), созданном группой авторов FAA с участием специалистов по SMS и руководителя A. Younossi (также из FAA).

В данном разделе показано, что трудности увязки этой концептуальной модели с процедурами оценивания рисков решаются путем нестохастического (без процессов «Монте-Корло») динамического моделирования цепей событий типа цепей Дж. Ризона. То есть, это по существу сценарный подход в теории БП, который принят в задачах "космоса", в информационных системах и в др.

Методология исчисления рисков по ИКАО в известной мере решает эти вопросы, но только на уровне экспериментальных методик, что также требует своего дополнительного обоснования.

Мировая статика анализа авиапроисшествий за длительный период времени подтверждает основные идеи о том, что нежелательные события хотя и редко, но происходят и влекут неоправданные потери. Поэтому вопросы обеспечения безопасности полетов, должны исследоваться достаточно глубоко в рамках проблемы ИКАО "редких событиях".

Но теоретического обоснования этот метод до сих пор не получил и был принят как «прагматический выход» из сложного положения. Дело в том, что традиционно в мировом авиационном сообществе отдается предпочтения вероятностным моделям. Но в проблеме «редких событий» по ИКАО вероятностные подходы оказываются неработоспособными.

В рамках проблемы редких событий, рассматриваемых в диссертации, указано, что традиционно оценки вероятности высоконадежных систем почти всегда перекрывается доверительными интервалами, которые заранее известны. Но эти интервалы не удается корректно определить. Сложность разрабаты-

маемого подхода отодвинула на второй план вопросы практического обоснования найденных решений.

В связи с этим произведён анализ абсолютного значения уровня безопасности полётов в мировом масштабе по данным ИКАО в гражданской авиации в различных регионах мира, что необходимо для обоснования методической схемы применения теории структурированных рисков при оценке уровня БП в России в сравнении с Вьетнамом. (Оценка достоверности результатов диссертации дается на примере эксплуатации ВС во Вьетнаме). Поэтому можно полагать, что изучение "Вьетнамского образца" SMS для экспертных оценок БП целесообразно.

На рис. 1 представлен тренд изменения мирового показателя аварийности в период 2000-2011 г. Из этого графика видно, что после 2003-2005 годов появилось некоторое улучшение состояния с обеспечением безопасности полетов Именно в этот период началось интенсивное внедрение СУБП типа SMS в процессы деятельности провайдеров авиационных услуг. Упомянутый выше документ типа Annex-19 укрепил позиции ИКАО в вопросах развития теории рисков и создания типовых SMS. На рис. 2 даются детали тренда.

В данной диссертации, в числе первых среди известных работ, исследования по проблеме безопасности (БП) проводятся на основе определения БП рекомендованного ИКАО и введённого на основе стандартов ISO-8402 и РУБП № 9859 (AN/460). Этот термин вводит в рассмотрение показатель БП через риск" но понятие риска дано в новой трактовке.

Описание общей картины по оценке безопасности полётов в мировой гражданской авиации необходимо для того, чтобы в дальнейшем обосновать общую методическую схему применения теории структурированных рисков для оценю^уровня БП в России в сравнении с Вьетнамом и в другах странах.

,

Мировой показатель аварийности i

с; о

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011. Рис. Мировой показатель аваринности и тенденции его изменения в 2000-2011 г.г.

Рис. 1.

Состояние с БП анализируется на примере исследования частоты авиапроисшествий с коммерческими самолётами в различных авиакомпаниях мира включая США, Россию и другие, по ИАТА на рис. 2.

Fatal Accidents - Worldwide Commercial Jet Fleet - 1998 Through 2007

«••Г« CttlKt

;з«гэ eî "UerîMurc ferar

rit J-<«e

:з<! P.: a«:

.KiCÄ-jw;

.}! : с' Сот» л - n nçf :

'ШгЧ<агЫИаЬС->№С1!

38-Î'

•3»:¡me -iníirj палка,- EiCjROn

Яията, г ляс? - y«r cte.Awífl cf Рггм 3îil«r,-:>W<rf.: F Пии у Mi \r :::r ■Nen-FcetT'w.i

2>tt«r.C3TOCf«-,¡ Filar« У Mi?ir:-,3f

Ныл were roaí n It* cm:ra caiej

A&ujr:.vv>tavtr .VfM/ome

ЛгТч-,: UeMÇfnent. Сзлгглкагмч, KivjîÈsr. iif«iijn:t Сип ijtety Evtns

sAi.- r- л-1

FSÎ : :с)кя JKtlslöi » к fro: л«* rtafiaoutms»:: <■}

MAC IX-G QTKR UNK R-VAP J30S WSTRW АЯС PJE. SAWP SCF-PF

fata'-* 22 18 6 92152 33261721

accidents

(30 total) Note: Principa categ<xies as assigned fciy CAST.

Рис. 2. (Из архива ИАТА) Авиационные происшествия (с 1998 по 2007 г.г.) со "смертельным исходом" для коммерческих реактивных самолётов

Детальный анализ событий по факторам причин и соответствующие тренды даны на рис.3 а, б, в.

Основные показатели развития национальных авиакомпаний Вьетнама даются в данном подразделе диссертации на примере "Vietnam Airlines" и "Pacific Airlines". В области перевозок пассажиров отмечено обеспечение роста в среднем на 8,96 % в период 1995-2000 г.г. и 12,5 % в период 2000-2005 г.г. Всего Vietnam Airlines и Pacific Air-lines перевезли более 6,2 млн. пассажиров и более 108 тыс. т. грузов. Это позволяет оценить темпы развития парка воздушных судов Вьетнама, которые важно здесь изложить для обоснованности положений диссертации о необходимости совершенствования SMS.

Общее количество воздушных судов (ВС) авиакомпаний Вьетнама в 2005 г. составляло 65 единиц. В том числе: а/к Vietnam Airlines имеет 38 ВС (В777 -6 ед., В767 - 4 ед., А320 - 10 ед., А321 - 7 ед., ATR72 - 9 ед., FK70 - 2 ед.). Мониторинг полетов по данному парку ВС позволяет оценить уровень функциональной надежности систем.

Содержание по разделу (глава 2) "Анализ уровня функциональной надежности системы обеспечения безопасности полётов в гражданской авиации при оценивании рисков авиапроишествий" включает две темы:

- изложение принципа оценивания в SMS по ИКАО (РУБП) рисков возникновения негативных событий, что позволяет находить показатели безопасности систем;

- обоснование экспериментального способа проверки справедливости гипотезы о возможности трактовки реальных авиационных систем как высоконадежных, в которых катастрофические события объективно возникают с вероятностью «почти-ноль».

Принцип исчисления рисков по ИКАО считается известным и здесь дается в форме заимствования из известных публикаций: прежде всего из РУБП-2009 и из Annex-19, а также из публикаций автора Матвеева Г.Н. в виде его статей и автореферата диссертации (и из диссертации). В дальнейшем также проанализированы достижения ОАО «Аэрофлот», на которые даны соответствующие ссылки. Эти материалы является исходными для проведения в дальнейшем дополнительных исследований, связанных с проблемой редких событий.

Проверка существования свойства высокой надежности систем является в настоящей диссертации оригинальным результатом и делается сфере БП впервые по двум причинном: гипотеза является рабочей в теории системной безопасности авторов (Куклев Е.А., Евдокимов В.Г., Гипич Г.Н., Матвеев Г.Н. - из ОАО «Аэрофлот»), Кроме того, возможность проведения подобного эксперимента представилась в связи с разработками SMS для Вьетнама, где проводился ранее и в настоящее время обстоятельный мониторинг полетов. В диссертации сделаны необходимые ссылка на эти материалы, здесь дано краткое пояснение принятого подхода.

Дается также обобщение и развитие результатов, полученных профессором Куклевым Е.А., по разработке управляемых рисков в рамках новых направлений оценки безопасности авиационных систем.

Апробация полученных результатов была произведена в гражданской авиации Вьетнама, что позволило проверить достоверность положений диссертации и рекомендовать их к внедрению в России. Это должно быть учтено при корректировке концепции и программ создания автоматизированных систем сбора статистических данных и мониторинга событий в гражданской авиации (ГА) - на уровне а/к.

Положения методологии по исчислению рисков как категорий, определяющих «меру опасности», здесь даются, как было упомянуто выше, в форме цитат из автореферата кандидатский диссертации Матвеева Г.Н. («Метод упреждающего управления безопасностью полетов воздушных судов в авиационных предприятиях». Специальность 05.22.14, защита успешно была проведена в ФГУП ГосНИИГА. M..-20I0).

а) Статистика авиапроисшествий и аваринность 2012 г

Occident Statistics and Accident Rates: 2012

•VriCd -1.8 2 167

Asi'n 23 У 7 ...

ifcl 23 с H-.

Europe Lain America and the Cariooean 30 4.2 3 42 30% 33%

12 3.S 1 .) 12-i 124

Northern America 29 2.8 0 О 30% 0%

Oceania 0 0.0 0 !J 04

World 99 3.2 9 372

б) Процент всех типов авиапроисшествий в период 2006 - 2012 г.

'ercentage of All Accidents: 2006-2011

hif»M«x«» ■«am

в) Авиапроисшествий тенденция 2006 - 2012 г.г.

ccident Trends: 2006-2012

60 ---;_____

¡0 —-------

0 I-1---1_f I__|_

2006 2007 2008 2009 2010 2011

Рис. 3

Принимаются соотношения для оценки уровня безопасности путем сравнения потенциального (расчетного) риска R , R с уровнем приемлемого

риска R* , R, через прогнозируемые последствия (уъцербы - НR ) и другие показатели:

где: Ц | - мера риска 1-го рода, обозначающая неопределенность (или случайность) появления (возникновения) рискового события R с негативным результатом НR : НR — мера последствий или ущерба (цена риска - «тяжесть» вреда); у

О - условия опыта или ситуация при эксплуатации системы (класс опасности и модель опасности системы, дерево отказов, граф смены состояний, состояния катастрофических отказов системы по методу минимальных сечений

отказов {по Рябинину Ю.А., Махутову H.A.). При этом R - интегральный риск при нечетких оценках по (1), т.е. количество опасности в заданном состоянии.

Представленные соотношения (1) отражают концепцию ИКАО по определению значимости рисков и применения матрицы анализа рисков на основе методических положений теории нечётких множеств (и подмножеств). В диссертации даются интерпретации введённых понятий в рамках концепций по Fazzy Sets: Fujita М. (Tails far from medium) и Малинецкий F.F. ("Hard Tails "from Risk Theory — ИЛУ РАН). Научная проблема состоит в построении функций оценок качества от множества элементов в (1). «Средний риск» R - скаляр, как

принято в ГА РФ при R—>R = R, определить невозможно, т.к. вероятность

рискового события «почти-ноль». Показатели величины риска R, R, R как количества опасности, (Amount - Quantity of Danger), в опасном состоянии системы: нечеткие (экспертно: больше - меньше).

Также образом, оценка (1) риска R - это множество в виде картежа из 2-х элементов (^,7/д), которые задают прогнозируемое "количество опасности" (или "меру опасности" - по Малинецкому Г.Г.) с нечеткой мерой неопределенности значений фактора риска в четком определенном состоянии системы.

Пример образца отчетов о результатах мониторинга полетов А-321 (июль 2013) и тренд показателя функциональной надежности систем ВС «Airbus» дан на рис. 4 (графики) и на рис. 5 (тренд), факторы - в табл. 1. Большая часть фактического материала представлена в приложениях № 1 и № 2 к диссертации , откуда были взяты необходимые сведения.

Итоговым результатом изложенной темы является рекомендация о необходимости разработки схем построения моделей опасности по ИКАО в ситуациях возникающих при изменении дискретных состояний системы.

Вьетнамская авиакомпания Эрбас А321: Графики по МАЛЕР-системе Июль 2013 г. Наиболее важные контролируемые элементы

21-28 ,, ■„

. A-v t.. Mli Z4 2II3-: ХЧ Х'2 SU *[! ".". Z. ™ Z "' » " '

Рис. 4 Таблица I. Пример отдельных факторов риска и рекомендации Гиюль 2П1Ч г ">

АТА 56-11 Многократное расслаивание лобового стекла. Увеличенный запрос запчастей для замены.

АТА 32-47 Многократные ошибки в определении температуры тормоза. Повышенный запрос на устранение неисправностей.

АТА 52-42 Непрерывные повреждение защелки панели служебного туалета. Повышенный запрос запчастей для замены.

В разделе (глава 3) "Динамический метод моделирования АС, экспертные автоматные модели СУБП-SMS для прогнозирования рисков на основе цепей случайных событий" рассматриваются методические основы применения принципа поиска кратчайшего пути к катастрофе ("Минимакс" цепей случайных событий), при оценке показателей безопасности полетов на основе моделей рисков SMS по ИКАО.

Предметом исследования является авиационная система S с дискретными состояниями q,eQ . Показано, что эту систему можно изучать с помощью цепей случайных событий без использования методов теории вероятностей и без метода "Монте-Карло" но в форме автоматных моделей.

Вьетнамские авиакомпании (Vietnam airlines) Надёжность (регулярность) отправления Airbus А321 Окончание периода мониторинга - июль 2013 г.

Кол-во задержек Коммерческие Регулярные Надёжность

и отмен рейсы рейсы отправлении

Месяц 47 6938 6938 99.32

Квартал 165 19081 19082 99.14

'00.00

У 00 ,'7.00

."'6.00 --——----■

/ 4 4 / / / / / /

Ш1 2012 2013 2012 2012 201J 2SU 2C1J Д'Э

——Mcftfily ■ Aitoj [>ip»lc^ -3 Ауг^*^«

Помесячно Фактически Квартально

Результаты: Целевая надёжность - 99,3 %. Фактическая надёжность в июле 2013 - 99,32 %; рост - 0.02 % в сравнении с целевым уровнем.

Рис. 5.

Цепи состояний при динамическом моделировании имеют вид:

(q0 б Q)->rQ=>(q0-> {q0i}... {q,j}), (2)

где заданы последовательности индексов г = 1,2, ..., ггп; j = 1, 2, ..., m,; TQ - отображение Q —>► Q, Q - пространство дискретных состояний, q0 — начальное состояние. Этот подход даёт известные цепи Дж. Ризона по ИКАО для моделей систем, описанных математически в рамках теории дискретных состояний на основе известных источников.

По указанной теме рассмотрены следующие вопросы диссертационного исследования:

- принципы построения моделей опасности по ИКАО, характеризующих на основе сценарного подхода процессы изменения дискретных состояний;

- корректировка матриц анализа рисков с учётом алгоритма NASA (ICAO) для прогнозирования возможных опасностей в системе;

- способ динамического моделирования сценариев опасностей в системах и оценивание рисков возникновения "вреда системе" без вероятностных показателей, но только на нечётких подмножествах факторов риска, входящих в чёткие универсальные множества параметров АС и окружающей среды;

об

Ml

- автоматная модель СУБП (SMS) как детерминированного инструмента 'бработки данных о состоянии систем и реализации способа тригг рного дина ■ ического моделирования по принципу ACARS (Airbus-380, Airbus-320)

Последовательность состояний (2) есть цепь состояний или случайных событии, которые дают сценарий полета, в которых события (^0 происх™ случайные моменты времени ад qlk ~ но в системе обеспеч1ния б1пасно сти полетов, заданной с помощью дискретных состояний, все возможные набо ры свойств предопределены и перечислены. Следователю, вид и онисание каждого дискретного состояния * заранее определены и описаны чётко Мно жеств состояний Q и TQ счётно.

Скорректированная матрица анализа рисков по ИКАО дана на рис 6 где на '

основании алгоритма NASA в клетках даны наборы элементов Лнди™ оГоН''^ГоЛт"ГэСОбЫТИЙ (ФаКТ°Р0В) И КаТеГОрИИ -ледствийТоГчи

ОТ ОАО Аэрофлот ). Эти элементы вводятся в формулу (1) для оценки значимости рисков. Отличие от ИКАО состоит в том, что вместо слова

пюра ( Likelyhood , что было принято NASA в 2007 г.) Данная матрица не противоречит результатам Матвеева Г.Н. (упомянутого выше), нГявл™ бо лее корректной, т.к. получена по методике проф. Куклева Е.А. на основе метода нечетких импликаций неопределённых интервалов вероятностей редких собы тии в шкалу нечетких лингвистических L-термов по Заде Л

Для сведения российских специалистов по БП можно отметить, что американские разработчики SMS для Вьетнама оставили верхнюю клетку матрицы пустой , т.к. слово вероятность" не подходит к алгоритму NASA ИКАО же

„г. смор^;~рнатиш,ых формы этой матрицы- (°дна И3 НИХ ПРИ"

Принятый в диссертации и упомянутый здесь алгоритм NASA в форме ИКАО для прогнозирования возможных негативных последствий в системах приводит к необходимости либо строить полное вероятностное пространство событии что вызывает трудности, либо переходить к сценариям и цепям Дж Ризона. В диссертации для этого применён метод ФАЛ (функций алгебры логики) на основе известных разработок CATS (Нидерланды: Система логических причинно-следственных моделей по БП, Монреаль: 2012). В результате только в данной диссертации удаётся применить метод FMEA для анализа дерева событии по четкой логике, затем отказаться от вероятностей и оценивать нечёткую значимость факторов риска, обозначенных в ФАЛ и в её элементах

Предложенная адаптация исходной матрицы рисков, даёт определённую форму баз данных (БД) по факторам рисков. Это составляет информационную базу данных а/к "Vietnam Airlines" для БП. Доказанная в диссертации гипотеза о высокой функциональной надёжности авиационных систем является основанием для применения метода "Динамического моделирования систем с множеством дискретных состояний".

При этом любая " стохастичность" игнорируется и главным является поиск сценариев на нечёткой логике. В результате можно представить структуру в форме нестохастического автомата W.

Таблица оценки факторов риска для безопасности полетов

Серьезность риска

Вероятность риска Катастрофическая А Опас ная В Значительная С Незначительная D Ничтожная Е

Часто 5 5А 5В 5С

Иногда 4 4А 4В

Весьма редко 3 ЗА ЗЕ

Маловероятно 2 2D 2Е

Крайне маловероятно 1 1А 1В 1С 1 D 1 Е

Рис. 6

Понятие "Динамического метода" моделирования опасных ситуаций было введено европейской ассоциацией ECAST, но лишь в форм "идеи" для решения сложных проблем идентификации рисков. В данной диссертации эта идея получила развитие. (ECAST-Component of European Strategic Safety Initiative: Руководство по идентификации опасностей.

Автоматная модель процессов и структуры SMS представлена в виде кортежа W:

W = {XF,Tv,V,<ü,Q\G,Fl.,ftR,B}, (3)

где Ф- соответственно функции перехода из состояния в состояние -> q, и

функция выходов Yy, G - граф состояний; Xv - выход; В - база данных:

4-\хг,й\с£&,<1> = {в,хг |С,АгДг,С„ |{/„,£,,)}>

Здесь Cr~ Hr — функция потерь по (1).

Необходимо решать две задачи по оценке БП: построение автоматизированных процедур для выявления скрытых угроз и влияния проявления человеческого фактора на безопасность сложных систем при отсутствии устойчивых статистик о событиях; применять матрицу анализа рисков и строить цепи Дж. Ризона на основе способа динамического моделирования. Далее использовать априорные экспертные базы знаний и апостериорные базы данных и пр. для оценки значимости цепей на основе методов анализа комбинаторики элементов счетного множества событий с учетом нечеткости сведений о факторах рисков.

В автомате (для SMS) на основе некоторых алгоритмов и процедур илен

Î5SE Siугро3 (рис-7) 2"х типов'L ~ oZ

Схема трансформации полётной информации в "угрозы "

Запись распознование База г.

V» ~ Перечет (список)

БД-АК ПР—О) КД.Угро,ь>

Операция^ 2

пэзасиса бортов ого tarçro«<»i. При1низ>фаиш1№

Запись

Н:

.БД-Угрозы "(фаооры

(Идентн-

фнкац-и)

БД-Опасности Классификатор

Список Цепи

(знании опасных Дж.

опасности) факторов :Ргаона

; Риски, jYnpan-! ление ! рисками

Рис. 7

Выводы по теме следующие. Для обеспечения безопасности сложных систем должна быть ^ана автоматизированная система (типаАСУШи

L 3 НТ ДИМ° ДЛЯ К0Н1Р°ЛЯ ФУнкциональной надежности и качест-Вьетнам" * """ безопасности в масштабе Росси"

В разделе (глава 4) "Сование системы мониторинга рисков в гражданской авиации во Вьетнаме и в России на основе nnoLJ,„L ггпвлс» „ " "" "LHoee прототипов системы

FORAS рассмотрены вопросы теории и практики "управления рисками» nTZ ставлены результаты проверки, выполненной ИКАО во Вьетнаме по качеству процедур организации контроля за обеспечением безопасности полетов в ГА Вьетнама. В соответствии с резолюцией А32-11 Ассамблеи эта проверка проводилась с целью определения способности CAAV Вьетнама осущест^ять контроль за обеспечением безопасности полетов в соответствии со Стандартами и

я^ХТк^аг^^ — ™ « ПрГожГ

ГТроверено комиссией ИКАО общее положение по организации государст-

1НеНс0л°ЛяУ?РАаВРфНИЯ Б? В ГА Вье™аМа' ЧТ° Д°™ большой'ин-

1 ерес для ГА РФ как образец иерархии документов:

1. Основное авиационное законодательство содержится в Воздушном кодексе Вьетнама (Воздушный кодекс), принятом национальным Парламентом 29 июня 2006 и подписанном Президентом 12 июля 2006 года. ВоздушньШ Г деке и Постановления правительства определяют конкретные обязанности Министерства транспорта. 1И

2. Функции сертификации и надзора за деятельностью авиаэксплуатан-тов выполняет отдел стандартов безопасности полетов.

3. Инспекция летной годности осуществляет контроль за безопасностью полетов эксплуатантов и летной годностью воздушных судов, зарегистрированных в Вьетнаме и т.п.

Представлено описание "ядра" системы SMS для управления рисками при обеспечении безопасности полетов ВС, что является главным для а/к любого уровня. Концепция приемлемого уровня безопасности полетов, принятая во Вьетнаме, такая же, как и в ГА России, что соответствует требованиям ИКАО.

Предложено осуществить управление безопасностью (АСУ БП) на основе модернизированной структуры SMS из Annex-19 по FAA. Некоторые научные разработки ГА РФ, полезные для CAAV, были реализованы во Вьетнаме.

Даны способы анализа и методика исследования причин возникновения инцидентов на примере деятельности А/К "Vietnam AirLines" (апробация SMS во Вьетнаме).

Освещена роль CAAV по устранению рисков в системах эксплуатации ВС и ОрВД с помощью корректирующих действий в виде "методик и алгоритмов компенсации рисков", "приказов", "записок", "совещаний", "инструкций", "методических указаний", "дополнительных программы обучения авиационных специалистов" и других мероприятий, выполненных в CAAV для проактивного предупреждения возможных последствий в будущем. Представлены характеру стики действий СААВ в период 2000,2005, 2006,2008 г.г.

CAAV дал указание всем эксплуатантам и поставщикам авиационного обслуживания создавать свои СУБП. Согласно Приложению 6 ИКАО и статье 39 Вьетнамских Авиационных Правил (VAR), выпущенных по приказу Министра Транспорта № lO/2008/QD-BGTVT от 13 июня 2008 г., поставщикам услуг предписано создать свои СУБП с 1 января 2009 г.

В выводах главы 4 описаны и обоснованы способы анализа и методика исследования причин возникновения инцидентов на примере деятельности "Vietnam Airlines". Практические результаты "Vietnam Airlines" по анализу статистики авиапроисшествий явились основой для разработки скорректированных матриц анализа рисков в периоды 2008-2009 годов. Итоговые результаты анализа природы инцидентов, представлены на рис. 8а, 86. Это позволило создать методику накопления исходных данных для факторов рисков, в том числе на основе анализа полётной информации (АПИ).

Основной вывод по главе 4 заключается в том, что для РФ (на основе опыта Вьетнама) признано целесообразным использование рекомендаций ИКАО и последних разработок корпорации "ЭРБАС" путём создания модуля компьютерного прогнозирования рисков возникновения "катастроф" на основе цепей Дж. Ризона (using of J. Reason's Chaînes). Установлена необходимость метода динамического моделирования и перехода к разработке глобальной системы мониторинга состояния полёта ВС в реальном времени по схеме ACARS, как было отмечено выше.

Статистическая информация об авиапроисшествиях и инцидентах

в CAA V по типам ВС а) "Вьетнамские авиалинии"-воздушное судно ATR-72 Внеплановые замены компонентов при ТО и Р

Vietnam Airline» ATR 72

Unscheduled Component Removal. - July 2013

Рис. 8a

б) "Вьетнамские авиалинии"- воздушное судно ATR-72. Внеплановые замены компонентов по MEL (PIREP)

Vietnam Airlines ATR 72

Unscheduled Component Removals - July 2013

SS74I2I2M10I0 S541 127SS00Q01 NPisa»e2-2 MZ441 -OO-COOA Г £205-COO CT2542A.a02 APS 40-1 62425-00-0060 T005S38-SC7 42 16016 311C691-02 1 «9009-11 10S-003-2 AHA1в»0 AHA1 653 R25-1M2 CW EVTA1S2SB BI4GMS03 ВОЗЛАИЗСО Т«в-ЗвЗ-1

RilSSOS-C 43310-31 1046GT2102 AY 7000700-3 01

LA4E2000CHM0100 32I49SS-2

•A .4*lacitty ^rcç-cn,

Рис. 86

Ha схеме принято обозначение: MEL - Minimal Equipment List

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рекомендации ИКАО и новое приложение Annex-19 (проект), содержат два важных положения: учет многообразия факторов риска и исследования на основе сценарного подхода опасных ситуаций в полетах ВС и в деятельности провайдеров услуг.

Полученные в диссертации результаты обеспечили возможность совершенствования методов управления БП с учетом факторов рисков группы всех важнейших позиций РУБП по ИКАО в "виде" ключевых элементов типа "алгоритма NASA", баз данных и отражают постулат Дж. Ризона о том, что «Катастрофа заложена в системе и только ждет своего проявления».

Разработанные в диссертации модели опасности, возникающей при полетах воздушных судов ("Аэрбас" и др. в а/к "Вьетнамские линии"), отличаются от известных в теории надежности тем, что разработки чётких сценариев развития процессов смены состояний, возникающих в форме путей на графах состояний, образуются из элементов универсальных множеств объектов СУБП без учёта какой-бы ни было меры возможности возникновения ситуаций. И только потом назначается соответствующая мера возможности или степени истинности оценок по Fuzzy Sets.

На основании анализа результатов мониторинга полетов, проведенного в авиакомпании "Вьетнамский авиалинии" в период с 2009-2013 г. с группой из семи воздушных судов типа "Airbus", "Boeing" и F-70, ATR-72, удалось установить, что предложение о высокой функциональной надежности систем поддержания летной годности подтверждается с достаточно высокой точностью. Из этого следует, что примененная в диссертация методология исчисления рисков возникновения авиапроисшествий на событиях, происходящих с вероятностью "почти-ноль", может считаться вполне рабочей в соответствующих случаях (как альтернатива ВАБ).

Выводы из этого анализа следующие:

1. Целесообразно при "Создании региональной системы регулирования безопасности полетов ВС на основе системы управления качеством" предусмотреть возможности реализации Концепции "Интегрированных СМК (QMS)", в которых должен быть реализован модуль - «ядро» (подсистема № 2) обеспечения безопасности полетов ВС при использовании методов исчисления и управления рисками по Fuzzy Sets. В России должны быть разработаны дополнительные новые стандарты и обоснованная нормативно - правовая база (НПБ), охватывающая государственное регулирование БП и управление БП в а/к и у других провайдеров услуг..

2. Применение моделей катастрофических рисков для проактивного прогнозирования возможности возникновения опасных сценариев развития событий в структурно - сложных системах, определенных в пространстве дискретных состояний, является перспективным с научной точки зрения.

3. Риски катастроф могут оцениваться в "Моделях опасности", предло1 женных ИКАО в документе РУБП, как мера количества опасности в системах, подверженных воздействию поражающих факторов, возникающих при отказах техники и нарушений функциональной надежности систем вследствие воздей-

ствия внешней среды, а также при негативном проявлении человеческого фак-

4. Сформулированные рекомендации по оценке безопасности в гражданской авиации могут найти применение в следующих практических случаях-

• Для обнаружения опасных сочетаний факторов риска при оценивании безопасности эксплуатации высоконадежных систем - самолётных и вертолётных, например по РМЕА, но по новой формуле значимости риска возникнове-н ия авиапроисшесвий без вероятностный показателей ;

• При решении ряда эксплуатационных вопросов необходимо сформулировать обоснованные требования к безопасности авиационных конструкций и систем при оценивании их эксплутационной и летной годности (самолётов вертолетов) - в виде "конструкционной безопасности" по прогнозируемым конструкционным опасным факторам авиационных систем.

Основные публикации по теме диссертации

В изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Фам Вьет Зунг. Определение уровней безопасности полётов в граждан-' скои авиации на основе моделей рисков возникновения авиапроисшествий // Научный вестник МГТУ ГА № 135 (ЭВТ, ВП), М.: 2008 г стр 131-135 '

2. Фам Вьет Зунг, Куклев ЕЛ. Автоматная модель деятельности аэропор-

товои САБ при противодействии АНВ.//Транспорт РФ. №5(48) 2013 с 54-56

3. Фам Вьет Зунг. Оценивание функциональной надёжности воздушных судов типа "АиЬаБ" в задачах определения рисков возникновения авиапроисшествии при производстве полётов. // Транспорт РФ. № 5(48) 2013 с 65-66

В других изданиях:

4. Фам Вьет Зунг. Принципы автоматизации управления рисками в системах обеспечения безопасности полетов. Журнал "Авиация" (на Вьетнамском яз.), № 3, Ханой, 2011 г.

5. Фам Вьет Зунг., Куклев Е.А. Оценка безопасности авиационных транспортных перевозок с учетом рисков неблагоприятных последствий Журнал ' "Авиация" (на Вьетнамском яз.), № 5, Ханой, 2011 г.

Подписано к печати 22.11.2013 г. Формат бумаги 60x90 1/16

Тираж 70 экз. Уч.изд.л. 1,375. Усл.печ.л. 1,5. Заказ 6// . сг? Тип. СПб ГУГА. 196210, С.-Петербург, ул. Пилотов, дом 38.

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ФБГОУ ВПО "САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ"

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОАКТИВНОГО

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОЦЕНИВАНИЯ РИСКОВ АВИАПРОИСШЕСТВИЙ НА НЕЧЁТКИХ МНОЖЕСТВАХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФАКТОРОВ ОПАСНОСТИ ПОЛЁТОВ

Специальность 05.22.14 ("Эксплуатация воздушного транспорта")

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н. профессор Куклев Е.А.

На правах рукописи

ФАМ ВЬЕТ ЗУНГ

(Pham Viet Dung)

Санкт-Петербург 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................................................................................6

Глава 1. ПРИНЦИП СОЗДАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПОЛЕТОВ В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ В МИРОВОМ МАСШТАБЕ НА ОСНОВЕ ТРЕБОВАНИЙ ИКАО.......................................................... 14

1.1. Функциональное назначение SMS, реализующей стратегию ИКАО по обеспечению безопасности полетов............................................................................14

1.1.1. Обобщённые требования к SMS......................................................................................15

1.1.2. Способы оценивания рисков возникновения опасных аварийных ситуаций при полётах ВС ГА на основе моделей рисков 15

1.2. Интегрированные системы менеджмента (Integrated Management System) ......................................................................................................................................................................................16

1.3. Проблемные вопросы оценивания уровней безопасности в ГА на основе концепции рисков по ИКАО и категорий редких событий........................................................................................................................................................................................................................17

1.4. Анализ тенденций изменения показателей уровня безопасности полётов ВС в зависимости от типов рисковых факторов..............................18

1.4.1. Типовые показатели безопасности полетов воздушных судов ........................................................................................................................................................................................................................20

1.4.2. Особенности статистических баз данных по полётам ВС 24

1.4.3. Мониторинг показателей безопасности полетов..................................25

1.4.4. Анализ влияния внедрения концепции RVSM на элементы обеспечения безопасности организации воздушного движения ..................25

1.4.5. Постановка задачи оценки ошибок сопровождения объектов в системе CNS/ATM..................................................................................................................................................27

1.5. Обзор параметров развития гражданской авиации Вьетнама 27

1.5.1. Основные показатели развития национальных авиакомпаний ("Vietnam Airlines" и "Pacific Airlines")......................................................................................27

1.5.2. Управление безопасностью полетов в ГА Вьетнама......................30

1.5.3. Роль CAAV в проведении Государственной политики по обеспечению безопасности полетов..............................................................................................................31

1.6. Анализ состояния безопасности полетов во Вьетнаме....................32

1.7. Научно-технические и методические вопросы диссертационного исследования......................................................................................................................................................................33

Выводы-1................................................................................................................................................................................................34

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЗУЛЬТАТОВ МОНИТОРИНГА ПОЛЁТОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ................................................................ 35

2.1. Применение сценарного подхода и новых моделей рисков в теории обеспечения безопасности полетов ВС в ГА ......................................................35

2.1.1. Общая постановка задачи разработки SMS..................................................36

2.1.2. Общая схема решения задачи по обоснованию структуры

SMS.......................................................................................................... 37

2.1.3. Показатели степени опасности по ИКАО в виде значимости "рисков"......................................................................................................................................................................................................38

2.1.4. Объективные условия существования "Редких событий" 39

2.2. Использование показателей функциональной надежности воздушных судов типа "Airbus" в задачах определения рисков возникновения авиапроисшествий при производстве полетов..................................42

2.2.1. Схема оценки функциональной надёжности..............................................43

2.2.2. Принцип анализа результатов мониторинга полетов ВС ... 43

2.2.3. Обзор полученных результатов мониторинга..........................................44

2.2.4. Отчет о надежности системных компонентов ВС А-321 (вьетнамская авиакомпания)....................................................................................................................................44

2.3. Результаты мониторинга функциональных состояний и надёжности агрегатов ВС А-321................................................................................................................................45

2.4. Анализ содержания общих определений риска............................................48

2.5. Схема решения задачи по оценке безопасности авиационных систем на основе теории системной безопасности..............................................................55

2.5.1. Теоретические и методические основы системной безопасности ................................................................................................................................................................................................................55

2.5.2. Формализованные определения рисков и системный подход к оцениванию рисков по ИКАО ..........................................................................................................57

2.6. Формулы оценивания интегральной значимости рисков............58

2.6.1. Критерии значимости (серьезности) риска ..................................................58

2.6.2. Оценка рисков по концепции ИКАО........................................................................61

2.7. Принципы факторного управления рисками по ИКАО в гражданской авиации......................................................................................................................................................................63

2.7.1. Поддержание и обеспечение безопасности полетов путем факторного управления состоянием системы по показателям рисков 63

2.7.2. Традиционные модели рисков катастроф в высоконадежных системах в форме методов В АБ............................................................................................................64

2.8. Применение матриц оценки риска при определении уровней безопасности полётов в СУБП..............................................................................................................................64

2.9. Определение степени неопределённости нечётких множеств

факторов рисков, анализируемых с помощью матриц рисков по

ИКАО....................................................................................................... 65

2.10. Детерминированный анализ особенностей функционирования авиационной системы с помощью программы CFIT..........................................68

2.11. Способы идентификация рисков и угроз в SMS......................................70

2.12. Виды неопределённости в теории безопасности 70 Выводы-2................................................................................................

Глава 3. АВТОМАТНЫЕ МОДЕЛИ СУБП-SMS ДЛЯ ЭКСПЕРТНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РИСКОВ НА ОСНОВЕ ЦЕПЕЙ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ И 72

МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ...

3.1. Принцип поиска кратчайшего пути к катастрофе при оценке 72 критичности сценариев событий через риски возникновения ущербов

3.1.1. Метод динамического (нестохастического имитационного) 72 моделирования процессов с редкими событиями..................................................................74

3.1.2. Основной принцип построения сценариев событий ..........

3.2. Решение проблемы редких событий на основе метода Fuzzy 75 Sets......................................................................................................................................................................................................................75

3.2.1. Схема перехода к Fuzzy Sets.................................................

3.2.2. Принцип нечеткой импликации при анализе нечетких вы- 76 оказываний...............................................................................................

3.3. Применение метода динамического моделирования для про- 78 гнозирования возможностей возникновения катастроф ......................

3.3.1. Теоретические положения в формуле определения значи- 78 мости риска..............................................................................................

3.3.2. Проактивные методы воздействия на риски возникновения 79 негативных результатов при производстве полетов ВС.......................

3.3.3. Неопределенность эмпирических функций п.р.в. в методе 80 "доверительных интервалов".................................................................

3.4. Методические процедуры идентификации и оценивании рис- 81 ков в СУБП для а/к при нечётких мерах факторов опасности.............

3.5. Проактивные оценки значимости рисков в ситуациях с про- 81 гнозируемой опасностью на примере "лодки-амфибии"......................

3.6. Автоматная модель в методе динамического моделирования систем для описания деятельности аэропортовой САБ при противо- 82 действии AHB..................................................................................................................................................................................84

3.6.1. Постановка задачи ................................................................................................................................86

3.6.2. Анализ критериев Махутова А.Н..................................................................................87

3.6.3. Информационно-факторный базис системы........................

3.7. Автоматные процедуры преобразования потоков данных в 89

системах типа SMS, САБ ..............................................................................................................................................90

Выводы-3................................................................................................

Глава 4. СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА РИСКОВ В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ВЬЕТНАМА И РОССИИ НА ОСНОВЕ ПРОТОТИПОВ СИСТЕМЫ FORAS........

4.1. Анализ результатов проверки ИКАО организации контроля

за обеспечением безопасности полетов в ГА Вьетнама................................................92

4.2. Практика контроля безопасности полетов в гражданской

авиации Вьетнама с учетом опыта ГА России на основе моделей рис- 92 ков возникновения авиапроисшествий..................................................

4.2.1. Акценты нового подхода к оценке безопасности полетов..

4.2.2. Автоматизация процессов обеспечения безопасности поле- 95 тов на основе систем типа SMS с "ядром" по NASA (ИКАО Annex-19) 95

4.2.3. Сравнительный анализ типовых разработок СУБП в ГА РФ

и ГА Вьетнама..................................................................................................................................................................................95

4.2.4. Выбор автоматной структуры АСУ для "ядра" SMS...........

4.3. Управление рисками возникновения авиапроисшествий с 98 учетом характеристик нечетких факторов внешних воздействий на 98 систему.....................................................................................................

4.3.1. Технологии управления рисками.........................................

4.3.2. Схема назначения в ГА Вьетнама приемлемого уровня рис- 99 ка при оценивании безопасности полётов..........................................................................................99

4.4. Создание в ГА Вьетнама Интегрированных систем менеджмента качества (Integrated QMS) со встроенными системами SMS..........100

4.4.1. Стратегическое направление................................................

4.4.2. Методическая схема перехода к интегрированным систе- 101 мам......................................................................................................................................................................................................................101

4.5. Обеспечение системной безопасности ...................................

4.6. Исследование значимости факторов в перечне возможных 101

авиапроисшествий в а/к "Vietnam Airlines"..................................................................................102

Выводы-4................................................................................................................................................................................................107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................................................................................108

ЛИТЕРАТУРА..................................................................................................................................................................................111

ПРИЛОЖЕНИЕ......................................................................................................................................116

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Рассматриваются научно-методические и теоретические задачи применения рекомендаций ИКАО и документов SARPS, РУБП с учётом нового положения Аппех-19 (проект) при разработке СУБП (в России) и SMS (во Вьетнаме).

Решаемые в диссертации указанные задачи и проблемы являются актуальными и едиными в сфере безопасности полетов во многих странах, где эксплуатируются воздушные суда (ВС) новых поколений (и в России, и во Вьетнаме).

Результаты исследования по указанной тематике имеют большое значение и для ГА России, и для Главного Управления ГА Вьетнама (CAAV). В CAAV, так же, как и в России, сформулировано требование к авиакомпаниям Вьетнама о повышении безопасности полетов до уровня, соответствующего мировым стандартам. В ГА Вьетнама имеется обширная база данных по результатам мониторинга полётов ВС иностранного производства, таких, как А-320, А-321, В-777, F70 и др. При этом состояние безопасности полетов в ГА Вьетнама оценивается с применением не только иностранных, но и российских методов решения задач.

К проблемным относятся требования ИКАО к особенностям государственного регулирования полетов ВС и управления безопасностью полетов на уровне всех поставщиков авиационных услуг. В регионах, где осуществляется деятельность гражданской авиации, под контролем государства должны быть созданы так называемые SMS (Safety Management System), что требует решения проблем создания SMS, и это имеет научный и практический интерес.

Во Вьетнаме в течение последних лет SMS создается американскими специалистами (RVA - Robinson Aviation Inc.) [42] в полном соответствии со стандартами и рекомендованной практикой ИКАО. Соответствующий материал имеется в диссертации, что представляет интерес для научной общест-

венности ГА РФ. Вместе с тем ряд научных позиций, принятых во Вьетнаме американскими специалистами, решается в диссертации (главы 2 и 3) на основе публикаций в России.

Ряд проблем в теории безопасности обусловлен несовершенством методик научных изысканий, в частности, при планировании воздушного пространства (ПВП) и ОрВД. Главные из них - проблема "редких событий", построение "моделей опасности", которые рекомендуется создавать в SMS для реализация методов управления безопасностью с учётом факторов риска. Основу нового подхода составляет принцип структурного и логического анализа сценариев развития событий.

Сценарный подход представляется в настоящее время единственным перспективным методом осуществления проактивных управлений системой при неопределённости информации.

Цель диссертации - разработка методов управления безопасностью полетов в ГА с применением исчисления рисков при неопределённости статистик о факторах опасности в полётах. Проверка достоверности результатов осуществляется на материалах ГА Вьетнама, поскольку в ГА России соответствующая статистика по ВС иностранного производства менее доступна для проведения научных исследований в сравнении с ГА Вьетнама.

Состояние вопроса

В России основополагающие результаты в области обеспечения БП на воздушном транспорте достигнуты в ФГУП ГосНИИ ГА, в ОАО "Аэрофлот", в а/к "Трансаэро", в а/к "Волга-Днепр" и в др. а/к, в МГТУ ГА, в СПб ГУГА. В области автоматизации процессов управления воздушным движением и БП значительные результаты получены профессором Крыжановским Г.А. (ГУ ГА). Надежность и безопасность радиолокационных комплексов представлена в научных школах МГТУ ГА (Козлов А.И.), в СПб ГУГА (Коваленко Г.В., Балясников В.В. и др.). Проблему безопасности полетов (в МГТУ ГА) разрабатывали специалисты Зубков Б.В., Елисов Л.Н., Цыпенко В.Г. и др. Базовые модели рисков для ГА разработаны в NASA [71] в связи с завершением про-

екта FORAS и SMS. К значим разработкам в данной сфере относятся публикации [65] по RVSM. Практическое применение методов оценки безопасности полётов с учётом рисков в период 2005-2013 гг. осуществлено к.т.н. Матвеевым Г.Н. в ОАО "Аэрофлот". Из иностранных авторов здесь уместно отметить П. Райха [77] и других, изучавших закономерности процессов в системах ОрВД [61]. Известны разработки в теории БП с использованием концепции рисков, выполненные Смуровым М.Ю., Гипичем Г.Н., Шапкиным B.C., Куклевым Е.А. [23]. Развивается направление по созданию в ГА РФ системы менеджмента безопасности авиационной деятельности и разработке соответствующих авиационных стандартов, как это сделано в ИКАО [1-3].

В данной диссертации получены решения по схемам исследования нечётких факторов полёта и определены требования к алгоритмам смягчения рисков, что нашло прямое применение в гражданской авиации Социалистической Республики Вьетнам.

В связи с признанием в мировом авиационном сообществе таких документов, как РУБП, SARPS, Annex-19 проявился большой интерес к построению баз данных (БД) для прогнозирования состояния систем обеспечения безопасности полетов. Теория рисков и экспертные системы SMS, имеющие перспективы на развитие и внедрение в практику безопасности полетов, интенсивно разрабатываются во всём мире. Во Вьетнаме такие разработки на основе Annex-19 ведутся с помощью фирмы "Robinson Aviation Inc" (RAV) [12]. Эти материалы представлены в диссертации и освещены в российских публикациях автора.

Объектами исследований являются:

• Содержание баз данных с результатами мониторинга полётов ВС, полученными в "Vietnam Airlines" на основе отчётов о надёжности элементов функциональных систем ВС типа "Airbus-321", " Airbus-320", "ATR72", "В-777", "V-70";

• Система ТОиР по информации подсистем MAREP, PIREP (соответственно: "Доклад" типа "Maintenance Report и Pilot Report" - по сообщениям

КВС);

• Функциональная система "воздушное судно - экипаж" как элемент к�