автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Совершенствование системы инженерно-технического обеспечения безопасности полетов в условиях авиапредприятия

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи.

УКД 656.708(075.3)

КАРМЫЗОВ Валерий Павлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ В УСЛОВИЯХ АВИАПРЕДПРИЯТИЯ.

Специальность 05.22.14 - Эксплуатация воздушного транспорта.

Автореферат.

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических паук.

Москва 1996

И

Работа выполнена на кафедре Безопасности полетов и жизнедеятельности Мс сковского Государственного технического университета гражданской авиации.

Научный руководитель- кандидат технических наук, профессор Б.В. Зубков.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор, академик Транспортной Академии России Е.Ю. Барзилович,

кандидат технических наук, доцент В.А. Найда.

Ведущая организация- Отдел технической эксплуатации и ремонта

авиационной техники федеральной авиационной службы России (ОТЭРАТ ФАС

России).

Защита состоится "21" ноября 1996 г. в 15.00 на заседании диссертационно1 совета К.072.05.01. в Московском Государственном техническом университе' гражданской авиации по адресу: 125838 Москва Кронштатский бульвар, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

Автореферат разослан " 15 " июля 1996 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Л.Г. Романов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность исследований.

Основным показателем качества функционирования авиационной транспортной системы является безопасность полетов (БП), обеспечение которой рассматривается как актуальная и наиболее важная проблема в области эксплуатации воздушного транспорта. Ее современное состояние характеризуется созданием общей теории БП и переходом из области анализа в область целевого управления.

Анализ авиационных происшествий в ГА показывает, что большинство их произошло по вине авиационного персонала как летного, так и наземного. Основными причинами авиационных происшествий, связанных с личностными факторами, являются: неудовлетворительная организация летной работы, низкий уровень дисциплины членов экипажей, недостаточный уровень профессиональной подготовки части летного и инженерно-технического персонала.

Исследования, проведенные в диссертационной работе, показали, что слабым звеном в достижении высокого уровня БП является информационное обеспечение. Одним из главных направлений информационного обеспечения БП является создание и внедрение современных информационных технологий на базе новейшей вычислительной техники, позволяющей ее использование. Вторым направлением является разработка научно-обоснованных методов управления факторами БП и поддержания летной годности ВС в эксплуатации.

Большой вклад в решении указанных проблем внесен специалистами НИИ, учебных заведений и предприятий ГА, авиационной промышленности и ВВС, а также работами Сакача Р.В., Смирнова H.H., Барзиловича Е.Ю., Воро-новича А.П., Гамулина А.Г., Жулева В.И., Зубкова Б.В., Иванова B.C., Кузнецова В.И., Лысенко Н.М., Приданова В.Г., Хамракулова И.В. и других ученых. В то же время созданию новых и развитию уже существующих автоматизированных информационных систем мешают недостаточное методическое обеспечение, отсутствие научно обоснованных методов управления факторами БП, позволяющих решать оптимизационные задачи и проводить оценку соответствия авиационной техники и ее эксплуатации требованиям БП. В настоящее время оценка БП в основном осуществляется по неблагоприятным событиям типа "Авиационной происшествие" и "Инцидент". При этом существующие показатели характеризуются низкой информативностью, что особенно проявляется на низких иерархических уровнях управления авиационной транспортной системой. Повышение точности и объективности оценок БП связывается с расширением их информационной базы за счет неблагоприятных событий более низких рангов.

Перспективным направлением решения этих задач является совершенствование системы управления факторами БП на основе системы обработки и анализа информации по БП на уровне авиапредприятия.

Цель и задачи исследования

Цель исследования заключается в разработке системы повышения безопасности полетов воздушных судов за счет совершенствования организации управления инженерно-техническим обеспечением полетов ВС на уровне авиапредприятия.

Основные задачи исследования.

Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие основные задачи:

1. Анализ инженерно-технического обеспечения БП на уровне авиапредприятия.

2. Разработка структуры информационного обеспечения, общей модели управления факторами БП при инженерно-техническом обеспечении БП.

3. Разработка методики анализа причин отказов и повреждений и оценка их влияния на БП.

4. Использование статистических показателей БП для оценки эффективности мероприятий по повышению БП.

Информационную базу исследований составили статистические материалы ФАС России, авиапредприятий Московского аэроузла, а также материалы научно-практических конференций и научно-исследовательских работ, выполненных в МГТУ ГА.

Методы исследования.

В процессе исследования использованы методы системного анализа, математического моделирования, методы математической статистики и программирования, теоретические положения эксплуатации воздушного транспорта.

Научная новизна

Научная новизна работы состоит в том, что впервые разработаны:

- структурные схемы информационного обеспечения БП авиапредприятия;

- методика анализа деятельности служб авиапредприятия и их взаимодействия по вопросам БП;

- информационная модель системы анализа и управления факторами БП;

- методика оценки эффективности мероприятий по повышению уровня БП с использованием показателей БП на авиапредприятиях.

Практическая значимость и апробация результатов работыи

Полученные в работе теоретические и практические результаты позволяют внедрить в аиапредприятиях эффективно действующую структуру информационного обеспечения БП, методику анализа деятельности служб авиапредприятия по вопросам БП, что способствует решению задачи повышения общего уровня БП. Указанная цель достигается за счет: своевременного и достоверного информирования о нарушениях и отклонениях допускаемых НАС,

повышения оперативности управления факторами БП при реализации мероприятий по устранению причин авиационных происшествий и инцидентов.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях: "Наука и техника ГА на современном этапе" (Москва, МГТУ ГА, 1994 г.) и "Инженерно-технические проблемы авиационной и космической техники" (г. Егорьевск, 1995 г.), на научных семинарах кафедры Безопасности полетов МГТУ ГА (1993-1996 гг.) и объединенных заседаниях кафедр механического факультета МГТУ ГА (1995-1996 гг.), в эксплуатационных авиапредприятиях.

Внедрение результатов работы.

Результаты, полученные в диссертационной рабте, частично используется в ряде предприятий ГА и внедрены:

- в ОТЭРАТ ФАС России;

- в Московском государственном техническом университете гражданской авиации;

- в Егорьевском авиационно- техническом колледже гражданской авиации;

- в Домодедовском производственном объединении (ДПО), что подтверж дено соответствующими актами.

Публикации.

По материалам диссертации, отражающим основное содержание проведенных исследований, опубликовано 4 печатных работы общим объемом более одного печатного листа.

Структура и объём диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, • списка использованных источников, приложений.

Общий объём диссертации составляет 149 страниц и включает 23 рисунка, 5 таблиц, список литературы из 24 наименований и 3 приложений.

Краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и поставлены основные задачи исследования. Выбраны методы исследования, определена научная новизна и практическая ценность, приведены сведения, выносимые на защиту, дана общая характеристика работы.

В первой главе проводится анализ информационного обеспечения БП при техническом обслуживании авиационной техники. Переход воздушного транспорта на рыночные условия хозяйствования характеризуется снижением уровня БП в гражданской авиации России. Снижение БП в авиапредприятиях обуславливается повышением влияния коммерческих интересов авиапредприятий над государственными по обеспечению БП, не подкрепленных соответствующей нормативно-законодательной базой и необходимыми инвестициями.

Проанализирован состав нарушений и отклонений, снижающий уровень БП при техническом обслуживании ВС. В рамках проблемы обеспечения БП

большое значение имеет вопрос об определении взаимовлияния причин/факторов (П/Ф), которые приводят к инцидентам, авиационным происшествиям, повреждению ВС и т.д. Проведенные исследования в этом направлении помогли ответить на вопрос, существуют ли один или группа П/Ф, которые определяют качество работы АТК (АТБ) и его подразделений. Статистический материал взят из МАСУ "Безо пасность". Оценка влияния П/Ф проводилась посредством расчета корреляционной матрицы для определения коэффициентов парной корреляции. Результаты расчетов дают основание предположить, что наиболее ответственными П/Ф за качество работы АТК (АТБ) являются: "Некачественное ТО (персоналом базового аэропорта)" и "неудовлетворительный контроль качества ТО".

Таким же методом была выявлена следующая приоритетность влияния П/Ф на БП:

1. Некачественное ТО (персоналом базового аэропорта).

2. Неудовлетворительный контроль качества ТО.

3. Некачественное выполнение монтажных работ.

4. Неполное и некачественное устранение неисправностей.

5. Невыполнение устных и письменных инструкций.

В то же время имеет место взаимное влияние перечисленных П/Ф. Полученные результаты анализа информационного обеспечения БП при техническом обслуживании ВС позволили выявить основной недостаток существующих систем АСУ "Безопасность-1-2" (на уровнях отрасли и региональных управлений ГА соответственно): они не организованы на непосредственное использование их информации инженерно-техническим персоналом авиапредприятий. Проведенный обзор информационного обеспечения БП в эксплуатационных авиапредприятиях показал, что АСУ "Безопасность" в настоящее время является разомкнутой системой, т.е. практически отсутствуют информационные связи между различными составляющими её подсистемами.

Исходя их этого, определено перспективное направление для более эффективного функционирования системы информационного обеспечения по БП в рамках МАСУ "Безопасность": необходимо введение системы АСУ "Безопасность АТК", предназначенной для сбора и анализа данных, характеризующих тенденции изменения уровня БП в авиапредприятиях, и выработки рекомендаций командно-руководящему составу, направленных на повышение уровня БП.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию модели информационного обеспечения, методики анализа и управления факторами инженерно-авиационного обеспечения БП. Производственный процесс технического обслуживания ВС представлен в виде совокупности авиационной техники, оборудования, технологических процессов и информации об их состояниях. Указанные составляющие производственного процесса совместно с функциями управления образуют основной контур управления техническим обслуживанием ВС по принятию решений, в том числе оперативных . Совершенствование управления производственными процессами технического обслуживания ВС пред-

усматривает оптимизацию всех составляющих контура управления техническим обслуживанием ВС и как основы его информационной системы. В соответствии с этим, во второй главе разработана методика по исследованию информационных потоков авиапредприятия по безопасности полетов ВС.

Данная методика имеет своей конечной целью выяснение существующих связей в виде потоков информации между подразделениями обеспечивающими и осуществляющими производственный процесс технического обслуживания ВС Исследование осуществляется в последовательности: функция управления - задачи - информация. Первоначально для этой цели была разработана организационно-структурная схема информационного обеспечения авиаци-онно-технического комплекса (рис. 1).

Работа каждого отдельного объекта этой схемы может быть представлена в виде:

Квых =>Авх

Данное логическое соотношение показывает, что для каждого объекта имеется множество входных потоков информации Явх с характеристиками, определяющими алгоритмы их формирования в объектах, из которых они выходят, и множество выходных потоков Лвых с характеристиками, определяемыми алгоритмами работы данного объекта. Каждый объект характеризуется множеством алгоритмов Авх, по которым вырабатывается входная информация для получения выходных данных с требуемыми характеристиками. Практическая ценность предложенной схемы организации информационного обеспечения производственного процесса заключается в том, что она позволяет на базе современных средств вычислительной техники устранить информационный вакуум, в котором может находиться инженерно-технический персонал (ИТП) при подготовке ВС к полету.

Проведенные исследования по данной логической модели позволили:

- обосновать необходимость разработки информационной схемы управления техническим обслуживанием и требования к комплексу технических средств управления, а также построения модели информационных связей между конкретными исполнителями работ и производственными звеньями;

- доказать, что основными показателями организационных форм являются качество и оперативность выполнения мероприятий;

- установить приоритетность информирования лиц, принимающих решения в авиапредприятиях по повышению БП.

В третьей главе разработана методика анализа причин отказов и повреждений и оценка их влияния на БП.

Для разработки алгоритмов оценки уровня БП в авиапредприятиях и выбора профилактических мероприятий, направленных на повышение БП, предварительно необходимо было выявить те параметры в деятельности подразделений авиапредприятий, контролируя которые можно оценить тенденции в изменении уровня БП. Оценка таких параметров была осуществлена путем проведения априорного анализа

Рис. I ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА АСУ "БЕЗОПАСНОСТЬ - АТК"

структуры построения авиапредприятия и его подразделений с использованием системно-функционального подхода на качество функционирования АТК, в том числе с использованием метода экспертных оценок.

При анализе структуры авиапредприятия были выявлены наиболее существенные информационные связи, действующие как внутри отдельных подразделений, так и в авиапредприятии в целом. С этой целью производственный процесс выполнения периодического и оперативного технического обслуживания ВС представлен в виде ориентированных графов (рис.2).

Сплошными линиями в графах обозначены связи, носящие документальный характер, пунктирными - характер передачи устной информации.

Каналами информационного обмена между исполнителями в основном являются документооборот и каналы передачи устной информации. Тип связей при выполнении оперативного и периодического технического обслуживания в соответствии с положениями НТЭРАТ ГА-93 может быть представлен в виде ребер ориентированных графов. Такого рода графы, позволяют априорно выявить те производственные звенья, в которых возможен контроль деятельности данного подразделения и конкретизировать круг вопросов, подлежащих решению при проведении последующих опросов экспертов.

Кроме того, использование методов теории графов, в частности построения матриц смежности и инцидентности для графов, интерпретирующих информационные потоки в авиапредприятии, позволяет выработать обоснованные рекомендации по оптимизации структуры информационных потоков. В этой же главе рассмотрена методика проведения экспертных оценок деятельности авиапредприятия по обеспечению БП. Для проведения статистического эксперимента использовались аналитические экспертные оценки, которые позволили получить качественные признаки объекта (процесса). Основу всех этих методов составляет устанавливаемое экспертом предпочтение одного объекта (события) перед другим, с точки зрения меры качества. К аналитическим экспертным оценкам относятся: ранжирование; ранжирование с присваиванием удельных весов; последовательное сравнение; частичное парное сравнение; полное парное сравнение. Показано, что парное сравнение, ранжировки и последовательные сравнения приводят почти к идентичным результатам. Поэтому в главе исходя из минимума затрат времени для экспериментов использовалось ранжирование с применением удельных весов.

В четвертой главе для изучения тенденций случайных процессов изменения определяющих статистических показателей уровня БП предлагается методика современного тренд-анализа. Временной тренд-анализ позволит уловить поведение рассматриваемых показателей во времени и смоделировать параметры статистических показателей уровня БП.

Рис.2. Граф организации процесса выполнения оперативного технического обслуживания ВС.

1 - начальник смены; 2 - диспетчер ПДО АТК; 3 - авиатехник-бригадир по АЭРО и С и Д; 4 - бригада технического состава (комплексная); 5 - бригада специального направления; 6 - дежурный по стоянке; 7 - предыдущая смена; 8 - бортинженер (бортмеханик); 9 - инженер смены по эксплуатации планера, двигателей и А и РЭО.

Доказано, что изменение показателя уровня БП характеризуется линейной функцией тренда, в заданном интервале времени [0;Т] :

К(1) = а+Ы, (1)

причем К(0)=а, К(Т)=а+ЬТ. Коэффициент Ь характеризует угол наклона прямой, являющейся графиком функции тренда (1), поэтому он наглядно может охарактеризовать тенденцию изменения показателя уровня БП в положительную или отрицательную стороны, в сторону уменьшения или увеличения. При последовательном временном оценивании параметр а известен. Параметр Ь статистически оценивался по наблюдаемым значениям К,(г,), ¡=1,...,п реализаций случайных процессов статистических показателей уровня БП по методу наименьших квадратов.

Отмечается, что функция тренда может принадлежать более сложному параметрическому семейству функций, чем линейные. Поскольку цель исследования состоит в определении направления изменения показателей Уровня БП в лучшую или худшую стороны, то для достаточно малых промежутков временных интервалов, на которых сохраняется монотонность изменения функции тренда, логично воспользоваться линейной регрессией.

Для анализа показателей уровня БП важно как суммарное действие П/Ф А,Б,В на результирующую функцию тренда К^), так и величина отдельного влияния на базовые показатели, которые для каждого фактора обозначим соответственно КА(0,КБ(1), КвО). По принципу суперпозиции зависимость между ними может быть описана равенством:

К1(1)=АКА(0+БКБ(0+ВКВ(1) . (2)

где А,Б,В - некоторые коэффициенты, которые подлежат идентификации.

Имея наблюденные значения К,,А(^), К^^Й), ^=1

нескольких реализаций показателей уровня БП на промежутке времени [0;Т], можно провести идентификацию параметров А,Б,В по методу наименьших квадратов, минимизируя сумму

п N

Б= I I - АК^ОО - БК,1Б(1,) - ВК]Ш(1,)]2

1=1 ]=1

Для этого приравнивались нулю частные производные и определились оценки параметров А,Б,В.

По численным значениям параметров А,Б,В оценивалась степень влияния отдельных факторов на результирующий показатель Ку(0.

Предлагаемые алгоритмы статистического анализа показателей безопасности полетов удобны для программной реализации на ЭВМ, причем значения реализации показателей могут накапливаться и храниться на магнитных носителях внешней памяти ЭВМ и считываться по мере необходимости; соответственно оценки показателей, их тренда и степени влияния отдельных факто-

ров могут уточняться и конкретизироваться по мере поступления новой информации. При этом погрешность статистического оценивания показателей, достоверность прогноза и поведения в зависимости от влияния факторов определяется прежде всего числом статистически независимых реализаций N. Получить сколь угодно большое число реализаций невозможно, так как наблюдения ограничиваются одним, двумя годами. Поэтому дополнительной проблемой в данном случае является увеличение числа реализаций для статистического оценивания. В этом плане полезным оказывается результат одного из ведущих специалистов в области математической статистики проф. Беляева Ю.К. Им теоретически обосновано утверждение, что объём выборки, т.е. число реализаций можно увеличить с помощью перевыборки. В данном случае перевыборка получена имитационным моделированием на ПЭВМ. Для этого отдельные фрагменты реализаций разыгрывались на ПЭВМ с помощью датчика равномерно распределенных случайных чисел и строятся новые реализации. Этот прием в условиях малого числа реализаций существенно повышает объём выборки для статистического оценивания. Заключение.

В заключении приводятся основные результаты и выводы в работе.

Основные результаты диссертационной работы:

1. Определены основные факторы, влияющие на безопасность полетов при техническом обслуживании ВС, и выявлены основные недостатки информационного обеспечения безопасности полетов в АТК (АТБ).

2. Разработана подсистема АСУ "Безопасность - АТК" для включения в функционирующую АСУ "Безопасность".

3. Разработаны алгоритмы факторного анализа показателей безопасности полетов от причин/факторов.

4. Предложены структурная схема и модель информационного обеспечения АТК авиапредприятия.

5. Разработана математическая модель базовой функции изменения определяющих статистических показателей.

6. Разработана методика оценки эффективности мероприятий информационного обеспечения технического обслуживания ВС по повышению уровня безопасности полетов на авиапредприятиях ГА.

Результаты диссертационного исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Проведенный анализ уровня безопасности полетов в авиапредприятиях свидетельствует о недостаточном информационном обеспечении безопасности полетов при техническом обслуживании ВС.

2. Проведенный обзор информационного обеспечения безопасности полетов показал, что в настоящее время практически отсутствуют информационные связи по обеспечению безопасности полетов между различными элементами, входящими в состав АТК. ;

3. Разработанные и внедренные на уровне отрасли и региональных управлений ГА АСУ "Безопасность" не ориентированы на непосредственное использование информации инженерно-техническим персоналом авиапредприятия. .

4. Сравнительная оценка тенденции изменения определяющих статистических показателей по их базовым функциям и текущим отклонениям не примере АТК Домодедово показал на эффективность применения предлагаемой методики на уровне авиапредприятия

5. Имитационное моделирование статистических показателей на ПЭВМ, использующее идею перевыборки наблюдаемых реализаций, позволяет повысить доверенность прогноза безопасности полетов.

Основные положения диссертагрш опубликованы в следующих работах:

1. Кармызов В.П., Зубков Б.В. Анализ и разработка основных требований к системам обработки и анализа полетной информации. //Сборник научных трудов МГТУ ГА. - М.: МГТУ ГА, 1993.

2. Кармызов В.П. Анализ факторов состояния безопасности полетов в эксплуатационных предприятиях ГА в условиях развивающейся рыночной экономики. //Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. - М.: МГТУ ГА, 1994.

3. Кармызов В.П., Зубков Б.В. Идентификация АП при оценке уровня безопасности полетов. //Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. - Егорьевск: ЕАТК ГА, 1995.

4. Кармызов В.П., Илюшин В.Б. Совершенствование методики обработки статистических показателей уровня безопасности полетов. //Тезисы докладов Международной научно-технической конференции МГТУ ГА.-М: МГТУ ГА , 1996.