Метод профессиональной подготовки пилотов к принятию решений в полете с целью повышения безопасности полетов воздушных судов

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство воздушного транспорта

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации»

На правах рукописи

Михальчевский Юрий Юрьевич

метод профессиональной подготовки

пилотов к принятию решений в полете с целью повышения безопасности полетов воздушных судов

Специальность 05.22.14 - Эксплуатация воздушного транспорта

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургском государственном университете гражданской авиации»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Смуров М. Ю.

Официальные оппоненты:

Масленникова Галина Евгеньевна доктор технических наук, начальник отдела научного центра продления летной годности ВС ФГУП Гос НИИ ГА

Сулаев Станислав Александрович доктор технических наук, профессор, ФГУП "Госкорпорация по ОрВД", ведущий инспектор отдела инспектирования безопасности полетов

Ведущая организация - Ульяновское высшее авиационное училище

гражданской авиации (институт) гор. Ульяновск

Защита состоится «30» мая 2012 года в 14.00 на заседании Диссертационного совета Д 315.002.01 при ФГУП Государственном научно-исследовательском институте гражданской авиации по адресу: 125993, Москва, ул. Михайловская, д. 67, кор.1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП Гос НИИ ГА

Автореферат разослан «____» апреля 2012 года

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 315.002.0

кандидат технических наук А.Е. Байков

Актуальность исследования. Исторический опыт показывает, что совершенствование профессиональной подготовки пилотов, повышение надежности их деятельности приводит к повышению уровня безопасности полетов в гражданской авиации.

В послед­ние десятилетия, после внедрения цифровых компьютеров в бортовые системы управления, автоматизация приняла универсальный характер. При этом произошел переход от непосредственного управления системами са­молета со стороны пилота к опосредованному, когда его действия стали контролироваться и корректироваться автоматикой. По мнению исследователей, уменьшение числа ручных операций не приводит к снижению ментальной нагрузки. Причина в том, что автоматика требует постоянного внимания, поэ­тому акцент в деятельности перемещается с исполнительных действий на программирование, планирование и принятие решений.

Оценка ситуации в полете, способность принять безошибочное и своевременное решение являются необходимыми характеристиками профессиональной подготовки пилота. Кроме того, это одна из важных характеристик, определяющая уровень безопасности полетов воздушных судов (ВС). Анализ статистики авиационных происшествий, проведенный в диссертации, позволяет сделать вывод, что ошибки в принятии решений пилотами являются одной из основных причин более чем 50% катастроф.

Анализ практики профессиональной подготовки пилотов показал, что специального, целенаправленного обучения пилотов принятию решений в полете в настоящее время не существует в российской ГА и совсем недавно появилось за рубежом. В настоящее время обучение и совершенствование принятию решений, как в России, так и за рубежом происходит, главным образом, за счёт длительной интенсивной практики.

Диссертация посвящена разработке метода профессиональной подготовки пилотов к принятию решений в полете.

Цель диссертации – повышение безопасности полетов путем формирования опорного фрагмента деятельности по принятию решений в сложных и особых ситуациях полета рациональным методом.

Достижение этой цели потребовало разбить ее на задачи и последовательно достичь их путем:

- анализа существующих теорий с целью выбора наиболее целесообразного метода профессиональной подготовки пилотов к принятию решений в полете;

- определения перечня опорных фрагментов деятельности (ОФД) пилотов, выполняющих полеты на ВС с высокой степенью автоматизации и компьютеризации;

- разработки метода обучения, позволяющего сократить время для приобретения достаточного опыта в принятии решений;

- проверки эффективности метода обучения принятию решений.

Объект исследования – процесс функционирования эргатической системы «пилот (экипаж) – воздушное судно», структура деятельности пилотов гражданской авиации.

Предмет исследования – качественные и количественные особенности формирования ОФД пилота - принятие решений в полете, а также система контроля за уровнем квалификации пилотов.

Методологическая и теоретическая основа исследования

Основу составили труды отечественных и зарубежных авторов в области системного подхода, охватывающего аспекты летной эксплуатации, профессиональной подготовки членов экипажей гражданских ВС, вопросы анализа деятельности человека - оператора эргатических систем, инженерной психологии, теории деятельности и ее генезиса.

В диссертационной работе использовались следующие методы исследования - системный анализ, теория вероятностей и математическая статистика, методы летной эксплуатации и теории профессиональной подготовки операторов, теории тестирования, метод сравнения и аналогий, экспертного анализа, важно упомянуть имена ученых внесших значительный вклад в развитие темы диссертации: Бодров В.А., Ларичев О.И., Галлай М.Л., Горский Ю.М., Доброленский Ю.П., Ломов Б.Ф., Козлов А.И., Новиков П.П., Чепига В.Е., Смуров М.Ю., Коваленко Г.В., Сухих Н.Н., Завалова Н.Д., Пономаренко В.А., Крыжановский Г.А., Костин А.Н., Винер Э.Л., Канеман Д.

Информационная база исследования. В числе информационных источников диссертации использованы:

- научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, научных докладов и отчетов, материалы научных конференций, семинаров;

- статистические источники в виде отечественных и зарубежных статистических материалов, отчетов органов международной, государственной, ведомственной статистики, материалов международных организаций гражданской авиации;

- официальные документы в виде Воздушного кодекса РФ, Чикагской конвенции международной организации гражданской авиации (ИКАО) и ее приложений, законов, законодательных актов, в том числе правил, руководств, инструкций, регламентирующих работу авиационных учебных заведений и авиакомпаний;

- результаты собственных расчетов и проведенных экспериментов.

Научная новизна

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований в диссертационной работе на защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты проведенного автором системного анализа профессиональной деятельности как объекта формирования профессионализма, позволили принять функциональный элемент деятельности в качестве локальной цели профессиональной подготовки. Подход отличается тем, что опорные фрагменты деятельности (ОФД) определяются путем анализа деятельности пилотов, которые эксплуатируют высокоавтоматизированные ВС. Классификация функциональных элементов их деятельности пилотов позволила установить, что одним из важных является принятие решений.
2. Видоизмененное в диссертационной работе ранее известное положение, что содержание управления процессом обучения является решение двуединой задачи: организация проб и анализ ошибок обучаемых при формировании отдельных профессиональных действий. При обучении ОФД – принятие решений целесообразно анализировать только результат деятельности пилота.
3. Разработанный метод: его логика, структура и средство реализации, практические алгоритмы (правила, способы и условия применения), позволяющий существенно сократить время, затрачиваемое на овладение ОФД – принятие решений в полете.
4. Результаты проведенного эксперимента, подтверждающего эффективность предложенного метода обучения пилотов - принятию решения в полете.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволили:

- разработать и внедрить метод обучения, позволяющего сократить время для приобретения достаточного опыта в принятии решения, включая общую структуру, методику индивидуального тестирования, методику оценки профессиональной квалификации пилотов при принятии решения, алгоритмы и правила ее реализации;

- представить методические рекомендации по практическому применению метода профессиональной подготовки и оценки квалификации пилотов принятию решений в полете на примере разработки пакетов упражнения и тестов для обучения и текущего контроля качества обучения пилотов специализации – «Летная эксплуатация гражданских воздушных судов».

- внедрить данный метод в учебные заведения, авиационные учебные центры авиакомпаний, что позволило повысить качество профессиональной подготовки пилотов гражданской авиации.

Апробация положений и результатов диссертационной работы осуществлена в процессе обсуждения докладов, сделанных автором на научно-технических конференциях:

- дорожная карта безопасности полетов – Москва, 2009 г.;

- система обучения летного персонала с использованием интернет - технологий – Москва, 2009 г.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, 15 приложений. Работа содержит 14 таблиц, 18 рисунков, список использованных источников из 159 наименований. Общий объем работы 156 листов сквозной нумерации основного текста и 96 листов приложений.

Основное содержание диссертации опубликовано в десяти научных работах, написанных самостоятельно и с другими авторами.

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель, основные задачи. Определены объект и предмет исследования. Изложены научная новизна и практическое значение полученных в работе результатов, сведения об их апробации и внедрении.

Первая глава работы посвящена анализу деятельности пилотов, выполняющих полеты на высокоавтоматизированных ВС, затем на его основе определены опорные фрагменты деятельности пилотов.

Приводится краткий обзор отличительных черт ВС последнего поколения и особенностей деятельности пилотов при их эксплуатации.

Сформулированы основные задачи автоматизации ВС. Проведен анализ, из которого следует, что не все задачи решены. В числе решенных, такая важная задача как повышение уровня безопасности полетов. Так, при эксплуатации ВС последнего поколения, такой показатель безопасности полетов, как число погибших пассажиров на один миллион перевезенных пассажиров улучшился на порядок - на самолетах предыдущего поколения он равен 0,3, на новых самолетах – 0,03.

Приводится классификация уровней автоматизации ВС с точки зрения ее влияния на роль пилота в управлении ВС.

Далее в главе анализируется распределение и согласование функций человека и машины в связи с изменением содержания деятельности пилотов при эксплуатации высокоавтоматизированных ВС.

В главе формулируется вывод: в связи с повсеместным внедрением в эксплуатацию высокоавтоматизированных ВС происходит значительное изменение содержания деятельности пилотов, в частности автоматизация приводит к удельному возрастанию объема принятия решений в полете. Отмечается, что при этом содержания программ подготовки летного состава до настоящего времени не изменены.

Подробно рассмотрены особенности принятия решения пилотом в полете. В принятии решений, как в научном направлении, существенное значение имеет учет возможностей и ограничений человеческой системы пере­работки информации.

Выделяются главные особенности, которые характеризуют задачи принятия решений пилотами. Во-первых, пилот должен оценить несколько источников информации при анализе ситуации. Во-вторых, информация, которая доступна пилоту, носит вероятностный характер. В-третьих, элементы надежности, важности и стоимости лежат в основе большинства решений, принимаемых пилотами.

Предложена модель принятия решения, которая используется для проведения анализа. На рис. 1 представлена эта модель принятия решения человеком, которая выдвигает на первый план компоненты обработки информации, являющиеся главными в принятии решения. Точная оценка ситуации часто требует восприятия большого количества информации. Этому эвристическому процессу препятствуют существенные ограничения, присущие способу обработки информации человеком.

Рассмотрен пример учета риска при принятии решения, который основан на использовании теории статистических решений.

S – ограничения в переработке информации (одноканальность)

C – ограничения подтверждения

R – образец ситуации долговременной памяти

Av – опытно пригодные гипотезы (ограничивающие их перебор)

As – «может быть», «как будто»

Рис.1. Модель принятия решения

Далее в главе определяется перечень ОФД пилота при эксплуатации высокоавтома-тизированных ВС. Процедура определения опорных фрагментов деятельности состоит из двух этапов:

- определение общего перечня задач на различных этапах фун­кционирования систем «пилот - ВС - среда»;

- декомпозиции, цель которой — разбиение всего множества возникающих задач на непересекающиеся уровни по сложности их решения. Разбиение полета на этапы дает представление о последовательности действий, начиная с обнаружения той или иной проблемы и заканчивая ее ликвидацией.

В главе также приведена процедура определения списка ОФД и ее результаты, которые сравниваются с результатами, полученными другими авторами.

Алгоритм декомпозиции приведен на рис. 2, на котором вы­делены следующие блоки:

1. Объектом анализа является деятельность пилота при выпол­нении полета (штатного) по маршруту.

2. Этот блок определяет, зачем необходимо то, что мы будем де­лать. В качестве целевой системы выступает система, в интере­сах которой осуществляется весь анализ, определение составляющих деятельности пилота, которые необходимо контролировать для определения уровня квалификации членов экипажа.

3. Этот блок содержит набор фреймовых моделей и рекомендуемые правила их перебора, либо обращение к эксперту с просьбой самому определить очередной фрейм.

4. Содержательная модель, по которой была произведена декомпозиция, как упоминалось выше, это описание выполнения полета в соответствии с Руководством летной эксплуатации и дополнениями экспертов.

5…10 достаточно понятны, и подробно описаны в работе.

11. Окончательный результат анализа оформляется в виде дерева, конечными фрагментами ветвей — фрагменты деятель­ности, признанные экспертом сложными, но не поддающимися дальнейшему разложению.

Эта блок-схема детализировалась и в процессе работы пре­образовалась в развернутую блок-схему.

Декомпозиция задач неупорядоченного множества позволила выявить 11 непересекающихся уровней задач с общим числом 124. В дальнейшем были разработаны тесты, позво­ляющие определить (измерить) уровень состояния ОФД.

В качестве критериев отбора ОФД из общего списка ФД ис­пользуют: частоту встречаемости, интенсивность деятельности, устойчивость.

Методика применения частоты встречаемости сос­тояла в следующем: вначале определялся список ФД, ранжиро­ванный по частоте встречаемости, затем отбиралось такое число ФД, которое охватывало 90% деятельности пилота с экспертной оценкой его достаточности. Методика применения критерия ин­тенсивности деятельности состояла в том, что из общего списка ФД, ранжированного по частоте встречаемости, определялись ФД с интенсивностью деятельности 1,2...1,6 операций/с. Извес­тно, что порог в 1,6 операций/с обеспечивает безошибочность деятельности оператора с вероятностью 0,95. Методика примене­ния критерия устойчивости сводилась к

Рис. 2. Укрупненная блок-схема алгоритма декомпозиции

следующему: перво­начальный список ФД ранжировался по степени устойчивости, для чего проводились специальные исследования, суть которых состояла в изучении стабильности тех или иных ФД при вли­янии различных отрицательных факторов (перерыв в полетах, бо­лезнь и т. п.). С этой целью использовался метод экспертного опроса (способом попарного сравнения). Опорными фрагментами деятельности являлись те ФД, которые отвечали всем трем вышеназванным критериям.

Основанием для декомпозиции служила конкретная, содержательная модель полета, описанная в Технологиях работы экипажа ВС. Экспертами были опытные пилоты-инструкторы самолетов А320.

Анализ полученного материала позволили выявить ОФД (для коман­дира высокоавтоматизированного транспортного самолета):

1. Оперирование системой управления полетом (прежде всего Flight Management System – FMS).
2. Принятие решений.
3. Выбор необходимых стандартных процедур (Standard Operating Procedure - SOP).
4. Действия с оборудованием в кабине.
5. Ручное пилотирование (выдерживание заданного пространственного положения ВС относительно трех осей и управление вектором скорости с выключенной автоматикой ВС).
6. Коммуникация (как частное ее проявление – управление ресурсами экипажа (CRM – Crew resources management).

Некоторые из перечисленных ОФД в свою очередь распа­даются на множество частных ОФД, что объясняется проце­дурой и критериями их отбора.

Если сравнить полученные результаты с перечнем ОФД, определенном для ВС предыдущего поколения список ОФД, то нетрудно убедиться - роль принятия решения значительно возросла в деятельности пилота.

Для проверки полученных результатов использовался метод многомерного шкалирования, который позволяет проводить из­мерения по шкале, которую не задавали априорно и, следова­тельно, не навязывали ее респонденту.

Анализ полученного материала позволил выявить критерии (в некотором смысле аналоги ОФД) и их взаимораспо­ложение, которым пользуются пилоты при оценке успешности летной деятельности. Принципиальное совпадение результатов определения ОФД с результатами определенными и ранжированными методом многомерного шкалирования подтверждает правиль­ность их определения. Действительно, трудно предположить, что два различных метода дадут почти один и тот же неправильный результат.

Выводы:

1. Концепция фрагментального анализа деятельности пилотов, основанная на рассмотрении деятельности, как иерархической структуры функциональных элементов, позволяющая обосновать возможность применения метода определения опорных фрагментов деятельности, основанный на декомпозиции деятельности членов экипажа и использовании критериев частоты встречаемости, интенсивности деятельности и устойчивости фрагмента деятельности.

2. В связи с внедрением в эксплуатацию высокоавтоматизированных ВС можно констатировать, что происходит значительное изменение содержания деятельности пилотов.