Авиационная и ракетнокосмическая техника Писаренко Виктор Николаевич, кандидат технических
 Скачать 0.78 Mb.
|
|
65 Авиационная и ракетно-космическая техника Писаренко Виктор Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации авиационной тех- ники. E-mail:victornpisarsnko@gmail.com Авиационная транспортная система (АТС) - это совокупность совместно действующих воз- душных судов, комплекса наземных средств по подготовке и обеспечению полетов, личного со- става, занятого летной эксплуатацией, техниче- ским обслуживанием, ремонтом ВС и наземных средств, а также подсистемы управления про- цессом летной и технической эксплуатации. Структурно АТС включает следующие эле- менты (рис. 1.): экипаж, ВС, систему летной и технической эксплуатации, систему обеспе- чения полетов, систему УВД. Применяя далее системный подход к рассмотрению проблемы безопасности полетов, отдельные элементы АТС или их сочетание, в свою очередь, можно рас- сматривать как самостоятельную систему, на- пример «Экипаж - ВС», которая в течение всего времени полета находятся в тесной взаимосвя- зи с системой «Э - ВС», Для решения поставленной задачи исследо- вания управления АТС [2] [1] модель допустимо- го традиционного управления АТС представим в виде многоканальной структуры управления АТС, изображенной на рис. 2. Техническая сложность современной АТС, многочисленность личного состава служб, уча- ствующих в организации, подготовке, выпол- нении и обеспечении полетов, эксплуатация самолетов в широком диапазоне погодных и кли- матических условий порождают многообразие факторов, влияющих на конечный исход полета. АТС может рассматриваться как сложная си- стема, каждый элемент (подсистема) которой включает машинные и человеческие звенья, то есть является типичной человеко-машинной подсистемой с ее специфическими свойствами. Практически для всех элементов АТС могут быть названы общие факторы, определяющие на- УДК629.7 СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ АВИАЦИОННОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ © 2017 В.Н. Писаренко Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва Статья поступила в редакцию 15.11.2017 В статье проведено исследование состояния и управление авиационной транспортной системы как объекта выполнения авиационного транспортного процесса.Рассмотрено представление летной и технической эксплуатации воздушных судов и службы организации воздушного движе- ния. Выделены главные компоненты системы, обеспечивающие надежное состояние системы и безопасность полетов. Ключевые слова: системы, структура, надежность, перевозки, авиация, полет, авиационная безопасность. дежность функционирования этих элементов, а следовательно, и влияющие на безопасность по- летов. К ним относятся: · уровень технической оснащенности службы (подсистемы); функци- ональная эффективность технических средств; надежность технических средств; уровень орга- низации функционирования службы; · профес- сиональная подготовка пилотов, авиаинжене- ров, авиатехников и авиадиспетчеров; уровень Рис. 1. Структура авиационной транспортной системы 66 Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 19, № 6, 2017 дисциплины личного состава; психофизиологи- ческое состояние пилотов; уровень контроля ка- чества функционирования элементов и службы в целом. Многочисленную совокупность факторов, влияющих на безопасность полетов, можно представить тремя группами: технические, че- ловеческие и внесистемные. Эти факторы, соответственно, обеспечивают надежность полета [2, 3], и определяются отка- зами авиационной техники, ошибками авиаци- онного персонала и неблагоприятными внеш- ними условиями полета. Все подсистемы АТС вносят определенный вклад в обеспечение безопасности полетов. Но вместе с тем в этом обеспечении нужно учиты- вать особую, определяющую роль подсистемы «Э - ВС». Это обусловлено тем, что, во-первых, эта подсистема непосредственно обеспечивает выполнение полета и она самая сложная в тех- ническом отношении из всех подсистем; во- вторых, все остальные подсистемы (службы) в своем влиянии на безопасность полетов опос- редствованы в действия летного экипажа. Вторую группу системных факторов - чело- веческие - можно определить, как нарушения действий экипажа под влиянием ошибочных действий или бездействий авиационного персо- нала, связанного с организацией и выполнением полета, планированием, подготовкой и обеспе- чением полетов. В таком отношении эти небла- гоприятные факторы выступают как следствие вполне конкретных причин, заложенных в ин- дивидуальных характеристиках людей. Приме- нительно к подсистеме «Э - ВС», в соответствии с общей схемой подхода к установлению факто- ров, в качестве этих причин рассматриваются такие возможности членов экипажа успешного управления ВС, а именно - достаточный профес- сиональный уровень, навыки и опыт летной ра- боты, хорошее психофизиологическое состояние, натренированность и дисциплинированность. К внесистемным факторам- факторам внеш- ней среды - приняты такие факторы, которые не зависят от внутренних свойств АТС. Это особые условия полета: - сильный ветер, гроза, кучево-дождевая об- лачность, град, туман, пыльная буря, обледе- нение самолета, атмосферная турбулентность, сдвиг ветра и др.; - наличие в воздушном пространстве выпол- нения полета птиц, радиозондов, летательных аппаратов, других инородных тел, создающих опасность столкновения. Следует отметим, что во многих случаях выделить строго, где произошел отказ авиа- техники, провоцирующий ошибки человека, а где действия человека привели к отказу техни- ки, не представляется возможным. Поэтому все авиационные происшествия, произошедшие Рис. 2. Традиционная структура управления авиационной транспортной системой 67 Авиационная и ракетно-космическая техника из-за ошибок эксплуатационного персонала, классифицируются по категории человеческо- го фактора, то есть часть неисправностей тех- ники возлагается на человека, а в настоящее время большинство событий классифицируется по организационным факторам: недостаткам в организации летной и технической работы авиаспециалистов, примером этого, является посадка самолета Beechcraft King Air 350i ави- акомпании «Эйр Самара» в аэропорту Курумоч 25 ноября 2014 г. с убранными опорами шасси под управлением командира воздушного суд- на Андрея Троицкого [4]. К сожадению, это не единственный случай. Пилот австралийской авиакомпании Jetstar забыл выпустить шасси на самолете Airbus A320 при подготовки к по- садке в аэропорту Сингапур 27 мая 2010 года. 22 августа 2017 г. командир частного самолёта «Sierra» компании «Скаймир» совершил посадку в аэропорту Чебоксары с убранными шасси [5], посадка с убранными опорами шасси 1 октября 2008 года самолёта Boeing 737-300 авиакомпа- нии «КД авиа» в усложненных условиях полета в аэропорту Храброво города Калининграда, что еще раз подчеркивает повторяемость ошибок авиационного персонала и необходимость стро- гого соблюдения в авиации принципов «само- контроля» и «взаимоконтроля». [3], Авиационное происшествие происходит в результате возникновения в полете нескольких неблагоприятных факторов, последовательно усложняющих ситуацию и приводящих к аварии или катастрофе [1]. Таким образом, авиационное происшествие является в большинстве случаев сложным собы- тием, возникающим и замыкающим событием в цепочке причинно-следственных нарушений и их связей [1]. Поэтому безопасность полетов формулиру- ется следующим образом: безопасность полетов возникает в процессе полета и вне его и обеспе- чивается людьми [3]. Категория «вне полета» описывается как подготовка ВС и экипажа к полету, устранение отказов и неисправностей в работе материаль- ной части АТ, брифинг летного и технического состава, бесконфликтным предварительным планированием полета, организацией воздуш- ного движения. АТС - это совокупность подсистем, которые взаимодействуют в процессах подготовки и вы- полнения полетов. Каждая подсистема имеет признаки сложных систем и в процессе анали- за может рассматриваться как самостоятельная система, в состав которой входят авиационная техника, авиационный персонал, нормативно- техническая и эксплуатационная документация, места стоянок ВС, взлетно-посадочные полосы, рулежные дорожки, здания и сооружения, аэро- дромный и аэровокзальный комплекс, а также авиационная транспортная инфраструктура обеспечения полетов ВС, различные авиацион- ные службы подготовки и обеспечения полетов, планирования и организации авиационных пе- ревозок пассажиров, почты и грузов. Интенсивное развитие гражданской авиа- ции в связи с ростом авиационных перевозок на воздушном транспорте обуславливает раз- работку методов комплексной оценки влияния АТС на безопасность полетов, которые позволи- ли бы количественно оценить степень влияния различных факторов на безопасность полетов. Для этой оценки необходимо прежде всего рас- смотреть структуру и характеристики АТС. Структура модели АТС, традиционное пред- ставление которой приведено на рис. 2 [4] как системы, состоящей из отдельных подсистем, представляющих летную службу, службу тех- нического обслуживания ВС, службу наземного обеспечения полетов, службу организации воз- душного движения, вместе со своими програм- мами управления функциональной части АТС. В произведенном исследовании образа АТС, выполненном автором данной статьи [2], выяв- лен центральный компонент АТС, представляю- щий собой образ человека: пилота, авиаинжене- ра, авиатехника, авиадиспетчера ОрВД, которые назовем субъектом управления. На втором месте находится воздушное суд- но, вместе с его компонентами, которые назо- вем объектом управления. На третьем месте находится аэропорт с аэ- родромом, местами стоянок ВС, местами об- служивания пассажиров и рабочими местами персонала служб, которые назовем как про- изводственная и административная база или аэропортовая инфраструктура. Для АТС харак- терна особенность технических систем: единая цель (эффективность и безопасность полетов); управляемость системы, которая имеет иерар- хическую структуру; взаимосвязь подсистем. которые состоят из большого количества взаи- модействующих элементов; наличие разноо- бразных источников информации; уязвимость во время действия случайных факторов; черты самоорганизации. Особое место в АТС занимает многоуровне- вая система управления авиационным транс- портном процессом. Таким образом, можно представить структу- ру АТС в современном исполнении, показанном на рис. 3. Произведем сравнительный анализ надеж- ности описанных структур АТС по [6]. Общая надежность может быть определена как сумма входящих в ее состав наборов состояний, так и путем перемножения показателей надежности узлов, образующих выбранный путь: 68 Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 19, № 6, 2017 R АТС = R 1-2-4…-n = R 1 х R 2 х R 4 х … х R n , (1) где R i – надежность i- го узла. Для упрощения анализа примем, что узлы структуры могут быть только в рабочем или не рабочем состоянии, других промежуточных со- стояний не бывает. Современная обновленная структура АТС имеет наименьшее число узлов и, следовательно, наивысшую степень надёжно- сти. Надежность АТС можно повысить за счет повышения надежности узлов структуры. Авиационная транспортная работа проис- ходит за счет расхода энергетических ресурсов: топлива на работу авиадвигателей и частичной выработки ресурса материальной части ВС за время полета. Для предложенной структуры АТС характерны: - общность систем; - единая цель (эффективность и безопас- ность полетов); управляемость системы, кото- рая имеет жесткую иерархическую структуру; - взаимосвязь подсистем. которые состоят из взаимодействующих элементов; - наличие однородных источников инфор- мации; - отсутствие уязвимости во время действия случайных событий и факторов; - черты самоорганизации, -единая информационную база реального масштаба времени: - единое расписание движения ВС и план полетов ВС, единая авиационная автоматизи- рованная наземная сеть передачи данных и телеграфных сообщений «АНС ПД и ТС», еди- ная автоматизированную система контроля и организации воздушного движения – АС «Аль- фа», единая система планирования воздушного движения и диспетчеризации служб – АСПВД «Планета», единая система зависимого от ВС наблюдения воздушного движения « ADS», или «ADS-B», Единая авиационная транспортная система (АТС) Российской Федерации является произ- водственно-техническим комплексом, от эффек- тивности и безопасности которой зависит беспе- ребойное обеспечение потребностей населения и предприятий в авиационных перевозках при минимизации вредного воздействия на окружа- ющую среду, исключения аварий и катастроф. Произведем энергетическое исследование АТС [2]. При авиационной транспортной рабо- те происходит движение материи (М). Материя описывается массой, энергией, информацией М(m, Е, I), которые назовём компонентами си- стемы. Всё множество систем, входящих в АТС, классифицируем по признаку перемещаемого компонента (m, I, E) на три одноцелевых клас- са: S(m) – обрабатывающий (транспортировка массы оснащенного ВС (самолет, топливо, пас- сажиры, груз, багаж); S(I) – информационный (получение, обработка, хранение, доставка ин- формации о транспортном полете); S(E) – энер- гетический - процесс изменения характеристик топлива (Е), отражающий расход топлива (Q) и параметры изменения ресурса ВС, t – нара- ботка ВС за рейс (л.час), тарифное расстояние авиаперевозок(L) , масса израсходованного то- плива (m), и амортизационные отчисления (А), а также информация I – сводно-загрузочные данные, центровочный график ВС [1, 3, 4]. Энер- гетический процесс изменения характеристик авиационного транспортного процесса может быть описан следующей функциональной зави- симостью [3] E = f(m, Q, Е , t, I). (2) Рис. 3. Современная обновленная структура авиационной транспортной системы 69 Авиационная и ракетно-космическая техника Одновременно обрабатывается масса, энер- гия и информация S(m-E-I) = S(m). (3) Под влиянием комплекса технических средств переработки материи Кр ВС авиаци- онного транспортного процесса и расхода ре- сурсов исходные начальные ресурсы (масса то- плива, количество отправленных пассажиров и местоположение ВС), представленные нулевыми векторами количественных характеристик авиа- ционного транспортного процесса масса, энергия и информация М(т 0 , Е 0 , I 0 ), переходят в конечные результаты авиационных перевозок, характери- зуемые векторами информации о произведенной продукции авиационного транспортного про- цесса М(m тр , Е тр , I тр ) перевезенных пассажиров, багажа и груза, выполненного тонно-киломе- тража и пассажирооборота, (пкм), затраченного топлива - Q, времени полета ВС t (л. час), аэро- порта посадки ВС. В данной системе в качестве базового эле- мента выделим комплекс технических средств выполнения полета и переработки материи, основной функцией которого является про- ведение операций над массой, энергией и ин- формацией. Комплексы технических средств обозначим символом Т. Для управления всей АТС созданы комплексы средств управления (Z), которые на основе анализа информационных потоков I 1 , 1 2 , …, 1 n выдают управляющие воз- действия U 1 , U 2 ,…, U n на соответствующие ком- плексы обработки информации. Для прогнозирования процессов управле- ния АТС и оценки эффективности управления произведем декомпозицию АТС на целевые си- стемы и комплексы [9] (рис. 4). Целевая деком- позиция – системы S(m), S(E) и S(I); техническая декомпозиция – комплексы транспортировки ресурсов (К Т1 ), комплексы перерабатывающих средств (К P ), комплексы доставки результатов (К Т2 ), и комплексы средств управления (К Z ); ор- ганизационная декомпозиция – на схеме рис. 4 не показана. Система управления АТС S АТ С =(S А S PS S TS )=S ЦПДУ + S ЦДСУ + S ПДСП, (3) где взаимодействие систем и комплексов АТС при авиационной транспортной работе пред- ставлено на рис. 5 трехуровневой схемой. S коорд (I) – система координации и управ- ления верхнего уровня иерархии управления - ЦПДУ - центральное производственно-дис- петчерское управление, отраслевое. S коорд (I) является системой информационного класса. S произв (m) представляет обрабатывающий класс. Система S экспл (I) относится к информационно- му классу. Система S А является аналогом тех- нической системы, S PS – производственная си- стема, S TS – система эксплуатации технических средств. Цикл системы управления АТС: S АТС =(S А S PS S TS )=S ЦПДУ + S ПДСУ + S ПДСП . (4) Рис. 4. Декомпозиция АТС на целевые системы и комплексы Рис. 5. Схема взаимодействия систем АТС 70 Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 19, № 6, 2017 Victor Pisarenko, Candidate of Technics, Associate Professor at the Aircraft Maintenance Department. E-mail: victornpisarsnko@gmail.com Здесь управление АТС представлено трех- уровневой системой: верхний иерархический отраслевой уровень – Центральное производ- ственно-диспетчерское управление (ЦПДУ) ОАО «Агентство воздушного транспорта «Росавиа- ция», средний уровень управления – S ПДСУ – Про- изводственно-диспетчерская служба «террито- риального управления гражданской авиации (ЦПДУ)», нижний уровень управления – S ПДСП – производственно- диспетчерские службы пред- приятий гражданской авиации (авиакомпаний и аэропортов) (ПДСП). Знак дизъюнкции под- чёркивает возможность пересечения функцио- нальных обязанностей, то есть системы не сум- мируются, а объединяются. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Зубков Б.В., Минаев Е.Р. Основы безопасности по- летов М.: Воздушный транспорт,1987. 143с. 2. Писаренко В.Н. Обеспечение безопасности по- летов при управлении воздушным движением: Учебное пособие. Самара: Изд-во Самарского гос. аэрокосм. ун-та, 2009, 68с. 3. Писаренко В.Н. Управление безопасностью поле- тов. Монография. Самара: СамНЦ РАН, 2014. 226 с. 4. Пилот «Эйр Самары» забыл выпустить шасси. URL: http://samara.ru/read/73952 (дата обращения 14.11.2017). 5. Писаренко В.Н. Надежность полета // Вестник МАИ, 2016. Т. 23. № 1. С. 115-121. 6. Смирнов Н.Н., Чинючин Ю.М. Современные про- блемы технической эксплуатации воздушных су- дов Часть I. М.: МГТУ ГА, 2007. 83 с. 7. Ратобыльская Д.В. Вероятностная оценка надеж- ности структуры сложной системы // Математичні машини і системи. 2012. № 2. С. 177-187. MODERN REALIZATION OF THE AVIATION TRANSPORT SYSTEM © 2017 V. N. Pisarenko Samara National Research University named after Academician S.P. Korolyov The article is devoted to the study of the state and management of the aviation transport system as an object of carrying out the aviation transport process. the presentation of fl ight and technical operation of aircraft and air traffi c management service was considered. The main components of the system that ensure a reliable state of the system and safety of fl ights are identifi ed. Keywords: systems, structure, reliability, transportation, aviation, fl ight, aviation security. |