Основы теории авиационных эргатических системvenec.ulstu.ru/lib/disk/2015/Mekhonoshin_11.pdf · Принципы (требования), учитываемые

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВИАЦИОННЫХ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Ульяновск 2011

ББК О5р.я7 О–75

Основы теории авиационных эргатических систем : учеб. пособие / сост.

В. С. Мехоношин. – Ульяновск : УВАУ ГА(И), 2011. – 75 с. Рассмотрены понятие общей теории систем как научного направления и

основные положения входящих в нее отраслей: кибернетический подход к исследованию систем, основы системотехники (в частности, особенности эр-гатических систем управления, противоречия в процессе их создания и экс-плуатации), понятия теории исследования операций и новых информацион-ных технологий.

Проведен анализ современного состояния бортового оборудования, рас-смотрены функции и тенденции развития интегрированных комплексов и систем бортового цифрового оборудования.

Изложены особенности проектирования и структура интегрированного комплекса бортового оборудования, процесс подготовки экипажа к эксплуа-тации воздушного судна с интегрированным комплексом бортового оборудо-вания, влияние отказа комплекса на безопасность полета.

Предназначено для курсантов и студентов заочной формы обучения спе-циализаций 160503.65.01 – Летная эксплуатация гражданских воздушных су-дов, 160505.65.01 – Управление воздушным движением, 160503.65.05 – Лет-ная эксплуатация силовых установок и функциональных систем воздушных судов.

Печатается по решению Редсовета училища.

Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт), 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений ................................................................................................. 4 Введение ................................................................................................................... 6 1. Основы общей теории систем ............................................................................ 7

1.1. Основные компоненты общей теории систем ........................................... 7 1.2. Основы кибернетики .................................................................................. 13 1.3. Основы системотехники ............................................................................ 15 1.4. Теория исследования операций ................................................................ 33 1.5. Новые информационные технология ....................................................... 35

2. Тенденции развития бортового оборудования ............................................... 372.1. Современное бортовое оборудования .. ....................................................... 372.2. Подготовка к работе с современным

пилотажно-навигационным оборудованием ...................................................... 402.3. Интегрированный комплекс бортового оборудования .......................... 41

3. Особенности летной эксплуатации воздушного судна с интегрированным комплексом бортового оборудования ............................... 43

3.1. Межсистемные взаимодействия в сложных человеко-машинных комплексах ......................................................................... 43

3.2. Принципы (требования), учитываемые при разработке интегрированного комплекса бортового оборудования .................................... 44

3.3. Основные функции и компоненты интегрированного комплекса бортового оборудования .................................................................... 45

3.4. Принципы проектирования интерфейса «пилот – воздушное судно» ... 473.5. Подготовка экипажа к летной эксплуатации воздушного судна

с интегрированным комплексом бортового оборудования .............................. 493.6. Влияние отказа интегрированного комплекса

бортового оборудования на безопасность полета .............................................. 52Заключение ............................................................................................................. 58Словарь терминов .................................................................................................. 60Библиографический список .................................................................................. 74

Мехоношин В. С.

Основы теории авиационных эргатических систем. Учебно-методическое пособие.

© НИЛ НОТ НИО УВАУ ГА (и) 2012 г 3

Надежда

Машинописный текст

Надежда


Надежда


Надежда


СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АРК – автоматический радиокомпас АСУ – автоматизированная система управления АТ – авиационный тренажер БИС – бортовая информационная система БО – бортовое оборудование БРЭО – бортовое радиоэлектронное оборудование ВСС – вычислительная система самолетовождения ДКМВ – декаметровые волны ЖК – жидкокристаллический ИКБО – интегрированный комплекс бортового оборудования КАИ – коллиматорный авиационный индикатор КИСС – комплексный индикатор самолетных систем КПС – канал прямой связи КСЭИС – комплексная система электронной индикации и сигнализации КТС – комплексный тренажер самолета ЛПР – лицо, принимающее решение ЛТХ – летно-технические характеристики МВ – метровые волны МФВМ – многофункциональный вычислительный модуль МФИ – многофункциональный индикатор НИТ – новая информационная технология ОВД – организация воздушного движения ОТС – общая теория систем ОУ – объект управления ПНО – пилотажно-навигационное оборудование ПУ – пульт управления РВ – радиовысотомер РЛС – радиолокационная станция РЛЭ – руководство по летной эксплуатации РСБН – радиотехническая система ближней навигации РТСН – радиотехническая система навигации




РТЭ – руководство по технической эксплуатации РУД – рычаг управления двигателем САРД – система автоматического регулирования давления САУ – система автоматического управления СКВ – система кондиционирования воздуха СНС – спутниковая навигационная система ССБ – структурная схема безопасности ССН – структурная схема надежности СТК – системотехнический комплекс ТС – техническая система УВД – управление воздушным движением УО – управляющий объект ЭСУ – эргатическая система управления CNS / ATM – Communications, Navigation and Surveillance Systems for Air

Traffic Management – связь, навигация и системы обзора для управления воз-душным движением

DME – Distance Measuring Equipment – дальномерное оборудование FFS – Full Flight Simulator – комплексный тренажер самолета с полной

имитацией полета GPS – Global Positioning System – система глобального позиционирования ILS – Instrument Landing System – система захода на посадку по приборам TAWS – Terrain Awareness Warning System – система предупреждения

приближения к земле TCAS – Traffic Alert and Collision Avoidance System – система предупреж-

дения столкновения самолетов в воздухе VOR – Very High Frequency Omni-Directional Range– всенаправленный ра-

диомаяк




ВВЕДЕНИЕ

Настоящий период развития авиации характеризуется дальнейшей авто-матизацией процессов управления ВС, что в значительной степени видоиз-меняет деятельность экипажа: управление ВС и его функциональными сис-темами значительно упрощается, вместе с тем резко возрастают нагрузки, связанные с приемом и обработкой информации, контролем за работой сис-тем ВС и управлением системами. При усложнении условий эксплуатации экипаж должен уметь быстро анализировать ситуацию, незамедлительно принимать решение и реализовывать его, что повышает психологическую на-грузку на членов экипажа.

Сокращение располагаемого экипажем времени на принятие решения по управлению ВС и его системами потребовало автоматизации управления, создания более совершенных систем отображения информации и сигнализа-ции. Выполнение растущих требований к бортовому оборудованию достига-ется путем совершенствования характеристик аппаратуры, машин, агрегатов, систем и комплексов оборудования на базе применения новых материалов, технологий. Широко используются цифровая техника, микроэлектроника, что обеспечивает расширение функциональных возможностей аппаратуры, снижение ее массы и повышение надежности.

В свою очередь, с развитием бортового оборудования меняются и мето-дики подготовки для работы с ним. Чтобы научить пилота управлять пер-спективными ВС, оборудованными современным ПНО, необходимо пере-смотреть всю психологию подготовки. Сегодня ценятся не просто пилоты со свидетельством, а специалисты, отлично владеющие философией эксплуата-ции высокоавтоматизированных самолетов. Знания, умения и навыки по управлению сложными системами должны базироваться на методологии об-щей теории систем и ее составных частей: кибернетики, системотехники, теории исследования операций.




1. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ

1.1. Основные компоненты общей теории систем

Общая теория систем – научное направление, связанное с разработкой совокупности философских, методологических, конкретно-научных и при-кладных проблем анализа и синтеза сложных систем произвольной приро-ды. Наиболее характерной чертой общей теории систем является ее междис-циплинарный характер, единая научная платформа. В основе общей теории систем лежит идея наличия аналогичных процессов, протекающих в систе-мах различных типов (технических, биологических, экономических, соци-альных). Изоморфизм для систем различной природы дает возможность пе-реноса знаний из одной области в другую.

В рамках общей теории систем изучаются общие свойства объектов неза-висимо от их природы, принадлежности, места и времени возникновения.

В самом общем виде ОТС включает составляющие: кибернетику, систе-мотехнику, теорию исследования операций, – каждая из которых содержит ряд частных теорий (рис. 1).

Рис. 1. Взаимосвязь теорий, составляющих ОТС

Общая теория систем (методология системных подходов)

Теория исследования операций

Системотехника

(Эргатические системы)

Кибернетика

Выход

Новые информаци-онные технологии

Системное моделирование




Понятие «теория» означает, во-первых, учение, систему научных принци-пов, идей, обобщающих практический опыт и закономерности общества, природы и мышления, во-вторых, совокупность обобщающих положений, образующих науку или раздел какой-либо науки. Важнейшими компонента-ми теории, как правило, являются исходные методологические положения (фундаментальные понятия, законы, закономерности), идеализированные или абстрактные объекты, в абстрактной форме отражающие свойства реальных объектов исследования, а также логика теории, позволяющая обосновывать одни утверждения другими.

Совокупность основных понятий, терминов, определений общей теории систем представлены в глоссарии в конце учебного пособия.

Любое исследование начинается, как правило, с общего знакомства с объ-ектом. По мере накопления знаний исследователь более детально представ-ляет сущность как самого объекта исследования, так и процессов, протекаю-щих в нем и среде, с которой объект взаимодействует. Это позволяет не только объединить интеграционные и дифференционные тенденции, прева-лирующие обычно в том или ином исследовании, но и найти разумные ком-промиссы при решении возникающих проблем.

В связи с этим широкое распространение получило многоуровневое стра-тифицированное (уровни соответствуют стратам) описание сложных систем. Переход с одной страты на другую обеспечивает уточнение и углубление знаний о системе.

Выделяют следующие уровни описания сложных систем: – логический – абстрактное представление всей системы в целом, из ко-

торого видны логика ее работы и основные цели, стоящие перед нею; – информационный – система представляется в виде совокупности ис-

точников и получателей информации, мест ее обработки и хранения, а также путей прохождения информации, т. е. описывается информационная струк-тура системы;

– функциональный – описывается совокупность функций, реализуемых системой, их детализация до задач и их «решателей»;

– математический – функционирование системы описывается совокупно-стью математических выражений – операторов преобразования входа в выход;




– физический – представление системы осуществляется на уровне про-текающих в ней физических процессов.

Сложные системы классифицируются по нескольким признакам (табл. 1).

Таблица 1 Классификация систем

Классификационный признак Классы систем

Природа элементов Реальные (физические) Абстрактные

Происхождение Естественные Искусственные Смешанные

Длительность существования Постоянные Временные

Изменчивость свойств Статические Динамические

Степень сложности Простые Сложные

Отношение к среде Открытые Замкнутые

Реакция на возмущающие воздействия Активные Пассивные

Характер поведения С управлением Без управления

Степень участия человека в реализации управляющих воздействий

Технические Организационно-технические Экономико-организационные

По природе элементов системы делятся на реальные и абстрактные. Реальными (физическими) системами являются объекты, состоящие из

материальных элементов. Среди них обычно выделяются механические, элек-трические (электронные), биологические, социальные и другие подклассы систем и их комбинации. Абстрактные системы составляют элементы, не имеющие прямых аналогов в реальном мире. Они создаются путем мыслен-ного отвлечения от тех или иных сторон, свойств и (или) связей предметов и образуются в результате творческой деятельности человека. Иными словами, это продукт его мышления. Каждая такая система порождается непосредст-венным восприятием или определенными ассоциациями, но в дальнейшем




может потерять видимую связь с реальностью и приобрести при этом само-стоятельные свойства. Примерами абстрактных систем являются системы уравнений, системы счисления, идеи, планы, гипотезы, теории и т. п.

В зависимости от происхождения выделяют естественные, искусствен-ные и смешанные системы. Естественные системы, будучи продуктом раз-вития природы, возникли без вмешательства человека. К ним относятся кли-мат, почва, живые организмы, Солнечная система и т. п.. Искусственные системы – это результат созидательной деятельности человека, а следова-тельно, со временем их количество постоянно увеличивается. Появление но-вой естественной системы – большая редкость. В основном по мере нашего изучения природы происходит их открытие или «уточнение». При создании искусственной системы разработчик всегда преследует какую-то цель в виде идеального образа желаемого результата ее деятельности, т. е. образа того, что должно быть достигнуто, должно осуществиться. У естественных систем выделять цель функционирования не принято. Кроме того, естественные и искусственные системы могут быть физическими или абстрактными.

По длительности существования системы подразделяются на постоян-ные и временные. К постоянным обычно относятся естественные системы, хотя, с точки зрения диалектики, все существующие системы являются вре-менными. Тем не менее зачастую в зависимости от условий и целей исследо-вания такое деление целесообразно и в рамках класса искусственных систем. К временным относятся искусственные системы, которые в процессе задан-ного времени функционирования сохраняют существенные свойства, опреде-ляемые предназначением этих систем.

В зависимости от степени изменчивости свойств системы делятся на статические и динамические. К статическим относятся системы, при иссле-довании которых можно пренебречь изменениями во времени характеристик их существенных свойств. Таким образом, статическая система – это система с одним состоянием. В отличие от статических динамические системы име-ют множество возможных состояний, которые могут меняться как непрерыв-но, так и в дискретные моменты времени. Причем эти изменения могут но-сить обратимый или необратимый характер. Кроме того, если имеют место необратимые изменения, то развитие системы возможно в направлении и про-гресса, и регресса (полной деградации). В качестве примера можно привести




стадии жизненного цикла систем, где они развиваются сначала в направле-нии прогресса (создание, внедрение и совершенствование системы), а затем в направлении регресса (снятие системы с эксплуатации). Следует также отме-тить, что зачастую при исследовании сложных систем удобно на началь-ных стадиях проектирования считать их статическими, а затем уже допол-нять описание каждой из них особенностями ее функционирования (динами-кой). Примером такого исследования является создание концептуальной мо-дели системы.

По степени сложности системы делятся на простые и сложные. Для про-стых систем характерна довольно строгая определенность выполняемых функций, небольшое число и однородность составляющих их элементов и четкость связей между ними. Простые системы являются обычно элементами сложных систем. Обычно к сложным системам относят системы, которые обладают следующими характерными признаками:

– высокая размерность; – многосвязанность элементов; – многообразие природы элементов и видов связей между ними; – изменчивость структуры; – большое число возможных состояний; – разнообразие выполняемых функций; – наличие структурной и функциональной избыточности.

Чтобы отнести систему к классу сложных, иногда бывает достаточно на-личия у нее хотя бы одного из вышеперечисленных признаков. Большинство систем относятся к классу сложных. Следует отметить, что наряду с терми-ном «сложная система» в литературе используется и понятие «большая сис-тема». Понятие сложной и большой систем не тождественны. Обсуждение проблемы сложности систем будет неполным, если не упомянуть и о другом подходе к ней. Речь идет о попытках ввести количественную меру сложно-сти. Наиболее известными концепциями, в которых сложность выражается определенным числовым значением, являются следующие:

– логическая – основана на анализе свойств предикатов, характеризую-щих систему;

– теоретико-информационная – сложность системы связывается с ее эн-тропией;




– статистическая – характеризует сложность системы через меру разли-чимости вероятностей;

– алгоритмическая – определяет сложность как длину алгоритма функ-ционирования системы;

– теоретико-множественная – отождествляет сложность системы с чис-лом ее элементов;

– концепция вычислительной сложности – основана на «привязке» алго-ритмической сложности к средствам вычислений.

По отношению к внешней среде системы делятся на открытые и замкну-тые. К открытым относятся такие системы, которые взаимодействуют с внешней средой, обмениваясь с ней веществом, энергией и (или) информаци-ей. Противоположностью открытых являются замкнутые системы. Если при исследованиях систем взаимодействием с внешней средой можно пренеб-речь, то системы относятся к замкнутым. Примерами подобных систем могут служить абстрактные системы.

В зависимости от реакции на возмущающие воздействия выделяют активные и пассивные системы. Активные системы способны противостоять воздействиям внешней среды и сами могут воздействовать на нее. У пассив-ных систем это свойство отсутствует. Подавляющее большинство объектов авиатранспортной системы являются активными.

По характеру поведения системы делятся на системы с управлением и без управления. Класс систем с управлением образуют системы, в которых реализуется процесс целеполагания и целеосуществления. Исследованием систем с управлением занимается кибернетика, которая предполагает анализ таких систем только в информационном аспекте, абстрагируясь при этом от всех других сторон. Примером системы без управления может служить Сол-нечная система, в которой траектории движения планет определяются зако-нами механики.

В зависимости от степени участия человека в реализации управляю-щих воздействий системы делятся на технические, организационно-техни-ческие и экономико-организационные. К техническим относятся системы, которые функционируют без участия человека. Как правило, ими являют-ся системы автоматического управления (регулирования), представляю-щие собой комплексы устройств для автоматического изменения, например,




координат объекта управления, с целью поддержания желаемого режима его работы. Обычно такие системы – чисто технические и реализуют процесс тех-нологического управления. Примерами организационно-технических систем могут служить автоматизированные системы управления различного назна-чения. Их характерной особенностью является то, что в них осуществляется процесс взаимодействия человека с техническими устройствами, причем окончательное решение принимает человек (ЛПР), а средства автоматизации лишь помогают ему в обосновании правильности этого решения. К экономи-ко-организационным системам относятся социальные системы – группы, коллективы людей, общество в целом.

1.2. Основы кибернетики

Кибернетика – наука об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных системах с управлением, т. е. систе-мах, которым свойственно управление. При этом под системами с управлени-ем понимаются не только технические, но и любые биологические, админист-ративные и социальные системы. Соответственно различают техническую кибернетику, экономическую кибернетику, биотехническую кибернетику.

Кибернетический подход к исследованию систем предполагает рассмот-рение их только в информационном аспекте. Это позволяет использовать единую методологию и математический аппарат при исследовании систем разного назначения и различной природы.

Управление возможно только при определенном уровне организации сис-темы. В отличие от других типов систем системам с управлением присущ ряд особенностей независимо от их природы и назначения:

– решающая роль в сохранении целостности системы принадлежит ин-формационным связям. Без обмена информацией между элементами такие системы не могут функционировать и сохранять свою целостность;

– системы способны переходить в различные состояния в соответствии с управляющими воздействиями. При этом переход не может осуществляться мгновенно, а требует некоторого времени;

– для систем с управлением характерны определенные структуры, отра-жающие контуры управления;




– существует некоторое множество допустимых линий поведения сис-темы, из которых выбирается наиболее предпочтительная. Если возможности выбора линий поведения нет, то управление фактически отсутствует;

– системы являются открытыми, т. е. воздействия среды на систему и сис-темы на внешнюю среду могут иметь самые различные природу и последствия;

– процесс функционирования систем характеризуется целенаправленно-стью. Если цель не определена, управление становится бессмысленным.

Кроме перечисленных общих особенностей, каждой конкретной системе с управлением присущи специфические особенности, определяемые природой, назначением и условиями функционирования (функционирование в кон-фликтных ситуациях и в условиях значительной неопределенности, высокий динамизм и др.).

Кибернетический подход предполагает, что любая система с управлением независимо от ее физической природы имеет структуру, включающую управляющий объект, объекты управления и каналы связи между ними.

Управляющий объект предназначен для выработки информационных воздействий на основе собранной информации и выдачи их объекту управле-ния. В роли УО могут выступать объекты, способные воспринимать, хранить, перерабатывать и выдавать информацию.

Объект управления обеспечивает выдачу информации о своем состоя-нии и состоянии внешней среды, восприятие информационных воздействий от УО и их реализацию.

Каналы связи служат для обмена информацией между УО и ОУ. При этом по каналу прямой связи информация переедается от УО к ОУ, по каналу обратной связи – в противоположном направлении.

Процесс управления в такой системе осуществляется следующим обра-зом. По каналу обратной связи УО получает информацию о состоянии ОУ и внешней среды (информация состояния). На основе целей управления и ин-формации состояния в УО вырабатывается управляющее воздействие (ко-мандная информация), определяющее новое состояние, в которое ОУ должен перейти в процессе приближения системы к цели. Командная информация пе-редается по каналу прямой связи. Восприняв ее, ОУ выполняет предписанные ему действия. Так как система функционирует в некоторой среде, являющей-ся источником активных и пассивных помех, а в работе элементов системы




возможны ошибки, то новое состояние ОУ не всегда будет совпадать с же-лаемым. Поэтому после выполнения предписанных действий ОУ передает УО информацию о своем новом состоянии. Начинается новый цикл управле-ния. Выполняя цикл за циклом, система постепенно приближается к цели своего функционирования.

Таким образом, управление имеет циклический характер и цикл управле-ния может быть разделен на следующие отдельные этапы:

1. Сбор информации о состоянии объектов управления и внешней среды. 2. Сравнительная оценка (анализ) существующего и желаемого состоя-

ния самой системы и среды и выработка решений по информационному воз-действию для перевода системы в новое состояние, приближающееся к цели функционирования.

3. Доведение решения до объектов управления. Рассмотренная схема функционирования является идеализированной, по-

скольку разделение процесса управления на последовательность более про-стых подпроцессов (процессов) не всегда правильно. Так, сбор данных об об-становке продолжается и в период выработки решения, а до принятия реше-ния довольно часто отдаются предварительные распоряжения. Тем не менее рассмотренная схема не искажает самой сущности управления.

Анализ отдельных составляющих процесса управления показывает, что большинство из них поддаются формализации и, следовательно, могут быть частично или полностью автоматизированы.

1.3. Основы системотехники

Системотехника – научное направление, изучающее общесистемные свойства системотехнических комплексов, процессы их создания, испытания, совершенствования, эксплуатации и ликвидации в целях получения макси-мального эффекта. Системотехника является прикладной научной отраслью, фундамент которой составляет общая теория систем.

СТК могут быть классифицированы по ряду признаков: структуре, функци-ям и др. По функциональному назначению СТК делятся на несколько классов:

– информационно-измерительные системы; – информационно-справочные системы;




– информационно-моделирующие системы; – информационно-управляющие системы.

Особенности эргатических систем управления

СТК относятся к эргатическим системам управления (системам «чело-век – машина») – системам, которые включают в качестве элементов как тех-нические системы, так и людей, взаимодействующих с этими системами.

Для эффективного функционирования подобных систем необходимо выби-рать рациональные способы взаимодействия людей с техникой на основании выводов эргономики.

Эргатические системы управления делятся на простые, такие как «автомо-биль – водитель», «ЭВМ – исследователь», «управляемый объект – оператор» и т. п., и большие сложные, которыми являются, например, автоматизиро-ванные системы управления. Различают два основных типа АСУ: системы организационно-экономического, или административного, управления и сис-темы управления техническими процессами. Для первых объектами управления являются предприятия, отрасли народного хозяйства, министерства, ведомства, т. е. коллективы людей, которые используют различные машины, процессы, приборы, устройства. В АСУ техническими процессами основной формой пере-дачи информации являются различные сигналы (электрические, световые, ме-ханические и др.), в системах же организационно-экономического управления основной формой передачи информации является документ.

Особенностями ЭСУ является следующее: – в контур управления, т. е. в управляющую систему, включен сам чело-

век-оператор или коллектив людей-операторов; – психофизиологические свойства человека-оператора должны быть

включены в параметры (свойства) управляющей системы; – закон управления для ЭСУ может быть спроектирован заранее с гаран-

тией качества управления, как и в технических системах; – если функционирование ЭСУ происходит в условиях неопределенно-

сти, то качество управления обеспечивается качеством работы человека-оператора.

Содержательное обобщение особенностей ЭСУ представлено в табл. 2.




Таблица 2

Особенности эргатических систем управления

Группа особенностей Особенности и их сущность

Функциональные 1. Наличие общей задачи и единой цели функционирования для всей системы. 2. Сложность поведения, связанная со случайным характе-ром внешних воздействий и большим количеством обратных связей внутри системы. 3. Устойчивость к внешним и внутренним помехам и наличие самоорганизации и адаптации к различным воздействиям. 4. Надежность системы в целом, построенной из неабсолют-но надежных компонентов. 5. Способность к развитию, выражающаяся в способности из-менять функции и структуру

Структурные 1. Большое количество взаимодействующих частей или эле-ментов, составляющих систему – целостное образование. 2. Возможность выделения групп взаимодействующих эле-ментов-подсистем, имеющих свое специальное назначение и цель функционирования. 3. Наличие иерархической структуры связей подсистем и ие-рархии критериев качества функционирования всей системы. 4. Высокая степень неоднородности состава элементов. 5. Большая территориальная рассредоточенность подсистем (элементов). 6. Динамичность структуры

Изготовления 1. Значительные затраты на разработку и изготовление. 2. Многообразие возможных допустимых вариантов построе-ния и функционирования системы. 3. Необходимость привлечения для проектирования, созда-ния системы многих научных дисциплин. 4. Несоответствие проектных решений, определенных в доку-ментации, реализованным проектным решениям из-за расхож-дения моделей разработчиков на этапах проектирования. 5. Необходимость ввода в строй одновременно всех эле-ментов

Эксплуатационные 1. Большой объем циркулирующей в системе информации, эффективная обработка которой вручную практически невоз-можна. 2. Осуществление прогноза последствий нештатных (аварий-ных) ситуаций.




Окончание табл. 2

Группа особенностей Особенности и их сущность 3. Невозможность достоверно прогнозировать воздействие на

систему непрерывно изменяющейся окружающей среды вследствие неполноты информации о возможных изменениях в среде за период жизненного цикла системы. 4. Необходимость развитой инфраструктуры, обеспечиваю-щей ремонт и восстановление компонентов ЭСУ. 5. Многократное частичное изменение структуры и состава системы в процессе ее функционирования, связанной с не-прогнозируемыми изменениями внешней среды, уточнением параметров самой системы и целей ее функционирования

Эргономические 1. Основной функцией человека в ЭСУ является управление. 2. Способность человека оперировать нечеткими представ-лениями, воспринимать сложные объекты, процессы или яв-ления как единое целое. 3. Умение творчески, гибко действовать в сложных непредви-денных ситуациях в условиях недостаточной или не полно-стью достоверной информации. 4. Способность переходить от одних технологий управления к другим в зависимости от конкретных управленческих ситуаций. 5. Непредсказуемость поведения, настроения, работоспособ-ности человека. 6. Субъективный характер принимаемых человеком решений, особенно в условиях острого дефицита времени и отсутствия достаточно полной информации, возможность случайных и преднамеренных ошибок при обработке информации или формировании информационных сообщений. 7. Низкая вычислительная мощность человека, неспособность воспринимать большое число вариантов исхода, прогнозиро-вать результаты принятых решений

Виды анализа и синтеза эргатических систем управления

Задачи анализа ЭСУ решаются, как правило, на стадиях их эксплуатации, транспортировки, снятия с эксплуатации и списания. Анализ используется также для исследования вариантов вновь создаваемых ЭСУ с целью выбора лучшего варианта.

Задачи синтеза ЭСУ решаются на этапах проектирования и создания систем.




К задачам синтеза ЭСУ относится процесс принятия решения о целесооб-разности того или иного нововведения и обоснованного выбора направлений предпроектных исследований.

Структурный анализ и синтез ЭСУ направлен на решение следующих задач:

– описание состава организации и построение ее структурной схемы; – формирование рационального числа уровней управления; – определение состава и мест размещения звеньев управления; – определение функций отдельных подразделений, их структурной схемы; – создание рациональной сетевой структуры, обеспечивающей требуе-

мые характеристики устойчивости и оперативности управления; – исследование отдельных технических устройств, входящих в со-

став ЭСУ; – учет психологических характеристик человека-оператора при создании

структур ЭСУ; – построение обобщенной структурной информационной модели ЭСУ; – описание материальных, вещественных и информационных связей.

Функциональный анализ и синтез ЭСУ направлен на решение сле-дующих задач:

– анализ функций управления в структурных подразделениях; – выбор состава автоматизируемых функций и определение их взаимо-

действий; – определение способов сбора, хранения и отображения информации,

необходимой для функционирования системы управления; – определение порядка обработки информации с целью принятия управ-

ленческих решений и доведения их до исполнителей; – создание системы контроля за доведением решений и их исполнением,

а также оценка результатов выполненных решений; – учет психологических факторов оператора при управлении сложны-

ми ЭСУ. Особенности информационного анализа и синтеза ЭСУ заключаются в

исследовании и поиске рациональных способов сопряжения оперативного персонала с техническими средствами и решаемыми задачами управления.




При этом исследуются способы предоставления, ввода и вывода инфор-мации, определяется необходимый и достаточный состав формализованных сообщений (указаний, приказов, подтверждений, донесений), обеспечиваю-щих эффективное управление.

Наряду с этим решаются общие задачи анализа и синтеза информацион-ного обеспечения, включающего способы классификации и кодирования ин-формации, языковые средства описания данных, унифицированную систему документации, программные средства обработки информационных массивов, базы и банки данных.

Параметрический анализ и синтез ЭСУ связаны с исследованием и ко-личественной оценкой разнообразных свойств и различных условий функ-ционирования оперативного персонала и используемых технических средств управления. Поэтому процедура выбора показателей, достаточно полно от-ражающих свойства подобных систем, довольно сложна, и в настоящее время нет четко установленного перечня подобных показателей. На практике для исследования свойств данных систем и их элементов используется несколько сотен различных показателей: количественные, качественные, экономиче-ские, технические, общие, комплексные, частные, основные, вспомогатель-ные, специфические, исходные, производственные и т. п.

Показатели качества работы людей в эргатических системах управления

Из большого количества показателей качества работы людей в ЭСУ наи-более часто используют быстродействие, напряженность, надежность.

Быстродействие оператора характеризуется длительностью рабочего цикла (Тц):

∑=τ+τ=

n

i

iТ1

)(3прц ,

где τпр – время производства работ, определяющееся по формуле τпр = τож + τр, где τож – время ожидания всех операций; τр – время выполнения операций без

пауз между ними; )(3iτ – время между моментами окончания i-й операции и

началом (i + 1)-й.




Быстродействие конкретного оператора может быть определено с исполь-зованием тренажера или хронометрирования на реальном рабочем месте.

Напряженность оператора определяется степенью функционального на-пряжения его организма (γ), нервного или физического, по формуле

∑=

=γ

n

i i

i

yy

n 1

2

max

1 ,

где yi, yi max – физиологические количественные показатели напряженной ра-боты в реальных и экстремальных условиях соответственно.

Надежность оператора характеризует его свойство выполнять заданные функции в течение определенного времени при заданных условиях работы. Показатели надежности человеко-машинных систем должны учитывать свой-ства и человека, и машины. Однако если методы оценки надежности машин достаточно хорошо разработаны, то расчет надежности людей-операторов представляет известные трудности и составляет в настоящее время одну из ак-туальных проблем в теории ЭСУ.

Фундаментальным понятием теории надежности является понятие отказа – случайного события, состоящего в том, что элемент (оператор) полностью или частично утратил свою работоспособность, в результате чего заданные ему функции не выполняются.

Устойчивые отказы операторов называются биологическими, а времен-ные – психологическими. Причиной биологических отказов являются болез-ни, чрезмерное утомление, засыпание на рабочем месте и т. п., причиной временных отказов – случайные ошибки нормального рабочего оператора.

Одним из показателей надежности операторов служит вероятность без-отказной работы (Роп), определяемая по формуле

)()()( пбопoп tPtРKtР += ,

где Рб, Рп – вероятности биологической и психологической надежности опе-ратора соответственно; Kоп – коэффициент готовности оператора, который вычисляется по формуле

TT

K 0оп

1−= ,

где Т0 – время отсутствия оператора на рабочем месте; Т – общее время работы.




С учетом Роп вероятность безотказной оперативной работы человеко-машинной системы (Р(t)) определяется мультипликативным показателем:

)()()()( своптехн tPtРtРtР ⋅⋅= ,

где Ртехн(t) – вероятность безотказной работы машины; Рсв(t) – вероятность своевременного выполнения работы.

Выделенные показатели качества работы операторов позволяют опреде-лить следующие основные пути повышения эффективности их работы:

– обеспечение необходимой степени профессиональной подготовки опе-раторов;

– проектирование аппаратуры в соответствии с требованиями инженер-ной психологии;

– обеспечение контроля за правильностью действий операторов; – правильный выбор режимов труда и отдыха операторов; – исключение информационных перегрузок операторов; – обеспечение хорошего психологического климата в коллективе опера-

торов и т. п. Экспериментально установлено, что определенная часть операторов, об-

ладающих соответствующей квалификацией, часто обнаруживают свою не-состоятельность при возникновении аварийных (критических) ситуаций.

Статистика указывает также на значительный процент аварий из-за не-правильных действий операторов (человеческого фактора): в строительстве – больше 70 %, в авиации – больше 80 %. Таким образом, очень часто ошибоч-ные действия операторов приводят к лавинообразному развитию аварийных ситуаций, порче и потере дорогостоящей техники, а также гибели людей.

Инженерно-психологические проблемы создания и эксплуатации эргатических систем управления

По мере усложнения ЭСУ все ощутимее становятся потери от несоответ-ствия характеристик технических средств возможностям человека. При этом основные трудности связаны не только с совершенствованием технических и программных средств, но и с недостаточным развитием методов учета чело-веческого фактора при создании и эксплуатации сложных ЭСУ.

Можно выделить следующие инженерно-психологические проблемы, требующие решения в процессе создания и эксплуатации сложных ЭСУ:




1. Компенсация ошибочных (в первую очередь, непреднамеренных, но также и преднамеренных) действий человека, влекущих за собой не-гативные последствия для функционирования ЭСУ.

В ЭСУ должны быть учтены забывчивость оператора, возможность его ошибки, непостоянство внимания и т. п.

Если решение, принятое человеком, может привести систему в аварийный режим (контроль осуществляет сама система), то это решение не должно восприниматься, о чем система должна сигнализировать оператору.

Подобные действия в состоянии выполнять лишь сложная система с хо-рошо развитыми средствами интеллектуальной поддержки операторов.

2. Формализация психологических аспектов мыслительной деятель-ности человека в процессе выработки решений по реализации какой-либо задачи и учет их в системах искусственного интеллекта, форми-рующих соответствующие решения.

Проблема формализации основных схем поведения и психологических ха-рактеристик человека-оператора связана с попытками создания математиче-ских моделей деятельности человека. Это обусловлено прежде всего необхо-димостью создания единого языка описания функционирования системы в целом, причем принято считать, что разработка математических моделей дея-тельности является одним из перспективных путей решения этой проблемы.

Вместе с тем в процессе проектирования деятельности подчас целесооб-разно автоматизировать те или иные функции человека-оператора, т.е. пору-чить их выполнение техническим средствам, носящим в себе черты, модели соответствующей деятельности человека.

Движение любого объекта обусловлено его собственными свойствами и действием на него управляющих сил. В целом объект и система управления им образуют динамическую систему, движение которой может быть описано дифференциальными уравнениями. Класс таких дифференциальных уравне-ний определяется динамикой конкретной системы. Обычно динамическая система описывается сложной системой нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка со случайными параметрами, аналитического выражения для которых до сих пор не существует.

Для всех систем, за исключением простейших, истинное явление можно описать с помощью уравнений лишь приближенно. Это обусловлено тем, что




неизвестны все факторы, влияющие на систему, или получаются слишком громоздкие уравнения, которые современными средствами решать весьма сложно. Обычно рассматривается небольшое число аспектов поведения ЭСУ.

Основной принцип построения моделей заключается в том, что результа-ты, получаемые с помощью моделей, должны соответствовать эксперимен-тальным данным и, кроме того, модель должна давать возможность получать новую информацию о системе или объекте.

3. Определение «границ возможного» в деятельности человека и воз-можностей техники для оптимального распределения функций между ними.

Пределы функционирования сложных систем определяются условиями и воздействиями, приводящими к срыву деятельности.

В этом смысле срыв операторской деятельности является одной из гло-бальных проблем, стоящих перед проектировщиками сложных ЭСУ. Цель проектирования прежде всего состоит в том, чтобы избежать, исключить возможность аварий (прекращения деятельности) современных систем, кото-рые неотвратимы при срыве деятельности человека-оператора.

Степень согласованности характеристик технических средств с психофи-зическими характеристиками человека-оператора определяет эффективность деятельности. Срыв деятельности характеризуется нулевой и даже отрица-тельной эффективностью. Он может наступить, например, при повышении темпа поступления информации.

Выделяют следующие аспекты срыва операторской деятельности, иссле-дование которых необходимо при проектировании:

– определение критических значений потока информации в зависимости от способов деятельности;

– оценка влияния автоматизации процессов управления на устойчивость операторской деятельности,

– выявление «слабых» звеньев в структуре деятельности в целях проек-тирования наилучших способов деятельности;

– определение стадий (фаз) срывов деятельности с выявлением необхо-димых перестроек, переходов от одного способа деятельности к другому при обнаружении возможности срыва деятельности;

– определение допустимых границ изменений функционального состоя-ния оператора;




– определение границ между областями устойчивой деятельности и сры-вов деятельности, т. е. определение тех требований, которые проектировщи-ки систем могут предъявить к человеку-оператору в соответствии с функ-циональными возможностями операторов конкретных систем.

4. Формализация основных схем поведения (алгоритмов, или после-довательностей, деятельности) человека в зависимости от сложившейся ситуации и предложение оператору (ЛПР) лучшей (по какому-то крите-рию) из них.

К этому классу задач относятся: – классификация типов поведения; – моделирование поступков; – определение траектории поведения; – формирование поведения и др.

5. Определение психологических характеристик человека и их диапа-зонов для обеспечения комфортного общения человека и техники, ис-пользование современных технологий и техники для уменьшения по-требности адаптации людей к системе.

Современные средства взаимодействия человека и техники представляют собой сложный комплекс, включающий различные компоненты: планирова-ние, информирование и управление общением; формализацию облика ин-формации, интерпретацию сообщений; представление, обработку данных и принятие решения; обеспечение надежности и др.

Основной тенденцией перспективного развития и совершенствования средств взаимодействия является создание адаптивных интеллектуальных систем, учитывающих целесообразное распределение нагрузки между искус-ственным интеллектом ЭВМ и интеллектом.

Типовые противоречия в процессе создания новых эргатических систем управления

При разработке сложных эргатических систем управления наиболее ответ-ственным этапом является процесс принятия решения о целесообразности того или иного нововведения и обоснованного выбора направлений и методов предпроектных исследований. Основной целью деятельности на этом этапе является снижение неопределенности и степени риска, связанных с внедрением




дорогостоящих нововведений. Нововведение – деятельность, направленная на изменение ЭСУ на всех стадиях ее жизненного цикла и приводящих при этом к разнообразным последствиям в различных видах окружения ЭСУ.

Принятие решения о внедрении нововведения связано с сознанием проти-воречий, которые необходимо разрешить в процессе создания новых систем. Анализ основных тенденций в создании перспективных ЭСУ позволяет сформулировать ряд противоречий, от разрешения которых существенно за-висит как облик системы, так и работа по ее созданию (табл. 3) [8].

Таблица 3

Типовые противоречия, разрешаемые в процессе создания новых ЭСУ

Тип противоречия Смысл противоречия

Потребность – возможность

С одной стороны, существует потребность в создании но-вой системы, а с другой – отсутствует возможность ее соз-дания. Это может быть вызвано различными причинами, например, отсутствием материальной базы

Необходимость предви-деть будущее – неопре-деленность будущего

При создании ЭСУ необходимо спроектировать ее облик, однако человеку не дано видеть то, чего еще нет в природе (в частности, невозможно предвидеть все последствия от производства и применения создаваемой системы)

Срок создания – темп морального старения

Новизна и сложность создаваемой системы требуют уве-личения срока создания, но, с другой стороны, высокий темп научно-технического прогресса ведет к ее быстрому старению

Темпы роста сложности систем – темпы развития методов их проектирования

Темпы роста сложности ТС преобладают над развитием ме-тодов их проектирования. В среднем по всем отраслям тех-ники число подсистем ТС удваивается каждые 15 лет. При этом производительность труда в проектировании с начала века выросло всего на 20 % (в производстве – на 1000 %)

Сложность – надежность

С повышением степени сложности создаваемых ТС падает их надежность

Уникальность ЭСУ – необходимость индуст-риального подхода

Большинство ЭСУ являются единственными в своем роде, но требование высокой надежности вынуждает применять индустриальный подход к их созданию, основанный на массовости, стандартизации, унификации комплектующих изделий и технологических операций

Содержание нововведений зависит oт глубины реорганизации системы или создания более перспективных систем (табл. 4).




Таблица 4

Содержание нововведений в зависимости от глубины реорганизации ЭСУ

Уровень реорганизации Содержание нововведения

Параметрическая реор-ганизация системы

Изменение свойств, параметров системы или ее эле-ментов

Функциональная реорга-низация системы

Изменение функций, содержания решаемых задач, соста-ва целей, оперативных направлений для отдельных эле-ментов существующей системы

Структурная реорганиза-ция системы

Изменения организованного или пространственного по-строения элементов существующих систем (варьирова-ние структуры, направления, характера и количества свя-зей, пересмотр мест дислокации и базирования и т. д.)

Полная реорганизация системы проектирования

Создание более перспективных систем, комплексов и от-дельных образцов техники, предполагающих формирова-ние новых или преобразование существующих организа-ционных подразделений, осуществляющих обслуживание и применение систем подобного типа

Общую схему разрешения противоречий в процессе создания новых ЭСУ можно представить в виде последовательности формирования ответов на во-просы, стоящие перед исследователем (табл. 5).

Таблица 5

Основные вопросы, решаемые в процессе исследования

1. Выявление необходимости нововведения

Нужно ли оно в перспективе? Да Нет

Нужно ли оно сей-час?

Да Нет

Устойчивая потребность Перспективная потребность

Кажущаяся потребность Мнимая потребность

2. Выявление возможности но-вовведения

Возможно ли оно в перспективе? Да Нет

Возможно ли оно сейчас?

Да Нет

Устойчивая возможность Перспективная возможность

Кажущаяся возможность Мнимая возможность

3. Оценка последствий ново-введений

Каковы последствия в перспективе? Позитивные Негативные

Каковы последствия

в ближайшем бу-дущем?

Позитивные Негативные

Устойчиво позитивные последствия

Позитивные последствия в перспективе

Перспективно-негативные по-следствия

Устойчиво негативные последствия




Предлагая некое нововведение (например, замысел новой ЭСУ), исследо-ватель задается тремя вопросами:

1. Нужно ли оно (нововведение)? Если в результате анализа потребности на текущий момент и прогнозирования ее изменений в перспективе выясня-ется, что потребность устойчива или перспективна, то делается вывод о не-обходимости нововведения. Если потребность оказывается кажущейся или мнимой, то фиксируется отрицательный ответ.

При положительном ответе на первый вопрос исследователь переходит ко второму вопросу.

2. Возможна ли реализация этого нововведения? Если в результате анали-за возможности на текущий момент и прогнозирования ее изменений в пер-спективе выясняется, что возможность устойчива или перспективна, то на вопрос дается положительный ответ, в противном случае – отрицательный ответ. При положительном ответе на второй вопрос исследователь переходит к третьему вопросу.

3. Каковы возможные последствия этого нововведения? Если в результате анализа последствий на ближайшее будущее и прогнозирования их измене-ний на отдаленную перспективу выяснится, что последствия устойчиво нега-тивны или становятся таковыми в будущем, то характер нововведений отри-цательный.

При положительных ответах на поставленные вопросы исследователь мо-жет перейти к уточнению характеристик нововведения и к ответам на вопросы:

Какие конечные цели могут быть достигнуты посредством создаваемой ЭСУ?

Какую роль будет играть создаваемая ЭСУ в данной сфере деятельности? Какими свойствами и строением может обладать ЭСУ при данных пред-

положениях? Какие принципы и стратегии могут быть положены в основу процесса

создания и применения ЭСУ? Какова степень технического и экономического риска, связанного с соз-

данием ЭСУ? Ответы на эти вопросы позволят исследователю перейти к формированию

проблематики и комплексной программы НИР по выбранным направлениям.




Эргономические требования к системотехнике

Эргономика – наука, изучающая объективные закономерности процессов взаимодействия человека и техники в единой системе «человек – машина» с целью использования их в практике проектирования (создания) и эксплуата-ции элементов (систем «человек – техника») сложных систем, т. е. приспо-собление как техники к человеку (дизайн, технологические удобства, связан-ные с оборудованием рабочих мест операторов и последовательностью вы-полнения действий при работе и т. п.), так и человека к технике, т. е. обуче-ние операторов, формирование необходимых навыков для работы и поддер-жание их на должном уровне, разработка тренажеров для подготовки и тре-нировки операторов и т. д.

Основными задачами эргономики, которые решаются в интересах систе-мотехнического проектирования сложных систем, являются следующие:

1. Разработка эргономических требований к техническим средствам. Эргономические требования – требования к сложным системам (их под-

системам, элементам), определяемые характеристиками человека-оператора и устанавливаемые для оптимизации его деятельности. Эти требования учи-тываются в процессе проектирования, производства и эксплуатации системы и предъявляются к различным ее элементам и системе в целом. Различают общие и частные требования. Общие требования характерны для групп (классов) систем, частные требования обусловлены назначением и особен-ностями эксплуатации конкретной системы.

Учет требований необходим для обеспечения рационального распределе-ния функций в системе, рациональной организации рабочего места на основе учета в конструкции оборудования инженерно-психологических характери-стик и свойств человека, соответствия технических средств возможностям человека по приему и переработке информации и осуществлению управляю-щих воздействий.

В зависимости от вида учитываемых свойств и характеристик человека-оператора различают гигиенические, антропометрические, физиологические, психофизиологические и психологические требования.

Гигиенические требования определяют безвредные и безопасные условия жизнедеятельности человека.




Антропометрические требования обусловлены размером, формой и ве-сом человеческого тела и его частей в статике и динамике.

Физиологические требования учитывают энергетические возможности мышечного аппарата человека при эксплуатации техники, определяют силу, быстроту, выносливость и другие физические свойства. Многие из этих тре-бований составлены на основе принципа экономии движений, т. е. их опти-мального характера, последовательности, темпа и ритма.

Психологические требования определяют соответствие системы и ее эле-ментов психологическим особенностям человека. К ним относятся особенно-сти восприятия информации, памяти, мышления человека и закрепления им вновь приобретенных навыков. Психологические требования учитывают возможности участия человека в информационном воздействии в системе, их влияние на легкость и быстроту формирования навыков человека, а также на объем и скорость восприятия и переработки информации человеком.

2. Разработка эргономических и информационных требований к ра-бочей среде.

Часто эту работу называют оценкой и нормированием параметров оби-таемости системы и среды.

Рабочая среда представляет собой совокупность физических, химиче-ских, биологических, социально-психологических и эстетических факторов внешней среды, воздействующих на человека (табл. 6).

Таблица 6

Элементы факторов рабочей среды

Фактор рабочей среды Параметр, характеризующий

основные свойства Единица

измерения

Санитарно-гигиенические

Освещенность (естественная, искусственная)

Уровень освещенности лк

Вредные вещества (пары, газы, аэрозоли)

Концентрация компонентов в воздушной среде

мг/м3

Микроклимат: температура возду-ха, относительная влаж-ность, скорость движения воздуха, атмо-сферное давление

Температура рабочей среды, относительная влажность, подвижность воздушной среды, высота над уровнем моря, барометрическое давление

ºС, %, м/с, м, Па




Окончание табл. 6

Фактор рабочей среды Параметр, характеризующий

основные свойства Единица

измерения Механические колебания: вибра-ция, шум, ультразвук

Частота, амплитуда, колебательная ско-рость, уровень звукового давления, уро-вень громкости

Гц, мм, м/с, дБ, фон

Излучения: инфракрасные, ульт-рафиолетовые, ионизирующие, электромагнитные

Длина волны, интенсивность излучения, скорость радиоактивного распада

Мкм, Вт/м, Дж/кг

Профессиональные инфекции Степень опасного воздействия на орга-низм человека

Баллы

Психофизиологические

Физическая нагрузка Энергозатраты Дж Рабочая поза Удобство позы при выполнении работ Описательная

характеристика в баллах

Нервно-психологическая нагрузка

Интеллектуальная нагрузка, нервно-эмоциональное напряжение, напряжение зрения

Баллы, категория точности работы

Монотонность трудового процесса

Уровень разнообразия и тип труда Баллы

Режим труда и отдыха Длительность и распределение переры-вов на отдых, длительность рабочих смен, длительность отдыха

мин, ч, сут

Травмоопасность Степень взрывоопасности, пожароопас-ности, опасность травмирования и т. п.

Баллы

Эстетические

Гармоничность световой компо-зиции, звуковой среды, арома-тичность запахов, целостность интерьера

Уровни факторов Экспертная оцен-ка в баллах

Информационные

Информационная нагрузка Степень информационного воздействия, восприятия и переработки информации

Пропускная спо-собность от ско-рости поступле-ния информации

(2–10 бит/с)

Основные требования по учету факторов рабочей среды заключаются в следующем:

– факторы рабочей среды при их комплексном воздействии на человека не должны оказывать отрицательного влияния на его здоровье при профес-сиональной деятельности в течение длительного времени;




– факторы рабочей среды не должны вызывать снижения надежности и качества деятельности оператора (его работоспособности) при действии их в течение рабочего времени (дежурства).

3. Организация профессиональной подготовки операторов, включаю-щая проведение профессионального отбора, организацию обучения и кон-троля профессиональных навыков, сюда относится и создание тренажеров, различных обучающих и контролирующих систем.

4. Анализ групповой деятельности операторов, к которому относятся определение условий эффективной групповой деятельности операторов, по-рядок подбора и комплектования групп, организация взаимодействия между операторами в группе и т. п.

5. Оценка систем «человек – машина», предполагающая эргономиче-скую оценку проектов, алгоритмический анализ деятельности систем «че-ловек – машина», оценку информационной, логической, стрессовой на-грузки на оператора, оценку эффективности деятельности системы «чело-век – машина».

Процесс взаимодействия человека и технических средств представляет собой целенаправленный комплекс мероприятий, видов и средств по обеспе-чению обмена сообщениями между коммуникантами системы.

В общем случае целью процесса взаимодействия может быть информиро-вание, заключающееся в выдаче справок (документов), управление, состоя-щее в выдаче варианта результата принятия решения;

Организация взаимодействия заключается в осуществлении комплекса основных и вспомогательных мероприятий, которые реализуются с помощью технических средств.

6. Организация труда оператора, включающая режим труда и отдыха, анализ монотонности и напряжения труда и методы борьбы с ними, контроль состояния и результатов работы операторов и др.




1.4. Теория исследования операций

Теория исследования операций является одной из научных дисциплин кибернетики и рассматривает, как и кибернетика, только системы с управле-нием. Методы исследования операций применяются на наиболее ответствен-ном этапе управления – этапе принятия решений.

Операция – всякое мероприятие как система действий, объединенных единым замыслом и направленных к достижению цели. Операция есть всегда управляемое мероприятие.

Всякий определенный выбор параметров называется решением, предпоч-тительным перед другими решениями по каким-либо параметрам.

Цель исследования операций – предварительное количественное обоснова-ние оптимальных решений (строго оптимальных или рациональных решений).

Каждая операция направлена на достижение конкретной цели, организуется по-разному, поэтому существует проблема нахождения оптимального решения.

Объектом теории исследования операций являются процессы управления. Предметом теории исследования операций являются методы количест-

венного обоснования решений, методы математического исследования про-блем. При этом рассматривается не реально операция, а ее математическая модель. Исследование операций позволяет вырабатывать не сами решения, а предложения по их принятию.

Принятие решения выходит за рамки исследования операций и относится к компетенции ответственного лица, принимающего решение (индивидуаль-ное или групповое ЛПР).

В каждой конкретной задаче исследования операций математический ап-парат выбирается, исходя из вида операции, ее целевой направленности (ка-кие параметры требуется определить и влияние каких существенных факто-ров необходимо отразить).

Математический аппарат исследования операций включает: – аппарат линейного, динамического программирования; – методы теории массового обслуживания; – марковские случайные процессы; – метод статистического моделирования (метод Монте-Карло); – метод теории игр и др.




При построении математической модели в зависимости от вида операции, задачи исследования и точности исходных данных может быть использован математический аппарат различной сложности [1].

В самых простых случаях явление описывается простыми алгебраическими уравнениями. В более сложных, когда требуется рассмотреть явление в дина-мике, применяется аппарат дифференциальных уравнений (обыкновенных или с частными производными). В наиболее сложных случаях, когда развитие опе-рации и ее исход зависят от большого числа сложно переплетающихся между собой случайных факторов, аналитические методы отказываются служить, и применяется метод статистического моделирования (метод Монте-Карло). Идею этого метода можно описать так: процессы развития операции со всеми сопровождающими его случайностями как бы копируются, воспроизводятся на ЭВМ. В результате получается один экземпляр (реализация) случайного процесса развития операции со случайным входом и исходом.

Аналитические модели более грубы, учитывают меньшее число факторов, всегда требуют каких-то допущений и упрощений. Результаты расчета по ним легче обозримы, отчетливее отражают присущие явлению основные за-кономерности и больше приспособлены для поиска оптимальных решений.

Статистические модели по сравнению с аналитическими более точны и подробны, не требуют грубых допущений, позволяют учесть большее число факторов. Недостатками статистических моделей являются громоздкость, плохая обозримость, большой расход машинного времени, трудность поиска оптимальных решений.

Наилучшие работы в области исследования операций основаны на совме-стном применении аналитических и статистических моделей.

Имитационное моделирование применяется к процессам, в ход которых может время от времени вмешиваться человек. В результате многократного повторения очередного хода руководитель набирает опыт и учится прини-мать правильные решения (деловая игра).




1.5. Новые информационные технологии

Технология – совокупность знаний о способах и средствах реализации производственных процессов, при которых происходит качественное изме-нение обрабатываемых объектов.

К числу таких важнейших ресурсов, как материальные, трудовые, при-родные, может быть отнесен информационный ресурс.

Информационный фактор становится решающим в экономическом развитии. В соответствии с указанными технологическими укладами информацион-

ные технологии реализуются на основе письменности, книгопечатания, элек-тричества (телефон, радио и т. д.), появления компьютеров, знаний на основе информационных ресурсов (общество новых информационных технологий).

Информационная технология – процесс, использующий совокупность средств, методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информа-ции) для получения информации нового качества о состоянии объекта.

Из всех видов технологий информационная технология предъявляет са-мые высокие требования к человеческому фактору, квалификации работника, содержанию его труда, физической и умственной нагрузкам, определяющие профессиональные перспективы и уровень социальных отношений.

Информационные технологии тесно связаны с информационными система-ми, составляющими элементами которых являются компьютеры, базы данных, различного рода технические и программные средства связи. Основная цель информационной системы – организация хранения и передачи информации.

Информационная система – человеко-компьютерная система обработки информации, используемая для поддержки принятия решений и производст-ва информационных продуктов.

Успешная работа информационной системы обеспечивается при взаимо-действии двух технологий – управленческой и компьютерной.

Новая информационная технология – система методов и способов сбо-ра, получения, накопления, хранения, обработки, анализа и передачи инфор-мации с использованием средств вычислительной техники и интеллектуаль-ного дружественного интерфейса работы пользователя.




Информационно-программные изделия, удовлетворяющие требованиям интеллектуальности, называются интеллектуальными системами.

Существующие информационные технологии можно разделить на два класса:

– инструментальные технологии, предназначенные для проектирова-ния НИТ;

– прикладные информационные технологии, обеспечивающие принятие и поддержку решений.

К инструментальным НИТ, используемым в настоящее время, возникно-вение которых связано с новыми техническими возможностями средств вы-числительной техники, относятся гипертекстовые технологии, машинная графика, телекоммуникационные методы доступа, мультимедиа.

Гипертекст позволяет работать с большим объемом понятийной инфор-мации. Модель гипертекста определяется графом, в вершинах которого рас-полагаются части (блоки) текста.

Машинная графика – средства и системы ввода, отображения на экране и вывода изображений.

Телекоммуникационная система – совокупность физической среды пере-дачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие абонентских систем.

Мультимедиа – система, которая использует взаимодействие вычисли-тельной техники и видеосистемы таким образом, что компьютерная про-грамма может управлять изображением на экране.

Технологией и средствами, позволяющими хранить основной объем ин-формации, являются автоматизированные учебные комплексы, компьютер-ные учебники, компьютерные тренажеры, мультимедийные технологии, средства дистанционного обучения.




2. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1. Современное бортовое оборудование

Современное бортовое оборудование включает: – пилотажно-навигационный комплекс; – комплекс средств связи; – бортовые средства контроля, сигнализации и регистрации полетных

данных; – функциональные системы.

Современная авионика (так чаще всего сейчас называют комплексы бор-тового оборудования) представляет собой набор датчиков, передающих ин-формацию в некую центральную вычислительную систему (так называемое «ядро» комплекса), которая ее обрабатывает и выдает конкретные решения и рекомендации в адаптированном для восприятия виде. Пилот в этом слу-чае выступает в роли контролера ситуации, а пилотирование, расчет топли-ва, траектории полета и т. д. производятся автоматически. Произошел пере-ход от ручного управления к директорному, далее к автоматическому управлению (рис. 2).

0

20

40

60

80

100

120

Як-40 Ту-154 Ил-76 Ан-124 Da-42 Ту-204 А-320 ИКБО

Типы ВС

Сте

пень

авт

омат

изац

ии

Рис. 2. Степень автоматизации выполняемых функций




Ручное управление: Як-40. Автоматизированное управление: Ту-154, Ил-76, Ан-124, Ту-204. Автоматическое управление: DA 42, A-320, ИКБО. Степень автоматизации:

– DA 42 ~ 90 %; – A-320 ~100 %; – ИКБО ~100 %.

Целями развития интегрированных комплексов и систем бортового циф-рового оборудования ВС ГА и авионики в целом являются:

– соответствие международным требованиям аэронавигации, в том чис-ле связанным с реализацией концепций ICAO СNS/ATM и «Free Flight»;

– повышение безопасности полетов за счет снижения доли человеческо-го фактора в авиационных происшествиях и увеличения отказобезопасности;

– снижение общих расходов на техническое обслуживание и ремонт комплексов авионики за счет внедрения концепции программированной экс-плуатации.

Переходу к цифровому оборудованию способствовали следующие факторы: – высокая технологичность, малые габаритные размеры, масса и стои-

мость цифровой элементной базы; – возможность решения большого числа логических задач и более про-

стая, надежная и глубокая организация встроенного контроля, позволяющего охватить практически все оборудование комплекса;

– получение высокой надежности благодаря использованию методов структурной и информационной избыточности и большая возможность стан-дартизации и унификации оборудования;

– уменьшение рабочей нагрузки на экипаж благодаря применению циф-ровых систем электронного отображения информации на цветных дисплеях.

Переход к цифровым системам в пилотажной части комплекса позволяет на 20–40 % уменьшить ее стоимость, на 75 % сократить трудоемкость техни-ческого обслуживания, на 30–50 % – число случаев невыполнения програм-мы полета из-за неисправности БО и на 50 % снизить потери из-за его повре-ждения. Существенно снижается моторная нагрузка на экипаж. Так, в зависи-мости от этапа полета нагрузка на командира ВС уменьшается на 10–35 %, на второго пилота – на 25–45 % [13].




Самый значительный прогресс пришелся на контроль систем и индикаторы. Пилоту нет необходимости контролировать системы, которые работают в нор-мальном режиме. При этом он может получить любую необходимую инфор-мацию, чтобы понять, например, почему превышен тот или иной параметр.

Современные бортовые комплексы оборудования обеспечивают вывод на экраны индикаторов:

– пилотажной информации о пространственном положении ВС, его ско-рости, высоте, вертикальной скорости, режимах работы АСУ, заданных па-раметрах полета;

– навигационной информации о курсе, сдвиге ветра, отклонениях от задан-ного направления полета, данные системы самолетовождения, информацию ра-дионавигационных и посадочных систем АРК, VOR, DME, ILS / СП, РСБН;

– плана полета и картографической маршрутной информации с изобра-жением топографической карты местности;

– схемы выхода из района аэродрома, захода на посадку, схемы аэро-портов;

– изображения рельефа местности от бортовой системы предупреждения приближения земли TAWS;

– информации о воздушном движении и опасном сближении с другими ВС от системы предупреждения столкновения TCAS;

– телевизионной картины от бортовых телекамер; – информации о работе и параметрах силовой установки, систем ВС; – сигнализации экипажу о возникновении опасных ситуаций в полете; – аварийных, предупреждающих и уведомляющих сообщений, речевых

и звуковых тональных предупреждений; – сигнальных сообщений, сопровождающихся подсказками по действи-

ям, которые необходимо выполнить пилотам; – индикации карт контрольных операций из РЛЭ.

А это значит, что при возникновении нештатной ситуации получить всю необходимую для принятия решения информацию можно в одной зоне. Именно поэтому пилот должен приложить все усилия к тому, чтобы изучить новые индикаторы и уметь ими уверенно пользоваться.

Чтобы управлять таким сложным комплексом, каким является ВС сего-дня, пилоту помимо отличного здоровья необходимо располагать высоким




интеллектуальным багажом. В стрессовой ситуации он должен принимать безошибочные решения, которые зависят от его способности справиться с потоком информации, поступающей от различных источников. Задача ком-плекса бортового оборудования – подать информацию с такой легкостью, чтобы пилот из оператора сложной системы превратился в обычного пользо-вателя бортового компьютера.

2.2. Подготовка к работе с современным пилотажно-навигационным оборудование

Подготовка (переучивание) на современные ВС имеет свои особенности, обуславливаемые временем, стоимостью и эффективностью процесса.

Первоначально обучаемые проходят подготовку на компьютерных тре-нажерах, цель которой – изучение работы бортового компьютера, проведе-ние тренировок по ознакомлению с кабиной ВС и выполнение процедур в соответствии с РТЭ и РЛЭ. Тренажеры подобного класса – весьма неслож-ные устройства, основу которых составляют обычные персональные ком-пьютеры. Они в общих чертах воспроизводят кабину ВС с характерными приборами и имитацией части кабинного оборудования, но позволяют с вы-сокой степенью достоверности копировать «поведение» бортового компью-тера и систем авиалайнера и позволяют строить маршрут полета и модели-ровать штатные ситуации.

После прохождения этапа подготовки на специализированном компью-терном процедурном тренажере пилот, уже умея выполнять нормальные опе-рационные процедуры на данном типе ВС, приступает к подготовке на FFS для отработки нештатных ситуаций, возникающих в полете.

Внедрение компьютерных процедурных тренажеров в процесс подготов-ки позволяет снизить затраты на переучивание в связи с тем, что на ком-плексный тренажер пилот приходит уже в достаточной степени подготовлен-ный и умеющий работать с системами и органами управления ВС. Время прохождения подготовки на FFS снижается практически вдвое.

Большое значение в предполетной подготовке необходимо придавать зна-комству с ВС на земле.




2.3. Интегрированный комплекс бортового оборудования

Для обеспечения соответствия высоким современным требованиям, предъявляемым к БРЭО, совместно с рядом отечественных приборострои-тельных предприятий разработаны интегрированные комплексы ИКБО-2005 и ИКБО-2010.

Высокая унификация комплекса и систем позволяет использовать его как базовый для оснащения и модернизации широкого класса перспективных ВС гражданской авиации, разработанных в России [13].

Благодаря своим высоким техническим характеристикам комплекс и ос-новное оборудование, входящее в его состав, не имеют аналогов в отечест-венном авиационном приборостроении и отвечают мировому техническому уровню и перспективным международным требованиям.

Обеспечение автоматического выполнения задач четырехмерного само-летовождения с оптимизацией режимов полета осуществляют в комплексе вычислительные системы самолетовождения, объединенные с пультом управления и индикации на ЖК-матрицах и встроенным модулем спутнико-вой навигационной системы. В ВСС хранится всемирная база навигацион-ных данных (обновляемая один раз в месяц), обеспечивающая полеты ВС по любым маршрутам.

Представление экипажу необходимой информации о работе комплекса и систем, индикация пилотажно-навигационных данных, а также индикация и сигнализация о работе самолетных систем, силовой установки осуществляет-ся комплексной системой электронной индикации и сигнализации.

КСЭИС состоит из 5(6) унифицированных многофункциональных полно-цветных ЖК-индикаторов с возможностью реконфигурации функций между отдельными индикаторами и пультов управления. В индикаторах КСЭИС предусмотрена большая библиотека данных, содержащая руководство по летной эксплуатации, инструкции и карты контрольных проверок перед взле-том и после посадки ВС и др.

Определение пространственного местоположения ВС производится путем комплексной обработки информации от автономных средств счисления ко-ординат (инерциальные системы и системы воздушных сигналов) и коррек-тировочных данных от спутниковой навигационной системы GPS / Глонасс




и интегральных радиотехнических систем навигации и посадки: VOR, ILS, DME, APK, PB.

В комплекс также входят самолетный ответчик, обеспечивающий взаимо-действие как с отечественными, так и зарубежными средствами УВД, метео-навигационная РЛС с обнаружением сдвига ветра, система TCAS и радио-связное оборудование – МВ и ДКМВ радиостанции.

Для управления работой радионавигационных систем и систем радиосвя-зи разработан интегрированный пульт управления. Установка двух таких пультов в кабине экипажа позволяет исключить двенадцать автономных пультов, используемых ранее.

Переносной загрузчик данных обеспечивает как загрузку / обновление программ и базы данных, так и выгрузку информации из вычислительных систем комплекса.

Все оборудование комплекса имеет необходимую степень резервирования. Разработанная базовая структура комплекса позволяет наращивать функ-

циональные возможности, например, для обеспечения соответствия требова-ниям перспективной концепции аэронавигации (CNS/АТМ и «Free F light»), планируемых к внедрению в мире в 2005–2015 годах, для чего в комплексе предусмотрены большие резервные вычислительные ресурсы, а также ре-зервные каналы информационного обмена.

Надежность вновь разрабатываемых систем комплекса составляет 10 000–30 000 ч на отказ (в 3–5 раз выше существующих отечественных аналогов), масса и энергопотребление снижены в 2–3 раза.




3. ОСОБЕННОСТИ ЛЕТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНОГО СУДНА С ИНТЕГРИРОВАННЫМ КОМПЛЕКСОМ

БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

3.1. Межсистемные взаимодействия в сложных человеко-машинных комплексах

Возрастание сложности и потенциальной опасности современной техни-ки, тенденции к повышению степени автоматизации процессов управления приводят к необходимости поиска новых решений таких проблем, как обес-печение надежности и безопасности технических объектов, распределение функций между человеком и автоматикой. С позиций инженерной психоло-гии и психологии труда при автоматизации определяется, какую роль разра-ботчики предлагают человеку-оператору в процессах управления, на кого возлагается ответственность при обеспечении надежности и безопасности техники: на разработчика или оператора.

В настоящее время используются два подхода к автоматизации: – машиноцентрический – человек-оператор является дополнительным

звеном в контуре управления техникой; – антропоцентрический – человек-оператор является центральной фигу-

рой в управлении. Основываясь на машиноцентрическом подходе, разработчики техники

стремятся решить проблему надежности и безопасности посредством автома-тики, отдавая приоритет автоматическим режимам управления, а на операто-ра возлагают функции, которые не может выполнить автомат.

При антропоцентрическом подходе разработчики рассматривают техни-ческий объект как орудие и средство труда человека и отдают приоритет по-луавтоматическим режимам управления над автоматическими, где человек играет главную роль в управлении.

Поэтому ответственность за обеспечение надежности и безопасности тех-ники при использовании машиноцентрического подхода фактически ложится на разработчиков, а антропоцентрического – на человека-оператора.

Учет взаимовлияния человека и техники приводит к возникновению не-линейных, неустойчивых, т. е. нерасчетных ситуаций управления, полная




автоматизация которых невозможна, что приводит к невозможности техни-ческого резервирования отказавшего блока.

С учетом этого для сложных человеко-машинных комплексов был разра-ботан принцип взаимного резервирования:

– оператор резервирует технику за счет снижения степени автоматиза-ции от полуавтоматического режима до ручного управления при неустраняе-мых автоматикой отказов или нерасчетных ситуациях управления;

– автоматика резервирует человека за счет принудительного повышения степени автоматизации от полуавтоматического режима до автоматического при повышении некоторого допустимого диапазона субъективной сложности деятельности человека.

Из принципа взаимного резервирования следует, что надежность функ-ционирования СТК обеспечивается за счет попеременной смены ведущих ролей автоматики и оператора управления.

3.2. Принципы (требования), учитываемые при разработке интегрированного комплекса бортового оборудования

Основными принципами, положенными в основу создания комплекса ИКБО, являются:

– аппаратная и функциональная интеграция бортовых вычислительных систем и датчиков, автономных и радиотехнических систем навигации;

– модульность построения основных вычислительных систем на основе се-тевой информационно-управляющей системы с распределенными ресурсами;

– единое информационное пространство, объединяющее систему отобра-жения информации, интерактивный «дружественный» человеко-машинный интерфейс и распределенную информационно-экспертную систему, обеспечи-вающую экипаж необходимой информацией и рекомендациями на всех этапах полета, предполетной подготовки и послеполетного обслуживания;

– открытость архитектуры, обеспечивающая преемственность ИКБО для обеспечения модернизации существующих ВС ГА;

– внутрипроектная и межпроектная унификация как программного обеспечения не только в объеме комплекса ПНО и радиосвязного оборудо-вания, но и комплекса управления ВС, комплекса управления и диагностики




общесамолетного оборудования, комплекса внутренней связи и информаци-онного обеспечения пассажиров;

– использование новейших технических решений в области электроники и информационных технологий в области цифровой радиосвязи по линии «борт – земля – борт» и «борт – борт», для обеспечения реализации перспективной кон-цепции ICAO CNS / ATM и поэтапного перехода к ОВД «Free Flight».

Основным документом, в котором излагаются требования к ИКБО, явля-ется техническое задание.

3.3. Основные функции и компоненты интегрированного комплекса бортового оборудования

К основным функциям ИКБО относятся следующие: – пилотирование ВС наиболее рациональным образом с достижением

максимальной эффективности и безопасности полета на каждом этапе и ре-жиме полета;

– комплексная обработка информации, определение опасных состояний полета;

– формирование индикационно-управляющей информации и управляю-щих воздействий;

– сигнализация опасных состояний полета, выдаваемых на информацион-но-управляющее поле кабины и комплексную систему управления полетом;

– оценка экипажем информации, принятие решения и воздействие на ИКБО в соответствии с принятым решением.

ИКБО включает следующие компоненты (рис. 3): 1. Математическая модель пилота, представленная пятью основными

блоками: – блок сбора информации; – блок концептуальной модели; – блок образа полета, в котором реализуется оптимальное оценивание по-

лучаемой пилотом информации и формирование оперативного образа полета; – блок оптимального управления, отражающий управляющие воздейст-

вия пилота на рулевые органы; – блок формирования дискретных управляющих воздействий на пульты

и другие органы управления.




Неинструменталь- ная информация

Блок сбораинформации

Блок образа полета

Блокрационального управления

Концептуальная модельСтруктура математической

модели пилота

КАИ

МФИ-1 МФИ-2 КИСС МФИ-3 МФИ-4

Информационно-управляющее поле кабины

ПУМФПУ

Вычислительная системасамолетовождения

Информационно-управляющая система

МФВМ

Магистралиинформационного обмена

РТСН

СНС

Измерителигеоинформа- ционных полей

Радио-высотомер

Инерциаль-ные датчики и системы

Воздушные датчики и системы

РЛС

Метео РЛС

Комплексная система управления ВС

Объектуправления

Датчики и системапсихофизиологической информации

Оптико- визирныеустройства

Информационно-измерительные системы и датчики

МФВМ МФВМ МФВМ МФВМ МФВМ

Рис. 3. Структура ИКБО

2. Информационно-управляющее поле кабины в составе многофункцио-нальных индикаторов МФИ-1, МФИ-2, МФИ-3, МФИ-4, в число которых входит комплексный индикатор самолетных систем.




3. Информационно-управляющая система на базе унифицированных мно-гофункциональных вычислительных модулей.

4. Информационно-измерительные системы и датчики: радиотехнические системы навигации, спутниковая навигационная система, измерители геоин-формационных полей, оптико-визирные устройства, радиовысотомеры, инер-циальные датчики и системы, воздушные датчики и системы, радиолокацион-ные станции, метеорологические РЛС и др.

5. Комплексная система управления ВС. Все ответственные решения при-нимаются или утверждаются экипажем, пилот назначает основные цели и за-дачи применения комплекса. В этом ему помогают модули искусственного интеллекта (модули эталонного пилота, предупреждения опасных состояний полета, прогнозирования траекторного движения). ИКБО и экипаж выпол-няют свои функции на основании бортовой базы данных.

3.4. Принципы проектирования интерфейса «пилот – воздушное судно»

Бортовые информационные системы являются той частью бортового обо-рудования, с которой пилоты непосредственно взаимодействуют. Взаимо-действие пилота с БИС можно представить как взаимодействие двух мощных информационных процессоров – человека и компьютера, общающихся по-средством интерфейса с узкой полосой пропускания (от 2–6 до 10 бит/с).

Под интерфейсом понимается, с одной стороны, весь комплекс воздейст-вий на ВС и его системы, с другой – информирование пилота о состоянии объекта управления.

Под интерфейсом «пилот – воздушное судно» (рис. 4) понимается ком-плекс, обеспечивающий воздействие пилота на ВС и его системы при помо-щи различных средств и органов управления, а с другой стороны, информи-рование пилота о состоянии объекта управления посредством бортовых ин-формационных систем.

Основными принципами проектирования интерфейса «пилот – ВС» явля-ются следующие:

– выполнение требований эргономики; – логика работы системы должна быть понятной для пользователя, т. е.

она должна описываться набором доступных правил;




ПИЛОТ

Интерфейс“пилот - ВС”

Настройкаинтерфейса

Оценка состояния пилота

Оценка ситуации

Система автоматического управления

Внешние условия

ВС

Бортовые системы

СостояниеВС и систем

Автоматическое управление

Данные

Сложность ситуации

Уровеньзагрузки

Физиологические изменения Наблюдение

Атмосферное влияние

Ручноеуправление

Рис. 4. Структурная схема адаптивного интерфейса «пилот – ВС»

– за безопасность и эффективность полета отвечает пилот. У пилота должна быть возможность отключить автоматический режим и перейти на ручной, при этом автоматика не должна оказывать влияния на рабочий режим;

– при отказе автоматики должны быть созданы условия для выполнения задачи пилотом. Ручной режим должен пересиливать автоматический;

– если пилот выбрал потенциально опасный режим, автоматизированная система должна его об этом предупредить;

– пилот постоянно должен быть осведомлен обо всех задачах, выпол-няемых автоматизированными системами, и должен осознавать, в каком со-стоянии находится каждая из задач;

– автоматизированная система должна информировать пилота о режиме работы и своем состоянии (исправна / неисправна);

– у пилота должна быть возможность доступа к исходной информации с целью проверки безошибочности ее системы при отображении информации;

– на всех этапах полета пилот должен быть постоянно включен в контур управления ВС и его системами;




– автоматизацию функции следует осуществлять только в том случае, когда это ухудшает характеристики ВС или повышается вероятность ошибки пилота. Функции, которые человек способен осуществить лучше, автомати-зировать не стоит;

– принцип целевой направленности – максимальная вероятность реше-ния экипажем поставленной задачи;

– принцип минимума временных затрат – при выполнении алгоритмов ра-боты экипажа, отдельных членов экипажа минимизируются временные затраты;

– принцип оптимальной функциональности – полное решение проблемы «дружественности» интерфейса «пилот – ВС» может быть обеспечено при создании адаптивного интерфейса. В ИКБО интерфейс «пилот – ВС» в зави-симости от складывающейся в полете ситуации перестраивается в части объ-ема предоставляемой информации, способов ее предоставления, уровня ав-томатизации функций (когда и что нужно знать пилоту, в какой форме следу-ет представлять ему информацию и с помощью каких средств: визуальных, звуковых, тактильных, речевых или силовым воздействием на штурвал);

– принцип адекватности – интерфейс фильтрует информацию и опреде-ляет порядок ее предоставления (устанавливает приоритеты). Интерфейс оценивает состояние пилота, его загрузку и способность справиться с небла-гоприятными обстоятельствами, подстраивается под состояние пилота.

3.5. Подготовка экипажа к летной эксплуатации воздушного судна с интегрированным комплексом бортового оборудования

Главной особенностью подготовки экипажа к эксплуатации ВС с ИКБО является необходимость освоения технологии работы в контуре автоматиче-ского управления, директорного (автоматизированного) управления и ручного управления с использованием интерфейса, т. е. представляется возможность использовать активный метод обучения, который включает:

– создание условий активного диалога обучаемого с интерфейсом тре-нажера;

– возможность гибкого варьирования характеристик ВС, состава и вида представления информации о состоянии управляемого процесса, способов решения задач на тренажере;




– выдачу на информационное поле в соответствии с методикой обучения информации об оптимальных управляющих воздействиях (управляющих сигналах) и рациональных алгоритмах деятельности;

– возможность повторения или изменения способа деятельности с любо-го момента времени;

– возможность отработки как частных задач обучения, так и всего ком-плекса полетного задания;

– возможность объективной оценки качества для точности и воспроиз-ведения управляемого процесса в реальном масштабе времени на информа-ционном поле по данным тренировочного полета для анализа и субъективной оценки процесса управления.

В базе данных регистрируется номер упражнения, условия его выполне-ния, режим обучения, оценка и время, проведенное за обучением. Вычисляе-мые средние баллы по упражнениям позволяют сделать вывод о подготовке обучаемого в той или иной области, соответственно определить стратегию его обучения.

Для эргономического сопровождения процесса обучения в качестве тех-нологической и методологической базы используется комплекс тренажеров, включающий:

– процедурный тренажер, представляющий собой упрощенные рабочие места экипажа для обучения конкретной процедуры с упрощенным про-граммным обеспечением;

– специализированный тренажер (пилотажный, пилотажно-навигационный и т. д.) с имитационным программно-методическим обеспечением;

– комплексный тренажер с максимальной версией программного обес-печения, расширенной системой визуализации внекабинной обстановки и расширенной обучающей системой.

Специализированные компьютерные тренажеры предназначены для обу-чения летного состава в целях:

– ознакомления с компоновкой приборной доски, составом и видом, формой представления информации на многофункциональных индикаторах;

– ознакомления с составом и видом командных органов управления про-странственным движением с многофункциональными пультами и логикой формирования команд;




– освоения рациональной структуры деятельности по управлению ВС на типовых режимах полета, формирования навыка выделения и восприятия информации в опорных точках типовой полетной ситуации;

– освоения логики взаимодействия с информационно-управляющим по-лем при комплексном представлении пилотажной, навигационной и общеса-молетной информации на автоматических, полуавтоматических и ручных режимах управления;

– обработки логики взаимодействия с информационно-управляющим полем при отказах систем общесамолетного оборудования;

– освоения деятельности в особых случаях полета, при отказах и ава-рийных ситуациях;

– освоения состава, структуры, основных ЛТХ ВС; – проведения анализа результатов работы экипажа с информационно-

управляющим полем ВС, в том числе в нештатных ситуациях, выявления ха-рактерных ошибок путем сравнения качества деятельности обучающегося с результатами управления «эталонного пилота».

В состав специализированного процедурного тренажера входят (рис. 5): – вычислительно-управляющая система; – кабина тренажера с электрическими действующими имитаторами руч-

ки управления ВС, педалями, РУДами, боковой ручкой управления (на пуль-те инструктора) и пультов управления;

– система визуализации (имитации) внекабинной обстановки; – рабочее место инструктора; – аппаратура сопряжения.

Программное обеспечение тренажера моделирует динамику полета в ре-альном масштабе времени на режимах общего самолетовождения, имитирует логику управления индикацией и общесамолетным оборудованием, имитирует особые случаи полета, формирует подыгрыш по навигационной обстановке. Модели силовой установки, топливной системы, электропитания обеспечи-вают подыгрыш по приборам и сигнализаторам на соответствующих режи-мах полета.

Анализ действий экипажа во время выполнения упражнений осуществ-ляется наблюдением за служебной информацией, выводимой на дисплей инструктора.




Рабочее место инструктора обеспечивает решение следующих задач: – изменение условий полета, ввод и снятие ограниченности числа отказов; – управление регистрацией полетных данных и выдача результатов на

экран монитора.

3.6. Влияние отказа интегрированного комплекса бортового оборудования на безопасность полета

Если требуется определить параметры, характеризующие безопасность, необходимо в дополнение к отказам и нарушениям работоспособности функциональных систем ВС рассмотреть возможность нанесения ущерба ВС или гибели людей, т. е. провести анализ риска для того, чтобы определить последствия отказов в смысле ущерба ВС и последствия для людей, нахо-дящихся на или вблизи ВС.

Риск является важнейшим показателем безопасности, т. к. характеризует в вероятном аспекте систему «экипаж – ВС» по способности препятствовать получению ущерба.

Следовательно, чтобы снизить опасность, необходимо снизить риски (ущербы) при действии различных факторов, как внешних по отношению к авиатранспортной системе, так и внутренних.

Воздушное судно как СТК представляет собой многоуровневую иерархи-ческую функционально связанную совокупность, множество подсистем и приборов с различными физическими принципами работы.

Выполнять в полном объеме функции система «экипаж – ВС» может только в том случае, если обладает безопасностью, надежностью выше нор-мативного (требуемого) уровня. В узком смысле это безопасность функцио-нирования СТК, в более широком – сохранение частных и обобщенных пока-зателей безопасности, надежности в заданных пределах, способность СТК выполнять заданные функции в течение определенного интервала времени при конкретных внешних условиях.

Рассмотрим вопрос о влиянии отказа в СТК на безопасность полета с уче-том широко применяемого на практике показателя надежности – вероятности безотказной работы для невосстанавливаемых (неремонтируемых) в процессе полета систем.




Структурная схема надежности – условная схема, отображающая деле-ние СТК на элементы (структурные звенья – функциональные системы) с из-вестными характеристиками надежности. При этом каждое структурное зве-но выполняет определенную функцию. Отказ структурного звена влияет на отказ функциональной системы, а ее отказ – на отказ СТК.

Структурная схема надежности может быть составлена в аналитической или графической форме. Аналитические ССН строятся на основе логических понятий «и», «или» с использованием теорем умножения и сложения вероят-ностей, а также формул полных вероятностей.

Состояние структурных звеньев и СТС в целом представляются в виде случайных событий:

– событие Аi означает безотказное состояние i-го структурного звена; – событие iA означает отказ i-го структурного звена.

В графических ССН структурные звенья обозначаются прямоугольника-ми, соединенными последовательно (резервирование не применяется) или параллельно (отдельные части системы резервируются).

Многоуровневая иерархическая ССН делится на крупные функционально самостоятельные части (верхний уровень), затем каждое структурное звено верхнего уровня подразделяется на структурные звенья второго уровня, да-лее на звенья третьего уровня и т.д.

Указанные положения можно использовать и для составления структур-ной схемы безопасности (рис. 6).

Рис. 6. Структурная схема безопасности системы «экипаж – ВС»

Безопасность системы «экипаж – ВС»

Надежность ВС Надежность экипажа

Надежность функциональных систем ВС (планер, гидросис-

тема, шасси, ИКБО, …)

Надежность функциональных систем (физиологическая, пси-

хологическая надежность)

Надежность агрегатов, узлов Надежность восприятия, анализа,

принятия решений и действий




В табл. 7 представлены статистические данные интенсивности отказов функциональных систем ВС, которые можно разделить на постоянно рабо-тающие, периодически работающие и эпизодически работающие.

Таблица 7

Статистические данные о среднем времени налета на отказ каждой из функциональных систем ВС [12]

Функциональная система

Коэффициент надежности

Среднее время наработки на отказ, ч

Интенсивность отказов i-й сис-

темы за 1 ч Планер 222 3200 1⋅ 10–3

Силовая установка 4,45 267 5 ⋅ 10–3 Топливная система 22,2 1360 1⋅ 10–3 Приборы контроля силовой установки

17,8 1320 1,25 ⋅ 10–3

Электроэнергетические системы

17,8 935 1 ⋅ 10–3

Система шасси 18,9 1140 1,17 ⋅ 10–3 Взлетно-посадочная

механизация 20 1200 1 ⋅ 10–3

ПНО 4,45 265 5 ⋅ 10–3 Системы управления

полетом 6,67 410 3,33 ⋅ 10–3

Радиосвязное оборудование

8,9 535 2,5 ⋅ 10–3

Системы обеспечения жизнедеятельности

38,3 2000 6 ⋅ 10–4

В результате построения циклограммы функционирования системы «Эки-паж – ВС» могут быть выделены участки, характеризующиеся неизменным со-ставом работающих систем. При N типовых участках и наличии M функцио-нальных систем ниже представлена матрица, отражающая взаимосвязь участков полета и работающих на них систем применительно к ВС DA 42 (табл. 8).

В результате определяется набор систем, функционирующих на данном этапе полета. Интенсивность отказов на конкретном этапе полета определя-ется как сумма интенсивностей отказов систем, функционирующих на этом участке полета, т. е. интенсивность отказов будет меняться от этапа к эта-пу (табл. 9).




Функциональ-ная система

Таблица 8

Циклограмма функционирования систем ВС

Пла

нер

Сил

овая

уст

анов

ка

Топл

ивна

я си

стем

а

При

боры

кон

трол

я

Эле

ктро

сист

ема

Сис

тем

а ш

асси

Мех

аниз

ация

ПН

О

Сис

тем

ы У

прав

лени

я по

лето

м

Рад

иосв

язно

е

обор

удов

ание

СКВ

, СА

РД

ИКБ

О

Эки

паж

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Взлет 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Набор высоты 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1

Полет

по маршруту 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1

Снижение 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1

Заход на посадку 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Посадка 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Таблица 9

Основные этапы полета, их продолжительность, привязка к этапам полета функциональных систем

Этап полета Продолжительность

этапа, мин Распределение

АП, % Коэффициент риска

деятельности экипажа

Взлет 1 12,5 4,55

Начальный набор высоты

1 7,5 4,1

Набор высоты 12 6,3 0,17

Полет по маршруту 51 9,9 0,3

Снижение 10 6,0 0,36

Начальный этап захода на посадку

11 6,8 0,35

Конечный этап захо-да на посадку

3 18,2 2,49

Посадка 1 32,8 28,05

Этап полета




Как видно из таблицы, посадка является наиболее опасным этапом поле-та, что обусловлено повышением риска деятельности экипажа. Надежность деятельности экипажа в основном определяется уровнем его профессиональ-ной подготовленности.

Автоматизированный анализ характеристик представленных в таблице величин отклонения от заданной траектории посадки по высоте и направле-нию, параметров среды, своевременное оповещение экипажа, выполняемых в рамках ИКБО, а также визуальный контакт с ВПП создают предпосылки для обоснованного решения на безопасную посадку или для своевременного ухо-да на второй круг при высокой степени риска.

Как показали исследования, в полете вероятность завершения посадки без ухода на второй круг при отсутствии сигнализации отказов, обнаружение кото-рых производится пилотом с большим запаздыванием, не превышает 0,3 [10].

Практика использования САУ в составе ИКБО показывает, что считать САУ абсолютно надежной системой, как и другие функциональные системы, нель-зя. Поэтому экипаж может встретиться с необходимостью действовать при отказах любой из функциональных систем, включая САУ.

Действия экипажа при указанных отказах зависят от характера движения ВС, вызванного отказом, от вида обнаруживаемого сигнала об отказе и про-цесса опознания ситуации.

Отказ САУ определяется как выход параметра или нескольких парамет-ров за границы установленных ограничений, т. е. отказы можно разделить на внезапные и постепенные. Внезапный отказ может быть связан с импульс-ным или ступенчатым отклонением рулевых поверхностей (изменение угло-вых ускорений). При невмешательстве пилота возникают перегрузки.

Постепенный отказ приводит к изменению эффективности системы (мед-ленное отклонение рулевых поверхностей, исполнительных механизмов).

При отказах в САУ могут изменяться характеристики устойчивости и управляемости как одного из факторов, определяющих особые ситуации.

В качестве показателей отказобезопасности системы «экипаж – САУ – ВС» могут использоваться:

– показатели безопасности по внезапным отказам и постепенным отказам; – показатели восстанавливаемости управления при переходе на другой

режим управления (автоматический, ручной или смешанный).




Успешность деятельности пилота при отказах зависит, в первую очередь, от обнаружения и опознания отказа по инструментальным (приборы, система сигнализации) и неинструментальным сигналам (обеспечиваются различны-ми рецепторами).

Сильный инструментальный сигнал обеспечивает своевременное привле-чение внимания к появлению отказа и побуждает пилота к немедленному вмешательству в управление ВС.

При отказах меняется структура сбора информации вследствие: – повышения эмоциональной напряженности в связи с воздействием фи-

зически сильного и психологически неопределенного раздражителя; – интенсификации поиска информации, которая позволяет вывести оп-

ределенные суждения о возникшей ситуации; – усиления концентрации внимания на приборах, выдающих корректи-

рующие сигналы для управления ВС. Эксперименты с отказами показывали, что отказ САУ – типично аварий-

ная ситуация, характеризующаяся неожиданностью, скоротечностью, опас-ностью, нарушением стереотипа деятельности. Основным стрессовым раз-дражителем является неопределенность, неоднозначность информации о случившемся. Наибольшая интенсивность эмоциональной активации и раз-вертывание ориентировочной реакции в неопределенной ситуации соответ-ствует периоду определения характера отказа.

Возможны два способа работы пилота при отказе САУ: – полный переход на пилотирование по обычным приборам; – переход к смешанному управлению (директорному – по исправному

каналу и ручному – по отказавшему). Без специальной рекомендации использовать исправный канал пилот пе-

реходит полностью к ручному управлению. Для исключения неправильных действий необходимы:

– специальная сигнализация конкретного события; – улучшение условий определения сигнала рассогласования основных и

дублирующих приборов, направляющих умственную деятельность пилотов на поиск причин рассогласования.




ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные выводы, сформулированные по данному учебному курсу: 1. Для понимания процесса функционирования СТК необходимо знать

основные положения ОТС и системотехники. 2. Главным объектом исследования в системотехнике является информа-

ция как совокупность сведений об объекте управления и среде, ситуации (це-левой информации), способе достижения цели, правилах преобразования ин-формации состояния в командную информацию.

3. Современные системы авионики по-настоящему позволяют пилоту сконцентрировать свое внимание на пилотировании ВС, а не на контроле по-казаний многочисленных шкал и приборов, как раньше.

Самый значительный прогресс пришелся на контроль систем и индикато-ры. Пилоту нет необходимости контролировать системы, которые работают в нормальном режиме. При возникновении нештатных ситуаций получить всю необходимую для принятия решения информацию летчик может в одной зо-не. Именно поэтому пилот должен приложить все усилия к тому, чтобы изу-чить новые индикаторы и уметь ими пользоваться.

4. В ИКБО обеспечивается автоматическое выполнение задач четырех-мерного самолетовождения с оптимизацией режимов полета, которые осуще-ствляет ВСС, объединенная с пультом управления и индикацией на ЖК-матрицах с встроенным модулем спутниковой навигационной системы. В ВСС хранится всемирная база навигационных данных (обновляемая один раз в месяц), обеспечивающая полеты ВС по любым маршрутам.

5. Особенностью подготовки экипажа к эксплуатации ВС с ИКБО являет-ся необходимость освоения технологии работы в контуре автоматического управления, директорного (автоматизированного) управления и ручного управления с использованием интерфейса, т. е. представляется возможность использовать активный метод обучения.

6. Интерфейс «пилот – ВС» в зависимости от складывающейся в полете ситуации перестраивается в зависимости от объема предоставляемой инфор-мации, способов ее предоставления, уровня автоматизации функций.

7. Надежность функционирования СТК обеспечивается за счет попере-менной смены ведущих ролей автоматики и оператора управления.




8. Все ответственные решения принимаются или утверждаются экипажем, пилот назначает основные цели и задачи применения ИКБО. В этом ему по-могают модули искусственного интеллекта (модули «эталонного пилота», предупреждения опасных состояний полета, прогнозирования траекторного движения). ИКБО и экипаж выполняют свои функции на основании бортовой базы данных.

9. В процесс обучения летного состава на конкретный тип ВС экономиче-ски выгодно ввести этап подготовки на специализированном процедурном тренажере. Это позволит существенно снизить затраты на обучение за счет снижения времени использования комплексного тренажера самолета, т. к. на КТС будут отрабатываться только лишь нештатные ситуации в полете.

10. Улучшение характеристик отказобезопасности возможно при выпол-нении следующих условий:

– необходимо изучить действия человека в нештатных ситуациях с уче-том полноты и содержания поступающей пилоту информации;

– необходимо определить причины затруднений и ошибок при взаимо-действии с САУ;

– необходимо определить возможности пилота по парированию отказов при вводе отказа в момент напряженной деятельности пилота во время про-ведения тренировок на тренажере.




СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Автоматизация – комплекс мероприятий по созданию (совершенствова-нию), внедрению и применению технических, программных, информацион-ных, лингвистических и других средств для частичной или полной замены интеллектуальных усилий человека в различных областях его деятельности.

Агрегирование (композиция) – процесс объединения подсистем в систе-му, частей – в целое.

Анализ – 1) всесторонний разбор, рассмотрение; 2) метод научного ис-следования путем рассмотрения отдельных сторон, свойств, составных час-тей чего-либо; 3) составная часть любого исследования; функция управления. Как функция управления анализ представляет собой относительно обособ-ленный вид управленческой деятельности, включающий творческое изуче-ние, систематизацию, обобщение и оценку информации о структуре, общих и специфических свойствах рассматриваемого объекта. Анализ может быть ретроспективным, сравнительным, факторным, корреляционным, в зависимо-сти от вида деятельности экономическим, техническим, экологическим и т. п.

Аналогия – умозаключение, позволяющее на основе сходства или подо-бия двух объектов по некоторым их свойствам и отношениям сделать соот-ветствующие вероятностные выводы.

Апостериори и априори – философские категории, служащие для обозна-чения полученных из опыта (апостериори) и предшествующих ему (априори) знаний.

Апробация – проверка на практике в реальных условиях теоретически полученных расчетов, схем, моделей различных процессов и т.п.

Аргументация – способ убеждения на основе суждений и доказательств какого-либо определенного тезиса.

Архитектура – концепция взаимосвязи элементов сложной системы, включающая в себя принципы работы информационной сети и компоненты ее логической, физической и программной (операционной) структур.

Аспект – сторона рассмотрения чего-либо. Аспект исследования – одна из сторон исследования (организационный,

экономический, социальный, психологический и другие аспекты).




Банк данных – совокупность баз данных, описаний их структур, состава и логической организации, а также средств манипулирования данными (за-мена, удаление и т. д.), т. е. предметная, семантическая (смысловая) и проце-дурная составляющие.

Верификация – процесс установления истинности научных утверждений путем их эмпирической проверки; служит важнейшим критерием научности выдвигаемых гипотез и теорий или посредством выведения логических след-ствий из непроверяемых утверждений и соотнесения их с данными опыта (косвенные способы верификации). Некоторые принципы и гипотезы, на-пример, в математике и философии, не верифицируемы.

Вероятность – степень возможности появления случайного массового события при фиксированных условиях испытания. Такая интерпретация на-зывается частотной, или статистической вероятностью, т. к. она основы-вается на понятии относительной частоты, результаты которой определяют-ся путем статистических исследований. Логическая вероятность характе-ризует отношение между посылками гипотезы и ее заключением. Это отно-шение определяется как семантическая степень подтверждения гипотезы ее данными. Поскольку такой же характер имеет отношение между посылками и заключением индукции, то логическую вероятность называют также ин-дуктивной.

Внешняя среда – совокупность свойств окружения исследуемого объек-та, т. е. все то, что не входит непосредственно в него, но с ним взаимодейст-вует. Выделяют как минимум два вида внешней среды: микросреду – бли-жайшее окружение, непосредственно влияющее на объект; макросреду – дальнее окружение, косвенно влияющее на объект.

Внутренняя среда – совокупность свойств внутреннего содержания и взаимодействия элементов объекта исследования: ресурсных (материально-техническая база, включающая предметы и средства труда, трудовые ресур-сы, информация, финансовые ресурсы), организационных (технология, мето-ды и системы управления, организационная структура), функционирования объекта (например, в виде продуктов и услуг).

Возмущение – воздействие на систему управления, затрудняющее дости-жение цели управления.




Выработка требований – процесс определения и задания граничных значений для характеристик свойств объектов исследования, обусловленных объективными и принятыми субъективными правилами, отражающих цели их функционирования.

Гипотеза – предварительное и предположительное научное представле-ние о познаваемом объекте исследования, основанное на ранее полученных данных и знаниях.

Гипотетико-дедуктивный метод – способ рассуждения, основанный на дедукции следствий из гипотез, получивший широкое распространение при систематизации результатов исследования в естествознании и эмпирических науках в целом.

Графические методы анализа системы управления – схемы и таблицы с использованием графических символов, описывающие процессы управле-ния в пространстве и времени.

Дедукция – способ исследования, при котором частные положения на ос-нове логических умозаключений и здравого смысла выводятся, доказываются из общих положений и посылок (законов, закономерностей, аксиом, постула-тов, принципов).

Декомпозиция – аналитический метод разделения сложного целого (сис-тем, подсистем и т. п.) на более простые составные части при исследовании для этого определенных критериев.

«Дерево» целей – структурированная и построенная по иерархическо-му принципу (ранжированная по уровням) совокупность целей системы, программы, плана, в которой выделены главная цель («вершина дерева»), подчиненные ей подцели первого, второго и последующих уровней («ветви дерева»).

Диагностика – процедура выявления аномаций или отнесения состояния системы к одному из известных классов.

Диагностика системы управления – совокупность исследовательских работ по определению целей, состояния, недостатков и причин их появления, направлений совершенствования системы.

Дискриминантная функция – зависимость выходной переменной от фак-торов, позволяющая дифференцировать состояния анализируемой системы.




Жизненный цикл системы – период существования системы, начиная с момента ее возникновения до полной деградации. Основными стадиями жиз-ненного цикла системы являются создание, функционирование (развитие как совершенствование и деградация в различных комбинациях этих подстадий), полная деградация (разрушение).

Закон управления – математическое выражение, связывающее управ-ляющие воздействия с целью, моделью объекта управления, ограничениями, состоянием объекта и среды.

Закономерность – 1) устойчивая тенденция изменений, объективные свя-зи явлений, определяющие их изменения; 2) существенные, объективные и устойчиво повторяющиеся связи и явления в экономических и управленче-ских процессах, вытекающие из соответствующих законов экономики и управления.

Знания – 1) сведения, осведомленность в какой-либо области; 2) прове-ренный практикой результат познания действительности, ее «правильное» отражение в сознании человека; 3) совокупность специализированных (ори-ентированных на решение многих задач в проблемных областях) правил их обработки, условий применения правил к отбору конкретных фактов, мето-дов получения новых фактов и способов организации процесса логического вывода. Часто такие правила и методы являются эвристическими.

Иерархия – порядок подчиненности, взаимосвязь и взаимообусловлен-ность классов и подклассов объектов.

Индукция – способ исследования, при котором общие положения на ос-нове логических умозаключений и здравого смысла доказываются из еди-ничных, частных положений, явлений и фактов.

Интегративное (эмерджентное) свойство – такое свойство, которое принципиально не сводится к сумме свойств элементов, составляющих объ-ект, и не выводится из них.

Информационная технология – способ реализации операций по преоб-разованию информации в конкретной среде и в определенной, с учетом тра-ектории достижения цели, последовательности. Под способом понимается некоторая совокупность методов, принципов и «орудий» преобразования ин-формации. Определение «новая» по отношению к информационной техноло-гии указывает как на применение новых методов преобразования информации




(содержания, формы, пространственного расположения и преобразования информации во времени) и (или) изменение среды, где оно осуществляется, так и на модернизацию с учетом этих способов и измененной среды самой последовательности операций.

Информационный ресурс – определенная часть внутримашинной инфор-мационной базы, функционирующей на ее основе, сосредоточенная в виде фай-лов распределенной базы данных и используемая в операциях по преобразова-нию информации с целью принятия соответствующих сложившейся обстановке в суперсистеме (т. е. в той системе, работу которой обеспечивает данная СРПИ) управленческих решений.

Исследование – 1) процесс изучения объекта и получения новых о нем; 2) научный труд, вид научной деятельности.

Исследование систем управления – научное изучение (как научный труд, вид научной деятельности) профессиональными исследователями и (или) менеджерами-исследователями соответствующего предмета системы управления (как совокупности взаимосвязанных элементов и подсистем управления, взаимодействующих между собой и участвующих в процессе воздействия на объекты управления и внешнюю среду) с целью определе-ния законов и закономерностей управления, совершенствования и развития познаваемых систем, получения и применения новых знаний в теории и практике.

Качество – совокупность существенных свойств системы, обусловли-вающих ее пригодность к удовлетворению определенных потребностей в за-висимости от назначения (цели).

Качество исследования – определенная совокупность свойств исследо-вания, потенциально или реально способных в той или иной мере удовлетво-рять предъявляемые к нему требования.

Качество системы – совокупность существенных свойств системы. Качество управленческого решения – совокупность параметров реше-

ния, удовлетворяющих запросы конкретных потребителей и обеспечиваю-щих его реализацию.

Классификация – процесс разделения множества объектов на ряд под-множеств (классов) в соответствии с классификационными признаками и ус-тановленными правилами.




Концептуальная модель – частично формализованное описание пробле-мы и системы, средством решения которой она является. Описание концеп-туальной модели составляют предназначение (цель функционирования) сис-темы, принципы ее построения и функционирования, общая структура (со-став элементов системы и среды, взаимосвязей и их характеристик), сущест-венные свойства системы и процесса, реализуемого ею, показатели и требова-ния, предъявляемые к их значениям, а также механизмы функционирования, обеспечения и взаимодействия со средой исследуемой системы. В узком смысле концептуальная модель представляет собой описание проблемы, кото-рую требуется решить, и совокупности требований к значениям показателей существенных свойств системы – средства ее решения. Логическая структура концептуальной модели – множество описаний ее основных компонентов и отношений между ними, т. е. того, из чего состоит концептуальная модель, которая, в свою очередь также является ассоциативным описанием реального объекта и логических связей, определяющих целостность системы.

Концепция – комплекс основополагающих взглядов, замыслов, идей, принципов, раскрывающих сущность и взаимосвязи данного явления или системы, позволяющих определить систему показателей, факторов и усло-вий, способствующих решению проблемы, формированию стратегии пред-приятия, установлению правил поведения персонала. Структурно любая кон-цепция (как документ) обычно содержит характеристику объекта концепции, цель и задачи концепции, основные принципы концепции, основные направ-ления деятельности, механизм реализации концепции. Например, Концепция национальной безопасности РФ – это политический документ, отражающий совокупность официально принятых взглядов на цели и государственную стратегию в области обеспечения безопасности личности, общества и госу-дарства от внешних и внутренних угроз политического, экономического, со-циального, военного, техногенного, экологического, информационного и иного характера с учетом имеющихся ресурсов и возможностей.

Концепция исследования – 1) система взглядов на исследование, общий его замысел; 2) комплекс ключевых положений методологического характе-ра, определяющих подход к исследованию и организации его проведения; 3) комплекс основополагающих идей, принципов, правил, раскрывающих сущность и взаимосвязи исследования и позволяющих определить систему показателей, факторов и условий, способствующих решению проблемы.




Кэш-флоу диаграммы – диаграммы, характеризующие изменения де-нежных потоков во времени.

Методика исследования – совокупность способов, приемов и действий практического выполнения определенных исследовательских процессов с использованием для этого строго последовательных, систематических, точно сформулированных и следующих плану научно-обоснованных положений утверждений и четко сформулированных мыслей.

Методология – 1) учение о принципах построения, формах и способах познавательной деятельности; 2) учение о научных методах познания; 3) со-вокупность методов, применяемых в отдельных науках; 4) учение о структу-ре, логической организации, методах и средствах деятельности.

Методология исследования – совокупность принципов, методов, форм и средств логической организации и проведения исследовательской деятельно-сти, предполагающей осознание ее цели, выбор и использование определен-ного состава методологического арсенала.

Методы исследования – совокупность целенаправленных способов и действий получения новых знаний об управленческих отношениях и системе управления.

Моделирование логическое – выявление горизонтальных и вертикаль-ных причинно-следственных связей между главными факторами, характери-зующими управленческие, экономические, социальные или другие процессы, с целью воспроизведения процессов при анализе, прогнозировании и оценке параметров объектов.

Моделирование физическое – воспроизведение объекта в уменьшенных размерах с целью экспериментальной проверки параметров, процессов и взаимодействия элементов объекта, экономии ресурсов и повышения качест-ва управленческого решения.

Модель – условный образ объекта управления. Модели могут быть логи-ческими, физическими, экономико-математическими и пр.

Модернизация – усовершенствование, улучшение объекта, приведение его в соответствие с новыми требованиями рынка и нормами.

Мониторинг – непрерывное комплексное наблюдение за объектами, из-мерение параметров и анализ их функционирования.




Мышление – интеллектуальная деятельность человека, позволяющая по-знавать окружающий мир и определяющая сознательное поведение человека в обществе и природе.

Наблюдаемость – свойство системы управления оценивать реальное состоя-ние объекта управления по измеренным значениям его выходных координат.

Надежность – свойство системы управления сохранять работоспособное состояние (структурная надежность) в течение определенного времени и тре-буемые характеристики (достоверность, своевременность) функционирова-ния (функциональная надежность).

Назначение (предназначение) системы – то, для чего система создана и функционирует. При количественной конкретизации предназначение транс-формируется в цель. Иными словами предназначение – это цель, описанная на качественном уровне.

Научный и (или) научно-технический результат – продукт научной и (или) научно-технической деятельности, содержащий новые знания или ре-шения и зафиксированный на любом информационном носителе.

Новые информационные технологии – научное направление, связанное с исследованиями в области организации информационного процесса в сис-темах управления на принципах безбумажной технологии и технологии рас-пределенного преобразования информации, а также на основе применения средств и методов искусственного интеллекта, обработки «нечеткой» инфор-мации и внедрения других перспективных способов ее преобразования.

Ноу-хау – непатентуемые управленческие, технические, экономические или другие знания и практический опыт, представляющие коммерческую тайну.

Обеспечение качества – совокупность планируемых и систематически проводимых мероприятий для достижения определенного качества, удовле-творяющего установленным требованиям.

Обеспечение эффективного функционирования систем (в аспекте цели исследования) – многоэтапный процесс разработки механизмов поддержания целенаправленного движения системы в пространстве ситуаций, который реализуется в основном на стадии ее создания, их совершенствование в про-цессе функционирования исследуемой системы, обусловленное, как правило, необходимостью адаптации к изменению (уточнению) целей, условий (сре-ды) и применения ДЛ ОУ.




Обобщение – логический процесс мысленного нахождения более широ-кого понятия на основе перехода от единичного и частного к общему. Обоб-щение должно иметь основание, т. е. свойство или совокупность свойств, по-зволяющих сгруппировать рассматриваемое явление и обозначить эту группу каким-либо понятием.

Обратная связь – воздействие с выхода объекта управления на его вход, как правило, корректирующее его состояния.

Объект исследования – структура (подразделение, предприятие, объеди-нение предприятий, отрасль, национальное хозяйство) и ее внутренняя и внешняя среда. При системном подходе объектом исследования являются системы (социальные, экономические, технические, организационные, про-изводственные, научные, политические, культурные, кадровые и др.), т. е. это то, что требует наличия системы управления и имеет ее.

Объект исследования ОТС – сложная система окружающего нас мира как искусственного, так и естественного происхождения, то, что существует вне нас и независимо от нашего сознания и выступает предметом познания и практического воздействия.

Операция – этап функционирования системы, ограниченный выполнени-ем определенной цели.

Опытные, экспериментальные работы – вид разработок, связанный с опытной проверкой результатов научных исследований.

Организация исследования – упорядочение исследовательских действий во времени, пространстве и по содержанию на основе адекватных целям ис-следования принципов, методов, форм и средств.

Организация процесса – комплекс мероприятий по созданию (разверты-ванию, совершенствованию) системы, его реализующей, и обеспечению ее эффективного функционирования.

Отношение – определенная взаимозависимость и (или) взаимообуслов-ленность (взаимоопределенность) чего-либо.

Оценка эффективности функционирования системы – 1) процесс оп-ределения соответствия значений показателей эффективности требуемым; 2) его результат.

Персонограмма – профиль личностных качеств работника.




Поведение системы – последовательность состояний, принимаемых сис-темой за определенный временной интервал. В зависимости от способа рас-смотрения это траектория точки либо в n-мерном, либо в (n + м)-мерном про-странстве.

Подсистема – часть системы, выделенная по какому-либо признаку, об-ладающая некоторой самостоятельностью и допускающая разложение на элементы в рамках данного рассмотрения.

Подсистема обеспечивающая – неотъемлемая составная часть системы управления, обеспечивающая правомочность, обоснованность, полноту и своевременность управления.

Подсистема функциональная – неотъемлемая часть системы управле-ния, обеспечивающая выполнение соответствующей конкретной (специаль-ной) функции.

Подсистема целевая – неотъемлемая составная часть системы управле-ния, обеспечивающая комплексность управления для достижения одной из основных целей деятельности предприятия путем интеграции и координации выполнения необходимых для этого конкретных (специальных) функций управления.

Подход – совокупность основополагающих приемов, способов и средств управления чем-нибудь, исследования чего-либо или осуществления, ведения чего-либо.

Показатель – наименование и способ определения значения характери-стики какого-либо свойства, интересующий исследователя.

Показатель эффективности – степень достижения цели, но наличием в своем составе «цели» (а это, как правило, требование к значению характери-стики какого-либо существенного свойства) показатель эффективности принципиально отличается от показателя исхода операции.

Предмет исследования – конкретная проблема, задача или вопрос, по-знание и разрешение которых требует проведения исследования в различных отраслях науки, т. е. это то, на что направлено научное изучение, разрешение и познание и что является их содержанием.

Предмет исследования ОТС – выявление закономерностей создания, функционирования и развития сложных систем.




Предметная область – множество понятий (терминов) и их отношений, характеризующих определенную область знаний.

Прием исследования – конкретное действие (например, измерение пара-метра, логическая или математическая операция), направленное на получе-ние промежуточного или локального исследовательского результата.

Признак – характеристика свойства, позволяющая полно или частично идентифицировать объект в том или ином отношении.

Прикладные исследования – оригинальные исследования, предприня-тые для получения знаний, т. е. для достижения конкретной практической цели или решения задачи.

Принцип – основное, исходное положение теории, правило деятельности организации в какой-либо сфере или правило поведения персонала.

Принцип исследования – основное правило действия, руководящая идея, используемые при осуществлении познавательной деятельности.

Проблема – несоответствие (различие) в исследуемой системе реально сложившейся (существующей) ситуации требуемой (необходимой). Пробле-мы характеризуются актуальностью, или остротой (в основном это функция времени, отводимого на ее решение), важностью (функция места в общем де-реве проблем) и сложностью (функция степени структуризованности про-блемы и характера ее проявления).

Профиль проблемы – дерево подпроблем в аспекте цели исследования. Процесс – последовательность операций по преобразованию чего-либо.

Процесс, как правило, имеет цель, начало, конец, вход, выход и может носить циклический (итеративный) характер.

Развитие – процесс улучшения результатов функционирования системы за счет ее изменений.

Развитие системы – процесс перехода системы от старого к новому со-стоянию.

Результат исследования – в зависимости от целей и вида исследования комплекс научных положений, объясняющих то или иное явление, конкрет-ные рекомендации по преобразованию системы управления, разрешение обо-стрившихся противоречий, комплекс нововведений, обусловленных тенден-циями развития, методика выполнения какой-либо работы.

Ресурс – средства, возможности, запасы, источники чего-либо.




Решение проблемы – ликвидация различия между требуемым и сущест-вующим положением дел.

Свойство – сторона объекта, обусловливающая его отличие от других объектов или сходство с ними, и проявляющаяся при его функционировании.

Связь – вид отношения между элементами, которые управляются как неко-торый обмен ресурсами. Внешней связью называется связь между элементами и средой (другими объектами), внутренней – связь между элементами в объекте.

Симптом проблемы – характерное проявление или внешний признак како-го-либо несоответствия. Определенное сочетание симптомов и степени их про-явления (величины несоответствий) будет однозначно определять проблему.

Система – совокупность взаимосвязанных элементов, обладающая инте-гративными свойствами (свойством) и целостностью, способ (модель) ото-бражения реальных объектов.

Система управления – объединение объекта и органа управления, функ-ционирующее как единое целое.

Системность – всеобщее свойство объектов любой природы, форма че-ловеческого сознания.

Системный анализ – методология решения проблем, основанная на сис-темном подходе. В основе системного анализа лежат три концепции: про-блемы, решения проблемы и системы.

Системный подход – совокупность общих принципов и рекомендаций, определяющих научную и практическую деятельность исследователя при анализе и синтезе сложных объектов.

Ситуация – совокупность состояний системы и среды в один и тот же момент времени (точка в n-мерном пространстве).

Сложность – свойство некоторого явления (объекта, системы, процесса), проявляющееся в неожиданности, непредсказуемости, необъяснимости, слу-чайности, «антиинтуитивности» его поведения.

Совершенствование – подпроцесс развития системы, при котором осуще-ствляется переход к ее новому, более «высокому» качественному состоянию.

Состав системы – совокупность образующих систему элементов. Состояние системы – множество значений характеристик ее свойств (как

правило, существенных) в данный момент времени (точка в n-мерном про-странстве).




Среда – множество объектов (систем) вне данной системы, которые ока-зывают на нее влияние и (или) сами находятся под ее воздействием. Объек-ты, которые оказывают влияние на систему, называются объектами возму-щения, а объекты, испытывающие ее возмущение, – объектами воздействия.

Средства исследования – материальные, искусственно созданные объек-ты, предназначенные для проведения исследовательских работ (измерять, пе-редавать информацию, проводить ее обработку и т. д.).

Стратегия исследования – общий план правил и направлений ведения исследовательской работы для достижения определенных целей познава-тельной деятельности.

Структура системы – совокупность составляющих элементов системы и связей между ними.

Структуризация – процесс выделения элементов в системе и выявления связей между ними.

Существенные свойства – свойства, оказывающие решающее (наиболь-шее) влияние на качество системы.

Тренд – направленность изменения показателей, определяемая путем об-работки отчетных, статистических данных и установления на этой основе тенденций их изменения.

Управление – процесс осуществления информационных воздействий на объекты управления для формирования их целенаправленного поведения.

Управляемость – свойство системы управления вырабатывать такие управ-ляющие воздействия, которые обеспечивают достижение цели в условиях действующих ограничений.

Уравнение регрессии – математическая запись зависимости функции от фактора (факторов), характеризующая тесноту и форму связи.

Устойчивость системы управления – свойство сохранять достаточно малыми отклонения выходных координат после действия возмущения.

Факт – 1) реальное явление, событие; 2) доказательно установленное зна-ние, подтвержденное опытом; 3) реальность, т. е. то, что объективно сущест-вует; 4) в методологии науки проверенное предположение о событиях и яв-лениях, реально подтвержденное эмпирическим знанием.

Фактор – движущая сила, необходимое условие чего-либо. Факторы мо-гут оказывать на систему (ее свойства) как благоприятное, так и неблагопри-ятное воздействие.




Фундаментальные исследования – экспериментальные или теоретиче-ские работы, выполняемые для получения новых знаний, лежащих в основе явлений и наблюдаемых фактов, без какой-либо конкретной цели их приме-нения или использования.

Функции управления – совокупность действий органа управления, от-носительно однородных по некоторому признаку, направленных на достиже-ние частной цели, подчиненной общей цели управления.

Функционирование – проявление действия системы, воздействия и взаи-модействия системы и среды, осуществление в системе различных процессов.

Характеристика – то, что отражает некоторое свойство. Количественную характеристику принято называть параметром.

Целенаправленность – способность системы к выбору поведения в зави-симости от поставленной цели.

Целостность – особое внутреннее организующее свойство системы, по своей сути являющееся также интегративным.

Цель – ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за определенное время. В качестве целей могут выступать состояние системы, которое нужно поддерживать при изме-нении среды, состояние среды, которого следует добиться, воздействуя на нее через систему, а также и то, и другое.

Цель исследования – желаемый новый исследовательский результат со-стояния объекта исследования, выраженный качественно и (или) количест-венно преимущественно с указанием сроков его достижения, исполнителей и ресурсов.

Цель управления – значение, соотношения значений или изменения во времени выходных координат объекта управления, обеспечивающие дости-жение желаемых результатов функционирования объекта управления.

Эксперимент – совокупность операций, воздействий и (или) наблюдений, направленных на получение информации об объекте исследования.

Элемент – часть объекта, обладающая определенной самостоятельностью по отношению ко всему объекту и не делимая при данном способе выделения частей.

Эффективность – свойство системы соответствовать цели операции. Эффективность системы управления – мера, соотносящая результат

управления с затратами на его достижение.




БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Вентцель, Е. С. Исследование операций: задачи, принципы, методоло-гия : учеб. пособие. – М. : Дрофа, 2006.

2. Губинский, А. И. Надежность и качество функционирования эргатиче-ских систем / А. И. Губинский. – Л. : Наука, 1982.

3. Кучерявый, А. А. Бортовые информационные системы / А. А. Кучеря-вый. – Ульяновск : УлГТУ, 2002.

4. Майоров, А. В. Безопасность функционирования автоматизированных объектов / А. В. Майоров. – М. : Машиностроение, 1988.

5. Макаров, Н. Н. Системы обеспечения безопасности / Н. Н. Макаров. – М. : Машиностроение, 2009.

6. Меерович, Г. Ш. Авиационные тренажеры и безопасность полетов / Г. Ш. Меерович. – М. : Воздушный транспорт, 1991.

7. Мехоношин, В. С. Системный анализ и принятие решений / В. С. Ме-хоношин. – Ульяновск : УВАУ ГА, 2006.

8. Мухин, В. И. Исследование систем управления : учеб. пособие / В. И. Му-хин. – М. : Экзамен, 2002.

9. Основы общей теории систем : учеб. пособие : в 2 ч. / А. А. Попов и др. – СПб. : ВАС, 1997.

10. Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации РФ : Феде-ральные авиационные правила : утв. Приказом Минтранса РФ от 31.07.2009. №128.

11. Статистические методы анализа и безопасность сложных технических систем / Л. Н. Александрович и др. – М. : Лобос, 2001.

12. Шишкин, В. Г. Безопасность полетов и бортовые информационные системы / В. Г. Шишкин. – Иваново : МИК, 2001.

13. Эргатические интегрированные комплексы летательных аппаратов / М. М. Сильвестров и др. – М. : Филиал Воениздата, 2007.




Учебное пособие

ОСНОВЫ ТЕОРИИ

АВИАЦИОННЫХ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Составитель МЕХОНОШИН

ВЛАДИМИР СЕМЕНОВИЧ

Редактор Т. В. Никитина Компьютерная верстка И. А. Ерёмина

Подписано в печать 2011. Формат 60×90/16. Бумага офсетная.

Печать трафаретная. Усл. печ. л. 4,75. Уч.-изд. л. 4,22.

Тираж Заказ

РИО и типография УВАУ ГА(И). 432071, г. Ульяновск, ул. Можайского, 8/8

Documents

Основы теории авиационных эргатических системvenec.ulstu.ru/lib/disk/2015/Mekhonoshin_11.pdf · Принципы (требования), учитываемые