Учет человеческого фактора в математической модели управляющих действий экипажа воздушных судов нового поколения, Гребёнкин А.В.
Учет человеческого фактора в математической модели управляющих действий экипажа воздушных судов нового поколения
Гребёнкин А.В., заведующий отделением ФГОУСПО «ЕАТК ГА им. В.П. Чкалова», доктор технических наук
Увеличить FiveFlatScreenMonitors.jpg (98кб)
фото: www.montereybayaviation.com
При пилотировании самолёта пилот (экипаж) решает множество задач, основанных на особенностях поведенческой деятельности:
1. Процедурная деятельность (управление силовой установкой, конфигурацией ВС, автопилотом, индикаторами, навигацией и связью, контроль за топливом);
2. Сенсорно-моторная деятельность (управление ВС, контроль расстояния, скорости, высоты, пролёта препятствий, обнаружение опасных ситуаций и географическая ориентация);
3. Деятельность, связанная с принятием решений (самооценка навыка, знаний, физических и психических возможностей, оценка возможностей бортовых и наземных систем, оценка опасных ситуаций, навигационное планирование и корректировка установленной очерёдности).
Качество и эффективность лётной работы в значительной степени определяется уровнем профессиональной мыслительной способности пилота (УПМСП), особенностями взаимодействия членов экипажа и особенностями взаимодействия экипажа с различными системами автоматического управления (САУ).
УПМСП является основным фактором, определяющим умственную активность пилота на сенсорно-моторном уровне, и определяет особенности умственной деятельности, связанной с выбором варианта действий из ряда возможных.
Включая человека (пилота) в контур управления, следует учитывать особенности его функционирования по обработке потока информации.
На этапе ощущения физических параметров входные сигналы воспринимаются соответствующими органами чувств и передаются в головной мозг, где происходит фильтрация сигналов 1-ого уровня и их восприятие. У человека есть только один канал принятия решения, и вся информация последовательно проходит через этот канал. Человек способен с той или иной скоростью (запаздыванием) переключаться от одного источника информации к другому. Одновременно обрабатывать несколько источников информации человек не может, т.к. его центральный канал принятия решений ограничивает скорость, с которой он может последовательно обрабатывать информацию. Уровень приоритетности воспринимаемых сигналов определяется самим человеком путём переключения внимания с одного сигнала на другой. В некоторой степени можно повлиять на уровень приоритетности сигналов, выделяя их световой, звуковой или какой-либо другой сигнализацией, но, всё равно, фактический приоритет будет определён в зависимости от уровня профессиональной мыслительной способности человека.
На этапе восприятия входная информация проходит фильтрацию 11-ого уровня: пока одна информация проходит по каналу принятия решения, другая, поступившая одновременно с первой, ожидает своей очереди в блоке кратковременной памяти. Существует вероятность, что человек может забыть об информации, ожидающей своей очереди в блоке кратковременной памяти. Степень забывчивости повышается с возрастом человека. Применительно к лётной работе, лабораторные исследования, проведенные другими авторами, показывают, что если к пилоту одновременно поступают, например, новое диспетчерское указание и какая-либо более важная информация (о близости другого ВС), он может забыть о первой информации к тому времени, когда обработал (т.е. проанализировал и исполнил) «приоритетное» сообщение. Такая ситуация может возникать и в случае слишком большого потока информации, приводящего к перегрузке блока кратковременной памяти. В зависимости от темперамента и способностей пилот может либо обрабатывать поток информации быстро и недоброкачественно, либо сосредоточиться на одном источнике информации, не обращая внимание на другие источники. Возможны ситуации, когда пилот может путать информацию, поступающую от двух и более источников одновременно или даже игнорировать все входные сигналы, занимаясь посторонними делами.
Сигнал, проходящий единственный канал принятия решения обрабатывается в блоке долговременной памяти. В этом случае сигнал воспринят и осознан, что является условием последующего действия.
Этап действия - заключительная часть процесса обработки информации. Однако на этом этапе могут допускаться ошибки. Применительно к лётной работе эти ошибки могут обусловливаться плохим эргономическим решением компоновки органов управления, которые должны быль спроектированы на функциональной основе. На этапе выполнения действий особенности эргономического решения компоновки органов управления отрабатываются на комплексных авиационных тренажёрах.
Последовательность действий завершается, когда мозг пилота получает информацию по обратной связи от своей руки (исполнительного органа), а также визуальное подтверждение о выполненном действии.
Полная обработка информации представляется последовательностью этапов, на каждом из которых возможно допустить ошибку. В ходе любого полёта экипажами выполняются тысячи таких последовательных операций. Вероятность ошибки возрастает с увеличением сложности системы управления и ухудшением условий полёта. Избежать многих ошибок можно путём передачи части функций управления вспомогательным системам автоматического управления.
Традиционный подход к реализации различных САУ приводит к ряду проблем. Современные САУ позволяют автоматизировать выполнение многих функций, которые ранее выполнялись вручную. Рост функциональных возможностей САУ ставит под сомнение целесообразность их традиционного использования, учитывая всё многообразие связанных с автоматизацией человеческих факторов. Современные САУ позволяют непрерывно управлять процессами, оставляя за человеком функцию контроля и лишь в случае необходимости принимать на себя управление.
Эффективность САУ повышается, учитывая достаточную гибкость человека-оператора. Однако человек не всегда успешно способен справиться с задачей контролирования и легко может пропустить важные сигналы, а также время от времени совершать по своей вине ошибки. Полная автоматизация управления приводит к проблемам своевременного обнаружения отказов, переходу от автоматического на ручное управление, ухудшения профессиональных навыков, получения удовлетворения от лётной работы.
Обобщая опыт традиционного использования САУ можно выделить ряд проблем, связанных с автоматизацией:
- пассивный наблюдатель хуже справляется с задачами обнаружения неисправностей; необходимо время на переключение человека с роли пассивного наблюдателя на роль активного руководителя. Работа САУ способствует понижению бдительности, самоуспокоенности экипажа;
- традиционное использование САУ отводит роль человеку как пассивному наблюдателю, оставляя ему возможность отследить выполняемые функции или принять решение на их выполнение. При этом САУ может пояснять, зачем необходимо выполнить то или иное действие;
- возможности САУ ограничены, и эффективность автоматического управления снижается при полёте в сложных метеоусловиях;
- использование САУ приводит к снижению уровня навыка выполнения вручную хорошо отработанных функций;
- сигналы, подаваемые САУ, могут восприниматься человеком как ложные.
Совершенствование САУ не исключает из контура управления человека-оператора. Однако стоит вопрос, в какой степени и в каком качестве человек должен оставаться в контуре управления. Термин «автоматизация функций, выполняемых в кабине пилотов» обычно подразумевает наличие автопилотов, командных пилотажных приборов и другого оборудования, предназначенного для отслеживания траектории полёта и контроля над работой бортовых систем. Автоматизация выполнения задач по управлению подразумевает, что оператор контролирует работу САУ, в то время как САУ, в свою очередь, контролирует работу оператора. Наличие такой обратной связи приводит к необходимости при проектировании САУ решать вопрос, при каких условиях, и в каком качестве человек должен быть частью системы управления, и какая цена должна быть затрачена, с точки зрения выполняемых САУ функция, за включение или исключение человека из контура управления.
САУ чаще всего широко используется на этапе крейсерского полёта. На прочих этапах полёта использование САУ зависит от степени совершенства САУ и, при этом, личных предпочтений экипажа. При работе САУ существует вероятность «мягких» отказов, т.е. отказов без заметных проявлений для экипажа.
Более сложной является задача управления на конечном этапе полёта. В этом случае необходимо формировать управляющие воздействия, как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях, с малым допуском на ошибки. Существует два противоречивых мнения по использованию пилота на этапе посадки:
1. Включить пилота в контур управления при использовании индикации на лобовом стекле. В этом случае индикация на лобовом стекле позволяет упростить переход от ориентации по приборам к ориентации по наружным ориентирам. При этом пилот будет пилотировать таким образом, чтобы обеспечивалось наложение помещённых на лобовом стекле символов ВПП на реальную её картину.
2. Полностью исключить человека из контура управления на конечном этапе захода на посадку. Считается, что вмешательство пилота в выполнение автоматического захода на посадку повышает вероятность возможных ошибок. Экипаж не должен участвовать в управлении до конца посадки и эго функции сводятся только к контролю над работой приборов и систем.
В настоящее время широко используются САУ, которые имеют встроенные внутренние высокоактивные контуры управления. В этих системах используется командный пилотажный прибор. Этот прибор принимает решение внешнего контура управления, касающегося навигации, и составляет управляющие команды для пилота (или автопилота), освобождая их от необходимости совершать сложную обработку информации.
Очевидно, что целесообразно в этом плане найти решение двух задач:
- уменьшение шансов на совершение ошибок;
- уменьшение последствий таких ошибок.
