МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНА ЛЬОТНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

ШУЛЬГІН Валерій Анатолійович

УДК 629.735.072.4 (042.3)

НЕЧІТКІ МОДЕЛІ АТЕСТАЦІЇ ЛЬОТНОГО СКЛАДУ

ЗА ТОЧНІСТЮ ПІЛОТУВАННЯ

НА ЛЬОТНИХ ТРЕНАЖЕРАХ

Спеціальність: 05.07.14 "Авіаційно-космічні тренажери"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кіровоград – 2008

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Державній льотній академії України Міністерства освіти і науки України

Науковий керівни - доктор технічних наук, професор

Рева Олексій Миколайович -

Кіровоградський національний технічний університет, професор кафедри автоматизації виробничих процесів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Моржов Володимир Іванович -

Київський національний авіаційний університет, професор кафедри комп’ютерних інформаційних технологій;

Заслужений діяч науки і техніки України,

доктор технічних наук, професор -

Герасимов Борис Михайлович -

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, професор кафедри військового управління військового інституту.

Захист відбудеться " 12 " червня 2008 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.062.08 в Національному авіаційному університеті за адресою: 03058, Київ – 58, просп. Космонавта Комарова, 1, корп. 1, мультимедійна аудиторія.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03058, Київ – 58, просп. Космонавта Комарова, 1.

Автореферат розісланий " 12 " травня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, доцент В.М. Шутко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. За даними багаторічних спостережень переважна більшість авіаційних подій (АП) та інцидентів в авіакомпаніях різних держав пов'язана з людським фактором (ЛФ). І хоча на теперішній час загальний рівень безпеки польотів (БП) незрівнянно вище, ніж, скажімо, він був 60-70 років тому, роль ЛФ фактично не змінилася, навіть зважаючи на чисельні його дослідження. Проте саме пілот (екіпаж у цілому) є останнім "рубежем оборони", який забезпечує остаточну ефективність функціонування системи "екіпаж – повітряне судно (ПС)" (СЕПС), де протікають процеси, характеризовані високою швидкоплинністю. При цьому очевидно і загальновизнано, що саме рівень професійної підготовки (ПП) льотного складу (ЛС) є головним чинником міцності та стійкості цього "рубежу". При цьому також вкажемо на особливу роль тренажерів в формуванні професійних навичок ЛС та його атестації. Скажімо, переучування і атестація ЛС на важку авіаційну техніку (АТ) здійснюється виключно на тренажерах.

Слід зазначити, що існуюча на теперішній час в цивільній авіації (ЦА) СНД система управління ППЛС була сформована понад 30 років тому, спирається на статистично-імовірнісні моделі кваліметрії рівнів ПП, була побудована без врахування базових положень теорії вимірів, теорії якості та методів психології праці, неповною мірою враховує різноманіття навіть очікуваних умов експлуатації ПС і не є досконалою. Проблема набуває особливої значущості на сьогоденному етапі переходу вітчизняних авіакомпаній на експлуатацію сучасних ПС з надзвичайно високим рівнем автоматизації польоту, що фактично приводить до руйнації у ЛС навичок ручного пілотування і є надзвичайно небезпечним для БП при відмові відповідних систем. При цьому дослідження питань застосування нових підходів до вимірів якості експлуатації AT і професійної діяльності екіпажів ПС (ЕПС), що базуються на методах теорії нечітких множин і лінгвістичних змінних, ми знаходимо, на жаль, лише в обмеженого числа авторів (А.А. Туник, О.М. Рева, (Україна), В.А. Боднер, В.А. Горячев, І.Е. Бурдун (РФ) та деякі інші), що створює певний пробіл у безперервному ланцюзі вдосконалювання процесів експлуатації ПС і формуванні надійності професійного пілота.

Розвиваючи відповідний підхід, ми розглядали діяльність ергатичного елементу в СЕПС як безперервний ланцюг рішень, які виробляються й реалізуються в явній і неявній формах. Ці рішення характеризуються невизначеністю одержуваної інформації й варіативністю керуючих впливів. У такій інтерпретації льотну експлуатацію (ЛЕ, у т.ч. – пілотування) ПС зручно розглядати як багатокроковий процес прийняття рішень (ПР), заснований на наближеній стратегії й нечітких спостереженнях фазових станів об'єкту керування, при яких вибір нечітких керуючих впливів спрямований на досягнення ПС "розмитої" кінцевої мети, починаючи з будь-якого початкового стану та з урахуванням нечітких обмежень, які накладаються на спостережені стани й керування ПС.

Велика складність гуманістичних систем, до яких згідно відповідного визначення Л. Заде та критеріїв, сформованих О.І. Губінським, слід віднести і СЕПС, дійсно вимагає підходу, у корені відмінного від загальноприйнятих кількісно-стохастичних методів їх аналізу. Для реалістичного моделювання поведінки СЕПС необхідно застосовувати лінгвістичний підхід, у відповідності з яким у якості значень змінних допускаються не тільки числа, але й слова або речення природної або штучної мови. Такі змінні становлять основу нечіткої логіки й наближених способів міркувань, які можуть виявитися більше співзвучними зі складностями й неточностями СЕПС, ніж звичайні чисельні методи аналізу. ЗВ'ЯЗОК З НАКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ Й ТЕМАМИ.

Робота виконана в Державній льотній академії України згідно рішення Вченої ради від 30 травня 2006 р., протокол № 2, яким затверджена тематика дисертації. Дисертаційна робота є складовою частиною НДР «Дослідження , розробка та впровадження організаційно-технологічних та дидактичних основ льотного навчання на літаки ХХІ сторіччя», № держреєстрації 0105U000221, інв. № 13Б57.05; а також складовою частиною досліджень, що проводилися у ДЛАУ згідно наказу МОН України від 31.07.98 р. №285 «Про порядок розробки складових нормативного та навчально-методичного забезпечення підготовки фахівців з вищою освітою».

МЕТА І ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ - розробка теоретичних і прикладних нечітких критеріїв, нормативів і підходів з вдосконалювання методики атестації–оцінки рівня ППЛС ЦА для підвищення її ефективності й забезпечення БП у процесі льотної експлуатації ПС в очікуваних умовах, визначених відповідними стандартними процедурами.

Мета досягається вирішенням таких завдань:

1. Встановити джерела невизначеності у процесах ЛЕ, ПП та оцінювання ППЛС.

2. Встановити стандартні процедури, дотримування яких визначається нормативними документами з ЛЕ літаків.

3. Встановити найбільш прийнятну розмірність шкали оцінювання та уявити її як терм-множину відповідної лінгвістичної змінної "ТП".

4. Побудувати функції належності лінгвістичної змінної "ТП" як моделі оцінювання ППЛС по окремих елементах ІМ польоту.

5. Обґрунтувати і розробити агрегуючі функції для отримання інтегральної оцінки рівня ППЛС з пілотування літаків.

ОБ'ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ: простір фазових станів ергатичної системи "екіпаж – ПС", обумовлений керуючими діями пілота в очікуваних умовах експлуатації.

ПРЕДМЕТ ДОСЛІДЖЕННЯ:

- КМ польоту П-І, як основа оцінки ТП пілота ПС;

- методи й засоби оцінки рівня ППЛС.

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ. Ергономічний підхід, що охоплює інженерно-психологічні аспекти функціонування цілеспрямованої системи керування “екіпаж – ПС – навколишнє середовище” і передбачає використання методів системного аналізу, теорії вимірювань, теорії якості, теорії нечітких множин і лінгвістичних змінних, а також методів психології праці.

НАУКОВА НОВИЗНА ОТРИМАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ полягає у тому, що адаптовані для потреб кваліметрії ТП методи теорії лінгвістичної змінної та нечіткої математики, у т.ч.:

1. Вперше розроблена методика формування терм-множини лінгвістичної змінної “ТП” для будь-якої оціночної шкали.

2. Подальший розвиток одержали процедури застосування "матриці підказок" для побудови функцій належності лінгвістичної змінної "ТП", внаслідок чого вперше отримані емпіричні моделі – сімейство відповідних функцій належності за 35-ма одиничними параметрами польоту.

3. Вперше адаптовано метод Дюбуа-Прада для розробці процедур агрегування окремих нечітких оцінок ТП в інтегральну оцінку.

4. У оцінюванні ТП вперше враховані вимоги ІКАО до рівнів ППЛС шляхом комплексного використання основних положень теорії вимірювань, теорії якості, теорії лінгвістичних змінних та нечітких множин, методів психології праці.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ полягає в тому, що її результати дозволяють:

1. Проводити ефективну оцінку ТП, тобто розрізнення, ранжирування пілотів за рівнем ПП, надання кількісним відхиленням параметрів польоту обґрунтованих якісних оцінок, мотивації на вдосконалення особистого рівня підготовки.

2. Знизити навантаження на П-І тренажера шляхом формалізації відповідних процедур атестації пілотів та використання ЗОК, особливо при моделюванні складних погодних умов та аварійних ситуацій.

3. Виявляти тенденцію до реіфікації (завищення) оцінок ТП інструкторським складом тренажерів та зменшувати її на 11-24%.

4. Розроблені технології, процедури і алгоритми є універсальними і можуть бути адаптовані для оцінювання ТП пілотів на будь-якому типу ПС.

Факт практичної значущості дисертаційної роботи підтверджується актами запровадження результатів досліджень, поданими у Додатку А.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК ЗДОБУВАЧА. При роботі над дисертацією автор спирався на консультації та поради д.т.н., проф. Б.М. Герасимова, д.т.н., проф. С.О. Дмітрієва та д.т.н., проф. О.М. Реви, за що висловлює їм свою щиру подяку. Розробка наукової гіпотези, проведення досліджень й обробка результатів експериментів здійснювалися автором самостійно. Деякі результати обговорювалися разом з науковим керівником, що знайшло відображення в наукових працях, які були видані в співавторстві. У праці [6] – запропонований критерій управління ПП та тренажері, якій подається як перетин нечітких множин: станів навчального екіпажу, цілей, керуючих впливів на екіпаж та відповідних обмежень; у праці [7] авторові належить розробка процедури використання “матриці підказок” для побудови функцій належності лінгвістичної змінної “ТП", а також побудовані самі функції для 35 окремих елементів польоту, визначеними стандартними процедурами експлуатації літака Ан-24 / 26; у праці [9] – сформований кортеж, який характеризує задачу ПР (ЗПР) щодо оцінювання ТП через показники навчального середовища, систему переваг П-І, множину альтернатів–балів прийнятої шкали оцінювання, а також множину дій, потрібних для відокремлення множини недомінуючих альтернатив; у праці [10] – введено нечітку відносну інтегральну відстань Хеммінгу як модель агрегування якісних оцінок точності пілотування.

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ здійснена в процесі обговорення доповідей автора на таких наукових конференціях: «Проблемы развития систем аэронавигационного обслуживания и авионики воздушных судов "Аэронавигация и авионика - 98"»: Міжнародна науково-технічна конференція. – Київ, 1998; "Наука і освіта 2006": ІХ Міжнародна науково-практична конференція, – Дніпропетровськ, 23-31 січня 2006 року; "Сучасні наукові дослідження – 2006": ІІ Міжнародна науково-практична конференція, – Дніпропетровськ, 20-28 лютого 2006 року; "Професійна підготовка авіаційних фахівців у світлі сучасних вимог": Міжнародна науково-практична конференція, присвячена 55-річчю заснування льотної академії, – Кіровоград, 7-9 вересня 2006 року; "Сучасні інформаційні технології в управлінні та професійній підготовці операторів складних систем": ІІІ-я науково-практична конференція, - Кіровоград, 30-31 жовтня 2007 р.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ. Основний зміст дисертації видано 8 науковими працями. З них – 6 статей в наукових журналах та тематичних збірниках наукових праць, затверджених ВАК фаховими, а також 2 тез (матеріалів) наукових конференцій. Всі вони подані у списку використаних джерел і на них зроблені відповідні посилки у тексті роботи. Для зручності ознайомлення вони зосереджені у Додатку Б (форма 26).

СТРУКТУРА Й ОБСЯГ РОБОТИ. Дисертація загальним обсягом 204 сторінок, складена з вступу, чотирьох розділів, висновків по розділах, загальних висновків, списку використаних джерел 141 найменувань та додатків на 57 аркушах. Основний зміст роботи викладено на 115 сторінках машинописного тексту. Робота вміщує також 29 таблиць та 31 рисунок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ до дисертації містить обґрунтування актуальності теми, формулювання мети та завдань дисертаційної роботи, визначення об’єкта та предмета дослідження, методологічну основу досліджень, опис наукових результатів, їхньої новизни та практичної цінності, зв’язок роботи з науковими програмами і темами, а також відомості про публікації, апробацію та структуру роботи.

У першому розділі досліджують проблеми невизначеності та нечіткості в діяльності і ПП П-0, яка розглядається як багатокроковий процес ПР, заснований на наближеній стратегії й нечітких спостереженнях станів об'єкту керування. І оскільки сам процес безпосередньої ЛЕ ПС здійснюється у просторі середовища, то це середовище уявляється у вигляді трьохмірного простору, в якому вимірюваними величинами є складність, динаміка й невизначеність.

Враховуючи напрям наших досліджень, були відокремлені та спеціально класифіковані задачі ПР (ЗПР) в процесах ЛЕ ПС, що розв’язуються в умовах невизначеності. Визначено, що у загальній формі проблема ПР характеризується кортежем: , (1)

де S – середовище ЗПР; Р – мета діяльності П-О; Q – критерії, що характери зують вимоги до бажаного стану; Ф - альтернативні рішення, які можуть бути прийняті; D – правила вибору рішення, які можуть бути використані; І – не-обхідна для даного класу завдань інформація; F0 – специфічні особливості (оціночна функція чи домінанта) діяльності.

Оскільки S як середовище ЗПР має певну невизначеність, то для П-О будуть характерні нечіткість розумових висновків при описі й оцінці ситуацій, при формулюванні цілей і обмежень, при оперуванні вихідними даними. Тому, при формалізації польотного завдання і оцінюванні ефективності його виконання виникає необхідність використати нечіткі поняття й нечіткі процедури.

Невизначеність характеризує ПС, середовище, і необхідні керуючі впливи, тому вважаємо прийнятним давати ще і якісну оцінку ПП ЛС, формулюючи мінімальні вимоги до П-О на природній (професійній) мові. Ці вимоги можуть бути подані як нечітка поверхня, що визначає ПП П-О залежно від стану ПС і середовища (рис. 1). Цей підхід цілком закономірний і відповідає змісту вимог ІКАО до ПП пілотів. При цьому оцінки рівня ПП ЛС, пропоновані ІСАО, засновані на використанні гарантійного підходу, що ґрунтується на нечітко описаних обмеженнях. Якісні категорії, за допомогою яких сформовані нормативи

вимог ІКАО до кваліфікації пілотів, не мають адекватного кількісного наповнення. Аналіз показників оцінки професійної діяльності та ПП ЛС, що рекомендуються нормативами документами ЦА СНД, також виявив їх суттєву недосконалість.

Сформульовані вимоги до розроблювальних моделей оцінки ТП:

- використати традиційно сформований метод оцінки ТП за одиничними параметрами польоту;

- окремі оцінки визначати на основі екстремального критерію типу:

х = х – хбаж. ; (2)

- шкала оцінок повинна охоплювати як область припустимих значень параметра, так і значення поза цією областю;

- розмірність шкали повинна відповідати психологічним можливостям П-О щодо розрізнення, сприйняття та інтерпретування її балів;

- при використанні ЗОК значення оцінок повинні дозволяти розрізняти ТП з високою точністю, а при інспектуванні польоту шкала оцінок могла б бути використана як рангова шкала.

У другому розділі визначено, що оцінювання ТП слід проводити у номінальних шкалах, шкалах впорядкування, інтервальних, відношень та абсолютних. Використання абсолютних шкал дозволяє, згідно методології теорії якості, всі параметри польоту віднести до так званої "однорідної продукції". При цьому ТП має оцінюватись диференційованим методом, коли зіставляються та нормуються показники реально продемонстрованої і еталонної ТП по окремих контрольованих параметрах польоту. Комплексний метод забезпечує інтегральну оцінку ТП по всій сукупності параметрів.

Розроблені підходи до формування нечіткої оцінки ТП, яка базується на різниці між КМ польоту П-І, як фахівця найвищої кваліфікації, і еталонною ІМ польоту. Ця різниця визначається функцією належності, яка показує чутливість КМ до розходжень між ІМ.

Найвища оцінка отримується, якщо множини MIM й MKM еквівалентні:

MIM MKM (3)

Однак умова (3) може й не виконуватися. Тоді розходження між множинами визначається їх симетричною різницею:

M = MKM \ MIM = (MKM \ MIM) (MIM \ MKM) , (4)

де " \ " - теоретико-множинна операція знаходження різниці.

Умову подібності елементів ІМ реального польоту, що утворюють квантову інформаційну структуру польоту й КМ П-І визначає вираз:

, (5)

де - величина і-тої підмножини КМ, що нормує різницю; - нормована величина розходжень.

Відзначимо, що всі критерії оцінки подібності ІМ і КМ є кількісними й визначають гранично припустимі величини розходжень між їхніми елементами. Разом з тим, даним розходженням не привласнена якісна характеристика, що, безумовно, знижує їхню практичну цінність.

Особливість роботи П-І полягає в необхідності експлікувати, тобто пояснювати, формулювати свої відчуття, сприйняття й уявлення, сформовані найбагатшим досвідом льотно-методичної праці (ЛМП), які у звичайного пілота уявляються як імпліцитні, внутрішні форми діяльності. Тому у П-І виробляються специфічні професійні розумові здібності (ПРЗ) оцінки своєї КМ за ступенем її відповідності задачам реальної діяльності. Ось саме вони й служать базою для виміру ІМ польоту на ПС. Щоб нечітку множину можна було б використати як інструмент оцінки чіткої множини MIM, необхідно визначити відповідність між нею та M0. Під відповідністю між і M0 варто розуміти ступінь близькості нечіткої підмножини до звичайної множини M0. Ступень цієї близькості в теорії нечітких множин визначається так званою узагальненою відстанню Хеммінга:

(6)

де - функції належності поточного значення вимірюваного параметру до нечітких підмножин і .

Тоді узагальнена відносна відстань Хеммінгу

(7)

Нескладно довести, що найближча до нечіткої підмножини (в значенні мінімальної відстані Хеммінгу, або евклідової відстані) є звичайна множина М, така, що:

(8)

Таким чином, приймаємо, що нечітка підмножина (КМ польоту П-І) може служити інструментом для порівняльної оцінки звичайних множин MIM й M0 , якщо M0 є підмножиною, найближчою до , тобто

(9)

За умови виконання (9), замість симетричної різниці M=M0 - MIM можна записати симетричну різницю . Таким чином, нечітка підмножина пов'язана зі звичайними підмножинами МІМ й М0 і з їх симетричною різницею співвідношенням, обумовленим тільки функцією належності . Отже, задача визначення зводиться до визначення функції належності . Оскільки визначає чутливість КМ до відмінностей між інформаційними моделями, то чим більше область існування , тим менш чутливий інструмент оцінки розходжень. Щоб збільшити чутливість, необхідно забезпечити більш детальне градуювання шкали вимірів. Це означає, що нечітку множину необхідно подати як сукупність нечітких підмножин: (10)

кожна з яких характеризує певний ступінь нечіткості. Тобто, йдеться про необхідність визначити міру шкали розходжень. При цьому

, (11)

Вираз (11) фактично характеризує нечітку шкалу виміру подібності. Використовуючи цю шкалу для оцінки ТП за кожним елементом ІМ польоту, можна одержати набір окремих оцінок ТП. Враховуючи вимоги ІКАО щодо суворого дотримування екіпажем стандартних експлуатаційних процедур (SOPs), сформована ІМ польоту літака АН-24 / 26, яка утворюється 35-ма "зернистими" (окремими) елементами, визначеними згідно КЛЕ цього літака.

Розроблено критерій якості управління ППЛС, метою якого є наближення стану навчального екіпажу до встановлених норм діяльності.

У третьому розділі розроблені технології та процедури нечітких оцінок ТП. Для лінгвістичної змінної "ТП" базовими змінними є числові змінні - "відхилення від заданих значень параметрів польоту". При цьому, таке, наприклад, лінгвістичне значення, як "прийнятна ТП", можна інтерпретувати як назву деякого нечіткого обмеження на значення базових змінних. Саме це обмеження визначає значення лінгвістичного значення "прийнятна ТП". Для побудови терм-множини лінгвістичної змінної "ТП" прийняті базові терми-кваліфікатори "висока" і "низька", а також модифікатор "незвичайно". Отриманню проміжних оцінок між крайніми і базовими термами сприяє модіфікатор "дуже", якому в теорії нечітких множин відповідають операції концентрації і розтягання. В результаті нами отримана така терм-множина лінгвістичної змінної "ТП":

ТМ(ТП)= незвичайно висока + дуже висока + висока + середня + (12)

+ низька + дуже низька + незвичайно низька

При проведенні досліджень групі експертів з числа П-І і командно-льот-ного складу, яки мають багатий досвід ЛМП, пропонувалося визначити для кожного елемента ІМ польоту такі його значення , , пілотування в межах яких, відповідно до особистої КМ, визначається відповідною якісною оцінкою ТП: (13)

Значення функцій належності визначалися, використовуючи метод, що базується на інтерпретації імовірності цих функцій. Як ступінь належності значення параметра польоту i(x) нечіткій множині приймається оцінка частоти

застосування поняття , що задається нечіткою множиною для характеристики значення параметра.

Наведене дало можливість використати для побудови функцій належності так звану "матрицю підказок". Зразок емпіричної функції належності для одного з 35-х окремих елементів польоту, що контролюються КЛЕ літака Ан-24 / 26 поданий на рис. 2.

Узагальнюючи всі отримані дані по всіх 35-ох окремих елементах польоту, були одержані агреговані функції належності (рис. 3).

Визначено, що функцію розподілу імовірності можна подати як субнормальну функцію належності:

. (14)

В результаті отримана функція належності може бути визначена виразом:

(15) Необхідно визначити такі значення mi і i , щоб вираз (15) відповідав функції належності, якнайменш відмінній від експериментальних. Введемо функцію мінімізації: min = min E - A, (16)

де Е – функція належності, отримана експериментальним шляхом; А –функція належності, яка отримана шляхом обчислення за допомогою (15).

Як критерій подібності функцій належності доцільно використовувати узагальнену відносну відстань Хеммінгу (7). Аналітичні функції належності найменше відрізнятимуться від емпіричних, коли відносна відстань Хеммінгу буде мінімальною. Згідно вище ви-

кладеного, для функцій належності вигляду (15), нами були визначені характеристики mi і i (табл. 1).

Виходячи з даних зага-льної відносної відстані Хеммінгу (табл. 2), можна зробити висновок, що емпіричні функції належності в достатній мірі відображають характер аналітичних. Для запобігання помилок 1-го і 2-го роду в оцінюванні ТП, необхідно визначити умовну межу х0 (рис. 4): | Таблиця 1

Статистичні характеристики аналітичних функцій належності

7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1

0 | 0.108 | 0.224 | 0.357 | 0.507 | 0.675 | 0.95

0.044 | 0.071 | 0.09 | 0.099 | 0.108 | 0.103 | 0.15

Таблиця 2

Узагальнена відносна відстань Хеммінгу

d | 0.024 | 0.031 | 0.012 | 0.009 | 0.009 | 0.015 | 0.026

i(x0) = j(x0) або (17) З рівняння (17) маємо: (18)

Координати перетину функцій належності подані в табл. 3.

Шкала оцінювання має задовольняти умовам ефективного розрізнення її балів користувачами.

Тому нами була обчислена нечітка ентропія відповідних рангів:

(19)

Результати обчислень, одержані згідно виразу (19), подані у табл. 4.

У четвертому розділі подані результати досліджень з інтеграції окремих оцінок ТП у агреговану, якій має бути властива системна якість емерджентності. Для цього був проведений попередній аналіз загальної функції агрегування:

, (20)

де p - показник ступеня, що

відображає допустиму міру ком- | Таблиця 3

Точки перетину функцій належності

та імовірності помилок 1-го роду

Функції

належності | Координата

х0 | Імовірність

помилки

R7 Ч R6 | 0,041 | 0,117

R6 Ч R5 | 0,159 | 0,231

R5 Ч R4 | 0,287 | 0,241

R4 Ч R3 | 0,429 | 0,234

R3 Ч R2 | 0,593 | 0,213

R2 Ч R1 | 0,787—

Таблиця 4

пенсації малих значень одних

рівноцінних показників велики-

ми значеннями інших; N – кіль-

кість показників.

Визначено, що найбільш | Ентропія термів лінгвістичної змінної

"точність пілотування"

Ранг | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1

HE | 0,679 | 0,863 | 0,86 | 0,851 | 0,845 | 0,879 | 0,827

HA | 0,588 | 0,858 | 0,86 | 0,84 | 0,848 | 0,876 | 0,851

-13,3 | -0,52 | -0,05 | -1,31 | +0,36 | -0,34 | +2,87

прийнятною функцією агрегуван-

ня з точки зору суворого забезпечення БП є планування "за вузьким місцем", якій відповідає значення p –. Враховуючи практику оцінювання рівня ПП ЛС, для агрегування окремих оцінок ТП пропонується модель на основі показника агрегування "за вузьким місцем" з можливістю незначної компенсації оцінки, визначеної за допомогою адитивної функції агрегування. Компенсація, на наш погляд, повинна являти собою перевищення показника "по вузькому місцю" на один ранг мінімальної окремої оцінки ТП. Якщо мінімальна окрема оцінка дорівнює щонайгіршій оцінці на шкалі, за якою відбувається вимірювання, то загальна оцінка приймається рівною цій щонайгіршій оцінці. На шкалі, що запропонована нами, такою оцінкою є оцінка "надзвичайно низька точність пілотування". При цьому з огляду на те, що якісні оцінки описуються за допомогою функцій належності, адитивна загальна оцінка ТП визначається як адитивна функція належності: , (21)

де N - загальна кількість окремих оцінок ТП;

in - функція належності i-й оцінки по n-му параметру.

Розв’язання (21) зручно здійснити за методом Дюбуа - Прада, суть якого полягає в тому, що ліві гілки функції належності нечітких чисел і апроксимуються однією монотонно зростаючою функцією L, залежною від двох параметрів, які підбираються для кожного числа окремо: L(mA, A) і L(mB , B). Для правих гілок монотонно убутною функцією R(mA, A) і R(mB , B). Тоді результатом підсумовування L – R нечітких чисел є L – R буде нечітке число виду: (22)

Наведене наочно подано на рис. 5.

Прийнятий метод Дюбуа - Прада зручний тим, що самі функції L() і R() в проміжних обчисленнях не беруть участі, а використовуються лише при отриманні остаточного результату. Далі визначається, до якої якісної оцінки ТП ближче результуюча функція належності (x). Оскільки ми змогли аналітично описати функції належності, то представляється можливим використовувати більш точний показник - відносну інтегральна відстань:

, (23)

де Si, S - носії нечітких чисел i .

Загальна оцінка визначається за правилом:

, (24)

де - мінімальна оцінка з комбінації окремих оцінок ТП; - оцінка на один ранг вище за мінімальну оцінку ТП.

Під час виконання польоту спостерігається велика розмаїтість комбінацій окремих оцінок ТП. Проте, це не викликає труднощів для аналізу якщо автоматизувати процедуру агрегування. В цьому випадку доцільно визначити вагові коефіцієнти мінімальних оцінок в наборі окремих оцінок ТП, при якому можлива компенсація незалежно від розподілу інших оцінок. Це розглядається нами як реалізація гарантійного підходу до зняття невизначеності при агрегуванні окремих оцінок ТП. Тоді достатньо розглянути варіант, коли окремі оцінки ТП мають тільки два ранги: - ранг мінімальних оцінок ТП, - ранг інших окремих оцінок ТП (i = j + 1).

Такий розподіл можна охарактеризувати ваговими коефіцієнтами:

(25)

де ni - кількість оцінок i-го рангу; nj - кількість оцінок j-го рангу; N - загальна кількість оцінок.

Задача визначення коефіцієнта бj вирішується в два етапи. На першому етапі визначається коефіцієнт :

(26)

Ситуація (26) відображена на рис. 6.

На другому етапі визначається коефіцієнт бj, що враховує помилку 1-го роду, тобто помилку, коли замість фактичної оцінки j-го рангу виставляється більш висока оцінка i-го рангу.

Співвідношення між коефіцієнтами і визначаються:

. (27)

Звідки

(28)

Розглянемо ситуацію, коли ранг мінімальної окремої оцінки дорівнює :

(29)

Параметри i визначаються так:

(30)

(31)

Відносна інтегральна відстань дорівнює (рис. 7):

(32)

З урахуванням (18) вираз для координати x1:

(33)

Відносна інтегральна відстань (рис. 8):

(34)

З урахуванням (19) вираз для координати x2:

(35)

Розв’язавши рівняння виду (27):

(36)

одержуємо *j = 0,38.

Підставляючи отримане значення *j в (29), знаходимо j = 0,24.

Провівши аналогічні обчислення. отримуємо критерії оцінки ТП, подані у табл. 5.

Розроблено алгоритм автоматизованої оцінки ТП з використанням комп’ю-терних засобів. | Таблиця 5

Критерії загальної оцінки точності пілотування

Мінімальні оцінки по ТП | % | Загальна оцінка

Надзвичайно низька ТП | - | Надзвичайно низька ТП

Дуже низька ТП | ? 40 | Дуже низька ТП

< 40 | Низька ТП

Низька ТП | ? 40 | Низька ТП

< 40 | Середня ТП

Середня ТП | ? 35 | Середня ТП

< 35 | Висока ТП

Висока ТП | ? 35 | Висока ТП

< 35 | Дуже висока т ТП

Дуже висока ТП | ?25 | Дуже висока ТП

<25 | Надзвичайно висока ТП

ВИСНОВКИ

1. Аналіз професійної діяльності ЛС виявив постійні джерела нечіткості і невизначеності нестохастичного характеру. Це несе за собою необхідність доповнення традиційних форм і методів оцінки рівня ППЛС якісними (нечіткими) критеріями і нормативами. При цьому нормативні документи ICAO лише декларують такий підхід. Результати ж наукових досліджень в області моделювання нечіткого управління ПС, що отримані в СНД, на сьогоднішній день знайшли подальший розвиток і застосування фактично тільки в напряму технічної експлуатації ПС.

2. Спираючись на методи теорій вимірювання і якості, розроблені теоретичні підходи до нечіткої оцінки рівня ТП. Встановлено, що критерій якості ТП повинен визначатися різницею КМ П-І і ІМ польоту ПС, тобто функцією належності лінгвістичної змінної "Точність пілотування", що виявляє чутливість КМ до відмінностей між інформаційними моделями польоту.

3. Для здійснення процедур оцінки ТП обґрунтований і сформований спектр з 35 параметрів польоту, що контролюються в очікуваних умовах експлуатації ПС АН-24/26. Отримано сімейство функцій належності лінгвістичної змінної "Точність пілотування" за відповідними одиничними параметрами.

4. Розроблена процедура побудови узагальненої функції належності на базі універсальної (нормованої) шкали відхилень поточних значень параметрів польоту від заданих. Встановлені межі якісних оцінок і імовірності помилок першого роду. Проведено аналітичний опис узагальнених функцій належності і визначені рекурентні вирази для переходу від універсальної шкали до шкали абсолютних відхилень.

5. Враховуючи, що узагальнена оцінка ТП володіє системною властивістю емерджентності, на основі методу Дюбуа-Прада розроблена процедура агрегування окремих якісних оцінок ТП з реалізацією принципу гарантійного підходу. Для визначення ступеню близькості аналітичних функцій належності в розвиток понять Хеммінгова і Евклідова відносних відстаней, введено поняття відносної інтегральної відстані. В середовищі Microsoft Excel реалізований алгоритм агрегування для використання в процесі тренажерної підготовки за допомогою ЗОК.

6. Розглядаючи в цілому отримані і подані роботі наукові і практичні результати, можна зробити узагальнений висновок про розвиток і адаптацію методів нечіткої математики для розробки нечітких моделей, критеріїв і нормативів оцінки ТП ПС, потрібних для проведення повної і всебічної атестації ЛС за ТП, тобто про вирішення задач і досягнення мети дисертації.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ ПРАЦЯХ

Фахові видання

1. Рева О.М., Шульгін В.А. Моделі нечітких оцінок точності пілотування за окремими елементами інформаційної моделі польоту // Вісник НАУ: Наук. ж.. – К.: КНТУ, 2006. - № 4. – С.83-88

2. Шульгін В.А. Системне моделювання процесів управління професійною підготовкою льотного персоналу // Авиационно-космическая техника и технология: Науч.-техн. ж.. – Х.: ХАИ, 2006. – № 10/36. – С.130-133

3. Шульгін В.А. Формування терм – множини лінгвістичної змінної "точність пілотування" // Наукові праці академії. - Вип. VIII. - Кіровоград: ДЛАУ, 2004. - C.205-216

4. Рева О.М., Шульгін В.А. Нечітка формалізація процесів управління професійною підготовкою льотного персоналу // Проблеми інформатизації та управління: Збірник наукових праць. – К.: НАУ, 2006. - № 2. – С.101-105

5. Рева О.М, Шульгін В.А. Кваліметрія точності пілотування як задача прийняття рішень в умовах невизначеності // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. – Вип. 18. - Кіровоград: КНТУ, 2007. – С.260-265

6. Рева О.М., Шульгін В.А. Відносна інтегральна відстань як модель агрегування якісних оцінок точності пілотування // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Збірник наукових праць. – Вип. 19.- Кіровоград: КНТУ, 2007. - С.157-161

Інші видання

7. Шульгін В.А. Передумови розробки нечітких оцінок рівня професійної підготовки і ефективності діяльності пілотів та наповнення їх кількісним змістом // Наука та освіта – 2006: Матеріали ІХ Міжнародної науково-практичної конференції, – Дніпропетровськ, 23-31 січня 2006 року, - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2006. – Т.14. Філософія, психологія (Психологія праці).- С.47-53

8. Шульгін В.А. Нечітка модель агрегування окремих якісних показників оцінок техніки пілотування // Сучасні наукові дослідження - 2006: Матеріали ІІ Міжнародної науково-практичної конференції, - Дніпропетровськ, 20-28 лютого 2006 року, - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2006. – Т.34. Психологія і со-ціологія. - С.9-13

АНОТАЦІЯ

ШУЛЬГІН В. А. Нечіткі моделі атестації льотного складу за точністю пілотування на льотних тренажерах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.07.14 "Авіаційно-космічні тренажери". – Національний авіаційних університет, Київ, 2007

Дисертацію присвячено розробці теоретичних і прикладних нечітких критеріїв, нормативів і підходів для вдосконалення методики оцінки рівня ППЛС ЦА і підвищення її ефективності й забезпечення БП у процесі ЛЕ ПС в очікуваних умовах, а також при виконанні стандартних процедур.

Методами теорії вимірювань, теорії якості та нечіткої математики, побудовані функції належності лінгвістичної змінної "ТП" для 35 окремих параметрів польоту, контролювання яких нормативно передбачається в процесі ЛЕ літака Аг-24 / 26. Використовуючи метод Дюбуа-Прада, розроблені процедури узагальнення (агрегування) окремих оцінок. Подані алгоритми оцінювання ТП при наявності і відсутності ЗОК польоту.

Показаний високій рівень збіжності теоретичних і емпіричних моделей. Розроблені рекомендації щодо запобігання в процесі оцінювання ТП помилок 1-го роду, тобто завищення оцінок.

Ключові слова: система "екіпаж – повітряне судно"; безпека польотів; людський фактор; рівень професійної підготовленості; методи теорії якості, теорії вимірювань, теорії нечіткої математики та психології праці, лінгвістична змінна "точність пілотування", функції належності, моделі агрегування окремих оцінок.

АННОТАЦИЯ

ШУЛЬГИН В. А. Нечеткие модели аттестации летного состава по точности пилотирования на летных тренажорах. – Рукопись.

Дисертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.14 "Авиационно-космические тренажеры". – Национальный авиацтонный университет, Киев, 2007

Диссертация посвящена разработке теоретических и прикладных нечетких критериев, нормативов и подходов по усовершенствованию методики оценки уровня ППЛС ГА и повышения ее эффективности и обеспечения БП в процессе ЛЄ ВС в ожидаемых условиях и при выполнении стандартных процедур.

Методами теории измерений, теории качества и нечеткой математики построены функции принадлежности лингвистической переменной "ТП" для 35 отдельных параметров полета, контроль которых нормативно предполагается в процессе ЛЭ самолета Ан-24 / 26. Используя метод Дюбуа-Прада, разработаны процедуры обобщения (агрегирования) отдельных оценок. Представлены алгоритмы оценивания ТП при наличии и отсутствии СОК.

Показан высокой уровень сходимости теоретических и эмпирических моделей. Разработаны рекомендации для предотвращения в процессе оценивания ТП ошибок 1-го рода, то есть завышения оценок.

Ключевые слова: система "экипаж – воздушное судно"; безопасность полетов; человеческий фактор; уровень профессиональной подготовленности; методы теории качества, теории измерений, теории нечеткой математики и психологии труда, лингвистическая переменная "точность пилотирования", функции принадлежности, модели агрегирования отдельных оценок.

SUMMARY

Shulgin V.A. Indistinct models of of the flying staff exactness estimation on flignt simulators. – Manuscript.

Candidate of technical sciences dissertation, specialization 05.07.14 “Aviation-cosmic simulators”. – National Aviation University, Kiev, 2007

Dissertation is devoted to the development of theoretical and applied indistinct criterions, norms and approaches on the improvement of the methods of level estimation of rules of training of flight personal of Civil Aviation and increase of its efficiency and providing the security in the flying the aircraft in expected conditions and during the standard procedures.

By the methods of theory of measuring, theory of quality and indistinct mathematics the functions of belonging of linguistic variable of “TL” are built for 35 separate parameters of flight, it’s control is in the process of flying the aircraft AN-24/26. Using the method of Dubua-Prad, procedures of generalization (aggregation) of separate estimations are developed. Algorithms of estimation TL with and without cok are presented.

High level of gathering of theoretical and empiric models is shown. Recommendations for prevention of errors TL of 1st kind in the process of estimation are developed.

Keywords: the system “crew – air ship”; safety of flights; human factor; level of professional training; methods of theory of quality, theory of measuring, theory of indistinct mathematics and psychology of labour, linguistic variable “exactness of flying”, functions of belonging, model of aggregations of separate estimations.