1.3. Проблемы использования аис в авиации

Автоматизация процессов в авиационных системах к настоящему времени, в целом, привела к значительным положительным результатам, позволила повысить интенсивность воздушного движения и безопасность полетов. Автоматизация ведет к тому, что полеты воздушных судов становятся более безопасными и экономичными благодаря выполнению в полете более точных маневров, обеспечению гибкости отображения информации, более оптимальному использованию пространства кабины экипажа и т.д.

В документах ICAO отмечается, что альтернативы автоматизации нет и вопрос “Внедрять автоматизацию или нет?” давно не стоит. Рассматриваются вопросы “Когда возникает необходимость внедрения автоматизированных систем?”, “В каком объеме автоматизация должна осуществляться?”, “Какова роль человека в создаваемой системе?” и т.п.

Однако на международном уровне до сих пор все еще нет полного единства взглядов относительно правильного использования автоматизации в авиационных системах. Сложилось два подхода к автоматизации и роли человека-оператора в ответственных АСУ реального времени: технократический (технологический) и антропоцентрический, основанный на человеческом факторе.

В автоматизированных системах, спроектированных с технократических позиций, человеку отводится пассивная роль, связанная, в основном, с выполнением функций сбора и ввода данных, наблюдения и контроля. Конечной целью является идея полной независимости системы автоматического управления от человека-оператора, т.е. возможность заменить его, поскольку участие человека в управлении связано с большими временными задержками, ошибками, зависимостью качества решения от психофизиологических особенностей состояния оператора и уровня его обученности.

При антропоцентрическом подходе приоритет в системе управления отдается человеку: он является главным элементом системы и несет полную ответственность за принятое решение, а роль автоматизированной системы - оказать ему помощь в сложных ситуациях и при выполнении рутинных операций.

В исследованиях по проблемам автоматизации в авиации доминирующим в настоящее время является антропоцентрический подход. Основными доводами этого подхода являются следующие положения:

1) достижение полной автоматизации процессов управления на современном уровне познания и развития вычислительной техники не представляется возможным из-за непредсказуемости процессов и высокого уровня неопределенности в автоматизируемой системе;

2) опыт технократической автоматизации показал, что устранить все ошибки оператора невозможно: традиционные ошибки человека заменяются новыми, иногда более серьезными ошибками, порождаемыми недостатками моделей и алгоритмов автоматических процедур и проблемами взаимодействия человека и автоматизированной системы;

3) многочисленные исследования и практический опыт показывают, что возможности человека-оператора, исключенного из контура управления, обнаружить ошибку системы и компенсировать ее влияние, а также принять на себя управление при отказе средств автоматизации существенно уменьшаются, а при определенном значении интенсивности процессов человек уже не в состоянии справиться с ситуацией.

Так, опыт эксплуатации бортовых средств автоматизации современных воздушных судов показал, что эти средства позволили существенно повысить безопасность и экономичность полетов, но, в то же время, породили и ряд новых проблем. Начиная с 80-х годов имели место ряд катастроф и сотни инцидентов, в которых одной из причин признавалась проблема взаимодействия одного или нескольких пилотов с бортовыми автоматизированными системами.

В 1988 г. произошла катастрофа самолета Airbus А-320 при выполнении демонстрационного полета над аэродромом Хобшейм (Hobsheim), г. Мулхауз, Франция. Самолет потерпел катастрофу, зацепившись за деревья лесного массива, при полете в автоматическом режиме под управлением бортовой ЭВМ с набором команд, задаваемых пилотами. Причина: пропущенные пилотами ошибки в работе системы автоматического управления посадкой, связанные с отказом радиовысотомера, а также ошибки ввода данных при выборе режима полета на участке планирования на посадку. В январе 1989 г. произошла катастрофа самолета Boeing-737-400 недалеко от ВПП аэропорта Ист Мидлендс около Кегварта (Kegworth) в Великобритании. Причиной катастрофы признан тот факт, что дисплеи кабины не обеспечили адекватной индикации для предупреждения экипажа о ненормальной работе двигателей. Конструктивные недостатки оборудования автоматизации, не обеспечившего адекватной сигнализации, привели к утрате понимания ситуации и знания обстановки, что привело к катастрофе ВС и гибели 47 пассажиров. 14 февраля 1990 г. в Бангалуре (Индия) потерпел катастрофу самолет Airbus А-320. Одна из причин - неправильное использование режимов работы системы автоматического управления посадкой. В катастрофе погибли пилоты и 94 пассажира. 20 января 1992 г. произошла катастрофа самолета Airbus А-320 авиакомпании “Эр Интер” в Страсбурге. Самолет врезался в гору Сент-Одиль. 87 человек погибло. Наиболее вероятная причина катастрофы - неспособность экипажа выявить и скорректировать несоразмерную скорость снижения при автоматическом заходе на посадку. В 1994 г. произошла катастрофа самолета Airbus А-300-600 китайской авиакомпании China Air Lines в Нагое. Причина катастрофы: несогласованные действия командира ВС и второго пилота с автопилотом, попытка пилота преодолеть действия автопилота. За 1 мин. до катастрофы бортовые самописцы зафиксировали явное замешательство пилота, которое быстро привело к паническому состоянию. Пилот установил систему на неавтоматический режим захода на посадку в простых метеоусловиях с включенным автоматом управления тягой двигателей. Однако в автоматической системе без команды пилота случайно включился режим ухода на повторный заход на посадку (GA). Пилот не заметил этого несмотря на показания индикатора режима полета и поведение самолета. Система, работающая в режиме GA, дала команду на увеличение тяги двигателей, но пилот после этого стал убирать вручную рычаги управления тягой двигателей назад. Автомат управления тягой двигателей вызвал резкий подъем носа самолета. Вместо того, чтобы изменить режим работы или отключить автопилот, пилот в состоянии прогрессирующей паники начал преодолевать его действия вручную, взяв рулевую колонку на себя. Такие действия должны были привести к отключению любого из режимов автопилота, но неправильное сертификационное требование к системе этого варианта самолета именно для режима GA не предусматривало отключения автопилота. Если бы автопилот отключился в этот момент, то катастрофы бы не произошло. 3 июня 1994 г. произошла катастрофа самолета Airbus А-330 в Тулузе. Причина: несовершенство логики программного обеспечения компьютера системы FMS. В логике программного обеспечения в режиме установки высоты не было предусмотрено предельного значения угла наклона траектории и автопилот развернул нос самолета по тангажу на 31, а минимальная скорость снизилась ниже допустимой скорости управляемого полета. Пилотирующий пилот был не в состоянии взять вовремя управление самолетом на себя, и самолет потерпел катастрофу. Фирма Airbus Industries после этого внесла изменение в программное обеспечение компьютера автоматической системы руководства полетом самолетов A330/340. Изменение ограничивает допустимое увеличение угла наклона траектории в этом режиме. Катастрофа в декабре 1995 г. в Колумбии полностью исправного Boeing-757 авиакомпании American Airlines произошла из-за замешательства пилота, вызванного расхождением программного обеспечения FMS для обозначения контрольных точек полета, утвержденного стандартом Arinc 424, с обозначениями, используемыми в бортовой навигационной карте. Последствиями катастрофы стали многочисленные жертвы гражданского населения на земле.

Результаты расследований авиационных происшествий и инцидентов показали обострение проблемы человеческого фактора, связанное с автоматизацией. Во многих случаях пилоты либо не понимали, как и какие функции в настоящий момент выполняет бортовая автоматика, либо не получали адекватных сигналов обратной связи от автоматических систем. Указанные катастрофы и многочисленные инциденты привели разработчиков к необходимости соизмерять возможности автоматики с возможностями человека, осуществляющего управление.

Исследования, связанные с внедрением систем CNS/ATM, позволили выработать некоторые требования к автоматизированным системам, в которых ответственность за безопасность несет оператор. Основные из этих требований следующие:

1) человек-оператор должен быть главным элементом системы;

2) чтобы отдавать команды системе, оператор должен быть включен в контур управления системы;

3) чтобы быть включенным в контур управления, оператор должен быть хорошо информирован;

4) автоматизированы должны быть только те функции, для автоматизации которых есть достаточно много причин;

5) оператор должен быть в состоянии контролировать работу АС и управлять ею;

6) АС должна быть предсказуема;

7) АС должна быть способна контролировать действия оператора;

8) каждый элемент системы должен “знать и понимать” задачу, выполняемую очередным элементом системы;

9) автоматизация должна быть выполнена так, чтобы она была проста в обучении и работе.

В соответствии с антропоцентрическим подходом дальнейшее развитие АС УВД связывается международным авиационным сообществом не с попыткой создания полностью автоматических систем управления, а с улучшением условий деятельности диспетчера за счет совершенствования информационного обеспечения системы ОВД и перехода от информационной роли существующих АС УВД к роли прогнозирующей и советующей в будущих системах, а также за счет автоматизации стандартных функций, как это предусмотрено в концепции глобальных систем CNS/ATM.