8.4. Принципы построения и структура рабочего места инструктора

Если рабочее место обучающихся членов экипажа создается исходя из четких условий адекватности его кабине исходного ЛА, то требования, которым должно удовлетворять РМИ, пока определены в значительно меньшей степени. Некоторые из них нельзя считать окончательно установившимися. Тем не менее можно указать основные принципы построения РМИ, наметившиеся к настоящему времени в результате технической эволюции. При этом будут выделены те положения, которые являются спорными [33, 39].

При формировании облика РМИ как технического компонента эргатической системы необходимо учитывать не только описанные выше функции инструктора, но и совокупность связей между инструктором, экипажем и тренажером, также являющихся составными частями этой системы. Можно указать следующие виды связей, реа­лизуемых при обучении:

контрольную или прямую связь «летчик — имитатор ЛА — информация — инструктор»;

обратную (корректирующую) связь «инструктор — информа­ция — летчик — имитатор ЛА»;

управляющую связь «инструктор — тренажер».

Структура РМИ и состав его оборудования должны не просто реализовывать эти связи, но и обеспечивать инструктору возможность эффективно работать, т. е. четко, безошибочно и быстро выполнять свои функции, объем возложенных на него задач.

Значительную роль в осуществлении указанных связей играет информационный канал; наиболее четко он выступает в первом типе связей, хотя присутствует и в других контурах. Обеспечение инструктора необходимой информацией является важнейшей предпо­сылкой создания хорошего РМИ. При этом информация должна быть не только полной, но и легко восприниматься операторами.

Не менее важны функциональные и эргономические аспекты деятельности инструктора, учет которых также обязателен при проектировании РМИ. Должны приниматься во внимание и медико-биологические, и психофизиологические факторы, связанные с напря­женностью работы инструктора, и ограниченные возможности его нахождения в подвижной кабине вместе с обучающимся экипажем.

Таким образом, требования к РМИ можно свести к четырем группам:

информационные;

функциональные;

эргономические;

психофизиологические.

Первая группа требований ставит задачу обеспечения инструктора всеми необходимыми данными для быстрой и точной оценки действий обучающихся и принятия им соответствующих решений. Заметим, информационный канал является преимущественно визуальным. По разнородной визуальной информации инструк­тор должен установить, как пилот или другой оператор в кон­кретной ситуации осуществляет предписанные РЛЭ процедуры, какие операции он предпринимает при изменении обстановки, как выполняет полет.

Для формирования суждений о качестве пилотирования и допущенных ошибках, с одной стороны, и выработки оперативных команд, проведения послеполетных разборов и т.п. — с другой, инструктор должен проводить существенную обработку этой информации. Кроме того, инструктор должен располагать данными о прохождении полета с тем, чтобы иметь возможность осуществлять необходимые процедуры управления тренажером. Во всех случаях большое значение имеет вид, качество и воспринимаемость самой информации, технический уровень используемых инструментальных средств.

В тренажерах предшествующих поколений информационный канал реализовывался относительно просто: пульт инструктора пов­торял основные пилотажные приборы, установленные в кабине пилотов или других операторов. Кроме того, инструктор имел возможность воспринимать непосредственно или с помощью дублирующей системы внешнюю визуальную информацию, поступающую к экипажу. Если он располагался в кабине, то мог следить за управляющими манипуляциями курсантов; кроме того, в кабине он ощущал те же акселерационные воздействия, что и экипаж; тем самым расширялся информационный канал.

В описанной схеме контрольные и обучающие функции ин­структор вынужден был осуществлять без какой-либо дополнитель­ной или специальной аппаратуры. Существенным эргономическим ограничением являлось то, что повторители пилотажных приборов на пульте и имитируемая визуальная информация представляют собой адекватное средство только для эквивалентного управления ЛА; выполнение же с их помощью инструкторских задач далеко не просто. Для того чтобы понять, правильно ли пилот пилотирует ЛА, определить, соблюдает ли он заданную программу и оценить, какие допущены ошибки, инструктор располагал только косвенной информацией о протекании полета. Он должен был воспринимать показания стрелочных пилотажных приборов или командных индикаторов, охватить изменение внешних визуальных ориентиров, мы-

сленно обработать все эти данные, сравнить их с программой и собственной концептуальной моделью, сформировать представле­ние о том, как на самом деле пилот пилотирует ЛА. На этой основе инструктор должен был принять решение, необходимо ли с его стороны какое-либо вмешательство в тренировку или в действия экипажа, а затем выполнить это вмешательство в виде указаний или управляющих процедур.

Таким образом, в эргономическом смысле деятельность инструк­тора была организована не оптимально. Средства отображения информации не были должным образом приспособлены к его функциям, а какие-нибудь агрегаты для обработки этой информации отсутствовали. Расположение РМИ в подвижной кабине частично компенсирует указанные недостатки, но оказывает отрицательное воздействие на инструктора, особенно если последний должен находиться в ней в течение всей смены. Поэтому существуют AT с двумя РМИ — в кабине и вне ее.

Оперативная корректирующая связь, по которой инструктор дает текущие указания курсантам, осуществляется голосом (если РМИ находится в кабине) или по радио. Какие-либо корректирующие индикаторы на РМО до последнего времени не применялись.

На тренажерах старого типа управляющие воздействия, например ввод отказов, начальных условий, возмущений выполнялся вручную с помощью системы кнопок, ручек и тумблеров на пульте. Естественно, для этого приходилось проводить многошаговые процедуры.

Помимо всего сказанного инструктор должен имитировать функ­ции наземных служб и УВД, а это еще больше увеличивает его нагрузку, если не применяются специализированные агрегаты. Следует учесть, что рабочие процессы на важнейших участках тренировочного полета — на взлете, посадке, уходе на второй, круг — весьма скоротечны; отсюда ясно, что обучающие возможно­сти инструктора на тренажерах того периода оказались существенно ограниченными, особенно перед лицом возрастающих задач самолетовождения.

Естественно, большой объем задач, решаемых неинструменталь­ным путем, на основе «мыслительной» или ручной деятельности, не мог быть выполнен качественно и в те ограниченные интер­валы времени, которыми располагает инструктор в процессе тре­нировки. Наличие пределов пропускной способности инструктора как оператора ограничивают его возможности по восприятию и обработке больших массивов информации за короткое время. Еще в большей мере ограничены возможности принятия правильных решений, которые зачастую являются и единственными.

Большую роль в создавшемся положении играло то, что информация, поступающая к инструктору от приборов-повторителей и СИВВО, была для него неудобна и недостаточна. Инструктор мог допускать ошибки различного рода, либо совершать пропуски в выполнении контрольных, корректирующих или управляющих.

функций. В результате снижалась эффективность процесса обучения в целом.

Усложнение программ самолетовождения и условий пилотирова­ния, насыщение кабины пилотов многочисленными приборами, увеличение числа функциональных систем, входящих в состав ЛА как авиационный комплекс, возрастание возможного числа видов отказов, а главное повышение требований к безопасности полета, сделали такую неинструментальную деятельность инструк­тора неперспективной. Возникла задача принципиального изменения облика РМИ, превращения его в автоматизированный узел.

Следовало отказаться от подхода к информационному пульту инструктора как повторителю приборной доски экипажа. Информационное обеспечение инструктора подлежало коренному изменению. Необходимо было существенно усовершенствовать все обучающие связи, повысить их технический уровень. В конечном счете должен был быть создан специализированный, автомати­зированный комплекс инструкторского оборудования, четко ориенти­рованный на принципиальное облегчение всех видов обучающей деятельности. Это должно было касаться всех функций инструк­тора: подготовки тренировок, контроля и корректировки пилотиро­вания, управления процессом обучения, послеполетного разбора, формирования итоговых оценок, документирования данных, подго­товки на их основе планов контрольных и периодических занятий.

Однако решение столь сложного и объемного пакета вопросов не могло быть осуществлено в короткие сроки и в полном объеме. Оно выполнялось последовательно, несколькими этапами, путем реализации в различных поколениях тренажеров. Отдельные направления решения общей задачи поначалу развивались изоли­рованно, зачастую без должной взаимной увязки. Обязательность системного подхода ко всей проблеме разработки автоматизиро­ванного инструкторского комплекса как средства интенсификации обучения стала очевидной только в самое последнее время. Реализация системного подхода к созданию РМИ в целом пока еще не может считаться завершенной.

Вначале к ставшему традиционным инструкторскому пульту была подключена контрольно-записывающая аппаратура. Вскоре встал вопрос об автоматизации процесса воспроизводства и выдачи информации о ходе обучения. Затем пульт стал снабжаться алфавитно-цифровым и графическим дисплеями, существенно изме­нившими вид и качество информации, поступающей к инструктору. Усовершенствованию подверглась и аппаратура для ввода начальных условий и отказов. Многошаговые операции были заменены автома­тизированным включением нужных сценариев.

В определенный период во многие AT были введены такие конструктивные режимы, как «замораживание задачи», «повтор», «демонстрационный, полет». Предполагалось, что, остановив ход выполнения тренировочного упражнения, например из-за допущен­ной ошибки пилота, инструктор сумеет на «замороженной» картине

показать обучающимся допущенные погрешности. Затем курсант продемонстрирует правильную технику пилотирования. Однако ока­залось, что на практике эти режимы используются крайне редко [33]. Многие инструкторы считают, что подобная остановка нереалистич­на и нарушает единую, привычную картину «полета». Более того, ее использование может вызвать у обучающихся неверные иллюзии и стереотипы. Не менее важным является то, что рядовой пилот не в состоянии по «замороженному» моменту полета понять существо допущенных ошибок и научиться находить пути к их устранению или недопущению в будущем. Ведь ошибки как неоднократно указывалось выше, заключаются в отступлении от программ пилотирования, перепутывания операций, пропуска отдельных процедур. Установить это по «замороженному» положе­нию воздушного судна, довольно сложно. Кроме того, при использовании перечисленных режимов тренажер останавливается на менее длительный период, что снижает коэффициент его использования.

Совершенствование электронной техники, с одной стороны, и использование принципов системного подхода, с другой, позволяют найти правильный путь, обеспечивающий кардинальное решение

проблемы.

Специализированный перспективный инструкторский комплекс AT должен включать следующие автоматизированные подсистемы:

подготовки и предварительной проработки задачи (расположена на выносном пульте);

ввода сценария и управления ходом имитированного полета;

контроля работы экипажа с выдачей на алфавитно-цифровой и графический дисплеи ошибок экипажа;

записи, воспроизведения и анализа текущих параметров пилотирования;

документирования процесса тренировок и накопления данных в долговременной памяти;

корректировки и оперативного управления тренировкой;

контроля за состоянием тренажера и локализацией возникаю­щих отказов.

В последнее время начали интенсивно развиваться так называе­мые экспертные («подсказывающие») системы, способные существенно облегчить работу инструктора.

Завершая изложение, целесообразно хотя бы вкратце высказать некоторые суждения о перспективах развития направлений, рассмотренных в книге.

Задача существенного повышения безопасности полетов за счет улучшения тренажеров и совершенствования процесса обучения летных экипажей вполне разрешима. Однако эта задача является многоплановой, охватывает очень много аспектов. Она может быть решена только с помощью комплексного подхода, на основе передовой технологии, высокоэффективных ЭВМ, прогрессивных методов имитации. Вместе с тем нельзя забывать об экономических ограничениях и факторе времени. Продолжительность создания и внедрения AT должна быть четко увязана с контрольными сроками «жизненного цикла» воздушных судов. Нельзя забывать и о прогрессе в развитии летательных аппаратов, насыщении их сложным бортовым оборудованием.

Для решения всего этого пакета проблем необходимы интенсивные, глубокие опережающие научные и экспериментальные исследования.

Авторы понимают, что им далеко не полно удалось реализовать все те замыслы, которые были сформулированы во введении. Читатель наверняка заметит и другие огрехи. Авторы будут благодарны всем, кто пришлет свои отзывы и выскажет пожелания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Автоматизированные обучающие системы профессиональной подготовки опе­раторов летательных аппаратов/ Под ред. В. Е. Шукшунова. — М.: Машиностроение, 1986.—240 с.

2. Акимов А. И., Берестов Л. М., Михеев Р.А. Летные испытания вертолетов. — М.: Машиностроение, 1980.—400 с.

3. Бичаев Б. П. и др. Морские тренажеры (структура, модели, обучение). Л.: Судостроение, 1986.—288 с.

4. Богачев С. К. Авиационная эргономика. —М.: Машиностроение, 1976.-192 с.

5. Боднер В. А. и др. Авиационные тренажеры. — 1976.—192 с.

6. Браун Д. Б. Анализ и разработка систем обеспечения техники безопасности, системный подход в технике безопасности/ Пер. с англ. М: Машиностроение, 1979—360 с.

7. Бюшгенс Г. С, Студнев Р. В. Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. — М.: Машиностроение, 1979.—352 с.

8. Венда В. Ф. Инженерная психология и синтез систем отображения информации. — M.: Машиностроение, 1975.—220 с.

9. Губинский А. Я. Надежность н качество функционирования эргатических систем. — Л.: Наука, 1982. — 270 с.

10. Гуглин И.И. Электронный синтез телевизионных изображений. — М.: Сов. радио, 1979.—256 с.

11. Денисов А А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. — Л.: Энергоиздат, 1982 —288 с.

12. Дэвис Д. Пилотирование больших реактивных самолетов/ Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1975. — 368 с

13. Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов стран—членов СЭВ. — М.: Междуведомственная комиссия по нормам летной годности гражданских самолетов и вертолетов СССР. — 1985.—470 с

14. Жулев В. И., Иванов В. С. Безопасность полетов летательных аппаратов/ теория и анализ. — М.: Транспорт, 1986.—224 с

15. Калачев Г. С. Самолет, летчик и безопасность полета. — М.: Машиностроение, 1979.—224 с.

16. К истории отечественной авиационной психологии/ Под ред. К.К. Платонова— М.: Наука, 1981. — 318 с.

17. Ковалев А. М., Талмыкин Э. А. Машинный синтез визуальной обстановки. Автометрия, 1984.—№ 4. — с 67—76.

18. Коренев Г. В. Цель и приспособляемость движения. —М.: Наука, 1974.—528 с.

19. Кочубиевский Я. Д. и др. Динамическое моделирование и испытания технических систем. — М.: Энергия, 1978.—303 с.

20. Красовский А. А., Кудиненко Л. В. Пилотажные и комплексные тренажеры.— М.: Изд. ВВИА им. Жуковского, 1984.—204 с

21. Меерович Г.Ш. Эффект больших систем. — М.: Знание, 1985. – 192 с.

22. Мейстер Д. Эргономические основы разработки сложных систем/ Пер с англ. М.: Мир, 1979.—453 с.

23. Пономаренко В, А,, Лапа В.В. Профессия — летчик: психологические аспекты. — М.: Воениздат, 1985. — 136 с.

24. Покровский Б. Л. Летчику о психологии. — М.: Военнздат, 1984.—100 с.

1. Поспелов А.А. Ситуационное управление. Теория и практика.— М.: Наука, 1986. —288 с.

2. Цибулевский И.Е. Человек как звено следящей системы.— М.: Наука, 1981. —288 с.

3. Цибулевский И.Е. Ошибочные реакции человека-оператора.— М.: Сов. радио, 1979. —208 с.

4. Чебышева В.В. Психологические основы формирования производственных умений и навыков.— М.: Высшая школа, 1980. —112 с.

5. Шапиро Д.И. Принятие решений в системах организационного управления. Использование расплывчатых категорий.— М.: Энергоатомиздат, 1983. —184 с.

6. Шукшунов В.Е. и др. Тренажерные системы.— М.: Машиностроение, 1981. —256 с.

7. ADREP Summary ICAO Monreal 1972—1986

8. Aircraft Accident Digest. ICAO Monreal 1972—1986

9. Charles I.P. Ricard G.L. Instructional features for training simulators. Int. Conf. of Simulators, Brighton, USA, 1983, p 76-80

10. Gailand F. Total simulation: a realistic aim or an expensive luxury? ICAO Bulletin, 1980, v. 35, IV, № 4, p. 35-38

11. ICAO Bulletin, 1978, v.33, IV, № 4, p. 12-28; 1980, v. 35 № 4, p. 12-16; 1982, v. 37, XI, № 11, p. 18-22

12. Ralli Marcelli. Una metodologia nuova per constuiro il pilota modern. Aviazone, 1985, v. 23, № 192, p. 75, 77-78, 130.

13. Waag W.L. The role of information feedback in aircrew. Aeronavtical Journal, 1982, v. 23, № 853, p. 93-96

14. World Airline Accident Summary, CAA, London, Printed and Publication, 1972-1986.

15. R. Hurst, L. Hurst. Pilot Error: The Human Factors. Second edition. Русский пер. Ошибки пилота: человеческий фактор/Пер. с англ. А.С. Щеброва.— М.: Транспорт. 1986. —262 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Принятые сокращения	3
Введение	5
Глава 1. Безопасность полетов и задачи обучения экипажа на тренажерах	8
Авиационный тренажер как обучающее средство	8
1.2. Обобщенная структура авиационных тренажеров и их классификация	19
1.3. Безопасность полета: градации последствий особых ситуаций	31
1.4. Количественные критерии оценки последствий особых ситуаций и уровня безопасности полета	39
1.5. Статистический анализ распределения летных происшествий по этапам полета и роли ошибок экипажа в их возникновении	45
1.6. Типовая структура подготовки экипажей воздушных судов; задачи обучения, решаемые с помощью тренажеров	51
Глава 2. Системно-эргономический подход к формированию с помощью тренажеров навыков и умений летной деятельности	61
2.1. Летная годность воздушных судов и эргономическое обеспечение безопасности полета	61
2.2. Развитие системно-эргономического подхода к обучению на тренажерах	69
2.3. Типовые функции летной деятельности	81
2.4. Характерные особенности магистральных гражданских самолетов, подлежащие учету при обучении пилотированию	86
2.5. Комплекс знаний, навыков и умений как цель обучения летных экипажей	96
2.6. Алгоритмы пилотирования в «штатных» условиях; типовые ошибки операторов при выполнении дискретных процедур	104
2.7. Непрерывное пилотирование в «штатных» условиях и некоторые типовые ошибки	114
2.8. Общий алгоритм действий при возникновении «нештатных» ситуаций	121
2.9. Алгоритмы парирования функциональных отказов и завершения полета	136
2.10. Пилотирование по непрерывным программам как многоконтурный эргатический процесс	144
Глава 3. Расчетные случаи как один из системно-эргономических компонентов построения авиационных тренажеров и обучения экипажей	147
3.1. Предпосылки применения расчетных случаев и методология анализа «нечетких» множеств	147
3.2. Возможные решения задачи построения системы расчетных случаев для проектирования тренажеров и обучения пилотированию в «штатных», «нештатных» и экстремальных условиях	152
3.3. Принципы составления системы расчетных случаев для тренажеростроения	160

Схемы формирования перечня функциональных отказов, подлежащих включению в систему предпосылок расчетных случаев	169
Комбинации отказов и сопутствующих факторов как типовые при- чины летных происшествий	176
Глава 4. Летательные аппараты как объекты имитационного моделирования в тренажерах	187
4.1. Сущность понятия адекватности авиационных тренажеров	187
4.2. Информационная, динамическая и эргономическая адекватность	194
4.3. Основные положения синтеза комплексного авиационного тренажера	197
4.4. Принципы построения математической модели динамики полета летательного аппарата	206
4.5. Внешние и атмосферные условия: воздействия на характеристики и имитация в тренажерах	213
4.6. Моделирование систем управления летательным аппаратом	224
4.7. Моделирование полуавтоматических и автоматических систем управления летательным аппаратом	229
4.8. Имитаторы систем управления конфигурацией самолета и других систем	235
4.9. Корректировка математической модели полета по материалам летных испытаний	236
4.10. Моделирование тяги и характеристик расхода топлива	239
Глава 5. Моделирование комплексов бортового оборудования	244
5.1. Состав и общая характеристика бортового оборудования	244
5.2. Моделирование работы навигационных систем	247
5.3. Имитаторы пилотажных приборов и указателей навигационных систем	253
5.4. Системы моделирования работы силовых установок	258
Глава 6. Вычислительные комплексы авиационных тренажеров	262
6.1. Требования к вычислительным комплексам	261
6.2. Типы вычислительных комплексов	264
6.3. Особенности цифровых вычислительных систем	267
6.4. Устройства связи	270
6.5. Микропроцессоры и их использование в вычислительных комплексах авиационных тренажеров	273
6.6. Вычислительные сети тренажеров 80-х годов	276
Глава 7. Имитация физических факторов для обеспечения информационной адекватности	278
7.1. Общая характеристика систем имитации внешней визуальной обстановки	278
7.2. Оптико-механические, диапроекционные и кинопроекционные имита­торы визуальной обстановки	284
7.3. Телевизионные имитаторы визуальной обстановки	287
7.4. Имитаторы визуальной обстановки с синтезируемым изображением	296
7.5. Связь имитатора визуальной обстановки с системами тренажера; некоторые перспективы	305
7.6. Обеспечение акселерационной информации в имитированном полете на тренажере	308
7.7. Кинематическая схема систем подвижности	310
7.8. Структура вычислителей управления подвижностью	314
7.9. Имитация акустической информации	316

Глава 8. Контроль и управление обучением на тренажере	320
8.1. Тренажер как эргатическая обучающая система и роль инструктора	320
8.2. Краткая характеристика функций инструктора и методических аспектов обучения	323
8.3. Общие характеристики оборудования, используемого инструктором, и направления его развития	327
8.4. Принципы построения и структура рабочего места инструктора	331
Литература	337

1 Этот термин введен Г. В Кореневым в [18]

2 В иерархических системах нумерация уровней идет в порядке, обратном значимости: высшим является I уровень, далее идет II и т. д.

3 Имеются в виду самолеты как с турбореактивными, так и с турбовинтовыми двигателями.

4 Ситуации, I которых управляемость или маневренность полностью отсут­ствует, являются катастрофическими вне зависимости от действий экипажа. Од­нако, как было показано в примере, проведенном в гл. i разд. 1.7, даже, казалось бы, в безвыходных положениях может сохраниться ограниченная управляемость за счет избыточности систем Л А. Воспользоваться этой избыточ­ностью и избежать катастрофу экипаж может только при очень высокой профессиональной подготовке, полученной на АТ.