Определение уровней безопасности полетов в гражданской авиации на основе моделей рисков возникновения авиапроисшествий

2008 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 135

серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов

УДК 629.797.004

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ РИСКОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВИАПРОИСШЕСТВИЙ

ФАМ ВАН ЗУНГ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Куклевым Е.А.

Дается схема построения математической модели оценивания уровня опасности в процессах эксплуатации воздушных судов на основе результатов обобщения материалов научных российских и зарубежных публикаций по проблемам создания в ГА России и в других странах перспективных систем управления безопасностью полетов с помощью способов управления рисками в смысле определений ИКАО.

Введение

Обсуждаются вопросы обоснования системного подхода к оценке безопасности полета (safety) в гражданской авиации. Предлагается определять показатели безопасности авиационных систем через риск, чтобы осуществить объективное измерение уровня безопасности с учетом множества возможных факторов риска, влияющих на функционирование названных классов систем. Риски рассматриваются как мера опасности возникновения в полете или в авиационной системе в целом неблагоприятных событий под воздействием внешней среды и ошибок в действиях пилотов ВС и операторов систем УВД и при отказах авиатехники. Актуальность темы связана с тем, что в гражданской авиации (ГА) Российской Федерации (РФ) интенсивно внедряются рекомендации международной организации ИКАО по "Теории и практике управления рисками" с целью уменьшения аварийности на воздушном транспорте.

В данной работе даётся обобщение и развитие результатов, полученных профессором Куклевым Е.А. [1] по разработке управляемых рисков в рамках новых направлений оценки безопасности полетов с учетом статистических данных и результатов мониторинга в гражданской авиации (ГА). Апробация полученных результатов была произведена в гражданской авиации Вьетнама в связи с тем, что парк новых ВС в сравнении с ГА России более разнообразен.

Основными задачами в сфере безопасности полёта (safety) являются следующие [1-3]:

- расширение области применения в ГА базовых положений теории безопасности и рисков;

- использование метода структурного анализа рисковых ситуаций в системах с помощью компьютерных программ для цифрового моделирования комбинаторик полетных ситуаций в виде сценариев смены событий, ведущих к авариям (к катастрофе - по Куклеву Е.А. [1]).

1. Постановка задачи

Обнаруживается многоальтернативность некоторых определений рисков и безопасности в гражданской авиации, что затрудняет установление соответствия показателей безопасности в разных странах и, в частности во Вьетнаме, где эксплуатируются ВС зарубежного производства.

В гражданской авиации в Российской Федерации ( РФ) в новом документе - в Указе Правительства РФ - в соответствии с ГОСТ Р 51897-2002; ГОСТ Р 51898-2002 с использованием парных оценок (в соответствии SO, ИКАО в виде): «Безопасность - состояние, при котором риск вреда (персоналу) или ущерб ограничены допустимым уровнем», рекомендовано рассматривать единое определение безопасности полетов [2], которое приведено в соответствие с международными регламентирующими документами, в частности, с ISO [4]. Из этого следует, что

понятие «в системе отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда объектам и субъектам» более не должно применяться как официальная рекомендация (ГОСТ Р 51897-2002).

При общем подходе к разработке теории безопасности следует считать неясными понятия: «Риск ... - возможность нежелательного явления», Риск - «вероятность явления»..., и т.п.. Основанием для этого, кроме [2], можно также считать некоторые известные из публикаций в РФ (ИПУ РАН-2000, ВИНИТИ [2]) положения, касающиеся понятий «рисков» в виде: «Интегральный риск» на 2-мерной таблице, «риск» - «событие», «оценка риска» - двухмерная в виде клеточной таблицы (матрицы) (МЧС - Порфирьев Б.Н. Проблемы безопасности; РАН - Ма-линецкий Г.Г., Кульба В.В.). При этом в программе РУБП [4]), предложенной ИКАО, даётся рабочий обязательный инструмент в виде 2-мерной оценки риска с помощью 2-мерной матрицы оценки рисков для нечётких мер принятых показателей безопасности.

Представляется целесообразным:

- исследовать катастрофы (и чрезвычайные ситуации) в рамках теории редких событий, поскольку понятие эквивалентности в виде «риск-это вероятность» - не объясняет полной сущности явлений рискового характера;

- найти способы оценивания опасности (безопасности) по дополнительным источникам информации - без «статистики», объём которой может быть недостаточным для корректных выводов.

Перспективным является использование, согласно указанным публикациям РАН и МЧС [2.5]), следующих определений:

- риск - событие;

- причина аварий - цепочка событий или сценарий, завершающиеся попаданием системы в «опасное состояние», которое в свою очередь должно быть формально некоторым образом описано (например, через цепи Дж. Ризона по ИКАО).

Один из вопросов данной темы заключается в объяснении принципов управления безопасностью (или рисками по ИКАО) на основе классических схем изучения управляемых процессов (например, в рамках теории автоматического управления).

2. Схема решения задачи по оценке безопасности эксплуатации ВС

Принимаются следующие основные положения сформулированной проблемы:

• использование определений риска, включающие понятия вида фактический риск, текущий риск, прогнозируемый риск, приемлемый (допустимый) риск, расчётный риск;

• признание положения, что "Катастрофы" (и серьёзные происшествия) являются редкими событиями с вероятностью появления «почти-нуль», число факторов велико, информация о причинах катастроф появляется со случайным временем ожидания катастрофы;

• переход к новой концепции обеспечения безопасности полётов на основе определения "Безопасности" по [3] и 1Б0 - 8402 и соответствующих математических моделей рисков;

• методическую основу расчетных технологий и процедур оценивания рисков и схемы выбора приемлемого риска могут составлять использование элементов следующего вида - «Цепи, события в рисковых ситуациях, рисковые события», «Взвешивание рисков», «Управление риском, цель управления, достижение приемлемого риска», «Предупреждение катастроф, авиапроисшествий с учётом расчётного (потенциального) риска», «Предотвращение авиационных происшествий на основе оценок риска и управления рисками».

3. Формализованное определения рисков

Предлагается принять по [1]) определения риска, которые отражают физическую природу рисковых явлений и ситуаций и могут быть формализованы математически, поскольку из фи-

зической трактовки сущности риска вытекает, что риск - символическое обозначение некоторой опасности с неопределенностью появления нежелательных последствий. В связи с этим представляется корректным принять два следующих эквивалентных по сущности определения.

Определение 1

Риск - это опасность с некоторой степенью или мерой этой опасности (с нечёткой мерой оценивания уровня (или степени) опасности (или угроз)) и определенным ущербом» (возможно с нечёткой мерой оценивания уровня (или степени) опасности или угроз риска возникновения нежелательных результатов или ущербов в опыте с нежелательными последствиями. Степень опасности или степень риска - это объективная мера неопределенности возникновения нежелательных последствий (например, по вероятности).

При этом могут быть оценены нечеткие средний ущерб и интегральное (нечеткое) значение риска. Нечеткость меры неопределенности степени риска или ущерба является основанием для введения матрицы «Анализа рисков» и использования некоторой лингвистической переменной типа «Больше», « Меньше».

Определение № 2

Риск - это случайное (неопределённое) дискретное событие, наступление которого несёт нежелательные последствия или ущерб.

Из сформулированных определений рисков вытекают некоторые следствия.

Следствие 1. Риск как физическая категория должен оцениваться через 2-мерное множество показателей: меру неопределенности появления негативного результата (степень риска) и меру последствий или ущерба (цена или величина риска); мера неопределённости - это степень риска (больше, меньше или однозначное число - типа частоты по доступной статистике событий, вероятность (при априорных оценках) или экспертный показатель).

Следствие 2. В опасных ситуациях с вероятностью результатов почти нуль допустимо оценивать риск по относительным и условным показателям и, в пределе, только по величине возможного ущерба. (Такова практика оценивания рисков по величине убытков, ущербов или потерь, например, в ГА по ИКАО, при страховании или при оценке последствий от землетрясений

- в МЧС РФ).

Для оценки R величины риска R как математической категории могут быть приняты формулы оценивания рисков по [1] в виде:

Формула 2-мерного (нескалярного) оценивания рисков (формула 1):

R - риск (событие), R - оценка,

R = {m1,HR } или R = {m1,HR |Z 0 } где £0 - условия опыта или ситуация при эксплуатации системы (класс опасности или модель

Л

системы), при катастрофах будет HR = HR - const, в других задачах HR ° Hr - средний ущерб

Л

(скаляр), оценка R ° R - скаляр; m1 - мера случайности рискового события (мера риска первого рода).

Формула 3-мерного оценивания рисков (формула 2):

R - риск (событие); R - оценка,

R = Wm2,hr} или R = 1^m2,hr|Z0 }

где ^0 - те же, как и в формуле 1(выше), условия опыта или ситуация (нештатная), в полёте (в гражданской авиации); m1 - степень риска (мера неопределенности события - типа риска R в формуле 1 - выше); m2 - дополнительный показатель опасности или системной ошибки, зало-

женный в структуре системы и взаимосвязи её элементов (показатель угрозы при вероятности событий «почти-нуль»).

Следствие из формулы 2: При вероятности катастроф «почти-нуль» дополнительный показатель опасности m 2 (меры риска 2-го рода), целесообразно измерять, например, по методу цепей Дж. Ризона.

4. Концепция управления безопасностью полетов на основе математических моделей рисков

Основу концепции составляет методика управления рисками по программам ИКАО, в которой предусматриваются этапы:

а) проактивное по РУБП (по ИКАО) или априорное оценивание величины риска по показателю степени риска с постоянным ущербом ( для случаев катастроф);

б) активное или апостериорное оценивание при поиске источников опасности (угроз - по [1]) .

Определения «Управление безопасностью полётов» и «Управление риском» - логически взаимно связаны, т.к. без понятия риска управление безопасностью трудно согласовать с положениями теории управлении системами. Следует признать, что управление рисками - это инструмент первого процесса на этапе проактивного воздействия на возможное состояние системы обеспечения безопасности полетов.

При этом на основании моделей рисков (1),(2) и определения безопасности по ИКАО вводится понятие приемлемого риска R (меры по шкале матрицы рисков), также оценивается и расчетный риск R для рассматриваемой опасности полетов при конкретной и обнаруженной угрозе по выделенным, например, факторам Ф1,ЭФ2. Далее, как и в теории управления, составляется невязка рисков «невязка рисков» в виде « R , R », зависящая от факторов Ф1,ЭФ2:

% и* % и*

«delta R , R » - зависит от факторов Ф1,ЭФ2:

«delta R*, R***» = (R*- R***) = Б(Ф1, Ф2).

На основе невязки можно назначить проактивно управляющие воздействия на систему и снизить также проактивно риск, что обеспечивает повышение уровня безопасности полетов. На активной фазе это позволяет, например, экипажу ВС уклоняться от опасных факторов (не принимать рисков или снижать тяжесть последствия от проявления опасного фактора Ф1 или Ф2):

U(«delta R, R ») = Г(Ф1, ЭФ2) влечет min R = {m1,m2,HR0,Ф1,Ф2} или (R<R ).

Практически управление рисками обозначает управление процессами или событиями при возникновении ситуаций или сценариев событий, ведущих к возникновению «Катастроф», «Авиапроисшествий», «Предпосылок к авиапроисшествиям» и инцидентам.

Заключение

Сформулированные рекомендации по оценке безопасности и модели рисков могут найти применение в гражданской авиации в следующих практических случаях:

• для обнаружения опасных сочетаний факторов риска при оценивании безопасности эксплуатации высоконадежных применительно к космическим системам, к самолётам, к вертолётам;

• «при обосновании эксплуатационных требований по безопасности к авиационным конструкциям и системам (при оценивании летной годности самолётов, вертолётов, космических аппаратов).

ЛИТЕРАТУРА

1. Куклев Е.А. Оценивание безопасности сложных систем на основе моделей рисков. Труды XV Международной конференции. Часть 1. Проблем управления безопасностью сложных систем. ИПУ РАН, МЧС. - М.: 2007. - С. 93-97.

2. Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. Вып. 7; под ред. Н.А. Северцева. - М.: ВЦ им. А.А. Дородницына РАН, 2005.

3. Государственная Концепция обеспечения безопасности России

4. British Standart. Quality management and quality-assurance. - Vocabulary. ВС EN IS0-8402: 1992.

5. Руководство по обеспечению безопасности полетов (РУБП) (перев. с англ.) - Doc. 9859, AN/460- ИКАО (Монреаль), Минтранс РФ. - М., 2007.

6. Бурков В.Н. и др. Модели и механизмы управления безопасностью. - М., 2001.

DETERMINATION OF FLIGHT SAFETY LEVEL IN CIVIL AVIATION,

BASED ON MODEL OF RISK

Pham Van Dung

The Concept of New Mathematical Risk Models and principles of Flight Safety Con-trol according ICAO based on model of Risk are proposed

Сведения об авторе

Фам Ван Зунг, 1964 г.р., окончил ОЛАГА (1985), аспирант Университета гражданской авиации в Санкт- Петербурге, гражданин Вьетнама, преподаватель Авиационного Учебного Центра в Ханое при УГА Вьетнама, автор 13 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов.