Методы оценки эффективности систем отображения полетных параметров воздушного судна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.14, кандидат технических наук Столяров, Николай Николаевич

• Столяров, Николай Николаевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Столяров, Николай Николаевич

Введение.

Глава 1. Теоретические принципы эргономического исследования и оценки эргономического качества СОИ.

1.1. Анализ современного состояния и методов исследования зрительной деятельности пилота.

1.2. Методология исследования процесса взаимодействия пилота с СОИ при математическом моделировании системы "пилот-ВС-атмосфера".

1.3. Выводы по главе 1.

Глава 2. Математические методы описания зависимости качества пилотирования от частотных характеристик зрительной деятельности пилота.

2.1. Формализация основных пилотажных задач в линейной модели движения самолета в возмущенной атмосфере.

2.2. Математическая формализация задачи определения необходимой частоты поступления информации в следящую систему.

2.3. Спектральные характеристики оптимального управления в следящей системе.

2.4. Информационные потоки в следящей системе.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. Закономерности процесса взаимодействия пилота в СОИ, определяемые аэродинамическими характеристиками ВС и заданной точностью пилотирования.

3.1. Математическое моделирование динамики ВС при заходе на посадку в возмущенной атмосфере.

3.2. Частотные характеристики зрительной деятельности пилота при стабилизации ВС в условиях нестационарных атмосферных возмущений.

3.3. Относительная зрительная и информационная загрузка пилота по приборной информации.

3.3.1. Показатель относительной зрительной загрузки пилота по приборной информации.

3.3.2. Результаты расчетов информативных и оперативных частот ГШ самолета Туи относительной зрительной загрузки пилота при заходе на посадку.

3.3.3. Расчет информационной загрузки пилота по приборной видеоинформации.

3.4. Вероятностные характеристики структуры зрительной деятельности пилота.

3.5. Особенности обучения экипажа распределению зрительного внимания в приборном полете.

3.6. Выводы по главе 3.

Глава 4. Объективные методы эргономической экспертизы

СОИ самолета.

4.1. Методология эргономической экспертизы СОИ по теоретически оптимальным и реальным характеристикам СЗД пилота и качеству пилотирования.

4.2. Обобщенные показатели эргономического качества СОИ.

4.3. Концепция эргономически эталонной СОИ.

4.4. Оценка эргономического качества электромеханической СОИ,

КИИ, СЭИ-85 и СОИ с индикацией вектора полной энергии, подобной PFD А

4.4.1. Исследование эргономического качества электромеханической СОИ.

4.4.2. Оценка эргономического качества комплексного пилотажного индикатора СЭИ-85.

4.4.3. Эргономическое исследование СОИ с индикацией вектора полной энергии (PFD А-320).

4.5. Эргономическое проектирование СОИ самолета с совмещенной визуализацией полетных параметров.

4.6. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы оценки эффективности систем отображения полетных параметров воздушного судна»

Авиационные системы являются одними из наиболее сложных и динамичных современных систем, которые в процессе эксплуатации воздушного судна (ВС) предъявляют особо высокие требования к организации процесса взаимодействия человека и техники. Поэтому в авиационных системах на фоне постоянного совершенствования их технической части и наземного обеспечения полетов часто проявляются специфические особенности функционирования систем, охватываемые понятием «человеческий фактор». На начальном этапе развития авиационной эргономики термин «человеческий фактор» имел ограниченную трактовку как причина авиационных происшествий, возникших исключительно по вине экипажа самолета. Почти до конца 70-х годов считалось, что непреднамеренное формирование ошибочных действий экипажем самолета является следствием единственной причины - недостаточной профессиональной подготовкой пилотов. Такая концепция, выделившая только одну из многочисленных проблем обеспечения эффективного взаимодействия человека и техники, обосновала необходимость повышения уровня профессиональной подготовки летного состава путем создания новых методов и средств обучения на базе тренажерных комплексов. Практическую эффективность этого несомненно важного пути повышения безопасности полетов трудно оценить объективно ввиду отсутствия статистики предотвращенных профессионально грамотными действиями экипажей самолетов предпосылок к авиационным происшествиям. Однако статистика авиационных происшествий и предпосылок к ним в результате ошибочных действий экипажа не отметила снижения их количества. По результатам факторного анализа безопасности полетов в СССР, проводимого ежегодно специалистами ГосНИИГА, во второй половине 80-х годов более 60% авиационных происшествий и предпосылок к ним происходило в результате ошибочных действий членов экипажа. При этом только 4% всех ошибочных действий происходило в особых условиях полета, остальные 96% возникали в ожидаемых условиях эксплуатации и были связаны в первую очередь с нарушением экипажем норм, установленных в РЛЭ в виде эксплуатационных ограничений на параметры траектории самолета и на параметры функционирования самолетных систем. Аналогичная ситуация отмечена в странах - членах ИКАО: достигнутый к концу 70-х годов уровень безопасности полетов в последующие годы практически стабилизировался и не проявляет отчетливо выраженной тенденции к дальнейшему повышению [17], [18], [43], [51].

Сохраняющийся, несмотря на энергичное внедрение профилактических методов и новых средств обучения летного состава, высокий уровень ошибочных действий экипажей создал объективные предпосылки для объяснения причины многих ошибочных действий экипажей недостаточным соответствием технических средств авиации реально ограниченным возможностям человека. Такая концепция позволяет выделить в качестве объекта исследования в системе «пилот-самолет» одно из основных звеньев, обеспечивающих направленное на выполнение пилотажных задач взаимодействие пилота с самолетными системами - систему отображения информации (СОИ) самолета. В гражданской авиации на этапах полета, отличающихся наибольшим числом авиационных происшествий и предпосылок к ним по вине экипажа (заход на посадку, взлет), взаимодействие пилота с СОИ имеет наиболее динамичные характеристики по сравнению с другими самолетными системами: частота переноса взгляда пилота с одного прибора на другой в нормальных условиях захода на посадку обычно составляет 100-120 переносов в минуту [40], [41]. Такой уровень загруженности пилота по зрительному каналу приема информации вызывает вполне обоснованные сомнения в психофизиологических возможностях пилота безошибочно обеспечивать этот процесс и указывает на актуальность исследований в этом направлении.

Теоретические предпосылки для этих исследований были заложены в трудах отечественной школы по инженерной психологии, посвященных уточнению и развитию понятия «человеческий фактор». В работах Ю.П. Доброленского и В.А. Пономаренко [17], [18] доказана методологическая целесообразность расширения интерпретации этого понятия для более полного описания взаимосвязи явлений в системе «пилот-самолет». Введенная В.А. Пономаренко концепция «человеческого фактора» позволяет раскрыть динамику летного происшествия и найти причину, дифференцирующую истинную вину пилота от ошибки, опосредованной обстоятельствами полета и, в частности, несовершенством оборудования. Широкое научное признание понятия «человеческий фактор» указало на принципиальную особенность современного этапа развития авиации, состоящую в том, что совершенствование и усложнение технических средств существенно опередило исследование процессов взаимодействия человека с техникой, и доказало актуальность инженерно-психологических и эргономических исследований в авиации. Созданные отечественными учеными В.А. Пономаренко, В.П. Зинченко, Н.Д. Заваловой, Б.Ф. Ломовым, Ю.П. Доброленским ([7], [17], [20], [27]) теория формирования образа полета, концептуальная модель полета, базирующиеся на большом объеме экспериментальных инженерно-психологических исследований, позволили впервые обосновать наличие чрезвычайно сложных процессов взаимодействия пилота с оборудованием. В качестве регулятора действий пилота и членов экипажа самолета выступает образ полета как сложный феномен отражения человеком объективной реальности - полетной ситуации [27]. В работах В.А. Пономаренко, В.В. Лапы, В.А. Туваева, Н.Д. Заваловой, Ю.П. Доброленского [19], [21] выделен и исследован один из базовых компонентов образа полета - приборный образ полета, который регулирует моторный компонент действий на основе восприятия приборной информации о расхождении между фактическими и заданными значениями параметров полета, о состоянии технических систем самолета, а также о близости фактических значений параметров к предельно допустимым.

Взаимодействие летчика с СОИ складывается из двух основных процессов: процесса получения информации о текущих значениях и динамике полетных параметров (ПП), состоянии технических систем и процесса управления, в ходе которого летчик приводит значения ПП и их динамику в состояние, соответствующее выполняемой пилотажной задаче. Формирование приборного образа полета происходит в результате получения и переработки летчиком информации при зрительном сканировании СОИ - случайном процессе перемещения взгляда летчика по элементам СОИ. Важность приборной информации для формирования адекватного полетной ситуации образа полета несомненна: «Даже кратковременное лишение возможности получать зрительную информацию от приборов приводит к потере представления о пространственном положении» [18]. Поэтому процесс зрительного сканирования летчиком СОИ привлекает пристальное внимание исследователей как наиболее динамичный процесс в системе «летчик-самолет», во многом определяющий эргономическую эффективность всей системы. Согласно [18], «в условиях распределения внимания эффективность действий летчика в наибольшей степени зависит от качества информационной модели».

Принципиальной особенностью процесса сканирования СОИ является дискретность получения летчиком информации с каждого элемента СОИ, которая характеризуется, в первую очередь, средней частотой зрительных обращений пилота к основным элементам СОИ. Летчик снимает показания различных элементов СОИ с различной частотой в зависимости от динамичности визуализируемой ими информации [17], [18] и выполняемой пилотажной задачи, «при этом уменьшение доли внимания к тому или иному прибору часто диктуется отсутствием времени, а не уменьшением потребности в информации» [17]. Динамичность протекающих в системе «летчик-самолет» процессов требует от летчика такой организации его зрительной деятельности, при которой он способен оперативно получить с СОИ необходимую по полетной ситуации информацию, а от разработчиков СОИ - обеспечить летчику объективную возможность получения такой информации с учетом объективно ограниченных психофизиологических способностей летчика.

Таким образом, перед разработчиками СОИ самолета с логической неизбежностью возникают давно поставленные вопросы: «Чему равны максимально возможная информационная пропускная способность летчика и его допустимая информационная нагрузка? Какие характеристики информационного поля, создаваемого СОИ, необходимы для обеспечения безошибочных действий каждого члена экипажа самолета?».

Эти вопросы приобрели особую актуальность со второй половины 80-х годов в связи с разработкой нового поколения систем цветовой электронной индикации для перспективных самолетов гражданской авиации Ил-96-300 и Ту-204. Проведенный в НИИ АО и ЛИИ МАП большой объем экспериментальных исследований с использованием технических средств регистрации зрительной деятельности летчиков, обеспечивший объективную возможность перехода к электронным СОИ, не внес исчерпывающей ясности в эти вопросы. Анализ хода этих исследований указал на их высокую стоимость и большую продолжительность, что в совокупности с неоднозначностью экспертных оценок нескольких конкурирующих образцов СОИ и отсутствием общепринятой системы объективных показателей эргономической эффективности СОИ свидетельствует о назревшей необходимости ускоренного проведения теоретических исследований, направленных на создание эргономического обеспечения разработки и испытаний СОИ самолета.

Основная цель теоретических исследований должна состоять в установлении количественных закономерностей между качеством выполнения основных пилотажных задач, характеристиками объекта управления и структурой распределения зрительного внимания летчика в процессе летной эксплуатации ВС. По результатам этих исследований должны быть сформулированы общие принципы формирования приборной информации и методики подготовки пилотов, учитывающие не только технические стороны функционирования системы «экипаж-самолет», но и объективно ограниченные психофизиологического формирования приборной информации может существенно упростить и упорядочить программы экспериментальных исследований СОИ, сократить сроки таких исследований и повысить их экономическую эффективность.

Постановка задачи.

В целях повышения эффективности системы «экипаж-самолет» и снижения числа авиационных происшествий и предпосылок к ним по причине ошибочных действий экипажа при выполнении полетов по правилам полетов по приборам необходимо разработать теоретические принципы формирования приборной информации, обеспечивающие создание полной системы требований к СОИ. Эти принципы должны основываться на установленных количественных закономерностях процесса взаимодействия экипажа с приборной информацией, необходимых для выполнения основных пилотажных задач, и учитывать ограниченные возможности зрительной деятельности членов экипажа самолета.

Решение задачи по разработке полной системы требований к СОИ самолета обеспечивает соответствие сформированной приборной информации реальным возможностям человека по ее восприятию и формированию адекватных полетной ситуации управляющих действий, которое заключается в повышении эргономической эффективности системы «экипаж-самолет» и в снижении количества авиационных происшествий и предпосылок к ним, возникающих по причине несовершенного обеспечения взаимодействия членов экипажа с приборной информацией.

Практическое значение решения поставленной задачи состоит в сокращении сроков подготовки летного состава к надежной эксплуатации ВС, разработки, испытаний и эргономической экспертизы новых типов СОИ, а также в указании перспективных направлений совершенствования существующих СОИ.

Актуальность диссертации определяется высоким уровнем предпосылок и авиационных происшествий, связанных с ошибочными действиями экипажа и являющихся следствием несовершенной организации взаимодействия членов экипажа с приборной информацией, проходящим в настоящее время переходом гражданской авиации на принципиально новые СОИ на цветных ЭЛТ.

Целью диссертации является создание теоретических основ формирования приборной информации в системе «экипаж-самолет», базирующихся на объективно точных математических методах исследования, учитывающих динамику объекта управления, состояние атмосферы, ограниченность возможностей зрительной деятельности членов экипажа и заключающихся в: разработке методологических принципов и математического обеспечения исследования процесса взаимодействия пилота с СОИ, направленного на установление закономерностей между характеристиками зрительной деятельности пилота и качеством выполнения им основных пилотажных задач; разработке системы числовых показателей эффективности СОИ и ее отдельных элементов, основанных на оценках соответствия количественных характеристик приборной информации и качества ее предъявления возможностям пилота по организации структуры распределения его внимания, необходимой для формирования адекватных полетной ситуации управляющих действий; обосновании практической целесообразности применения предлагаемой системы показателей эффективности СОИ для эргономической экспертизы СОИ, в установлении возможности их использования для разработки практических рекомендаций по совершенствованию СОИ, а также в установлении их прогностической ценности для разработки новых типов СОИ с совмещенной визуализацией полетных параметров ВС; разработке положений по обучению летного состава правильному распределению зрительного внимания в приборном полете.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Математически формализованы основные для системы «пилот-самолет» пилотажные задачи: задача формирования опорной траектории ВС и задача стабилизации ВС на опорной траектории в пределах эксплуатационных ограничений на отклонения полетных параметров.

2. Разработаны методики и математический аппарат для установления аналитических зависимостей между заданным качеством выполнения пилотом основных пилотажных задач и минимально необходимыми для достижения этого качества частотными характеристиками зрительной деятельности пилота.

3. На основе установленных информативных для пилота характеристик приборной информации разработаны методика оценки зрительной загрузки пилота по пилотажно-навигационной информации и методика расчета оптимальных для минимизации зрительной загрузки характеристик распределения внимания пилота по пилотажно-навигационным приборам, при которых обеспечивается необходимое для выполнения основных пилотажных задач качество контроля приборной видеоинформации.

4. Разработана система обобщенных числовых показателей СОИ ВС, включающая в себя: показатель относительной зрительной загрузки пилота по пилотажно-навигационной части СОИ; вероятностно-траекторный показатель, оценивающий качество СОИ по совокупности качества входящих в СОИ приборов, отражаемого степенью соответствия теоретически оптимальных и реальных вероятностей наблюдения пилотом приборов, и обеспечиваемого СОИ качества пилотирования; структурный показатель, оценивающий качество компоновки СОИ путем сопоставления теоретически оптимальных и реальных вероятностей основных циклов в зрительном маршруте пилота по СОИ.

5. Разработаны методы оценки качества перспективных типов СОИ с совмещенной визуализацией полетных параметров, их отдельных элементов и компоновки.

6. Разработаны основные положения по обучению летного состава правильному распределению зрительного внимания.

7. На основе разработанных теоретических положений и расчетов информативных для пилота характеристик приборной информации проведено исследование электромеханической СОИ и электронной СОИ на этапе директорного захода на посадку. Результаты исследования подтвердили выдвинутые теоретические положения и указали ряд возможных путей совершенствования СОИ ВС.

Основным методом исследования в диссертации является математическое моделирование системы «пилот-самолет», использующее методы теоретической механики, динамики полета, теории обыкновенных дифференциальных уравнений, операционного исчисления, теории вероятности, спектральной теории случайных процессов, функционального анализа, теории сплайн-функций, теории информации, теории цифровой обработки сигналов, элементов теории автоматического управления, численного моделирования на ЭВМ, инженерной психологии и эргономики.

На защиту выносятся:

1. Методология нахождения закономерностей процесса взаимодействия пилота с СОИ в режиме штурвального управления самолетом.

2. Математическая модель следящей системы с дискретным вводом информации, предназначенная для нахождения необходимых частот наблюдения пилотом полетных параметров.

3. Система обобщенных числовых показателей качества СОИ.

4. Методика экспертизы СОИ с совмещенной визуализацией полетных параметров.

5. Основные положения по обучению летного состава правильному распределению зрительного внимания в приборном полете.

Научная новизна полученных результатов определяется тем, что в диссертации представлен принципиально новый подход, базирующийся на объективных числовых закономерностях взаимодействия пилота с приборной информацией, учитывающие основные аспекты функционирования системы «пилот-самолет» и устанавливающие эмпирически подтвержденные закономерности процесса зрительного взаимодействия пилота с СОИ.

Разработаны основные положения по обучению летного состава правилам распределения зрительного внимания в приборном полете.

Определены и обоснованы перспективные направления совершенствования СОИ и определены требования к перспективным СОИ с совмещенной визуализацией полетных параметров.

1. Достоверность результатов подтверждается логической стройностью методологии проведенного исследования, учитывающей основные аспекты процесса взаимодействия пилота с СОИ.

2. Построением математически строгой модели работы следящей системы с дискретным вводом информации.

3. Высокой степенью соответствия полученных теоретическими методами значений основных характеристик структуры деятельности пилота и числовых характеристик реальной структуры зрительной деятельности, установленных статистическим анализом зрительных маршрутов с использованием биотехнических комплексов регистрации взгляда пилота.

4. Возможностью введенной системы обобщенных показателей качества СОИ отражать основные особенности процесса взаимодействия пилота с конкретным типом СОИ, выявлять его недостатки и определять направления совершенствования СОИ.

Теоретическая значимость результатов исследований заключается в разработке объективных методов экспертизы СОИ с совмещенной визуализацией полетных параметров, улучшению эргономичности кабины экипажа, уровня подготовки экипажа, что как следствие должно привести к уменьшению количества ошибочных действий экипажа и уменьшению количества авиационных происшествий.

Практическая значимость работы подтверждается современными тенденциями совершенствования СОИ в направлении отказа от параметрического представления приборной информации и тем, что предложенные методы позволяют сократить сроки разработки СОИ, объем их макетных и натурных испытаний, определить перспективные направления совершенствования эксплуатируемых типов СОИ и сократить сроки обучения пилотов безопасной эксплуатации ВС.

Апробация диссертации осуществлялась:

1. На научно-практической конференции Ульяновского высшего авиационного училища гражданской авиации (УВАУ) на секции « Методы и средства подготовки летных экипажей», 2004.

2. На Международной научно-технической конференции МГТУГА, 2003.

3. В процессе проведения обязательной подготовки экипажей в авиационных учебных центрах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 77 наименований, списка принятых обозначений и сокращений, приложений. Объем составляет 195 страниц.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Столяров, Николай Николаевич

4.6. Выводы по главе 4

1. Получено расчетное подтверждение возможности объективной оценки эргономического качества СОИ по системе обобщенных числовых показателей, основанной на математически формализованном сравнении значений теоретически оптимальных и эмпирических характеристик структуры зрительной деятельности пилота по оцениваемой СОИ. Установлено, что область практического использования системы обобщенных показателей не ограничивается сравнительной оценкой по этим показателям нескольких близких по техническому исполнению типов СОИ с целью выбора наиболее совершенного в эргономическом отношении образца СОИ, так как значения обобщенных показателей эргономического качества СОИ могут указывать на конкретные эргономические недостатки СОИ и, тем самым, определять способы их устранения.

2. В результате исследования эргономического качества электромеханической СОИ и КПИ по системе обобщенных показателей выделена основная для обеспечения эффективности и надежности процесса взаимодействия пилота с СОИ при заходе на посадку проблема - предельно высокая зрительная и информационная загрузка пилота по пилотажно-навигационной информации. Полученное по вычисленным значениям показателя относительной зрительной загрузки пилота объективное подтверждение приоритетности этой проблемы является обоснованием всей принятой в диссертации методологии эргономического исследования СОИ по минимально необходимым для выполнения основных пилотажных задач характеристикам зрительной деятельности пилота и определяет общее, наиболее актуальное направление эргономического совершенствования находящихся в эксплуатации типов СОИ - разработку способов представления пилотажно-навигационной информации, снижающих зрительную и информационную загрузку пилота по СОИ.

3. Наиболее перспективным способом снижения зрительной загрузки пилота по пилотажно-навигационной части СОИ является использование в СОИ вектора полной энергии с индикатором воздушных порывов, при котором зрительная загрузка пилота уменьшается на 25%. Другие сформулированные и обоснованные по результатам эргономической оценки по системе обобщенных показателей электромеханической СОИ и КПИ практические рекомендации по совершенствованию этих типов СОИ состоят в улучшении компоновок изобразительных элементов вертикальной скорости и радиометрической высоты, при которых косвенно снижается зрительная загрузка пилота за счет более рациональной организации его зрительного маршрута по СОИ.

4. Представлены методы эргономической разработки и оценки эргономического качества перспективных типов СОИ с совмещенной и аналоговой визуализацией полетных параметров, основанных на объективных расчетно-аналитических оценках зрительной загрузки пилота по СОИ, эргономического качества отдельных элементов и компоновки СОИ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Развитие теоретических основ эргономического синтеза приборной информации в сложных эргатических системах связано с широким кругом проблем обеспечения планируемой эффективности и надежности функционирования та-ких систем. В современной авиационной системе «пилот-самолет» центральной проблемой эргономического синтеза приборной информации является установление допустимого по психофизиологическим возможностям пилота уровня его загруженности по приборной информации и согласование потока предъявляемой пилоту приборной информации и формы его предъявления с объективно ограниченными возможностями пилота по получению и переработке этой информации. Решение этой проблемы требует создания соответствующего эргономического обеспечения, то есть разработки совокупности теоретических, экспериментальных, расчетно-экспериментальных методов и технических средств исследования процесса взаимодействия пилота с СОИ самолета, так как эргономические качества приборной информации проявляются только в процессе взаимодействия пилота с СОИ.

2. Проведенный анализ современных экспериментальных методов исследования процесса взаимодействия пилота с СОИ показал ограниченность возможности применения этих методов как для оценки зрительной загрузки пилота по приборной информации, так и для получения объективных оценок эргономиче-, ского качества предоставления приборной информации. Такая ограниченность чисто экспериментальных методов обусловлена тем, что они способны лишь' регистрировать сложившиеся под влиянием конкретного вида представления приборной информации и пилотажной задачи характеристики процесса взаимодействия пилота с СОИ, но не способны объяснить закономерности этого процесса. Поэтому экспериментальные методы не дают ответа на вопросы об уровне загрузки пилота по приборной информации, в результате чего может возникать информационная перегруженность пилота и какие характеристики процесса взаимодействия пилота с СОИ должна обеспечить СОИ. Таким образом, решение актуальных проблем эргономического синтеза приборной информации в авиационных эргатических системах требует разработки дополняющих существующие экспериментальные и экспертные методы теоретических и рас-четно-экспериментальных методов исследования этих проблем.

3. Разработанная в диссертации методология теоретического исследования процесса взаимодействия пилота с пилотажно-навигационной частью СОИ направлена на установление объективных количественных закономерностей этого процесса и предполагает комплексное исследование системы «пилот-самолет», охватывающее основные аспекты функционирования этой системы: выполняемую пилотажную задачу, динамические характеристики объекта управления, характеристики окружающей среды и реально ограниченные возможности пилота. Эти закономерности в зрительной деятельности пилота на информационно напряженных этапах полета описываются минимально необходимыми для выполнения с заданной точностью пилотирования основных пилотажных задач частотами зрительных обращений пилота к полетным параметрам и определяемыми этими частотами следующими числовыми характеристиками структуры зрительной деятельности пилота: вероятностями наблюдения отдельных приборов СОИ, переходными вероятностями и вероятностями циклов в зрительном маршруте пилота по СОИ. Числовые значения этих характеристики структуры зрительной деятельности пилота являются теоретически оптимальными по критерию минимизации зрительной загрузки пилота при получении им всей теоретически необходимой для выполнения основных пилотажных задач приборной информации и, следовательно, дают описание теоретически оптимальной структуры зрите л ьно й^деяте л ьн о сти пилота по СОИ.

4. Использование полученных числовых характеристик теоретически оптимальной структуры зрительной деятельности пилота для решения практически важных проблем эргономического синтеза приборной информации основывается на том, что: минимально необходимые частоты зрительных обращений к полетным параметрам совместно со средними продолжительностями съема пилотом информации с изобразительных элементов СОИ и переноса взгляда с одного элемента на другой объективно отражают минимально необходимые временные затраты пилота на контроль приборной информации и, следовательно, дают объективную оценку зрительной загрузки пилота по приборной информации, которая аналитически выражается показателем относительной зрительной загрузки пилота; при высокой зрительной загрузке пилота по приборной информации отклонения числовых характеристик структуры зрительной деятельности пилота от их теоретических оптимальных значений объективно отражают эргономические недостатки СОИ, к которым пилот вынужден приспосабливаться, пытаясь скомпенсировать их ценой временных потерь при переходе к неоптимальной организации контроля приборной видеоинформации. Поэтому суммарные числовые оценки этих отклонений, аналитически выражаемые траекторно-вероятностным и структурным показателями, объективно отражают эргономическое качество приборов СОИ и компоновки СОИ.

Таким образом, установление значений числовых характеристик теоретически оптимальной структуры зрительной деятельности пилота при выполнении основных пилотажных задач позволяет решать практически важные задачи определения допустимого уровня загруженности пилота по пилотажно-навигационной информации и объективной оценки эргономического качества представления этой информации.

5. Получение численных значений минимально необходимых для обеспечения заданной точности пилотирования частот наблюдения пилотом полетных параметров потребовало разработки специальной математической модели системы «пилот-самолет-атмосфера», средствами которой описываются зависимости между частотными характеристиками зрительной деятельности пи лота, аэродинамическими характеристиками самолета, атмосферными возмущениями и качеством выполнения основных пилотажных задач. Поэтому математические методы описания этих зависимостей, конечным результатом которых является получение теоретически оптимальных характеристик структуры зрительной деятельности пилота, становятся неотъемлемой частью теоретических методов исследования процесса взаимодействия пилота с СОИ. Эти математические методы составляют важную часть разработанных в диссертации математических методов оценки эргономического качества СОИ, основанных на объективной, математически формализованной процедуре сравнения числовых характеристик реальной структуры зрительной деятельности пилота и качества пилотирования по исследуемой СОИ с теоретически оптимальными характеристиками структуры зрительной деятельности пилота и теоретически достигаемом при этих характеристиках качеством пилотирования.

6. Для исследуемой в диссертации проблемы эргономического синтеза приборной информации содержательной в методологическом отношении интерпретацией полученного описания теоретически оптимальной структуры зрительной деятельности пилота является концепция эргономически эталонной СОИ. Введение понятия «эргономически эталонной СОИ» основывается на предположении о том, что теоретически оптимальную структуру зрительной деятельности пилота обеспечивает только свободная от эргономических недостатков СОИ. Но любая техническая реализация СОИ может иметь эргономические недостатки, поэтому естественно считать, что теоретически оптимальные характеристики структуры зрительной деятельности пилота являются характеристиками его структуры зрительной деятельности по некоторой абстрактной, эргономически эталонной для основных пилотажных задач СОИ. В этой абстрактной СОИ, элементный состав которой тождественен составу исследуемой СОИ, полетные параметры не связаны с конкретными техническими типами их изобразительных элементов, поэтому такая абстрактная СОИ теоретически свободна от недостатков, возникающих при технической визуализации полетных параметров изобразительными элементами и при их компоновке. Несмотря на то, что эргономически эталонная СОИ является абстрактным понятием, изначально описываемым только совокупностью теоретически оптимальных характеристик структуры зрительной деятельности пилота, проведенные в диссертации расчеты показали, что для директорного захода на посадку используемая система числовых теоретически оптимальных характеристик структуры зрительной деятельности пилота определяет достаточно конкретный вид СОИ как по количественному составу представляемых 1111, так и по компоновке их изобразительных элементов, которая оказалась близка к стандартной компоновке электромеханической СОИ.

7. Введение понятия «эргономически эталонной СОИ» создало крайне необходимый для разработки объективных методов эргономического исследования СОИ эталон, сравнение с которым обеспечивает получение объективных числовых оценок эргономического качества конкретных типов СОИ. Метод получения таких оценок основан на сопоставлении эмпирически установленных числовых характеристик структуры зрительной деятельности пилота по исследуемой СОИ с теоретически оптимальными характеристиками структуры зрительной деятельности пилота по соответствующей ей по элементному составу эталонной СОИ. Математическая формализация сопоставления эмпирических и теоретически оптимальных характеристик структуры зрительной деятельности пилота заключалась в определении аналитического вида двух обобщенных числовых^ показателей эргономического качества СОИ: траекторно-вероятностного показателя и структурного показателя, первый из которых дает оценку СОИ по суммарному эргономическому качеству приборов СОИ и точности пилотирования а второй - оценку эргономического качества компоновки СОИ. Таким образом, разработанная в диссертации система обобщенных показателей эргономического качества СОИ, состоящая из показателя относительной загрузки пилота по пилотажно-навигационной информации, траекторно-вероятностного показателя и структурного показателя, обеспечивает объективные числовые оценки основных составляющих эргономичности СОИ: степени соответствия количественного состава СОИ реально ограниченным возможностям пилота по контролю приборной информации; эргономического качества приборов СОИ и достигаемого качества пилотирования; эргономического качества компоновки СОИ, то есть обеспечивает объективные эргономические чиеловые оценки количества и качества представления СОИ пилотажно-навигационной информации.

8. Область практического применения системы обобщенных показателей эргономического качества СОИ не ограничивается исследованием соответствия находящихся в эксплуатации типов СОИ эргономическим требованиям и задачей выбора наиболее совершенного в эргономическом отношении типа СОИ из нескольких конкурирующих образцов СОИ. Проведенное по системе обобщенных показателей исследование электромеханической СОИ и КПИ СЭИ-85 установило возможности этой системы определять конкретные эргономические недостатки СОИ и способы их устранения, то есть определять и обосновывать направления эргономического совершенствования СОИ. Более того, разработанные математические методы расчета значений теоретически оптимальных характеристик структуры зрительной деятельности пилота по аэродинамическим характеристикам самолета и заданной точности пилотирования позволяют использовать концепцию эргономически эталонной СОИ на всех этапах эргономического конструирования и испытаний СОИ для определения элементного состава СОИ, выбора технических форм визуализации приборной информации, оценки выполнимости пилотом ряда пилотажных задач и установления необходимого уровня автоматизации управления, что особенно важно для эргономического синтеза приборной информации в кабинах перспективных ВС с новыми тактико-техническими данными.

Таким образом, полученные в диссертации результаты позволяют считать решенной поставленную задачу создания современных и перспективных ВС с совмещенной визуализацией полетных параметров и обучения летного состава распределению зрительного внимания в приборном полете.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Столяров, Николай Николаевич, 2005 год

1. Андрианова В.Е. Деятельность человека в системах управления. Д.: ЛГУ, 1974.-135 с.

2. Алпеев B.C., Зайцев A.M. Акт по результатам летных испытаний самолета Ту-154 № 032 с системой электронной индикации. М.: Отчет ГосНИИГА, 1977.

3. Алыпин В.М. Временная оценка рациональности компоновки и выбора бортовых приборов управления//Авиационная эргономика. Киев, 1977.-Вып. 3,-С. 78-85.

4. Архангельский В.Е., Хорошавцев Ю.Е. Об одном подходе к оценке компоновки и оформления приборных досок самолетов//Тезисы докладов V Всесоюзной конференции по инженерной психологии. М.: Наука, 1979. - Вып. 1. - С. 65-67.

5. Белогородский С.Л. Автоматизация управления посадкой самолета. -М.: Транспорт, 1972.-351 с.

6. Березкин Б.С., Зинченко В.П. Исследование информационного поиска. В кн.: Проблемы инженерной психологии. М.: Наука, 1967. - С. 90117.

7. Богачев С.К. Авиационная эргономика. М.: Машиностроение, 1978. -137 с.

8. Боднер В.А. Оператор и летательный аппарат. -М.: Машиностроение, 1976.-222 с.

9. Боднер В.А., Козлов М.С. Стабилизация летательных аппаратов и автопилоты. М.: Оборонгиз, 1961. - 508 с.

10. Бугаев Б.П., Денисов В.Г. Пилот и самолет (Авиационная эргономика). -М.: Машиностроение, 1976. 112 с.

11. Булгаков Д.Н., Колесников А.П. Устранение проективных искажений при цифровой обработке изображений//Вычислительная математика и информатика. М.: УДН, 1983. - С. 43-48.

12. Бучацкий А.А., Столяров Н.А. Анализ работы и занятости экипажа самолета Ту-204 при выполнении рейсового полета. М.: Отчет Гос-НИИГА, 1986.

13. Денисов В.Г., Онищенко Б.Ф. Инженерная психология и космический полет. М.: Знание, 1975. - 96 с.

14. Доброленский Ю.П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. М.: Машиностроение, 1969. - 256 с.

15. Доброленский Ю.П., Завалева Н.Д., Пономаренко В.А., Туваев В.А. Методы инженерно-психологических исследований в авиации. — М.: Машиностроение, 1975. 280 с.

16. Доброленский Ю.П., Пономаренко В.А. Проведение инженерно-психологических исследований самолетных систем отображения ин-формаци. М.: ВВИА им. Проф. Н.Е. Жуковского, 1974. - 106 с.

17. Доброленский Ю.П., Туваев В.А., Погребнюк В.И. Экспериментальная инженерно-психологическая оценка системы «летчик-самолет»//Авиационная эргономика. Киев, 1975. - Вып. 1. -С. 88-92.

18. Завалова Н.Д., Ломов Б.Ф., Пономаренко В.А. Образ в системе психологической регуляции деятельности. М.: Наука, 1986. - 174 с.

19. Завалова Н.Д., Ломов Б.Ф., Пономаренко В.А. Принцип активного оператора в распределении функций между человеком и маши-ной//Вопросы психологи и. М., 1971. - № 3. - С. 3-12.22.