SYSTEMY WSPIERAJĄCE ZARZĄDZANIE BEZPIECZEŃSTWEM LOTÓW LESZEK CWOJDZIŃSKI JÓZEF śurek 1
SYSTEMY WSPIERAJĄCE ZARZĄDZANIE BEZPIECZEŃSTWEM LOTÓW Plan prezentacji: Prace ITWL na rzecz bezpieczeństwa lotów, Systemy monitorujące ludzi i technikę, Metody oceny bezpieczeństwa operacji lotniczych, Ocena ryzyka zagroŝenia wypadkiem w czasie lotu, 2
BEZPIECZEŃSTWO TRANSPORTU LOTNIZEGO Bezpieczeństwo systemów transportowych ma charakter interdyscyplinarny. Otwartymi problemami pozostają badania zagroŝeń bezpieczeństwa, a w szczególności: - ocena stanu bezpieczeństwa, - formułowanie pojęć, - ustalanie norm i miar. Kierunki badań w dziedzinie bezpieczeństwa systemów transportowych obejmują prewencję I interwencję. W ramach prewencji realizuje się: - kształtowanie bezpieczeństwa w budowanych i modernizowanych systemach, - zarządzanie bezpieczeństwem w celu utrzymania go na wymaganym poziomie. W ramach interwencji realizuje się zadania polegające na łagodzeniu skutków katastrof, wypadków i innych niepoŝądanych zdarzeń (systemy ratownicze). 3
KSZTAŁTOWANIE BEZPIECZEŃSTWA W PRACACH ITWL (PREWENCJA) Konstruowanie techniki i projektowanie programów utrzymania. Śledzenie jakości techniki i modernizacja procesów eksploatacji. Kontrola i analiza działań operatorów sprzętu. Szkolenie kadr. Zarządzanie bezpieczeństwem INśYNIERYJNE METODY POPRAWY BEZPIECZEŃSTWA LOTÓW: zautomatyzowanie procesów monitorowania i analizy zdarzeń; zwiększenie niezawodności systemów technicznych i jakości mediów zasilających; bezbłędne informowanie o stanie technicznym statku powietrznego; wykorzystanie symulatorów i nowoczesnych systemów szkoleniowych; wprowadzenie nowych technologii (w diagnostyce, komunikacji, nawigacji).
ITWL opracowuje i wdraŝa systemy wspomagające zarządzanie bezpieczeństwem operacji lotniczych: Zintegrowane systemy awioniczne GŁUSZEC, SW-4 i inne. Systemy szkolenia pilotów i specjalistów obsługi S P E-LEARNING. System rejestracji i przesyłania parametrów lotu statku powietrznego do naziemnych systemów monitorowania NIEGOCIN. System ewidencji i oceny procesu eksploatacji statków powietrznych SAMANTA. Komputerowy system analizy i oceny procesu eksploatacji wojskowych statków powietrznych SAN. Kompleksowy system analizy i oceny bezpieczeństwa lotów lotnictwa sił zbrojnych RP TURAWA. 5
System rejestracji i przesyłania parametrów lotu statku powietrznego NIEGOCIN System został zaprojektowany dla samolotu PZL-130 TC1 ORLIK Transmisja danych odbywa się w czasie rzeczywistym do naziemnego stanowiska monitorowania lotu statku poowietrznego. Przesyłane są dane: trasa lotu na podkładzie mapy; parametry lotu w postaci cyfrowej; obraz wskaźników analogowych z aktualnymi wskazaniami.. 6
7
Rozwój systemu umoŝliwi: jednoczesne śledzenie kilku statków powietrznych; automatyczną analizę rejestrowanych parametrów w oparciu o procedury optymalizacyjne; automatyczne diagnozowanie stanu technicznego wybranych zespołów i układów statku powietrznego; automatyczną sygnalizację niebezpiecznych stanów lotu; rejestrację obrazu i transmisję danych na ziemię w postaci niejawnej. 8
BADANIA NIEZAWODNOŚCI I BEZPIECZEŃSTWA TECHNIKI LOTNICZEJ LATA 60 Nagroda w konkursie Polskiego Towarzystwa Elektroniki Teoretycznej i Stosowanej w 1968 r. za pracę pt.: NIEZAWODNOŚĆ ZŁOśONYCH UKŁADÓW ELEKTRYCZNYCH SYSTEM EWIDENCJI USZKODZEŃ PROCES EKSPLOATACJI BANK DANYCH O USZKODZE- NIACH ZESPÓŁ W SKŁADZIE: płk mgr inŝ. Mieczysław SIKORSKI ppłk doc. dr inŝ. Jerzy JAŹWIŃSKI mjr mgr inŝ. Włodzimierz WIEREMIEJCZYK Karta uszkodzeń System Analizy Niezawodności Wskaźniki: - niezawodności - bezpieczeństwa - skuteczności obsługi 9
BADANIA NIEZAWODNOŚCI I BEZPIECZEŃSTWA TECHNIKI LOTNICZEJ LATA 90 1. Analiza stanu techniki i procesu eksploatacji oraz badania trwałości statków powietrznych. PARAMETR STRUMIENIA USZKODZEŃ 2. Analiza przyczyn uszkodzeń statków powietrznych i zagroŝeń bezpieczeństwa lotów. Udział w badaniach wypadków lotniczych. 25 20 15 10 5 MiG-21 Su-22 Ω = 50 godz. 3. System analizy niezawodności SAN. 0 50 250 450 650 850 1 1
Nowa karta niesprawności - awers
Nowa karta niesprawności - rewers
SYSTEM WSPARCIA UTRZYMANIA TECHNIKI LOTNICZEJ CENTRALNY BANK DANYCH SAMANTA BANKI DANYCH WL i MW SŁOWNIKI ITWL, SP WZL ADMINISTRATOR DANE EKSPLOATACYJNE LOKALNY BANK DANYCH zmiany stanu ewidencyjnego planowanie eksploatacji uszkodzenia stany eksploatacyjne ewidencja SP i ich elementów obsługi praca ewidencja zasobów pracy realizacja biuletynów
Projektanci i organizatorzy programów utrzymania statków powietrznych poszukują odpowiedzi na pytania? Jakie stosować kryteria oceny stanu technicznego podczas dopuszczania SP do bezpiecznego i skutecznego lotu? Jakimi metodami oceniać ten stan? Jak przebiega trajektoria stanu technicznego lub obszaru, którym trajektoria się znajduje w czasie uŝytkowania i w czasie kalendarzowym? Jakie związki istnieją między poziomem niezawodności oraz bezpieczeństwa a częstością, głębokością obsług profilaktycznych i napraw? Jaki związek istnieje między czasem uŝytkowania SP i czasem kalendarzowym, a bezpieczną trwałością?
WSPÓŁCZESNE SYSTEMY WSPOMAGAJĄCE STEROWANIAE EKSPLOATACJĄ TECHNIKI LOTNICZEJ ŚLEDZIĄ ZASOBY I ANALIZUJĄ PROCESY FUNKCJONOWANIA LUDZI STATKÓW POWIETRZNYCH APARATURY OBSŁUGOWEJ - organizacji zespołów - obsługi i nadzoru - kompetencji - wyszkolenia - dyspozycyjności - wydajności pracy - niezawodności (bezbłędności) - podatności eksploatacyjnej - diagnozowalności - gotowości - niezawodności - bezpieczeństwa - chłonności * części zamiennych * materiałów * energii * obsługi - przydatności - odpowiedniości - niezawodności PRZEDSIĘWZIĘĆ EKSPLOATACYJNYCH - celowości - skuteczności - efektywności
SYSTEM ANALIZY NIEZAWODNOŚCI INFORMACJE EKSPLOATACYJNE o stanie technicznym SP i infrastruktury o uszkodzeniach o zasobach pracy SP (resursach) i infrastruktury o organizacji zespołów ludzi o wykorzystaniu zespołów ludzi BANK DANYCH O PROCESIE EKSPLOATACJI STATKÓW POWIETRZ- NYCH Modele identyfikacyjne Modele probabilistyczne Estymatory i metody obróbki statystycznej Algorytmy wyznaczania wskaźników eksploatacyjnych i sterujących WSKAŹNIKI STERUJĄCE - wskaźniki bezawaryjności - wskaźniki bezpieczeństwa - niezawodność - gotowość - naprawialność - skuteczność obsługi - wystarczalność zasobów WSKAŹNIKI EKSPLOATACYJNE - chłonność - skuteczność - wydajność, produktywność - ekonomiczność DECYZJA STERUJĄCA ROZPOWSZECHNIANIEM SUKCESU TAK TENDENCJA ZMIAN + 0 - NIE PODJĘTO DZIAŁAŃ STERUJĄCYCH Q > 1 NIE DECYZJA STERUJĄCA W CELU POPRAWIENIA SYTUACJI PORÓWNAWCZY WSKAŹNIK SKUTECZNOŚCI PRZEDSIĘWZIĘĆ Q
Elementy krytyczne powodujące zagroŝenie bezpieczeństwa lotów; Dane ewidencyjne SP (od producenta) Dane eksploatacyjne SP: czas rozpoczęcia miejsce eksploatacji modernizacje SP BAZA KODOWO - NORMATYWNA... STATEK POWIETRZNY...... ZESPOŁY ZESPOŁY (GRUPY URZĄDZEŃ) poziom 1 INSTALACJE poziom 2 Program eksploatacji SP: rodzaj i zakres obsług oraz odnów rozkład obsług i odnów (w czasie) modernizacje reguł ekspl.... OBWODY poziom 3 Uszkodzenia SP: objawy przyczyny skutki postacie...... AGREGATY poziom 4 CZĘŚCI poziom 5 17
SYSTEM WSPARCIA UTRZYMANIA TECHNIKI LOTNICZEJ...... Legenda:...... -przedsięwzięcia eksploatacyjne -rodzaje uszkodzeń zespołów i elementów SP -czasy pracy między uszkodzeniami danej klasy czas pracy czas kalendarzowy 18
ZAKŁAD BEZPIECZEŃSTWA I NIEZAWODNOŚCI TECHNIKI LOTNICZEJ OPIS WYBRANEGO USZKODZENIA
ZAKŁAD BEZPIECZEŃSTWA I NIEZAWODNOŚCI TECHNIKI LOTNICZEJ HISTORIA/WSKAŹNIKI WYBRANEGO USZKODZENIA
BADANIA TRWAŁOŚCI STATKÓW POWIETRZNYCH PARAMETR STRUMIENIA USZKODZEŃ 21 2 1
Wskaźnikiem informującym o starzeniu się i zuŝyciu elementów, jest parametr strumienia uszkodzeń w(t). gdzie: w( t) = w( j t) w(t)- parametr strumienia uszkodzeń; = n j ( t) N t n j ( t)- liczba obiektów, które uległy uszkodzeniu w j-tym przedziale czasu pracy [j t, (j+1) t]; N - liczba eksploatowanych obiektów. 22 2
Wykorzystując się związek pomiędzy funkcją gęstości prawdopodobieństwa czasu bezawaryjnej pracy f(t), a parametrem strumienia uszkodzeń w(t) w ( t ) = f ( t ) + w( t τ ) f ( τ ) dτ gdzie: f(t), f(τ) - funkcje gęstości prawdopodobieństwa bezawaryjnej pracy obiektu; w(t-τ) - wartość parametru strumienia uszkodzeń obiektu w chwili początkowej; t 0 f ( t) = λ ( t)exp t o λ ( τ) = λ t λ e o o dla t < b λ ( ) [ ( t b) ] o b t λ λ 1 t2 + b2 1 λo + λ e 2 1 dla t b 23 2
Stosując przekształcenia Laplace'a dla funkcji f(t) i w(t) oraz uproszczenia, ( w = λ), gdzie: λ- intensywność uszkodzeń w wykładniczym modelu niezawodności, moŝna uzyskać rozwiązanie dla wykładniczego rozkładu uszkodzeń i przyjąć kryterium b λ( t) = λ0 λ0 + λ1 ( t b) dla dla t t < b b Istotnym zagadnieniem jest poszukiwanie punktu b, wzrostu wartości parametru λ
Przykładowy przebieg parametru strumienia uszkodzeń elementów starzejących się λ (t) λmax λ 0 b T t 25 2 5
SYSTEM ANALIZY BEZPIECZEŃSTWA LOTÓW WPROWADZANIE DANYCH JW WIML ITWL PRZYGOTOWANIE DANYCH DO OBRÓBKI PRZEZ OPROGRAMOWANIE DOKUMENTACJA: RAPORTY OBOWIĄZUJĄCE SŁUśBĘ BL RAPORTY O ZDERZENIACH Z PTAKAMI RAPORTY NA ODPRAWY SZKOLENIE TURAWA ARCHIWUM: REJESTRATORY PROTOKÓLY Z BADAŃ ZDARZEŃ STANAGI PODSTAWOWE DANE TAKTYCZNO- TECHNICZNE SP ANALIZA, OCENA, PROGNOZA BL (OCENA ZBIORU INFORMACJI: SP, ZDARZENIA, LOTY, PILOT) BIEśĄCA ANALIZA BL (SP, ZDARZENIA, LOTY, PILOT)
PODSTAWOWE ZADANIA SYSTEMU TURAWA Identyfikacja oraz archiwizacja niepoŝądanych i niebezpiecznych zdarzeń. Prowadzenie analiz i ocen ilościowych stanu bezpieczeństwa oraz ryzyka zagroŝeń, a takŝe prognozowanie niebezpiecznych zdarzeń. Projektowanie i wdraŝanie profilaktyki oraz ocena jej skuteczności. Porównywanie uzyskiwanych wyników w stosunku do osiągnięć państw NATO. Wykrywanie słabych ogniw w systemie szkolenia lotniczego organizacji pracy i kierowania lotami, oraz eksploatacji techniki. Ocena ryzyka zagroŝeń i formułowanie prognoz 27
MODEL PROBABILISTYCZNY Lot statku powietrznego został sprowadzony do trzech stanów, BEZPIECZNY LOT λ 1 BŁĘDNE DZIAŁANIE LUB USZKODZENIE AWARIA LUB WPADEK P 1 (t) µ P 2 (t) stan zagroŝenia λ 2 P 3 (t) λ 1 względna odniesiona do nalotu intensywność błędnych działań lub uszkodzeń bez następstw dla bezpieczeństwa, λ 2 - względna odniesiona do nalotu intensywność bezpośredniego zagroŝenia a lub wypadku, µ - warunkowa intensywność oddalenia zagroŝenia w obecności błędu w działaniu lub uszkodzenia, (zastosowanie nadmiarów lub procedur awaryjnych). 28
Zakłada się, warunki początkowe oraz Ŝe: t = 0 P1 ( 0 ) = 1, P2 ( 0 ) = 0, P3 ( 0 ) = 0 - Intensywności λ1 i λ2 są stałe (niezaleŝne od czasu), -Intensywność µ, korekty działań załogi lub systemów zabezpieczających jest niemalejącą funkcją czasu. m λi = gdzie: µ = ni N t j N t j j j ni - liczba incydentów zagraŝających bezpieczeństwu i-tego rodzaju, m - liczba interwencji, uŝycia nadmiarów lub procedur awaryjnych. tj - czas lotu j-tego pilota lub j-tej załogi. Układ równań opisujących model: 0. P1 / (t ) = λ 1 P1 (t ) + µ P2 (t ) / P2 (t ) = λ 1 P1 (t ) (µ + λ 2 )P2 (t ) / P3 (t ) = λ 2 P2 (t ) 29
Rozwiązując powyŝszy układ dla rozkładu wykładniczego otrzymujemy: r W - chwilowe prawdopodobieństwo zagroŝenia wypadkiem bez korekty profilaktycznej, oraz: r W = λ 2 λ1 λ λ + λ 2 µ λ λ 1 2 1 λ 2 t W - prognozowanyśredni czas do wypadku w obecności incydentów bez następstw, t W = λ1 λ 2 λ ( λ + µ ) 1 2 30 30
P 1 (t) BEZPIECZNY LOT λ 1 µ MODEL PROBABILISTYCZNY P 2 INCYDENT LOTNICZY stan zagroŝenia (t) λ 3 P 3 (t) AWARIA LUB WPADEK λ 2 ( t ) = ( λ + λ ) P ( t ) + µ P ( t ) / P1 1 2 1 + / P2 t = λ1 P1 t µ + λ3 P / P ( t) = P( t) + P ( t) 3 λ2 1 λ3 2 P1 µ 2 ( ) ( ) ( ) ( t) 2 λ 3 - względna odniesiona do nalotu intensywność bezpośredniego zagroŝenia a lub wypadku, bez interwencji. 31
Średni czas t W uŝytkowania SP do wypadku lotniczego moŝna wyznaczyć z zaleŝności: 1 1 1 µ t W = + + + λ Prawdopodobieństwo zdarzeń lotniczych 1 P 2 (t) prawdopodobieństwo lotu zakłóconego z moŝliwością uŝycia systemów nadmiarowych lub procedur awaryjnych, λ 2 λ 3 λ 1 λ 2 P 3 (t) prawdopodobieństwo awarii lub wypadku lotniczego, P - 0,12- - 0,08- - 0,04- - - 0,,,,,,,, 0 10 20 3 0 40 50 60 70 80 tys. h P 3 P 2 32
METODY PROBABILISTYCZNE OCENY RYZYKA ZAGROśEŃ I WYPADKÓW Miarą ryzyka jest kombinacja, chwilowego prawdopodobieństwa wystąpienia krytycznego zdarzenia i odpowiednio kwantyfikowanych następstw lub konsekwencji tego zdarzenia. R szacowane ryzyko wystąpienia wypadku lotniczego R W = r W x S r W - chwilowe prawdopodobieństwo wystąpienia wypadku (ryzyko częstościowe), S - Waga skutków wypadku. 33
GEOMETRYCZNA INTERPRETACJA RYZYKA r ryzyko częstościowe czerwone pole Ryzyko całkowite R = r x s 34
GEOMETRYCZNA INTERPRETACJA RYZYKA r ryzyko ukryte czarne poloe 35
GEOMETRYCZNA INTERPRETACJA RYZYKA Ryzyko lądowania we mgle bez systemów ILS 36
EWALUACJA RYZYKA W SYSTEMIE ZARZĄDZANIA BEZPIECZEŃSTWEM L0TÓW Model przyczynowości wypadku (wg. James Reason) organizacja i zarządzanie procedury technika czynnik ludzki UKRYTE WADY Wypadek 37
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 38
39