Mariusz ZIEJA Henryk SMOLIŃSKI Paweł GOŁDA Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych PRACE NAUKOWE ITWL Zeszyt 38, s. 75 84, 2016 r. 10.1515/afit-2016-0007 JAKOŚCIOWE I ILOŚCIOWE SZACOWANIE RYZYKA NA PODSTAWIE ANALIZY ZDARZEŃ W LOTNICTWIE WOJSKOWYM Zarządzanie ryzykiem rozumiane jest jako proces wspierający podejmowanie decyzji poprzez systemową ocenę możliwych sposobów działania, identyfikację zagrożeń i korzyści oraz wskazywanie najlepszego sposobu wykonywania zadań lotniczych. W artykule przedstawiono metodologię jakościowego i ilościowego oszacowania ryzyka w oparciu o analizę zdarzeń lotniczych w lotnictwie wojskowym. Procedura proponowanego podejścia zawiera się w algorytmie szacowania stopnia prawdopodobieństwa i ważności oraz w kolejnych czynnościach: identyfikacji czynnika niebezpieczeństwa (CZN) danej kategorii, analizie ryzyka związanego z danym CZN, wyznaczeniu ryzyka, określeniu czynności korygujących, prognozowaniu ryzyka i jego weryfikacji w następnym okresie oceny. Na uproszczonym schemacie blokowym przedstawiono propozycję realizacji procedury jakościowego i ilościowego szacowania ryzyka z wykorzystaniem funkcjonującego w lotnictwie wojskowym systemu informatycznego TURAWA. Słowa kluczowe: szacowanie ryzyka, zarządzanie ryzykiem, wspomaganie informatyczne zarządzania ryzykiem 1. Wprowadzenie System zarządzania bezpieczeństwem lotów statków powietrznych (SP) jest użytecznym narzędziem do osiągnięcia i utrzymywania akceptowalnego poziomu bezpieczeństwa i powinien zapewnić, że wszystkie realizowane procesy objęte są polityką bezpieczeństwa, a więc odpowiednim monitoringiem i ciągłą troską o to, aby ich realizacja nie wykraczała poza określone normy bezpieczeństwa [1, 6, 9].
76 Mariusz ZIEJA, Henryk SMOLIŃSKI, Paweł GOŁDA Taki sposób zarządzania wymaga zastosowania proaktywnych metod (i strategii) zarządzania bezpieczeństwem lotów, zorientowanych na zapobieganie zdarzeniom lotniczym na drodze dokładnego zbierania informacji z różnych źródeł, które mogą być wskaźnikiem problemów bezpieczeństwa [7]. Podejście to ukierunkowane jest na ujawnienie czynników poprzedzających niebezpieczne zdarzenie lotnicze, opracowanie prewencyjnych środków prowadzących do minimalizacji liczby takich zdarzeń. Cel proponowanego podejścia w zarządzaniu bezpieczeństwem lotów jest taki, żeby za pomocą analizy zebranych danych ukazać problemy poprzedzające niebezpieczne zdarzenia lotnicze i podjąć przedsięwzięcia profilaktyczne jeszcze przed wystąpieniem sytuacji awaryjnej. Działania w tym zakresie określane są wspólnym mianem zarządzanie ryzykiem i są oparte na analizie ryzyka (lub inaczej kontroli ryzyka). W lotnictwie wojskowym wdrożono Metodykę zarządzania ryzykiem w lotnictwie Sił Zbrojnych RP, w celu określenia (unormowania) postępowania w ramach zarządzania ryzykiem, podczas podejmowania decyzji w planowaniu i realizacji zadań lotniczych [4]. Analizę ryzyka, zgodnie z ww. metodyką, przeprowadza się dla poszczególnych zadań lotniczych (lotów) oraz operacji lotniczych. Dokonuje się ilościowej oceny ryzyka w modelu 5M 1, która jest podstawą do podjęcia decyzji o realizacji zadania lotniczego. Podstawowymi dokumentami analizy ryzyka są arkusz zarządzania ryzykiem i karta szacowania ryzyka [8]. Proponowana w niniejszym artykule metodologia, wykorzystująca podejście do zarządzania ryzykiem przedstawione w [3 i 5], prowadzi do oszacowania jakościowego i ilościowego ryzyka w oparciu o analizę zdarzeń lotniczych i może być wykorzystana do oceny bezpieczeństwa lotów poprzez kontrolę ryzyka (zarządzanie ryzykiem) w lotnictwie wojskowym. Procedura zawiera się w algorytmie szacowania stopnia prawdopodobieństwa i ważności oraz kolejnych czynnościach: identyfikacji czynnika niebezpieczeństwa (CZN) danej kategorii, analizie ryzyka związanego z danym CZN, wyznaczeniu ryzyka, określeniu czynności korygujących, prognozowaniu ryzyka i jego weryfikacji w następnym okresie oceny. 1 Man (człowiek) Methods (metody) Machinery (maszyny) Materials (materiały) Management (zarządzanie).
Jakościowe i ilościowe szacowanie ryzyka na podstawie analizy zdarzeń... 77 2. Struktura informacji wyjściowej Istotne dla zarządzania bezpieczeństwem lotów jest maksymalne wykorzystanie wszystkich informacji o zdarzeniach, odchyleniach, uwagach występujących w czasie szkolenia lotniczego. Obecnie można wykorzystać informacje o zdarzeniach lotniczych gromadzone w SI TURAWA, funkcjonującym w lotnictwie wojskowym. Liczba zanotowanych zdarzeń lotniczych (wypadków i incydentów) w ciągu roku wynosi ok. 2 tys. Należy sądzić, że w przyszłości zbiór i zakres informacji gromadzonych w tym systemie będzie się powiększał. Przyjmuje się klasyfikację przyczyn zdarzeń lotniczych według obszarów modelu 5M, ustaloną w Instrukcji bezpieczeństwa lotów lotnictwa Sił Zbrojnych Rzeczypospolitej Polskiej [2]. W każdym obszarze można wydzielić kategorie zdarzeń wg zasady wspólności oznak, np. E1, C1 (tabela 4): Środowisko, naturalne i technologiczne (np. logistyka lotów bez SIL, ruch lotniczy) oraz FOD (E) kategoria E1; Maszyna, statek powietrzny, personel SIL (T); Człowiek (personel latający, załoga) (C) kategoria C1; Zarządzanie (O): zarządzanie personelem latającym (OC), zarządzanie personelem SIL (OT), zarządzanie personelem związanym ze środowiskiem technologicznym (OE). Potencjalne następstwa oddziaływania czynnika niebezpieczeństwa w postaci strat materialnych przedstawiono w tabeli 1. Potencjalne straty materialne powodowane oddziaływaniem czynnika niebezpieczeństwa [9] Tabela1 KSi Sytuacja w locie Straty materialne 5 katastroficzna >1mln zł 4 awaryjna 0,1 1 mln zł 3 złożona (skomplikowana) 10 100 tys. zł 2 komplikacja warunków lotu 1 10 tys. zł 1 bez następstw <1 tys. zł 3. Obliczanie ryzyka Ryzyko jest rozpatrywane jako miara ilościowego pomiaru niebezpieczeństwa z połączeniem wielkości strat wynikłych z oddziaływania CZN i prawdopodobień-
78 Mariusz ZIEJA, Henryk SMOLIŃSKI, Paweł GOŁDA stwa powstania CZN. Obie składowe ryzyka: prawdopodobieństwo i ważność wyrażają się liczbowo wskaźnikami stopnia (rangi) prawdopodobieństwa P i rangi ważności S. Ryzyko R w jednostkach umownych oblicza się ze wzoru [3]: R = P S (1) Przy tym rozumie się, że wyniki dowolnych obliczeń związanych z mającym miejsce ujawnionym CZN są rozpatrywane tylko jako dane wyjściowe dla prognozy. Mówienie o ryzyku zdarzeń, które wydarzyły się nie ma sensu, bo ryzyko to zawsze oszacowanie nieokreśloności przyszłej działalności. Obliczenia ryzyka powinny być wykonywane dla każdej kategorii, można je realizować w module analitycznym systemu informatycznego zaproponowanego na rys.3. Niżej przedstawiono podstawowe założenia algorytmu obliczeniowego. 4. Obliczenia stopnia ważności Stopień ważności S jest obliczany dla kategorii. Danymi wyjściowymi do obliczeń są oszacowania eksperckie ważności (K Si) każdego zdarzenia wg przyjętej skali oceny sytuacji w locie (określonej dla lotnictwa wojskowego). Kategorie oszacowań opracowują eksperci dla swojej grupy. W oszacowaniu eksperckim każdego zdarzenia K Si do stopnia ważności Si przyjęto pięciostopniową skalę oceny sytuacji w locie (tabela 2). Przyjęte wartości zapewniają w przybliżeniu zależność wykładniczą. Skala oceny sytuacji w locie Tabela 2 K Si 1 2 3 4 5 Si 1 4 8 16 32 Każdą wartość Si uważamy za realizację wielkości losowej S ważności przejawiania się grupy czynników niebezpieczeństwa danej kategorii. Przy takim podejściu może być obliczona górna granica S dla przyjętego prawdopodobieństwa, za pomocą nierówności Thebysheva (Czebyszewa): DS ( ) P( S MS ( ) α ) (2) 2 α
Jakościowe i ilościowe szacowanie ryzyka na podstawie analizy zdarzeń... 79 gdzie: M(S) i D(S) oczekiwanie matematyczne i dyspersja wielkości losowej S; α odchylenie S od oczekiwania matematycznego z prawdopodobieństwem P. Dla wzoru roboczego należy założyć prawdopodobieństwo i uzyskać wartość S jako oszacowanie ważności kategorii. Jeżeli suma MS ( ) + Cσ ( S) przekracza naj- max większe z oszacowań S i, zaleca się przyjąć S = S i max. Na przykład, dla poziomu ufności P=0,75 mamy następującą zależność (regułę): max ( MS ( ) + 2 σ( S); MS ( ) + 2 σ S ) i S = max max ( Si ; M( S) + 2 σ( S) + 2 σ( S) > Si (3) Otrzymane oszacowanie jest rozpatrywane jako prognoza stopnia ważności zdarzeń w danej kategorii na następny okres sprawozdawczy. 5. Obliczanie stopnia prawdopodobieństwa Oszacowanie stopnia prawdopodobieństwa P powinien wykonywać ekspert w każdym konkretnym przypadku. Oczywiście oszacowanie będzie subiektywne, ale oparte przede wszystkim na powtarzalności zdarzeń. W szacowaniu ryzyka należy założyć zależność stopnia prawdopodobieństwa P od częstotliwości zdarzeń F. Częstotliwość zdarzeń dla lotnictwa wojskowego przedstawiono w tabeli 3. Częstotliwość zdarzeń dla lotnictwa wojskowego Wskaźnik stopnia prawdopodobieństwa P 1 2 3 4 5 Opisowa charakterystyka P ekstremalnie nieprawdopodobne mało prawdopodobne niewielkie sporadyczne częste Tabela 3 Średnie oceny częstotliwości F zgodnie z [5] 0,01 0,1 1 10 50 Zależność F = f (P) aproksymuje się w przybliżeniu funkcją wykładniczą (rys. 1).
80 Mariusz ZIEJA, Henryk SMOLIŃSKI, Paweł GOŁDA Częstotliwość 60 50 50 40 30 20 10 10 1 0 1 2 3 4 5 Stopień prawdopodobieństwa Rys. 1. Uśrednione oszacowania stopnia prawdopodobieństwa Rozwiązując równanie o tendencji wykładniczej względem x uzyskamy wzór do obliczania wskaźnika stopnia prawdopodobieństwa P: P = Aln( F) + B (4) F można wyrażać w jednostkach zdarzeń na 1000 lotów, jak przyjęto w niektórych liniach lotniczych, i przyjąć liczbowe oszacowanie eksperckie częstotliwości w wartościach średnich wg kategorii swojego sektora. Zaproponowane oszacowanie stopnia prawdopodobieństwa wg częstotliwości zdarzeń na rys. 1 może być zweryfikowane dla przyjętych kategorii przez ekspertów lotnictwa wojskowego.
Jakościowe i ilościowe szacowanie ryzyka na podstawie analizy zdarzeń... 81 Rejestr ryzyka Kod Kategoria Data Cz N E1 Uszkodzenie łopatek sprężarki silnika przez ciała obce Niewykonanie kontroli tunelu wlotowego do silnika lub niedokładne oczyszczenie pasa startowego i drogi kołowania. C1 Przekroczenie dopuszczalnych wartości momentu obrotowego silnika w czasie lotu Niewłaściwa kontrola wartości momentu obrotowego silnika w czasie lotu. Opis ryzyka związanego z danym CZN (grupą CZN) Możliwość urwania łopatki sprężarki silnika lotniczego. Niewykrycie we właściwym czasie uszkodzeń łopatek sprężarki. Duże straty materialne z powodu możliwości uszkodzenia konstrukcji zespołu napędowego. R 8,0 6.0 Działania korygujące Szkolenie z zakresu uszkodzeń silnika przez ciała obce personelu SIL i służby lotniskowej. Badanie stanu technicznego nawierzchni pasa startowego i dróg kołowania. Kontrola systemu oczyszczenia nawierzchni pasa startowego i dróg kołowania. Szkolenie z użytkowania silnika w locie całego personelu latającego. Prowadzenie indywidualnych rozmów z załogami. Odpowiedzialny Data kontroli R prognozowane D-ca 6,0 D-ca 5,0 Tabela 4 R rzeczywiste
82 Mariusz ZIEJA, Henryk SMOLIŃSKI, Paweł GOŁDA 6. Obliczenia i oszacowanie akceptowalności ryzyka Stopnie ważności i prawdopodobieństwa są obliczane ze wzorów (3) i (4), a wskaźnik stopnia ryzyka obliczany jest ze wzoru (1). Następnie ustala się stopnie ryzyka i przeprowadza się jego oszacowanie np. pomijalny R<5; akceptowalny pod warunkiem obniżenia do 5 R 20; niedopuszczalny R >20. Obliczone wartości ryzyka R porównuje się z ustalonymi poziomami i opracowuje się działania wyprzedzające lub korygujące. R 30 25 20 15 10 5 R niedopuszczalne R akceptowalne R nieistotne 0 E1 C1 T OC OT Rys. 2. Graficzne przedstawienia ryzyka kategorii zdarzeń lotniczych Algorytm obliczeniowy oraz wartości poziomów akceptowalności ryzyka mogą zmieniać się w miarę gromadzenia danych i doskonalenia modułu analitycznego. Na rys. 3 przedstawiono uproszczony schemat blokowy systemu informatycznego wspomagającego zarządzanie ryzykiem. Proponowana koncepcja wymaga rozbudowy obecnie funkcjonującego w lotnictwie wojskowym systemu informatycznego TURAWA o: moduł analityczny umożliwiający obliczanie stopnia ważności kategorii, obliczenie stopnia prawdopodobieństwa kategorii oraz obliczanie ryzyka kategorii. Do pracy z systemem należałoby utworzyć grupę analizy. Grupa analizy (eksperci) powinna być formowana z doświadczonych specjalistów. Do ich zadań należałoby oszacowanie ważności zdarzeń i sporządzanie sprawozdań (raportów). Ekspert powinien wpisać do rejestru charakterystyczne CZN wg każdej kategorii podwyższonego ryzyka, a w razie konieczności ponownie przejrzeć zdarzenia,
Jakościowe i ilościowe szacowanie ryzyka na podstawie analizy zdarzeń... 83 które oszacowywał (oceniał). Dla każdego CZN zaleca przedsięwzięcia, które po uzgodnieniu z odpowiednimi osobami funkcyjnymi i wyznaczeniu osoby odpowiedzialnej wpisuje do rejestru (tabela 4). Efektywność przedsięwzięć ocenia się na podstawie wyników obliczenia ryzyka w następnym okresie sprawozdawczym. Do graficznego przedstawienia ryzyka sporządza się wykresy, przykład takiego wykresu przedstawiono na rys. 2. Moduł wprowadzania danych o zdarzeniach l t i h Moduł oceny ważności zdarzenia Baza danych SI TURAWA Moduł formowania sprawozdań Obliczanie stopnia ważności kategorii Obliczenie stopnia prawdopodobieństwa kategorii Rejestry ryzyka, wykresy Obliczanie ryzyka kategorii Moduł analityczny Korygujące, (wyprzedzające) działania dotyczące zarządzania ryzykiem Monitorowanie efektywności przedsięwzięć korygujących Rys. 3. Uproszczony schemat blokowy informatycznego systemu zarządzania ryzykiem 7. Podsumowanie Przedstawiona propozycja zarządzania ryzykiem w lotnictwie wojskowym, wykorzystująca podejście jakościowe i ilościowego oszacowania ryzyka, wdrożona
84 Mariusz ZIEJA, Henryk SMOLIŃSKI, Paweł GOŁDA w niektórych liniach lotnictwa cywilnego, może stanowić istotne uzupełnienie obecnie obowiązującego sposobu zarządzania ryzykiem w oparciu o Metodykę zarządzania ryzykiem w lotnictwie Sił Zbrojnych RP. Zaletą przedstawionego podejścia jest możliwość ilościowego szacowania ryzyka, wykorzystania wspomagania informatycznego w zarządzaniu ryzykiem, obliczenia ryzyka w następnym okresie sprawozdawczym i jego monitorowanie (określanie trendów), na podstawie których ocenia się efektywność przedsięwzięć korygujących. Proponowana koncepcja wymaga rozbudowy obecnie funkcjonujących w lotnictwie wojskowym systemów informatycznych o moduł analityczny, umożliwiający obliczanie stopnia ważności kategorii, stopnia prawdopodobieństwa kategorii oraz ryzyka kategorii. Literatura 1. Babak V.P., Caraczenko V.P., Maksimow V.O. i in.: Bezpieka Awiacji. Technika, Kijów 2004. 2. Instrukcja bezpieczeństwa lotów lotnictwa Sił Zbrojnych Rzeczypospolitej Polskiej. MON, 2004. 3. Kulavskiy V.G., Sharon V.D., Kudryavtsev A.A.: Zarządzanie eksploatacyjnym bezpieczeństwem w liniach lotniczych, Problemy Bezopastnosti 2011, Nr 3. 4. Metodyka zarządzania ryzykiem w lotnictwie Sił Zbrojnych RP. Warszawa 2010, MON. 5. Podstawy zarządzania ryzykiem w lotnictwie. Dowództwo Sił Powietrznych, Warszawa 2010. 6. Safety Management Manual (SMM), Second Edition. ICAO, 2009. 7. Zieja M., Smoliński H., Gołda P.: Proactive methods new quality in aircraft flight safety management. Journal of KONBiN 2015, t. 4 (36). 8. Zieja M., Smoliński H., Pigłas M., Gołda P.: Zarządzanie ryzykiem w procesie eksploatacji wojskowych statków powietrznych. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej Transport 2015, z. 107. 9. Zintegrowany System Bezpieczeństwa Transportu. Tom I: Diagnoza bezpieczeństwa transportu w Polsce, red. R. Krystek, WKŁ, Warszawa 2009.