STEROWANIE PROCESEM SZKOLENIA NA SYMULATORACH LOTNICZYCH W OPARCIU O CHARAKTERYZUJĄCE GO WIELKOŚCI

Piotr BARSZCZ Mariusz WESOŁOWSKI Krzysztof BLACHA Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych PRACE NAUKOWE ITWL Zeszyt 37, s. 73 94, 2015 r. 10.1515/afit-2015-0027 STEROWANIE PROCESEM SZKOLENIA NA SYMULATORACH LOTNICZYCH W OPARCIU O CHARAKTERYZUJĄCE GO WIELKOŚCI Lot samolotu bojowego przebiega w dynamicznie zmieniającym się otoczeniu, gdzie główną rolę w procesie podejmowania decyzji odgrywa odpowiednio przygotowany pilot, a szczególnie jego percepcja. W artykule przedstawiono analizy wykonane w oparciu o wyniki badań przeprowadzonych na określonej populacji podchorążych oraz pilotów, którzy wykonywali loty na symulatorach lotniczych. Badania prowadzono, mierząc czas reakcji na wprowadzane sytuacje awaryjne oraz określano liczbę popełnianych błędów. Na podstawie analizy korelacji cech charakteryzujących poziom wyszkolenia kandydata na pilota oraz wyszkolonego pilota, znając funkcje rozkładu prawdopodobieństwa tych cech, można szacować, jakie wyniki powinien osiągać podchorąży podczas wykonywania określonego ćwiczenia, aby system szkoleniowy dał zamierzone efekty podczas wykonywania zadań w samolocie, na którym docelowo będzie latał. Słowa kluczowe: symulator lotniczy, szkolenie lotnicze, percepcja zmysłowa, pętla decyzyjna. 1. Wprowadzenie Percepcja jest to zmysłowy proces poznawczy człowieka polegający na zdobywaniu wiedzy o otaczającym go świecie dzięki organom wyposażonym w receptory, np. czucia, węchu, słuchu. W systemie antropotechnicznym pilotstatek powietrzny-otoczenie jest on związany z odbieraniem sygnałów, rozpoznawaniem zdarzeń z otoczenia, wskazań przyrządów oraz poleceń i wskazówek od innych współdziałających osób. Obecnie podstawowymi kryteriami oceny percepcji i sprawności psychomotorycznej pilota jest jego czas reakcji T p na odbierane sygnały o stanie statku powietrznego oraz liczba błędów N B popełnianych

74 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha przez niego podczas lotu. Czas reakcji pozwala ocenić szybkość przetwarzania informacji oraz szybkość podejmowania decyzji (analiza zamierzeń), a liczba popełnionych błędów stopień doskonałości wykonywania zadań przez pilota (OODA pętla decyzyjna Johna Boyda) [1]. Czas reakcji i stopień doskonałości wykonywania zadań można wyrabiać poprzez odpowiednie treningi. Urządzeniami służącymi do poprawy cech psychomotorycznych pilotów są symulatory lotu statków powietrznych. Symulatory umożliwiają doskonalenie właściwych nawyków, umiejętności, reakcji, ale także pozwalają na ocenę stopnia przygotowania do wykonywanych zadań (danej misji) przez pilota i załogę. Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych kształci pilotów wojskowych w oparciu o ich charakterystyki osobowo-zawodowe, co w połączeniu z opanowaną wiedzą i uzyskanymi umiejętnościami zawodowymi pozwala im właściwie wykonywać zadania. Funkcjonujący obecnie w szkole system szkolenia pilotów samolotów odrzutowych został przedstawiony na rys. 1. Rys. 1. Funkcjonujący obecnie w WSOSP system szkolenia pilotów samolotów odrzutowych [3] Szkolenie prowadzone z zastosowaniem symulatorów obniża koszty, zwiększa efektywność treningu oraz bezpieczeństwo użytkowania statku powietrznego w powietrzu, ponieważ znacznie podnosi poziom umiejętności pilotów. Wykorzystywanie nieobrobionej informacji o nalocie i liczbie popełnionych błędów jako głównych kryteriów wyszkolenia pilotów jest niewystarczające (patrz tabela 2). Problemem badawczym, który należy rozwiązać w celu dynamicznego sterowania procesem szkolenia, jest analiza parametrów i wskaźników będących

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 75 miarami efektywności szkolenia oraz oceny poziomu przygotowania pilotów do realizacji zadań. Określone informacje można uzyskać poprzez analizę charakterystycznych cech na podstawie wyników badań percepcji szkolonych pilotów z wykorzystaniem symulatorów lotniczych. Cechą charakterystyczną zawodu pilota statku powietrznego jest podejmowanie decyzji w deficycie czasu, czyli przetwarzanie informacji i reagowanie na nie w obszarze kilku źródeł bodźców przy dużej szybkości i intensywności ich dopływu (przepustowość informatyczna pilota). Konsekwencje popełnienia błędu, zarówno w odbiorze bodźca, jak i niewłaściwej reakcji na niego, są poważniejsze w skutkach (katastrofa lotnicza) niż w większości innych zawodów. Dlatego też szkolenie pilotów może nastręczać cały szereg trudności na różnych etapach jego realizacji. Proces szkolenia pilotów może być prowadzony metodą klasyczną lub metodą zakładającą szeroki udział nowoczesnych środków wspomagania tego procesu z wykorzystaniem inżynierii wirtualnej włącznie. Szkolenie prowadzone metodą klasyczną przebiega wg schematu: przygotowanie teoretyczne (np. przedmioty ogólne język angielski, wychowanie fizyczne, historia sztuki wojennej i lotnictwa, technologie informacyjne, przedmioty podstawowe matematyka, fizyka, informatyka, grafika inżynierska i zapis konstrukcji CAD, CAM, mechanika ogólna, wytrzymałość materiałów i konstrukcji, aerodynamika, mechanika płynów, mechanika lotu, podstawy elektrotechniki, podstawy elektroniki, podstawy automatyki, termodynamika, podstawy konstrukcji maszyn, działalność wychowawcza w wojsku, komunikacja społeczna i podstawy pedagogiki itp.); praktyczne poznawanie sprzętu na symulatorze i na makietach oraz rzeczywistych statkach powietrznych (np. praktyczne szkolenie lotnicze w WSOSP rozpoczyna się od tzw. programu selekcyjnego wykonywanego na samolocie tłokowym w wymiarze 20 godz. Jest to pierwsza weryfikacja kandydatów do szkolenia. Po ukończeniu tego etapu z wynikiem pozytywnym, kandydat na pilota wojskowego rozpoczyna szkolenie praktyczne w 1. i 2. Ośrodku Szkolenia Lotniczego (OSzL), które to ośrodki wchodzą w skład 4. Skrzydła Lotnictwa Szkolnego. Obecnie w 2 OSzL stacjonującym w Radomiu prowadzone jest szkolenie podstawowe na samolotach PZL-130 Orlik studentów II roku specjalności pilot samolotu odrzutowego (PSO) (nalot na jednego podchorążego to ok. 80 godzin itp.); szkolenie w locie na samolocie dwusterowym pod kierunkiem i nadzorem instruktora; loty samodzielne (np. wykonywanie trasy, system lądowania itp.);

76 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha szkolenie w locie w wykonywaniu zadań bojowych (np. wykonywanie misji itp.). Metoda ta jest powszechnie stosowana i zakłada wykorzystanie symulatorów do doraźnych treningów, dla podtrzymania umiejętności. Wśród zwolenników tej metody panuje opinia, że symulator nie uczy latać, a wręcz jest źródłem szkodliwych nawyków. Przyczyną takiego poglądu jest brak nowoczesnych symulatorów i nieprawidłowe podejście do ich roli. Szkolenie metodą klasyczną jest nieefektywne, kosztowne, niebezpieczne oraz anachroniczne. Druga metoda szkolenia lotniczego zakłada duży udział nowoczesnych środków wspomagania tego procesu i przebiega ona według schematu: szkolenie teoretyczne z zastosowaniem komputerowych systemów dydaktycznych; szkolenie naziemne na stanowisku do nauki procedur, na symulatorach zadań cząstkowych, symulatorze lotu, stanowisku ratowniczym; szkolenie w powietrzu na samolocie dwusterowym z instruktorem; loty samodzielne; szkolenie naziemne w wykonywaniu zadań bojowych na symulatorach lotu; loty na zastosowanie bojowe; naziemne szkolenie okresowe uzupełniająco-doskonalące na symulatorach zadań cząstkowych i symulatorze walki. Dzięki symulatorom wykorzystywanym podczas szkolenia podstawowego i w celu podtrzymywania nawyków, można zmniejszać bezpiecznie czas treningu w warunkach rzeczywistych i koszty szkolenia (godzina lotu na symulatorze kosztuje 10% rzeczywistego lotu). 2. Wybrane parametry charakteryzujące proces szkolenia pilotów Mając na uwadze dokonania w zakresie parametryzacji procesu szkolenia pilotów, w Wojskowym Instytucie Medycyny Lotniczej (WIML) przeprowadzono badania skurczów serca jako wskaźnika reakcji układu wegetatywnego pilota na bodźce zewnętrzne. Do badań wykorzystano symulator lotów JAPETUS o sześciu stopniach swobody. Przebadano sześciu pilotów samolotu Su-22 najpierw na symulatorze, następnie uwzględniając takie same etapy lotów podczas rzeczywistego lotu na samolocie Su-22 [3]. Częstość skurczów serca badano w następujących etapach lotów (tabela 1): uruchomienie silnika (UR), start (S) i lądowanie (L).

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 77 Częstości skurczu serca pilotów samolotu Su-22 [2] Tabela 1 Pilot LOT REALNY LOT NA SYMULATORZE JAPETUS UR S L UR S L 1 144 147 141 132 122 124 2 139 135 167 141 133 147 3 128 171 143 151 142 148 4 143 148 148 147 170 176 5 155 162 165 150 152 147 6 103 103 150 112 163 170 Ponieważ nie stwierdzono statystycznych różnic pomiędzy wartościami częstości skurczów serca w odpowiednich momentach lotu, przyjęto, że badania na symulatorze odtwarzają warunki lotu. Rezultaty badań prowadzonych w WIML dały podstawy do uznania wykonanych badań na symulatorze Izolda za bardzo zbliżone do rzeczywistego lotu. Z badań pilotów na symulatorach prostych i złożonych oraz na samolotach wynika, że po piątym treningu liczba błędów popełnianych zarówno na symulatorze, jak i w samolocie kształtuje się na poziomie zbliżonym 3 5%, co potwierdza tezę o odpowiedniości rezultatów badań uzyskanych w czasie prób na symulatorze z sytuacją w samolocie. Jednocześnie upewnia o odpowiedniości i niezbędności stosowania symulatorów w procesie szkolenia pilotów (rys. 2). Rys. 2. Dane z testów pilotów na symulatorze lotów oraz na samolocie [3]

78 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha Badania prowadzone od początku lat sześćdziesiątych na symulatorach, zarówno prostych, jak i złożonych (rys. 3 i 4), potwierdzają konieczność stosowania symulatorów w kształtowaniu nawyków operatora-pilota, a w szczególności podchorążego na etapie podstawowego szkolenia [3]. Rys. 3. Krzywa zmian prawdopodobieństwa bezbłędnego wykonania treningów [3] λniezaw λszybk λniezaw = dp dn λszybk = dt n 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 n Liczba treningów Rys. 4. Wykresy zmian intensywności kształtowania nawyku według niezawodności i według szybkości wykonywania czynności [3]

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 79 Wskaźniki intensywności kształtowania nawyku mogą spełniać funkcję obiektywnych kryteriów oceny i wyboru optymalnej częstości szkolenia na symulatorach, czyli określenia najbardziej celowej częstości treningów dla danego zbioru ćwiczących, przy dysponowaniu określoną liczbą urządzeń treningowych [3]. Poniżej przedstawiono analizy wykonane w oparciu o wyniki badań przeprowadzonych na określonej populacji podchorążych oraz pilotów, którzy wykonywali loty na symulatorach lotniczych KSL PZL-130 Orlik, KSL TS-11 Iskra oraz F-16. Badania prowadzono, mierząc czasy reakcji na wprowadzane sytuacje awaryjne oraz określając liczbę popełnianych błędów. Badania czasu reakcji oraz liczby błędów zarejestrowanych dla pilotów bez doświadczenia lotniczego zostały przeprowadzone w styczniu i lutym 2008 roku z grupą podchorążych II rocznika WSOSP o profilu pilot samolotu odrzutowego, którzy wykonywali loty na symulatorze lotniczym KSL PZL-130 Orlik. Badana grupa podchorążych posiadała bardzo małe doświadczenie lotnicze. Każdy z nich wykonał w aeroklubach 20 godzin lotów na samolocie typu Cesna-150 w ramach lotniczego przysposobienia wojskowego, co było jednocześnie nalotem selekcyjnym, mającym na celu określenie przydatności do dalszego szkolenia w lotnictwie wojskowym. Przedmiotem badań było sprawdzenie czasu reakcji badanych podchorążych przy wyłączonej sygnalizacji awarii na stwarzane sytuacje awaryjne: 1) przypadek szczególny zaświecenie lampki Reszta paliwa ; 2) przypadek szczególny zaświecenie lampki Brak ciśnienia oleju ; 3) przypadek szczególny Zgaśnięcie silnika na małej wysokości ; 4) przypadek szczególny Niesprawność sztucznego horyzontu ; 5) brak wskazań ARL oraz liczby popełnianych błędów podczas następujących ćwiczeń: 1) lot po kręgu do lądowania w dzień VFR od trzeciego zakrętu do przyziemienia; 2) wykonanie figur prostego pilotażu; 3) I faza podejścia do lądowania bez widoczności ziemi (na kursie lądowania) lot od momentu wypuszczenia podwozia na kursie lądowania i przebicie chmur w dół (podejście początkowe); 4) II faza podejścia do lądowania bez widoczności ziemi (na kursie lądowania) lot od DRL do przyziemienia. W tabeli 2 przedstawiono czasy reakcji i liczby popełnionych błędów dla podchorążych podczas wykonywania symulowanych sytuacji.

80 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha Tabela 2 Czasy reakcji na określone sytuacje w locie oraz liczby popełnianych błędów podczas badań realizowanych z wykorzystaniem symulatora lotniczego KSL PZL-130 Orlik Przyp1 Przyp2 Przyp3 Przyp4 Przyp5 Przyp6 Przyp7 Przyp8 Przyp9 Pchor 1 19 8 15 6 14 5 14 15 16 Pchor 2 1 9 10 1 6 6 15 13 11 Pchor 3 4 2 1 17 19 12 11 19 13 Pchor 4 2 10 16 8 11 13 6 16 19 Pchor 5 6 1 7 3 3 18 12 3 14 Pchor 6 13 4 11 13 2 4 13 14 6 Pchor 7 3 15 2 9 18 7 17 11 10 Pchor 8 7 3 18 14 1 8 19 6 4 Pchor 9 12 7 8 4 15 10 9 17 15 Pchor 10 8 18 3 15 17 14 16 9 3 Pchor 11 9 19 19 5 9 17 3 10 7 Pchor 12 14 14 13 7 4 19 7 7 8 Pchor 13 10 11 9 10 5 2 8 8 18 Pchor 14 11 5 14 16 7 9 10 1 2 Pchor 15 15 12 4 2 16 15 2 18 5 Pchor 16 16 6 12 19 8 1 1 4 17 Pchor 17 5 16 5 11 10 11 18 12 9 Pchor 18 17 13 6 12 12 16 5 2 1 Pchor 19 18 17 17 18 13 3 4 5 12 Jak zostało pokazane w tabeli 2, na podstawie dziewięciu cech wymienionych powyżej, które charakteryzują poziom wyszkolenia podchorążych, trudno jest ocenić ich przygotowanie i w oparciu o te dane zmodernizować proces szkolenia. W związku z tym należy dobrać odpowiednie metody, które by pozwoliły na obiektywne przeprowadzenie analizy i oceny przygotowania podchorążych do wykonywania zadań i dostosowanie procesu szkoleniowego do indywidualnych realizacji zadań.

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 81 3. Standaryzacja danych jako metoda selekcji poziomu wyszkolenia w analizowanej grupie Porównywanie wyników pochodzących z różnych rozkładów jest zwykle niezbyt satysfakcjonujące, a dodawanie takich danych prowadzić może do całkiem nieoczekiwanych rezultatów. Te trudności można łatwo przezwyciężyć, jeżeli korzystać będziemy z danych standaryzowanych. Dane takie są uniezależnione od wartości średniej oraz ich rozkładu. Dane standaryzowane pochodzące z różnych rozkładów mogą być ze sobą porównywane lub poddawane analizie matematycznej bez obawy pojawienia się obciążenia statystycznego. Tabela 3 Wielkości standaryzowane czasów reakcji na określone sytuacje awaryjne oraz liczb popełnianych błędów dla badań z wykorzystaniem symulatora lotniczego KSL PZL-130 Orlik Przyp1 Przyp2 Przyp3 Przyp4 Przyp5 Przyp6 Przyp7 Przyp8 Przyp9 Razem Pchor14 0,006 0,200 0,049-0,639-1,868-0,304-1,302-0,299-0,723-4,881 Pchor19-1,589 0,200-0,136 1,055-0,995-0,304-0,449-1,245-0,723-4,186 Pchor6-0,718 0,744 1,714-1,486-0,995-1,129-0,449-0,299-0,723-3,342 Pchor15 0,565-0,561-1,247-0,074-0,123 0,521-1,302-1,245 0,334-3,132 Pchor11 0,464 0,200-0,691 1,338-0,995 1,347-1,302-0,299-1,781-1,720 Pchor10 0,203-1,105-1,062 0,491 1,041-0,304 0,404-0,299-0,723-1,355 Pchor3-0,604 0,092-0,136-0,639-0,704 2,172-0,449-1,245 0,334-1,180 Pchor8-0,352-1,540-0,136-0,922 0,750-0,304 0,404 0,647 0,334-1,119 Pchor13-0,673 1,724-0,136-0,639 2,205-1,129-0,449-1,245-0,723-1,066 Pchor9 0,006-1,540 0,049-0,639 0,168 0,521-0,449-0,299 1,391-0,792 Pchor1-1,080-0,779-1,062-1,204-0,413 1,347 0,404 0,647 1,391-0,749 Pchor16 0,739 1,288-1,062 0,491 0,459 1,347-0,449-1,245-1,781-0,212 Pchor2-0,764-1,214-0,506 0,773-0,704 0,521 0,404 1,594 0,334 0,437 Pchor4-0,943-0,670 0,789-0,357 0,168-0,304 2,110 0,647-0,723 0,718 Pchor7-0,370 0,092-0,691 0,208 0,459-0,304 0,404 0,647 0,334 0,779 Pchor18 1,825 0,092-0,321 1,903-0,704-1,129 1,257 0,647 0,334 3,902 Pchor17 1,825 1,832 2,269-1,204 0,168-0,304-0,449-0,299 1,391 5,230 Pchor12-0,361 0,636 0,789 1,620 1,623-1,129-0,449 1,594 1,391 5,713 Pchor5 1,825 0,309 1,529-0,074 0,459-1,129 2,110 1,594 0,334 6,956

82 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha W tabeli 3 oraz na rys. 5 przedstawiono wielkości standaryzowane czasów reakcji na określone sytuacje awaryjne oraz liczb popełnionych błędów dla badań realizowanych z wykorzystaniem symulatora lotniczego KSL PZL-130 Orlik. Rys. 5. Wielkości standaryzowane czasów reakcji na sytuacje awaryjne i liczb popełnianych błędów dla badań z wykorzystaniem symulatora lotniczego KSL PZL-130 Orlik Populację badanych podchorążych podzielono na cztery grupy (rys. 5) w celu określenia czasów reakcji na sytuacje awaryjne i liczb popełnianych błędów. Do grupy 1 zaliczono podchorążych charakteryzujących się właściwym reagowaniem na sytuacje awaryjne, jak również najmniejszą skłonnością do popełniania błędów podczas wykonywania określonych zadań (podchorąży nr 14, 19, 6, 15 i 11). W oparciu o analizę czasów reakcji na sytuacje szczególne i liczb popełnionych błędów można uznać, że ta grupa właściwie jest wyszkolona i może kontynuować szkolenie zgodnie z założeniami systemu szkoleniowego. W tej grupie najlepszymi wynikami charakteryzuje się podchorąży nr 14, a najgorszymi wynikami podchorąży nr 11.

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 83 W skład grupy 2 wchodzą podchorążowie nr 10, 3, 8, 13 i 9. Należy przeanalizować przyczyny ich drobnych niedociągnięć i dalej postępować zgodnie z założeniami systemu szkoleniowego. W skład 3 grupy wchodzą podchorążowie nr 1, 16, 2, 4 i 7. Należy przeanalizować przyczyny niedociągnięć i wdrożyć dodatkowe ćwiczenia mające na celu ich usunięcie. W przypadku grupy 4 (podchorążowie nr 18, 17, 12 i 5) należy przeanalizować przydatność systemu szkoleniowego dla wymienionych podchorążych, a nawet, po indywidualnej analizie, zastanowić się nad zmianą ich przydziału. 4. Modyfikowanie planu szkolenia w oparciu o korelacje i statystyki charakterystycznych cech Na podstawie analizy korelacji cech charakteryzujących poziom wyszkolenia kandydata na pilota oraz pilota, znając funkcje rozkładu prawdopodobieństwa tych cech, można szacować, jakie wyniki powinien osiągać podchorąży podczas wykonywania określonego ćwiczenia, aby system szkoleniowy dał zamierzone efekty podczas wykonywania zadań w samolocie, na którym docelowo będzie latał pilot. Podchorąży, który wyćwiczy na symulatorze Orlika czas reakcji na zaświecenie lampki Brak ciśnienia oleju i na symulatorze Iskry wykonywanie lotu od trzeciego zakrętu do przyziemienia w nocy VFR, na samolocie F-16 właściwie reaguje na sygnalizowanie zgaśnięcia silnika. Przeprowadzona powyżej analiza i ocena pozwala praktycznie sterować wyszkoleniem podchorążych na symulatorach lotniczych KSL PZL-130 Orlik, KSL TS-11 Iskra, aby uzyskać odpowiednie czasy reakcji na samolocie F-16. Na rys. 6 przestawiono wartości średnie z odchyleniem standardowym cech charakteryzujących proces szkolenia. Jak zostało przedstawione na rys. 5, podchorążowie wykonujący ćwiczenie symulujące przypadek szczególny (zaświecenie lampki Brak ciśnienia oleju, lampka dotyczy silnika) na symulatorze Orlika, osiągający czas reakcji powyżej 25 s, powinni wykonać dodatkowe ćwiczenia, które pozwoliłyby na obniżenie czasu reakcji. Podchorążowie ćwiczący wykonywanie lotów od trzeciego zakrętu do przyziemienia w nocy VFR na symulatorze Iskry, którzy zrobili powyżej trzech błędów, powinni wykonać dodatkowe ćwiczenia, aby obniżyć liczbę błędów poniżej trzech. Liczba błędów została określona na podstawie analizy krzywej regresji, dzięki której można ocenić, że podchorąży, wykonując lot od trzeciego zakrętu do przyziemienia w nocy VFR, może popełnić trzy błędy zgodnie z rozkładem wartości ekstremalnych na poziomie istotności p = 0,95.

84 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha 36 Średnia 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 Przyp2(Orlik) Przyp4(F-16/Z) Przyp9(TS-11) Średnia±Błąd std Średnia±Odch.std Odstające Ekstremalne Rys. 6. Wartości średnie z odchyleniem standardowym cech charakteryzujących proces szkolenia 5. Analiza skuteczności szkolenia w funkcji czasu reakcji oraz liczby popełnianych błędów Dokonując analizy skuteczności systemu szkolenia z wykorzystaniem symulatorów, który funkcjonuje w ramach Sił Zbrojnych, wprowadzono wskaźniki skuteczności szkolenia kandydatów na pilotów oraz wyszkolonych pilotów S t i S b. Oblicza się je w oparciu o czas reakcji i liczbę popełnianych błędów przez kandydata na pilota czy wyszkolonego pilota podczas wykonywania określonych ćwiczeń z wykorzystaniem symulatorów lotniczych. T S p = (1) t p T S b = (2) B

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 85 gdzie: T nalot kandydata na pilota czy pilota [h]; t p czas reakcji kandydata na pilota czy pilota na zaistniałą sytuację szczególną [s]; B liczba popełnionych błędów podczas wykonywania określonego zadania [-]. Przeanalizowano wskaźnik skuteczności szkolenia dla przypadku szczególnego w odniesieniu do: PZL-130 Orlik: zaświecenie lampki Brak ciśnienia oleju parametr dotyczy silnika; TS-11 Iskra: zaświecenie lampki Brak ciśnienia oleju parametr dotyczy silnika; F-16: Spadek ciśnienia oleju parametr dotyczy silnika. Na rys. 7 przedstawiono rozkład wskaźnika skuteczności szkolenia S p wraz z krzywymi najlepszego dopasowania wielomianem 1, 2 i 3 stopnia dla przypadku szczególnego brak i spadek ciśnienia oleju. Rys. 7. Rozkład wskaźnika skuteczności szkolenia wraz z krzywymi najlepszego dopasowania opisanymi równaniami matematycznymi dla przypadku szczególnego brak i spadek ciśnienia oleju parametr dotyczy silnika

86 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha Rys. 8. Rozkład wskaźnika skuteczności szkolenia wraz z krzywymi najlepszego dopasowania oraz z funkcjami gęstości rozkładu prawdopodobieństwa opisanymi równaniami matematycznymi dla przypadku szczególnego brak i spadek ciśnienia oleju 6. Analiza cykliczności pojawiania się uszkodzeń głównego komputera pokładowego (MMC) zabudowanego na samolocie F-16 Średnia wartość parametru strumienia niesprawności dużej liczby samolotów różnych serii produkcyjnych, eksploatowanych w różnych warunkach klimatycznych i obsługiwanych przez personel techniczny mający różny poziom doświadczenia wystarczająco obiektywnie charakteryzuje poziom nieuszkadzalności samolotu. Stwierdzono, że im więcej niesprawności jest wykrywanych na ziemi podczas obsługi technicznej samolotów, tym mniej uszkodzeń powstaje w locie. Parametr strumienia niesprawności charakteryzuje zakres prac personelu inżynieryjno-lotniczego w zakresie odtwarzania zdatności do pracy samolotów. Duża ilość niesprawności podstawowych systemów sumuje się, tworząc strumień nie-

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 87 sprawności samolotu jako całości. Analiza zmiany wartości parametru strumienia niesprawności podstawowych systemów samolotu w czasie pozwala oszacować efektywność konkretnych przedsięwzięć mających na celu podwyższenie nieuszkadzalności. Przykładowo na rys. 9 przedstawiono wykres parametru strumienia niesprawności w kolejnych kwartałach eksploatacji samolotów F-16. Maksymalne wartości częstości cechują się cyklicznością, ponadto nie ma tu trendu i średnia tego szeregu jest większa od zera. Dane zostały uzyskane w ramach analizy uszkodzeń głównego komputera pokładowego (MMC) samolotu F-16. Rys. 9. Parametr strumienia niesprawności głównego komputera pokładowego (MMC) Na rys. 10 przedstawiono wykres periodogramu, który pozwala na wyznaczenie, dla jakiej częstotliwości występuje maksimum. Rysunek 10 przedstawia w sposób wyraźny maksimum występujące przy częstotliwości około 0,31. Poniżej przedstawiono tabelę ze wszystkimi wartościami periodogramu uzyskanymi na podstawie analizy widmowej.

88 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha Rys. 10. Wykres periodogramu Wartości periodogramu Tabela 4 Analiza widmowa: ω n : =(1/v3)*1000 (MMC.STA) Liczba obs.: 16 Okres Częstotliwość Współczynnik Współczynnik Periodogram Gęstość Waga Hamminga 0 0,000000-0,00000 0,000000 0,00000 14,04949 0,035714 1 0,062500 16,00000 1,55186 0,968405 26,76857 18,19383 0,241071 2 0,125000 8,00000 0,87416 1,111970 16,00502 23,55461 0,446429 3 0,187500 5,33333-2,13469-0,667299 40,01752 26,32371 0,241071 4 0,250000 4,00000 0,23544 1,013459 8,66024 24,73829 0,035714 5 0,312500 3,20000 0,16104 2,328581 43,58577 24,36256 6 0,375000 2,66667-0,65258 0,292649 4,09203 15,71744 7 0,437500 2,28571-1,14873 0,291018 11,23412 10,42894 8 0,500000 2,00000-1,13156 0,000000 10,24337 10,28167

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 89 Częstotliwość to liczba cykli na jednostkę czasu (przy czym jednostkę czasu wyznacza odstęp między kolejnymi obserwacjami). Zatem częstotliwość równa 0,31 odpowiada okresowi równemu 3. Wartości maksymalne częstości uszkodzeń przejawiają silny 3-kwartalny cykl. Dobrze jest wygładzić periodogram, aby usunąć losowe wahania i otrzymać oceny gęstości widmowej. Jedno maksimum jest zdecydowanie wyraźniejsze (rys. 11). Rys. 11. Gęstość widmowa Na rys. 12 przedstawiono gęstość widmową w zależności od okresu. Należy zauważyć, że w maksimach intensywności uszkodzeń głównego komputera pokładowego (MMC) występuje silny 5-kwartalny cykl, co pozwala na prognozowanie, że co pięć kwartałów może nastąpić uszkodzenie głównego komputera pokładowego.

90 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha Rys. 12. Gęstość widmowa w zależności od okresu 7. Prognozowanie liczb powtórzeń technik wychodzenia z sytuacji niebezpiecznych w ramach szkoleń pilotów eksploatujących samoloty F-16 Na podstawie analizy czasu reakcji i liczby popełnianych błędów można oszacować poziom wyszkolenia pilotów i w oparciu o te informacje modyfikować system szkolenia indywidualnie dla każdego pilota. A zatem najistotniejsze pytanie problemowe to: po ilu wykonanych lotach pilot będzie w stanie wyjść z sytuacji niebezpiecznej? Będzie można na nie odpowiedzieć po przeprowadzeniu prognozowania liczby lotów, niezbędnej do bezbłędnego wykonania zadania.

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 91 Rys. 13. Prognoza liczby błędów popełnionych przez pilota nr 5 podczas wykonywania czynności w ramach scenariusza nr 1 i w odniesieniu do przypadku nr 1 W tabeli 5 przedstawiono wyniki analizy przeprowadzonej na podstawie prognozowania w celu oszacowania liczby ćwiczeń potrzebnych do bezbłędnego wykonania zadania dla przypadków 1 12 w ramach scenariusza nr 1 dotyczącego utrzymania V 350 KIAS przed rozpoczęciem podejścia do lądowania. Jak wynika z analizy danych (tabela 5), najbardziej podatny na szkolenie jest pilot 5, a najmniej pilot 2. Najwięcej treningu wymaga zadanie (przypadek 1) polegające na utrzymaniu V 350 KIAS przed rozpoczęciem podejścia do lądowania. Można wnioskować, iż bez problemów piloci opanowali zadania, a więc nie muszą doszkalać się w tym zakresie: utrzymanie nakazanego radiala przed rozpoczęciem podejścia do lądowania (±10º) (przypadek 4); podjęcie decyzji o przerwaniu zadania (= 15 s) (przypadek 11); wykonanie lądowania po drugim zajściu (przypadek12).

92 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha Tabela 5 Wyniki analizy przeprowadzonej na podstawie prognozowania w celu oszacowania liczby ćwiczeń potrzebnych do bezbłędnego wykonania zadania [2] Pilot 1 Pilot 2 Pilot 3 Pilot 4 Pilot 5 Pilot 6 Pilot 7 Pilot 8 Pilot 9 Pilot 10 SUMA Przypadek 1 2 4 2 2 4 7 4 3 6 16 50 Przypadek 2 5 4 6 16 2 7 1 2 2 2 47 Przypadek 3 5 2 0 0 0 3 2 0 0 2 14 Przypadek 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Przypadek 5 4 4 3 3 0 0 1 3 2 1 21 Przypadek 6 6 6 0 0 0 0 2 6 3 0 23 Przypadek 7 0 2 3 0 3 0 4 2 2 8 24 Przypadek 8 3 16 3 0 0 0 5 0 0 0 27 Przypadek 9 4 5 0 0 2 0 7 0 3 0 21 Przypadek 10 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 5 Przypadek 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Przypadek 12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 SUMA 29 48 17 21 11 17 26 16 18 29 232 8. Wnioski Podjęta tematyka wynika z analizy systemu szkolenia pilotów wojskowych. Przeprowadzona analiza pokazuje, że nawyki pilotowania statku powietrznego wypracowuje się w rezultacie wielokrotnych powtórzeń specjalnie opracowanych ćwiczeń na urządzeniach treningowych, w symulatorach lotu oraz w powietrzu. Kształtując je, pilot-instruktor posługuje się takimi sposobami i metodami nauczania, które wyrabiają u pilotów prawidłowe działanie w procesie pilotowania, umiejętność szybkiego orientowania się w skomplikowanych sytuacjach oraz bezbłędnego i szybkiego podejmowania decyzji zapobiegających niekorzystnemu rozwojowi sytuacji, zarówno na ziemi, jak i w powietrzu. Z przeprowadzonych badań można przedstawić następujące wnioski:

Sterowanie procesem szkolenia na symulatorach lotniczych... 93 1) Analiza liczby błędów popełnionych przez pilotów bez przeprowadzenia obróbki statystycznej tych wielkości nie pozwala na ocenę poziomu wyszkolenia całej populacji szkolonych. 2) Prowadząc szkolenia pilotów, należy brać pod uwagę cykliczność występowania uszkodzeń analizowanych agregatów. 3) Wykorzystując analizę widmową Fouriera, określono, że w maksimach intensywności uszkodzeń głównego komputera pokładowego (MMC) samolotu F-16 występuje silny 5-kwartalny cykl, a w maksimach intensywności uszkodzeń instalacji hydraulicznej występuje silny 2-kwartalny cykl. 4) Analiza wybranych metod statystycznych pozwoliła stwierdzić, że tylko analiza całościowa daje rzetelny obraz poziomu przygotowania pilotów do wykonywania zadań. 5) Prowadząc analizę poszczególnych cech charakteryzujących poziom wyszkolenia pilota, można dokonać oceny indywidualnej, na jaki element procesu szkolenia należy zwrócić uwagę, aby osiągnąć zamierzone wyniki. 6) Należy prowadzić analizę efektywności systemu w ramach określonej grupy pilotów, jak i w całości systemu szkolenia funkcjonującego w ramach Sił Zbrojnych. A zatem na podstawie przeprowadzonych analiz można oszacować poziom wyszkolenia pilotów i w oparciu o te informacje modyfikować system szkolenia przy indywidualnym podejściu do każdego z nich. Natomiast prognozowanie liczby błędów pozwala na oszacowanie liczby lotów, jaka będzie niezbędna do bezbłędnego wykonania określonego zadania, a także umożliwia określenie podatności szkoleniowej każdego z pilotów. Jednym z elementów modyfikacji procesu szkolenia powinna być zatem analiza korelacji pomiędzy ćwiczonymi przypadkami poprzez badanie charakteryzujących je cech. Badaniu należy poddać cechy charakteryzujące proces szkolenia, aby ocenić, czy zmierza on we właściwym kierunku. Należy również wyeliminować ćwiczenia, które kształtują złe nawyki. Literatura 1. Augustyn S.: Żywotność lotniczego systemu antropotechnicznego. AON. Warszawa 2013. 2. Bondaruk A.: Badanie wpływu uszkodzeń i niesprawności samolotów wielozadaniowych na bezpieczeństwo lotów. Praca doktorska. Dęblin 2010. 3. Gołębiowski W.: Badanie percepcji szkolonych pilotów w procesie użytkowania statków powietrznych z wyposażeniem cyfrowym i analogowym. Praca doktorska. Dęblin 2009.

94 Piotr Barszcz, Mariusz Wesołowski, Krzysztof Blacha 4. Grigoriu M.: Expert systems for maintenance engineering. Materiały konferencji Artificial Techniques for Improving Aircraft Maitenance Efficiency, London 1991. 5. Jaźwiński J., Borgoń J.: Niezawodność eksploatacyjna i bezpieczeństwo lotów. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1989. 6. Lewitowicz J., Borgoń J., Ząbkowicz W. (red.): Problemy badań i eksploatacji techniki lotniczej, tom 2. Wyd. ITWL, Warszawa 1993. 7. Metody ciągłej oceny indywidualnych okresów użytkowania (resursów) samolotów na podstawie analizy obciążeń eksploatacyjnych. Projekt Badawczy Grant Nr 9 T12C04410, Wyd. ITWL, Warszawa 1998. 8. Sobol E. (red.): Słownik wyrazów obcych. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 1999. 9. Statistica PL dla Windows. Wyd. StatSoft, Kraków 1994. 10. Van Gelder P.A.: Analysis of measured in-flight tail loads. Materiały Międzynarodowej Konferencji ICAS-96, Sorrento 1996. 11. Szajnar S., Wojtkowiak M.: Problemy bezpieczeństwa załogi statku powietrznego w sytuacjach awaryjnych. BIL-GRAF. Warszawa 1999. 12. Roger G. Greek, Helen Muir, Melanie James i inni: Human factors for pilots. Ashgate 2002.