Филимонюк Леонид Юрьевич. Системный анализ, модели и методы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем при управлении в условиях критических сочетаний событий

Короткий опис

Филимонюк Леонид Юрьевич. Системный анализ, модели и методы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем при управлении в условиях критических сочетаний событий: диссертация ... доктора Технических наук: 05.13.01 / Филимонюк Леонид Юрьевич;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»], 2018

ФАНО РОССИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И УПРАВЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
На правах рукописи
Филимонюк Леонид Юрьевич
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ ПРИ УПРАВЛЕНИИ В УСЛОВИЯХ КРИТИЧЕСКИХ СОЧЕТАНИЙ СОБЫТИЙ
05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации
(в технической отрасли)
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
Научный консультант: доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН, Резчиков Александр Федорович
Саратов - 2017
Оглавление
Стр.
Введение 7
Глава 1. Анализ состояния проблемы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем 19
1.1. Анализ работ, посвященных обеспечению безопасности авиационных транспортных и других сложных систем 19
1.2. Авиационная транспортная система как объект исследования.. 34
1.3. Анализ систем бортового оборудования воздушных судов, позволяющих повысить безопасность авиационных транспортных систем 37
1.4. Анализ проблемы человеческого фактора в авиационных транспортных системах 46
1.4.1. Понятие человеческого фактора в авиационных транспортных системах 49
1.4.2. Человеческий фактор как основная причина авиационных происшествий 51
1.4.3. Разработка новых подходов к решению проблемы человеческого фактора 52
1.5. Выводы 54
Глава 2. Проблема критических сочетаний событий в авиационных транспортных системах 56
21 Причинно-следственный подход к построению связей
событий и процессов в авиационных транспортных системах... 56
2.2. Подход к построению причинно-следственных связей событий в виде бинарных отношений 59
2.3. Классификация процессов функционирования и их сочетаний
в авиационных транспортных системах 69
2.4. Понятие критических сочетаний событий в авиационных транспортных системах 83
2.5. Формальная постановка общей проблемы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем в условиях критических сочетаний событий 88
2.5.1. Предотвращение критических сочетаний событий в авиационных транспортных системах ^
2.5.2. Прогнозирование характеристик безопасности
авиационных транспортных систем на различных интервалах времени 90
2.5.3. Вывод авиационных транспортных систем из опасного состояния в условиях неопределенности 91
2.6. Проблема комплексного ресурса авиационных транспортных систем 92
2.7. Классификация критических сочетаний событий в
авиационных транспортных системах 102
2.8. Формализация критических сочетаний событий с помощью ресурсного подхода 107
2.9. Выводы 113
Глава 3. Модели и методы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем в условиях критических сочетаний событий... 114
31 Постановка задачи обеспечения безопасности авиационных
транспортных систем 114
3 2. Подход к решению задачи 115
3.3. Модели для определения вероятностей возникновения
аварий и катастроф в авиационных транспортных системах 116
3.4. Информационно-логическая схема для обеспечения
безопасности авиационных транспортных систем при
управлении в условиях критических сочетаний событий. 135
3.5. Выводы 141
Глава 4. Разработка моделей и методов для прогнозирования значений показателей безопасности авиационных транспортных систем 143
4.1 Системная динамика как основа моделей для прогнозирования значений показателей безопасности авиационных транспортных систем 143
4.2 Постановка задачи 146
4.3 Выбор показателей безопасности авиационных транспортных систем
149
199
199 200
201
205
214
219
220
220
221
222
4.4 Определение и формализация причинно-следственных связей между показателями безопасности авиационных транспортных систем
4.5. Выводы
Глава 5. Модели и методы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем за счет предотвращения критических сочетаний событий и коррекции ошибок персонала
5.1 Задача обеспечения безопасности воздушного судна в условиях угрозы возникновения пожара в одном из двигателей
5.2 Построение дерева событий в авиационной транспортной системе
5.3 Определение и минимизация вероятностей возникновения критических сочетаний событий
5.4 Автоматизированная информационно-управляющая система для коррекции ошибочных действий персонала в авиационных транспортных системах
5.5. Выводы
Глава 6. Анализ и прогнозирование значений параметров безопасности функционирования авиационных транспортных систем
6.1 Подход и основные этапы решения задачи прогнозирования значений параметров безопасности авиационных транспортных систем
6.2 Выбор характеристик авиационных транспортных систем и внешних факторов, влияющих на безопасность
6.3 Построение графов причинно-следственных взаимосвязей между параметрами безопасности авиационных транспортных систем
6.4 Построение систем дифференциальных уравнений для прогнозирования значений параметров безопасности авиационных транспортных систем  
6.5 Подтверждение адекватности модели
241
244
245
245
248
253
258
262
267
269
272
274
308
6.6 Анализ неустойчивых режимов функционирования авиационных транспортных систем
6.7. Выводы
Глава 7. Информационно-программные комплексы, реализующие модели и методы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем в условиях критических сочетаний событий
7.1 Структура тренажерных систем для обучения персонала авиационных транспортных систем действиям в условиях критических сочетаний событий и поиска их причин
7.2 Комплекс программных средств для моделирования критических сочетаний событий и поиска их причин в авиационных транспортных системах
7.3 Программный комплекс для анализа возникновения критического сочетания событий вследствие недостатка комплексного ресурса авиационных транспортных систем
7.4 Комплекс программных средств для прогнозирования значений показателей безопасности авиационных транспортных систем
7.5 Программный комплекс для прогнозирования и предотвраще¬ния критических сочетаний событий при входе воздушных судов в зону ответственности аэропорта
7.6. Выводы
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А. Акт о внедрении в ПАО «Ил»
Приложение Б. Акт о внедрении в АО «КБПА» 309
Приложение В. Акт о внедрении в ПАО «ПрограммПРОМ» 310
Приложение Г. Акт об использовании в СГТУ имени Г агарина Ю.А. 3 ц Приложение Д. Акт о внедрении в ИПТМУ РАН 312
Введение
Актуальность темы. Постоянное обеспечение, поддержание и неуклонное повышение уровня безопасности функционирования авиационных транспортных систем (АТС) играют огромную роль для воздушного транспорта, необходимого для устойчивого экономического и социального развития России и мира в целом. В авиационной отрасли, которая напрямую или опосредованно обеспечивает занятость более 56 миллионов человек, обеспечивает вклад около 2 триллионов долларов США в мировой валовый внутренний продукт и осуществляет перевозку более 2500 миллионов пассажиров и грузов общей стоимостью более 5 триллионов долларов США в год, поддержание безопасности полетов является одной из приоритетных задач.
Глобальный план обеспечения безопасности полетов [44], предусмат¬ривает реализацию целей в области обеспечения безопасности полета на уровне государства и на уровне авиационно-транспортных систем. Это связано с тем обстоятельством, что отдельные компоненты АТС, в первую очередь воздушные суда, уже достигли такого уровня надежности и безопасности, что дальнейшее повышение безопасности полетов, главным образом, определяется на уровне сочетаний процессов в АТС и международных организаций регулирования и управления ими. Актуальной является в первую очередь задача обеспечения безопасности авиационных транспортных систем в целом, а не только безопасности воздушного судна (ВС).
Долгосрочная цель этих действий направлена на внедрение моделей и методов обеспечения безопасности, которые интегрированы в авиационные транспортные системы будущего. Постоянный рост международной авиационной транспортной системы требует создания более широких возможностей для обеспечения безопасности полетов, позволяющих учесть человеческий фактор, а также критические сочетания событий в АТС.
Причиной большинства аварий и катастроф являются сочетания разнородных неблагоприятных событий: воздействий среды, отказов
техники, сбоев программного обеспечения, ошибок персонала. При этом по отдельности такие события, как правило, не приводят к авариям и могут не выделяться из ряда устранимых отказов и неблагоприятных воздействий, обычно сопровождающих функционирование человеко-машинных систем. Однако в некоторых случаях эти события сочетаются таким образом, что парировать их не удается, что в конечном итоге приводит к авариям и катастрофам. Такие сочетания называются критическими сочетаниям событий (КСС). Возникновение таких сочетаний является проблемой, существенно снижающей безопасность авиационного транспорта. Решение этой проблемы требует математического обеспечения в виде моделей, методов и комплексов программ для анализа и предотвращения критических сочетаний событий.
Степень разработанности проблемы. Разработке подходов к обеспе¬чению безопасности сложных человеко-машинных систем (СЧМС) посвящены труды В.Н. Буркова, Н.П. Бусленко, В.М. Глушкова, Ю.И. Клыкова, В.В. Клюева, В.В. Кульбы, В.А. Кушникова, Д.А. Поспелова, И.В. Прангишвили, А.Ф. Резчикова, А.Д. Цвиркуна и других ученых [6; 7; 12; 16; 28-32; 35; 43; 46; 71-73; 86; 94-97; 108; 123; 127; 154; 161-165; 167; 168; 172; 173; 185; 190; 193; 197; 239; 244-247]. Вместе с тем, многоаспектность опубликованных работ требует их обобщения, классификации и решения на их основе новых задач для неуклонного повышения безопасности авиационных транспортных систем.
Среди ученых, исследовавших процесс обеспечения безопасности авиационных транспортных систем, следует отметить Г.В. Новожилова, А.В. Ефремова, Б.В. Зубкова, Н.Н. Макарова, М.С. Неймарка, С.В. Петрова,
Г.Г. Себрякова, В.М. Солдаткина, Е.А. Федосова, C.B. Sheehy, R. John Hasman, P.S. Williams-Hayes и других ученых [2; 3; 8; 9; 15; 20; 33; 40; 41; 52; 53; 57-59; 62; 63; 66; 87-89; 91; 93; 109; 113; 122; 135; 155; 156; 160; 198; 200; 202; 205; 206; 217; 248; 251-254; 258; 260-263; 273-280].
По итогам анализа теоретических и практических разработок систем обеспечения безопасности сложных систем можно сделать вывод о том, что в настоящее время практически отсутствуют автоматизированные комплексы, позволяющие определять вероятность критических сочетаний событий и рекомендации по их предотвращению в процессе функционирования АТС. Системы, рассматриваемые в научных публикациях и технической документации, позволяют получать совокупности сигналов об отдельных неблагоприятных событиях, как правило, без анализа общего эффекта возникновения этих событий. Подходы, в которых такой анализ частично присутствует, существуют, однако они ранее не применялись в авиационной отрасли на этапе функционирования сложных систем. Кроме этого, в большинстве случаев результатом применения таких подходов является статистическая оценка без численных рекомендаций по уменьшению вероятности возникновения критических ситуаций. Это обуславливает актуальность темы исследования, выбор целей и задач диссертационной работы, а также новизну разработанного математического обеспечения, которое может быть использовано для создания перспективных систем с целью обеспечения безопасности АТС при управлении в условиях возникновения критических сочетаний событий.
Объект исследования - процессы функционирования авиационных транспортных систем в условиях возникновения критических сочетаний событий.
Предмет исследования - модели, методы, алгоритмы и комплексы программ для обеспечения безопасности функционирования авиационных транспортных систем при возникновении критических сочетаний событий.
Целью работы является решение важной научно-технической проблемы, заключающейся в разработке теоретических основ, моделей и методов обеспечения безопасности авиационных транспортных систем в условиях возникновения критических сочетаний событий, что позволит обеспечить принятие и реализацию адекватных и эффективных управленческих решений, направленных на повышение безопасности функционирования авиационных транспортных систем.
Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:
- выполнить анализ состояния проблемы безопасности авиационных транспортных систем, сформировать основные направления исследования в части разработки методологии обеспечения их безопасности в условиях критических сочетаний событий;
- выполнить классификацию и формализацию критических сочетаний событий и установить их связь с авариями и катастрофами в авиационных транспортных системах;
- выполнить постановку задачи обеспечения безопасности авиацион¬ных транспортных систем в условиях критических сочетаний событий по предложенному и обоснованному критерию, разработать методы и модели для ее решения;
- разработать математические модели для определения вероятностей возникновения критических сочетаний событий в процессе функционирова¬ния авиационных транспортных систем;
- построить комплекс математических моделей, позволяющих опреде¬лять вероятности возникновения аварий и катастроф из-за критических сочетаний событий в процессе функционирования авиационных
транспортных систем;
- построить комплекс математических моделей, позволяющих на различных временных интервалах определять значения основных показателей безопасности авиационных транспортных систем, сформулиро¬вать общий подход к разработке данного комплекса моделей;
- разработать, обосновать и выполнить проверку адекватности методов и моделей, основанных на использовании математического аппарата теории причинно-следственных комплексов и системной динамики, для построения систем нелинейных дифференциальных уравнений, позволяющих осуществить прогнозирование значений показателей безопасности авиационных транспортных систем на различных временных интервалах;
- разработать концепцию построения программных комплексов, обеспечивающих реализацию предложенных моделей, методов и алгоритмов обеспечения безопасности авиационных транспортных систем;
- провести апробацию разработанных моделей и методов обеспечения безопасности авиационных транспортных систем.
Методология и методы исследования. В основу исследований положены методы системного анализа, теории множеств, теории графов, объектно-ориентированного программирования, математического моделирования, системной динамики и теории принятия решений, а также общей теории систем, комбинаторики, математической логики, теории вероятности, методы решения дифференциальных уравнений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. На основе системного анализа разработаны теоретические основы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем, отли-чающиеся учетом возникновения критических сочетаний событий при управлении, включающие новые постановки задач, математические модели, методы и алгоритмы, основанные на использовании аппарата системной динамики, теории графов и вероятностного анализа безо¬пасности. Это позволило впервые сформулировать единый методоло¬гический подход к созданию комплексов взаимосвязанных методов, моделей и алгоритмов для обеспечения безопасности функционирова-
ния авиационных транспортных систем в условиях критических сочетаний событий.
2. Предложены формализация и классификация критических сочетаний событий в авиационных транспортных системах, отличающиеся тем, что позволяют выявить маловероятные аварии и выполнить конструк¬тивный анализ возможных аварийных и катастрофических ситуаций при управлении авиационными транспортными системами.
3. Предложен и обоснован критерий безопасности функционирования авиационных транспортных систем, отличающийся тем, что включает в себя вероятностную оценку возможности возникновения критических сочетаний событий, что позволило формализовать постановку пробле¬мы критических сочетаний событий и выполнить математические постановки задач, направленных на решение данной проблемы.
4. Разработана постановка задачи и модель управления авиационными транспортными системами по критерию безопасности их функциони¬рования, отличающиеся учетом возникновения критических сочетаний событий, что позволило обеспечить безопасность авиационных транспортных систем при управлении в условиях критических сочета¬ний событий.
5. Разработаны математические модели для определения вероятностей возникновения критических сочетаний событий в процессе функцио¬нирования авиационных транспортных систем, отличающиеся тем, что позволяют получить количественные оценки опасности возникновения неблагоприятных событий и их сочетаний, что позволяет обеспечить безопасность авиационных транспортных систем в критических ситуациях.
6. Разработан комплекс математических моделей, состоящий из графов причинно-следственных связей, систем нелинейных дифференциаль¬ных уравнений, отличающийся учетом взаимодействий подсистем
различной природы, позволяющий осуществить прогнозирование значений показателей безопасности авиационных транспортных систем в условиях возникновения критических сочетаний событий и использо¬вать его результаты при принятии управленческих решений для обеспечения безопасности полетов. Выполнена проверка адекватности разработанных моделей.
7. Проведена апробация методологии обеспечения безопасности авиационных транспортных систем, отличающейся учетом возникно¬вения критических сочетаний событий, и предложена концепция построения программных комплексов, реализующих разработанные модели и методы, позволяющие обеспечить безопасность авиацион¬ных транспортных систем.
Достоверность и обоснованность результатов научных результатов обеспечивается математической корректностью поставленных задач, применением классических математических методов, которые строго обоснованы в научной литературе, и подтверждается успешным внедрением разработанных моделей и методов в различных организациях.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты системного анализа авиационно-транспортных систем, представленные в виде причинно-следственных графов и комплексов, позволяющих разработать модели и методы обеспечения безопасно¬сти авиационных транспортных система при управлении в условиях критических сочетаний событий.
2. Формализация и классификация критических сочетаний событий в авиационных транспортных системах, необходимые для корректной структуризации и систематизации различных аспектов проблемы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем.
3. Формальная постановка задачи управления авиационными транс¬портными системами по критерию безопасности в условиях критиче¬ских сочетаний событий.
4. Математические модели деревьев событий высокой размерности и критических сочетаний событий, используемые при определении вероятностей возникновения аварийных и катастрофических ситуа¬ций в процессе эксплуатации авиационных транспортных систем.
5. Модели и методы решения комплекса задач обеспечения безопасно¬сти авиационных транспортных систем, позволяющие минимизиро¬вать вероятность возникновения аварий и катастроф в авиационных транспортных системах.
6. Комплекс математических моделей, состоящий из графов причинно-следственных связей, систем нелинейных дифференциальных урав¬нений, позволяющий осуществить прогнозирование значений показа¬телей безопасности авиационных транспортных систем в условиях возникновения критических сочетаний событий.
7. Структуры программно-информационных комплексов, в основу построения которых положены модели и методы обеспечения безо-пасности авиационных транспортных систем при возникновении критических сочетаний событий.
Теоретическая значимость диссертационного исследования заключа¬ется в решении важной научной проблемы по разработке методологии обеспечения безопасности авиационных транспортных систем в условиях возникновения критических сочетаний событий. Разработанные модели и методы позволяют определять значения вероятностей возникновения критических сочетаний событий, получить прогнозные оценки значений показателей безопасности авиационных транспортных систем в условиях возникновения критических сочетаний событий, что вносит существенный вклад в развитие концепции обеспечения безопасности авиационных транспортных систем.
Практическая значимость работы состоит в разработке методов, моделей, алгоритмов и программ, положенных в основу создания и дальнейшего совершенствования модели надежности и безопасности авиационных транспортных систем ПАО «Ил» (г. Москва). Она использована в качестве математического и программного обеспечения систем для управления, прогнозирования и поддержки принятия решений при управлении авиационными транспортными системами в условиях критических сочетаний событий, а также поиске их причин. Это способствует снижению риска возникновения авиационных происшествий, аварий и катастроф.
Разработанные информационно-программные комплексы включены в состав программных продуктов ОАО «ПрограммПРОМ» (г. Москва) для организаций и предприятий авиационной отрасли.
Теоретические результаты, полученные в диссертации, внедрены в учебный процесс при подготовке студентов в Саратовском государственном техническом университете имени Гагарина Ю.А.
Личный вклад. Все основные результаты, выводы и положения, выносимые на защиту, получены автором лично. В совместных работах автору принадлежит ведущая роль в разработке общей концепции работы, ее структуры, методологии обеспечения безопасности авиационных транспортных систем, создании математических моделей, методов и реализующих их программных комплексов.
Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты диссертационной работы в виде моделей, методов, алгоритмов и программных комплексов внедрены в системы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем и тренажеров, что подтверждается актами внедрения, полученными от ПАО «Ил» (г. Москва),
АО «Конструкторское бюро промышленной автоматики» (г. Саратов) и ОАО «ПрограммПРОМ» (г. Москва) (Приложения А-В).
Материалы работы применяются при подготовке студентов по направ¬лению 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» в Саратовском государственном техническом университете имени Гагарина Ю.А. (Приложение Г).
Результаты работы являются составной частью фундаментальных научных исследований, выполняемых Институтом проблем точной механики и управления РАН по темам «Разработка основных положений, моделей и методов для анализа и распознавания процессов функционирования сложных человеко-машинных систем с целью определения причин происшествий, аварий и катастроф» (№ гос. регистрации 01201156340) и «Разработка основных положений, моделей и методов управления сложными человеко¬машинными системами (СЧМС), включающего эффективное парирование критических ситуаций, с целью обеспечения безопасности функционирова¬ния» (№ гос. регистрации 0120. 0 803005) (Приложение Д).
Связь работы с крупными научными программами и темами. Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 14-08-00490, 16-01-00536).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Бюро Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН (Москва, 2010), семинаре в конструкторском бюро имени С.В. Ильюшина и ОАО «Ил» (Москва, 2010), семинаре в «ОАО Саравиа» (Саратов, 2010), Выездном заседании Президиума Академии навигации и управления движением (Саратов, 26-28 июня 2014 г.), Семинаре в Академии гражданской авиации России (Красный Кут, 20 января 2015 г.), Семинаре в ГосНИИ АС (Москва, 1 марта 2016), Семинаре в конструктор¬ском бюро имени С.В. Ильюшина и ОАО «Ил» (Москва, март 2016), Сессии Научного Совета РАН по автоматизированным системам диагностики и
испытаний в рамках Форума «Территория NDT» (Москва, 2 марта 2016), 7-й Всероссийской научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление (МАУ-2010)» (Санкт-Петербург, 2010), V Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в управлении и профессиональной подготовке операторов сложных систем» (Кировоград, 2010), Первом международном семинаре "Critical Infrastructure Safety and Security (CrISS-DESSERT’11)" (Кировоград, 2011), 4-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления «Искусственный интеллект и управление (ИИУ-2011)» (Дивноморское, 2011), 5-й Международной конференции «Управление развитием
крупномасштабных систем» (Москва, 2011), XXV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-25» (Саратов, 2012), Всероссийской научной конференции с Международным участием «Проблемы критических ситуаций в точной механике и управлении» (Саратов, 2013), 6-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления «Управление в интеллектуальных, эргатических и организационных системах (УИнтЭрг0С-2013) (Дивноморское, 2013), XXVI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-26» (Саратов, 2013), XXVII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-27» (Саратов, 2014), XVI Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» (Самара, 30 июня - 3 июля 2014 г.), XXVIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-28» (Саратов, 22-24 апреля 2015 г.), IV Международной научной конференции «Проблемы управления, обработки и передачи информации (У0ПИ-2015)» (Саратов, 22-25 сентября 2015 г.), XII Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (НИТиС-2015). (Пенза, 17 - 19 ноября 2015 г.), The 5th Computer Science On-line Conference 2016 (27 - 30 апреля 2016 г.), XXIX
Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-29» (Санкт-Петербург, 31 мая - 3 июня 2016 г.), Международном семинаре UNESCO QED’16: Technology Advanced Quality Learning for ALL (София, Болгария, 13 - 15 июня 2016 г.), 9-й Международ¬ной конференции «Управление развитием крупномасштабных систем» (Пленарный доклад, Москва, 3-5 октября 2016), 3rd International Conference on Computing, Technology and Engineering (ICCTE 2016), Singapore, (Сингапур, 21 - 22 ноября 2016 г.), а также на научных семинарах лаборатории №33 «Управления развитием крупномасштабных систем» Института проблем управления РАН (Москва, 3 марта 2016) и лаборатории системных проблем управления и автоматизации в машиностроении Института проблем точной механики и управления РАН (Саратов, 2009 - 2017).
Основные публикации
По теме диссертации опубликовано 55 печатных работ, из которых 26 - в ведущих изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и 5 приложений. Общий объем работы составляет 312 страниц, включая 104 рисунка и 16 таблиц. Список литературы включает 280 наименований.

Список літератури

7.3. Выводы
1. Разработаны информационно-программные комплексы, реали¬зующие модели и методы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем в условиях критических сочетаний событий.
2. Разработана структура компьютерных тренажерных систем для обучения персонала авиационных транспортных систем действиям в условиях критических сочетаний событий и поиска их причин.
3. Разработан комплекс программных средств для моделирования критических сочетаний событий и поиска их причин в авиационных транспортных системах.
4. Предлагается структура информационно-управляющей системы, предназначенной для определения критических ситуаций и сочетаний событий при функционировании авиационных транспортных систем.
5. Предложен программный комплекс для анализа возникновения критического сочетания событий вследствие недостатка комплексного ресурса авиационных транспортных систем, а также разработана информационно-логическая схема, позволяющая проиллюстрировать развитие катастрофической ситуации, вызванной критическим сочетанием событий.
6. Для прогнозирования значений показателей безопасности авиационных транспортных систем разработан комплекс программных средств. С его помощью можно получать информацию об изменении значений показателей безопасности при различных сочетаниях событий и выявлять причинно-следственные взаимосвязи между различными показателями безопасности авиационных транспортных систем на различных временных интервалах.
7. Разработан программный комплекс для прогнозирования и предотвращения критических сочетаний событий при входе воздушных судов в зону ответственности аэропорта. Приведен пример синхронизации процессов функционирования авиационных транспортных систем для обеспечения их безопасности.
Заключение
Диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы - обеспечению безопасности авиационных транспортных систем при управлении в условиях критических сочетаний событий. Решение данной научно-технической проблемы имеет важнейшее значение и позволяет реализовать единый комплекс моделей, методов, алгоритмов и комплексов программ, применение которых позволяет обеспечить безопасность функционирования авиационных транспортных систем за счет предотвраще¬ния критических сочетаний событий. Перспективы дальнейших исследований по данной теме состоят в разработке, совершенствовании и внедрении моделей и методов для неуклонного повышения авиационной безопасности, которые будут интегрированы в перспективные авиационные транспортные системы. Новые методы рекомендуется использовать при создании моделей надежности и безопасности перспективных воздушных судов для подтверждения их соответствия требованиям по надежности и безопасности полетов.
Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:
1. Проведен системный анализ проблемы обеспечения безопасности функционирования авиационных транспортных систем. В результате выполнена постановка задачи обеспечения безопасности авиационных транспортных систем в условиях критических сочетаний событий, разработаны методы и модели ее решения.
2. Выполнен комплексный анализ проблемы человеческого фактора в авиационных транспортных системах. Показано, что человеческий фактор является одной из основных причин возникновения аварий и катастроф.
3. Разработаны основные положения причинно-следственного описания критических сочетаний событий в авиационных транспортных системах.
Предложен подход к формализации и классификация этих процессов функционирования авиационных транспортных систем.
4. Выделены признаки критических сочетаний событий и их классы, использование которых позволяет облегчить анализ аварийных ситуаций в процессе функционирования авиационных транспортных систем, а также определить возможность возникновения маловероятных аварий и критических сочетаний событий.
5. Предложена классификация критических сочетаний стечений событий в авиационных транспортных системах, необходимая для корректной структуризации и систематизации различных аспектов проблемы обеспечения безопасности авиационных транспортных систем.
6. Разработаны методы для формализации критических сочетаний событий с помощью ресурсного подхода, а также схема влияния недостатка ресурсов на безопасность авиационной транспортной системы. Сформулиро¬ваны частные и комплексное условия безопасности функционирования авиационной транспортной системы.
7. Выполнена постановка задачи управления авиационной транспорт¬ной системой по предложенному и обоснованному критерию безопасности. Установлено, что для ее решения необходимо разработать математические модели, численные методы, алгоритмы и комплексы программ, позволяющие осуществить оптимизацию целевой функции, характеризующей
безопасность авиационных транспортных систем на различных временных интервалах.
8. Разработаны математические модели, позволяющие определить вероятности возникновения критических сочетаний событий в процессе функционирования авиационных транспортных систем с помощью решения систем дифференциальных уравнений для различных классов критических сочетаний событий, что позволяет обеспечить безопасность авиационных транспортных систем.
9. Разработана информационно-логическая схема, позволяющая проиллюстрировать функционирование разработанных математических моделей и методов на различных временных интервалах.
10. Предложена структура автоматизированной информационной управляющей системы, позволяющей оценивать степень угрозы для безопасности авиационных транспортных систем при возникновении событий нарушения функционирования отдельных их частей и вырабатывать корректирующие действия для предотвращения возникновения аварийных или катастрофических ситуаций в авиационных транспортных системах.
11. На основе аппарата системной динамики разработан комплекс математических моделей, позволяющих осуществлять прогнозирование значений показателей авиационной безопасности. С помощью прогнозирова¬ния можно выявить тенденции изменения значений показателей авиационной безопасности и использовать их при принятии управленческих решений.
12. Рассмотрена задача обеспечения безопасности авиационной транспортной системы путем предотвращения критических сочетаний событий для ситуации пожара в двигателе воздушного судна. Проведены численные эксперименты по определению необходимых интенсивностей устранения технических неисправностей и ошибок пилотов воздушного судна, составляющих критические сочетания событий.
13. Разработаны структуры информационно-обучающих систем и интерфейсы программно-информационных комплексов, в основу которых положены модели, методы и алгоритмы, направленные на решение проблемы предотвращения критических сочетаний событий в авиационных транспортных системах. Разработан программный комплекс для реализации математической модели системной динамики с целью прогнозирования значений характеристик безопасности авиационных транспортных систем.
14. Проведена апробация методологии обеспечения безопасности авиационных транспортных систем в условиях критических сочетаний событий.
Список сокращений и условных обозначений
АИУС - автоматизированная информационная управляющая система
АТС - авиационно-транспортная система
БД - база данных
БЗ - база знаний
ВПП - взлетно-посадочная полоса
ВС - воздушное судно
ЗО - зона ответственности
КВС - командир воздушного судна
КСС - критическое сочетание событий
ЛПР - лицо, принимающее решения
МАК - Межгосударственный авиационный комитет
ОДЭ - ошибочные действия экипажа
РВ - руль высоты
РН - руль направления
РУД - рычаг управления двигателем
СЧМС - сложная человеко-машинная система
УВД - управление воздушным движением
ФО - функциональный отказ
ЧФ - человеческий фактор
ЭВД - экипаж- воздушное судно - диспетчер

ICAO - International civil aviation organization
IFCS - Intelligent flight control system
SAFA - Safety assessment of foreign aircraft
TAWS - Terrain Awareness and Warning System
TCAS - Traffic alert and Collision Avoidance System
Список литературы
1. Абрамова, Н.А. Человеческий фактор в управлении / Н.А. Абрамова, К.С. Гинсберг, Д.А. Новиков. - М.: КомКнига, 2006. - 496 с.
2. Абутидзе, З.С. Состояние и перспективы развития систем
предупреждения критических режимов / З.С. Абутидзе, Г.И. Клюев, В.М. Солдаткин, В.А. Ференец // Авиационная промышленность. - 1990. - № 12. - С. 25-27.
3. Авиация: Энциклопедия / гл. ред. Г.П. Свищев. М.: Больш. Российская энциклопедия, 1994. - 736 с.
4. Айзерман, М.А. Динамический подход к анализу структур,
описываемых графами (основы графодинамики). I / М.А. Айзерман,
Л.А. Гусев, И.М. Смирнова и др. // Изв.АН СССР Автоматика и телемеханика. - 1977. - №7. - C.135-151.
5. Айзерман, М.А. Динамический подход к анализу структур,
описываемых графами (основы графодинамики).П / М.А. Айзерман, Л.А. Гусев, И.М. Смирнова и др. // Изв.АН СССР Автоматика и телемеханика. - 1977. - № 9. - C.123-136.
6. Акинфиев, В.К. Модели и методы синтеза структуры многоконтурных информационно-управляющих систем / В.К. Акинфиев, В.П. Костюк,
A. Ф. Резчиков, А.Д. Цвиркун // Изв. АН СССР. Автоматика и телеме¬ханика. - 1988. - № 3. - C. 172-177.
7. Александровская, Л.И. Статистические методы анализа безопасности сложных технических систем / Л.И. Александровская. - М.: «Логос», 2001. - 228 с.
8. Алтухов, В.А. Практическая аэродинамика маневренных самолетов /
B. А. Алтухов. - М.: «Воениздат», 1977. - 439 с.
9. Алтухов, В.Ю. Гироскопические приборы, автоматические бортовые системы управления самолетов и их техническая эксплуатация /
В.Ю. Алтухов, В.В. Стадник. - М.: Машиностроение, 1991. - 160 с.
10. Анисимов, А.В. Исследование жизненных циклов сложных технических систем посредством сетей Петри / А.В. Анисимов, Ю.Е. Борейша // Изв.АН СССР. Автоматика и телемеханика. - 1987. - №4. - С. 90-101.
11. Анцелович, Л.П. Надежность, безопасность и живучесть самолета / Л.П. Анцелович. - М.: Машиностроение, 1985. - 296 с.
12. Аракелова, Ж.Н. Автоматизированное планирование и анализ деятельности в организационных системах / Ж.Н. Аракелова,
А.С. Рыков, В.В. Яворский // Изв. АН СССР Автоматика и телемехани¬ка. - 1989. - №6. - C.73-84.
13. Аскин, Я.Ф. Философский детерминизм и научное познание / Я.Ф. Аскин. - М.: Мысль, 1977. 188 с.
14. Базлев, Д.А. Концепция построения бортовой информационно¬экспертной системы поддержки действий летчика в особых ситуациях полета / ДА. Базлев, В.Н. Евдокименков, Н.В. Ким, М.Н. Красильщиков // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2007. - №1. - С. 10-25.
15. Барзилович, Е.Ю. Статистические методы оценки состояния авиационной техники / Е.Ю. Барзилович, М.В. Савенков. - М.: Транс¬порт, 1987. - 239 с.
16. Беллман, Р. Динамическое программирование / Р. Беллман. - М.: ИЛ,
1960. - 400 с.
17. Берж, К. Теория графов и ее применение / К. Берж. - М.: ИЛ, 1962. - 319 с.
18. Блехман, И.И. Механика и прикладная математика / И.И. Блехман, А.Д. Мышкис, Я.Г. Пановко. - М.: Наука, 1990. - 360 с.
19. Богословский, Л.Е. Практическая аэродинамика самолета Як-40. Учебное пособие / Л.Е. Богословский, М.Н. Шифрин. - М.: Машино¬строение, 1977. - 96 с.
20. Боднер, В.А. Теория автоматического управления полетом /
В.А. Боднер. - М.: Наука, 1964. - 698 с.