Автоматизация – как средство повышения безопасности полетов.
И так, говоря о внедрение систем управления качеством и безопасностью полетов, мы не можем не коснуться такого актуального на данный момент вопроса, как автоматизация. Как мы видим из определения (Автоматизация — одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов, изделий или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций), основными целями автоматизации являются:
- улучшение качества регулирования;
- повышение коэффициента готовности оборудования;
- улучшение эргономики труда операторов процесса;
- хранение информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях.
Иначе говоря, благая мечта об автоматизации: когда же, наконец, машина заменит человека в тяжелом деле управления техникой и ему можно будет отдохнуть от трудов праведных. При этом будет навсегда исключено влияние человеческого фактора, так как машины не устают, не подвержены стрессам, не отвлекаются и ничего не забывают. Кажется, уже вот-вот, полная автоматизация близка, особенно на фоне впечатляющего роста мощности компьютеров. Тем более что есть обнадеживающие примеры: благодаря автоматике численность экипажа аэробусов удалось сократить с трех человек до двух и вплотную подобраться к замене компьютером и второго пилота, а наши космонавты часто выступают в роли «пассажиров» космических кораблей, стартующих, стыкующихся и спускающихся с орбиты в автоматическом режиме.
Но так ли благостно обстоят дела в реальности и к каким последствиям может за собой привести наше с вами стремление к автоматизации, как к одному из основных направлений научно-технического прогресса. Давайте же немного попытаемся разобраться.
Каждое технологическое усовершенствование автоматики вольно или невольно вытесняет оператора на периферию непосредственного управления техникой. Поэтому возникает еще одно интересное обстоятельство: управляет вроде бы автоматика, а ответственность за безопасность по-прежнему несет человек. Получается, он отвечает за то, что сам не делает! Естественно, никому из операторов это не нравится. Фактически летчик становится пассивным наблюдателем, поскольку больше контролирует работу бортовых систем, чем непосредственно пилотирует самолет. Автоматика требует постоянного внимания, «сканирования», как это называют пилоты; акцент в деятельности перемещается на мыслительные или, в психологических терминах, когнитивные процессы. Получается, что автоматика не оправдывает ожиданий, так как, хотя ручные задачи и отменяются, сложность управления возрастает. Ощущение исключенности из контура управления может стать причиной неуверенности и беспокойства или скуки, а прежняя профессиональная гордость сменяется чувством растерянности, ущербности, потери достоинства, когда оператор чувствует себя глупым на фоне умной автоматики. Так же операторы могут излишне полагаться на автоматику и, столкнувшись с неожиданной проблемой, пытаться ее не замечать, вместо того чтобы выключить автоматику и перейти на ручное управление. С другой стороны, люди могут ошибиться в определении опасной или угрожающей ситуации, приняв ее за безопасную.
Давайте посмотрим на эволюцию автоматизации в космонавтике. Возможности человека по работе в космосе известны не были, поэтому и в советский, и в американский проекты первых пилотируемых космических кораблей, соответственно «Восток» и «Меркурий», заложили концепцию приоритета автоматического управления по отношению к ручному, которое рассматривалось в качестве резервного на случай нештатных ситуаций. Многие последующие полеты показали, что выполнение экипажем функций дублирующего звена в нештатных ситуациях безошибочно реализовать не удается. Причиной же являлись не недостатки в наземной профессиональной подготовке, а исключенность космонавта из процесса управления в автоматическом режиме.
Следует отметить, что против стремления к тотальной автоматизации активно выступали многие специалисты, инженерные психологи и космонавты. Королев незадолго до своей кончины признал ошибочность выбранного курса: «Мы заавтоматизировались…»
В 80-е годы отечественная космонавтика фактически столкнулась с нетрадиционными отказами автоматики, заставившими пересмотреть основные принципы решения проблемы надежности. Так, во время первого советско-французского космического полета на корабле «Союз Т-6» в 1982 году в режиме сближения с орбитальной станцией «Салют-7» автоматика ошибочно диагностировала отказ основного и резервного блоков датчиков угловых скоростей, что привело к аварийному прекращению автоматического режима. Дальнейшее сближение было успешно выполнено экипажем в ручном режиме. Как выяснилось, причиной неадекватной работы автоматики оказалось незначительное отличие расчетных, задаваемых разработчиками, значений моментов инерции корабля от реальных. Раньше это отличие не оказывало воздействие на управление и проявилось в ситуации быстрого, сложного разворота, впервые возникшей только в этом полете.
Приведенный пример наглядно раскрывает общую логику проявления возможной неадекватности количественных критериев в автоматических программах управления: несовпадение измеряемых и расчетных параметров функционирования систем интерпретируется автоматикой как отказ какого-либо блока, хотя он и функционировал нормально, а причина рассогласования заключается в неоднозначности формализации межсистемного взаимодействия в моделях управления, используемых разработчиками.
Аналогичные по сути ситуации складывались во время сближения научных модулей «Квант-1», «Квант-2» и «Кристалл» с орбитальной станцией «Мир».
Получается, что ограниченная адекватность и неоднозначность использования количественных критериев надежности функционирования той или иной аппаратуры вследствие многовариантности и опосредованности связей между различными системами и их взаимовлияния может привести к возникновению не предусмотренных разработчиками ситуаций. Их парадоксальность заключается в том, что, несмотря на аварийную диагностику автоматики, сами технические системы будут функционировать нормально! Но тогда перестает действовать основной принцип обеспечения надежности, заключающийся в резервировании отказавших блоков систем, так как автоматика отключит любое количество исправной резервной аппаратуры, сколько бы ее ни было. Реализация управления в этом случае возможна только путем резервирования автоматики оператором на основе использования им не количественных, а качественных критериев оценки надежности, позволяющих проводить целостный анализ возникающих ситуаций.
Если отвлечься от космонавтики, то отличие качественных и количественных критериев можно проиллюстрировать нашумевшим шахматным матчем 1997 года между Гарри Каспаровым и компьютером Deep Blue. Кстати, именно в шахматах существуют понятия «материал» (количество) и «качество». Сам Каспаров считает проблемой номер один для компьютера отсутствие гибкости. Под ней понимается наличие у каждой машины четкой шкалы приоритетов (то есть критериев), которая не может быть изменена во время партии в зависимости от особенностей конкретной позиции. При этом машина всегда пытается перевести качество и временные факторы в числа, представляющие собой математический эквивалент материала. Как известно, чемпион мира матч проиграл, но тот проигрыш в последствии ставился под сомнение, так как есть основания предполагать, что во время матча в процесс ходы компьютера вмешался человек, что повлияло на исход матча в целом. Сам Каспаров говорил после матча: «Я играл в странные шахматы, не в такие, к каким я привык, я пытался использовать наши, человеческие преимущества перед машиной (стратегия гроссмейстера основывалась на алгоритме выбора хода компьютера, и в определенном моменте игры, компьютер должен был сделать позиционную ошибку). Но если меня лишили моего главного козыря – я обречен». Фактически речь идет о преимуществах человека над машиной в возможностях качественного, содержательного, а не количественного, формального типа мышления.
С другой же стороны, возможности проведения качественного, содержательного анализа ситуаций оператором определяются его профессиональным опытом, знаниями и умениями, способностями к творческому мышлению, психологической готовностью принять ответственное решение в экстремальных условиях. Но даже профессионалам высокого класса это порой не удается. Человек не всегда способен заменить автоматику в изначально неизвестных и неопределенных ситуациях, нелинейных и неустойчивых процессах межсистемного взаимодействия. В этих условиях возможны ошибочные, несанкционированные действия, несоблюдение профессиональных норм и даже отказ от деятельности.
Ограниченность возможностей операторов в непредвиденной ситуации межсистемного взаимодействия выявила и авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС. Вспомним, кстати, что технических отказов при этом не было, а одной из основных причин аварии, помимо ошибок персонала, явилось предположение разработчиков планируемого эксперимента о независимости электротехнических и ядерных процессов.
Таким образом, основная проблема автоматизации заключается даже не в компьютере и программном обеспечении. Эта проблема во многом имеет психологический характер, так как происходит столкновение в общем-то непримиримых позиций двух профессиональных групп людей – разработчиков техники и средств автоматики, с одной стороны, и операторов – с другой. Первые (в надежде максимизировать надежность) спрашивают: что можно автоматизировать, что мешает передать все функции компьютеру, и только затем: что можно оставить человеку? Вторые (надеясь достичь максимальной удовлетворенности трудом) задаются вопросом: какие задачи могут быть выполнены человеком и в каких ему не обойтись без помощи компьютера?
В связи с тем, что проблема автоматизации управления техникой явно имеет психологический аспект, она попадает в круг интересов инженерной психологии как одной из отраслей психологической науки. Ее решение ищется в основном в рамках проблемы распределения функций между человеком и автоматикой. Что ж, проблемы доверия автоматике, активности в управлении, резервирования человеком автоматики, а также ответственности во многом решает принцип активного оператора, разработанный российскими психологами , и . Как следует из названия, принцип определяет необходимость поддержания некоторого уровня активности оператора в автоматизированных режимах управления в связи с тем, что человек, работая, всегда имеет в виду конечную цель управления и активно к ней стремится.
Соответственно степень автоматизации необходимо выбирать так, чтобы человек, осуществляя непрерывный контроль процессов управления, часть операций по управлению выполнял самостоятельно. Следствием указанного принципа фактически является признание нецелесообразности использования полностью автоматических режимов и предпочтительность полуавтоматического управления.
Но что делать с новым типом отказов, выражающимся в возможности отключения исправных блоков систем, когда ни на автоматику, ни на человека нельзя полностью положиться? Понятно, что функцию резервирования автоматики оператором, реализуемую посредством самостоятельного снижения им степени автоматизации, нужно сохранить. Если же и оператор не может найти решения по выходу из непредвиденной ситуации, следует осуществить обратную, на первый взгляд парадоксальную, функцию – резервирование оператора автоматикой. Ее можно реализовать путем принудительного, не зависящего от воли человека повышения степени автоматизации процессов управления.
В случае непонимания и серьезных трудностей по выходу из ситуации (которая, кстати, может возникнуть не только из-за отказов техники, но и из-за собственных ошибок) субъективная сложность деятельности оператора будет гораздо выше, чем в нормальных условиях. Поэтому резервирование оператора автоматикой должно происходить при превышении некоторой нормативной величины этого показателя. И чем больше превышение, тем выше должна быть степень автоматизации, включая и переход на автоматический режим управления, если он возможен. В противном случае должны реализовываться автоматические резервные или аварийные режимы, обеспечивающие прежде всего надежность и безопасность технического объекта.
Повышение степени автоматизации, освобождая оператора от функций по управлению, тем самым предоставляет ему возможность для более полного и детального анализа ситуации. И если ситуация разъясняется, оператор переходит обратно к полуавтоматическому режиму управления, если же нет – контролирует работу автоматики.
Таким образом, полуавтоматические режимы управления должны являться основными и выбираться, исходя из оценки адекватности использования количественных критериев в программах автоматики, а автоматические и ручные – рассматриваться как резервные для страховки оператора и автоматики соответственно. Изложенная стратегия гибкого изменения степени автоматизации процессов управления составляет содержание разработанного нами принципа взаимного резервирования оператора и автоматики.
Взаимное резервирование позволит реализовать своеобразную форму активной помощи или даже страховки человека в критических ситуациях, а разработчики автоматики будут в определенной мере гарантированы от операторских ошибок. Тем самым фактически реализуется обоюдная защита и оператора, и техники. Кроме того, оператор не будет чувствовать себя брошенным в одиночестве перед многообразной сложностью техники, а разработчики – устраненными из процесса управления.
Техник I-ой категории КРТОП СЭРТОС Карагандинского филиала РГП «Казаэронавигация».
Список литературы:
Толковый словарь русского языка Дмитриев. 2003
Капустин, производственных процессов в машиностроении: Учеб. для вузов / Под ред. . — М.: Высшая школа, 2004. — 415 с.
, Автоматизация технологических процессов. Учебник: Издательский центр "Академия"
Анатолий Костин. Автоматизация и человек: мечты и реальность. «Компьютерра» №12 от 01.01.01 года
