https://dspace.usfa.edu.ua/handle/123456789/277 2026-10-08T07:56:04Z 2026-10-08T07:56:04Z Сагун, Є. С. Sahun, Ye. https://dspace.usfa.edu.ua/handle/123456789/1452 2021-12-29T12:56:01Z 2021-01-01T00:00:00Z

Title: Метод та модель оптимізації планування завантаження повітряного судна Authors: Сагун, Є. С.; Sahun, Ye. Abstract: Сагун Є.С. Метод та модель оптимізації планування завантаження повітряного судна. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 275 «Транспортні технології». – Льотна академія Національного авіаційного університету, Кропивницький, 2021. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної наукової задачі, пов'язаної з розробкою методу та моделі оптимізації планування завантаження вантажного рампового повітряного судна в умовах мультилагового маршруту з метою скорочення часового інтервалу, відведеного на виконання процедур із комерційного наземного обслуговування, за умов виконання обмежень з безпеки польотів (центрування/балансування літака). В роботі проведений аналіз статистичних даних Міжнародної організації цивільної авіації (ICAO), концерну Boeing, Агентства з авіаційної безпеки Європейського Союзу (EASA) та Національного бюро з розслідування авіаційних подій та інцидентів з цивільними повітряними судами в Україні відносно динаміки інцидентів, пов’язаних з порушенням центрування та завантаження, який засвідчив їх збільшення в Україні та загалом у Європі з 5% до 11,4% протягом останніх трьох років. Досліджено технологічні аспекти функціонування ринку авіаційних вантажних перевезень та виявлено різницю в особливостях роботи пасажирських та вантажних авіаперевізників. Встановлено зв’язки між суб’єктами технологічної ланки вантажовідправник – вантажоотримувач. Проаналізовано організаційні аспекти процесу завантаження повітряного судна, включаючи особливості групування та виключення вантажу, а також його розподіл та переміщення. Продемонстровано зв’язки між технологічними ланками у супроводжувальних процедурах при завантаженні в аеропорту та за його межами. Визначено типологію та особливості палетів та контейнерів (ULD), а також загальні та специфічні правила їх використання. Досліджено методологічну базу з оптимізації завантаження повітряного судна на основі дискретного лінійного програмування та евристичних методів, куди входять оптимізація, заснована на правилах, евристика/метаевристика, генетичні алгоритми, алгоритми пошуку тимчасових обмежень та змішані оптимізаційні підходи. Доведено, що наукове завдання не може бути вирішене за допомогою відомих методів у заданий відрізок часу через експоненційне збільшення варіантів рішень, тому необхідно створити оптимізаційний алгоритм, який буде відсіювати недоцільні конфігурації завантаження рейсу, скорочуючи час на прийняття рішень. Розроблено метод оптимізації планування завантаження повітряного судна з метою зменшення часу на хендлінгові операції в умовах мультилагових перевезень, який враховує критерій пріоритетності завантаження вантажу, не порушуючи при цьому показників безпеки польотів, такі як центрування та балансування повітряного судна. Побудовано алгоритми прийняття рішень при плануванні завантаження рейсу, що діють у складі “rule-based” експертної системи, база знань якої створена з використанням інформації, отриманої від експертів у галузі вантажних авіаперевезень. Розроблено комплексну модель оптимізації планування завантаження повітряного судна, що надає змогу автоматизувати процес планування завантаження, зменшити кількість помилок при плануванні рейсу та враховувати незапланований вантаж, не порушуючи вимог центрування/балансування. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:  вперше розроблено метод оптимізації планування завантаження повітряного судна з метою зменшення часу на хендлінгові операції та послідовного скорочення операційних витрат в умовах мультилагового маршруту, який базується на врахуванні критерію пріоритетності завантаження вантажу в залежності від порядку його доставки за умови виконання обмежень на безпеку польотів (центрування та балансування повітряного судна);  вперше розроблено модель оптимізації планування завантаження на основі пріоритетного алгоритму завантаження повітряного судна, який на відміну від існуючих враховує послідовність вивантаження вантажу на проміжних ділянках мультилагового маршруту з дотриманням допустимих показників із центрування/балансування, що надає змогу мінімізувати час завантаження і хендлінгові витрати у перерахунку на кожний рейс;  удосконалено алгоритм прийняття рішень при плануванні завантаження вантажного повітряного судна, який відрізняється від існуючих врахуванням умов невизначеної кількості вантажних контейнерів (засобів пакетування) та маршруту, який складається з декількох пунктів призначення, що дозволяє зменшити час завантаження повітряного судна при мультилагових перевезеннях; – адаптовано евристичний метод прийняття рішень до застосування в процесі планування завантаження повітряного судна, що дозволяє використовувати досвід висококваліфікованого наземного персоналу з метою удосконалення процедури завантаження. Практичні результати спрямовані на підвищення ефективності та безпеки комерційного обслуговування повітряного судна та інтенсифікацію використання парку повітряних суден авіакомпанії за допомогою зменшення тривалості хендлінгових операцій в умовах мультилагового маршруту: Практичне значення одержаних результатів визначається успішним застосуванням комп’ютерної моделі оптимізації планування завантаження в операційній діяльності авіакомпанії. Створений алгоритм оптимізації та тривимірна модель завантаження повітряного судна ІЛ-76 реалізовані в програмі Blender Version 2.83. Експериментальні дослідження показали, що впровадження моделі дозволяє зменшити середній час завантажувально- розвантажувальних операцій на прямих рейсах авіакомпанії майже на 7%, а на мультилагових рейсах – до 12%. Основні результати роботи впроваджено у навчальний процес Льотної академії Національного авіаційного університету та у практичну діяльність ТОВ «Авіакомпанія ЗетАвіа» що підтверджується відповідними актами реалізації. Основні результати досліджень рекомендується використовувати в процесі професійної підготовки спеціалістів з організації та планування польотів (Ground Dispatch) та безпосередньо завантаження повітряного судна (Loadmaster). Доведено економічну ефективність від впровадження розробленої моделі у вигляді зменшення операційних витрат авіакомпанії: показник прибутку від діяльності авіакомпанії після впровадження оптимізаційної моделі зростає на 54 тис. грн. Sahun Ye. Method and model of optimization of aircraft load planning. – Manuscript. A thesis for Doctor of Philosophy degree in specialty 275 «Transport Тechnologies». – Flight Academy of National Aviation University, Kropyvnytskyi, 2021. The thesis is devoted to solution of the relevant scientific task related to the development of load optimization method and model for the ramp cargo aircraft during the multileg route with the aim of reducing the handling operations time duration subject with safety restrictions (aircraft weight and balance). The statistical ICAO, Boeing, EASA, and National Bureau of Air Accidents Investigation of Ukraine data analysis of weight & balance accidents were carried out in this work, which proved the increase of number of such accidents in Ukraine and in Europe from 5% to 11,4% during three years. Technological aspects of the air cargo transportations market were examined and the passenger and cargo operation differences were specified. The connections between the subjects of the technological chain shipper – consignee were established. The organizational aspects of the aircraft loading process were analyzed, including the peculiarities of cargo grouping and exclusion, as well as its distribution and movement. The connections between the technological chains in the accompanying procedures during loading at the airport and outside it are demonstrated. The pallets (ULD) topology and peculiarities and also general and specific utilization rules were defined. The methodological basis for aircraft loading optimization based on discrete linear programming and heuristic methods, which includes rule-based optimization, heuristics/metaheuristics, genetic algorithms, time constraint search algorithms, and mixed optimization approaches, has been studied. It was proved that a scientific problem cannot be solved by known methods in a given time period due to the exponential increase of solution options, so it is necessary to create an optimization algorithm that will weed out inappropriate flight load configurations, reducing the decision time. The load planning optimization method to reduce the time for handling operations in the conditions of multilag transportation was developed in this work that counts a cargo priority loading criteria, without exceeding the air safety rates such as weight and balance restrictions. The load planning decision-making algorithms were developed that act based on data of the “rule-based” expert system, in which knowledge base is created through the information, obtained from the range of questioned experts of the air cargo transportation sector. The complex load planning optimization model was developed that enables to automate the load planning process, reduce the number of errors in flight planning and to consider the unplanned “last-minute cargo” without exceeding the weight and balance limits. The scientific novelty of received results consists in the following statements: – for the first time was developed the load planning optimization method to reduce the time for handling operations and consequently to cut the operating costs in the conditions of a multilag route, that based on the criterion of cargo loading priority depending on the order of its delivery, without exceeding the flight safety limits (aircraft weight and balance); – for the first time was developed the complex load planning optimization model based on the aircraft priority loading algorithm that considers sequence of unloading of cargo on the intermediate sections of a multilag route with observance the acceptable rates of weight and balance and enables to minimize the aircraft loading time and handling costs per one flight on the contrary with other existing models; – improved load planning decision-making algorithm of the cargo aircraft with unspecified ULD amount and multileg route conditions that differs from the other decisions; – adapted heuristic decision-making method of the aircraft load planning process that enables to use the high quality staff dec isions to upgrade the loading procedures. The practical results are directed to improve the effectiveness and safety while maintaining the handling procedures and intensify the air company aircraft fleet with reduction of the handling procedures duration in the multileg conditions. The practical value of the obtained results is determined with a successful application of the load planning optimization computer model in the air company operations. The developed optimization algorithm and 3D aircraft ІL-76 loading model was implemented to the Blender Version 2.83 program. Experimental data from the range of LLC «Aircompany ZetАvіа» flights demonstrated that the model implementation has enabled to reduce the average loading/unloading time on the range of direct flights to 7% and on the multileg flights to 12%. The main results of the work are implemented in the educational process of the Flight Academy of the National Aviation University and in operations work of the LLC «Aircompany ZеtАvіа» that is proved by the relevant implementation acts. The main research results are recommended to be exploited in the professional training of load planning staff (Ground Dispatch) and directly with Loadmasters. The economic effectiveness after the implemented load planning model in the form of operating cost reduction was justified: the profit rate of the company after the optimization model implementation increases for 54 thousand UAH.

2021-01-01T00:00:00Z Гаєвський, C. В. Haievskyi, S. https://dspace.usfa.edu.ua/handle/123456789/1451 2021-12-29T12:06:06Z 2021-01-01T00:00:00Z

Title: Математичні моделі та методи продовження залишкового ресурсу радіоелектронної системи літака Authors: Гаєвський, C. В.; Haievskyi, S. Abstract: Гаєвський С. В. Математичні моделі та методи продовження залишкового ресурсу радіоелектронної системи літака. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 275 «Транспортні технології». – Льотна академія Національного авіаційного університету, Кропивницький, 2021. У дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову задачу, яка полягає в обґрунтуванні та розробці моделей та методів розрахунку показників залишкового ресурсу радіоелектронної системи (РЕС) літака, що зменшить поточні витрати на обслуговування літака при одночасному забезпеченні безвідмовної та безпечної експлуатації повітряного судна. У роботі були розглянуті суперечності в практиці застосування існуючого методичного апарату для продовження ресурсу радіоелектронної системи літака. В результаті розгляду були вказані основні фактори, які впливають на необхідність вдосконалення процесів розрахунку залишкового ресурсу РЕС літака, серед яких широке застосування апаратури, виготовленої з використанням мікроелектронних компонентів, впровадження сучасних цифрових технологій з високим ступенем інтеграції тощо. Вони роблять проблематичним застосування існуючого науково-методичного апарату через продукування грубих і завищених прогнозів показників безвідмовності РЕС літака. У ході аналізу науково-методичного апарату, що застосовується для побудови моделей разрахунку залишкового ресурсу РЕС літака, були виявлені недоліки існуючої методики, до яких можна віднести неповне врахування впровадження в радіоелектронну апаратуру сучасної елементної бази. Широке застосування комплектуючих елементів в мікроелектронному виконанні призводить до кардинальних змін потоків відмов в радіоелектронних системах. Застосування відомих параметричних та імовірнісних методів оцінки надійності та безвідмовності роботи не дає змоги отримати адекватні результати. Даний факт тягне за собою необхідність вдосконалення існуючого науково-методичного апарату, що застосовується для розрахунку показників довговічності та можливості продовження призначених термінів служби радіоелектронної системи літака. Проведений аналіз і виявлені недоліки відомого науково-методичного апарату дозволив сформулювати загальну наукову задачу дисертаційного дослідження як обґрунтування та розробку моделей та методів розрахунку показників залишкового ресурсу РЕС літака, які зменшать поточні витрати на обслуговування літака при одночасному забезпеченні безвідмовної та безпечної експлуатації повітряного судна. Проведений аналіз РЕС літака як об’єкта експлуатації і визначення залишкового ресурсу, робіт з продовження ресурсів літаків, методів і методик розрахунку їх показників довговічності свідчить про необхідність і можливість удосконалення науково-методичного апарату вирішення завдань продовження ресурсів льотної техніки і, зокрема, РЕС літака. Відомі методики розрахунку показників довговічності не дозволяють коректно проводити розрахунки показників залишкового ресурсу РЕС літака, що виробили призначений термін служби з урахуванням їх фактичного стану і рівня надійності, що зумовлено прийнятими припущеннями методів розрахунку і спрощеннями об’єкта експлуатації. Розроблено загальні положення з розрахунку показників залишкового ресурсу РЕС літака, що становлять методичну основу методики розрахунку і включають ієрархічну схему розрахунку, процедуру розбиття функціональних систем, функціональних вузлів і комплектуючих виробів на невідновлювані та відновлювані об'єкти з повними, мінімальними або неповними відновленнями; процедуру розробки нових або використання відомих математичних моделей процесів відмов і відновлень для відповідних об'єктів; загальні положення щодо оцінки технічного стану та обгрунтування ознак граничних станів РЕС літака, інші загальні положення. Показано, що оцінку граничних станів РЕС літака доцільно здійснювати за сукупністю показників, що відображають стан комплектуючих виробів, функціональних вузлів і систем, складових частин РЕС, кабельних виробів, матеріалів, допоміжних пристроїв і їх показників надійності. Отримано узагальнення відомих математичних моделей потоку відмов комплектуючих виробів при необмеженій кількості мінімальних відновлень кінцевої тривалості. Розглянуто математичні моделі потоку відмов комплектуючих виробів схемної позиції з кінцевим числом відновлень різної глибини протягом призначеного строку служби, показана доцільність їх використання при розрахунках показників залишкового ресурсу. Введено поняття залишковий ресурс і залишкове напрацювання для відновлюваних виробів, відповідні показники залишкового ресурсу і залишкового напрацювання. Розглянуто математичні моделі для розрахунку показників залишкового ресурсу і залишкового напрацювання відновлюваного виробу з одним ресурсним елементом при кінцевому числі повних або мінімальних відновлень комплектуючих елементів. Отримано узагальнення цих моделей для відновлюваного виробу з кількома ресурсними елементами. Отримано розрахункові відносини для показників залишкового ресурсу і залишкового напрацювання функціональних вузлів і систем при кінцевому числі мінімальних відновлень ресурсних елементів. Запропоновано методику розрахунку показників надійності відновлюваного функціонального вузла і системи РЕС літака на подовженому інтервалі експлуатації, що враховує відновлення ресурсу (в повному, неповному або нульовому обсязі) при поточному ремонті тільки у замінного або відновлюваного комплектуючого елемента та незмінність ресурсу інших елементів вузла або системи. Розглянуто особливості розрахунку показників залишкового напрацювання РЕС літака, його функціональних систем. Запропоновано дві схеми наближеного розрахунку з використанням структурних схем надійності; із застосуванням методу фазового укрупнення станів. Розроблено відповідні математичні моделі та досліджено залежності відносної похибки розрахунків величини нестаціонарного коефіцієнта від числа функціональних систем, рівня їх надійності, напрацювання. Показано, що точність розрахунків показників залишкового ресурсу визначається точністю оцінки моменту початку старіння РЕС літака, точністю оцінки лінії регресії для параметра потоку відмов, точністю завдання показників вартісних витрат на експлуатацію РЕС літака і інших показників. Отримано розрахункові співвідношення для оцінки похибок розрахунку показників довговічності. Запропоновано розрахункові співвідношення по оцінці вартісних витрат на експлуатацію РЕС літака, що забезпечують розрахунки економічно вигідних строків служби і прийняття рішень на продовження експлуатації, ремонт або списання літака. Застосування запропонованої методики розрахунку показників залишкового ресурсу ефективно для РЕС літака в цілому і його функціональних систем, за даними експлуатації яких можливе накопичення необхідного обсягу статистичної інформації для побудови регресійних залежностей параметра потоку відмов і інтенсивності відновлень в часі з прийнятною для вирішення завдань продовження ресурсів точністю і достовірністю. Розроблений методичний апарат дозволяє вирішувати ряд актуальних завдань продовження ресурсу РЕС літака, наприклад: формувати сукупність ознак граничних станів РЕС літака для оцінки їх стану на місцях експлуатації; здійснювати розрахунки показників залишкового ресурсу РЕС літака для прийняття рішень на продовження ресурсів, на проведення випробувань лідерних літаків за оцінкою показників залишкового ресурсу, для обгрунтування обсягів випробувань; обґрунтовувати необхідність проведення додаткових випробувань окремих функціональних систем, вузлів, обсяги випробувань та ін. Крім того, розроблені загальні положення з розрахунку залишкового ресурсу РЕС літака і основні положення методики розрахунку показників залишкового ресурсу РЕС з урахуванням досягнутого напрацювання (терміну служби) і фактичного стану можуть служити основою для подальшої розробки та вдосконалення науково-методичного апарату вирішення завдань продовження ресурсів (термінів служби) інших виробів. Отримані нові результати в поєднанні з використаними в роботі відомими методами є рішенням науково-технічної задачі з розробки моделей та методів розрахунку показників залишкового ресурсу РЕС літака, які зменшать поточні витрати на обслуговування літака при одночасному забезпеченні безвідмовної та безпечної експлуатації повітряного судна. Haievskyi S. Mathematical models and methods for extending the residual life of the aircraft radioelectronic system. – Manuscript. A thesis for Doctor of Philosophy degree in specialty 275 «Transport Тechnologies». – Flight Academy of National Aviation University, Kropyvnytskyi, 2021. The dissertation solves an urgent scientific problem, which was to substantiate and develop models and methods for calculating the final resource of the radioelectronic system (RES) of the aircraft, which will reduce the current cost of aircraft maintenance while ensuring failure-free and safe operation of the aircraft. The paper considers the contradictions in the practice of using the existing methodological apparatus to extend the life of the RES of the aircraft. The review identified the main factors influencing the need to improve the calculation of the residual resource of the aircraft, including the widespread use of equipment made using microelectronic components, the introduction of modern digital technologies with a high degree of integration. They make it problematics to use existing scientific and methodological apparatus due to the production of rough and inflated forecasts of reliability of the RES of the aircraft. During the analysis of the scientific and methodological apparatus used to build models for calculating the residual resource of the aircraft, the shortcomings of the existing methodology were identified, which include incomplete consideration of the introduction of modern electronic base in electronic equipment. Widespread use of components in microelectronic design leads to radical changes in failure rates in radioelectronic systems. The use of known parametric and probabilistic methods for assessing the reliability and failure-free of work does not allow to obtain adequate results. This fact entails the need to improve the existing scientific and methodological apparatus used to calculate the durability and the possibility of extending the service life of the radioelectronic system of the aircraft. The analysis and identified shortcomings of the known scientific and methodological apparatus allowed to formulate the general scientific task of the dissertation research as a substantiation and development of models and methods for calculating the final resource of the radioelectronic system of the aircraft, which will reduce current maintenance costs while ensuring failure-free and safe aircraft operation. The analysis of aircraft RES as an object of operation and determination of residual life, the works of extending the resources of aircraft, methods and techniques for calculating their durability indicates the need and ability to improve the scientific and methodological apparatus to solve problems of extending the resources of aircraft and, in particular, aircraft RES. Known methods of calculating durability do not allow to correctly calculate the residual life of the aircraft, which have developed the intended service life, taking into account their actual condition and level of reliability, due to the accepted assumptions of calculation methods and simplifications of the facility. The general provisions on calculation of indicators of residual resource of the aircraft RES which make a methodical basis of a calculation technique and include the hierarchical scheme of calculation, procedure of division of functional systems, functional knots and structural products into non-renewable and renewable objects with full, minimum or incomplete restorations are developed; the procedure for developing new or using known mathematical models of failure and recovery processes for relevant objects; general provisions on the assessment of the technical condition and substantiation of the signs of the limit states of the aircraft RES, other general provisions, are developed. It is shown that the assessment of the limit states of the aircraft RES should be carried out on a set of indicators that reflect the state of components, functional units and systems, components of the RES, cable products, materials, accessories and their reliability. A generalization of the known mathematical models of the failure rate of components with an unlimited number of minimal restorations of finite duration is obtained. Mathematical models of the flow of failures of the structural products of the circuit position with a finite number of restorations of different depth during the assigned service life are considered; the expediency of their use in the calculation of residual life is shown. The concept of residual life and residual operating time for renewable products and the corresponding indicators of residual life and residual operating time are introduced. Mathematical models for calculation of indicators of residual resource and residual operating time of the restored product with one resource element at finite number of full or minimum restorations of accessories are considered. Generalizations of these models for a renewable product with several resource elements are obtained. The calculated relations for the indicators of residual resource and residual operating time of functional units and systems at a finite number of minimal renewals of resource elements are obtained. The technique of calculation of indicators of reliability of the restored functional unit and system of the aircraft RES on the extended interval of operation taking into account resource restoration (in full, incomplete or zero volume) at current repair only at a replaceable or renewable component and invariance of a resource of other elements of knot or system is offered. Features of calculation of indicators of residual operating time of the aircraft RES, its functional systems are considered. Two schemes of approximate calculation using structural schemes of reliability; using the method of phase aggregation of states are offered. Appropriate mathematical models are developed and the dependences of the relative error of calculations of the value of the nonstationary coefficient on the number of functional systems, the level of their reliability, operating time are investigated. It is shown that the accuracy of calculations of residual life indicators is determined by the accuracy of estimating the moment of aging of the aircraft RES, the accuracy of regression line estimation for the failure rate parameter, the accuracy of cost indicators for operating the aircraft RES and other indicators. The calculated ratios for estimating the errors in the calculation of durability indicators are obtained. The calculated ratios for estimating the cost of operation of the aircraft RES, which provide calculations of cost-effective service life and decision-making to continue operation, repair or decommissioning of the aircraft, are suggested. The application of the proposed technique of calculating of the indicators of residual life is effective for the aircraft RES as a whole and its functional systems, according to which operation may accumulate the necessary amount of statistical information to build regression dependences of failure rate and recovery intensity over time with acceptable accuracy and reliability. The developed methodical apparatus allows to solve a number of actual tasks of prolongation of a resource of the aircraft RES, for example: to form set of signs of limit states of the aircraft RES for an estimation of their condition on places of operation; to carry out calculations of indicators of residual resource of the aircraft RES for decision-making on extension of resources, on carrying out of tests of leading aircraft on an estimation of indicators of residual resource, for a substantiation of volumes of tests; substantiate the need for additional tests of individual functional systems, components, test volumes, etc. In addition, the developed general provisions for calculating the residual resource of the aircraft and the main provisions of the methodology for calculating the residual resource of the RES, taking into account the achieved time (service life) and the actual state can serve as a basis for further development and improvement of scientific and methodological apparatus for solving problems of extending the resources (service life) of other products. The obtained new results in combination with the known methods used in the work are the solution of the scientific and technical problem of developing models and methods for calculating the final resource of the radioelectronic system of the aircraft, which will reduce current maintenance costs while ensuring failure-free and safe operation of the aircraft.

2021-01-01T00:00:00Z Касаткін, Микола Володимирович Касаткин, Николай Владимирович Kasatkin, M. V. https://dspace.usfa.edu.ua/handle/123456789/1272 2021-08-25T07:35:17Z 2021-01-01T00:00:00Z

Title: Методи та моделі оптимізації взаємодії пілота та авіадиспетчера в процесі сумісного прийняття рішень в особливих випадках в польоті Authors: Касаткін, Микола Володимирович; Касаткин, Николай Владимирович; Kasatkin, M. V. Abstract: Касаткін М.В. Методи та моделі оптимізації взаємодії пілота та авіадиспетчера в процесі сумісного прийняття рішень в особливих випадках в польоті. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.13 «Навігація та управління рухом». – Льотна академія Національного авіаційного університету, Кропивницький, 2021. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної наукової задачі, пов'язаної з необхідністю розробки методів та моделей оптимізації взаємодії операторів аеронавігаційної системи (АНС) – пілота та авіадиспетчера – в процесі сумісного прийняття рішень (СDМ – Collaborative Decision Мaking) в особливих випадках в польоті (ОВП). Наукова новизна отриманих результатів дисертаційної роботи полягає в наступному: вперше:  отримано детерміновані, стохастичні та нестохастичні моделі СDМ пілотом та авіадиспетчером в ОВП;  запропоновано метод та модель оптимізації стратегій CDM пілотом та авіадиспетчером в ОВП в конфліктній ситуації;  розроблено метод та модель інтелектуальної обробки даних при оцінюванні ризику CDM пілотом та авіадиспетчером в ОВП на основі штучної нейронної мережі; удосконалено:  методи CDM операторами АНС в умовах визначеності, ризику та нестохастичної невизначеності з урахуванням взаємодії пілота та авіадиспетчера при виникненні ОВП;  метод інтегральної оцінки ефективності інтелектуальної системи підтримки сумісного прийняття рішень (ІСПСПР) на основі своєчасності та безпомилковості прийняття рішень операторами АНС шляхом введення додаткового критерію узгодженості CDM; дістали подальшого розвитку:  еволюція моделей людського фактору в напрямку вдосконалення процесу CDM операторами АНС та впровадження інтелектуальних систем, що призведе до запобігання та мінімізації людських помилок в результаті їх своєчасного виявлення і якісного аналізу;  проблеми та особливості взаємодії пілота та авіадиспетчера в процесі CDM в ОВП. Практичне значення одержаних результатів визначається їх спрямованістю на підвищення безпеки польотів та полягає у доведенні теоретичних методів до їх практичної реалізації. Розроблені детерміновані, стохастичні, нестохастичні, нейромережеві моделі CDM дозволять доповнити базу сценаріїв розвитку польотних ситуацій в ІСПСПР та можуть бути використані в подальшому як в процесі спільної тренажерної підготовки операторів АНС для пошуку «слабких» місць в технологіях роботи пілота та авіадиспетчера з метою підвищення узгодженості та уникнення конкуренції або взаємного блокування їх дій, попередження несвоєчасного втручання авіадиспетчера в роботу екіпажу повітряного судна в позаштатних ситуаціях в умовах гострого дефіциту часу, так і в реальних умовах експлуатації пілотованих/безпілотних повітряних суден на основі використання концепцій SWIM (System Wide Information Management – загальносистемне управління інформацією) та FF-ICE (Flight and Flow Information for a Collaborative Environment – інформація про політ та потоки повітряного руху для сумісного використання повітряного простору). Проектування та розрахунок сценаріїв розвитку польотних ситуацій, прогнозування спільних дій операторів АНС у разі виникнення ОВП дозволить своєчасно попереджувати негативний розвиток аварійної ситуації до катастрофічної. Інтегральний показник, який враховує ймовірність своєчасності, безпомилковості та узгодженості CDM операторами АНС в ОВП, після впровадження прототипу ІСПСПР збільшився на 34-35%, що підтверджує ефективність функціонування системи. Рекомендується використання ІСПСПР в процесі спільної тренажерної підготовки пілотів та авіадиспетчерів до сумісних дій в ОВП, що дозволить підвищити ситуаційну обізнаність операторів АНС, створити єдиний образ польоту для вироблення умінь та навичок активного стеження за повітряною обстановкою, прогнозувати розвиток польотної ситуації та своєчасно попереджувати її розвиток у бік погіршення за рахунок удосконалення технологічної взаємодії пілот-авіадиспетчер. Kasatkin M.V. Methods and models for optimizing the pilot and air traffic controller interaction in the process of collaborative decision making in flight emergencies. – Qualifying scientific work on the rights of the manuscript. Dissertation for obtaining the scientific degree of the candidate of technical sciences in the speciality 05.22.13 «Navigation and Traffic Control». – Flight Academy of the National Aviation University, Kropyvnytskyi, 2021. The dissertation is devoted to solving a topical scientific problem related to the need to develop methods and models for optimizing the interaction of Air Navigation System (ANS) operators – pilot and air traffic controller – in the process of collaborative decision making (CDM) in flight emergencies (FE). The scientific novelty of the obtained results of the dissertation is as follows: for the first time:  deterministic, stochastic and non-stochastic CDM models by the pilot and air traffic controller in FE were obtained;  the method and model of optimization of CDM strategies by the pilot and the air traffic controller in FE in a conflict situation are offered;  the method and model of intelligent data processing for risk assessing of CDM by the pilot and air traffic controller in FE based on an artificial neural network are developed; were improved:  CDM methods by ANS operators in conditions of certainty, risk and non-stochastic uncertainty, taking into account the interaction of the pilot and the air traffic controller in FE;  a method of integrated assessment of the effectiveness of the intelligent support system of collaborative decision making (ISSCDM) based on the timeliness and correctness of decision making by ANS operators by introducing an additional criterion of CDM coordination; werte received further development:  evolution of human factor models in the direction of improving the CDM process by ANS operators and the introduction of intelligent systems, which will lead to the prevention and minimization of human errors as a result of their timely detection and qualitative analysis;  problems and features of interaction between the pilot and the air traffic controller in the CDM process in FE. The practical significance of the obtained results is determined by their focus on improving flight safety and is to bring theoretical methods to their practical implementation. The determined, stochastic, non-stochastic, neural network CDM models developed by the pilot/air traffic controller will allow to supplement the base of flight situations scenarios development in the ISSCDM and can be used later in the process of joint training of ANS operators to find "weaknesses" in pilot and air traffic controller technologies in order to increase consistency and avoid competition or mutual blocking of their actions, to prevent untimely interference of the air traffic controller in the work of the aircraft crew in FE in conditions of acute shortage of time and in real conditions of manned/unmanned aircraft operation based on SWIM (System Wide Information Management) and FF-ICE (Flight and Flow Information for a Collaborative Environment) concepts. Designing and calculating of the scenarios of the flight situations development, forecasting joint actions of ANS operators in FE will allow preventing the negative development of an emergency situation to a catastrophic one. The integrated indicator, which takes into account the probability of timeliness, accuracy and coordination of CDM by ANS operators in FE, after the introduction of the ISSCDM prototype increased by 34-35%, which confirms the effectiveness of the system. It is recommended to use ISSCDM in the process of joint training of the pilots and air traffic controllers for joint actions in FE, which will increase situational awareness of ANS operators, create a unified flight image to develop skills of active air surveillance, predict the development of the flight situation and timely warning flight situation deterioration due to the improvement of the pilot-air traffic controller technological interaction.

2021-01-01T00:00:00Z Колесник, Анна Василівна Колесник, Анна Васильевна Kolesnyk, A. https://dspace.usfa.edu.ua/handle/123456789/1271 2021-08-25T07:10:22Z 2021-01-01T00:00:00Z

Title: Методи підвищення ефективності обслуговування повітряного руху при виникненні позаштатних ситуацій у польоті Authors: Колесник, Анна Василівна; Колесник, Анна Васильевна; Kolesnyk, A. Abstract: Колесник А.В. Методи підвищення ефективності обслуговування повітряного руху при виникненні позаштатних ситуацій у польоті. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.22.13 "Навігація і управління рухом" (05 – технічні науки). – Льотна академія Національного авіаційного університету, Кропивницький, 2021. У дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову задачу, яка полягає у розробці методів підвищення ефективності обслуговування повітряного руху в позаштатних ситуаціях у польоті, які забезпечують підвищення оперативності та обґрунтованості прийняття рішень авіадиспетчерами автоматизованої системи керування повітряним рухом (АС КПР). У роботі проведений аналіз особливостей обслуговування повітряного руху при виникненні позаштатних ситуацій у польоті, в процесі якого встановлено, що процес прийняття рішень авіадиспетчером АС КПР характеризується гострим дефіцитом часу на прийняття рішення, напруженим психофізіологічним станом оператора, великим обсягом та високим рівнем неповноти й невизначеності інформації, яку необхідно опрацювати авіадиспетчеру для оперативного прийняття обґрунтованих рішень. Вказано на доцільність і необхідність застосування в таких умовах систем підтримки прийняття рішень (СППР). Проведений аналіз існуючих автоматизованих засобів керування повітряним рухом, що використовуються в Україні. Визначено, які функції в них реалізуються за допомогою інтелектуальних модулів (СППР) та методи їх реалізації. Проведений аналіз методів подання знань з точки зору доцільності їх використання при побудові СППР авіадиспетчера у позаштатних ситуаціях у польоті. Обґрунтовано вибір математичного апарату, який базується на використанні байєсівських мереж, що являє собою перевірений ймовірнісний інструментарій, дозволяє отримати зрозуміле пояснення одержаних висновків, має їх логічну інтерпретацію, дозволяє врахувати невизначеності параметричного, статичного і структурного характеру, ґрунтується на фундаментальних положеннях теорії ймовірностей. Обґрунтовано вибір програмного засобу, а саме системи ймовірнісного програмування Figaro. Проведений аналіз і виявлені недоліки відомого науково-методичного апарату дозволили сформулювати загальне наукове завдання дисертаційного дослідження. а саме розробку методів підвищення ефективності обслуговування повітряного руху в позаштатних ситуаціях у польоті, які забезпечують підвищення оперативності та обґрунтованості прийняття рішень авіадиспетчерами АС КПР. Обґрунтовано актуальність дослідження позаштатної ситуації у польоті - при відмові двигуна на повітряному судні (ПС), побудовано модель можливого подальшого розвитку ситуації при відмові двигуна на ПС у польоті. В роботі розроблена модель оцінки ризику позаштатних польотних ситуацій на прикладі відмови двигуна на основі мережі Байєса. Дана модель дозволяє здійснювати розрахунок ймовірностей виникнення наслідків прояву вказаної небезпеки, визначати найімовірніший наслідок небезпеки та рівень ризику на основі класифікації ICAO та підвищити обґрунтованість прийняття рішення авіаційним диспетчером у позаштатних ситуаціях у польоті. Як критерій прийняття рішення в роботі запропоновано критерій мінімізації ризику виникнення небажаних наслідків в результаті реалізації авіадиспетчером прийнятого рішення. Розроблено метод визначення альтернативи завершення польоту при виникненні позаштатних ситуацій у польоті. В рамках розробленого методу на основі мереж Байєса побудовані: модель визначення можливості продовження польоту, моделі визначення потенційного збитку при виконанні посадки на аеродром та майданчик. Завдяки врахуванню в побудованих моделях певних груп чинників, які впливають на результат прийняття рішення на кожному етапі, розроблений метод дозволить підвищити обґрунтованість прийняття рішення авіаційним диспетчером у позаштатних ситуаціях у польоті. Розроблено метод автоматизації процесу вироблення рішень авіадиспетчером для особливих випадків у польоті. В основі методу лежить технологія ймовірнісного програмування. Розроблений метод передбачає побудову ймовірнісної ієрархічної моделі позаштатної ситуації на основі мережі Байєса, призначення умовних та безумовних ймовірностей вершинам мережі, створення вибірки навчальних прикладів для навчання створеної моделі з метою покращення якості передбачення майбутніх ситуацій, вибір парадигми навчання моделі та застосування алгоритму виведення для отримання ймовірнісного виведення. Застосування розробленого методу дозволить підвищити оперативність та обґрунтованість прийняття рішення авіаційним диспетчером у позаштатних ситуаціях у польоті. Розроблені методи та моделі реалізовані у вигляді системи підтримки прийняття рішень в системі ймовірнісного програмування Figaro. Проведена оцінка ефективності застосування розробленої СППР авіадиспетчера у позаштатних ситуаціях у польоті для різних типів відмов двигуна, яка показала, що кількість позаштатних ситуацій, в яких обирається альтернатива завершення польоту з мінімальним рівнем потенційного збитку збільшилась на 18 %, а час, необхідний для прийняття рішення на зменшився на 61,9-65,1%. Проведене дослідження економічних витрат, пов'язаних з впровадженням модифікованого АРМ авіадиспетчера, показало, що збільшення вартості модифікації АРМ складе не більше, ніж на 30% за рахунок модернізації спеціального програмного забезпечення та введення додаткового пристрою відображення. Kolesnyk A. Methods of improving the efficiency of air traffic services in the event of emergency situations in flight. – Manuscript. Dissertation for the degree of a candidate of technical Sciences (Doctor of Philosophy) in specialty 05.22.13 "Navigation and traffic control" (05 – Technical science). – Flight Academy of the National Aviation University. Kropivnitsky, 2020. In the dissertation the actual scientific task was solved, which was the development of methods and models for improving of the efficiency of air traffic services in the event of emergency situations in flight for the purpose of improving the efficiency of the automated air traffic control system. In the dissertation, the analysis of efficiency of air traffic service at occurrence of emergency situations in flight is carried out. As a result of this analysis, it was established that the decision-making process by the aviation dispatcher of the automated air traffic control system is characterized by an acute shortage of time to make decisions, intense psychophysiological state of the operator, large volume and high level of incompleteness. of the information that needs to be processed by the aviation dispatcher for prompt decision-making. It was pointed out the relevance of using decision support systems in such cases. The analysis of the existing automated systems of air traffic control used in Ukraine is carried out. It is determined which functions are implemented in them with the help of intelligent modules (DSS) and methods of their implementation. The analysis of methods of presentation of knowledge from the point of view of expediency of their use at construction of DSS of the aviation dispatcher in emergency situations in flight is carried out. The choice of the mathematical apparatus of Bayesian networks is substantiated. This apparatus is a proven probabilistic toolkit, allows you to get a clear explanation of the conclusions, has their logical interpretation, allows you to take into account the uncertainties of parametric, static and structural nature, it is based on the fundamental provisions of probability theory. The choice of software, namely the Figaro probabilistic programming system, is substantiated. The analysis and found deficiencies of the well-known scientific and methodical apparatus allowed to formulate the general scientific problem of the dissertation research as a development of methods and models for improving of the efficiency of air traffic services in the event of emergency situations in flight for the purpose of improving the efficiency of the automated air traffic control system. The relevance of the study of freelance flight situation - engine failure on the aircraft is substantiated, the model of possible further development of the situation in case of engine failure on the aircraft in flight is built. The dissertation develops a model for assessing the risk of emergency flight situations on the example of engine failure based on the Bayesian network. This model allows to calculate the probabilities of consequences of the specified danger, to determine the most probable consequence of the danger and the level of risk based on the ICAO classification and will increase the validity of the decision of the air traffic controller in emergency flight situations. As a decision-making criterion in the dissertation the criterion of minimization of risk of occurrence of undesirable consequences as a result of realization by the air traffic controller of the accepted decision is offered A method for determining the alternative to the end of the flight in case of emergency situations in flight has been developed. Within the framework of the developed method, based on Bayesian networks, the following models have been built: a model for determining the possibility of continuing the flight, models for determining potential damage during landing at the aerodrome and the site. Due to the consideration in the built models of certain groups of factors that affect the outcome of the decision at each stage, the developed method will increase the validity of the decision of the aviation dispatcher in off-duty flight situations. A method for automating the decision-making process by an air traffic controller for special cases in flight has been developed. The method is based on probabilistic programming technology. The developed method involves building a probabilistic hierarchical model of an emergency situation based on the Bayesian network, assigning conditional and unconditional probabilities to the vertices of the network, creating a sample of learning examples to teach the created model to improve the quality of predicting future situations, choice of a model learning paradigm. The application of the developed method will increase the efficiency and validity of the decision of the aviation dispatcher in emergency flight situations. The developed methods and models are implemented in the form of a decision support system in the Figaro probabilistic programming system. An evaluation of the effectiveness of the Decision Support System developed by the aviation dispatcher in emergency flight situations for different types of engine failures was made, which showed that the number of emergency situations in which the alternative to complete the flight with a minimum level of potential damage increased by 18% and the time required to decide at 61,9-65,1%. A study of the economic costs associated with the introduction of a modified workstation air traffic controller, showed that the increase in the cost of modification of the workstation will be no more than 30% due to the modernization of special software and the introduction of additional display.

2021-01-01T00:00:00Z