Проектирование информационно-аналитической системы для повышения безопасности полетов (на примере компании "Аэрофлот")

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Выпускная квалификационная работа

«Проектирование информационно-аналитической системы для повышения безопасности полетов на примере компании Аэрофлот»

Рецензент

Н.К. Хачатрян

Научный руководитель

С.М. Ямпольский

Оглавление

Введение

Глава 1. Теоретические основы учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов

1.1 Основные понятия учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов

1.3 Существующие информационные системы для учета и анализа авиационных инцидентов

1.4 Функциональная модель процесса учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов

Глава 2. Разработка информационно-аналитической системы для учета и анализа авиационных инцидентов

2.4 Реализация хранилища данных в СУБД «MS SQL Server - 2012»

Глава 3. Проведение учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов

Приложение

Введение

Сегодня рынок авиаперевозок молниеносно растет и развивается по всем направлениям. Самолет - наиболее быстрое и удобное средство передвижения из одной точки мира в другую. Но проблема безопасности полетов до сих пор занимает первостепенное значение для мирового сообщества. Авиационный сектор - это многоструктурный и комплексный объект, который нельзя разделять на обособленные составляющие, все его элементы представляют четко отлаженную совокупность взаимосвязанных параметров, и для повышения безопасности полетов необходимо рассматривать тот или иной фактор как составляющие единого целого.

Ни для кого не секрет, что самолет является сложнейшим техническим устройством и для каждого самолета устанавливается свой предельный срок эксплуатации, после которого необходима комплексная оценка состояния самолета и вынесение решения о возможности продления его ресурса. Однако крупные компании, как правило, не доводят свои самолеты до конца «жизненного цикла» и списывают их намного раньше, тем самым понижая средний возраст своего авиационного флота. Этот показатель очень часто принимается во внимание при анализе безопасности авиаперевозчика. Но не все компании могут позволить себе списывать самолеты, стоящие миллионы долларов, и возникает совершенно очевидный вопрос определения фактического состояния конкретного воздушного судна.

В данной работе рассматривается проблема информационной поддержки принятия решения по возможной дальнейшей эксплуатации воздушного судна (самолета) сверх назначенного производителем ресурса, на основе информации о прошедших с ним инцидентах.

Степень разработанности задачи. Рассматриваемая проблема является актуальной, ввиду чего были проанализированы существующие системы контроля и повышения безопасности полетов, а также разработана информационно-аналитическая система для учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов.

Объектом исследования является процесс учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов рассматриваемой компании.

Предметом исследования является информационно-аналитическая система для учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов.

Цель исследования: разработка комплекса мер, направленных на повышение безопасности полетов воздушных судов на основе предоставления информационно-аналитической поддержки руководящим лицами авиационных компаний в процессе принятие решения о продолжении эксплуатации воздушных судов сверх назначенного ресурса.

Задачи исследования:

· Провести анализ существующих информационных систем для учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов;

· Разработать функциональную модель процесса учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов;

· Разработать хранилище данных для сбора, обобщения и анализа информации о авиационных инцидентах;

· Разработать алгоритмы для учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов;

· Провести автоматизированный анализ рисков, связанных с технической эксплуатацией воздушных судов сверх назначенного ресурса.

Разработанное в работе хранилище данных содержит актуальные данные, которые были получены путем поиска их в открытых источниках, в том числе в сети «Интернет».

Методы исследования:

· Сбор и анализ данных

· Моделирование бизнес-процессов

· Концептуальное и физическое моделирование хранилища данных и Windows - приложения

· Технологии объектно-ориентированного программирования

Новизна исследования заключается в разработке алгоритма анализа эксплуатации воздушного судна, который возможен к применению различными организациями. Информационно-аналитическая система является готовым продуктом и полностью подготовлена к практическому использованию.

Структура работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

В первой главе рассмотрены теоретические основы учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов, а также стратегии технической эксплуатации воздушных судов, существующие информационные системы для учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов. Построена функциональная модель процесса учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов.

Вторая глава работы посвящена разработке информационно-аналитической системы для учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов.

Третья глава содержит описание алгоритмов проведения учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов.

В заключении работы представлен обзор полученных результатов, а также формулируются выводы о проделанной работе.

Глава 1. Теоретические основы учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов

1.1 Основные понятия учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов

Прежде чем приступать непосредственно к анализу авиационных инцидентов, необходимо дать точное определение данному явлению и определить порядок его расследования и учета.

Основным документом, который регламентирует правила классификации, расследования и последующего анализа авиационных инцидентов, является Постановление Правительства Российской Федерации от 2 декабря 1999 года №1329 - «Об утверждении Правил расследования авиационных происшествий и авиационных инцидентов с государственными воздушными судами в Российской Федерации» [1]. В начале данного документа присутствует список различных авиационных событий. Обязательным условием является разграничение авиационных происшествий и инцидентов.

Авиационные происшествия приводят к катастрофам и авариям, которые сопровождаются человеческими жертвами и серьезными повреждениями самолетов (чаще всего потерями).

Авиационным инцидентом называют событие, которое создало или могло создать серьезную угрозу жизни экипажа и пассажиров самолета и нарушило плановую работу самолета, т.е. это нарушение конструктивных особенностей, отказ какой-либо системы, различные технические неполадки и т.п. При этом стоит учесть, что авиационный инцидент по степени тяжести является более опасным чем авиационное происшествие.

Необходимо обозначить порядок сбора данных о каждом инциденте, ведь их учет и анализ необходим для повышения безопасности полетов. Обязательно указываются следующие сведения:

Дата и время, когда произошел инцидент;

Место (страна, город), где произошел инцидент;

Вид аварии и видимые разрушения (степень разрушения самолета);

Последствия инцидента (количество пострадавших);

Тип и принадлежность воздушного судна (указание авиаперевозчика);

Аэродром вылета и предполагаемого прилета;

Погодные условия;

Данные по рейсу (количество экипажа, пассажиров на борту самолета);

Другие сведения, которые необходимо указать и которые могут помочь при расследовании инцидента.

Все эти сведения заносятся в специальный журнал учета авиационных происшествий, а впоследствии переносятся в единую базу данных авиационных инцидентов. Далее в документе рассматриваются такие моменты, как формирование и работа комиссии по расследованию происшествия, а также порядок доклада о результатах работы комиссии.

После расследования комиссии необходимо разработать ряд профилактических мероприятий, которые в будущем позволят избежать похожих происшествий. Для получения максимально точных и актуальных рекомендаций необходимо проделать большую работу: понять истинные причины произошедшего происшествия, какие факторы к ней привели, можно ли было ее избежать, кто виновен в случившемся. Но только этим ограничиваться нельзя. Необходимо также проводить поиск зависимостей и закономерностей авиационных инцидентов и происшествий. В некоторых случаях это может помочь разработать особые методики и стандарты для повышения безопасности полетов. Именно с такой целью создаются базы данных авиационных происшествий, где указывается множество необходимых сведений о каждом из них.

Основной акцент данного документа делается на авиационные происшествия, но при этом предполагается, что данные методики, упоминаемые в документе, применяются и для расследования инцидентов. Необходимой составляющей повышения безопасности полетов в авиационном секторе является предоставления данных конкретной стране. Тем самым образуется общая информационная база, которая содержит записи со всего мира. Посыл международной организации состоит в следующем - если в каждом государстве будет вестись расследование авиационных инцидентов согласно мировой методике, то будут соблюдаться все предписания и правила. Если государства будут выдавать статистические данные по каждому инциденту или происшествию, то общая система безопасности полетов будет функционировать более продуктивно и меры, предлагаемые для повышения безопасности полетов, будут более достижимыми и актуальными.

Более подробно сторону данного вопроса раскрывает документ от «Международной организации гражданской авиации» («ICAO») - «Расследование авиационных происшествий и инцидентов» [6]. Одним из ключевых пунктов данного положения является формулирование ответственности государства, где произошел инцидент или происшествие. Государство в этом случае обязано максимально быстро сообщить об аварии, предпринять все возможные способы для устранения последствий и начать предварительное расследование. Незамедлительная реакция государства очень важна - впоследствии это может существенно помочь расследованию и в особенности государству-владельцу воздушного судна [8].

Подводя итог вышесказанному, можно выделить следующие данные, которые необходимы для анализа авиационных инцидентов:

Стадия (фаза) полета, когда произошел инцидент;

Степень поврежденности самолета;

Дата инцидента;

Какая компания является авиаперевозчиком;

Причины инцидента;

Место (страна, город), где произошел инцидент;

Данные по самолету (кто является производителем, модель самолета, модель двигателя);

Данные по рейсу (сколько человек присутствовало на борту, сколько пострадало, точка отправления и прибытия, погодные условия).

Фаза полета самолета - это определенный этап работы самолета во время выполнения рейса.

Существуют 9 фаз полета, причем они подразделяются на 3 группы: фаза взлета, крейсерский полет и фаза посадки. В фазу взлета входит рулежка самолета (когда самолет находится на земле и передвигается к месту взлета), разбег (набор скорости перед взлетом), непосредственно взлет и набор высоты. Крейсерский полет - это, как правило, неизменная траектория полета без изменения показателей скорости и высоты самолета. Фаза посадки включает в себя снижение, заход на посадку, непосредственно посадку и пробег (когда самолет приземлился в аэропорту, но еще не остановился до полной остановки).

Степень поврежденности самолета характеризуется теми повреждениями, которые получил самолет во время инцидента, и отражает возможность дальнейшей эксплуатации воздушного судна. Подразделяется данный параметр на 7 подкатегорий: без повреждений, незначительные повреждения, слабые повреждения, средние повреждения, серьезные повреждения, критические повреждения и полностью разрушенный самолет.

Каждый авиационный инцидент чем-то обусловлен, т.е. имеет причину. Выделяют следующие основные группы причин:

· Технический фактор (различные технические поломки самолета, например, поломка двигателя, индикация неполадок в работе бортовой системы и т.п.);

· Человеческий фактор (ошибка пилота, экипажа, диспетчера, неадекватное поведение пассажира и т.п.);

· Погодный фактор (гроза, обледенение самолета);

· Ошибка наземных служб (ошибка в обслуживании самолета непосредственно перед вылетом, столкновение с обслуживающей техникой);

· Внешний фактор (терроризм, захват самолета);

· Другой фактор (попадание птиц в двигатель).

Учитывая тот факт, что самолет является сложным техническим устройством, который использует множество различных систем, то технический фактор в работе раскрывается более подробно.

Основными причинами, которые чаще всего встречаются при анализе авиационных инцидентов, являются:

· Индикация задымления, пожар на борту;

· Индикация не закрытия двери;

· Нарушение конструктивных особенностей самолета (появление трещин);

· Неполадки в гидравлической системе самолета;

· Неполадки в работе бортовой системы;

· Неполадки в работе двигателя;

· Неполадки в работе закрылков;

· Неполадки в работе механизации крыла;

· Неполадки в работе шасси;

· Неполадки в топливной системе самолета;

· Неполадки систем кондиционирования;

· Неполадки тормозной системы;

· Отказ системы сбора воздушных данных;

· Повреждение самолета во время посадки;

· Пожар в двигателе;

· Срабатывание датчика разгерметизации.

Авиационные инциденты безусловно влияют на жизненный цикл воздушного судна - период, за который самолет производится, тестируется, выходит на рынок, успешно эксплуатируется, и в конечном счете списывается в утиль на основе его технического состояния.

Каждый инцидент накладывает отпечаток на сроки эксплуатации каждого самолета. В первую очередь, если речь идет об аварии, столкновении или поломки (т.е. нарушение конструктивных особенностей самолета), то последующий ремонт должен быть выполнен согласно международным стандартам ремонта и обслуживания воздушных судов. При этом стоит понимать, что никакой ремонт не заменит то первоначальное состояние самолета, которое было заложено компанией-производителем в силу различных причин (например, конструктивных). К тому же негативным фактором может послужить такое явление как «усталость металлов» - явление, которое приводит любой металл в негодное состояние (разрушение) при условии его многократного ремонта.

Для принятия решения о возможной дальнейшей эксплуатации воздушного судна, особенно сверх назначенного ресурса, необходима информация обо всех произошедших с ним авиационных инцидентах.

1.2 Стратегии технической эксплуатации воздушных судов

Безусловно любое воздушное судно нуждается в четком и правильном техническом обслуживании. Это означает, что необходимо регулярно проводить комплекс действий, которые будут поддерживать исправность и работоспособность воздушного судна. Такие операции могут быть как плановыми (например, ежемесячная проверка на предмет технических дефектов), так и внеплановыми - т.е. работы по устранению текущих недостатков (ремонт воздушного судна и его составляющих).

Существует 3 основных стратегий технической эксплуатации воздушных судов, которые применяются различными компаниями и странами. Цель таких стратегий заключается в определении основных принципов и правил назначения объемов и сроков технического обслуживания [4].

Первая стратегия - по наработке, т.е. эксплуатация в пределах, установленных изготовителем, ресурса и сроков службы. Данная стратегия основана на формировании правил эксплуатации непосредственно перед началом использования воздушного судна. Изначально при проектировании назначаются контрольные параметры, достигнув которые ресурс воздушного судна считается израсходованным. Данные параметры рассчитываются исходя из летных характеристик, материалов производства, технического оснащения воздушного судна и т.п. В процессе эксплуатации никаких изменений в контрольные показатели не вносятся. Если парк самолетов состоит из однотипных объектов, то при следовании данной стратегии весь парк получает одинаковый ресурс до списания (т.е. срок использования) и обслуживается равнозначно - плановые осмотры, контроль общего технического состояния, проведение ремонтных работ. При этом не имеет значения сколько тот или ной воздушный агрегат использовался - для всех самолетов стратегия едина. Это означает, что объем работ по техническому обслуживанию фиксирован.

Второй стратегией является эксплуатация по состоянию с контролем уровня надежности. Ключевой характеристикой данной стратегии является использование воздушного судна до первого отказа, после чего производится комплексный анализ и ремонт неисправностей. Для поддержания требуемого уровня надежности принимаются специальные меры, которые отвечают за повышение качества выпускаемых элементов самолета, всего воздушного судна, текущего ремонта и выполнения различных доработок и модификаций. Отличительной особенностью данной стратегии является проведения анализа каждой технической составляющей воздушного судна. Для этого подсчитывается показатели безотказности, т.е. насколько долго конкретный технический элемент будет выполнять свои задачи в полной мере до полного отказа.

И наконец, последняя стратегия эксплуатации по состоянию с контролем параметров. Основным аспектом данной стратегии является контроль технического состояния каждого изделия, а это значит, что количество ремонтных и профилактических работ полностью зависит от результатов контроля каждого элемента. Назначается так называемое «предотказное» значение параметра, достигнув которое технический агрегат считается неисправным и нуждается в обслуживании или ремонтных работах. Абсолютно не имеет значение, сколько по времени эксплуатировался тот или иной агрегат, важно только лишь его фактическое состояние. Подводя итог, можно сказать, что сроки и объёмы технического обслуживания и ремонта зависят исключительно от технического состояния агрегата выполнять предписанные ему функции и операции.

Безусловно применяют и смешанные стратегии, комбинируя вышеизложенные стратегии в зависимости от конкретных целей, потребности и целесообразности. Так, например, очень часто можно встретить стратегию технического обслуживания по наработке с контролем уровня надежности, когда производится эксплуатация объекта с учетом ранее установленных сроков службы, учитывая их постепенное продление с допущением отказа при контроле уровня надежности. И не менее популярна стратегия по наработке с контролем параметров технического состояния изделия, когда ранее заложенные сроки службы продлеваются в связи с контролем технического состояния каждого изделия.

1.3 Существующие информационные системы для учета и анализа авиационных инцидентов

Внимание сбору и анализу данных по каждому авиационному инциденту уделяют многие страны. В первую очередь этому их обязывает «Международная организация гражданской авиации» («ИКАО») [7]. При этом, стоит отметить, что информационных систем, которые выполняют роль учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов в России не так много. Как правило, разработкой таких систем занимаются сторонние компании, которые предлагают свои продукты различным клиентам, в том числе и государственным органам. В России наибольшей популярностью пользуется продукт от известного российского поставщика программных продуктов и различных решений в области бизнес-аналитики «BaseGroupLabs», который называется «Deductor». Данное решение представляет собой программу, которая предоставляет пользователю различную бизнес-аналитику: начиная от простых графиков и формул, и заканчивая поиском скрытых закономерностей и машинным обучением. Данное средство является универсальным для многих отраслей, но конкретно для рынка авиаперевозок было разработано специальное решение, которое называется «Deductor IT ServiceManagement - анализ инцидентов и проблем». Программа включает в себя хранилище данных, многомерный анализ, механизмы построения моделей и поиска закономерностей, сценарный подход к анализу данных и различные методы прогнозирования.

Программное средство «Deductor» построен на 4 уровнях анализа: визуализация данных (что уже произошло), моделирование (анализ текущего инцидента), предсказание (что может произойти) и оптимизация издержек. Также одним из важных аспектов является процесс поиска и обнаружения данных, которые имеют скрытный характер, т.е. на первый взгляд не заметны для анализа. В последствии возможно обнаружение закономерностей и тенденций нескольких инцидентов, что существенно может помочь компании-перевозчику.

Основным недостатком продукта компании «BaseGroup Labs» является его унифицированность. «Deductor» - это многоцелевая платформа для анализа, охватывающая множество различных сфер и построенная на единых алгоритмах. В связи с этим программное решения для авиаперевозчиков не использует специальные модели, которые присущи исключительно авиационной сфере. В конечном счете, решение от компании-интегратора предоставит только статистические выкладки и на основании их предложит пути улучшения. Учитывая тот факт, что программа использует компоненты многомерного анализа (OLAP), то результата такого анализа можно достигнуть и уже существующими на рынке средствами. К тому же, «Deductor» подразумевает первоначальную загрузку базы данных, что существенно сказывается на времени выполнения анализа авиационных инцидентов. Средство от «BaseGroup Labs» является мощным инструментом бизнес-анализа, но функции учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов в нем не реализованы в должной мере.

В рамках поиска и ознакомления с существующими системами по повышению безопасности полетов, была найдена статья доцента кафедры «Компьютерная инженерия» Сардарова Я.Б., «Информационная система автоматизированного учета и обработки показателей безопасности полетов» [3]. Однако при более подробном ознакомлении стоит отметить, что разработанная информационная система выполняет учет и анализ информации на уровне статистических данных, при этом никак не принимая во внимание такие показатели, как жизненный цикл и наработка самолета на отказ.

В связи с вышеизложенным стоит отметь важную проблему - на российском рынке нет программного решения, которое могло помимо учета и анализа авиационных инцидентов, решить проблему возможности дальнейшей эксплуатации того или иного воздушного судна сверх назначенного ресурса.

1.4 Функциональная модель процесса учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов

Для представления модели функционирования процесса учета и анализа повторяемости авиационных инцидентов используется методология структурного анализа IDEF0. Данная нотация предназначена описания и формализации бизнес-процессов. Основными элементами методологии IDEF0 являются блоки, обозначающие бизнес-процессы, и стрелки, которые служат связями между процессами и с внешней средой.

Элементы, их описание и графическое представление представлено в таблице 1.

Таблица 1. Методология IDEF0, условные обозначения

Контекстная диаграмма функциональной модели повышения безопасности полетов представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Контекстная диаграмма функциональной модели повышения безопасности полетов

Повышение безопасности полетов базируется на оценивании каждого воздушного судна с точки зрения пригодности к дальнейшим полетам. Однако прежде чем его оценивать, необходимо получить всю информацию о произошедших авиационных инцидентах, в которых принимал участие выбранный самолет. Для этого в первую очередь необходимо провести сбор информации об авиационных инцидентах для конкретного воздушного судна. Далее следует процесс обработки необходимых для анализа данных, в результате которого отображаются все сведения о воздушном судне (процент выработки, количество инцидентов, причины инцидентов и т.п.). В конечном счете производится анализ исходя из полученных сведений, и по его результатам на выходе получаются ключевые показатели, которые характеризуют степень соответствия воздушного судна к полетам, а на основе этой информации принимается решение о дальнейшей эксплуатации воздушного судна сверх назначенного ресурса.

Последовательность вышеизложенных процессов представлена на диаграмме, расположенной на рисунке 2.

Рисунок 2. Декомпозиция модели повышения безопасности полетов

Если рассматривать непосредственно сам анализ повторяемости авиационных инцидентов для конкретного воздушного судна (рисунок 3), то он состоит из подсчета процентов отработки воздушного судна по часам и по количеству совершенных посадок, сопоставления полученных показателей со средними результатами по всему парку и по конкретному типу воздушных судов (схожим с анализируемым судном). В конечном счете будет рассчитываться коэффициент эксплуатации (рассмотренный в 3 главе данной работы), на основании которого будет составляться общий рейтинг воздушных судов. Вся полученная в ходе анализа информация поможет руководящим лицам авиационных компаний принять необходимое решение о возможности эксплуатации сверх назначенного ресурса.

Рисунок 3. Декомпозиция процесса анализа повторяемости авиационных инцидентов

Глава 2. Разработка информационно-аналитической системы для учета и анализа авиационных инцидентов

2.1 Разработка схемы хранилища данных

Для разработки информационно-аналитической системы, с помощью CASE-средства «ERwin Data Modeler», была спроектирована модель хранилища данных, представленная на рисунке 4.

Рисунок 4. Модель хранилища данных

Перечень всех таблиц, которые присутствуют в разработанном хранилище данных представлен в таблице 2.

Таблица 2. Таблицы хранилища данных