Оцінка рівня професійної підготовки льотного складу при початковому навчанні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оцінка рівня професійної підготовки льотного складу при початковому навчанні

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Аналіз безпеки польотів за останні 20 років показує, що значна частина всіх авіаційних пригод та передумов до них пов'язана з помилками у техніці пілотування та низьким рівнем навчання льотного складу (до 40%). Це свідчить про негаразди в галузі професійного навчання льотного складу. При цьому енергетична криза, що виникла в Україні, різке скорочення об'ємів надходження паливно-мастильних матеріалів, потрібних для виконання учбова-бойових задач, стали причинами численних труднощів у льотній підготовці курсантів - льотчиків. Вихід з такого стану може бути знайдений в підвищенні ефективності навчання за допомогою тренажерів.

В дослідженнях, що проведені в Державній льотній академії України та Київському міжнародному університеті цивільної авіації, наводяться методики оцінки рівня тренажерної, льотної та спеціальної підготовки на різних етапах навчання. Відомо багато робіт, що розглядають питання кількісної оцінки підготовки оператора до діяльності в системі «людина - техніка». Проте нема робіт, в яких би цілеспрямовано, з єдиних позицій, на наукових засадах розглядалося рішення задачі комплексної підготовки оператора.

Як показали дослідження, Р.М. Макарова, В.О. Бодрова, Г.В. Коваленко, Г.О. Крижановського, В.О. Трапезнікова, на початковому етапі навчання формування професійних навичок набуває особливого значення. Саме на цьому етапі закладаються основи професійної надійності, знання, навички та уміння, котрі забезпечують безпеку польотів. Недостатній розвиток цих якостей є головною причиною труднощів опанування «вивізної» програми, відчислення з льотної неуспішності та причинами передумов до льотних пригод.

Таким чином, створення методики оцінки рівня ППЛС при початковому навчанні є актуальною задачею, вирішення якої забезпечує удосконалення планування та прогнозування процесу ППЛС і підвищення безпеки польотів. Все це обумовлює актуальність теми дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у межах державної програми «Військова освіта» (Збройні сили України ХХI сторіччя) та планів НДР Харківського інституту льотчиків ВПС України в 1995-1999 роках.

Мета та задачі дослідження. Метою дослідження є розробка методики оцінки рівня професійної підготовки льотчиків на етапі початкового навчання.

Для досягнення цієї мети були поставлені та вирішені наступні основні задачі дослідження, що виносяться на захист:

розробка математичної моделі оцінки якості професійної підготовки оператора літального апарату (ЛА) з визначенням рівня здатності до навчання у певному інтервалі часу;

визначення оптимального значення параметру здатності до навчання курсанта - льотчика на етапі початкового навчання;

розробка методики комплексної оцінки рівня ППЛС на етапі початкової льотної підготовки;

розробка засобів контролю ППЛС та оптимізація факторів, що впливають на цю підготовку.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше сформульовані принципи побудови комплексної оцінки рівня ППЛС, що дозволяє максимально відобразити зв'язок рівня ППЛС із усіма видами підготовки при початковому навчанні.

Вперше розроблена нова математична модель процесу навчання, яка відображає поступові якісні зміни і взаємний вплив в сукупності знань, навичок і вмінь льотчика, з одного боку, і сукупності компонентів, які формують навчальні засоби, з другого боку.

Практичне значення одержаних результатів.

Результати дослідження вперше відкривають реальний шлях до оптимізації засобів та часу навчання. Запропонована у роботі методика оцінки рівня ППЛС дозволяє прогнозувати і планувати процес навчання на початковому етапі та значно знизити матеріальні витрати в умовах енергетичної кризи в Україні.

Основні положення дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес ХІЛ ВПС України (акт реалізації від 12 липня 1999 р.) при початковому навчанні курсантів-льотчиків на тренажері літака Л-39 та використані в 3 звітах науково - дослідних робіт державної реєстрації:

НДР №096207. «Розробка і оптимізація моделей навчального процесу». Шифр «Модель-НП». ФЗАП ХІЛ ВПС України, 1996.-С. 24-39.

НДР №096402. «Наукове обгрунтування структури, змісту та методів підготовки молодших авіаційних спеціалістів, бакалаврів і спеціалістів у ХІЛ ВПС України». Шифр «Забезпечення». ФЗАП ХІЛ ВПС України, 1997. - 97c.

3. НДР №096015. «Розробка шляхів підвищення якості професійного льотного навчання курсантів в процесі льотної практики». Шифр «Підготовка-96». ХІЛ ВПС України, 1997. - 86c.

Розроблені в дисертації положення та отримані в ній результати можуть бути використані у навчальних закладах, на будь-якому авіаційному підприємстві та учбово - тренувальному загоні цивільної та військової авіації та в різних галузях промисловості і на транспорті, де трудова діяльність людини має операторський характер.

Особистий внесок автора. Всі наукові результати, що виносяться на захист, одержані особисто автором. В публікаціях, які написані у співавторстві, дисертанту належать (згідно з списком наукових робіт в кінці автореферату):

[3] - розробка та обгрунтування моделі динаміки рівня ППЛС,

[7] - розробка системи підготовки до польотів і контролю рівня професійної підготовки.

Апробація роботи. Основні теоретичні та практичні результати досліджень доповідалися та обговорювалися на:

науково-технічній конференції ХІЛ ВПС України «Науково-технічні проблеми розробки автоматизованих систем підготовки та контролю готовності льотного складу учбового авіаційного полку у складі військового навчального закладу» (Харків, 1995 р.);

науково-технічній конференції ХІЛ ВПС України «Наукові проблеми підвищення ефективності та удосконалення озброєння ВПС України, засобів його бойового застосування і експлуатації» (Харків, 1996 р.);

міжнародній науково - практичній конференції Державної льотної академії України «Застосування авіації в народному господарстві» (Кіровоград, 1998 р.).

Публікації. Основні результати досліджень опубліковані в 7 статтях, із яких 4 у виданнях затверджених ВАК України.

Структура та обсяг роботи.

Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 119 найменувань та 2 додатків. Обсяг роботи 131 сторінок, у тому числі 96 сторінок машинописного тексту, 25 рисунків, 28 таблиць та 5 сторінок додатків.

Основний зміст роботи

оператор контроль літальний

У вступі обґрунтовується актуальність дисертаційної роботи, визначена мета та поставлені основні задачі дослідження, показана наукова новизна роботи та її практична цінність.

В першому розділі дана порівняльна характеристика організації процесу початкової підготовки льотчиків України та іноземних держав.

Визначено, що існуюча в Україні система ППЛС, успішно працює лише при високій інтенсивності польотів. При цьому контроль за рівнем навичок та відповідно напрацювання самих навичок управління ЛА коригується тільки після виконання польоту. Отже при малому обсягу часу польотів, що пов'язано з енергетичною кризою в Україні, послаблюється зворотний зв'язок і ефективність процесу формування необхідних навичок падає. Реальний шлях підвищення навчання льотчиків, у сучасних умовах - це підвищення ефективності навчання із широким використанням тренажерів.

Але такий шлях стримується відсутністю методів комплексної оцінки рівня професійної підготовки льотчика. Останнє породжує проблему планування та прогнозування ППЛС при початковому навчанні.

Для задач оцінки динаміки рівня професійної підготовки льотчика часто використовується модель академіка В.О. Трапезнікова, що враховує рівень підготовки оператора від невпорядкованості його діяльності. Проте цей підхід не враховує ступеня впливу змін у стані інформаційної моделі засобів навчання та не розкриває змісту параметра здатності до навчання.

В першому розділі зроблений висновок про необхідність обгрунтування нового підходу до оцінки рівня ППЛС з урахуванням ступеня впливу змін у стані інформаційної моделі та параметра здатності до навчання. Це дозволить поліпшити якість ППЛС та підвищити ефективність професійної діяльності льотчиків, при значному скороченні матеріальних витрат на практичне навчання.

Суть наукових результатів, отриманих в першому розділі, полягає у наступному:

встановлено, що слабка теоретична обгрунтованість та практична відсутність наукових робіт, пов'язаних з проблемами оцінки рівня професійної підготовки льотного складу при початковому навчанні в умовах енергетичної кризи, висуває задачу проведення дослідження у даному напрямку;

сформульовані задачі, які необхідно вирішити для отримання об'єктивних оцінок якості ППЛС;

розроблена структурно-логічна схема даного дослідження.

Достовірність отриманих результатів забезпечена тим, що проаналізована велика кількість публікацій з питань професійної підготовки льотного складу, вивченні існуючі технології підготовки льотного складу іноземних держав та в Україні, проаналізовані статистичні дані процесу професійного навчання льотного складу.

Основні результати опубліковані в [5].

В другому розділі визначені принципи відбору факторів, поставлена та вирішена задача визначення оптимального значення параметра здатності до навчання курсанта-льотчика.

В процесі навчання курсанта принцип «необхідної рівноваги» трансформується в принцип адекватності між концептуальною моделлю та інформаційною моделлю засобів навчання.

Умови адекватності між образом та моделлю можна записати у вигляді:

P_oi = P_ii; H ^o_м = H ⁱ_м; Q_К = Q_Т.

Або

, (1)

де - абсолютна організація середовища для психологічного образу курсанта;

- абсолютна організація середовища для інформаційної моделі.

Перехідний процес від одного рівня адекватності до другого можливий лише при порушенні умов статистичної рівноваги у системі. Це можливо у випадку появи прирощення кожного із членів рівняння, котрі описують умови адекватності.

(2)

Порушення рівноваги призводить до зміни абсолютної організації кожного з компонентів системи на величину dQ за елементарний відрізок часу dt, тобто з урахуванням (1):

(3)

Оскільки кожний з компонентів системи може знаходитись лише у двох станах (фактичному та завданому), то

тоді .

Тому

(4)

де P_К - ймовірність переходу концептуальної моделі із фактичного стану в стан функціональної норми.

P_Т - ймовірність переходу інформаційної моделі із фактичного стану в стан функціональної норми.

Розкладаючи прирощення (,,,) в ряди Маклорена, отримаємо:

, (5)

де P_К - ймовірність зміни стану концептуальної складової моделі навчання, тобто ймовірність переходу на новий рівень знань в процесі навчання;

P_Т - ймовірність зміни стану інформаційної складової моделі навчання, тобто ймовірність переходу на новий рівень знань в процесі навчання.

Розглядаючи систему рівнянь (5) відносно концептуальної моделі, отримаємо його загальне рішення у вигляді:

, (6)

де C₀, C₁ - стала інтегрування;

t - час навчання;

- показники ступеня засвоєння учбового матеріалу.

Часткове рішення для визначається із умов: при ; .

Тому

(7)

Довільні сталі визначаються виходячи із початкових умов: при t=0, , .

Тоді

. (8)

Так само

. (9)

де ; . (10)

та визначається через - жорсткість цільової установки (жорсткість норми), яки визначаються за методом Гаврилова Е.В.,

, . (11)

Введемо позначення

, (12)

де а_i - параметр здатності до навчання на i курсі (кроці) навчання. Отже

. (13)

Так само

. (14)

За допомогою Р_К і Р_Т пропонується оцінювати рівень ППЛС.

У відповідності з прийнятою моделлю, задача мінімізації необхідного часу навчання сформульована таким чином. Знайти значення , що забезпечує мінімум необхідного часу на досягнення завданої ймовірності набуття професійних льотних навичок та умінь. Формально задача представляється у вигляді:

P = P_завд, (15)

,

де t_н - необхідний час підготовки;

P_завд - завдана ймовірність переходу із фактичного стану до функціональної норми.

Припускаючи, що необхідний час t_н пов'язаний з параметром здатності до навчання а залежністю:

, (16)

де - коефіцієнт пропорційності, вирішуємо задачу оптимізації у формі (15) використовуючи метод невизначених множників Лагранжа.

Оптимальне значення параметру здатності до навчання курсанта-льотчика, який забезпечує мінімально необхідний час навчання при завданій ймовірності досягнення рівня ППЛС, визначається так:

, (17)

де - оптимальне значення параметру здатності до навчання.

Суть наукового результату, що отриманий у другому розділі, полягає в обґрунтуванні математичної моделі динаміки рівня професійної підготовки курсанта-льотчика з позиції макропідходу на базі теорії інформації. Отримана модель носить еволюційно-імовірнісний характер. Основна відмінність моделі від загальновідомих моделей полягає в усуненні припущень при визначенні параметру, що характеризує здатність оператора до навчання та ураховує якісні зміни інформаційної моделі засобів навчання.

Математична модель (13, 14) може бути використана при навчанні та перепідготовці на будь-якому типі ЛА в якості основи для прогнозування змін рівня професійної підготовки льотчиків, а також для визначення періодичності проведення тренувальних занять з видів підготовок та вибору необхідних методик навчання. Основні результати опубліковані в [2, 3, 4].

В третьому розділі на основі розробленої моделі оцінки рівня ППЛС та експериментальних даних процесу навчання курсантів-льотчиків отримані числові значення параметра здатності до навчання при завданому рівні ППЛС та мінімально необхідному часі навчання.

Визначені вагові коефіцієнти та значущі фактори які впливають на процес при початковому навчанні курсантів - льотчиків на тренажері ТЛ-39: теоретична підготовка; фізична підготовка; психофізіологічна підготовка ; тренажерна підготовка .

Експериментальні дослідження з перевірки розробленої методики комплексної оцінки рівня ППЛС проводились при навчанні 194 курсантів.

З метою підвищення вірогідності, дослідження проведене на чотирьох вибірках курсантів різних наборів (1990-1993 р.). Отримані результати за своїми тенденціями виявилися близькими один до одного.

Шляхом уточнення взаємного впливу різних показників рівня ППЛС, був проведений повний факторний аналіз (табл. 1).

Таблиця 1. Рівні та інтервали варіювання перемінних

Рівні	Фактори (види підготовок)
та інтервал
варіювання факторів	теоретична	фізична	профвідбір	тренажерна
Інтервал варіювання	0,72	1	1	2
Нульовий рівень	4,28	4	2	6
Нижній рівень	3,56	3	1	4
Верхній рівень	5	5	3	8

Отримана регресійна модель параметру, який характеризує здатність курсанта - льотчика до навчання:

=0,734+0,0067X₁+0,0121Х₂+0,0222X₃+0,0394X₄-0,0027Х₁Х₂-0,0031Х₁X₃ - 0,0021Х₁Х₄ -0,0017Х₂Х₃ -0,0012Х₂Х₄ -0,0036Х₃Х_4. (18)

Оскільки, порівняння розрахованого значення критерію Фішера (F=1,36 при Р=0,95; n =16) менш табличного значення (F_T =3,01), то дана модель достовірна.

Результати оцінки адекватності математичної моделі динаміки рівня ППЛС в формі (13, 14) реальним показникам ППЛС наведені в таблиці 2.

Розраховане значення критерію Стьюдента менш табличного (t_S^T=2,131). Отже, дана модель адекватна реальному процесу формування професійних навичок у курсантів-льотчиків, а ймовірність Р_К може використовуватися для оцінки досягнутого рівня ППЛС.

Таблиця 2. Результати оцінки рівня ППЛС, отримані при моделюванні та в процесі експерименту

	Математичні показники
Етап польоту	(Р)	(Р)	Критерій Стьюдента tS
Зліт	0,6782	0,1086	1,796
Горизонтальній політ	0,7383	0,1151	1,782
Захід на посадку	0,771	0,1138	1,78

Суть наукового результату, отриманого у третьому розділі, полягає у наступному:

експериментально визначені коефіцієнти регресійної моделі параметру, який характеризує здатність льотчиків до навчання;

доказана адекватність моделі навчання реальним результатам професійної підготовки льотного складу.

Основні результати опубліковані в [1, 2, 6].

У четвертому розділі сформульовані методики та пропозиції щодо контролю ППЛС. Наведені практичні рекомендації щодо використання методики комплексної оцінки рівня ППЛС:

1. Оцінка рівня професійної підготовки курсанта-льотчика на етапі початкового навчання може бути зроблена за величиною імовірності переходу із фактичного стану до стану норми (13, 14):

2. Найбільш надійним та вірогідним джерелом визначення параметру, що характеризує здатність оператора до навчання, являються статистичні дані про підготовку льотчиків. Якщо є значна кількість експериментальних даних, то визначається деяке середнє значення параметру моделі навчання за формулою:

, (19)

де m - кількість оцінок, за якими розраховують середню величину.

3. За допомогою математичної моделі навчання можна наперед оцінити рівень підготовки льотчиків P_оч в залежності від часу, що витрачається на його підготовку t_завд. Можливий рівень підготовки оцінується за формулою:

P_оч . (20)

4. Прогнозування необхідного часу навчання льотчика t_Н для досягнення ним завданого рівня підготовки Р_завд пропонується проводити за формулою:

. (21)

5. При обмеженнях, що накладаються на час навчання, важливо визначити оптимальний параметр, що характеризує здатність оператора до навчання. Порівняння фактичного параметру здатності до навчання з оптимальним дозволяє судити про ефективність процесу навчання. При завданому часі навчання t = t_зад оптимальний параметр визначається за формулою (17).

Розбіжність між фактичним та оптимальним значеннями параметру, що характеризує здатність оператора до навчання, примушує шукати причини низької ефективності учбового процесу, а також шляхи щодо усунення цих причин.

Кардинальними шляхами є відсів нездібних до навчання курсантів та удосконалення учбового процесу шляхом встановлення оптимального співвідношення між різними видами підготовки.

У випадку, якщо Х₁, Х₂, Х₃ залишаються незмінними, то необхідна величина рівня тренажної підготовки Х₄ визначається за формулою:

(22)

В четвертому розділі також наведена діаграма прийняття рішення про доцільність навчання курсанта за льотними профілями навчання, тимчасові діаграми застосування методики оцінки рівня ППЛС в процесі початкового навчання.

Досвід впровадження результатів дослідження в учбовому процесі при навчанні льотного складу на тренажері ТЛ-39 та літаку Л-39 показав, що запропонована методика може бути застосована у навчанні та перепідготовці на будь-якому типі ЛА після перерозрахунку параметрів моделі оцінки рівня ППЛС стосовно до конкретного типу ЛА.

Реалізація методик оцінки рівня професійної підготовки льотного складу та пропозицій щодо їх використання не потребує значних матеріальних витрат, однак різко підвищує ефективність контролю рівня ППЛС.

В додатку наведені технічні характеристики тренажера ТЛ-39, на якому проводились експериментальні дослідження, та акти реалізації основних положень дисертаційної роботи.

Висновки

На основі теоретичних та експериментальних етапів дослідження отримані наступні головні результати:

Вирішена задача оцінки якості ППЛС, на основі математичної моделі динаміки навчання льотного складу, яка відображає поступові якісні зміни і взаємний вплив в сукупності знань, навичок і вмінь льотчика, з одного боку, і сукупності компонентів, які формують навчальні засобі, з другого боку. Доказана адекватність моделі реальнім результатам навчання.

Вирішена задача оптимізації параметру, що характеризує здібність курсанта-льотчика до навчання, що забезпечує мінімально необхідний час для досягнення завданої імовірності виконання професійних льотних функцій.

Розроблена регресійна математична модель параметру, що характеризує здатність оператора до навчання, в залежності від різних факторів.

Сформульовані основні принципи побудови методики комплексної оцінки рівня ППЛС на основі теорії інформації та статистичного метода повного факторного аналізу.

Дана методика дозволяє відобразити досягнутий рівень ППЛС та співвідношення різних видів підготовки, а також прийняти рішення про доцільність подальшого льотного навчання.

Достовірність і ступінь обґрунтованості результатів дослідження ґрунтуються на фундаментальних законах загальної теорії систем та теорії інформації і підтверджена статистичними критеріями з 95% забезпеченістю. Обсяг експериментальних даних обґрунтований теорією планування експерименту.

Основні положення дисертаційної роботи впроваджені в навчальному процесі ХІЛ ВПС України при початковому навчанні курсантів-льотчиків на тренажері літака Л-39.

Результати дослідження вперше відкривають реальний шлях до оптимізації засобів та часу навчання.

Запропонована у роботі методика оцінки рівня ППЛС дозволяє прогнозувати і планувати процес навчання на початковому етапі та знизити матеріальні витрати на 20% за рахунок:

зменшення «вивізних» польотів на 3 курсі навчання (у середньому на 2 польоти);

зменшення на 28% кількості курсантів, що відчисленні у період льотного навчання.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах

Андрєєв С.М. Підхід до формування комплексної методики оцінки рівня професійної підготовки льотного складу // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ, 1998. Вып. 16. - С. 80 - 82.

Андреев С.М. Алгоритм комплексной оценки уровня профессиональ-ной подготовки летного состава // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ, 1998. Вып. 16. - С. 82 - 86.

Андреев С.М., Гаврилов Э.В. Модель динамики уровня профессиональной подготовки летного состава // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ, 1998. Вып. 21. - С. 109-114.

Андреев С.М. Оптимизация факторов первоначального обучения летчиков // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ, 1999. Вып.36. - С. 85-87.

Андреев С.М. Анализ состояния системы профессиональной подготовки летного состава: Научно-методические материалы по вопросам совершенствования организации учебно-боевой подготовки и управления войсками. Материалы конференции. - Харьков: ХИЛ, 1996. - С. 3-5.

Андреев С.М. Анализ статистической модели профессиональной подготовки летного состава: Научно-методические материалы по вопросам совершенствования организации учебно-боевой подготовки и управления войсками. Материалы конференции. - Харьков: ХИЛ, 1996. - С. 5-8.

Размещено на Allbest.ru

...