Criteria importance of potential unreliability of actions in the research of professional work capacity of the aviation specialists

Анализ опыта эксплуатации воздушных судов (ВС) государственной авиации показывает, что подавляющее большинство авиационных происшествий, инцидентов и предпосылок к ним по-прежнему связаны с «человеческим фактором» – ошибочными действиями, допущенными вследствие низкой функциональной надежности профессиональной деятельности оператора ^[1]. Под функциональной надежностью профессиональной деятельности оператора понимается свойство функциональных систем оператора обеспечивать его динамическую устойчивость в выполнении профессиональной задачи в течение определенного времени с заданным качеством ^[2]. Низкая функциональная надежность человека в нормальных и – особенно – в экстремальных условиях обусловлена неадекватным учетом характеристик человека при проектировании систем управления ВС, систем обеспечения жизнедеятельности и защитного снаряжения их экипажей [1–3].

Обеспечение надежности и работоспособности летно-подъемного состава (ЛПС) в экстремальных условиях деятельности, связанных с воздействием факторов полета (пилотажные перегрузки, температура, измененная газовая среда, шумы, вибрации и т.п.) являются актуальной задачей, существенно влияющей на безопасность полетов. Комплексные исследования акустической обстановки в кабинах ВС не проводились в течение более 25 лет ^[3].

Среди авиационных специалистов, обеспечивающих подготовку ВС к полетам в наземных условиях, в наиболее неблагоприятной шумовой обстановке находятся специалисты инженерно-технического состава (ИТС). Результаты гигиенических исследований свидетельствуют о том, что уровни звукового давления (УЗД) на рабочих местах последних при работе авиационных двигателях и вспомогательного оборудования в инфразвуковом диапазоне колеблются в октавных полосах от 95 до 104 дБ, превышая предельно допустимые уровни (ПДУ) на 1 – 19 дБ, а в звуковом диапазоне – от 96 до 123 дБ и выше ПДУ на 2 – 45 дБ ^[4-6].

Известно, что вследствие воздействия шума снижается не только работоспособность, но и функциональная надёжность профессиональной деятельности ^[7-10]. Согласно ^[11] надёжность человека–оператора – это его свойство сохранять способность осуществлять определённую деятельность с требуемым качеством в течение требуемого интервала времени, сохраняя требуемый уровень производительности. Нарушение деятельности является событием, имеющим определенную вероятность. Эту вероятность – потенциальную ненадежность действий (ПНД) – авторы предложили использовать в качестве меры степени влияния внешних производственных факторов на надежность деятельности работающих ^[12]. Количественной основой этой меры является риск возникновения неблагоприятного эффекта (срыв деятельности, ошибочные действия и т.п.).

Технический прогресс в двигателестроении, обусловивший существенное повышение энерговооруженности ВС, привел к существенному повышению мощности неблагоприятного (для человека) акустического воздействия в инфразвуковом и звуковом диапазонах частот. Имеющиеся данные позволяют рассматривать авиационный шум как неблагоприятный производственный фактор, который может стать причиной авиационных инцидентов вследствие ошибочных действий ЛПС и ИТС, обусловленных снижением их работоспособности вследствие некомпенсированного шумового влияния ^[13-14].

Несмотря на определенные меры, принимаемые по борьбе с шумом, количество специалистов различных профессий, в том числе и авиационных, подвергающихся его воздействию, не уменьшается. На рабочих местах, где организационно–техническими мероприятиями не удается добиться снижения уровня шума до нормативных величин или это невозможно по технико-эксплуатационным соображениям, следует применять средства защиты от шума. Недостаточное количество и низкая эффективность последних, а также отсутствие методологии оценки акустической эффективности средств защиты создают трудности в борьбе с авиационным шумом ^[15-16].

Цель работы: оценить возможность использования показателя – потенциальная ненадежность действия – в качестве критерия оценки работоспособности авиационных специалистов и акустической эффективности средств коллективной и индивидуальной защиты при воздействии высокоинтенсивного шума.

В работах ^[17-19] было показано, что ПНД отражает степень влияния шума на надежность деятельности. Для расчета этого показателя были разработаны математические модели, устанавливающая зависимость его от уровня АШ на рабочем месте:

ПНД = 0,5 – Ф[|(L –134,02)/ 42,00|], если L – 111,33 ≤ 0;

ПНД = 0,5 + Ф[(L –116,03)/ 8,67], если L – 111,33 > 0,

где Ф – функция Лапласа, L – уровень шума (дБА).

Кривая модели вероятности события при увеличении уровня шума до 110 дБА носит полого-восходящий характер, а при более высоких уровнях она приобретает экспоненциальный вид.

Данную модель использовали для оценки ПНД для ЛПС, подвергающемуся воздействию шума во время полетов, и для ИТС, обслуживающего ВС в наземных условия в процессе предполетной подготовки.

Для оценки эффективности средства коллективной защиты (СКЗ) от шума использовали помещения для размещения авиационных специалистов, которыми оборудованы места стоянки ВС на аэродромах. Исследовали три варианта исполнения СКЗ:

– вариант 1 (СКЗ 1) – помещение 4,7´2,9´2,4 м с 6 окнами 0,8´1,05 м каждое; дверь 0,8´2,0 м; внешний лист – сталь 0,55 мм; внутренний слой – теплоизоляционный материал толщиной 50 мм; третий слой – деревянная панель толщиной 12,5 мм;

– вариант 2 (СКЗ 2) – отличается от первого варианта тем, что стены и потолки помещений были изнутри обшиты звукопоглощающими материалами (панели из древесины толщиной 12,5 мм и пластиковые панели ВМЛ–25 толщиной 5 мм);

– вариант 3 (СКЗ 3) – отличается от первого варианта использованием конструкции наружной стенки, состоящей из стального листа толщиной 0,55 мм, демпфированного вибропоглощающего покрытия ВМЛ–25 толщиной 5 мм и панели, выполненной из древесины толщиной 12,5 мм с воздушным промежутком, заполненным звукопоглощающим матом толщиной 50 мм; крепление стального листа и панели к рамной конструкции исключало возникновение акустических мостиков.

Измерения уровня шума проводили снаружи и внутри СКЗ во время летной смены, которые использовали для расчета ПНД по модели.

Для оценки акустической эффективности средств индивидуальной защиты (СИЗ) от шума использовали противошумные наушники (комплект СИЗ-1), принятые на снабжении Вооруженных Сил Российской Федерации ^[20]. Эффективность защитных свойств данного образца СИЗ от шума оценивали по следующей методике. Величину уровня шума в подчашечном пространстве СИЗ определяли путем расчета одиночного параметра поглощения звука для заданной эффективности защиты (84%) – SNR₈₄ ^[21] на основании результатов, полученных в лабораторных условиях упрощенным методом ^[22]. По величине уровня шума на рабочем месте ИТС и одиночного параметра поглощения звука (SNR₈₄) определяли величины показателя ПНД по модели.

Для расчета ПНД использовали результаты акустических измерений на рабочих местах ЛПС во время полета ВС, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Вероятность нарушения надежности деятельности летно-подъемного состава в зависимости от типа воздушного судна

Примечание здесь и таблице 2: жирным курсивом выделены величины, превышающие ПДУ.

Из табл. 1 следует, что уровень звука находится в диапазоне 84 – 104 дБА, а УЗД от 59 до 112 дБ. В большинстве случаев величины этих параметров превышали ПДУ, определенных в ОТТ ВВС-86 для шума. Для ВС военно-транспортной авиации (Ан–12, Ан–24, Ан–22, Ил–76), вертолетов (Ми–4, Ми–8) и истребителей использовали ПДУ уровня звука (85 дБА), установленный для рабочей смены от 4 до 8 ч. Превышение ПДУ звука для данных типов ВС составило соответственно от 7 до 19 дБА, от 4 до 18 дБА и 18 дБА. При этом величина ПНД колебалась от 0,12 до 0,24 отн.ед.

Для ВС дальней авиации величины ПДУ для УЗД и уровня звука были выбрана для продолжительности воздействия шума более 12 ч (ОТТ ВВС-86), что соответствует времени решения боевых задач, поставленных перед этим видом авиации. УЗД практически во всех октавных полосах превышали ПДУ от 2 до 18 дБ. Превышение уровня звука составило 22 дБА по сравнению с ПДУ (75 дБА). Вероятность возникновения ошибок (показатель ПНД) у экипажей дальней авиации ЛПС не превышала 0,23 отн.ед. (см. табл.1).

Проведенные измерения авиационного шума в кабине одного из ВС дальней авиации после модификации двигателей показали, что уровни авиационного шума в кабине во время полета находились в диапазоне от 111 до 120 дБА, что превышает ПДУ для звука при продолжительности воздействия от 12 часов и более (ОТТ ВВС-86). Расчет показателя ПНД показал, что величина его находится в диапазоне от 0,28 до 0,62, то есть возникает высокая вероятность опасность ошибочных действий со стороны членов экипажа и может привести к негативным последствиям в полете.

Используя данный подход для прогнозирования влияния шума на профессиональную надежность, были проведены расчеты величины ПНД для ИТС при обслуживании различных типов ВС на этапе предполетной подготовки (таблица 2).

Таблица 2 – Вероятность нарушения профессиональной надежности действий инженерно-технического состава в зависимости от типа авиации

Примечание: см. табл.1.

Из табл.2 следует, что эквивалентный уровень звука при минимальном количестве вылетов ВС за летную смену колебался от 97 дБА до 114 дБА. Во всех типах авиации он превышал ПДУ (на 12 – 37 дБА). В соответствии с моделью (1, 2) величина ПНД составила 0,19 – 0,31 отн.ед. Наибольших значений величина ПНД достигает у ИТС штурмовой, дальней и военно-транспортной авиации.

При максимальном количестве вылетов ВС за летную смену эквивалентный уровень звука значительно увеличивался до 100 – 120 дБА, превышая ПДУ на 15 – 45 дБА. Поэтому это сопровождалось повышением величины ПНД до 0,27 – 0,67 отн.ед. Наибольших значений величина ПНД достигает у ИТС дальней, истребительной и штурмовой авиации (см. табл.2).

Результаты исследования акустической эффективности СКЗ от шума

Для оценки звукоизолирующих свойств СКЗ в качестве источника шума использовали ВС Су–25. Акустические измерения проводили снаружи и внутри СКЗ при работающих двигателях самолета. Результаты акустических измерений представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Исследование акустической обстановки в помещениях средств коллективной защиты ИТС от авиационного шума

Как следует из табл.3, СКЗ 1 практически не обладает акустической эффективностью, так как уровень звука и общий УЗД в помещении составил 126 дБА и 127 дБ, а снаружи – соответственно 128 дБА и 130 дБ Лин. Поэтому данное помещение не может рассматриваться в качестве СКЗ от авиационного шума. Близкие значения между величиной общего УЗД и уровнем звука указывают на то, в спектре авиационного шума высоко– и среднечастотные шумы доминируют по УЗД, что необходимо учитывать при выборе материалов для оборудования помещения в качестве СКЗ от авиационного шума. Нахождение ИТС в помещениях СКЗ 1 не устранит неблагоприятное действие авиационного шума. Расчет величины ПНД по модели (2) составил 0,88 отн.ед., что позволяет прогнозировать высокую вероятность ошибочных действий ИТС, которая практически не отличается от величины ПНД (0,92 отн.ед.) ИТС при расположении снаружи СКЗ.

Модернизация помещения по улучшению звукоизолирующих свойств наружных стенок (СКЗ 2) привела к существенному снижению уровня звука внутри помещений до 76 дБА (см. табл.3). Использование материалов для внутренней обшивки помещений увеличило поглощение шума на 52 дБ и привело к уменьшению уровня звука ниже ПДУ (85 дБА). Величина ПНД уменьшилась на порядок и составила 0,08 отн.ед. Из этого следует, что модернизация ПАТ по улучшению его звукоизолирующих свойств значительно улучшила акустическую обстановку, а значит можно прогнозировать повышение работоспособности ИТС. Однако надо обратить внимание на, что общий УЗД снизился только на 27 дБ Лин и составил 103 дБ Лин, что превышает ПДУ для инфразвука (100 дБ Лин).

Расчеты, выполненные на основании экспериментальных данных, показывают, что внутри СКЗ 3 уровень звука уменьшится еще больше (на 73 дБА) и составил уже 55 дБА, то есть он снизится по отношению к второму варианту ПАТ еще на 21 дБА (см. табл.3). Снижение уровня звука привело к уменьшению величины ПНД до 0,03 ед. Обращает внимание и тот факт, что общий УЗД снизился до 82 дБ Лиин, что ниже ПДУ (100 дБ Лин). Следовательно, СКЗ 3 надо рассматривать как перспективный тип СКЗ от авиационного шума, который способен обеспечить оптимальные условия труда ИТС, находящегося в помещении при обеспечении полетов на аэродроме.

Для оценки эффективности противошумных наушников были проведены лабораторные исследования, позволившие определить их акустическую эффективность регламентированным упрощенным методом ^[22]. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Акустическая эффективность противошумных наушников, определенная упрощенным методом

На основании результатов лабораторных исследований с использованием объективной оценки качества поглощения звука противошумными наушниками (см. табл.4) и в соответствии с методикой ^[21] были рассчитаны критерии при эффективности защиты 84%, которые рекомендуют применять для отбора или сравнения противошумов, а также определяют требования минимально приемлемого поглощения шума ^[22]: H₈₄ – значение поглощения высокочастотного шума, M₈₄ – значение поглощения среднечастотного шума, L₈₄ – значение поглощения низкочастотного шума, SNR₈₄ – одиночный параметр поглощения шума. Расчетные значения показателей поглощения шума для противошумных наушников при эффективности защиты 84 % (α=1) представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Расчетные значения показателей поглощения шума для противошумных наушников при эффективности защиты 84 % (α=1)

Учитывая, что разность между общим УЗД и уровнем звука авиационного шума не превышала 2 дБ (см. табл.3), А–корректированный УЗД, действующий при ношении этого образца СИЗ, можно вычислить как разность между величиной общего УЗД снаружи и показателя SNR для экспериментального образца противошумных наушников, которая составила 34 дБ (см. табл.5). В таблице 6 приведены величины ПНД при разных УЗД на рабочих местах ИТС.

Таблица 6 – Прогнозирование влияние противошумных наушников на ПНД

в зависимости от удаления от Су-25 с работающими двигателями

Из табл. 6 следует, что при работе без СИЗ величина ПНД при общем УЗД 100 дБ Лин составляет 0,21 отн.ед., то при увеличении общего УЗД 130 дБ Лин она достигнет 0,92 отн.ед. Использование рассматриваемого образца противошума приводит к существенному снижению ПНД. Особенно хорошо это видно при высоких общего УЗД. Так, при общем УЗД 130 дБ Лин можно ожидать снижения оценки ПНД до 0,18 ед. (то есть практически в пять раз), а при более низких общего УЗД (110–100 дБ) снижение величина ПНД составит 0,05 – 0,09 отн.ед., то есть снижение не превысит 17 %.

Шум, являясь общебиологическим раздражителем, воздействует на все органы и системы организма. Данное положение в полном объеме относится и к авиационному шуму в силу его специфических особенностей ^[23].

Авиационный шум изменяет функциональное состояние центральной нервной системы, под его влиянием могут возникнуть сосудисто-вегетативные дисфункции, астенические и невротические реакции, снижаться общая резистентность организма, нарушаться терморегуляция, деятельность надпочечников, желудка, кишечника. Действие шума зависит от его интенсивности и продолжительности, кроме того надо учитывать индивидуальные психофизиологические особенности человека, подвергающегося шумовому воздействию. Это связано с тем, что по характеру ответной реакции шумы можно разделить ^[8]:

на шумы беспокоящие, действие которых реализуется на психологическом и физиологическом уровнях, не вызывает напряжения адаптационных механизмов;

шумы стрессорные, действие которых приводит к изменению поведения человека и вызывает выраженные физиологические реакции во всех критических системах организма человека.

Успешность деятельности в экстремальных и стрессорных ситуациях зависит от выраженности у субъекта силы нервной системы. Выявлено, что при небольшой средней степени психоэмоционального напряжения эффективность деятельности возрастает у всех людей, независимо от того какие типологические особенности проявления свойств нервной системы им присущи. Но при большом напряжении раньше ухудшается эффективность деятельности у лиц со слабой нервной системой. Представители с высокой выраженностью силы нервных процессов проявляют большую устойчивость к значительному психоэмоциональному напряжению, в том числе при воздействии высокоинтенсивного шума. В экспериментальных видах деятельности с повышенным риском и часто неожиданно возникающими проблемными ситуациями наибольшую профессиональную пригодность имеют лица с сильной нервной системой. Анализируя инертность – подвижность нервных процессов доказано, что субъекты с высокой подвижностью нервной системы отличаются высокой работоспособностью в напряженных условиях. Лица с низкой подвижностью нервной системы характеризуются пониженной активностью, срывами в деятельности, что является индикатором низкой стрессоустойчивости [24–26].

В проведенном исследовании были использованы математические модели расчета оценки ПНД у авиационных специалистов, подвергающихся воздействию высокоинтенсивного шума во время летной смены. Проведенные измерения авиационного шума в кабинах ВС показали, что уровни шума на рабочих местах ЛПС во время полета находились в диапазоне от 84 до 120 дБА, что в большинстве случаев выше ПДУ. Расчет показателя ПНД показал, что он находится в диапазоне от 0,28 до 0,62, то есть возникает высокая вероятность опасность ошибочных действий летным экипажами и может привести к негативным последствиям в полете, особенно у экипажей дальней авиации при выполнении многочасовых полетов.

Близкая ситуация наблюдается и у ИТС, на рабочих местах которых уровень звука достигает 120 дБА, а величины ПНД колеблется от 0,27 до 0,67 отн.ед. Наибольших значений величина ПНД достигает у ИТС дальней, истребительной и штурмовой авиации.

Одной из специфических особенностей шума, образующегося при работе авиационных двигателей, является наличие в акустическом спектре инфразвука на рабочих местах авиационных специалистов ^{[13, 14, 27, 28]}. Установлено, что инфразвук появляется с момента запуска двигателей и присутствует на всех этапах полета. Инфразвук представлен во всех октавных полосах с частотами от 2 Гц до 16 Гц, то есть образуется широкополосный инфразвуковой шум. УЗД инфразвука на всех этапах эксплуатации ВС колебались от 87 дБ до 109 дБ, достигая наибольших значений в период наземного опробования двигателей. Это обстоятельство необходимо учитывать, так как действие инфразвука оказывает неблагоприятное действие на центральную нервную систему, а также слуховой, вестибулярный и зрительный анализаторы и приводит к снижению работоспособности и повышенной утомляемости ^{[13, 14, 29, 30]}. Поэтому одновременное действие на авиационных специалистов высокоинтенсивного шума и инфразвука может усугублять негативное влияние каждого из них.

Воздействие акустических факторов оказывает неблагоприятное влияние не только на работоспособность и надежность действия авиационных специалистов, но и способствует развитию профессиональной патологии, которая, в свою очередь, может усугублять неблагоприятные шумовые эффекты. Исследование состояния здоровья авиационных специалистов показало, что у них повышена заболеваемость органа слуха, органа зрения, сердечно-сосудистой системы, органов дыхания и др. Основной причиной развития указанной патологии являются наличием вредных факторов условий труда, среди которых шум и инфразвук занимают ведущее место [31–33].

Количественная оценка степени связи заболеваний авиационных специалистов с их профессиональной деятельностью позволила установить, что нейросенсорная тугоухость относится к профессиональной патологии ^{[34, 35]}. Диагноз тугоухости различной степени установлен у 47% обследованных представителей ИТС и у 27,8% ЛПС. Установлена зависимость патологии органа слуха и от стажа работы с шумом. У ИТС тугоухость отмечается уже при стаже работы более 6 лет (44,0% обследованных), достигая максимальных значений при стаже работы более 16 лет (76,0% обследованных). У ЛПС она диагностируется уже при стаже работы до 5 лет (в пределах 20–25% всех категорий ЛПС), достигая наибольших величин при стаже работы более 20 лет (40% у летного состава и 60% у других членов летных экипажей) ^{[36, 37]}.

Таким образом, нейросенсорная тугоухость у авиационных специалистов является профессиональным заболеванием, обусловленным влиянием высокоинтенсивного шума. Наличие этой патологии является объективным критерием снижения функциональных возможностей слухового анализатора в виде повышения порогов слуха, а значит и нарушения разборчивости речи, тем самым создавая риски ухудшения операторских качеств у авиационных специалистов, в профессиональной деятельности которых доминируют сенсомоторные системы ^[38-46].

На основании полученных результатов использовали ПНД для прогнозирования эффективности коллективных и индивидуальных средств защиты от авиационного шума. Акустические измерения показали, что уровень звука УЗД в СКЗ 1 достигают высоких значений (до 126 дБА) и практически не отличаются от уровня звука УЗД на рабочих местах ИТС при проведении предполетной подготовки к вылету ВС при работающих двигателях. Использование математической модели расчета ПНД позволяет прогнозировать, что величина ПНД при длительном нахождении ИТС в таких акустических условиях будет весьма высокой (0,88 ед.). Показано, что модернизация существующего СКЗ способно обеспечить снижения уровня звука в помещениях до 55 дБА, что обеспечит достижения величины ПНД не более 0,03. Следовательно, подобное сооружение отвечает требованиям, предъявляемым к СКЗ при действии авиационного шума, а его эксплуатация – способствовать достижению уровней шума, отвечающих нормативным требованиям на рабочих местах для трудовой деятельности разных категорий тяжести и напряженности (оптимальный уровень звука 60–80 дБА). Низкая величина ПНД, рассчитанная для акустических условий помещений СКЗ 3, подтверждает сохранения работоспособности авиационных специалистов на должном уровне и обеспечит надежность действий.

Для исследования СИЗ от шума по величине ПНД использовали образец противошумных наушников с высоким качеством поглощения шума. Показано, что использование данного образца СИЗ от шума при высоких уровня шума (до 130 дБА) будет способствовать снижению величины ПНД в несколько раз (до 0,18 отн.ед.), а при уровнях ниже 110 дБА их применение приведет к достижению нормативных УЗД, а величина ПНД не превысит 0,09 отн.ед. Как видно, использование СИЗ от шума будет способствовать сохранению работоспособности авиационных специалистов, обеспечит надежность действий и будет способствовать снижению уровня общей заболеваемости и профессиональной патологии. Снижение величины ПНД является подтверждением вышеизложенному.

Проведенное исследование свидетельствует о том, что авиационный шум является источником потенциальной опасности, обусловливающим повышенный риск ошибочных действий авиационных специалистов. Развитие профессиональных и профессионально обусловленных заболеваний как следствие воздействия авиационного шума приводит не только к ранней профессиональной дисквалификации, но и является одной из причин снижения работоспособности и надежности действия.

Результаты исследования позволяют сделать заключение о прикладной значимости математической модели расчета вероятности ПНД. Этот показатель можно использовать для прогнозирования работоспособности и надежности действий летно-подъемного и инженерно-технического состава при работе в шумовых условиях, а также и в качестве критерия для оценки акустической эффективности средств коллективной и индивидуальной защиты от шума, предназначенных для поддержания профессиональной работоспособности и профилактике вредного действия шума на здоровье персонала ^{[38, 39]}.

Высокие уровни авиационного шума на рабочих местах специалистов свидетельствуют о необходимости разработки и реализации специальных средств и методов обеспечения акустической безопасности профессиональной деятельности персонала как неотъемлемой части системы обеспечения безопасной эксплуатации воздушного транспорта.