miércoles, 11 de febrero de 2015

La automatización

Roberto J. Gómez
La automatización es el paradigma a seguir en cualquiera de los fabricantes de aeronaves, con mayor predominio en la europea Airbus, que incorporó el Fly-by-Wire (FBW), éste es el término aceptado para los sistemas de control de vuelo que utilizan una interfaz electrónica para procesar las entradas de control de vuelo, realizadas por el piloto o piloto automático, y envía señales eléctricas a los actuadores de las superficies de control de vuelo. Este sistema reemplaza el enlace mecánico y significa que los movimientos en los comandos que hace el piloto, no mueven directamente las superficies de control. En su lugar, estos movimientos son leídos por un equipo -que a su vez determina cómo mover dichas superficies- para lograr una mejor performance en base a lo que el piloto quiere hacer. Las ventajas son:  la fiabilidad y un control más eficaz de un avión altamente maniobrable.

El control eléctrico de las superficies de control fue probado por primera vez en el año 1930, en el avión soviético Tupolev ANT-20. El primer avión que tuvo FBW para todos sus controles de vuelo, en lugar de una operación mecánica o hidráulica asistida directa, fue el F-16 en 1973.
El FBW proporciona la capacidad de asegurar que no se produzcan, por ejemplo, aumentos desproporcionados en el ángulo de ataque; esta situación es detectada por el sistema rápidamente y la resuelve corrigiendo ligeramente las superficies de control en el sentido opuesto, mientras que la desviación es todavía pequeña y se puede controlar.
En una aeronave civil, fue fabricado e instalado por Aerospatiale en el Concorde. La primera generación de sistemas de control de vuelo eléctricos con tecnología digital, fue instalado en varios aviones en el inicio de la década de 1980, incluyendo el Airbus A310. Boeing incorporó la tecnología fly-by-wire recién en el B777 en 1995.

40 años atrás, los accidentes, por lo general, estaban relacionados con el diseño estructural de las aeronaves, la fiabilidad del motor, o fallo de los instrumentos analógicos.
Hoy la ingeniería en aviónica es sofisticada, los instrumentos son "inteligentes" y los sistemas de la aeronave son monitoreados y controlados por computadoras. Por esto, cuando un accidentes ocurre, las causas son diferentes a las de antaño. Si bien la automatización surgió con la promesa de reducir los errores humanos, en algunos casos crean errores más grandes; otras veces ocultan errores o los hacen menos evidentes. 

En los últimos 25 años en por lo menos 20 accidentes, la tripulación perdió el control de la aeronave. En estos días nos encontramos con el accidente de Air Asia, una explicación definitiva de la causa de la catástrofe tendrá que esperar el análisis de la FDR y CVR, pero está claro que la tripulación perdió el control de la aeronave poco después que solicitaran autorización para ascender y alterar el rumbo, aparentemente, para evitar una tormenta. Recordemos el accidente del A330 de Air France, el vuelo AF447, que cayera en el Océano Atlántico. Cuando las "cajas negras"  fueron recuperadas revelaron que los pilotos habían sido confundidos por una pérdida de información de la velocidad. Si bien el piloto automático cedió el control a los pilotos, rápidamente perdieron el control de la aeronave. El bloqueo de los sensores de velocidad, estaba relacionado con la tormenta con la que se encontraron. Para hacer frente a tormentas, especialmente en las regiones tropicales, los pilotos cuentan con un radar meteorológico.  Éste les ofrece la posibilidad de evitarla por completo, o por lo menos evitar el núcleo de la tormenta activa.
Los pilotos comprenden los riesgos de turbulencia y de formación de hielo que existen en estas situaciones, y deben estar preparados para una adecuada toma de decisiones: seguir adelante y hacer frente a las condiciones bordeando la tormenta, cambiar de rumbo, o ir a una alternativa. La mejor decisión en estos casos es tener en claro que jugar a la ruleta rusa es catastrófico.


La pérdida de control en vuelo es, en estos momentos, la categoría de accidente que causa más muertes. La Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos (FAA) se preocupó por la reiteración de estas situaciones por lo que comenzó, hace cinco años, a recopilar datos para tratar de descubrir lo que estaba mal. En el país del fin del mundo no tenemos ningún estudio sobre este tema. 

¿Cuál es la contradicción que encontraron? Los pilotos se forman y entrenan para volar aviones con aviónica tradicional. Cuándo llegan a la línea aérea resulta que todo está computarizado. Se les enseña a volar aviones manualmente, pero luego no utilizan esa habilidad. Los pilotos están capacitados para navegar utilizando los medios tradicionales, luego se les pide confiar en un GPS y sistemas automatizados, así van perdiendo agilidad mental para hacer frente a una situación que los obligue a volver a lo básico.

La FAA en 2013, llegó a la conclusión de que los pilotos estaban perdiendo contacto manual con sus aviones: los sistemas computadorizados, la automatización, era tan precisa y confiable que los pilotos construyeron un enorme nivel de confianza en ella, mientras crecía la pérdida de confianza en sus propias habilidades para pilotar la aeronave. Por desgracia, en determinadas circunstancias, las computadoras no pueden hacer frente a la situación y los pilotos debe desconectar el piloto automático y pasar al vuelo manual. 

Actualmente, en una operación normal, un avión despega y a los 400/500 pies el piloto conecta el piloto automático (AP), para desconectarlo en final de la pista de arribo. Sin tomar en cuenta los que realizan autoland; en éste último caso desconectan el AP una vez que el avión a frenado completamente. Lo pueden apreciar en el video que está al final de esta nota.

En 2013 la FAA emitió un Alerta a los operadores aéreos - Safety Alerts for Operators (SAFO). Este aviso indicaba que en un análisis, que incluía las operaciones normales de vuelo, incidentes y accidentes, se habían obtenido datos de operaciones de vuelo que resultaron alarmantes: "Se ha identificado un aumento de los errores en vuelo manual, es decir, sin piloto automático. La Administración Federal de Aviación (FAA) cree que el mantenimiento y la mejora de los conocimientos y habilidades para las operaciones de vuelo manual son necesarias para que las operaciones de vuelo sean más seguras".

Las razones que invoca la FAA se refieren a que las aeronaves son comúnmente operadas por los sistemas de vuelo automático (por ejemplo: FMS, piloto automático o aterrizaje automático entre otros), esto permitió operaciones de vuelo más precisas, logrando una carga de trabajo menor y acto seguido una sensible mejora en la seguridad del vuelo. Desafortunadamente, continúa el SAFO, "el uso continuo de estos sistemas automatizados, degrada los conocimientos y habilidades de un piloto en las operaciones de vuelo manual y la posibilidad de recuperar la aeronave en una condición de vuelo anormal". Contundente y sin medias tintas. 

La FAA recomienda a todos los operadores adoptar un enfoque integrado, otorgando mayor énfasis a las operaciones de vuelo manual y una mejor capacitación para reforzar esas habilidades del piloto, tanto en el período de ingreso, un ascenso o recurrent.

El alerta continúa diciendo: "Las políticas operacionales deben ser desarrolladas o revisadas ​​para asegurar que haya oportunidades adecuadas para que los pilotos ejerciten las habilidades del vuelo manual, por ejemplo fuera de espacio aéreo donde aplique separación vertical reducida mínima  RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum) y durante el vuelo en condiciones de baja carga de trabajo.
Además, las políticas deben ser desarrolladas o revisadas ​​para asegurarse que los pilotos comprendan cuándo utilizar los sistemas automatizados, por ejemplo, en condiciones de alta carga de trabajo o como parte de los procedimientos dentro de un espacio aéreo que requieren el uso del piloto automático, para una operación más precisa. Aumentar la carga de trabajo de la tripulación también puede ser un factor limitante para que algunos pilotos obtengan tiempo de práctica en las operaciones de vuelo manual. Las políticas operativas de las aerolíneas deben garantizar que todos los los pilotos tengan las oportunidades necesarias para ejercer el mencionado conocimiento y habilidades en las operaciones de vuelo. "

Las preocupaciones sobre el efecto de la automatización en las habilidades de vuelo no son nuevas. En 1995, la erosión de las habilidades manuales de vuelo debido a la automatización fue examinada en un estudio diseñado por Patrick R. Veillette y R. Decker para la FAA. Este estudio intentó determinar la existencia de posibles diferencias en las habilidades de vuelo manual entre las tripulaciones asignadas a los puestos de pilotaje con aviónica convencional y los asignados a sistemas automatizados. El estudio se limitó a las operaciones normales y anormales en el espacio aéreo terminal. Se trató de determinar el grado de diferencia en el vuelo manual y habilidades de navegación. Se observó, también, a pilotos de aviones comerciales que volaban en forma convencional y los que volaban con controles automatizados durante el entrenamiento de vuelo.
Sus conclusiones se documentan en "Las diferencias en las habilidades manuales-convencionales y sistemas automatizados en la tripulación aérea - Flightdecks", publicado en abril de 1995, en la revista académica Transportation Research Record, del National Research Council. En la edición de febrero de 2006, de la revista Business and Commercial Aviation (BCA), el Dr. Patrick R. Veillette volvió a este tema en su artículo "Watching and Waning."

El conjunto de datos incluyó diversos parámetros como: rumbo, altitud, velocidad, senda de planeo, y desviaciones del localizador en aproximaciones ILS. También se registraron una variedad de maniobras de emergencia durante las sesiones de simulador, con una duración de 4 horas. Todos los participantes eran pilotos de líneas aéreas comerciales, que poseen certificaciones TLA.

El grupo de control estaba compuesto por pilotos que volaron aviones birreactor equipados con instrumentación analógica y por pilotos que volaron los nuevos modelos de la misma aeronave, equipada con un sistema de primera generación de instrumentos electrónicos de vuelo (EFIS -  Electronic Flight Instrument System) y el sistema de gestión de vuelo (FMS - Flight Management System ).

Cuando se requirió a los pilotos que habían volado EFIS durante varios años, volar determinadas maniobras manualmente, los parámetros de la aeronave y el control de vuelo mostraron claramente una cierta erosión de sus habilidades de vuelo. Durante las maniobras normales, el grupo EFIS exhibió más desviaciones que el grupo convencional. La mayoría de las veces, las desviaciones estaban dentro del estándar para exámenes (PTS - Practical Test Standards ), estas desviaciones no impidieron que tengan aproximaciones estabilizadas, correctamente establecidos en el localizador y senda de planeo, igual que el grupo convencional.

Las diferencias en las habilidades de vuelo entre los dos grupos llegaron a ser más significativa durante las maniobras anormales. Por ejemplo, realizar un slam dunks (deslizamiento). Las maniobras de emergencia, claramente, ampliaron la diferencia entre los dos grupos. En general, los pilotos analógicos tendían a volar con datos en bruto; cuando se les dio una emergencia, como es una falla de motor, y se les instruyó a volar la maniobra sin un director de vuelo, lo hicieron con pericia. Cuando el equipo EFIS tenía su director de vuelo fuera de servicio, resultaron menos eficaces.

Ventajas y Desventajas de automatización

Ventajas
  • Aumenta la comodidad de los pasajeros;
  • Mejora el control de trayectoria de vuelo con mínimos meteorológicos;
  • Apoyo a los pilotos y una mejor comprensión por parte del personal de mantenimiento del estado de los sistemas de la aeronave. Sin embargo, cuando se enfrentan a un evento de fallo complejo, la información que brinda puede saturar a la tripulación, o bien, dificultar el diagnóstico y distraer a la tripulación de la tarea principal de la aeronave;
  • La automatización puede aliviar los pilotos de las tareas repetitivas o no gratificantes  -para las que los humanos somos menos adecuados- aunque cambia, invariablemente, la participación activa de los pilotos en la operación de la aeronave a un papel de supervisión.
  • La automatización reduce la carga de trabajo, libera recursos atencionales para centrarse en otras tareas, pero la necesidad de "gestionar" la automatización, particularmente cuando involucra la introducción de datos o la recuperación a través de un teclado numérico, coloca tareas adicionales en el piloto que puede aumentar la carga de trabajo. Por el contrario, la falta de automatización puede reducir la conciencia situacional de los pilotos y crear una importante sobrecarga de trabajo cuando los sistemas fallan.

Tripulación de Vuelo - Problemas de interacción con la automatización

  • Las habilidades básicas de vuelo manuales y cognitivas pueden disminuir debido a la falta de práctica. Esto se agrava si los operadores aéreos desalientan activamente a la tripulación de realizar vuelo manual o limitan los modos manuales que pueden utilizar - por ejemplo, la prohibición de vuelo manual con Auto-Throttle desconectado;
  • Las tripulaciones de vuelo pueden pasar demasiado tiempo tratando de entender el origen, condiciones o causas de una alarma o de múltiples alarmas, distrayéndolos de otras tareas prioritarias y de volar el avión. - AF447;
  • Cambios indicados por el control de tránsito aéreo: requieren de una reprogramación por un cambio de salida en el despegue o un cambio de pista en un aterrizaje, lo que es potencialmente peligrosos debido a la posibilidad de entrada de datos incorrectos. 
  • Los sistemas de diagnóstico son limitados con respecto a tratar múltiples fallas, problemas inesperados y situaciones que requieren desviaciones de procedimientos operativos estándar (SOP);
  • Situaciones imprevistas de la automatización que requieren control manual son difíciles de entender y manejar, puede crear una sorpresa o sobresalto y puede inducir picos de carga de trabajo y estrés. A menos que el equipo se haya entrenado correctamente y se practique, de manera adecuada, en el manejo de este tipo de situaciones, los niveles de carga de trabajo pueden llegar al punto en el que la tripulación queda sobrepasada;
  • En aeronaves altamente automatizadas, se pueden producir problemas en la transición, cuando se degrada el sistema. Por ejemplo, múltiples fallas que requieren vuelo manual o un vuelo con degradación de la automatización;
  • Los errores de entrada de datos (ya sean errores o errores de escritura) pueden tener consecuencias graves; los errores pueden ser más difíciles de prevenir y detectar ya que no hay comprobación del sistema de la consistencia de los valores que se introducen y la tecnología da un cierto sentido de confianza (si se aceptan los datos introducidos en la máquina, deben estar bien).
  • En situaciones críticas, desconexión o fallo de la automatización, el sistema de alarma sólo indica la condición de fallo pero no la acción a tomar (la acción que la tripulación de vuelo debe tomar para recuperar el control);
  • Puede ser difícil entender la situación y recuperar el control cuando la automatización alcanza el límite de su dominio de la operación y se desconecta o en caso de fallo de la automatización;
  • Cuando la automatización falla o se desconecta, las tareas asignadas a los pilotos pueden estar más allá de sus capacidades, tanto sea individual o de equipo.

Namasté
Roberto Julio Gómez
rjgomez@protonmail.com
Yapa

Suscriptores que no reciban el video por correo: http://youtu.be/9NFq2eZSDJE




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