Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Основы построения системы геофизического обеспечения принятия управленческих решений в производственно хозяйственной деятельности общества 29-183
1 .Анализ проблемы построения геофизического обеспечения. роль и место геофизического обеспечения. постановка задач исследования 29-60
1.1 Роль и место геофизического обеспечения. Общая характеристика проблемы 29-36
1.2.Краткая характеристика и анализ геофизического обеспечения 36-47
1.3. Анализ исследований по проблеме построения геофизического обеспечения 47-58
1 АПостановка проблемы исследования 58-60
2. Концептуальные основы исследования геофизического обеспечения производственно-хозяйственной деятельности общества 61-105
2.1. Терминология. Основные понятия и определения 61-64
2.2.Системный подход к решению проблемы исследования геофизического обеспечения производственно-хозяйственной деятельности общества , 64-68
2.3. Общая характеристика задач производственной деятельности, решаемых с учетом состояния геофизических условий 68-69
2.4. Обшая характеристика системы производственно-хозяйственной деятельности и основные характеристики элемента геофизическое обеспечение 69-83
2.5.Исследование взаимодействия элемента производственно-хозяйственной деятельности и природной среды 83-96
2.6.Потенциалы геофизической обстановки и системы геофизического обеспечения 96-101
2.7.Выводы 101-105
. Методологические основы исследования геофи зического обеспечения производственно-хозяйственной деятельности потребителя 106-152
3.1.Общий подход к формулированию показателя результатов геофизи ческого обеспечения 106
3.2.Качества результатов и эффективности геофизического обеспечения 107-122
3.3.Критерии результатов и эффективности фуикционрования
виртуального элемента геофизического обеспечения производственно хозяйственной деятельности 122-127
3.4.Показатель результатов применения элемента ПХД 127-133
3.5. Свяэь показателя результатов применения с характеристиками виртуального элемента геофизического обеспечения 133-143
3.6. Способ преобразования показателя эффективности геофизического обеспечения производственно- хозяйственной деятельности 143-149
3.7.Выводы 149-152
4. Мктоды построения математических моделей для описания характеристик операционной системы геофизического обеспечения 153-183
4.1.Общие положения 153
4.2.Модсль операционной системы геофизического обеспечения 153-155
4.3.Метод аппроксимации распределения геофизических прогнозов по градациям 155-160
4.4.Методы определения зависимости успешности прогнозов от характеристик системы геофизического обеспечения 160-166
4.5.Методы расчета составляющих операционного ресурса геофизи ческого обеспечения 166-182
4.6. Выводы 182-184
РАЗДЕЛ 2.Методичвские основы построения системы геофизического обеспечения производственно хозяйственной деятельности потребителя 185-315
5. Методика и методы синтеза системы геофизического обеспечения и обоснования значений характеристик ее виртуальных элементов 18S-244
5.1.Общие положения 185-186
5.2.Метод синтеза виртуального элемента системы геофизического обеспечения 186-194
5.3 Метод синтеза системы геофизического обеспечения производственно-хозяйственных задач 194-201
5.4 Методика обоснования требований к значениям характеристик геофизической операционной сети наблюдения 202-222
5.5. Методика синтеза внутренней конфигурации виртуального элемента геофизического обеспечения и обоснования значений его характеристик 223-236
5.6.Метол выбора операционной конфигурации виртуального элемента геофизического обеспечения 236-237
5.7.Мстод обоснования значений характеристик надежности функци онирования виртуального элемента геофизического обеспечения 237-241
5.8.Метод обоснования операционного интервала времени между соседними сроками приема геофизических данных 241-244
19. Выводы 244-245
6. Модели для синтеза системы геофизическогообеспечения и обоснования значений ее характеристик 246-315
б.І.Обшие положення 246
б.2.Модели для обоснования конфигурации геофизической информационной сети наблюдения за общим количеством облачности 246-261
б.З.Модель для расчета интервала времени старения геофизических данных и метод ее решения 262-268
6.4.Модели для обоснования внутренней конфигурации виртуального . элемента геофизического обеспечения 268-280
6.5.Модель для расчета значений интервала времени между сроками приема данных 280-282
6.6.Синтез системы геофизического обеспечения производственно хозяйственной деятельности 282-291
6.7.Реализация метода синтеза системы метеообеспечения для решения прикладных задач 291-296
6.8.Анализ результатов решения задачи оптимизации операционной информационной сети 296-298
6.9.Апализ результатов решения задач оптимизации внутренней конфигурации виртуального элемента геофизического обеспечения 298-311
6.10.Анализ результатов решения задачи выбора операционной конфигурации виртуального элемента ГФО 311-312
6. П.Анализ результатов решения задачи оптимизации надежности функционирования технических средств ГФО 313
6.12.Выволы 313-315
Заключение, 316-323
Список литературы
- Роль и место геофизического обеспечения. Общая характеристика проблемы
- Общая характеристика задач производственной деятельности, решаемых с учетом состояния геофизических условий
- Свяэь показателя результатов применения с характеристиками виртуального элемента геофизического обеспечения
- Методика синтеза внутренней конфигурации виртуального элемента геофизического обеспечения и обоснования значений его характеристик
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена решению научно-технической проблемы совершенствования геофизического обеспечения (ГФО) производственно-хозяйственной деятельности (ПХД) общества, а именно, разработке теоретических основ и методов проектирования и построения адаптированных систем ГФО целенаправленных процессов функционирования сложных целеустремленных систем для повышения их эффективности.
Актуальность проблемы объясняется тем, что дальнейший рост эффективности действующих технологий во многом обусловлен совершенствованием их обеспечения данными о природной среде. Это связано с тем, что природная среда, активно взаимодействующая со всеми объектами, находящимися в ней. играет значительную роль при выполнении различных производственно-хозяйственных задач (ПХЗ), и особенно, при применении технических средств, привлекаемых для их выполнения. Правильный учет влияния среды на этапах планирования позволяет в некоторых случаях даже наращивать производственный потенциал в процессе ПХД без какого-либо увеличения производственных мощностей. А игнорирование или неграмотный учет состояния среды, наносит значительный материальный урон не только ПХД, но и системе безопасности жизнедеятельности общества.
Несмотря на кажущуюся незначительность ущерба, нанесенного при выполнении одной ПХЗ из-за несоответствия условий состояния окружающей природной среды, в силу их массовости и высокой повторяемости, значение именно этого вида материального урона при взаимодействии с природной средой является значительно больше всех остальных, т.к. и стихийное ее состояние и. в некоторых случаях, непрофессиональные действия персонала, участвующего в производстве, хотя и наносят большой ущерб, но все-таки относятся к локальным и очень редким явлениям.
Создание принципиально новых высокоточных технологий, имеющих очень высокую стоимость, рассчитано на эффективное их применение лишь при самых благоприятных природных условиях, повторяемость которых чрезвычайно низка. Для искусственного создания таких условий требуются дорогостоящие технические системы, функционирование которых в свою очередь также зависит от природных условий. Следовательно, с развитием технического прогресса в обществе зависимость ПХД от состояния природной среды будет возрастать.
Как показывают результаты системного анализа процессов гидрометеорологического, метеорологического и других видов информационного обеспечения целеустремленных процессов, основными направлениями их совершенствования являются повышение точности и достоверности прогностических данных о состоянии среды, повышение точности и достоверности методов идентификации состояния и диагностики факторов природной среды, оказывающих влияние на результаты решения задач, и совершенствование технологических процессов самого обеспечения, которое обусловливает изменение технологических характеристик или снижение затрат ПХД.
Задачи, возникающие при реализации каждого из указанных направлений, являются сложными и взаимосвязанными, и поэтому необоснованное увлечение какими-то отдельно взятыми из них. без системной увязки с остальными, может привести к непредсказуемым результатам, и даже, совершенно противоположным тем, какие преследовались при постановке задачи.
Существующее состояние системы метеорологического, гидрометеорологического и других видов обеспечения, особенно в реальных условиях реструктуризации экономики и постепенной замены небольшого количества, крупных отраслевых потребителей на огромное количество потребителей-предпринимателей малого и среднего бизнеса, требует кардинального пересмотра отношений к себе со стороны государственных институтов власти, а именно, как к системе, только с помощью которой гарантирована возможность безопасной и эффективной жизнедеятельности общества, существование которого должно протекать в гармонии с природной средой.
Все это свидетельствует о том, что проблема совершенствования ГФО ПХД общества является сложной системной проблемой, требующей своего теоретического обоснования.
Большая заслуга в разработке подходов к разрешению этой проблемы принадлежит таким ученым как Обухов A.M., Багров Н.А.. ГандинЛ.С, Волконский Ю.Н., Дроздов О., Жуковский Е.Е.. Заварина М.В.. Добротворский А.Н., Монокрович Э.И.. Солонин А.С., Решетов В.Д., Рубинштейн Е.. Попова-Сапараева М.Н., Хандожко Л.А., Петухов Г.Б., Ростовцев Ю.Г. и др. Однако эти подходы имеют свою область применимости. Границы области применимости предложенных подходов связаны с предположением разомкнутости схемы системы "ТФО-потребитель". которое делает невозможным оценивание внутренних технологических процессов в системе ГФО через качество результатов ПХД. В этой
связи неоднозначны результаты попыток совершенствования ГФО без оценки изменения комплексного результата функционирования система "ГФО-потребитель"
Разо.мкнутость между системами ГФО и потребителя накладывает оіраничения на требования к ГФО. Они носят больше эмпирический, чем научный характер, т.к. при их формулировании задаются, как правило, такие экспертные значения характеристик, которые существуют у уже функционирующих систем ГФО. Пагубность такого подхода очевидна. При проектировании новых систем в них заранее закладываются уже существующие недостатки.
Невозможность системного управления параметрами характеристик системы ГФО, из-за отсутствия теоретического аппарата, не позволяет проектировать эти системы с характеристиками, согласованными с характеристиками системы потребителя. Поэтому при совершенствовании технологических операций ГФО, особенно при автоматизации его процессов, сокращение времени их выполнения и представления геофизической информации потребителю в масштабах, близких к реальному времени, не всегда выгодно ятя потребителя. Переход на новую технологию или привлечение новых, более совершенных технических средств, как правило, сопровождается увеличением материальных затрат, повышением ресурсоемкое обеспечения и не всегда приводит к увеличению значения показателя " качество-стоимость" функционирования системы "ГФО-потребитель", и даже, при внешнем повышении показателя результата функционирования потребителя.
Актуальность исследования проблемы совершенствования ГФО ПХД общества значительно возросла в настоящее время, в период перехода к рыночным отношениям в экономике, реструктуризации крупных отраслевых потребителей и появления нового большого класса заказчиков - мелких и средних предприятий различных форм собственности.
Важной составной частью, ядром этой проблемы является разработка теоретических основ и методов проектирования и построения адаптированных систем ГФО целенаправленных процессов функционирования сложных целеустремленных систем. Решение данной проблемы позволит обосновывать требования к органу ГФО на этапах организации планирования ПХД и на основе обоснованных требований создавать и реализовывать эффективные технологические процессы, приспособленные к условиям природной среды.
Целью работы является теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы, связанной с разработкой методов системно-компонентного анализа и синтеза адаптированного ГФО целенаправленных процессов функционирования сложных целе-
устремленных систем, имеющей важное народнохозяйственное значение для повышения эффективности ПХД.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи исследования: - разработать методологические и концептуальные основы исследования процесса ГФО; - выполнить исследования взаимодействия орудий труда и средств производства с природной средой, обосновать меру определения взаимодействия, выявить связи между результатом ПХД и характеристиками ГФО; - уточнить терминологию области исследования, основные понятия и определения, используемые для описания взаимодействия с природной средой; - получить показатели результатов и эффективности ГФО, включающие в себя результаты ПХД потребителя и расходы ресурсов на получение этих результатов; - разработать методы и атгоритмы исследования ГФО, позволяющие выявлять механизм влияния его характеристик на результат ПХД потребителя, а также определять зависимости между характеристиками системы ГФО, такими как, успешность прогнозов, разрабатываемых в системе, и их заблаговременность, успешность и оперативность выполнения технологических операций ГФО, успешность и надежность функционирования технических средств ГФО;- исследовать механизм расходования ресурсов системы ГФО; - разработать методы обоснования таких характеристик системы ГФО как, оперативность выполнения операций ГФО, надежность функционирования технических средств, количество геофизических данных, привлекаемых для обеспечения потребителя, время их старения и интервал времени между сроками наблюдения; - разработать модели для определения требуемых значений характеристик ГФО, алгоритмы их решения; - разработать модель синтеза оптимальной системы ГФО. - предложить способы улучшения характеристик отдельных операций ГФО.
Основные научные результаты и их новизна состоят в следующем:
1.Разработаны теоретические основы проектирования и построения операционных виртуальных элементов (ОВЭ) ГФО систем, целевой результат функционирования которых зависит от условий природной среды. Они включают в себя: концепцию и методологию исследования систем ГФО ПХД потребителя во взаимодействии с природной средой, методы и модели для расчета операционных параметров характеристик систем ГФО. Эти положения позволяют решить крупную научную проблему системного обоснования требуемой системы ГФО прикладных и ПХЗ.
2. Обоснована методология исследования технологического процесса ГФО, включающая в себя: системный подход к решению проблемы построения систем ГФО с задан-
ными характеристиками; основные аспекты и принципы исследования; тезаурус, используемый для описания взаимодействия технических средств, участвующих в ПХД, с природной средой; методы исследования характеристик ГФО.
3. Впервые выявлены производственно-хозяйственные потенциалы геофизической обстановки и ОВЭ ГФО и их разновидности - полный, климатический, фактический и безопасный потенциалы геофизической обстановки и климатический, фактический и реализуемый потенциалы ОВЭ ГФО. Данные показатели должны быть паспортными характеристиками технических средств, описывающие их взаимодействие с природной средой и определяющие целевые результаты их применения в различных ситуациях геофизической обстановки.
Введены новые понятия, конкретизирующие состояние природной среды при взаимодействии с ней технических средств ПХД потребителя. К ним относятся климатический, физический, максимальный физический, превосходный физический и безопасный физический параметры геофизической обстановки. Эти параметры необходимы для оценки критериальных значений состояния технических средств во взаимодействии со средой. 4. Предложена и обоснована мера определения взаимодействия ОЭ с природной средой, выраженная через целевой результат обеспечиваемой задачи; выявлены функциональные связи и аналитические зависимости между целевыми результатами решения задачи и характеристиками ее ОВЭ ГФО.
5. Впервые полученные показатели для оценки результатов ГФО прикладных и ПХЗ. К ним относятся показатели: предотвращенные потери операционных (хозяйственных) ресурсов, которые могли бы быть израсходованы на взаимодействие с природной средой в случае их планирования при полной неопределенности знаний о ее состоянии; приращение целевых результатов решения этих задач в случае привлечения прогностических данных о состоянии среды в процессе их планирования; потери операционных (хозяйственных) ресурсов, связанные с неопределенностью прогностических данных. Данные показатели позволяют комплексно оценивать результаты ГФО целевых задач, решаемых потребителем.
6. Впервые предложены методы обоснования: операционной конфигурации геофизической сети наблюдения (на примере общего количества облачности); операционных -меры ценности и интервала времени старения данных геофизической сети наблюдения; внутренней конфигурации ОВЭ ГФО операционной системы; состава персонала и средств, требуемых для выполнения технологических операций в этом элементе; операни-
ониых характеристик надежности функционирования технических средств, выполняющих эти операции; операционного интервала времени между соседними сроками приема данных в ОВЭ ГФО.
7.Предложены методы синтеза ОВЭ в систему ГФО, включающие в себя метод синтеза операционных геофизических сетей ОВЭ в единую сеть, метод синтеза конфигураций ОВЭ в единую внутреннюю конфигурацию и метод синтеза операционных ресурсов ОВЭ в объединенные ресурсы этой системы.
8. Предложены методы построения математических моделей для описания характеристик системы ГФО. включающие в себя: метод аппроксимации распределения геофизических прогнозов но градациям: метод определения зависимости успешности прогнозов от таких характеристик, как их заблаговрсменность, оперативность технологического процесса ГФО и надежность функционирования технических средств ГФО; методы расчета таких составляющих операционного ресурса ГФО, как информационная, оперативная и эксплуатационно-техническая. Предложены также аналитические выражения, описывающие зависимости между такими характеристиками, как успешность прогнозов и их забла-говременность; успешность прогнозов, их заблаговременность и надежность функционирования технических средств; успешность прогнозов и оперативность выполнения операций ГФО; зависимости между стоимостью и производительностью выполнения технологических операций ГФО.
9Разработаны математические модели для расчета характеристик объединенной системы ГФО прикладных (производственно-хозяйственных) задач. Они включают в себя: модели для расчета характеристик объединенной геофизической сети наблюдений, объединенной внутренней конфигурации и объединенного ресурса системы ГФО; модель для расчета операционных параметров характеристик ОВЭ ГФО операционной системы. Разработаны также модели для расчета операционных параметров характеристик геофизической сети наблюдений. Они включают: модели для расчета расстояний между пунктами и количества пунктов наблюдения; модель для расчета характеристик операционной сети (на примере наблюдений за общим количеством облачности); модель для расчета операционного интервата времени старения геофизических данных и их меры ценности; модель для расчета ишервапа времени старения данных, используемых в инерционных прогнозах. Разработаны модели для расчета операционных параметров характеристик оперативности, состава персонала и средств для выполнения операции - для двух способов сбора геофизических данных: для трех способов документирования данных иаблюде-
ний; обработки геофизических карт: их распространения; прогнозирования и двух способов ввода прогнозов в элемент планирования. Кроме того, разработаны модель для обоснования внутренней конфигурации ОВЭ ГФО, модель для выбора способа выполнения операции в технологическом процессе ГФО, модели для расчета операционных параметров характеристик надежности функционирования технических средств ГФО и модель для расчета операционного интервала времени между соседними сроками приема данных. Предложенные модели позволяют системно обосновывать требования к характеристикам системы ГФО.
-
Впервые выявлены зависимости между оптимальным количеством пунктов наблюдений геофизической сети, с одіїоіі стороны, и высотой нижней границы облачности, временем выполнения технологических операций ГФО и величиной операционного ресурса обеспечиваемой задачи, с другой стороны. Выявлены зависимости между оптимальными значениями характеристик оперативности и стоимостью операционного ресурса обеспечиваемой задачи.
-
Выявлены положительные эффекты, связанные с объединением ОВЭ в единую систему ГФО. Это экономия операционных ресурсов каждого из объединяемых ОВЭ. Кроме этого, для всех операционных систем, ресурс которых меньше самого большого, система ГФО с синтезированными параметрами характеристик обеспечивает более высокие результаты применения их ОЭ с меньшими затратами операционных ресурсов, чем отдельные ОВЭ ГФО.
Результаты диссертационных исследований в совокупности выносятся на зашиту как решение крупной научной проблемы, заключающейся в разработке теоретических основ и методов проектирования и построения класса адаптированных информационно-прогностических систем, с заданными потребителем характеристиками, для обеспечения ПХД информацией о состоянии природной среды.
Научная ценность и практическая значимость работы определяется тем, что предложенные результаты позволяют получать оценки физического взаимодействия орудий труда и средств производства с природной средой, которые необходимы в качестве исходных данных при проектировании технических средств производства, при организации и планировании производственно-хозяйственных операций. Разработанный в диссертации методологический аппарат теории синтеза может использоваться при проектировании систем ГФО и отдельных ее элементов, с заданными характеристиками при определении результатов и эффективности функционирования подсистем ГФО.
Практическая ценность подтверждается защищенным авторским свидетельством на разработанный комплекс автоматизированной обработки метеорологической информации, находящийся в эксплуатации в в.ч. 03770.
Положения диссертационной работы были использованы при построении автоматизированной системы обработки метеорологической информации в специальных системах космического землеобзора и при построении автоматизированной системы обработки гидрометеорологической информации в специальных системах ВМФ МО РФ.
Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работе результатов обусловлена аргументированностью исходных положений, логической непротиворечивостью рассуждений, корректным использованием современного математического аппарата и подтверждается согласованностью полученных результатов и сделанных выводов с некоторыми частными результатами других авторов, фундаментальными теоретическими положениями и имеющимся эмпирическим материалом.
Апробации работы. Результаты диссертации докладывались и получили одобрение на НТК в ВИИ им. А.Ф. Можайского в 1984 году, в Череповецком высшем военно-инженерном училище радиоэлектроники на IV военно-научной конференции 17-19 февраля 1984 года, на IX ВНК в в.ч. 25714 в 1986 году, на III НТК в Воронежском высшем военном авиационном инженерном училище в 1992 году, на НТК в ВИКИ им. А.Ф. Можайского в 1992 году, на Межвузовской конференции по проблемам менеджмента в МГИМО в 1996 году, на Международной конференции по проблемам местного самоуправления в институте управления и экономики в 1997 году.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в монографии, 39 статьях, тезисах докладов, отчетах по НИР, список которых приведен в конце автореферата.
Диссертация заключает 334 страницы и структурно состоит из введения, II разделов, 6 глав, заключения и списка литературы из 191 наименования. Общий объем работы составляет 334 страницы, в том числе 69 рисунков и графиков, и одной таблицы.
Роль и место геофизического обеспечения. Общая характеристика проблемы
Диссертация заключает 335 страниц, н структурно состоит из введения, II разделов, 6 глав, заключения и списка литературы из 191 наименования.
В первой главе выполнен анализ проблемы построения ГФО, показаны роль и место этою вида обеспечения производственно-хозяйственной деятельности потребителя. На основании семантического анализа уточняется устаревшее понятие "геофизическое обеспечение". Показано, что оно включает в себя несколько видов обеспечения, таких как, гидрометеорологическое, метеорологическое, аэрометеорологическое и гелиогеофизическос в составе с геомагнитным обеспечениями для всех видов и способов ПХД потребителя. Проведен краткий анализ государственной системы ГФО. Проанализировано состояние исследований по проблеме построения ГФО. Показано, что разработка основ теории и методов синтеза ГФО для управленческих решений в ПХД общества является практически неисследованной, комплексной и сложной научно-технической проблемой, решение которой позволит повысить эффективность производственно-хозяйственной и иной деятельности потребителя.
Во второй главе разработаны концептуальные основы исследования ГФО для ПХД и взаимодействия этой деятельности с природной средой. Обоснован системный подход к решению данной проблемы. Показано, что данный подход является основой методологии исследования влияния самой системы ГФО па результаты ПХД. Сформулированы основные аспекты и принципы системного подхода. Показана предметная область исследования, уточнены и введены новые термины. понятия и определения, раскрывающие механизм взаимодействия с природной средой . К ним относятся такие термины как производственно-хозяйственные потенциалы геофизической обстановки и системы геофизического обеспечения, и раскрывающие их суть термины: для производственно-хозяйственно-го потенциала геофизической обстановки - показатели, такие как, полный, климати-ческий, фактический и безопасный; . для производственно-хозяйственного потенциала системы ГФО - показатели, такие как, климатический, фактический и реализуемый.
Впервые сформулированы определения этих важных для описания эксплуатационно-технических и других характеристик технических средств производства - показателей. Для выявления внешних связей ГФО введены, известные в теории эффектив ности целенаправленных процессов, понятия - операционного комплекса, операцион ной системы и операционного элемента. В рамках операционного комплекса и операционной системы, орган ГФО выступает в качестве обеспечивающего, потреби тель.-в качестве обеспечиваемого элемента. В качестве операционной системы предложена взаимосвязанная совокупность обеспечиваемого элемента, элементов планирования и управления, и виртуального элемента ГФО , - ; Обоснованы для исследования характеристики.описывающие целенаправленное функционирование элемента ГФО. К ним ОТНОСЯТСЯ качество прогностической информации - достоверность ("надежность") прогнозов, разрабатываемых в процессе ГФО, а также их заблаговременность и распределение неоправдавшихся прогнозов по градациям. Другими информационными характсрисгиками выступают количество и качество геофизических данных, привлекаемых для ГФО. Кроме них, используются также оперативные характеристики, описывающие время выполнения технологических операций ГФО, характеристики надежности (вероятности безотказной работы) функционирования технических средств ГФО и экономические характеристики, выраженные в стоимости различных видов ресурса , затрачиваемых в процессе ГФО.
Выполнено исследование взаимодействия обеспечиваемого операционного элемента и природной Среды. Предложено в качестве меры взаимодействия использовать характеристику результата применения (целенаправленного функционирования) этого элемента, которая зависит не только от фактических ЭТХ, операционной обстановки и количества ресурса, а также и от прогнозов этих условий (Ji их исходного состояние, на основании которых осуществляемся принятие решения на применение обеспечиваемого элемента. Исследован механизм влияния природной Среды на результаты через расходование ресурсов, затрачиваемых на получение этих результатов. Показана значимость элемента ГФО, посредством которого осуществляется оптимальная реализация производственного ресурса в результаты ПХД потребителя. Показано, также, что при взаимодействии с природной средой последняя выступает не как слабая помеха или сопутствующий фон, а как равнозначный элемент проиводственно-хозяйственной обстановки, поэтому геофизическую обстановку необходимо рассматривать как часть производственно-хозяйственного потенциала. Реализация этой части потенциала осуществляется только через виртуальный элемент ГФО, потенциал которого также является частью общего производственно-хозяйственного потенциала операции. Сделан вывод, что при оценивании экономического потенциала необходимо учитывать также и уровень развития и состояния государственной системы ГФО.
В третьей главе разработаны методологические основы исследования ГФО. Проведен анализ подходов к формулированию показателя результатов ГФО. Впервые представлен математический вывод показателя, реализующий системный подход, заложенный в методологию исследования и связывающий между собой результат применения обеспечиваемого элемента, оперативные и эксплуатационно-технические виртуального элемента ГФО и также климатические характеристики геофизической обстановки. Приведена интерпретация его физического смысла.
Общая характеристика задач производственной деятельности, решаемых с учетом состояния геофизических условий
Документирование данных наблюдений. Раскодированные данные из телеграмм наносятся на специальные бланки географических карт, именуемые бланками географических (синоптических, метеорологических, аэрологических и др.) карт. При нанесении они формируются в заранее заданной форме вокруг точки, координаты которой совпадают с координатами пункта наблюдения. символьной форме преобразование телеіраммьі в станцию, нанесенную на карту, имеют вид:
Нанесенная карта представляет собой множество станций с данными наблюдений за срок to, т.е. правило формирования даннмх наблюдений вокруг станции на географической карте. Является одним из отличительных признаков карты. Обработка карт. Производится визуальное отображение полей наблюдаемых характеристик с помощью рисования линий равных значений измеренных величин. Изолинии проводятся через равные интервалы bi значений характеристик І). В символьной форме обработанная карта описывается выражением: где Bio- символьное описание карты, на которой наглядно отображены поля двух характеристик с интервалами интерполяции Дг.
Прогнозирование состояний геофизических характеристик. Для разработки прогнозов используются данные различных систем наблюдений, полученные в срок to или близкое к нему время. Прогностические значения характеристик геофизических условий, влияющих на функционирование элемента ПХД, преобразуются из данных на картах по правилам q, разработанным в соответствующих методических документах. Процесс прогнозирования опишем выражением К- количество систем наблюдения, данные из которых использовались для разработки прогнозов.
Подготовка принятия решения. Заключается в представлении прогнозов в элемент планирования - в модели, описывающие качество результатов применения элемента ПХД. С помощью этих моделей определяются рациональные (оптимальная) стратегии его применения. планируемая стратегия применения элемента ПХД. Оценка результатов ГФО применения элемента ПХД. Заключается в сравнивании по имеющимся методикам планируемых и фактических результатов.
Предложенная модель описывает переход информации данных наблюдений о состоянии геофизических условий в пространстве функционирования и применения элемента ІІХД. в качество результатов этого применения, а через полученные результаты, к оценке процесса ГФО функционирования элемента ПХД. Данная модель не учитывает характеристики, описывающие качество функционирования элемента ГФО. Рассмотрим основные характеристики элемента ГФО.
Основные характеристики элемента геофизического обеспечения.
Элемент ГФО обладает рядом специфических, присущих информационным системам, характеристик (рис. 2.2). Специфическими для него-являются характеристики, описывающие качество геофизической информации. Одной из основных таких характеристики является качество прогнозов - достоверность ("надежность") с его мерой - оправдываемоетью. Под достоверностью прогноза понимается степень соответствия прогнозов фактическим условиям [1ST].
Мерой соответствия выступает отношение количества совпадений прог-иостических в фактических состояний і еофизических условий за какой-то периодt к общему количеству прогнозов, разработанных за этот же период. В таком виде эта мера нашло широкое применение в практике метеообесисчения.
Свяэь показателя результатов применения с характеристиками виртуального элемента геофизического обеспечения
Поэтому при выборе подхода к определению показателя сформулируем к нему следующие требования: адекватности, чувствительности и содержательности [134). Исходя из этих требований, показатель результатов ГФО элемента ПХД должен оюбра-жать основную цель операции - (через результаты функционирования системы), быть чувствительным к изменению исследуемых характеристик ГФО, быть простым в вычислении, иметь наглядную физическую интерпретацию. Т.к. элемент ГФО входит в состав операционной системы, то показатель его результатов должен включать в себя результат функционирования операционной системы.
В выполненных работах [52, 69, 77. 83, 91, 105, 113,131, 159, 177] для исследования влияния природной среды на ПХД потребителя, использованы показатели в виде функций полезности [69. 91, I59J, потерь полежости [77], функции выигрыша [ 177], ущерба [113], платежные функции 152, S3), функции риска [105]. Все эти показатели, представленные в упрощенном виде, пригодны лишь для получения общих оценок эффективности (результативности). Применение их в задачах анализа и синтеза состава и структуры системы 1 ФО выхолащивает эти задачи и делает невозможным их решение.
В теории эффекта внести и надежности для оценки функционирования технических средств применяется показатель эффективности, под которым понимается мера степени соотвегствия реального результата операций требуемому ]110. Для описания этого соответствия вводится функция соответствия в виде где - Yj - переменная, описывающая показатель реального результата операции при j-той стратегии применения элемента ПХД; Y(Tp)j - переменная, описывающая показатель требуемого результата. Эта функция показывает степень достижения цели операции. Т.к. Yj является неслучайной переменной, то и значения функция соответствия также неслучайны. Введение функции соответствия (3.4) позволяет принять се в качестве показатели эффективности Wj , т.е. Wj= p(Y,,Y№Y) j є J- (3.5)
Показатель эффективности в форме (3.5) отражает и себе качество результатов операции. В такой форме он пригоден для описания многократно повторяющихся операций, к которой можно отнести и ГФО элеметгга ПХД. Поэтому за основу примем показатель в форме (3.5).
Из главы 2 следует, что результат применения элемента ПХД есть концентрированное выражение результатов функционирования всей операционной системы. Исхода из принципі! полезности (гл.Я), для получения показателя Yj будем рассматривать резуль-таты применения элемента ПХД, т.к. они в неявном виде содержаї и результаты элемента ГФО ПХД. Для получения последних в явном виде необходимо вычленить эти результаты из результатов 1ІХД.
Чтобы выполнить эту операцию рассмотрим вклад, который вносит элемент ГФО в результаты работы всей системы. Для этого сравним результаты применения элемента ПХД с ГФО и бел него (при одинаковой стратегии его применения) и вычтем из первого последний средняя величина приращения качества результатов применения элемента ПХД при j-той стратегии (в относительных единицах), помученных с учетом ГФО; средняя величина качества результатов применения элемента ПХД при j-той стратегии (в относительных единицах), полученных бе:) учета ГФО 13 статистическом смысле Y» 1 , стремится к какой-то предельной величине, ограниченной климатическим значением влияющей геофизической характеристики.
Физический смысл iVYj - она выражает собой реализуемый потенциал. ГФО элемента ПХД. На получение результата в процессе применения элемента ПХД расходуется операционный ресурс всей системы. Если весь операционный ресурс выразить через со стоимость, то эти затраты будут определять стоимостную характеристику полученного результата.
Выразим (3.6) через стоимостную характеристику. Для этого помножим правую и левую части выражения на величину сюимосіи операционного ресурса, затрачиваемого на единицу полученного результата применения элемента ПХД Q AY, Q (Y, - Y "4 ). j - J . (3.7) 109 — где - Cj - величина стоимости всего операционного ресурса, затрачиваемого на единицу полученного результата применения элемента ПХД при j-той стратегии.
Выражение (3.7) описывает величину стоимости приращения результата функционирования элемента ПХД из-за ГФО. Однако это выражение нельзя принять для описания качества результата функционировании элемента ГФО, т.к. в нем в скрытом виде присутствуют операционные затраты этого элемента. Для получения показателя результатов ГФО вычтем из (3.6) операционные ресурсы элемента ГФО и запишем С, ДУЮ, = С, (Yj - Ye-Л ) - С",. j є J , (3.8) где - Orlj - средняя величина стоимости операционного ресурса элемента ГФО, затрачиваемого на единицу полученного результата применения элемента ПХД при j-той стратегии.
Полученное выражение (3.8) описывает полное приращение результатов применения, которое имеет элемент ПХД, вследствие его ГФО. Это выражение показывает целевой эффект функционирования элемента ГФО.
Для удобства пользования полученным показателем представим (3.?) в безразмерной форме, разделив левую и правую части на С j
Для вывода показателя результата Yuv) рассмотрим требования, предъявляемые операционной системой к виртуальному элементу ГФО.
Условимся, что требуемый результат можно подучить лишь в процессе применения элемент ПХД, точно приспособленного к условиям природной среды. В этом случае поведение элемента исполнительного управления, заданное ему в плане (программе действий), должно быть адекватно воздействию природной среды на элемент ПХД. При разработке такого плана в элемент планирования должны поступать прогнозы геофизической обстановки, обладающие 100% вероятностью совпадения с фактическими условиями. Поэтому основным требованием, которое должно предъявляться со стороны элемента планирования к элементу ГФО, является разработка безошибочных прогнозов состояния геофизической обстановки.
Разработка таких прогнозов, согласно принятым постулатам исследования (гл. 2), требует бесконечно больших затрат операционного ресурса ГФО, снижающих до нулевого - качество результатов функционирования операционной системы (весь операционный ресурс предполагается бесконечно большим по сравнению с ресурсом элемента ГФО). А для получения полного результата применения элемента ПХД. и следовательно, п о л и о г о результата функционирования системы необходимо весь операционный ресурс затратить только на применение элемента ПХД.
Методика синтеза внутренней конфигурации виртуального элемента геофизического обеспечения и обоснования значений его характеристик
Одной из проблем проектирования виртуального элемента для решения одной производственно-хозяйственной задачи, а через него и всей системы ГФО является определение требуемых значений его информационных , эксплуатационно-технических и других характеристик. От их обоснованности зависят расход операционного ресурса ГФО, а через этот расход, качество применения элемента ПХД.
В главе 3 предложен концептуальный подход к обоснованию критериальных значений характеристик элемента ГФО. Показано, что положительное приращение результатов применения элемента ПХД достигается лишь в случаях построения виртуального элемента ГФО с рациональными характеристиками,]} области шачений которых существуют оптимальные значения. Кроме того, показано, что требования к заданному облику этого элемента определяются из решения задач t синтеза,
Задача синтеза объектов, обладающих заданным качеством, является обратной по отношению к задачам их анализа и оценивания. Решается она с помощью моделирования, в результате которого определяются характеристики и структура модели объекта, обеспечивающие его качество.
Под синтезом элемента операционной системы понимается определение требуемых (заданных) значений его характеристик, обеспечивающих требуемое ( заданное) качество результатов функционирования этой системы [124]. Исходя из данного определения, под синтезом виртуального элемента ГФО будем понимать определение рациональных и оптимальных значений его характеристик. обеспечивающих положительное и максимальное приращение результатов применения элемента ПХД операционной системы.
Рассмотрим методические основы построения системы геофизического обеспечения решения задач ПХД. Обший подход к построению системы геофизического обеспечения. Состояние виртуального элемента ГФО описывается набором показателей информационных, оперативных, эксплуатационно-технических и экономических характеристик показатель состояния k - того виртуального элемента ГФО решения к - той операционной задачи; Z(x і ) - показатель операционной геофизической сети наблюдения за состоянием геофизической характеристики, от изменения которой зависит качество результата элемента ПХД; показатель операционной оперативности выполнения внутренних технологических операций в к-том виртуальном элементе ГФО; ссгк- показатель операционных ЭТХ виртуального элемента ГФО; г к - показатель состояния операционного ресурса виртуального элемента ГФО.
Б процессе ГФО решения операционной задачи состояние операционного виртуального элемента должно отвечать определенным требованиям. Эти требо вания исходя і из операционной системы. Определяются они прежде всего вели чиной операционного ресурса, необходимого для решения задачи, и величиной части этого ресурса, которая выделяется для ее ГФО. Исходя из величины этой части, задаются требования к ЗНЗЧЄЕШЯМ характеристики виртуального элемента. Ути значения должны обеспечивать качество результатов применения элемента где y Pj"- требуемое качество результатов применения ОЭ. Эти значения определяют его операционное состояние. Поэтому показатель операционного состояния к - того виртуального элемента имеет следующий вид
Для поддержания такого состояния расходуется выделенная часть операционного ресурса к -той задачи. Для многоцелевых задач, решаемых организационной структурой, создается множество операционных систем, количество которых определяется количеством целевых установок этих задач. Каждая из этих систем должна содержать и себе виртуальный племені, посредством которого осуществляется ГФО планирования применения ПХД. Bee эти Элементы объединены вне производственно-хозяйственной системы в единую целую структуру, называемую системой ГФО.
Этот объединенный ресурс должен расходоваться системой- ГФО таким образом., чтобы удовлетворялись требования операционных систем к качеству результатов применения элемента ПХД. Эти требования в свою очередь должны о і веч a t ь услови
Поэтому основной задачей , которая должна решаться в системе ГФО, является управление расходом объединенного операционного ресурса в процессе выполнения внутренних технологических операций таким образом, чтобы обес — 190 — гечивалось выполнение требований по поддержанию операционных значений хиззктеристик каждого из обьсдиионных виртуальных элементов ҐФО. Такой расход объединенного ресурса возможен н случае, если система ГФО в процессе функционирования будет находиться в состоянии
