Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния задачи информационной поддержки решений управления пожарной безопасностью объектов 15
1.1. Анализ задачи управления пожарной безопасностью объектов 15
1.2. Классификация задач пожарной безопасности и организационная структура систем управления пожарной безопасностью объектов 22
1.3. Общая формулировка задачи исследования процессов принятия решений управления пожарной безопасностью объектов
1.3.1. Анализ вопросов применения моделей и методик информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов .28
1.3.2. Свойства, цели и особенности процесса принятия решений управления пожарной безопасностью объектов, технологическая схема исследований 36
Глава 2. Модели и методики анализа информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов 49
2.1. Роль и место информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов, её декомпозиция и агрегатирование .49
2.2. Критерий эффективности информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов 56
2.3. Постановка задачи синтеза информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов 64
2.4. Методика формирования вариантов структуры информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов
2.5. Система моделей и методик оценки эффективности информационной поддержки решений управления пожарной безопасностью объектов 80
2.6. Методика оценки эффективности информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов 87
Глава 3. Модели и методики синтеза информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов 95
3.1. Модель синтеза исполнительной подсистемы системы управления пожарной безопасностью объектов з
3.1.1. Модель синтеза комплексов индивидуальной пожарной безопасности объектов 96
3.1.2. Модель синтеза комплексов групповой пожарной безопасности объектов 101
3.2. Модель синтеза структуры информационной подсистемы системы информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасно стью объектов 106
3.3. Модель управления ресурсами системы управления пожарной безопасностью объектов 112
Глава 4. Предложения и рекомендации по применению моделей и методик информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов 119
4.1. Общие положения организации пожарной безопасности типовых объектов 119
4.2. Обеспечение пожарной профилактики объектов 121
4.3. Средства и способы активной противопожарной защиты объектов .123
4.4. Основы типизации объектов пожаротушения 130
4.5. Результаты применения моделей и методик информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью при определении состава сил и средств пожаротушения типовых объектов 136
4.6. Технико-экономическая целесообразность применения системы пожарной безопасности объектов 148
Заключение 154
Литература
- Классификация задач пожарной безопасности и организационная структура систем управления пожарной безопасностью объектов
- Критерий эффективности информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов
- Система моделей и методик оценки эффективности информационной поддержки решений управления пожарной безопасностью объектов
- Модель синтеза структуры информационной подсистемы системы информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасно стью объектов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Для современного этапа развития
социально-экономических условий актуальной является задача изыскания
перспективных способов и средств пожарной безопасности (ПБ) различного
типа народнохозяйственных объектов. Для решения этой задачи в соответ
ствии с основными руководящими документами МЧС Российской Федера
ции необходимо повышать качество использования пожарной техники, про
фессиональный уровень личного состава и оперативное управление подраз
делениями противопожарной службы, улучшать надзорно-
профилактическую деятельность.
Основу противопожарной службы составляют формирования уровня пожарной части (ПЧ), основой функционирования которой является процесс вскрытия факта пожара, своевременного принятия решения о его тушении и оперативное управление силами и средствами пожаротушения (ССП). Характерными особенностями процесса пожаротушения являются: неполнота, недостоверность и неточность информации об объекте пожара; динамичность изменения пожарной обстановки; возможность риска принятия управляющего решения неадекватного пожарной обстановке и уникальность ситуаций пожаротушения. Это определяет нечеткость и неопределенность исходных представлений формирований пожарной охраны (ПО) о задачах и способах боевых действий, интегрировано проявляющихся в неэффективном тушении пожаров и нерациональном использовании ССП.
В настоящее время перспективным методом повышения эффективности боевых действий ПЧ является автоматизация процессов сбора и обработки информации о пожаре, анализа состояния ССП, оптимизации их наряда и способов применения технических средств пожаротушения (ТСП). Реализация этих процессов предполагает рассмотрение: любого формирования ПО в виде системы с характерными для неё связями по управлению, информации и исполнению – пожаротушению; каждого элемента с учетом его внутрисистемных связей в структуре системы. Это позволяет ПЧ по совокупности си-стемоопределяющих свойств представить организационно-технической системой пожарной безопасности (СПБ), для которой характерно решение задач пожаротушения с заданной эффективностью, централизованная структура и оптимальное управление выделенным ресурсом элементов – систем уровня караулов (СПК) и отделений (СПО) в динамично изменяющихся условиях пожарной обстановки на основе использования моделей и методик информационной поддержки принятия решений (ИПР). Модели ИПР, вследствие централизации принятия решений на уровне ПЧ, разрабатываются применительно к иерархической структуре СПБ и составляют основу системы ИПР. В настоящее время ее основу составляют таблицы расчета нарядов ССП (расписание выездов) для пожаротушения типовых объектов, не учитывающих происшедших на них конструктивных изменений, виды и типы пожаров, способы ПБ, а, главное, особенностей принятия управляющих решений на стадиях пожаротушения. Это обусловливает наличие объективно су-
ществующего противоречия между необходимостью выполнения ПЧ задач пожаротушения с заданной эффективностью в соответствии требованиями руководящих документов и отсутствием методического обеспечения информационной поддержки выработки управляющих решений по применению ССП. Перспективным направлением разрешения данного противоречия является разработка моделей и методик ИПР на всех уровнях СПБ при решении задач оперативного принятия решений по управлению разнородным ограниченным ресурсом ССП за счет детализации процессов выработки решений на стадиях сбора и обработка разработки предложений в план боевых действий формирований ПО, коррелированных с характеристиками типовых пожарных ситуаций в целях снижения информационной неопределённости и субъективизма при принятии решений. Это позволяет методически структурировать процесс решения задач пожаротушения и разработать адекватную номенклатуре объектов, взаимосвязанную по показателям эффективности иерархическую систему методического обеспечения ИПР, обеспечивающих информационное покрытие иерархической системы функций элементов СПБ для решения задач ПБ потенциально-опасных объектов, адаптивную структуре и способам боевых действий ПЧ.
Исследования по разработке ИПР управления различного типа объек
тами и системами изучались многими авторами с различной степенью де
тальности рассмотрения, среди которых автору наиболее известны работы
Г.С. Поспелова, Д.А. Новикова, Э.А. Трахтенгерца, Р.А. Фатхундинова,
В.В. Алексеева и В.Е. Дидриха. Автор использовал предложенные в них ме
тоды и методические подходы применительно к задаче синтеза ИПР управ
ления ПБ объектов с учетом характерных для данного объекта исследования
неопределенностей о причине, виде, классе и условиях развития пожаров и
особенностей, связанных с расширяющимся множеством способов примене
ния ССП, не адекватных пожарной ситуации и принятия СПБ ошибочного
решения. Основной функцией ИПР является формирование на входе СПБ
методически обоснованных предложений по разрешению пожарных ситуа
ций, адекватных реально протекающим на объектах событиям и процессам,
получаемых в результате решения информационно-расчетных задач. Струк
тура ИПР включает в составных частей модели и методики форми
рования информационного образа пожарной ситуации на основе моделиро
вания и прогнозирование развития пожарной ситуации; выявления законо
мерностей в процессе выработки решений на стадии анализа пожарной ситу
ации; обоснования вариантов действий ССП и выдачи рекомендаций за счет
моделирования процесса пожаротушения с помощью проблемно-
ориентированной системы моделей и методик обоснования оптимального решения с учетом характерных особенностей пожаротушения конкретного объекта.
Поэтому цель диссертационного исследования, направленная на оптимизацию оперативного управления СПБ выделенным ресурсом ССП для повышения эффективности решения задач пожаротушения народнохозяйственных объектов, является актуальность и имеет важное научно-практическое
значение.
Научная задача работы состоит в разработке моделей и методик ИПР управления СПБ оптимальным применением ограниченного ресурса ССП при решении задач пожаротушения народнохозяйственных объектов.
Объектом исследования в работе является процесс выработки оперативных решений управления ПБ народнохозяйственных объектов ССП уровня ПЧ.
Предметом исследования выступают модели и методики информационной поддержки процесса принятия решений управления ССП для повышения эффективности ПБ народнохозяйственных объектов.
Достижение цели исследований основывается на решении частных научных задач диссертационного исследования.
Цель первой задачи состоит в анализе и выявлении закономерностей в информационном процессе выработки решений управления СПБ применением ССП. Она обеспечивает целостное единство методов и методик информационной поддержки выработки решений СПБ по оптимальному использованию ССП применительно к типовым условиям пожаротушения объектов с учетом разнородных ограничений по применению средств ПБ.
Вторая задача направлена на разработку методического аппарата ИПР управления ССП, осуществляемой в рамках функционального синтеза СПБ с целью обеспечения единства принципов и методических подходов их информационно-управляющего сопряжения и взаимодействия. Она основывается на процедуре декомпозиции цели ИПР на структурированную систему задач исследований применительно к структуре СПБ; установления динамической взаимосвязи между составными элементами исследований и формализации задач информационной поддержки выработки решений управления СПБ применением ССП.
Третья задача связана с разработкой по технико-экономическим критериям моделей и методик ИПР управления ограниченным ресурсом ССП на основе моделей исследования эффективности процессов функционирования СПБ и разработки оптимальных алгоритмов решения оперативных задач управления, получения и обобщения информации с помощью иерархической системы аналитико-стохастических моделей и методик анализа и синтеза способов применения СПО, СПК и СПБ.
Результаты и научная новизна исследования состоят в следующем.
1. Для исследования процесса пожаротушения объектов решена задача синтеза системы моделей и методик ИПР управления СПБ комплексным и координированным оптимальным применением ограниченного разнородово-го ресурса ССП на основе аналитической процедуры синтеза стратегий управления СПБ применительно к расширяющемуся множеству пожарных ситуаций. Она обеспечивает единство моделей и методик анализа и синтеза ИПР управления СПБ, структурно включая принципы, научные постановки и методические подходы, модели и методики исследования эффективности применения СПО, СПК и СПБ в целом с учетом разновидовых ограничений, определяемых стохастической пожарной обстановкой.
2. Для анализа информационных процессов пожаротушения
разработана методика анализа эффективности применения СПБ,
отличительной особенностью которой является аналитическая многоэтапная
“свертка” информационных, информационно-системных и интегральных
показателей исследования эффективности её элементов применительно к
уровням типовых условий пожаротушения, осуществляемая на основе анали
тических и логико-вероятностных методов моделирования процессов дина
мического перехода из состояния в состояние защищаемых объектов в
структуре боевых действий формирований ССП. Это позволяет в процессе
синтеза ИПР проводить условно-самостоятельные исследования моделей
применения СПБ и её элементов разными группами исполнителей.
3. Для установления системных эффектов в информационном процессе
поддержки принятия решений задач пожаротушения разработана на основе
методов последовательного назначения единиц ресурса, ветвей и границ мо
дель оптимального управления (распределения) ресурсом ССП на
иерархических уровнях СПБ, учитывающая комплексный учет условий про
цесса пожаротушения объектов.
Теоретическая значимость работы состоит в возможности использовании положений и выводов работы для расширения методов управления применением ССП различного уровня формирований ПО народнохозяйственных объектов.
Практическая значимость работы состоит в разработке методических рекомендаций по внедрению моделей и методик ИПР в практику применения ПЧ при решении задач ПБ народнохозяйственных объектов с требуемой эффективностью.
Положения, выносимые на защиту
-
Модели и методики ИПР для оптимизации информационных процессов поддержки принятия решений пожаротушения объектов на уровнях СПО, СПК и СПБ, направленные на координируемое по целям, задачам, объектам и ограниченным ресурсам комплексное применение разнородного ресурса ССП на основе методов исследования операций, принятия решений и оптимального распределения ограниченных ресурсов ПБ в оптимизационных задачах с экстремальными переменными и целочисленными ограничениями.
-
Модель информационной поддержки принятия оптимального управления применением (распределением) ограниченного ресурса ССП на иерархических уровнях СПБ при решении задач пожаротушения объектов, реализованная на основе методов последовательного назначения единиц ресурса, ветвей и границ.
3. Методика информационной поддержки формирования структуры
СПБ, базирующиеся на моделировании “покрытия” всей номенклатуры
объектов пожаротушения разновидовым ресурсом ССП формирований ПО
для различных пространственно-временных и метеорологических условий
пожаротушения, базирующаяся на методах теорий нечетких множеств,
принятия решений в условиях неопределенности и логико-вероятностных
методах исследования надежности структурно-сложных систем.
-
Модель синтеза структуры информационной подсистемы СПБ, основывающаяся на интеграции (согласовании и объединении элементов структур и функций) частичной информации о пожарной обстановке в границах территориальной ответственности формирований ПО автономно функционирующих информационных систем. Модель основывается на комбинаторном методе построения последовательности решений и приближенном методе назначения единиц ресурса в заданных стоимостных ограничениях.
-
Рекомендации по повышению эффективности решения задач пожаротушения ССП на основе обоснованных с помощью моделей и методик ИПР предложений.
Реализация и внедрение результатов
1. Предложения по моделям и методикам ИПР по управлению ССП используются пожарной частью № 10 по охране Левобережного района г. Воронежа Федеральным государственным казенным учреждением «1 отряд Федеральной противопожарной службы по Воронежской области», в учебном процессе ФГБОУ ВО «Воронежский университет инженерных технологий», ФГБОУ ВО «Воронежский государственный педагогический университет», автономной некоммерческой образовательной организации ВПО «Воронежский институт высоких технологий» и ФГБОУ ВПО «Воронежский институт государственной противопожарной службы МЧС России».
Реализация результатов подтверждается соответствующими актами, утвержденными руководителями названных учреждений.
Степень достоверности результатов
-
Достоверность моделей и методик ИПР обеспечивается: использованием системного подхода к исследованию информационного процесса применения формирований ПО с учетом существенных факторов, влияющих на результаты решения задач пожаротушения; ясностью физических постановок частных и общей задач синтеза ИПР, адекватной структуре выработки оперативных решений управления СПБ управления ССП; применением единой системы исходных данных, являющейся выборкой из практики боевых действий формирований ПО; решением научных задач на основе известных методов принятия решений, а также фрагментальным совпадением в частных случаях результатов исследований с известными.
-
Достоверность рекомендаций, полученных с использованием моделей и методик ИПР на уровне СПБ и её элементов основывается на результатах моделирования способов применения её элементов по информационным и информационно-системным показателям, а также результатах проведенных вычислительных экспериментов и внедрения.
3. Достоверность результатов эффективности применения моделей и
методик ИПР подтверждается адекватностью математических методов физи
ческим процессам пожаротушения, совпадением результатов моделирования
при их сравнении с оценками других исполнителей применительно к отдель
ным фрагментам условий пожаротушения.
Апробация и публикация результатов
Диссертационная работа является развитием и обобщением
результатов исследований, выполненных автором в рамках научного
направления АНОО ВПО «ВИВТ» “Моделирование информационных
технологий; разработка и совершенствование методов и моделей управления,
планирования и проектирования технических, технологических,
экономических и социальных процессов и производств” (№ государственной регистрации 001.2005.2305) и НИР «Основы синтеза систем пожарной безопасности» ФГБОУ ВПО «Воронежский институт ГПС МЧС России».
Результаты исследований опубликованы в 22 научных трудах, в том
числе в 13 статьях, 9 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных
ВАК Минобрнауки Российской Федерации. Основные результаты
докладывались и обсуждались на 3 Международных научно-практических конференциях (НПК), 3 Всероссийских НПК, 2 НПК РАРАН и 1 Международной школе-семинаре, в которых вклад автора является определяющим.
Результаты выполненной автором НИР «Основы синтеза систем пожарной безопасности» отмечены комиссией МЧС в конкурсе на лучшую НИОКР среди молодых ученых и специалистов МЧС России (Москва, 2012).
Классификация задач пожарной безопасности и организационная структура систем управления пожарной безопасностью объектов
Одной из первоочередных задач, требующих эффективного решения в современных условиях, является задача управления ПБ различного типа народнохозяйственных объектов [2 - 6]. Постоянное изменение условий обеспечения ПБ объектов, необходимость адекватной адаптации к изменяющейся внешней среде методов управления ПБ сказываются не только на совершенствовании первичных и активных методов ПБ объектов [2], но и на оптимизации функций управления по уровням ответственности, видам и способам взаимодействия частей и подразделений ПО. Обеспечение эффективного управления разнородным ограниченным ресурсом ССП при реализации целевого предназначения частей и подразделений ПО, снижение информационной неопределённости и субъективизма при принятии решений обусловливают задачу синтеза ИПР управления ПБ различных объектов. Особенность синтеза ИПР порождена объективной необходимостью и закономерностью обеспечения ПБ различного функционального назначения объектов и осуществляется в рамках структурно-функционального синтеза СПБ. При этом управление централизованно осуществляется на уровне СПБ и направлено на обеспечение рационального распределения различного типа ресурсов на уровне ПЧ в условиях информационной неопределенности о характеристиках объектов пожаротушения, горючих веществах и материалах, классе пожара, изменчивости внешней среды и дефицитности ресурсов ССП для достижения требуемых результатов с минимальными затратами, преодоления недостаточной эффективности управления информационным процессом пожаротушения объектов [43 - 65, 90]. Недостаточная проработанность задач синтеза методов управления ССП для обеспечения требуемой эффективности ПБ объектов, наличие нерешенных и дискуссионных вопросов в данной области предопределили целевую установку и актуальность диссертационного исследования, направленного на разработку моделей и методик ИПР на уровне СПБ и требующей разработки принципиально новых подходов к исследованию управления ПБ различ 16 ных объектов, главными из которых являются совершенствование моделей и методик информационной поддержки принятия решений управления применением ССП и поиска механизмов их оптимизации.
Целью применения моделей и методик ИПР управления любой системой является организация процесса «наилучшего» её функционирования, сводящегося к выбору рациональных путей достижения целей системы - некоторой области в пространстве состояний, которую необходимо достичь в процессе функционирования в определенные или выбираемые сроки. Управление - многофазный процесс, включающий четыре фазы [18, 36, 41, 81]. Первая фаза - уяснение целей системы (подсистем, комплексов) и оценка сложившейся ситуации. Вторая фаза - выработка и принятие решения в виде некоторого документа, содержащего сформулированные в соответствующем виде задачи элементам, критерии эффективности их выполнения, данные по выделяемым ресурсам на выполнение задач и ряд специфических данных. Именно принятие аналогичных решений и является объектом исследований при разработке моделей ИПР управления СПБ. Третья фаза управления системой - разработка детального плана мероприятий, направленных на выполнение решений руководства СПБ. Последней, четвертой фазой управления СПБ является доведение до исполнителей конкретного плана действий, контроль его выполнения и при необходимости корректировка.
Информационная поддержка управления СПБ осуществляется на различных иерархических уровнях ее элементов и аспектах функционирования на основе изменения целей и критериев путем реализации основных принципов управления [41].
1. Вопрос, как должна функционировать СПБ, связан с её структурой и адаптивными способами функционирования. СПБ - это самоорганизующаяся система со сложными внешними и внутренними связями функционирования, изменение состояния которой происходит в результате действия внутренних механизмов обеспечения ПБ объекта. Пожар, хотя и является причиной изменения состояния объекта, однако, всецело её не детерминирует. Необходимо отметить, что самоорганизация СПБ оказывается трудным делом, так как появляется иллюзия сознательной организации ПБ объектов со стороны различного уровня управляющих структур. В действительности же управляющие воздействия могут вносить куда более существенный элемент дезорганизации ПБ объекта, обусловливая возникновение различных кризисных явлений при решении задач пожаротушения элементов объектов.
2. Управлять - значит целенаправленно осуществлять перевод системы из одного состояния в другое, отвечающего целям управления. Это требует так воздействовать на элементы СПБ, чтобы они функционировали с требуемой эффективностью в желаемом направлении [18, 81].
3. Управление по самой сути системно, так как управленческие решения, принимаемые на отдельных аспектах функционирования СПБ, оказывают влияние на решения, принимаемые на других аспектах её функционирования. Оно наталкивается на ряд взаимосвязанных проблемных задач. Во-первых, пожарная обстановка сложна, противоречива и изменчива. Во-вторых, процессы, происходящие при тушении пожара, носят ускоренный динамический характер. И, наконец, возрастает роль личности при тушении пожаров, что усиливает напряженность, поскольку повышает ответственность лиц принимающих управленческие решения, но и исполнителей этих решений в реальную действительность.
4. Основополагающий в науке подход к управлению, в соответствии с которым результат управляющего воздействия прямо пропорционален затраченным усилиям (это соответствует схеме «управляющее воздействие = желаемый результат»), характерен для случаев, когда управляемая СПБ находится в равновесном состоянии с выделенными ресурсами и окружающей обстановкой. Однако когда система переходит в неравновесное состоянии, она начинает подчиняться законам нелинейного характера (отклик системы является непропорциональным силе воздействия на нее) [20, 73]. Это обусловлено тем, что в контурах управления СПБ основным управляющим / исполнительным элементом является человек, переводящий систему в режимы функционирования далекие от равновесных. Вследствие этого, применение СПБ представляет сложное взаимодействие множества элементов, каждый из которых может работать не только по определенным алгоритмам, но и формировать свои правила (закономерности) функционирования исходя из значений параметров внешних возмущений и внутрисистемных изменений на основе оптимизации адекватных реакций, маневра стратегиями действиями, структурой, ресурсами и технологиями. Кроме того, наличие внешних возмущающих воздействий обусловливает изменение и самого равновесного состояния СПБ.
Критерий эффективности информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасностью объектов
Задача синтеза ИПР на начальной стадии состоит в обосновании облика, достаточного для формирования тактико-технического задания на её разработку. Определяющим при решении данной задачи является нечеткость и неопределенность начальных концептуальных представлений о цели, решаемых задачах, составе моделей и методик, актуализируя необходимость обоснования критерия (принципа предпочтительности) и показателей эффективности СПБ, определяющих постановку, метод решения и содержание задачи синтеза ИПР.
Критерий эффективности является важнейшим элементом задачи синтеза элементов и СПБ в целом. Он определяется на основе анализа основных информационных процессов функционирования элементов СПБ в процессе решения задач пожаротушении объектов. В общем случае критерий в соответствии с теорией исследования операций [25, 28] должен быть представительным (соответствовать цели системы), чувствительным к варьируемым параметрам, по возможности максимально прост, интегрировать возможности элементов и обеспечивать учет условий применения СПБ. Обобщенной формой представления критерия при выборе оптимального решения - достижения СПБ заданной цели с максимальным качеством, является эффективность. Основу его определения составляет: а) анализ решаемых задач пожаротушения СПБ; б) результаты обоснования принципа предпочтительности и в) выбора критерия, удовлетворяющего первым двум условиям.
Основу определения критерия ИПР составляет обоснование принципа предпочтительности - правила выделения из множества допустимых вариантов VD подмножества предпочтительных вариантов СПБ Vopt. Его определение, как показано автором в [44, 55, 56, 59], осуществляется с помощью точечно-множественного отображения ер, устанавливающего соответствие каждому подмножеству множества VD подмножество Vopt (p:VD Vopt , VopteVD. (2.7) Поскольку формула (2.7) в явном виде не содержит количественной основы для выбора предпочтительного варианта СПБ, отображение р представим в виде объединения двух отображений [49]: (О = /7) О ҐП где о - знак формы объединения отображений; срЕ - отображение множества VD числовых оценок свойств СПБ в некоторую область А т -мерного метрического, в общем случае, евклидового Em пространства срЕ: VD - Л, Л е Em; р1Е - обратное отображение множества А, формируемого ИПР в множество вариантов VD, вычисляемое в виде (р Е1: А - Vopt, Vopt с VD .
В формуле (2.7) отображение рЕ1 непосредственно отражает принцип предпочтительности, который в задаче синтеза ИПР является по существу критерием, а отображение срЕ представляет целевую функцию применения СПБ.
В общем случае, принципы предпочтительности отражают интуитивно-логические представления разработчиков о предполагаемой выгодности или полезности вариантов СПБ и, поэтому имеют разное отображение срЕ. Чтобы отображение рЕ представляло количественную меру предпочтительности, оно должно представлять вещественно-значную функцию полезности применения СПБ. Условие формирования такой функции применительно к задаче синтеза ИПР определяется в виде [84]: если на множестве допустимых вариантов VD СПБ бинарное отношение R предпочтения является строгим частичным порядком, то существует вещественно-значная функция и на VD, для которой для допустимых вариантов V, V є VD выполняется условие v Rv" = U(v ) U(v"). (2.8)
Исходя из п. 2.1, по определению отношение R антирефлексивно и транзитивно, а, следовательно, характеризуется строгим частичным порядком и по форме соответствует принципу максимального элемента. Вследствие этого, при синтезе ИПР каждому варианту СПБ может быть поставлена в соответствие вполне конкретная оценка качества (полезности), которая используется в качестве основы для выбора ее предпочтительных вариантов.
При условии изоморфности отображения р 1 соотношение (2.8) обеспечивает преобразование принципа максимального элемента в принцип максимума полезности, имеющего существенное значение для решения синтеза СПБ Max VD,R =Arg max U(v). (2.9) w=VD
Следует отметить, что при определенной содержательной трактовке полезности СПБ принцип максимума полезности обеспечивает сведение задачи её синтеза к задаче математического программирования.
Как правило, принципы предпочтительности вариантов ИПР являются функцией множества факторов. Аналогично теории принятия решений можно различать синтез ИПР в условиях риска, определенности, неопределенности и нечеткости (в смысле Заде) [44, 55, 56, 59]. В первых трех условиях синтез ИПР осуществляется на конкретно сформированном множестве VD и однозначном отображении целевой функции срЕ. В условиях нечеткости синтез ИПР обусловлен неточным представлением разработчика о задачах пожаротушения, множестве допустимых вариантов VD и условиях применения Y СПБ, а также неоднозначным отображением срЕ. Исходя из этого, принцип максимума полезности в зависимости от условий синтеза ИПР принимает ту или иную математическую форму.
Синтез ИПР в условиях риска характерен для случаев, когда неопределенные факторы условий её применения представляют случайные величины, для которых известны законы распределения. Исходя из этого риск, как правило, Заказчика предполагает несоответствие свойств и характеристик ИПР условиям её применения. В этом случае существо задачи синтеза ИПР заключается в следующем: сформировано множество VD, определены условия применения Y
СПБ, установлены законы распределения случайных факторов Y с 7 этих условий; из множества VD выбирается один или несколько вариантов ИПР, минимизирующих риск в прогнозируемой пожарной обстановке. Минимум риска формально эквивалентен в некотором вероятностном отношении принципу максимума полезности СПБ. На основе той или иной содержательной трактовки субъектом синтеза вероятностного смысла понятия полезности применения СПБ принцип максимума полезности может принимать формы критериев Ход-жа-Лемана, Гермейера или Байеса-Лапласа, [44, 55, 56, 59].
Каждый из приведенных принципов предпочтительности предполагает наличие некоторого риска. Принципы предпочтительности, базирующиеся на критериях Ходжа-Лемана и Гермейера, являются функцией моделей выбора предпочтительного варианта ИПР субъекта синтеза: в первом это обусловлено требованием обоснования параметра допустимого риска х, а втором - параметра вероятностной меры juY. Аналогично использование критерия Байеса-Лапласа вносит элемент субъективизма в принцип предпочтительности, который за счет интегрирования по мере ju(Y) значительно снижается. Вследствие этого, в условиях риска в основу принципа предпочтительности выбора вариантов ИПР целесообразно применять критерий Байеса-Лапласа [44, 55, 56, 59].
Система моделей и методик оценки эффективности информационной поддержки решений управления пожарной безопасностью объектов
СПБ представляет объединенную единством управления совокупность нескольких СПК и большое количество СПО. Исследование применения различного уровня формирований ПО с помощью ИПР управления ПБ позволяет им адаптироваться к пожарной обстановке оптимизацией алгоритмов координации применения ограниченного разнородного ресурса ССП и способов их действий.
Условия применения СПБ, учитываемые в моделях и методиках ИПР, зависят от особенностей развития пожаров на различного типа объектов, основными из которых являются [46, 50, 57]: уникальность принимаемых решений; выбор способов действий ССП в условиях неопределенности, связанной как со случайным характером процесса развития пожара, так и неоднозначностью задач, критериев, вариантов способов действий и их последствий; принятие решений в условиях ограничений по располагаемым пространственным, временным, энергетическим, информационным и другим ресурсам. Основным фактором, затрудняющим их решение ИПР является методологическая сложность, являющаяся функцией большого количества включенных в состав СПБ элементов, нелинейности и взаимозависимости ограничений (носящих, в том числе и логический характер), различной организационной принадлежности элементов ПБ, слабой формализуемости процесса принятия управленческих решений, а также большого объема перерабатываемой информации. Одним из аспектов разрешения неопределенности на этапе синтеза ИПР является разработка моделей и методик оценки эффективности применения, основанного на использовании методов теорий исследования операций [25], принятия статистически ненадежных решений [81], распределения ресурсов [16] и теории статистических игр ("игры с природой") [78], что даже в условиях полной информированности представляет большую трудность. Для решения данной задачи представим СПБ в виде трехуровневой иерархической многоуровневой системы, включающий координирующий орган управления (ОУ) уровня СПБ и несколько управляющих ОУ уровня СПК, а также множество СПО (комплексов ПБ, направленных на локализацию пожара). В общем случае, для их ИПР характерно: а) учет нескольких уровней построения; б) право вмешательства вышестоящего уровня в решения нижестоящих уровней; в) определенный порядок соподчинения элементов; г) зависимость решений вышестоящих элементов от решений, принимаемых элементами нижестоящих уровней; д) некоторая свободой выбора решений элементами всех уровней из ограниченного множества вариантов, обусловленной особенностями пожара на конкретном объекте. Основу применения СПБ составляют решения, принимаемые ИПР на 0 -ом уровне координирующего ОУ, согласующего пожарные действия её элементов. Управляющие ОУ образуют 1-ый уровень ИПР управления ПБ, непосредственно воздействующий на подчиненные им ПЭ и ТСП для реализации принимаемых решений. Внутрисистемные связи между уровнями осуществляются по координированным связям управления, пожарного исполнения и взаимодействия (исполнительного и информационного). Обобщенная структура СПБ приведена на рис. 2.2.
Управление СПБ основывается на моделях и методиках ИПР получения информации, её обработке, оценке пожарной ситуации, подготовки вариантов решений и принятия в условиях неопределенности методически обоснованного варианта управленческого решения по применению ССП (ПЭ с ТСП). В качестве вариантов управленческих решений ИПР возможно рассмотрение распределения ресурса ССП и выбор оптимальных способов его применения.
Оценка эффективности ИПР управления ПБ проводится по результатам оценки эффективности применения отдельных ОУ по информационным и информационно-системным показателям, а СПБ в целом - по интегральному показателю, получающегося их агрегатированием. Вследствие этого оценка эффективности вариантов решений по способам применения СПБ основывается на результатах исследования целераспределения ограниченного ресурса ССП для пожаротушения совокупности элементов и объекта в целом. Это позволяет в качестве интегрального показателя эффективности применить математическое ожидание числа решенных задач пожаротушения и(Ак), получающееся преобразованием информационных и информационно-системных показателей применения отдельных СГЖ и СПО - ОУ (в качестве органов также рассматриваются ПЭ и используемые ими ТСП) СПБ.
Для установления закономерностей функциональной зависимости и(Ак) от состава, характеристик и порядка функционирования СПБ исследование процесса решения ИПР задач пожаротушения представим в виде дискретной иерархической игры, в которой координирующий ОУ, имея право 1 -го хода, обоснованно определяет и доводит до подчиненных управляющих ОУ нижнего уровня иерархии (уровень 1) свое решение какие элементы объекта пожаротушения подлежат первоочередному пожаротушению, а какие нет.
Процесс целераспределения ресурса ССП ИПР управления СПБ осуществляется последовательно на основе поступающей от различных источников информации об обнаружении факта пожара на том или ином объекте, распознавания пожарной ситуации, оценку степени её угроз, выработку решений и формирование данных целеуказания, начиная с ОУ нулевого уровня (О0) принятия решения с учетом фактических возможностей ОУ 1 -го уровня (О1) по обслуживанию элементов объекта пожаротушения. На последнем, 2 -ом уровне -уровне СПО по информации с ОУ0, осуществляющих дальнейшее уточнение типов элементов объекта и прогнозируемых вариантов развития на них пожара, производится непосредственное выполнение задач по снижению эффективности его развития (назначение ресурса ПЭ / ТСП) при использовании имеющимися в распоряжении ТСП наиболее эффективных способов применения.
Задача оценки эффективности к -ых вариантов решений ИПР управления СПБ является оптимизационной многопараметрической с нелинейной целевой функцией и целочисленными переменными. Для её решения введем в рассмотрение бинарные переменные назначения и осуществим переход от целевой функции, представляющей сложный мультипликативный вид, к её аддитивному виду. Это позволяет математическую постановку задачи представить в виде
Модель синтеза структуры информационной подсистемы системы информационной поддержки принятия решений управления пожарной безопасно стью объектов
Основу реализации активной противопожарной защиты объектов составляют подразделения ПО, созданные в интересах обеспечения профилактики пожаров и / или их ликвидации. Их основные задач состоят в организации и проведения профилактики пожаров, реализации тушения пожаров, спасения людей и материально-технического имущества на объектах. Подразделения ПО определяют оптимальные для детерминированных характеристик пожара на объектах способы тушения пожара в условиях имеющегося ресурса ССП.
Пожар на объекте представляет неконтролируемое горение, сопровождающееся выделением теплоты и света. Возникновение горения предполагает, как правило, наличие горючего вещества, окислителя и источника загорания. Процесс возникновения горения подразделяется на виды: вспышка; возгорание; воспламенение; самовозгорание; самовоспламенение и взрыв.
В практике применения ССП широкое распространение получили основные способы прекращения горения: изоляция очага горения от воздуха или уменьшение концентрации кислорода на основе разбавления воздуха негорючими газами; охлаждение очага горения ниже определенных температур; интенсивное торможение скорости химической реакции в пламени; механический срыв пламени струей газа или воды, а также создание условии огнепрегражде-ния (условий, когда пламя распространяется через узкие каналы) [5]. Тушение пожара осуществляется на основе огнегасящих веществ (вода, пар, пена, разбавители, порошковые составы и др.), которые создают условия для прекращения горения и включают [39]: вода - основное огнегасящее средство, обладающее: а) достоинствами: охлаждающее действие; разбавление горючей смеси паром (при испарении воды ее объем увеличивается в 1700 раз); механическое воздействие на пламя; доступность; низкая стоимость; химическая нейтральность и б) недостатками: нефтепродукты всплывают и продолжают гореть на поверхности воды; вода обладает высокой электропроводностью, исходя из этого она не используется для тушения пожаров на электроустановках под напряжением. Тушение пожара водой осуществляется установками водяного пожаротушения, пожарными автомашинами и водяными стволами. К установкам водяного пожаротушения относят спринклерные и дренчерные установки;
пар - используется в условиях ограниченного воздухообмена, а также в закрытых помещениях объекта с наиболее опасными технологическими процессами (тушение пожара паром базируется на изоляции поверхности горения от окружающей среды);
пены - применяются для тушения веществ, не вступающих во взаимодействие с водой. Огнегасящий эффект обеспечивается на основе изоляции поверхности горючего вещества от окружающего воздуха. Огнетушащие свойства пены характеризуются кратностью отношением объема пены к объему ее жидкой фазы, стойкостью дисперсностью и вязкостью. В зависимости от способа создания пены подразделяются на химические и воздушно-механические:
1) инертные газообразные разбавители: двуокись углерода, азот, дымовые и отработавшие газы, пар, аргон и другие;
2) ингибиторы на основе предельных углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены атомами галоидов (фтор, хлор, бром);
3) галоидоуглеводороды плохо растворяются в воде, но хорошо смешиваются со многими органическими веществами: тетрафтордибромэтан (хладон 114В2); бромистый метилен; трифторбромметан (хладон 13В1); 3, 5, 7, 4НД, СЖБ, БФ (на основе бромистого этила); порошковые составы - используются для прекращения горения твердых, жидких и газообразных горючих материалов. Они являются средством тушения пожаров щелочных металлов и металлоорганических соединений. Основными ТСП являются различного типа огнетушители, ручной пожарный инструмент и пожарные автомобили (ПА) [3-6, 39].
Огнетушители - устройства для тушения пожаров огнегасящим веществом, выпускаемым после приведения его в действие; применяется для ликвидации небольших пожаров. В качестве огнетушащих веществ используют химическую или воздухо-механическую пену, диоксид углерода (жидком состоянии), аэрозоли и порошки, в состав которых входит бром. Подразделяются: по подвижности (ручные до 10 литров; передвижные; стационарные); по огнету-шащему составу (жидкостные; углекислотные; химпенные; воздушно-пенные; хладоновые; порошковые; комбинированные).
Ручной пожарный инструмент - инструмент для разбирания конструкций и проведения аварийно-спасательных работ при тушении пожара. К нему относятся крюки, ломы, топоры, ведра, лопаты, ножницы для резания металла.
ПА используются для изготовления огнегасящих веществ и ликвидации пожаров на значительном расстоянии от их дислокации и подразделяются на:
1. Пожарные автоцистерны - это ПА, оборудованные цистерной для жид кости и пожарным насосом. Предназначены для доставки личного состава, по жарных устройств и различного оборудования, запаса огнетушащих веществ (воды, пенообразователя или раствора смачивателя) и подачи пожарных ство лов (водяных и пенных) без установки и с установкой на источник воды.
Пожарные автоцистерны представляют большую часть парка ПА (около 90%); являются автономными тактическими единицами, которые могут функционировать в комплексе и с пожарными машинами других типов. Различают: легкие (емкость цистерны до 2000л (2м3) - автоцистерны АЦ-30(53А), модель 106А; АЦ-30(53А) модель 106Б; АЦ-30 (66) модель 146); средние (емкость цистерны 2000-4000л (2-4м3) -автоцистерны АЦ-30 (130)63А; АЦ-40 (131) 137, АЦ-40 (375) ЦІ) и тяжелые (емкость цистерны свыше 4000л (4м3)) автоцистерны.
2. Пожарные автонасосы - ПА, оснащенные пожарными насосами. Пожарные автонасосы и насосно-рукавные автомобили используются для доставки состава ПО к объектам пожара, пожарных устройств, оборудования и подачи воды.
3. ПА пенного тушения предназначены для пожаротушения нефти и нефтепродуктов. Используются для доставки к месту пожара состава ПО, оборудования, пенообразователя, а также технических средств для подачи воздушно-механической пены. Огнетушащим средством пожаротушения нефтепродуктов является пена, приготавливаемая химическим и механическим способами.
4. ПА порошкового тушения применяются для пожаротушения промышленных объектов путем ликвидации горения щелочных металлов, горючих и ЛВЖ, электроустановок и сжиженных газов огнетушащими порошками. Огнетушащие средства представляют порошки, включающих в зависимости от марки кальцинированную соду, бикарбонат натрия, графит, стеариты железа и алюминия.
5. Пожарный рукавный автомобиль АР -2 (131)-133 используется для доставки к объекту пожара личного состава ПО, напорных пожарных рукавов диаметром 150, ПО или 77мм, длиной соответственно 1,34; 1,76 или 2,04км, прокладки магистральных линий на ходу, механизированной намотки рукавов в скатки, погрузки и транспортировки их с пожара. Обеспечивает пожаротушение на основе подачи мощной струи для воздушно-механической пены через лафетный ствол. Автомобиль применяется совместно с передвижными насосными станциями, насосно-рукавными автомобилями или автоцистернами.
6. Автомобиль связи и освещения АСО-12(66)-90А применяется для освещения места работы подразделений ПО, реализацию связи штаба пожаротушения с центральным пунктом пожарной связи и используется для доставки личного состава ПО к месту пожара.
7. Пожарная автолестница используется для обеспечения подъема личного состава ПО на верхние этажи зданий, эвакуации людей и материальных ценностей из верхних этажей горящих элементов объектов и обеспечивает пожаротушение водой или воздушно-механической пеной с помощью лафетного ствола и пеногенераторов, а также перенос тяжестей краном. Классифицируются по длине и типу привода: 1) по длине: малой - до 20м АЛ-18(52А)-Л2, средней - до 30м АЛ-30(131)-Л21, АЛ-30(131)-Л22 и большой - АЛ-45(257)-ПМ-109; 2) по типу приводов механизмов различают с механической, гидравлической, электрической и комбинированной трансмиссиями.