close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Информационно-управляющая система обеспечения пожарной безопасности территориально-распределенных объектов жилищно-коммунального типа

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ГВОЗДЕВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ТИПА
Специальность: 05.13.10
Управление в социальных и экономических системах
(технические науки)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2016
Работа выполнена на кафедре информационных технологий учебнонаучного комплекса автоматизированных систем и информационных
технологий ФГБОУ ВО «Академия Государственной противопожарной службы
МЧС России».
Научный
руководитель:
Бутузов Станислав Юрьевич,
доктор технических наук, доцент,
начальник учебно-научного комплекса
автоматизированных систем и информационных
технологий ФГБОУ ВО Академии ГПС МЧС России
Официальные
оппоненты:
Качанов Сергей Алексеевич,
заслуженный деятель науки РФ,
доктор технических наук, профессор,
заместитель начальника по научной работе
ФГБУ ВНИИГОЧС (ФЦ) МЧС России
Родионов Евгений Григорьевич,
кандидат технических наук, доцент,
начальник кафедры пожарной безопасности объектов
защиты в составе УНК «Государственный надзор»
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная
академия МЧС России
Ведущая организация:
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский университет ГПС
МЧС России»
Защита диссертации состоится «08» июня 2016 г. в 10.00 ч. на заседании
диссертационного совета Д 205.002.01 при Академии Государственной
противопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, г. Москва,
ул. Бориса Галушкина, 4, зал Совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии
Государственной противопожарной службы МЧС России и на сайте
http://academygps.ru/uploads/files/SsmgMUi3aeKxjNIwPCb6.pdf.
Автореферат разослан «___» _____________ 2016 г.
Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направить
в Академию Государственной противопожарной службы МЧС России по
указанному адресу.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук, доцент
С.Ю. Бутузов
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исторически сложилось так, что на
территории Российской Федерации многие населенные пункты привязаны
к градообразующим предприятиям и организациям жилищно-коммунального
хозяйства, представляющим населению городских агломератов требуемый
набор благ для комфортного бесперебойного и безопасного проживания.
Данные организации, участвующие в жизнеобеспечении населения, являются
объектами непрерывного взаимодействия единой системы экономических
отношений, поддерживающих стабильное существование социальной среды.
Следовательно, систематизированное долгосрочное управление крупными
территориально распределенными организациями обеспечит стабильность
непрерывного роста благосостояния населения.
Тем не менее, масштабность организаций вызывает ряд проблем,
связанных с актуализацией управленческих воздействий как на структурные
подразделения, так и на отдельные географически распределенные объекты.
Данная задача существенно усложняется при внедрении в существующую
систему управления основным производственным циклом  координационного
органа, не способного в полной мере объективно определить рациональный
набор целевых указаний по причине наличия особенностей в производственной
деятельности, а также внезапного возникновения задач, исполнение которых
регламентировано ограниченными сроками. Система обеспечения пожарной
безопасности объектов защиты крупных жилищно-коммунальных комплексов
является типичным представителем иерархических многоуровневых систем
с единым централизованным управлением.
Для эффективного решения поставленных задач возникла необходимость
в использовании специализированных профильных информационных систем
и технологий, позволяющих должностному лицу, принимающему решение
представить актуализированную информацию по текущему состоянию, а также
предложить варианты для планирования дальнейших действий.
На основе результатов анализа в использовании современных программных
продуктов для управления организационными системами выявлены
существенные недоработки, связанные с процессом формирования комплексов
мероприятий на основе прогнозирования решений в ограниченных условиях
практически без учета возможных промежуточных состояний, а также без учета
особенностей функционирования управляемых объектов и особенностей
их размещения. Невозможность технической системы учитывать данные факторы
привела к нарушению достоверности, точности и целостности входной
информации, что увеличивает сроки принятия решений.
В диссертационной работе приводятся модель и алгоритмы
информационно-управляющей системы, способной планировать комплексы
мероприятий
обеспечения
пожарной
безопасности
территориально
распределенных объектов в организациях жилищно-коммунального типа
на основе показателей текущего состояния управляемых подсистем.
3
ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является система
поддержки управления комплексами обеспечивающих мероприятий пожарной
безопасности территориально распределенных объектов крупной организации
жилищно-коммунального типа.
ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются модели и алгоритмы планирования
комплексов мероприятий системы обеспечения пожарной безопасности
крупной организации жилищно-коммунального типа.
ЦЕЛЬЮ ИССЛЕДОВАНИЯ является разработка информационной системы
поддержки управления, позволяющей формировать комплексы мероприятий
обеспечения пожарной безопасности территориально распределенных объектов
крупных организаций жилищно-коммунального типа.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
 анализ существующих программных разработок в сфере обеспечения
документооборота
крупных
организаций
с
учетом
расположения
территориально распределенных объектов;
 классификация методов проектирования комплексов мероприятий
обеспечения пожарной безопасности крупных организаций;
 построение
модели,
способной
объединять
элементы
задач
краткосрочного прогнозирования для формирования комплексов мероприятий;
 разработка концепции построения распределенной информационноуправляющей системы с единым центром поддержки принятия решений;
 апробация программных продуктов, а также модулей существующих
информационно-управляющих систем (акты о внедрении прилагаются).
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для решения поставленных в работе задач
используются методы теории управления, элементы теории вероятностей
и математической статистики, теория множеств, концептуальное моделирование.
В основу диссертационной работы положены результаты, полученные
автором в ходе исследований, проводимых по планам научноисследовательских работ Академии Государственной противопожарной
службы МЧС России и Академии гражданской защиты МЧС России в период
2010-2015 гг. На базе полученных результатов разработана модель
и алгоритмы информационно-управляющей системы, обеспечивающей
необходимым набором информационных ресурсов орган управления пожарной
безопасностью для принятия решений.
НАУЧНУЮ НОВИЗНУ представляют полученные автором новые результаты,
заключающиеся в разработке модели и алгоритмов информационноуправляющей системы, формирующих комплексы мероприятий для
обеспечения пожарной безопасности на территориально распределенных
объектах крупной пространственно-распределенной организации жилищнокоммунального типа, основанные на методологии построения краткосрочных
прогнозов в рамках целевых задач, в том числе:
4
 модель взаимодействия в точке равновесия решений целевой
и фактической задач краткосрочного прогнозирования при проектировании
альтернативных комплексов мероприятий обеспечения пожарной безопасности;
 система поддержки управления, представляющая органу управления
ресурсное обеспечение для координации потоков данных между
территориально распределенными управляемыми объектами в пределах одной
крупной организации.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ определяется
способностью
разработанной
информационно-управляющей
системы
координировать распределение ресурсов, выделяемых для реализации
комплексов мероприятий пожарной безопасности на территориально
распределенных объектах защиты крупной организации жилищнокоммунального типа на основе систематизации управляемых процессов
выработки краткосрочных прогнозов в условиях основных целевых задач.
ДОСТОВЕРНОСТЬ полученных результатов определяется применением
апробированных моделей, использованием материалов диссертационной работы:
 при проведении комплексных контрольно-периодических операций по
выявлению нарушений требований пожарной безопасности на объектах защиты
и закрепленной за ними территории крупной территориально распределенной
организации жилищно-коммунального типа на примере предприятия
АО «Мосводоканал»;
 при использовании полученной модели и алгоритмов системы
поддержки управления пожарной безопасностью, применяются в учебном
процессе кафедры пожарной безопасности на факультете руководящего
состава, а также в институте переподготовки и повышения квалификации
Академии ГЗ МЧС России;
 при проектировании системы документооборота между структурами
МЧС России для проведения профильной деятельности в крупных
организациях на территориально распределенных объектах.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались
в Академии гражданской защиты МЧС России (на XXIV Международной
научно-практической конференции «Предупреждение. Спасение. Помощь» –
2014 г.), в Воронежском институте ГПС МЧС России (на VIII научнопрактической конференции с международным участием – 2014 г.),
в Ивановском институте ГПС МЧС России (на IX Международной научнопрактической конференции «Пожарная и аварийная безопасность» – 2014 г.),
в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России (на XXIII
Международной научно-технической конференции «Системы безопасности –
2014»),
во
Всероссийском
научно-исследовательском
институте
противопожарной обороны МЧС России (на расширенном заседании секции
научно-технического совета «Организационно-управленческие проблемы ФПС
в области пожарной безопасности, гражданской обороны и мобилизационной
работы» – 2015 г.) и т.д.
5
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ,
в том числе 7 работ опубликовано в рецензируемых журналах, включенных
в перечень ВАК России, 1 учебное пособие, 2 работы опубликованы
в единоличном авторстве, получено 1 свидетельство о государственной
регистрации программы для ЭВМ.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. В совместных публикациях основные результаты,
связанные с разработкой моделей и алгоритмов информационно-управляющей
системы поддержки принятия решений при формировании краткосрочных
планов координации потоков данных между территориально распределенными
объектами крупной организации жилищно-коммунального типа получены
автором самостоятельно, при разработке программных продуктов автор
принимал участие в построении алгоритмов и их программировании.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанные методы, модели,
алгоритмы и информационное обеспечение реализованы при создании
информационной системы поддержки принятия управленческих решений для
координации действий персонала крупной организации, зарегистрированной
Роспатентом под № 201566029 от 21.09.2015 г.; при создании модулей системы
диагностики знаний основам пожарной безопасности в тестовой форме, а также
системы обучения нормам пожарной безопасности в организациях жилищнокоммунального типа.
Результаты диссертационной работы использованы:
1) при проведении комплексной планово-периодической проверки состояния
пожарной безопасности территориально распределенных объектов крупной
организации жилищно-коммунального хозяйства г. Москвы;
2) на кафедре информационных технологий Академии ГПС МЧС России
в учебном процессе при проведении занятий по дисциплинам «Системы
поддержки принятия решений», «Моделирование процессов и систем»,
«Информационные технологии в управлении», «Информационно-аналитические
технологии государственного и муниципального управления», «Информационные
технологии в сфере безопасности»;
3) при проведении НИР в Академии ГЗ МЧС России на тему: «Разработка
методического подхода к оценке знаний специалистов МЧС России в сфере
управления на основе тестовых систем» (Химки, 2010);
4) при проведении НИР в Академии ГЗ МЧС России на тему: «Разработка
методики оценки уровня состояния системы обеспечения пожарной
безопасности
на
производственных
предприятиях
водопроводноканализационного хозяйства» (Химки, 2015);
5) при проведении НИР в Академии ГПС МЧС России «Разработка модели
системы поддержки управления системой обеспечения пожарной безопасности
пространственно-распределенной организации жилищно-коммунального типа»
(Москва, 2015).
Практическое применение результатов исследования подтверждается
актами внедрения.
6
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
1) модель формирования комплексов мероприятий пожарной безопасности
на основе точек равновесия при решении целевой и фактической задач
краткосрочного прогнозирования. Особенностью модели является гибкая
система конструирования условий ассоциаций при координационном
распределении ресурсов в требуемых условиях планирования очередности
процессов реализации комплексов мероприятий пожарной безопасности
на объектах защиты крупной организации;
2) модель
формирования
значимости
критериев,
требующих
первоочередного выполнения операций при планировании комплексов
обеспечивающих мероприятий пожарной безопасности на территориально
распределенных объектах защиты крупной организации жилищнокоммунального типа;
3) сетевая информационная система поддержки управления с удаленным
доступом, обеспечивающая представление актуализированной информации
лицу, принимающему решение, для координации потоков данных,
направляемых для реализации выделенных ресурсов на обеспечение пожарной
безопасности в структурных подразделениях крупной организации в условиях
системного управления.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит
из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений.
Общий объем диссертации 156 страниц. Работа иллюстрирована 65 рисунками
и 19 таблицами. Библиографический список включает 108 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении рассматривается современное состояние принятой
к рассмотрению проблемы и актуальность темы диссертации, сформулированы
цель и задачи исследования. Приводится краткое изложение содержания
и основных результатов диссертационной работы, а также сформулированы
основные положения, выносимые на защиту.
В главе 1 «Анализ моделей управления системой обеспечения
пожарной безопасности организаций жилищно-коммунального типа»
проводится синтез моделей и теоретических подходов, а также адаптация
к исследуемой проблематике. Осуществляется поиск и выборка элементов для
комплексного моделирования системы управления в рамках теории множеств.
Одной из наиболее важных сфер деятельности являются организации
жилищно-коммунального типа. Несмотря на сложность, а также фактическую
расположенность
объектов,
система
управления
осуществляется
централизованно, что вызывает множество проблем. В качестве решения, как
правило, предлагается сформировать на базе существующей структуры
дополнительный отдел, обслуживающий выбранный профиль. В данном
сценарии есть весомый недочет, связанный с введением дополнительной
нагрузки на штатный персонал организации. Вариант использования
комплексной информационной системы для принятия оперативных решений
7
с учетом текущего состояния, а также выработки альтернативных решений для
формирования комплексов мероприятий более приемлем и адекватен,
не требует внесения существенных изменений в существующую структуру
управления. Для формирования единой концепции в главе разработан сценарий
поэтапной проработки механизма функционирования информационноуправляющей системы:
1) обоснована необходимость рассмотрения подсистемы обеспечения
пожарной безопасности для объектов жилищно-коммунального типа как одной
из основных в системе поддержки управления территориально распределенных
организаций в рамках первоочередных задач. Учитывая то, что
рассматриваемые организации в балансовом порядке принадлежат
имущественному комплексу города и представляют критически важный аспект
для жизнеобеспечения социума, обоснована необходимость в реализации
мероприятий пожарной безопасности в полном объеме;
2) анализ статистики пожаров на объектах жилищно-коммунального типа
для выявления факторов, требующих постоянного и периодичного наблюдения.
Статистика возникновения пожаров в организациях «Водоканала» Российской
Федерации за период пяти лет, с 2010 по 2014 год, представлена на рис. 1.
Статистика возникновения пожаров за период с 2010 по 2014 г. (ед.)
Рисунок 1 – Статистика возникновения пожаров в организациях
«Водоканала» Российской Федерации
На основе анализа статистических данных выведены необходимые
критерии и показатели для оценки состояния системы обеспечения пожарной
безопасности. Построена зависимость влияния оценочных показателей уровней
на результаты оцениваемых критериев верхнего уровня. Расшифровка
показателей представлена в диссертации.
8
Полученное множество факторов, влияющих на пожарную безопасность
объектов, доказывает необходимость внесения специального инструмента
в управление для анализа и оценки состояния объектов. Перечень факторов
является сводным и может меняться в зависимости от вида и типа анализируемой
организации. При этом необходимо учесть, что в основном существующие
структуры управления крупными организациями не поддерживают (или не
способны поддерживать) модификации путем внедрения автономной или
полуавтономной управляемой структуры. Следовательно, с одной стороны,
необходимо осуществить пассивный переход в систему управления пожарной
безопасностью за счет применения информационно-управляющей системы,
с другой стороны необходимо учесть множество изменяемых критериев с
возможностью определения областей допустимых значений показателей;
3) выбор модели управления, с учетом внедрения нового автономного
компонента, с поддержкой единой цели функционирования организации
в целом. На основе подробного анализа выявлено, что для более эффективного
управления
крупной
территориально
распределенной
организацией
целесообразно использовать матричную структуру управления, где для более
качественного управления системой обеспечения пожарной безопасности создан
специально сформированный из штатного состава профильный отдел. Согласно
требованиям внедряемой структуры, модификацию необходимо адаптировать
только в пассивном режиме, не изменяя существующую систему управления.
При этом необходимо на каждом выделенном этапе времени определять: сколько
привлекать сотрудников организации и для решения каких задач;
4) синтез математических методов анализа выбранных ранее критериев
для определения текущего состояния. На каждом оценочном этапе необходимо
получить коэффициент влияния каждого критерия на общую оценку, а также
степень трудоемкости - определение необходимого числа специалистов,
проводящих оценку факторов пожарной безопасности для каждого объекта
в пределах одной организации. Для оценки степени влияния критериев
используется реляционно-корреляционный анализ в ячейках матрицы
управления (в узловых точках фасета) и коэффициент парной корреляции
знаков Фехнера. Если рассматривать только горизонтальное управление, то
итоговый коэффициент получается путем усреднения суммарного ряда
значений коэффициентов:
∑ Кф
(1)
0 =  =
,

где 0 определяет начальное состояние, Кф – коэффициент парной корреляции
знаков Фехнера,  – количество сравнений.
При внедрении полученной структуры в вертикальную систему
управления получаем матрицу областей возможных коэффициентов.
Пересечение траекторий графиков дает определенный коэффициент (область
допустимых значений) состояния ̂ по шкале Чеддока:
9
тс = ̂ = |⋂

∑ Кф

| , [0; 1],
(2)
где тс определяет текущее состояние.
Добавляя коэффициент Брауна, позволяющий адаптировать управляющую
систему к возможным изменениям при построении следующего коэффициента,
получаем функцию оценки следующего состояния:
тс+1 =
̂
+1 = |⋂
∑ Кф


| +  ([ −


] , [ − ])

 , [0; 1],
(3)


]
[
]| → min
,
−

[


где тс+1 определяет краткосрочный прогноз возможного состояния.
Ниже (рис. 2) представлен вариант результата анализа показателей на
основе полученной формулы (3). В данном случае наибольшую оценку
получили исследуемые оценки S на временном интервале «4» оценки
взаимодействия – наибольшее схождение в наивысшей точке. Следовательно,
определены наиболее выраженные показатели факторов, которые необходимо
учитывать в краткосрочном планировании мероприятий.
Коэффициент, Кф
∑ |[ −
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Произвольный период времени, t2-t1 t
Рисунок 2 – Графики показателей коэффициентов за выделенный период времени
Таким образом, показано, что существующая система управления пожарной
безопасностью в крупных организациях жилищно-коммунального типа в
настоящий момент, наделена недостатком, связанным с возможностью
формализации технологии гибкого внедрения новых элементов в действующую
систему управления. Основной проблемой является отсутствие учета
фактического взаимодействия существующей информационно-управляющей
среды с возможностями вносимого элемента. В работе представлен механизм
эволюционного воздействия на систему управления на основе критериальных
показателей. Сделаны выводы о том, что для унификации получаемой системы
управления пожарной безопасностью требуется разработка модели и алгоритмов
взаимодействия при внесении координационного органа управления.
10
В главе 2 «Моделирование системы поддержки управления при
планировании обеспечивающих мероприятий пожарной безопасности на
территориально распределенных объектах защиты крупных организаций
жилищно-коммунального типа» проводится моделирование комплексной
информационной системы, являющейся элементом единой информационной
среды управления организацией жилищно-коммунального типа.
Рассматриваемый тип организаций имеет четко определенную
иерархическую структуру управления основными и вспомогательными
территориально
распределенными
производственными
структурными
подразделениями. Исследуемая иерархия относит управление обеспечивающей
подсистемой пожарной безопасности к одной из основных в системе
управления крупной организации. Вследствие этого возникла необходимость
в систематизированном управлении, позволяющем учитывать выделение
ресурса как для потребностей основных производственных фондов, так и для
рассматриваемой обеспечивающей подсистемы с целью достижения наиболее
эффективных целевых показателей. Следовательно, возникла необходимость
в сопряжении независимых структур управления в единую систему, где
в качестве связующего звена предложено использовать теорию множеств
с точки зрения целостности систем и фасетного представления данных (рис. 3).
Иерархия управления
Множество
целого
Фасетная
модель
?
?
Иерархическая
модель
?
?
Автоном
?
Часть
целого
?
? ?
?
Задача: как
унифицировать
описание процессов и
объектов управления?
Решение:
?
?
?
?
[H;;]
?
?
?
?
Сетевая модель
Рисунок 3 – Комбинирование независимых систем управления
в рамках элементов множества целого
Рассматриваются иерархические и/или сетевые модели управления H, где
каждый элемент атомарно представляет систему управляемых процессов
абстрактного объекта. Каждый узел является автономным, с учетом возможных
отношений к другим системам, и частью общей системы управления
одновременно. При этом модели независимы [H; ; ]. Другими словами,
обеспечивающая подсистема пожарной безопасности организации, являясь
элементом в управлении организацией, может рассматриваться автономно
с точки зрения определения потребностей в ресурсном обеспечении для
реализации комплекса мероприятий пожарной безопасности, величина которого
должна учитываться в общей системе управления крупной организацией.
11
Данный механизм позволяет проводить независимую экспертизу и оценку
состояния объектов организации для определения уровня обеспечения
пожарной безопасности людей и материальных ценностей специалистами
пожарной безопасности с привлечением персонала производственных
подразделений.
Учет данной особенности, с точки зрения моделирования функционала
информационной системы, требует формирование единой системы поддержки
управления. Предлагается вариант систематизации: в рамках теории множеств
(в пределах целого) иерархическая модель управления объединяется
с сетевой моделью во множество управляемых процессов, неравных по
атрибутам объектов управления в контуре автономных абстрактных объектов,
являющихся элементами единой системы управления фасетной системы
организации данных. Механизм позволит частично автоматизировать
управляющие воздействия в виде правил информационной системы.
На уровне одного «парного» элемента (т.е. схожего по ключевым
параметрам между двумя независимыми структурами) задается отношение:
H = <S; V; δ; K>,
(4)
где S = {si} – множество элементов (узлы деревьев, управляющие процессы
или воздействия);
V = {vj} – множество связей (переходы между процессами с учетом
иерархии и целостности);
δ – структура (тип используемой структуры данных);
К – композиция (взаимосвязь между узловыми точками и связями,
определяющая тип и текущее состояние).
При этом выполняется требование целостных систем теории множеств:
каждый элемент системы также является системой независимо от степени
атомарности. Решение задачи соответствия элементов как объектов позволяет
определять управляемый процесс (воздействие) для каждого объекта. При этом
ключевым процессом выступает краткосрочное прогнозирование.
Для получения обоснованной информации о состоянии объектов
построена модель оценки краткосрочного прогноза, получен уровневый
критерий с использованием коэффициента Пирсона. Учтено, что при
построении краткосрочного плана необходимо использовать максимально
положительный эффект, т.е.  → max, при ,  → 0. Следовательно, прогноз
состояния коэффициентов:
тс+ = |⋂

∑ 

| → max,
,  → 0,
[0; 1].
(5)
Итоговую матрицу оценки состояния объектов по показателям критериев
с учетом краткосрочного прогноза можно представить в следующей форме
(матрица перехода между состояниями):
12
0
…
|  |
тс
тс+1
|
=|
…
|тс+ |
…
к
(6)
Ниже (рис. 4) представлен вариант результата анализа состояний с учетом
изменения состояний на прогнозируемый период.
Область максимального влияния
Показатель анализируемого
коэффициента состояния, S тс+j
1
Области среднего влияния
0
Показатель основного коэффициента состояния, Sтс+i
1
Рисунок 4 – Результат анализа состояний на прогнозируемый период
Областями обозначены суммарные значения парных сравнений критериев.
Пересечение областей дает возможные зоны благоприятных состояний
по шкале Чеддока. На рисунке обозначена зона с коэффициентом весьма
высокая (сильная). Данная область ограничивает разброс влияния, обозначает
зону возможного управления по выбранным коэффициентам.
Обоснование полученных значений в форме суммирующего показателя
определяется коэффициентом трудоемкости (пл ):
(к − тс )
(7)
(рд ∙ см − пп ∙ ск )ℎ(упр + Этр )),
пл = б − (б
100
где б – трудоемкость программы, рассчитанная по нормам базисного года;
рд – число рабочих дней в году;
см – продолжительность рабочей смены;
пп – число предпраздничных дней в году;
ск – количество часов, на которые сокращается рабочий день
в предпраздничные дни;
13
ℎ – число смен работы в сутки;
упр – численность управленческого персонала организации, основанная
на использовании формулы Резенкранца.
Определение количества исполнителей (Этр ) рассмотрено в третьей главе
диссертации.
Для представленного выражения рассмотрена особенность построения
прогнозов распределенных объектов в форме разветвленной сети
распределения управляющих сигналов (рис. 5).
Основными формами построения и реализации краткосрочных
и перспективных планов, как правило, выступают целевые задачи. При этом
фактическое (прямые зависимости) и целевое (обратные вычисления)
прогнозирование предполагает независимое формирование задач управления,
что не всегда эффективно в условиях выделения ограниченного ресурса.
В случае отсутствия взаимосвязи в решении деревьев появляется высокая
степень неопределенности, что в практическом управлении в ограниченных
условиях ресурсного обеспечения часто недопустимо. Для формирования
«точек пересечения (равновесия)» между элементами структур использован
инструментарий построения кортежей концептуального моделирования.
Прямая задача
«ЕСТЬ  НАДО»
Анализ
Обратная задача
«НАДО  ЕСТЬ»
11
[⬚
Синтез
⬚
11
[⬚
 =< ,  > | ∩  ⬚
Точка равновесия

… ⬚
 ⬚]
… ⬚
… ⬚
 ⬚]
… ⬚
Рисунок 5 – Сопоставление систем краткосрочного прогнозирования
Установлено, что точки равновесия двух деревьев задаются путем
пересечения двух множеств управляемых процессов (воздействий)
во временном разрезе за заданный период:
с = < p; f > | P  F,
(8)
где
Р – фактическое состояние системы пожарной безопасности;
F – целевое состояние, определяющее стратегию дальнейших действий.
Для объединения кортежей объектов и управляемых процессов
использован фасет правил управляющих воздействий, где произведение
текущих показателей является невырожденной матрицей перехода состояния:

+1
11
=[
1
…

…
1
11
]×[

1
14
…

…
1
] × [ … ].


1
(9)
Предполагается отличие фасета от матрицы в отсутствии принудительных
связей между элементами (ячейками), что способствует упрощению
организации данных в единой структуре.
Для учета сложности управления распределенными объектами
в модель добавлена привязка координат физических объектов, где использован
алгоритмический функционал геоинформационных систем (ГИС) (рис. 6).
На уровне элемента фасета сценарий комбинирования представлен как
пара элементов двух кортежей, составляющие контент ячейки фасета
(параметры абстрактного объекта управления и условия действий управляемого
процесса). Для привязки к физическому объекту используется концептуальная
модель информационно-управляющей системы, где множествами компонентов
выступают ассоциативные правила продукционного типа без вариативной
части, определяющие характеристики ГИС (ЕСЛИ условие, ТО позиция
в фасете). Анализ показал, что классическое представление данных
концептуального моделирования не представляет возможностей добавления
дополнительного ГИС-элемента в основной кортеж.
 =< ;  >
Ассоциативное правило
ЕСЛИ условие ТО позиция в фасете
h = <s; v; δ; k>
(x,y)
Физический
объект
Управляемый
процесс
Концептуальная модель
предметной области
Геоинформационная
поверхность
Абстрактный
объект
Рисунок 6 – Синтез элементов системы прогнозирования
Таким образом, показано, что представленные методы (управление
и прогнозирование) имеют подобное формальное основание. Следовательно,
объединение представленных моделей возможно. Решается задача, при которой
новый механизм унаследует не только характеристики породивших их моделей,
но и приобретет отличные новые.
В главе 3 «Моделирование оценки состояния системы обеспечения
пожарной безопасности организации» приводится описание разработанной
модели поддержки управления системой пожарной безопасности организации
жилищно-коммунального типа.
Рассматриваемая модель является открытой, построенной на основе
адаптивного метода параметрической идентификации, с возможностью встроить
дополнительный оператор управления в контур блока управления. Сущность
представленной модели заключается в том, что присоединение к объекту
управления нового оператора управления (отдела пожарной безопасности)
позволит эффективно воздействовать на реализацию цели по приведению
15
Среднеарифметическая
оценка группы
экспертов
Оценка квалификации
«генераторов идей"
Склонность к
конформизму
Специальные знания
Практический опыт
Нестандартность
мышления
Общий кругозор
Эрудиция в смежных
областях знаний
системы пожарной безопасности организации в требуемое состояние.
Основную часть модели составляет процесс принятия решений на основе
оценки текущего состояния пожарной безопасности организации, состоящий
из трех последовательных этапов.
На первом этапе описан механизм формирования группы экспертов,
учитывающий компетентность и согласованность мнений на стадии
формирования,
где
в
качестве
групповой
оценки
применялась
среднеарифметическая, а в качестве меры влияния суждений одного эксперта
на групповую оценку применялось отношение среднеарифметической оценок
группы из (n+1)-го эксперта к среднеарифметической оценок группы
с n экспертами (рис. 7).
Оценка квалификации
«аккумуляторов опыта"
1,0
0,5
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Рисунок 7 – Модель формирования группы экспертов
Верхняя кривая асимптотически приближается к прямой, параллельной
оси абсцисс с ординатой, равной 0,5. Наибольшее приближение достигается
до точки с ординатой, примерно равной 0,55, то есть ординатой на 10%
отличающейся от средней. Таким образом:
1,05 ≤  ≤ 1,1 при  >  ,
0,9 ≤  ≤ 0,95 при  <  ;
где An – среднеарифметическая оценок n экспертов,
c – мера влияния суждений эксперта на групповую оценку,
b – оценка дополнительного (n+1) эксперта.
На предварительном этапе отбора экспертов, компетентность оценивалась
наличием уровня коэффициента компетентности k, который вычислялся на
основе суждений о степени информированности по решаемой проблеме
с указанием источников аргументации своих мнений.
16
Коэффициент компетенции вычислялся по формуле:
1
(10)
 = (и + а ),
2
где и – коэффициент информированности по проблеме, которая определена на
основе самооценки эксперта по десятибалльной шкале, умноженной на 0,1;
а – коэффициент аргументации, получаемый суммированием баллов
по результатам обработки анкет, выданных в виде эталонных таблиц.
Следующий этап работы включал процесс получения исходных данных
оценки уровня состояния пожарной безопасностив организации за счет
проведения следующих операций:
 по определению основных оцениваемых направлений;
 по определению задач, входящих в проверяемые направления;
 по подготовке требуемой документации для состава экспертов
участвующих в проведении оценки;
 по проведению совещания и доведения плана мероприятий
по проведению процедуры оценивания;
 по практическому получению результатов проведенного оценивания.
На третьем этапе проводится оценка уровня пожарной безопасности,
полученная на основе имеющихся качественных значений оцененных критериев
и показателей, приводимых к количественной мере, выраженной в числовой
шкале. Для проведения оценки используется метод анализа иерархий (рис. 8).
1 … 1
| −  | = 0
(1)
1
(2)
 = 
… 2
( −   )̅ = 0
 = 12
̅ = (1 , 2 , … ,  )
1
(3)
… 1
 = (1 , 2 , … ,  )
(1
)
Рисунок 8 – Математическое описание операций метода анализа иерархий
Для проведения научного эксперимента строилась иерархия на основе
попарных сравнений оцениваемых элементов, выражающих относительное
влияние на элементы, расположенные на уровень выше. Для определения
относительной ценности каждого элемента решалось характеристическое
уравнение (1), с помощью уравнений (2 и 3), находилось максимальное
собственное число из системы линейных алгебраических уравнений
и соответствующий собственный вектор q. Далее определяется степень
согласованности мнений экспертов, выраженных отношением согласованности.
Результирующее
управляющее
воздействие
на
реализацию
запланированных действий по приведению ПБ в требуемое состояние (U)
представлено кортежем:
 = 〈; пл 〉.
(11)
Таким образом, доказано, что существует методология оценки уровня
пожарной безопасности крупной организации жилищно-коммунального типа.
Представлен поэтапный процесс построения оценки.
17
В главе 4 «Особенности алгоритмов информационно-управляющей
системы с использованием модели управления распределенными объектами
крупной организации» приводится описание применения предложенных
инструментов совместного использования систем управления, прогнозирования и
географической привязки в составе единой информационно-управляющей
системы поддержки принятия решений обеспечения комплексной пожарной
безопасности на распределенных объектах крупной организации.
Наиболее проработанными модулями являются направления, связанные
с денежным оборотом, в то время как управление разного уровня представлено
более узкими решениями – обработка статистики, мониторинг общей
обстановки, краткосрочный прогноз основного производственного цикла и т.п.
Внутренние процессы, относящиеся к обеспечивающим услугам, являются
наименее автоматизированными.
Анализ задач управления в сфере пожарной безопасности крупной
организации жилищно-коммунального типа позволил определить классы
управляемых объектов. Особенностью представленной классификации является
гибкая система распределения ресурсов при организации управляющих
сигналов (воздействий). Система предполагает постоянную асинхронную
координацию воздействий на объекты в рамках задач прогнозирования,
выполняемых на предварительном этапе.
В качестве инструментария используется задачность документооборота.
Асинхронность достигается за счет представления данных в виде фасета.
На представленной блок-схеме алгоритма
отображена
логическая
последовательность процессов обработки потоковых данных с разных
источников в единый центр управления (рис. 9).
Исходные данные
Внешние
объекты
Предварительная
обработка
Внешние
объекты
Начальные
параметры
Координация
…
…
Сопоставление данных по
объектам для дальнейшей
обработки
Документация
Рисунок 9 – Логическая последовательность процессов обработки потоковых данных
с разных источников в единый центр управления
18
Предварительный этап анализа исходных данных происходит
в полуавтоматическом режиме. Процесс, обеспечивающий координацию,
является постоянным, независимо от условий функционирования подчиненных
блоков. Итоговые отчеты в виде обратной связи через логический элемент ИЛИ
сопоставляются с данными по объектам для дальнейшей обработки.
Расшифровка основного цикла представлена на рис. 10.
Начало
База состояния
объектов
Ручной ввод
База параметров
Константы
Основной цикл
Следующий
<>
Комплексная
проверка
Правила
поддержки
управления
Состояние
Добавление
Сводный отчет
Оценка объектов
<>
Вывод
Конец
База отчетов
Рисунок 10 – Расшифровка алгоритма поддержки управления
Особенностью алгоритма является организация системы краткосрочного
прогнозирования на основе инструментария реального времени (как
компонента предметно-ориентированной архитектуры данных). Основной
процесс жизненного цикла организации определяет «точки равновесия»
(ячейки фасета) принятия управленческих решений каждого распределенного
объекта. Сценарии списка мероприятий по обеспечению пожарной
безопасности объектов имеют свои независимые (автономные) циклы (рис. 11).
Построена
последовательность
принятия
решений
на
уровне
формирования концепций управляющих воздействий. Учет приведенных
элементов алгоритмов модели позволил сформировать информационноуправляющую систему на основе координации потоков данных между
распределенными объектами с единым центром управления. Особенностью
организации распределенной информационно-управляющей системы является
фактическое разделение системы предварительной обработки и подготовки
данных в форме внешнего ресурса управления и единой системы управления
и координации в виде когнитивного центра поддержки управления,
19
принимающего независимые решения по обеспечению комплексной пожарной
безопасности на всех объектах пространственно-распределенной организации.
Объединение
результатов внешних
объектов
Объединение
результатов внешних
объектов
Выбор
…
Прогнозирование
действий
Выработка
альтернатив
Выбор
…
Рисунок 11 – Организация системы краткосрочного прогнозирования
на основе инструментария реального времени
На текущий момент, современный программно-алгоритмический
инструментарий позволяет создавать внешние ресурсы в виде облачных
IaaS-технологий. При этом база правил (для принятия решений) хранится
в центре управления, а база (или базы) ассоциаций хранится как на внешних
ресурсах, так и непосредственно на самих объектах.
Учтена особенность построения алгоритмов при организации потоков
данных на уровне логических связей между сервером данных, управляющим
звеном и автономными клиентами, являющимися одновременно элементами
единой информационно-управляющей системы.
Разработанная
информационно-управляющая
система
включает
компоненты объектно-ориентированного и предметно-ориентированного
языков
программирования.
Решение
задач
обмена
информацией
с использованием шаблонов и эффекта сериализации для взаимодействия
в реальном времени между территориально распределенными объектами
с единым центром принятия решений сформировано на основе как локальных
систем корпоративного уровня, так и на уровне унифицированных XMLпротоколов. Привязка к карте выполнена на основе технологии свободного
графического ядра, способного адаптироваться под ограничения произвольной
геоинформационной системы, что обеспечивает гибкость при внедрении
разработанной модели в существующие информационные системы.
В качестве платформы для программирования предложено использовать
проблемно-ориентированный язык программирования высокого уровня на
основе предоставляемых ресурсов геоинформационной системы. Разработано
три объектных класса: прогнозирование, координация и диагностика состояния.
Выявлено, что использование представленного механизма объединения
двух управляющих контуров абстрактных объектов с привязкой к местности
(главы 2 и 3 диссертации), позволило повысить производительность, понизить
коэффициент
трудоемкости
принятия
решений
по
сравнению
с использованием независимой модели:
20
(Тпл ) = Тпл [чел. ч]/Тпл [маш. ч] ≈ 15 − 17%.
(12)
Доказано, что эффект от внедрения модели состоит в снижении
потребления временного ресурса, построении более корректной итоговой
модели с использованием информационных технологий.
Для
оценки
значимости
(адекватности)
модели
используется
адаптированный F-критерий Фишера. Используя обозначения параметров гл. 2
и 3, получаем выходную функцию определения коэффициента детерминации
и фактического значения F-критерия:
 2 = 1 − (1 − []) = [];  → 1;  > 0,7;
( − 1 − 1)
[]
=
∙
→  > табл.
→1
1 − []
1
(13)
С учетом особенностей построения прогнозируемого состояния, при
использовании парной корреляции с суммарными коэффициентами единой
матрицы в ограничениях «высокая» и «сильная» по шкале Чеддока, следует
использовать показатели F-критериев выше табличных, что доказывает
адекватность полученной модели.
Результаты, полученные в диссертации, апробированы на практике. Акты
о внедрении приведены в приложении к диссертации.
В заключительной части диссертации рассмотрены возможные
направления дальнейших работ по исследуемой проблематике.
В приложениях приведены схемы и структуры разработанной системы.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
В диссертационной работе разработана и формализована модель
взаимодействия нескольких независимых иерархических систем управления
в виде единого информационного пространства принятия решений,
позволяющая проводить оценку состояния пожарной безопасности, строить
краткосрочные прогнозы, как в комплексном, так и в объектном виде с учетом
географической привязки к местности реальных аналогов. Предложенная
технология позволила объединить разнородные компоненты данных сетевых
структур системы документооборота крупных организаций и заложить основы
для создания интегрированных информационных систем поддержки принятия
решений
по
управлению
комплексной
пожарной
безопасностью
территориально распределенных организаций.
В ходе работы получены следующие результаты:
1. Разработана и исследована на адекватность модель, способная
объединять несколько классов управления сложными пространственнораспределенными системами, содержащими территориально распределенные
объекты для решения профильных задач координации действий управляемых
процессов. Модель позволяет лицу, принимающему решение, получить
объективную оценку как общей системы управления, так и автономного
управления, являющегося одновременно частью общей системы на примере
подсистемы обеспечения пожарной безопасности. Использование элементов
21
корреляционно-реляционной модели, а также экономической теории для
обоснования выведенных коэффициентов фасетной матрицы управления
позволяет сделать вывод об адекватности получаемых значений.
2. Обоснован и предложен механизм формирования краткосрочных
прогнозов возможных действий распределенных объектов одной организации
в рамках комплексных мероприятий в течение жизненного цикла. Механизм
позволяет использовать одновременно фактическое (прямые зависимости)
и целевое (обратные вычисления) краткосрочное прогнозирование состояния
используемых для обеспечения пожарной безопасности ресурсов, что
предполагает независимое формирование задач управления. Фасетная система
позиционирования точек равновесия по отношению к конкретным объектам
управления позволяет формировать независимую карту комплексов
мероприятий по выбранному критерию.
3. Разработана методика установления взаимосвязи между используемыми
системой параметрами разных форм-типов с использованием инструментария
концептуального
моделирования,
модифицированного
комплексным
показателем геоинформационных систем. Данная технология позволяет
комбинировать разнотипные данные в единой информационно-управляющей
системе в едином фасете данных матричного типа. Особенностью выступает
внесение третьего корректирующего (управляющего или координирующего)
элемента, основанного также на фасетной технологии представления данных.
Представленный механизм позволяет вносить изменения в систему управления
в пассивной форме без вмешательства в основной производственный цикл.
4. Предложен
прототип
информационно-управляющей
системы,
позволяющий координировать процессы обеспечения пожарной безопасности
территориально распределенных объектов организации. Особенностью
организации системы является фактическое разделение предварительной
обработки и подготовки данных в форме внешнего ресурса управления и единой
системы управления и координации в виде когнитивного центра поддержки
управления, принимающего независимые решения по обеспечению пожарной
безопасности на всех объектах пространственно-распределенной организации.
5. Разработан механизм корректируемой обратной связи информационноуправляющей системы на основе внешних управляющих сигналов.
Особенностью алгоритма является циклическое дублирование обратной связи
системы проверки и диагностики текущих результатов. Каждая составляющая
пожарной безопасности объектов зависит как от своих показателей, так и от
общих по объектам организации.
22
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
В научных изданиях, рекомендованных ВАК России
1. Гвоздев Е.В. Расчет численности специалистов пожарной безопасности на
производственном предприятии / Е.В. Гвоздев, С.Ю. Бутузов, В.Л. Семиков // Технологии
техносферной безопасности: интернет-журнал. – 2013. - Выпуск № 5 (51). – 0,15 п.л.  Режим
доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.
2. Гвоздев Е.В. Формирование экспертной группы для расчета норм затрат труда
инженеров пожарной безопасности на предприятии / Е.В. Гвоздев, С.Ю. Бутузов //
Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. – 2014. - Выпуск № 1 (53). –
0,2 п.л. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.
3. Гвоздев Е.В. Формирование рациональной структуры и состава отдела пожарной
безопасности предприятия // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. –
2014. - Выпуск № 2 (54). – 0,3 п.л. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.
4. Гвоздев Е.В. Об эффективности управления системой обеспечения пожарной
безопасности на предприятии // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. –
2014. - Выпуск № 3 (55). – 0,3 п.л. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.
5. Гвоздев Е.В. О методике состояния пожарной безопасности на предприятии ОАО
"Мосводоканал" / Е.В. Гвоздев, А.В. Рыбаков // Научный журнал "Научные и
образовательные проблемы гражданской защиты". – 2014. - Выпуск № 3 (22). – 0,2
п.л. - Режим доступа: http://www.amchs.ru/.
6. Гвоздев Е.В. Моделирование деятельности специалистов по управлению системой
пожарной безопасности предприятия / Е.В. Гвоздев, А.В. Матюшин // Технологии
техносферной безопасности: интернет-журнал. – 2014. - Выпуск № 6 (58). – 0,2 п.л. - Режим
доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.
7. Гвоздев Е.В. О первоочередных мероприятиях по обеспечению пожарной
безопасности предприятия "Мосводоканал" / Е.В. Гвоздев, С.Ю. Бутузов // Технологии
техносферной безопасности: интернет-журнал. – 2015. - Выпуск № 1 (59). – 0,12 п.л. - Режим
доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.
В других научных изданиях
8. Гвоздев Е.В. Расчет численности специалистов по пожарной безопасности на
производственном предприятии // Материалы XXIV-й международной научно-практической
конференции «Предупреждение. Спасение. Помощь». Академия ГЗ МЧС России, 2014. –
0,45 п.л.
9. Гвоздев Е.В. Расчет численности специалистов обеспечивающих пожарную
безопасность на производственном предприятии // Материалы всероссийской научнопрактической конференции с международным участием «Современные технологии
обеспечения Гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций».
Воронежский институт ГПС МЧС РФ, 2014. – 0,2 п.л.
10. Гвоздев Е.В. Обоснование подходов к управлению системой пожарной безопасности
на производственных предприятиях // Материалы XXV Юбилейной международной научнопрактической конференции «Предупреждение. Спасение. Помощь», посвященной 25-летию
образования МЧС России. Академия ГЗ МЧС России, 2015. – 0,33 п.л.
23
Гвоздев Евгений Владимирович
ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ТИПА
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать 29.03.2016 г.
Формат бумаги 60×90
Тираж 100 экз.
1/16 Заказ № ___
Академия ГПС МЧС России
129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, 4
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа