автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Механизмы минимизации затрат на развитие систем управления промышленной безопасностью

у« , __

' -ь од

12

Российская Академия Наук ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ им. В. А. Трапезникова

На правах рукоттси

ГРИЩЕНКО Алексей Федорович

Механизмы минимизации затрат на развитие систем управления промышленной безопасностью

Специальность 05.13.10 - Управление в социальных и экономических

системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000 г

Работа выполнена в Институте проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Научный руководитель:

доктор технических наук Бурков Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Щепкин Александр Васильевич,

кандидат технических наук Порошин Александр Алексеевич

Ведущая организация: Московский Государственный горный университет

На заседании Диссертационного Совета Д 002.68.03. Института проблем управления им. В.А.Транезникова РАН 117342,Москва, ул. Профсоюзная, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Автореферат разослан «___»_2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета:

кандидат технических наук С.А. Власов

Защита состоится « /5» (/Ю/СиР

я-т.о

Общая характеристика работы. Актуальность темы: Актуальность темы исследования обосновывается необходимостью повышения уровня промышленной безопасности опасных производственных объектов. Объективная тенденция роста аварийности в промышленном производстве, наблюдаемая практически во всех индустриально развитых странах и связанная с широким применением сложных технологий, в Российской промышленности усугубляется нестабильностью в экономике и структурными перестройками в государственном управлении. В создавшихся условиях повышение уровня промышленной безопасности является одним из важных факторов, влияющих на стабилизацию экономики России. Эффективные пути решения поставленной задачи молено обеспечить только на основе системного подхода, сбалансировашюго сочетания экономических и административных механизмов управления и соответствующей нормативной и правовой базы.

Цель работы - разработка и обоснование методов управления уровнем промышленной безопасности предприятий на основе развития системы управления промышленной безопасностью (СУГТБ).

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

обзор исследований в области управления промышленной безопасностью;

разработка модели управления региональным уровнем промышленной безопасности на основе развития СУБП предприятия;

разработка методов оптимального выбора стратегии повышения регионального уровня промышленной безопасности;

исследование и разработка механизмов финансирования развития СУДБ предприятий;

разработка учебно-игрового комплекса для экспериментальной проверки эффективности механизмов финансирования развития СУПБ предприятий.

Научная новизна работы заключаете« в следующем:

1. Предложен метод декомпозиции задачи (определения оптимальной стратегии повышения уровня промышленной безопасности) на задачи нижнего уровня (определение оптимальных стратегий повышения уровня СУПБ предприятий) и задачу верхнего уровня (определение оптимальных нормативных уровней СУПБ предприятий).

2. Разработаны методы решения задачи верхнего уровня для выпуклых, вогнутых и произвольных зависимостей функций затрат (или упущенной выгоды) предприятий от нормативного уровня СУПБ.

3. Проведено исследование механизмов стимулирования повышения уровня СУПБ, компенсации затрат на достижение требуемого уровня СУПБ и распределения финансов на основе принципа обратных приоритетов, и получены условия их эквивалентности.

4. Разработана деловая игра «Управление промышленной безопасностью», и проведено экспериментальное исследование механизмов стимулирования и компенсации.

Практическое значение и реализация результатов исследования. Полученные в работе результаты по исследованию моделей и механизмов управления промышленной безопасностью были использованы при разработке предложений по внедрению систем управления промышленной безопасностью в организациях, эксплуатирующих опасные объекты.

Деловая шра «Управление промышленной безопасностью» вошла в состав игрового комплекса «Безопасность», разработанного в рамках Федеральной подпрограммы «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения

природных и техногенных катастроф». Результаты работы представлены в раздел «Экономические и правовые механизмы управления безопасностью» сводного тома основных результатов по Федеральной подпрограмме «Безопасность».

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовались современные методы системного анализа, теории активных систем, деловых игр.

Основу исследовашш составили теоретические и практические труды в области регулирования и обеспечения промышленной безопасности отечественных и зарубежных ученых, в числе которых: М.М. Бринчук, В.Н. Бурков, Я.Д. Вишняков, Е.В. Грацианский, Е.В. Кловач, Б.А. Красных, В.А. Легасов, В. Маршал, H.A. Махутов, В.И. Сидоров, К.В. Фролов, A.B. Щепкин и многие друг ие специалисты.

Апробация работ ы и публикации.

Результаты работы докладывались на научных семинарах ИПУ РАН, Международной научно-практической конференции по теории активпых систем, VII Международной конференции по проблемам управления безопасностью сложных систем.

Основные положения диссертации опубликованы в 3 научных работах общим объемом 3,5 печатных листа.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

Содержание работы.

Во введении определена цель диссертационной работы, обоснована актуальность рассматриваемых задач, показаны используемые в работе методы исследования, приведена структура диссертационной работы и краткое содержание ее разделов, а также основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе обсуждаются проблемы повышения уровня безопасности в регионах, дается краткий обзор исследований в данной области и основных публикаций, связанных с разработкой механизмов управления промышленной безопасностью. Обсуждается роль экономических механизмов в системе обеспечения безопасности, дается классификация основных механизмов реализации государственной политики в области обеспечения требуемого уровня безопасности. Выделена система базовых экономических механизмов, включающая механизмы экономической ответственности, механизмы перераспределения риска, механизмы формирования и распределения централизованных фондов, механизмы стимулирования повышения уровня безопасности, механизмы резервирования на случай возникновения чрезвычайной ситуации. Рассмотрены проблемы управления промышленной безопасностью на основе развития систем управления промышленной безопасностью (СУПБ) предприятий, и дается постановка задач исследования.

Во второй главе рассматривается задача определения оптимальной стратегии повышения регионального уровня промышленной безопасности.

Обозначим через п число предприятий в регионе, имеющих опасное производство, а через у, - уровень эффективности системы управления промышленной безопасностью (СУПБ) на предприятии г. Уровень эффективности - это комплексный показатель, характеризующий действующую на предприятии СУПБ. Каждому значению у, соответствуют

б

определенные нормативные требования к СУПБ, соответствие которым можно проконтролировать. Для того, чтобы можно было сравнить уровни СУПБ предприятий разной величины, разобьем большие предприятия на несколько групп, объединив в этих группах несколько подразделений (цехов, опасных участков) или отдельные подразделения. Каждую такую хруппу подразделений будем рассматривать как отдельное предприятие. Разбиаше производится таким образом, чтобы все группы имели примерно одинаковые степени промышленной опасности (риска). Другими словами, рост уровня эффективности СУПБ на одну и ту же величину имеет с точки зрения регионального уровня ПБ одно и то же значение, независимо от того, на каком предприятии это произошло.

Введем дискретную шкалу уровней эффективности СУПБ от 0 до т. Ноль соответствует фактическому отсутствию системы управления промышленной безопасностью на предприятии (имеются лишь инструкции но технике безопасности и охране труда), ш соответствует СУПБ, удовлетворяющей международным стандартам. При числе предприятий с опасным производством в регионе, равном п, региональный уровень ПБ может принимать значения от 0 до тп. Стратегия контролирующего органа заключается в установлении промежуточных уровней эффективности СУПБ на каждом предприятии, причем таких уровней, которые предприятия могут обеспечить за рассматриваемый период времени, например, квартал. Постепенно повышая требования к уровню СУПБ, контролирующий орган сможет обеспечить переход предприятий на требуемый уровень СУПБ и тем самым обеспечить требуемый уровепь ПБ в регионе.

Обозначим х^ ~ 1 если к-ое предприятие должно обеспечить в

периоде Г нормативный уровень СУПБ, равный ; и д^ = 0 в противном

случае. Так как в иериоде / каждому предприятию устанавливается одно, и только одно значение нормативного уровня, то

|Х=а к=Гп,г=1х. (1)

у-0

Мы будем рассматривать сшуацию, когда нормативные уровни СУПБ предприятия не уменьшаются от периода к периоду. В принципе, конечно, возможен вариант, когда предприятию планируется снижение нормативного уровня с тем, чтобы освободившиеся при этом средства предприятие могло направить на улучшение своего финансового состояния. Однако, такие варианты стратегий мы рассматривать не будем. Условие неуменьшения нормативных требований к СУПБ предприятий можно записать следующим образом:

2Х '=гт. к=1л (2)

; >

Совокупность значений х,. = у = йп, / = 1,7'}, удовлетворяющих (1) и (2) назовем допустимой стратегией повышения уровня СУПБ Аг-го предприятия. Совокупность допустимых стратегий всех предприятий х ~ {х,, к = 1,»} назовем допустимой стратегией повышения регионального уровня 1ТБ.

Пусть поставлена задача обеспечить рост регионального уровня ПБ от начального значения /^=0до требуемого уровня с минимальной величиной затрат или упущенной выгоды (минимальными потерями суммарного финансового результата предприятий региона). Условие достижения требуемого регионального уровня ПБ можно записать в виде

* 1

а требование минимизации затрат сводится к минимизации следующей функции

Я

* I и

где ~ величина затрат к-го пред1гриятия в результате развития и поддержания СУПБ в периоде / на уровне у при условии, что в периоде 1) уровень СУПБ был равен Задача определения оптимальной стратегии повышишя регионального уровня ГШ заключается в минимизации (4) при ограничениях (1)-(3). Очевидно, что эта задача нелинейного целочисленного программирования.

В основе предлагаемого метода решения лежит идея декомпозиции задачи. Предположим, что нам известны нормативные требовашш к СУПБ всех предприятий в периоде '/'. Обозначим их через >>1Г, к-\,п.

Заметим теперь, что если ><,, заданы, то задача разбивается на п независимых задач для каждого предприятия: минимизировать

(Я

при ограничениях

2>: -I, (6)

т т _

Ъ^'З^гК^гТ (7)

м>

Х^/У^н-. (8)

)

Обозначим через 04(у,г) значение .5, (г.) в оптимальном решетпш задачи (5)-(8) для к-го предприятия. Если зависимости (_),(у;:Т) получены для всех >'дгг"0,1и для всех предприятий, то решение исходной задачи сводится к следующей задаче: минимизировать

д

при ограничениях укТ - целые числа, такие что 0<уьт<т, причем

п

ЗУа^Вг- (10)

Для решения задач (5)-(8) предлагается следующая сетевая модель. Пусть существующий уровень СУПБ предприятия равен уш, и поставлена задача разработать стратегию повышения этого уровня за Т периодов до величины уа=т. (Примем для определенности, что ,у*0~О). Определим сеть, состоящую из начальной вершины х0, конечных (м+1) вершин и Г слоев, каждый из которых содержит (ш+1) вершин. Начальная вершина соединена дугами со всеми вершинами первого слоя. Будем обозначать (/, Г) вершину С-го слоя, которой соответствует уровень / (г=0,...,/л)- Из каждой вершины (/, (), где t < Т, идут дуги в вершины (/', /+1) такие, что Это соответствует тому, что уровень ПБ предприятия от периода к периоду не уменьшается (либо повышается, либо остается прежним). Пример такой сети для случая Т-3, ш=3 приведен на рис.1.

Рис.1

Заметим, что любой путь в сети, соединяющий начальную вершину с конечной, определяет некоторую стратегию повышения уровня СУПБ предприятия. Так, пути (2,1),(2,2),(3,3)} соответствует стратегия (0, 2, 2, 3), согласно которой к концу первого периода обеспечивается уровень СУПБ предприятия равный к концу второго периода этот уровепь

сохраняется прежним уп~2, а к концу третьего периода уровень СУПБ предприятия повышается до требуемой величины у^-3. Верно и обратное, что любой стратегии повышения уровня СУПБ предприятия соответствует некоторый путь в сети возможных стратегий, соединяющий начальную вершину с одной из конечных.

Примем длины дуг сети равными соответствующим затратам на развитие СУПБ. В этом случае задача определения зависимостей О,¿уа) сводится к определению кратчайших путей из начальной вершины хо в конечные вершины слоя Т. Для ее решения можно применить известные алгоритмы определения кратчайших путей в сетях. Рассмотрим методы решения задачи верхнего уровня. Анализ предприятий с опасным производством показал, что можно выделить три группы предприятий. Для предприятий первой группы затраты на развитие СУПБ увеличиваются с ростом уровня системы (максимальные затраты приходятся на конечный период). Таким предприятиям соответствуют выпуклые зависимости ()к(уч)• Для предприятий второй 1руппы затраты на развитие СУПБ уменьшаются с ростом уровня системы (максимальные затраты приходятся на начальный период). Таким предприятиям соответствуют вогнутые зависимости (ДО'н). Наконец, для предприятий третьей группы основные затраты приходятся па средние уровни СУПБ, что соответствует зависимостям О^уп) общего вида. Поэтому необходима разработка методов решения задачи верхнего уровня для всех возможных случаев.

н

Поскольку 0(у) заданы в дискретных точкахукг=0,1...т, то обычное определение выпуклости к ним не применимо. Однако, если соседние значения О (у) соединить отрезками прямой, то получится непрерывная кусочно-линейная функция й(у). Будем считать 0(у) выпуклой или вогнугой, если функция 0[у) - выпуклая или вогнутая соответственно. Для случая выпуклых зависимостей задача (9), (10) решается достаточно нросто известными методами, поскольку всегда существует оптимальное целочисленное решение.

Рассмотрим случай вогнутых зависимостей £>„{укг), предполагая, что <2„ = 0 (это всегда можно сделать, вычитая ()ы из всех значений дК,) Извесшо, что задача (9), (10) в случае вогнутых зависимостей ()к{укТ) является многоэкстремальной. Тем не менее, учитывая специфику задачи, связанную с тем, что принимает целочисленные значения от 0 до т, можно предложить эффективный алгоритм ее решения. Предварительно докажем ряд утверждений.

Утверждение 1. Существует оптимальное решение задачи (9), (10), в котором имеется не более одного предприятия со значением 0<уг<гп.

Пусть предприятия пронумерованы в порядке возрастания £)Лт, то

есть

Утверждение 2. Если И-г-ц-т, где q - целое положительное число, то оптимальное решение задачи (9), (10) имеет вид уктт, к-Ад ; укТ=0, к>ц.

Таким образом, если Яг^дгп+з, где 0<ч<т, то существует оптимальное решение, в котором одно, и только одно предприятие имеет значение

Пусть часть функций Ок(укТ) являются выпуклыми, а часть -вогнутыми. В этом случае задача решается в два этапа. На первом этапе

решается задача только для множества предприятий с вогнутыми функциями {^(Л-Очр^ различных значениях . Пусть Н -

мпожество предприятий с вогнутыми зависимостями. Обозначим ()и (К) -зависимость шшимальной величины суммарного ущерба от уровня К. Заметим, что эта функция не является, как правило, ни выпуклой, ни вогнутой.

На втором этапе решается задача для предприятий с выпуклыми зависимостями О^У^) и одним обобщенным предприятием Л, имеющим зависимость Ои(Я). Для решения этой задачи эффективным методом является метод ветвей и границ. В этом методе зависимость^ (Я) заменяется выпуклой оценочной функцией 0„{1<)< £>,,.(#)> максимально близкой к Оп(л). Эффективность метода определяется в данном случае тем, что невыпуклой является только одна функция Оя(я), и поэтому ветвление будет проводиться только в случае, если Qn{R)■

Рассмотрим общий случай, когда существуют предприятия, функции (?, (^которых пе являются ни выпуклыми, ни вогнутыми. Опишем применение метода ветвей и границ для этого случая.

I шаг. Строим оценочные функции (¿О'«-) для всех невыпуклых зависимостей (А(Ч';т).

II шаг. Решаем оценочную задачу.

Нетрудно доказать, что всегда существует решение оцепочной задачи, в котором не более чем для одного предприятия имеет * б*(Уи) в оптимальном решении оценочной задачи. Из этого факта следует естественная процедура разбиения па подмножества.

III шаг. Оцениваем каждое подмножество, решая оценочные задачи согласно шагам 1 и П. Из двух подмножеств выбираем подмножество с минимальной оценкой. Если для этого подмножества в оптимальном

в

решении оценочной задачи существует предприятие, для которою ОкЬ'то повторяем процедуру разбиения на подмножества, каждый раз оценивая новые подмножества и выбирая из всех полученных подмножеств то, оценка которого минимальна. Как только получено нодмнож-ество, для которого нижняя опенка является точной (то есть <2>(Укт) = Л (у.т-)для всех предприятий),, задача решена.

В третьей главе рассмотрены механизмы финансирования развития СУПБ. Проведено исследование механизмов стимулирования, компенсации и обратных приоритетов.

Для того, чтобы решить задачу минимизации затрат на развитие СУПБ, территориальные органы Госгортехнадзора должны получить от предприятий информацию о величине упущенной выгоды (¿К, при переходе за период Т на у-ый уровень СУПБ. Центральной проблемой является создание условий, исключающих сознательное искажение этой информации. Механизмы управления, стимулирующие представление достоверной информации, называются механизмами честной игры, или неманипулируемыми механизмами. В работе рассмотрен механизм такого рода, в котором в качестве фактора, стимулирующего рост уровня СУПБ, выступает уменьшение платы за риск, налоговые льготы (уменьшение налогооблагаемой прибыли с ростом уровня СУПБ) и т. д.

Обозначим через а величину стимулирующего норматива (например, уменьшение налогооблагаемой прибыли при росте уровня СУПБ на единицу). Тогда при планируемом для к-то предприятия уровне

СУПБ, равном эффект для предприятия будет равен <Щ. Обозначая затраты через Фк(хк), мы можем представить целевую функцию к-го предприятия в виде разности стимулов ахк и затрат <рк(хк), то есть

йхк)=™к-<рк{хк). (II)

Пусть (рк{хк) - выпуклые, непрерывно дифференцируемые функции

х1с. В этом случае условие максимума (11) можно записать в виде

%

02,

(предполагаем, что максимум достигается в точке -ч > 0). Разрешая уравнение (12) относительно хк, получаем

Определ1Ш параметр а из условия

(13)

ы к

где Нт - требуемое значение регионального уровня ГТБ.

Примем, что информация о функции рк(хк), сообщаемая отдельным предгфпятием, слабо влияет на параметр а, то есть даже при больших изменениях величина а, получаемая из решения уравнения (13), изменяется незначительно (гипотеза слабого влияния). В этом случае, как известно, представление достоверной информации является доминантной стратегией каждого предприятия.

Предложенный механизм стимулирования не является единственно возможным. Так, возможен вариант компенсации предприятию затрат на создание и развитие СУПБ. Фактически, механизм компенсации затрат является механизмом централизованного финансирования мероприятий по созданию и развитию СУПБ. В работе рассмотрены функции затрат следующего вида

где <р - выпуклая, непрерывно дифференцируемая функция, причем р{0)=0. Показано, что в этом случае и механизм стимулирования, и

механизм компенсации приводят к одному и тому же распределению заданий на рост нормативных уровней СУ11Б

которое минимизирует суммарные затраты на достижение требуемого регионального уровня ПБ. Более того, имеет место

Теорема 1. При гипотезе слабого влияния механизм стимулирования и механизм компенсации требует одинаковой величины централизованных средств.

Таким образом, для рассмотренного вида зависимостей механизм стимулирования эквивалентен механизму компенсации в том смысле, что оба механизма определяют одно и тоже распределение нормативных уровней и требуют одной и той же величины централизованных средств.

Приоритетные механизмы исследовались для случая, когда центр занимался только распределением ресурса. В работе рассмотрен вариант, когда центр устанавливает элементам также и планы повышения уровня СУПБ. Вид такого механизма на примере функций типа Кобба-Дугласа выглядит следующим образом (для упрощения принято Яг=1):

где хг задание на рост уровня СУПБ 1-го предприятия, <р, - затраты на обеспечение уровня х, , - количество получаемых средств. В случае, когда минимум достигается в первом члене, механизм обратных

' V V

2,-111111

приоритетов эквивалентен механизму компенсации. Для этого необходимо и достаточно выполнение условия:

Ф II"'^а

Перейдем к исследованию эффективности рассмотренных выше механизмов для дискретных зависимостей затрат (упущенной выгоды) на развитие СУ11Б до требуемого уровня. Далее для однозначное™ будем понимать иод величинами <2^ затраты, хотя это может быть и упущенная выгода. Сначала рассмотрим так называемый выпуклый случай, когда замена дискретной функции соответствующей кусочно-линейной

непрерывной функцией дает выпуклую функцию. Механизм стимулирования роста уровня СУГ1Б и дискретном случае будег иметь вид

Фи= X (М-зц)*« ,

где Як,— оценка затрат предприягия к, требуемых на достижение уровня у, .Ум-0, то есть, при установлении предприятию нормативных требований Укт-.Ь предприятие получает сумму Л либо из централизованного фонда стимулирования, либо в виде налоговых льгот. Примем, как и в непрерывном случае, гипотезу слабого влияния оценок отдельного

предприятия на параметр стимулирования А. В этом случае сообщение достоверных оценок является доминантной стратегией предприятия. Согласно принципу честной игры, план хк повышения уровня СУПБ ¿'-го предприятия должен удовлетворять условиям совершенного согласования:

При сообщении достоверных оценок условия совершенного согласования принимают вид

тах {л]-Оь)

Возникает вопрос, всегда ли существует параметр стимулирования Я такой, что оптимальный план х' является эписогласовашшм. Ответ на этот вопрос дает

Теорема 2. Для шобых Ок,, у - 1,т, к = ТУг, существуют параметр Я такой, что условия совершенного согласования выполняются для оптимального плана**.

На основе проведенного в работе анализа случая одинаковых предприятий, можно сделать определенные выводы для общего случая. Степень искажения информации зависит от первых разностей функций затрат. Можно сделать качественный вывод, что с увеличением числа предприятий увеличивается вероятность появления предприятий с близкими первыми разностями и, следовательно, уменьшается степень искажения информации.

Рассмотрим механизм компенсации при ограниченной величине централизованных средств Ф. Примем сначала, что каждое предприятие получаст задание на рост уровня СУПБ не более чем на одну единицу. В этом случае механизм компенсации является конкурсным механизмом (прямой, дискретный конкурс с игрой по заявкам на ресурс, по классификации Е.Маркотенко). Эффективностью конкурсного механизма называется отношение приращения регионального уровня промышленной безопасности, полученного в результате применения механизма, к тому приращению, которое Центр смог бы обеспечить, имея достоверную информацию о затратах предприятий на рост уровня СУПБ. В работе получена нижняя оценка величины эффективности компенсационного механизма

Э > 1/(2-£),

где е- отношение минимальных затрат предприятий на рост уровня СУП! на единицу к максимальным (величина с характеризует разброс

п

предприятий по затратам на развитие СУПБ). Из этой оценки, в частности, следует, что если разброс не велик, то есть <?~1, то эффективность компенсационного механизма близка к 1. Если ограничение на рост уровпя СУПБ не более чем на 1 спять, то оценка эффективности механизма компенсации может быть низкой. В работе приведены примеры, когда эта оценка равна 1 /т, где т - число уровней СУПБ. Поэтому можно рекомендовать многоэтапную процедуру планирования развития СУПБ. На первом этапе распределяется некоторый фонд Ф; на основе механизма компенсации при условии, что уровень СУПБ каждого предприятия увеличивается не более чем на единицу. Если полученная в результате величина регионального уровня ГШ признается недостаточной, то процедура повторяется с дополнительным фондом Фг и т.д. Высокая эффективность каждого этапа определяет высокую эффективность многоэтапного механизма.

Трудности аналитического исследования механизмов финансирования развития СУПБ в дискретном случае делают целесообразной разработку деловых игр для экспериментального исследования различных механизмов и применения в учебпых целях.

В работе дано описание деловой игры «Управление промышленной безопасностью», разработанной совместно с Б.А.Красиых. Проведение ряда игр по механизмам стимулирования и компенсации показало, что в обоих механизмах для достижения заданной величины регионального уровня ПБ требуются близкие величины централизованных средств. Это в определенной степени подтверждает гипотезу об эквивалентности механизма стимулирования и механизма компенсации в дискретном случае, хотя число проведенных игр недостаточно для статистически достоверных выводов.

Основные результаты работы.

¡.Предложен метод декомпозиции для решения задачи минимизации затрат на развитие СУПБ предприятий.

2.Разработан эффективный алгоритм решения задачи верхнего уровня (определение нормативных уровней СУПБ предприятий региона) для вогнутых зависимостей затрат от величины нормативного уровня.

3.Разрабоан метод ветвей и границ для решения задачи верхнего уровня в случае выпукло-вогнутых зависимостей затрат от нормативного уровня СУПБ и для общего случая.

4.Доказана теорема об эквивалентности механизма стимулирования и механизма компенсации для определенного класса зависимостей затрат от нормативного уровня СУПБ.

5.Получена оценка снизу эффективности механизма компенсации в дискретном случае.

Публикации по теме диссертации.

1.Грацианский Б.В., Гршценко А.Ф. Экономические механизмы управления риском. - В кн. Теория активных систем / Труды Юбилейной международной научно-практической конференции. Москва, 1999.

2.Бурков В.Н., Гршценко А.Ф. Оценка эффективности экономических механизмов обеспечения региональной безопасности. В кн. Проблемы управления безопасностью сложных систем: Материалы VII международной конференции. Москва, 20 декабря 1999 г. М: РГГУ.

3.Бурков В.Н., Грищенко А.Ф., Кулик О.С. Задачи оптимального управления промышленной безопасностью.М.2000(Препринт/Институт проблем управления им.В. А.Трапезникова РАН).

До

Введение.

Глава I. Экономические механизмы обеспечения безопасности.

1.1. Место экономических механизмов в системе обеспечения безопасности.

1.2. Основные механизмы реализации государственной политики в области обеспечения безопасности.

1.3. Базовые экономические механизмы.

1.4. Проблемы управления промышленной безопасностью.

Глава II. Определение оптимальной стратегии повышения регионального уровня промышленной безопасности.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Метод решения.

2.3. Выпуклый случай.

2.4. Вогнутый случай.

2.5. Выпукло-вогнутый случай.

2.6. Общий случай.

2.7. Метод динамического программирования.

Глава Ш. Механизмы стимулирования роста уровня промышленной безопасности.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Сравнение механизмов стимулирования и компенсации.

3.3. Принцип обратных приоритетов.

3.4. Дискретные функции затрат. Выпуклый случай.

3.5. Дискретные функции затрат. Вогнутый случай.

3.6. Деловая игра

Диссертационная работа посвящена разработке моделей и методов управления региональным уровнем промышленной безопасности на основе развития систем управления промышленной безопасностью на предприятиях.

Актуальность темы: Актуальность темы исследования обосновывается необходимостью повышения уровня промышленной безопасности опасных производственных объектов. Объективная тенденция роста аварийности в промышленном производстве, наблюдаемая практически во всех индустриально развитых странах и связанная с широким применением сложных технологий, в Российской промышленности усугубляется нестабильностью в экономике и структурными перестройками в государственном управлении. В создавшихся условиях повышение уровня промышленной безопасности является одним из важных факторов, влияющих на стабилизацию экономики России. Эффективные пути решения поставленной задачи можно обеспечить только на основе системного подхода, сбалансированного сочетания экономических и административных механизмов управления и соответствующей нормативной и правовой базы.

Цель работы - разработка и обоснование методов управления уровнем промышленной безопасности предприятий на основе развития системы управления промышленной безопасностью (СУПБ).

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- обзор исследований в области управления промышленной безопасностью;

- разработка модели управления региональным уровнем промышленной безопасности на основе развития СУБП предприятия;

- разработка методов оптимального выбора стратегии повышения регионального уровня промышленной безопасности;

- исследование и разработка механизмов финансирования развития СУПБ предприятий;

- разработка учебно-игрового комплекса для экспериментальной проверки эффективности механизмов финансирования развития СУПБ предприятий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен метод декомпозиции задачи (определения оптимальной стратегии повышения уровня промышленной безопасности) на задачи нижнего уровня (определение оптимальных стратегий повышения уровня СУПБ предприятий) и задачу верхнего уровня (определение оптимальных нормативных уровней СУПБ предприятий).

2. Разработаны методы решения задачи верхнего уровня для выпуклых, вогнутых и произвольных зависимостей функций затрат (или упущенной выгоды) предприятий от нормативного уровня СУПБ.

3. Проведено исследование механизмов финансирования повышения уровня СУПБ, таких, как механизм стимулирования повышения уровня СУПБ, механизм компенсации затрат на достижение требуемого уровня СУПБ и механизм распределения финансов на основе принципа обратных приоритетов, и получены условия их эквивалентности.

4. Разработана деловая игра «Управление промышленной безопасностью», и проведено экспериментальное исследование механизмов стимулирования и компенсации.

Практическое значение и реализация результатов исследования.

Полученные в работе результаты по исследованию моделей и механизмов управления промышленной безопасностью были использованы при разработке предложений по внедрению систем управления промышленной безопасностью в организациях, эксплуатирующих опасные объекты.

Деловая игра «Управление промышленной безопасностью» вошла в состав игрового комплекса «Безопасность», разработанного в рамках Федеральной подпрограммы «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф». Результаты работы представлены в раздел «Экономические и правовые механизмы управления безопасностью» сводного тома основных результатов по Федеральной подпрограмме «Безопасность».

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовались современные методы системного анализа, теории активных систем, деловых игр.

Основу исследований составили теоретические и практические труды в области регулирования и обеспечения промышленной безопасности отечественных и зарубежных ученых, в числе которых: М.М. Бринчук, В.Н. Бурков, Я.Д. Вишняков, Е.В. Грацианский, Е.В. Кловач, Б.А. Красных, В.А. Легасов, В. Маршал, H.A. Махутов, В.И. Сидоров, К.В. Фролов, A.B. Щепкин и многие другие специалисты.

Апробация работы и публикации.

Результаты работы докладывались на научных семинарах ИПУ РАН, Международной научно-практической конференции по теории активных систем, VII Международной конференции по проблемам управления безопасностью сложных систем.

Основные положения диссертации опубликованы в 3 научных работах общим объемом 3,5 печатных листа.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

В первой главе обсуждаются проблемы повышения уровня безопасности, дается классификация основных механизмов управления безопасностью. Выделена система базовых экономических механизмов. Рассмотрены проблемы управления промышленной безопасностью на основе развития систем управления промышленной безопасностью на предприятиях и дается постановка задач исследования.

Во второй главе рассмотрены методы решения задачи определения оптимальной стратегии повышения регионального уровня промышленной безопасности.

Третья глава посвящена теоретико-игровому и экспериментальному исследованию механизмов стимулирования повышения уровня систем управления промышленной безопасностью предприятий. Экспериментальное исследование проводится на основе деловой игры «Управление промышленной безопасностью».

В заключении обсуждаются основные результаты работы.

выгоды для предприятия вкф

•ГкФ

Г Л А

ЧГк8У

Бф

Г1 Л С Л г Мк ф — У

Определим максимум этой величины по Бь Имеем

О*,

Заметим, что 8ф(Ш) составляет суммарную величину компенсации из централизованного фонда. Действительно, гх\

Еад к=1 ч8ку так как хк к

Имеем

Из условия = Б получаем к=1

Гл\

Бф

3.2.5)

Фк=8ф гп ф' ГlнJ н или что полностью совпадает с (3.1.4)!

Пусть ф(г) = га, а > 1. В этом случае ф'(г) = аъл, и уравнение (3.1.2) принимает вид 1 а-1 а1 Н а-1 '111111

Г 1 Л а-1

График функции (1/а)1/а1 приведен на рис. 3.1.

1 2 3 4 5 Рис. 3.1.

Заметим, что

НшГ—1а 1 = а-»IV а. ) а

Нш а-»оо а-1 ^

Таким образом, оба механизма эквивалентны с точки зрения величины требуемых централизованных средств. Однако, механизм стимулирования имеет важное преимущество - он стимулирует представление достоверной информации о величине упущенной выгоды (или о величине затрат). Полученный результат, опять же, имеет место для выпуклых, непрерывно-дифференцируемых функций. Как поведут себя механизмы стимулирования и механизмы компенсации в дискретном случае? Ответ на этот вопрос требует дальнейших исследований.

3.3. Принцип обратных приоритетов

Рассмотренные выше механизмы стимулирования и компенсации требуют определенной величины централизованных средств. Однако, что делать, если централизованные средства ограничены или состояние бюджета на позволяет реализовать налоговые льготы в требуемом объеме?

Пусть имеется определенная величина Ф централизованных средств, которую регион может направить для стимулирования развития СУПБ предприятий. В теории активных систем предложены и исследованы различные механизмы распределения ограниченных ресурсов [10,38]. Среди них выделяются так называемые приоритетные механизмы [12].

Обозначим через ^ - заявку на ресурс, представляемую ьым предприятием, ъх - количество получаемого им ресурса. Для каждого предприятия определяется функция приоритета т^СуО и ресурс Ф распределяется согласно выражению

3.3.1) 2* = шт[уь угь(уО], где параметр у определяется из условия

3.3.2) X тт[у 1; у^ (у 1)] = К.

1=1

Если г^уО - возрастающие функции у^ для всех I, то это механизм прямых приоритетов, если г^Уд - убывающие функции у, для всех то это механизм обратных приоритетов. Наконец, если т^СуО не зависит от у^ для всех то это механизм абсолютных приоритетов. Механизмы прямых приоритетов в настоящее время редко применяются в силу того, что они порождают тенденцию роста величины заявляемого ресурса. В механизмах абсолютных приоритетов, как правило, величина получаемого ресурса не зависит от заявки и определяется величиной приоритета. Основным преимуществом механизмов обратных приоритетов является исключение тенденции роста заявок. Более того, в условиях дефицита ресурса они порождают обратную тенденцию - уменьшения заявок, причем тем большую, чем больше дефицит.

Приоритетные механизмы исследовались для случая, когда центр занимался только распределением ресурса. В нашем случае центр, помимо распределения ресурса, устанавливает элементам также и планы повышения уровня СУПБ. Рассмотрим механизмы обратных приоритетов на примере функций затрат (Шг^хД Пусть, как и ранее, $ - оценка параметра ц. В этом случае в;

У1

Возьмем в качестве приоритетов функции Г|;(у0 = 1 !уу. В этом случае механизм распределения фонда Ф будет иметь вид

3.3.4) тип Ь

8; Ь Ф

Целевая функция 1-го элемента имеет вид

1/

3.3.5) = гшп л

2Ъ1 I

-Ф з

2ф

2 ■

Предположим, что для всех предприятий минимум в выражении (3.3.5) достигается на первом члене. В этом случае, как легко видеть, максимум £ для каждого предприятия достигается при сообщении оценки ^ = 1/2г1 (при гипотезе слабого влияния). В этом случае механизм обратных приоритетов эквивалентен механизму компенсации.

Для того, чтобы минимум достигался на первом члене необходимо и достаточно выполнение условия:

3.3.6) ши ФН-1

Докажем этот факт. Для этого заметим, что величина 1/Н равна сумме компенсационных выплат всем предприятиям при сообщении ими оценок в! = 1/2г;, 1 = 1, п. Действительно, ф, = = = к ё^Б2 2Б Н

Пусть Г1 > г2 > ••• > гп. Из выражения (3.3.5) следует, что чем меньше коэффициент гь тем больше доля фонда Ф, получаемая согласно обратным приоритетам. Поэтому предприятие с минимальной величиной параметра гп получит максимальную долю фонда. А значит, это предприятие получит долю фонда, равную величине компенсационных выплат при зп = 1/2гп. Вычитаем из фонда Ф долю, равную компенсации предприятию п и повторяем процедуру (3.3.5) для оставшихся предприятий. Продолжая таким образом, получаем, что каждое предприятие получает долю фонда, равную величине компенсации.

Пусть теперь Ф < 1/Н. В этом случае, при в! = г 1/2, предприятие 1 получит долю фонда меньше чем величина компенсации, так как минимум будет достигаться на втором члене под знаком минимума в выражении (3.3.5). Поэтому, в равновесии Бх < Гх / 2. Если вх > г2/2, то величина вх определяется из уравнения

8х(1+81д2,п)=2(8х+Н2,п)2Ф, п 2 1 п где 02,п н2,п .

2 4 ^ 2

Пусть число предприятий, для которых 81 < '/г гь равно к. Покажем, что в этом случае для всех этих предприятий Б; = Бь 1 = 1,к. Действительно, из условия равенства выражений под знаком минимума получаем, что

2 2у32Ф то есть не зависит от I Величина эк определяется из следующего квадратного уравнения:

3.3.7) 8к(к + 8к0к+1>п) = 2(кзк +Нк+1д1)2Ф.

Число к определяется путем последовательного решения уравнения (3.3.7) для к = 1,2, — , пока не будет получено к такое, что зк > гк-ц/2.

Таким образом, чем меньше фонд Ф, тем больше предприятий будут сообщать одинаковые оценки параметров эк < '/г гк, что приводит к неоптимальному распределению нормативных требований по предприятиям, а значит, к росту затрат на достижение требуемого значения регионального уровня промышленной безопасности. Этот качественный вывод сохраняется для функций затрат более общего вида, например, функций типа Кобба-Дугласа.

3.4. Дискретные функции затрат. Выпуклый случай.

Перейдем к исследованию эффективности рассмотренных выше механизмов для дискретных зависимостей затрат (упущенной выгоды) на развитие СУПБ до требуемого уровня. Далее для однозначности будем понимать под величинами Оц затраты, хотя это может быть и упущенная выгода. Сначала рассмотрим так называемый выпуклый случай, когда замена дискретной функции соответствующей кусочно-линейной непрерывной функцией дает выпуклую функцию.

А) Механизм стимулирования

Механизм стимулирования роста уровня СУПБ в дискретном случае будет иметь вид

3.4.1) где Бщ - оценка затрат предприятия к, требуемых на достижение уровня }, зк0 = 0, то есть, при установлении предприятию нормативных требований укт = предприятие получает либо из централизованного фонда стимулирования, либо в виде налоговых льгот, сумму

Примем, как и в непрерывном случае, гипотезу слабого влияния оценок 8к = {ву} отдельного предприятия на параметр стимулирования а,. В этом случае, как показано в [15], сообщение достоверных оценок Бк = С>к является доминантной стратегией предприятия, если механизм управления является механизмом открытого управления (честной игры). Согласно принципу честной игры, план хк повышения уровня СУПБ к-го предприятия должен удовлетворять следующим условиям совершенного согласования:

Смысл этих условий в том, что предприятие должно получить задание по росту уровня СУПБ до такой величины q, при которой разность стимулов А,] и оценок затрат Бу максимальна.

При сообщении достоверных оценок условия совершенного согласования принимают вид

Возникает вопрос, всегда ли существует параметр стимулирования X такой, что оптимальный план х* является эписогласованным, то есть, удовлетворяет условиям (3.4.2). Ответ на этот вопрос дает следующая теорема.

Теорема 3.1. Для любых Ру, ] = 1, 2, 3, к = 1,п, существует параметр X такой, что условия совершенного согласования выполняются для оптимального плана х*.

Доказательство. Рассмотрим задачу оптимального планирования нормативных уровней к СУПБ предприятий: минимизировать

3.4.2)

3.4.3)

ЕРкДХко при ограничениях: х^ = {0,1},

3.4.4)

Ехк|<1, к = 1,п J

3.4.5)

Х^Хк^Кт.

Ограничение х^ = {0, 1} можно заменить условием х^ > 0,так как при этом условии задача всегда имеет целочисленное решение. Сформулируем двойственную задачу, введя двойственные переменные ик > О, к = 1,п и А, > 0: максимизировать п к=1 при ограничениях

Аз-Чк^Од, ] = 1,2,3, к = 1,п, или

3.4.6) ик = тах(л, • ] - ^ к = 1,п

Поскольку прямая задача имеет решение, то двойственная задача тоже имеет решение, то есть существует л > 0, ик, к = 1,п, удовлетворяющие (3.4.6), а значит, условия совершенного согласования имеют место. Теорема доказана.

Величину стимулирующего параметра легко определить, зная оптимальный план х*. Если обозначить через ]к - уровень СУПБ к-го предприятия в оптимальном плане, то минимальная величина X определяется выражением

3.4.7) ^ =

Пример 3.3. Значения СЬд для пяти предприятий приведены в таблице 3.1.

3.6. Заключение.

В заключение перечислим основные результаты диссертационной работы:

1.Предложен метод декомпозиции для решения задачи минимизации затрат на развитие СУПБ предприятий.

2. Разработан эффективный алгоритм решения задачи верхнего уровня (определение нормативных уровней СУПБ предприятий региона) для вогнутых зависимостей затрат от величины нормативного уровня.

3.Разрабоан метод ветвей и границ для решения задачи верхнего уровня в случае выпукло-вогнутых зависимостей затрат от нормативного уровня СУПБ и для общего случая.

4.Доказана теорема об эквивалентности механизма стимулирования и механизма компенсации для определенного класса зависимостей затрат от нормативного уровня СУПБ.

5.Получена оценка снизу эффективности механизма компенсации в дискретном случае.

1. Порфирьев Б.Н. Государственное управление в чрезвычайных ситуациях. М.: Наука, 1991.

2. Порфирьев Б.Н. Проблемы организации и структура государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций в России. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ, 1998.

3. Бурков В.Н., Кловач Е.В., Красных Б.А., Сидоров В.И. Модели и механизмы управления промышленной безопасностью. М.: ИПУ РАН, 1999.

4. Бурков В.Н., Новиков Д.А. Как управлять проектами. М.: СИНТЕГ, 1997.

5. Бурков В.Н., Сергеев Г.С. Управление риском: экономические аспекты обеспечения производственной безопасности. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ, 1998.

6. Бурков В.Н., Щепкин A.B. Экономическое регулирование предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Автоматизация в медицине и экологии,- МГП ВНТО им. С И. Вавилова, 1991.

7. Бурков В.Н., Щепкин A.B. Механизмы безопасности: оценка эффективности. Вопросы экономики, № 1, 1992.

8. Бурков В.Н., Горидзе И.А., Ловецкий С.Е. Прикладные задачи теории графов. -Тблиси, Мецниерта, 1974.

9. Бурков В.Н., Горгидзе И.И., Юсупов Б. Механизмы смешанного финансирования программ повышения уровня безопасности регионов. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. М.,1997.

10. Бурков В.Н., Данев Б., Еналеев А.К. и др. Большие системы: моделирование организационных механизмов. М.: Наука, 1989,245 с.

11. Бурков В.Н., Ириков В.А. Модели и методы управления организационными системами. М.: Наука, 1994,270 с.

12. Бурков В.Н., Кондратьев В.В., Цыганов В.В., Черкашин A.M. Теория активных систем и совершенствование хозяйственного механизма. М.: Наука, 1984, 272 с.

13. Бурков В.Н., Новиков Д.А. Введение в теорию активных систем. М.: ИПУ РАН, 1996.

14. Бурков В.Н. Математические основы теории активных систем. М.: Наука, 1977.

15. Бурков В.Н., Грищенко А.Ф. Оценка эффективности экономических механизмов обеспечения региональной безопасности. Проблемы управления безопасностью сложных систем: Материалы VII международной конференции. Москва, 20 декабря 1999, М.: РГГУ.

16. Бурков В.Н., Грищенко А.Ф., Кулик О.С. Задачи оптимального упавления промышленной безопасностью. М., 2000. (Препринт / ИПУ им. В.А.Трапезникова РАН).

17. Балабаев А.И., Бурков В.Н., Щепкин А.В. Экономические регуляторы и загрязнение окружающей среды. Математическое моделирование в проблемах рационального природоиспользования. Ростов на Дону, 1991.

18. Гуреев А.Б., Дзюбко С.И. Задачи формирования программы обеспечения региональной безопасности. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. -М.,1997.

19. Овчинников С.А. Выбор оптимальной последовательности мероприятий по ликвидации чрезвычайных ситуаций. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. М.,1997.

20. Жаворонкова Н.Г. Правовые проблемы совершенствования законодательства о промышленной безопасности. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ, 1998.

21. Кловач Е.В., Красных Б.А., Печеркин А.С., Сидоров В.И. О федеральном законе «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ, 1998.

22. LAN Sutton Process Safety Management. USA, 1997.

23. Махутов H.A., Грацианский E.B., Петров В.П., Тарташев Н.И. Изменения, совершенствование и развитие структур ГНТП «Безопасность». Задачи и приоритеты на 1998 г. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. -М.: ВИНИТИ, 1998.

24. Махутов H.A. ГНТП «Безопасность»: основные итоги работы первого этапа 1991-1995 гг. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ, 1998.

25. Грацианский Е.В. Аналитический обзор работ по ГНТП «Безопасность» в 1993 г. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ, 1998.

26. Щепкин A.B. Имитационная система оценки эффективности экономических механизмов безопасности. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. М., 1992.

27. В. Щепкин A.B. Механизм купли и продажи квот в задача управления риском. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. — М., 1992.

28. Э. Щепкин A.B. Игровое моделирование эколого-экономических механизмов. III Международный эколого-экономический конгресс. М.,1995.

29. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасны производственных объектов» от 21.07.97 г. №116-ФЗ (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, №30, ст.3558).

30. Н.Джонсон, Ф.Лион. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Т.1: Методы обработки данных. М.: Мир, 1980.

31. Маршев В.И., Михалев В.Ф. Хозяйственные ситуации и управленческие игры в обучении экономистов и руководящих кадров. Вестник МГУ, сер.7, Экономика, 1987.

32. Чепрунова О.Ю., Щепкин A.B. Разработка экспериментов с моделями организационных систем. Автоматика и телемеханика, 1998, №8.

33. Ириков В.А., Ильдеменов C.B. и др. Технология вывода предприятия из критического и банкротного состояния в конкурентоспособное. МФТИ, 1996.

34. Грацианский Е.В., Грищенко А.Ф. Экономические механизмы управления риском. Теория активных систем / Труды Юбилейной международной Научно-практической конференции. М., 1999.

35. Новиков Д.А. Эколого-экоиомический мониторинг: затраты и достоверность информации. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. М.,1997.

36. Квон О.Ф. Распределение ограниченных средств в условиях чрезвычайной ситуации. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. М.,1997.