автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Методы и алгоритмы поддержки управленческих решений при планировании ресурсного обеспечения территориальных подразделений пожарной охраны

ПСАРЕВ ДМИТРИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕСУРСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ПОЖАРНОЙ ОХРАНЫ

Специальность: 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2014 005556856

005556856

ПСАРЕВ ДМИТРИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕСУРСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ПОЖАРНОЙ ОХРАНЫ

Специальность: 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2014

Работа выполнена в учебно-научном комплексе автоматизированных систем и информационных технологий (УНК АСИТ) ФГБОУ ВПО «Академия Государственной противопожарной службы (ГПС) МЧС России»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Топольский Николай Григорьевич,

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, научный руководитель учебно-научного комплекса автоматизированных систем и информационных технологий Академии ГПС МЧС России

Качанов Сергей Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, заместитель начальника по научной работе ФГБУ ВНИИ (ФЦ) МЧС России

Порошин Александр Алексеевич,

доктор технических наук, с.н.с. начальник научно-исследовательского центра ФГБУ ВНИИПО МЧС России

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Академия гражданской защиты МЧС России»

Защита диссертации состоится 12 ноября 2014 г. в 10:00 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.ucoz.ru/avtoreferat/Psarev.pdf

Автореферат разослан 22 августа 2014 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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Управление ресурсами подразделений пожарной охраны - сложная и зачастую нетривиальная задача. Основная проблема состоит в том, что реально существующая ресурсная база всегда ограничена и, как правило, существенно отличается от планируемой и необходимой для обеспечения потребностей подразделений пожарной охраны. Сложность и разнообразие современных чрезвычайных ситуаций (ЧС), для ликвидации последствий которых привлекаются подразделения пожарной охраны, позволяют сделать вывод о том, что решение существующих проблем управления ресурсами только с позиции накопленного опыта управленческой работы и интуиции лица, принимающего решение, не всегда приводит к желаемому результату. Многофакторность сценариев развития возможных ЧС требует в оперативной обстановке решать задачи с множеством неизвестных. Причем, особенностью выступает ежеминутность оперативной обстановки, когда от решения зависят не только варианты дальнейших действий сотрудников пожарных подразделений, но и жизни людей. Более того, практика показывает, что в особо активные сезоны ежегодно может возникать одновременно территориально распределенные и локально удаленные не одна, а несколько ЧС, причем развитие каждой из них может протекать довольно продолжительное время. Одновременно учесть все факторы практически невозможно.

Тем не менее, исследования в данной области показывают неплохие результаты. В частности, моделирование показателей требуемых ресурсов для обеспечения оперативной обстановки проработаны в достаточной мере подробно. Но проблема планирования и распределения собственных ресурсов при этом, к сожалению, отстает. Действующие пожарные подразделения до сих пор ведут в большей мере «устный» анализ ресурсной базы, планирование «на пальцах». Существующие унифицированные программные средства на основе автоматизированного офиса используются без привязки к конкретной специализированной области. Более глубокое изучение данной проблематики выявило, что практически не существует не только специализированных программных продуктов, но и планирующих моделей качественного обеспечения и решения вопросов управления ресурсной базой территориально распределенных подразделений пожарной охраны МЧС России.

Научное направление, связанное со стратегическим и тактическим планированием разного уровня, предлагает множество сложных моделей управления. В основном в качестве критерия используются экономические показатели по принципу «минимизация расходов - максимизация результатов», что не всегда соответствует действительности. Одним из современных методов управления считается формирование так называемых «маршрутных карт», позволяющих строить обоснованные, распределенные по времени системы долгосрочного управления. Особенностью механизма можно считать поддержку как прямых задач управления на основе анализа фактического состояния, так и обратных задач, опирающихся на итоговую цель и решающих промежуточные задачи

планирования. Унификация данного метода позволяет использовать методику и ресурсы в разных областях профессиональной деятельности.

В диссертации приводятся методы и алгоритмы информационно-управляющей системы, способной проводить анализ альтернативных способов формирования материально-технического обеспечения (ресурсов или ресурсной базы) подразделений пожарной охраны (ППО) МЧС России, позволяющих строить маршрутные карты долгосрочного прогноза стабильного функционирования в условиях постоянно меняющейся среды.

Объектом исследования является система управления материально-техническим обеспечением территориальных подразделений пожарной охраны и производственно-технических центров МЧС России.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы управления ресурсным обеспечением подразделений пожарной охраны МЧС России при формировании долгосрочных планов стабильного функционирования с учетом механизма маршрутных карт в рамках комбинации прямых и обратных задач.

Целью исследования является разработка и обоснование алгоритмов и методов формирования маршрутной карты поддержки управления ресурсным обеспечением подразделений пожарной охраны МЧС России при планировании стабильного функционирования на долгосрочный период.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Проведен анализ существующих информационно-управляющих систем при распределении ресурсов на предприятиях различных форм собственности.

2. Исследованы механизмы формирования маршрутных карт для малых и средних предприятий и других организаций.

3. Сформирована модель поддержки управления ресурсами подразделений пожарной охраны МЧС России в условиях прямой и обратной задач долгосрочного прогнозирования стабильного функционирования.

4. Разработаны методы и алгоритмы информационно-управляющей системы поддержки принятия решений при формировании маршрутной карты распределения ресурсов подразделений пожарной охраны МЧС России.

Методы исследования. Для решения поставленных задач используются методы исследования операций, системного анализа, теории графов, методы концептуального моделирования, линейного программирования и др.

В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований, проводимых по планам научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Академия Государственной противопожарной службы МЧС России» в период 2010-2014 гг. в учебно-научном комплексе автоматизированных систем и информационных технологий.

На базе полученных результатов разработаны модели и алгоритмы информационной системы анализа и прогнозирования поддержки управления ресурсным обеспечением подразделений пожарной охраны МЧС России при планировании стабильного функционирования на долгосрочный период.

Научную новизну представляют следующие полученные автором новые результаты: разработаны модели и алгоритмы информационной системы под-

держки управления при планировании ресурсов подразделений пожарной охраны МЧС России. Результат представлен в виде информационно-управляющей системы, а также методики информационной поддержки при составлении маршрутных карт планирования распределения ресурсов на долгосрочный период стабильного функционирования, в том числе:

— метод корректирующего планирования ресурсного обеспечения в условиях прямой и обратной задачи формирования необходимого (план) и достаточного (факт) остатка (резерва);

— метод и алгоритм поэтапного планирования ресурсного обеспечения с учетом корректирующих воздействий под влиянием внешних возмущений;

— метод и алгоритм систематизации распределения ресурсного обеспечения с учетом взаимного влияния деятельности подразделений пожарной охраны МЧС России.

Практическая ценность и значимость работы определяются способностью предлагаемой информационно-управляющей системы предоставлять лицу, принимающему решения, необходимую и достаточную информацию для планирования управления и распределения ресурсов подразделений пожарной охраны на долгосрочный период. Использование предлагаемого инструмента информационной поддержки позволит повысить уровень оснащенности структурных подразделений МЧС России за счет корректирующего учета при планировании многофакторной составляющей фактических и плановых расходов.

Достоверность полученных результатов определяется практическим внедрением и применением апробированных моделей, использованием материалов результатов диссертационной работы:

— при формировании долгосрочных планов распределения ресурсной базы на основе механизма маршрутных карт в условиях прямой и обратной задачи для типовых подразделений пожарной охраны МЧС России;

— при обосновании текущих затрат на реализацию управленческих решений в условиях периодических и случайных чрезвычайных ситуаций произвольной сложности и при несении службы в повседневном режиме.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 20, 21 и 22-й международных научно-технических конференциях «Системы безопасности» в 2011-2013 гг., XIX международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва, ИПУ РАН, 2011), международной конференции «Стратегия развития мегаполиса (некоторые аспекты) - взгляд в 2014 год» (2013 г.), а также на постоянно действующем научно-техническом семинаре УНК АСИТ Академии ГПС МЧС России.

Публикащш. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе 3 работы опубликованы в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК России, 2 работы опубликованы в единоличном авторстве, получено 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Личный вклад автора. В совместных публикациях основные результаты, связанные с разработкой модели и алгоритмов распределения ресурсов для информационной поддержки при формировании долгосрочных планов на основе

маршрутных карт управления ресурсами подразделений пожарной охраны МЧС России получены автором самостоятельно, в работах [1-4, 9-11] автор принимал участие в построении моделей и разработке алгоритмов.

Внедрение результатов работы. Разработанные модели, алгоритмы и информационное обеспечение реализованы при создании зарегистрированных Роспатентом компьютерных программ: «Система поддержки принятия решения по определению несущей способности ледовой переправы при переброске техники» № 20136154832 от 22.05.2013 г.; «Система поддержки принятия решений при спасении людей из зданий» № 2013615215 от 30.05.2013 г.; «Автоматизированная система поддержки принятия управленческих решений при чрезвычайных ситуациях и пожарах с использованием платежной матрицы» № 2013617554 от 20.08.2013 г.

Результаты диссертационной работы использованы:

1. На кафедре информационных технологий Академии ГПС МЧС России в учебном процессе при проведении занятий по дисциплинам «Системы поддержки принятия решений», «Информационные технологии в управлении», «Информационные технологии в сфере безопасности», «Компьютерный практикум»;

2. При проведении НИР в Академии ГПС МЧС России на тему «Разработка подсистемы поддержки принятия решений по повышению готовности техники областного центра»;

3. В конструкторском бюро опытных работ концерна «Созвездие» при разработке концепции создания автоматизированной информационно-управляющей системы материально-технического обеспечения;

4. В компании «Русарсенал» при планировании производственно-хозяйственной деятельности и при разработке алгоритмов управления ресурсным обеспечением.

Практическое применение результатов исследования подтверждаются актами внедрения.

На защиту выносятся:

1. Модель поддержки управления материально-техническими ресурсами подразделений пожарной охраны МЧС России на основе маршрутных карт в условиях прямой и обратной задачи.

2. Алгоритмы поэтапного планирования ресурсного обеспечения с учетом корректирующих воздействий под влиянием внешних возмущений для подразделений пожарной охраны МЧС России с использованием функционала линейного программирования.

3. Информационно-управляющая система поддержки принятия решений при систематизации распределения ресурсного обеспечения с учетом взаимного влияния деятельности подразделений пожарной охраны МЧС России.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации 182 страницы. Работа иллюстрирована 18 рисунками и 6 таблицами. Приложение к диссертации иллюстрировано 14 рисунками и 2 таблицами. Библиографический список включает 159 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, определены объект и предмет исследования, сформулированы его цели и задачи. Изложены теоретические и методологические принципы, новизна и практическая значимость проведенного исследования.

В главе 1 «Обзор и анализ информационных систем управления ресурсами подразделений пожарной охраны МЧС России. Синтез и адаптация теоретических подходов и программных инструментов для решения поставленных задач» анализируются программные продукты для управления и распределения ресурсов на малых и средних предприятиях, приводится перечень теоретических подходов для формализации процесса поддержки управления ресурсами и их адаптация к требованиям подразделений пожарной охраны, в том числе производственно-технических центров МЧС России.

Выполненный на первом этапе анализ информационных систем, используемых для управления ресурсами в организациях, позволил сделать вывод о том, что программные продукты, представленные на российском рынке, в основном имеют модульную структуру, а распределение решаемых задач между модулями зависит только от знаний разработчиков. Так, важная задача учета затрачиваемых запасных частей и нормо-часов может быть сосредоточена в одном модуле «Производство» либо разделена на два — «Склад» и «Объем выполняемых работ» и так далее, что не всегда удачно.

В ходе анализа выбраны информационные системы управления ресурсами «1С», «Парус», «TRIM», «Галактика» и др., разработанные для выполнения задач предприятий различных форм собственности, имеющие модульную структуру. Анализ выбранных информационных систем позволил сделать вывод, что вариантом реализации может быть интеграция программных специализированных модулей в существующие программные платформы («1С», «TRIM», «Парус», «Галактика» и т.д.). Структуру же данных модулей, в том числе используемых для информационной поддержки принятия решений при составлении планов долгосрочного функционирования на основе маршрутных карт управления ресурсами, необходимо обосновывать с учетом функций и задач конкретных подразделений МЧС России.

На втором этапе определены требования к системам такого рода и технологии для дальнейшего моделирования. В качестве основного критерия системы планирования и управления ресурсами является функционирование в рамках годового плана снабжения.

В ходе систематизации функций выявлены следующие особенности:

— необходимо рассматривать функцию обеспечения сбалансированности потребности и производства специализированных ресурсов;

- необходимо использовать как централизованную, так и децентрализованную систему управления ресурсами;

- процесс планирования и управления ресурсами сводится либо к линейному, либо к функциональному руководству.

При формализации модели возникновения потребностей как источника заявок в системе планирования и управления ресурсами использовано двухуровневое представление, где верхний уровень представляет территориальное передвижение подразделений. Нижний уровень представляет поток ресурсов, необходимых как для самого передвижения подразделений, так и на перемещение и расходование требуемых ресурсов, что в совокупности образует главный контур возникновения потребности в ресурсах. Второстепенный контур возникновения потребности связан с функционированием, размещением, эксплуатацией и закупками ресурсов, требуемых для текущей деятельности пожарных подразделений. Так как количество подразделений ограничено, верхний уровень является замкнутым. Количество потребляемых ресурсов значительно больше количества подразделений, нижний уровень можно считать разомкнутым. Топология сети верхнего уровня задается потребностями в ресурсах, необходимых для успешного функционирования системы предотвращения пожаров, обеспечения профилактических мероприятий со стороны МЧС России, направленных на недопущение возникновения пожаров и чрезвычайных ситуаций.

Следует отметить, что при рассмотрении процесса снабжения подразделений МЧС ресурсами необходимо учитывать стохастический и лингвистический характер потоков. Результатом расчета модели является обеспеченность подразделений требуемыми ресурсами. Структура контура образования потребностей в ресурсах и ее удовлетворения приведена на рис. 1.

1. Центральный довольствующий орган.

2. Система управления ресурсами на уровне регионального центра.

3. Система управления ресурсами на уровне субъекта РФ.

4. Управление ресурсами города, района, гарнизона.

Рис. 1. Структура замкнутого контура образования и удовлетворения потребностей в системе планирования и управления ресурсами подразделений пожарной охраны

Анализ системы показал, что процесс образования и удовлетворения потребностей можно охарактеризовать как процесс, протекающий в замкнутой системе. В ряде случаев данную систему можно представить как замкнутую систему массового обслуживания. Объединяющим звеном в цепи повышения эффективности закупочных процессов является взаимодействие системы управления ресурсами с ситуационными центрами прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера с целью уточнения потребностей с учетом прогнозируемых угроз пожаров и чрезвычайных ситуаций.

Движение заявок, образование потребности Движение ресурсов

В масштабе субъекта РФ в данных исследованиях централизованная система управления ресурсами представлена в следующем виде (рис. 2). На схеме представлены участвующие объекты управления и управляемые объекты, а также возможные связи между ними. Процессы и передаваемые ресурсы представлены на последующих схемах и структурах.

маломерных судов;

ГПН — государственный пожарный надзор.

Рис. 2. Централизованная система управления ресурсной базой субъекта РФ

Подробное описание компонентов разработанной системы и эффективность метода рассмотрена далее в главе 2.

Во второй главе «Разработка моделей управления ресурсами информационной системы поддержки при составлении маршрутных карт» описаны трудности при составлении маршрутных карт прогнозирования стабильного функционирования и пути их решения, систематизированные в единой структуре.

Движение ресурсов (планирование и управление) на рис. 3 представлено в виде модели с промежуточными пунктами в условиях прямой и обратной задач управления прогнозированием ресурсной базы. Предложено использовать данные задачи в виде единой системы по образцу «черного ящика», общие схемы которых представлены на рис. 3 для управления и на рис. 4 для планирования ресурсов подразделений пожарной охраны МЧС России.

Инструментом планирования ресурсной базы выбран механизм маршрутной карты (МК), использующий технологию MRP (Manufacturing Resources Planning) первого и второго уровней. При маршрутном и маршрутно-операционном описании технологического процесса МК является одним из основных документов, на котором описывается весь процесс в технологической последовательности выполнения операций или прогноз.

На основании полученных данных с учетом возможных колебаний спроса составляется расписание или график, заполняется база данных о требуемых ресурсах:

- требуемая информация о номенклатуре и основных параметрах сырья, материалов, и т.д.;

- нормы расхода материальных ресурсов на единицу продукции;

- сведения о наличии и размерах производственных, страховых и других запасов материальных ресурсов на складах, а также о необходимости их пополнения;

- сведения о поставщиках и параметрах поставки материальных ресурсов.

Планируемый резерв

Управляющее воздействие

Планируемый остаток

^ ^ План расходов Прямая задача

Фактический резерв

Фактический остаток

spi (sub plan) — планируемый расход, sfj (sub fact) - фактический расход.

Рис. 3. Решение задачи управления ресурсной базой в условиях комбинации прямой и обратных задач

На основании составленного расписания, сведений о требуемых и имеющихся в наличии материальных ресурсах рассчитывается общий объем требуемых ресурсов и цепь требований на ресурсы.

В ходе исследований показано, что при необходимости расширения функционала, необходимо подключать механизм MRP-II, где ведется учет фактического состояния и плановых задач, указанных на рис. 3.

Выявлено, что при использовании механизма MRP не всегда достигается высокая эффективность. Система может привести к нарушениям планирования производственной и снабженческо-сбытовой деятельности. Адаптация модели к исследуемым условиям в рамках поставленной цели представлена на рис. 4.

Особенностью модели является стохастичность не только временного ряда фактического расхода, но и динамичная корректировка планового расхода, что более применительно к поставленной задаче в условиях доходных бюджетных статей.

Предварительный обзор трудностей решения задач планирования ресурсной базы подразделений пожарной охраны МЧС России выявил ряд новых не решенных ранее проблем.

Во-первых, это постоянный стохастический рост стоимости техники, запасных частей и материалов, изменение интенсивности эксплуатации, старение парка пожарной техники, снижение качества обслуживания и ремонта, увели-

чение цен на горюче-смазочные и другие эксплуатационные материалы, разрыв связей с производителями пожарной техники и запасных частей.

Рис. 4. Решение задачи планирования ресурсной базы в условиях комбинации прямой и обратной задач

Во-вторых, увеличение количества пожарных частей и видов предприятий пожарной охраны, эксплуатирующих пожарную технику, изменение структуры парка и разнотипности эксплуатируемых пожарных автомобилей в одном подразделении, отсутствие специализированных предприятий по обслуживанию и ремонту пожарной техники (производственно-технические центры, отряды технической службы и отдельные посты технической службы в ряде регионов сокращены или переданы в собственность региональных подразделений пожарной охраны).

С учетом изложенного, сделан вывод о том, что происходит увеличение нагрузки на существующие подразделения пожарной охраны. Следует ожидать значительного увеличения потребности во всех видах обслуживания и ремонта, повышения сложности, трудоемкости и длительности цикла обслуживания пожарных автомобилей, что в свою очередь увеличивает нагрузку на специализированные предприятия. Более того, предусмотрено взаимное влияние подразделений, распределение ресурсной базы по разным каналам с разной шириной канала. Планирование в данных условиях в реальном времени практически невозможно. Вариантом решения может служить графовая модель распределения ресурсов, но узлами будут служить не единичные данные, а пирамидальные структуры управления. Общее представление возможного взаимного влияния каналов распределения ресурсов для различных подразделений пожарной охраны МЧС России представлено на рис. 5.

Для определения взаимосвязи между описанными моделями в условиях прямой и обратной задач выбран механизм множества от целого, разрабатываемый коллективом авторов учебно-научного комплекса автоматизированных систем и информационных технологий Академии ГПС МЧС России. Плановые

и фактические задачи представлены в виде процессов (рис. 4) в пределах целого (рис. 3) на множестве связей (рис. 5).

'Один плановый •'порождает несколько фактических

Рис. 5. Влияние ресурсной базы на функционал различных подразделений

Особенностью заключается то, что один или несколько ресурсов могут породить множество вариантов ресурсов, т.е. результат формируется по принципу как «1 + 1 -> 1» так и «1 + 1 -» 3». Формальный вид результирующей функции представлен следующей системой:

[[ур1 + - + 5рг + -]

М+ ••■ + */>+ •■■]* '

где X — комплекс потребностей, IV — размер ресурса.

В производственно-технических центрах, посредством которых осуществляется распределение ресурсов между ППО, в качестве основного критерия, определяющего функциональные возможности расходования и распределения ресурсной базы определен месячный фонд рабочего времени, что является ограничением, так как данный параметр ограничивает возможное количество обслуживании и ремонтов техники в текущем месяце и напрямую зависит от среднесписочной численности персонала ремонтного подразделения. Следовательно, задача организации содержит четыре основных критерия.

Первый критерий — максимальное использование фонда рабочего времени при среднестатистической среднесписочной численности ремонтных рабочих;

Второй критерий - максимальное использование имеющихся ресурсов на складе подразделений;

Третий критерий — минимизация запасов на складе подразделений для неплановой закупки ресурсов из создавшихся финансовых резервов.

Четвертый критерий - максимизация количества обслуживании и ремонтов за единицу времени.

В ходе работы представленные критерии систематизированы и объединены в единую задачу: необходимо найти оптимальный объем производства производственно-технического центра, обеспечивающий максимальную трудоемкость (занятость ремонтных рабочих) и удовлетворение потребностей подразделения пожарной охраны МЧС России.

Разработан алгоритм решения этой задачи.

1. Определяется максимум количества обслуживании при существующей численности рабочих.

2. Рассчитывается минимум ремонтных рабочих для оптимизации операций обслуживания и ремонта.

Формальная модель предложенного сценария выглядит следующим образом. Ежемесячный объем выполнения работ по техническому обслуживанию (ТО,) обозначен Хц, текущего ремонта х2;, и среднего ремонта х31. Следовательно, целевая функция:

Р(х) = Ахи + Вх21 + Сх31 -» шах,

где А, В, С - соответствующие коэффициенты. Затем задаются ограничения по расходу материалов на обслуживание и ремонт:

(С11Х11 + С12Х12 + С13Х13 ^ 31( С21Х21 + С22х22 + С23х23 — 32, с31х31 + с32х32 + с33х33 ^

С11Х11 + С12Х12 + С13Х13 ^

В качестве критериального функционала, прямо связанного с целью рассматриваемой операции, приняты приведенные к году затраты на материально-техническое обеспечение подразделений за период Т, пропорционально возложенным на подразделения функциям.

Для оценки размерности и сложности задач управления материально-техническим обеспечением ППО МЧС России приняты следующие управляемые переменные задачи:

х!р,и е X - комплекс потребностей /-го подразделения в т-м районе в у-ом ресурсе за время /;

>',,-„, е У - комплекс значимости у-го ресурса для /-го подразделения в /7-й период в за время /;

где / е Т - дискретное время.

Математическая постановка задачи опирается на следующие данные:

IV - размер ресурса, необходимого /-му подразделению в иг-м районе за время г,

\¥рм - значимостьу'-го ресурса для /-го подразделения за время I;

5|п1 - максимальный размер ресурса, который может быть востребован /-м подразделением в т-м районе за время

5"у„( - значимость /-го ресурса при максимальной потребности в данном ресурсе для 1-го подразделения за время /;

с;„ - функция стоимости единицы ресурса, необходимого /-му подразделению в т-и районе за время V,

с:

стоимость объема у-го ресурса, при максимальной потребности (зна-

чимости) для /-го подразделения за время t.

J+1

X „„absic'^J

Z(X,Y,T) =

Хл..

к., min

Xх,.. е ОК» ехруог.лк,, exp j/3)

баланс требуемых ресурсов 1-го для потребителя в от-м районе за время/

ЕЛ,», = «Г,,, ехруа. JViml exp JP) Y.,y.u=su

количество у-го ресурсав районе от в момент времени I

максимально возможная потребность всех/ - х подразделений в п-й период

2>„i, е ехР ехР JP)

е ехР ja-s„, ехР JP) *„„, — 0; у„„ - о

максимально возможное количество

j-го быть

ресурса поставлено

которое в

может

и-ый период

где Z— приведенные динамические затраты ресурса за период Г; abs-оператор выделения евклидовой нормы комплексного числа; а и /?— приемлемые (возможные) значения аргумента наличия j-го ресурса; km— коэффициент приведения разновременных затрат для времени t. Данные исходные параметры математической модели свидетельствуют о том, что для постановки и решения рассматриваемой задачи необходимо сложное информационное обеспечение и требуется объемная прогностическая работа по получению временных рядов. При этом, внутри дискретного отрезка времени /, они изменяются на стыках соседних дискретных отрезков At.

Оценена размерность модели, под которой понимается количество переменных и ограничений. Допускаем, что Т содержит 4 дискретных единицы времени, (финансовые периоды или кварталы). В среднем на снабжении тылового органа МЧС России по субъекту федерации состоят порядка 25-30 отрядов ГПС, в которые входит около 120 пожарных частей, без учета подразделений ГИМС и спасателей. Следовательно, количество обслуживаемых подразделений i = 120. Поставки ресурсов проводятся от большого количества поставщиков. Предположим, что на конкурсных торгах в реестр в основном вносится не более 5 поставщиков, т.е. j — 5. В основном с учетом прогнозов в отчетом периоде выделяется 5 периодов: весенний паводкоопасный, весенне-летний по-

жароопасный, летний с минимальным количеством личного состава из-за отпусков, осенний, зимний пожаро- и аварийно-опасный, т.е. т = 5, также отмечено что пожары и ЧС в основном случаются в ночное и утреннее время, т.е. п = 2.

С учетом приведенных значений получены следующие оценки:

МножествоXсодержит i ■ j • т • t = 120 ■ 5 • 5 • 4 = 12000 переменных;

Множество /содержит i • j ■ п • t = 120 • 5 • 2 • 4 = 4800 переменных;

Таким образом, количество переменных равно 16800.

Ограничения:

i -т ■ t = 120 • 5 ■ 4 = 2400 j -m-t= 5 • 5 • 4 = 100 i - n- t = 120- 2 • 4 = 960 ;'-n-t = 5- 2- 4 = 40

Всего функциональных ограничений 3500.

Таким образом, если учитывать только неотрицательные (по модулю) переменные и функциональные не скалярные ограничения, то размерность модели характеризуется параметрами 16800 и 3500, что характеризует модель как модель высокой размерности. В настоящее время нет математических методов решения подобных моделей, что приводит к необходимости строить ее скалярный аналог, вводя требуемые преобразования.

Исходя из полученного результата сделан вывод о необходимости разработки распределенного информационного ресурса на основе стационарных клиентов единой информационной системы. В третьей главе описана концепция разработки распределенной информационно-управляющей системы с использованием разработанной модели.

В третьей главе диссертации «Разработка концепции информационной системы поддержки принятия решения формирования маршрутной карты управления ресурсами пожарных подразделений» рассмотрена модель распределенной информационной системы, представлены компоненты и ресурсы.

Архитектура разработанной системы представлена на рис. 6 и построена по иерархическому принципу, исходя из необходимости обеспечения деятельности подразделений пожарной охраны МЧС России через довольствующие органы (в масштабе субъекта РФ -производственно-технические центры (ПТЦ).

В процессе разработки составлена система необходимых АРМов:

— система учета и контроля складских и бухгалтерских операций;

— рабочее место учета техники и имущества -содержит базу техники и имущества подразделения, отражает данные, предусмотренные формулярами, учетными карточками и прочими эксплуатационными документами и т.д.;

— рабочее место учета вещевого имущества — содержит базу личного состава подразделения, размеры, сроки носки и текущие потребности, отслеживает выполнение разнарядок и соблюдение сроков носки и т.д.;

— рабочее место учета запасных частей и материалов — содержит базу запасных частей и материалов, хранящихся на складах, общую базу номеров по

межотраслевым каталогам запасных частей и материалов, используемых на всех видах техники и т.д.;

Рис. 6. Архитектура системы АРМов для ПТЦ

— рабочее место учета складских операций - учитывает все операции, происходящие на складе, ведет арматурный учет, имеет возможность специальной кодификации предметов снабжения, для их идентификации и т.д.;

- рабочее место учета военно-химического и прочего имущества - содержит базу военно-химического имущества подразделения, вычисляет текущие потребности, генерирует потребности подразделений при обнаружении химической опасности и т.д.;

— рабочее место диспетчера подразделения и транспортной логистики — содержит базу транспорта, генерирует путевые листы и задания водителям, рассчитывает в путевых листах оптимальные маршруты движения, ведет учет транспорта, прибывшего и убывшего с территории, учет пробега и наработки специальной техники, учет водителей и т.д.

- рабочее место инженера производственного участка - содержит каталоги требуемых запасных частей и материалов, оборудования для производства технического обслуживания и всех видов ремонта, базу данных по ремонтным рабочим и их квалификации, технологические карты выполнения операций по обслуживанию и ремонту, генерирует отчеты о проведении обслуживания и ремонта по бюджетным и внебюджетным участкам, заборные карты для обслуживания и ремонта, потребности в запасных частях и материалах (исходя из среднемесячных расходов и производственной программы), отчеты о выполне-

нии производственной программы, наряд-заказы для ремонтных рабочих, учет трудового участия ремонтных рабочих в производственном процессе для их поощрения и премирования и т.д.

В соответствии с иерархическим принципом подразделений МЧС России информационно-управляющий комплекс включает следующие компоненты:

— локальную вычислительную сеть, объединяющую программно-аппаратные комплексы АРМов в единую систему;

— подсистему регионального мониторинга, анализа рынков запасных частей и материалов на территории РФ;

— подсистему формирования и хранения базы данных;

— подсистему оперативного уровня стационарного формирования БД и проверки учетных данных;

— подсистему оперативного уровня мобильного формирования БД и проверки учетных данных с помощью портативного терминала в режиме реального времени;

— телекоммуникационную систему, обеспечивающую прием и передачу данных между различными уровнями управления и подсистемами оперативного уровня управления по общедоступным каналам связи.

В четвертой главе диссертации «Разработка алгоритмов информационной системы поддержки управлении ресурсами пожарных подразделений МЧС России», представлены алгоритмы системы и примеры интерфейса систем.

Разработана структура подсистемы мониторинга достаточности ресурсов для работы территориальных подразделений пожарной охраны (рис. 7).

При решении задач ресурсного обеспечения территориальных подразделений пожарной охраны большое значение имеет процесс принятия решений.

Процесс может быть условно разделен на два этапа: на этап генерации альтернатив (наилучших предложений) решения и на этап отбора решения из множества предложенных. Первый этап связан с генерацией наилучших предложений, перебором возможных альтернатив, анализом данных мониторинга достаточности материально технического обеспечения (рис. 8, 9), состояния готовности техники, прогнозом и оценкой оперативной обстановки, анализом возможных рисков. Данный этап является наименее формализованным.

Разработан алгоритм функционирования подсистемы поддержки принятия управленческих решений и ее обобщенная структура (рис. 8, 10):

1. Задается период мониторинга - дата начала и окончания мониторинга (не менее 90 дней — 1 квартал, как отчетный период).

2. Задается объект мониторинга (региональный центр, регион, гарнизон, пожарная часть). Лицо, принимающее решение, может выбрать в качестве объекта мониторинга одно подразделение, несколько подразделений или все подразделения сразу (рис. 8, 10) или выбрать объект защиты (рис. 7).

3. Выбирается наименование ресурса или объекта защиты (рис. 7), техники (рис. 10).

4. Определяется общая информация по пожарной технике подразделения. Форма запроса отражает данные по номеру пожарной части, государственному

17

номеру техники, пробегу, наработке пожарно-спасательного техники, данные формуляра пожарного автомобиля и т.д.

Выбор подразделения

Выбрать режим функционирования

Выбрать ресурс (предмет снабжения, работу или услугу)

БД организаций РСЧС,

обладающих требуемым ресурсом

Использовать алгоритм определения достаточности материально технического обеспечения

Рис. 7. Обобщенная структура подсистемы мониторинга достаточности ресурсов для работы подразделений МЧС субъекта РФ в различных режимах

5. Определение суммарной трудоемкости обслуживания и ремонта.

6. Определение продолжительности ремонта в человеко-часах.

7. Блок «модель аутсорсинга». В окно «дополнительное количество ремонтных бригад» Л?д устанавливается произвольное количество ремонтных бригад. За единицу производительности ремонтной бригады предлагается принимать производительность бригады из трех водителей, свободных от дежурства, по 8 часов в день или в сумме 24 часа.

8. Определение средней стоимости нормо-часа обслуживания по договору аутсорсинга и рассматриваемому виду пожарной техники.

18

Рис. 8. Блок-схема алгоритма поддержки принятия решений по определению достаточности материально-технического обеспечения территориальных подразделений пожарной охраны

9. Определение надежности техники и оборудования позволяет лицу, принимающему решения, выбрать требуемый параметр, отражающий максимальное число поломок, максимальное число отказов на пожарах, максимальную трудоемкость обслуживания или ремонта, максимальную стоимость нормо-часа, максимальное время простоя в ожидании ремонта и другие.

10. Проводится мониторинг результатов запросов с учетом выбранных параметров мониторинга (рис. 10).

1 1. Формируется количество ремонтных бригад.

12. Расчет готовности техники, исходя из полученной вероятности отказов.

Рис. 19. Блок-схема алгоритма прогнозирования потребностей территориальных подразделений пожарной охраны

В условиях неопределенности требуется систематизировать процесс принятия решений. Для этого предложено структурировать модель. Необходимо определить различные варианты развития событий, сценарий которых задает лицо, принимающее решение, при помощи предлагаемой системы поддержки принятия решений. Число сценариев может быть произвольным или задаваться с учетом практического опыта.

Формат задач оптимизации параметров эксплуатации пожарной техники позволяет использовать следующий алгоритм.

1. Сформулировать возможные сценарии развития событий.

Мониторинг состояния пожарной техники

База интенсивности поломок

Выбор пожарно-спасательного формирования

Выбор периода мониторинга

База интенсивности восстановления

База техники

Выбор модели техники

нет

Передача функций по обслуживанию и ремонту в аутсорсинг

Техническая готовность обеспечена

Определение требуемой производительности бригад

А_К База нормативов

у_ / трудоемкости

Определение трудоемкости обслуживания и ремонта силами подразделений

Определение требуемого количества бригад

Оценка стоимости нормо-часа

Обоснование затрат на обслуживание и ремонт

Планируется замена техники

Блок замены техники

База по расположению подразделений на территории

количества

Генерация управленческого решения

выездов

Расчет общего пробега

Расчет эксплуатационных затрат, остаточной стоимости и _предложение по передаче в подразделение_

Оптимизировать затраты

Передать в подразделение с меньшей интенсивностью выездов

Рис. 10. Обобщенная структура подсистемы поддержки принятия решений по замене техники и привлечению дополнительных ремонтных бригад

2. В формате полученных сценариев задать конкретные значения параметров выбранной подсистемы (закупочной, снабжения, транспортной логистики, эксплуатации и ремонта техники и т.д.).

1. При принятых сценариях предлагается использовать различные методы, в том числе разработанные и приведенные в приложении к диссертации.

2. Производится расчет технической готовности пожарной техники подразделений применительно к различным альтернативным вариантам организации системы управления.

3. Выбрать наилучшее решение с учетом предпочтений лица, принимающего решения.

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 примеры реализации оптимизационных задач поддержки принятия решений руководителем производственно-технического центра субъекта федерации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертационной работе разработаны и формализованы механизмы, методы и алгоритмы, позволяющие реализовать информационную поддержку принятия решений при планировании, распределении и управлении ресурсами пожарных подразделений МЧС России.

Основными регулируемыми параметрами в модели являются количественные характеристики рамочных ресурсов и ограничения.

В диссертации получены следующие результаты:

1. Разработана многокритериальная модель прогнозирования потребности в ресурсах при управлении ресурсной базой пожарных подразделений. Особенностью является метод применения критерия минимизации замораживания финансовых ресурсов в запасах, а также избирательный подход к ресурсному обеспечению в условиях чрезвычайной ситуации.

2. Разработаны механизмы, основанные на адаптированных методах линейного программирования, а также алгоритмы информационной поддержки принятия решений при управлении ресурсами территориальных подразделений пожарной охраны. Новыми являются алгоритмы автоматизации процессов управления ресурсным обеспечением с использованием системы автоматизированных рабочих мест, что позволяет предлагать лицу, принимающему решения, обоснованные предложения в различных режимах функционирования подразделений.

3. Предложена усовершенствованная методика установления потребности в ресурсах территориальных подразделений пожарной охраны. Особенностью является снижение трудоемкости закупочной деятельности, многокритериальная оптимизация складских запасов.

4. Разработан прототип информационно-управляющей системы, основанный на опыте использования стратегии объединения различных направлений производственного процесса и его управления.

Результаты диссертационной работы реализованы в виде концепции построения компонентов программных систем, специализированных для решения задач автоматизации рабочего места специалиста по управлению ресурсами подразделений пожарной охраны МЧС России, обучения и подготовки кадров в учебном процессе Академии ГПС МЧС России.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В научных изданиях, рекомендованных БАК России

1. Псаре» Д.В. Модель доставки и распределения пожарных рукавов из производственно-технического центра субъекта федерации / А.П. Сатин, Д.В. Псарев. A.B. Ставис-скип // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. — 2012. - Вып. 4 (44) — 9 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.

2. Псарсв Д.В. Модель распределения ресурсов централизованного склада производственно-технического центра / А.П. Сатин, Д.В. Псарев // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. - 2012. - Выпуск № 4 (44) - 7 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.

3. Псарев Д.В. Алгоритм оптимизации проверки объектов инспектором надзорной деятельности / Н.Г. Топольский, Д.В. Псарев и др. // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. - 2013. - Выпуск № 1 (47) - 8 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.

В других научных изданиях

4. Псарев Д.В. Особенности системы материально-технического обеспечения пожар-но-спасательных формирований / А.П. Сатин, Д.В. Псарев // Материалы 20-й научно-технической конференции «Системы безопасности - 2011». М.: Академия ГПС МЧС России, 2011.-С. 92-94.

5. Псарев Д.В. О некоторых особенностях управления системой материально-технического обеспечения пожарных подразделений / Д.В. Псарев // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XIX Международной конференции. М.: РГТУ, 2011.-С. 327-331.

6. Псарев Д.В. Использование информационных технологий в деятельности производственно-технических центров / Д.В. Псарев // Материалы 21-й научно-технической конференции «Системы безопасности — 2012». М.: Академия ГПС МЧС России, 2012. - С. 65-67.

7. Псарев Д.В. Методика оптимизации маршрута обследования объекта надзора / Д.В. Псарев, A.B. Мокшанцев // Материалы 22-й научно-технической конференции «Системы безопасности-2013». М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. - С. 25-27.

8. Псарев Д.В. Информационные технологии поддержки принятия решений для предупреждения и ликвидации лесных пожаров / Н.Г. Топольский, Г.Н. Калашник, Д.В. Псарев // Международная конференция. Стратегия развития мегаполиса (некоторые аспекты) -взгляд в 2014 год. М.: Издательство Инфориздат, 2013. - С. 205-217.

Свидетельства о госрегистрации программ для ЭВМ

9. Псарсв Д.В. Система поддержки принятия решения по определению несущей способности ледовой переправы прн переброске техники / Н.Г. Топольский. Д.В. Псарев и др. Свидетельство Роспатента о государственной регистрации программы для ЭВМ № 20136154832 от 22.05.2013 г.

10. Псарев Д.В. Система поддержки принятия решений при спасении людей из зданий / Н.Г. Топольский, Д.В. Псарев и др. Свидетельство Роспатента о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013615215 от 30.05.2013 г.

1 1. Псарев Д.В. Автоматизированная система поддержки принятия управленческих решений при чрезвычайных ситуациях и пожарах с использованием платежной матрицы / Н.Г. Топольский, Д.В. Псарев и др. Свидетельство Роспатента о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013617554 от 20.08.2013 г.

Псарев Дмитрий Валерьевич

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕСУРСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ПОЖАРНОЙ ОХРАНЫ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 27.06.2014 г. Формат бумаги 60x90 1/16 Тираж 100 экз.__Заказ № 618_

Академия ГПС МЧС России 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина. 4