автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Организация управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров

МЧС России Санкт-Петербургский институт Государственной противопожарной службы

На правахрукописи

Скопцов Алексей Александрович

ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ОПЕРАТИВНЫМИ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯМИ МЧС ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ

05.13.10 - управление в социальных и экономических системах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена на кафедре пожарной тактики в Санкт-Петербургском институте Государственной противопожарной службы МЧС России

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Таранцев Александр Алексеевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сметанин Юрий Владимирович; кандидат технических наук Ищенко Андрей Дмитриевич

Ведущая организация:

филиал Фонда пожарной безопасности по Санкт-Петербургу и Ленинградской области

Защита состоится «_»_2004 г. в «__» часов на заседании

диссертационного совета К 205.003.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России по адресу: 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России.

Автореферат разослан «_»_2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К 205.003.01 доктор технических наук, доцент

И.Г. Малыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из актуальных задач в области управления является организация управления оперативными подразделениями пожарной охраны и поисково-спасательными формированиями МЧС при совместных действиях при тушении пожаров.

Сложившаяся в настоящее время ситуация в России характеризуется большим числом пожаров и, как следствие, значительными человеческими жертвами. Поэтому от повышения эффективности управленческой деятельности руководителей и должностных лиц оперативных подразделений МЧС зависит жизнь и здоровье людей, повышается возможность существенно уменьшить вредные последствия для экологии, сберечь имущество граждан и снизить экономический ущерб для организаций и промышленных предприятий от пожаров.

Имеющиеся данные подтверждают вывод о том, что оперативное принятие решения руководителями соответствующих служб МЧС имеет важное значение, поскольку позволит последовательно и плодотворно решать важнейшие служебно-боевые задачи, будет способствовать повышению уровня боеготовности оперативных подразделений МЧС.

Основным принципом при этом, несомненно, должно быть единоначалие, гарантирующее четкое управление и координацию действий различных по численности, оснащению и задачам оперативных подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных формирований МЧС, даже в самых критических обстоятельствах.

Очевидно, что эффективная деятельность подразделений МЧС при тушении сложных пожаров имеет не только большое политическое, но также социальное и экономическое значение. С другой стороны, анализ развития пожара и принятие оперативных решений руководителем тушения пожара (РТП) осложняются весьма существенной неопределенностью оценок их основных факторов, неоднозначностью в выборе способов их локализации и ликвидации, сложностью кмипсственной оценки

Г РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ Т 1 БИБЛИОТЕКА {

эффективности принимаемых решений. Руководителям оперативных подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных формирований МЧС на пожарах даже при значительных материальных ресурсах приходится действовать при наличии острого дефицита времени, ограниченной точности и достоверности информации, что может привести к принятию нерациональных и даже ошибочных решений, а, следовательно, и к большим материальным и человеческим потерям.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности управления оперативными подразделениями пожарной охраны и поисково-спасательными формированиями МЧС на пожарах.

Объект исследования - процессы управления действиями оперативных подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных формирований МЧС при тушении пожаров.

Предмет исследования - модели и методики организации управления действиями оперативных подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных формирований МЧС.

Научная задача, решаемая в диссертационной работе, заключается в разработке моделей и методик управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров на основе анализа особенностей функционирования таких подразделений и моделирования процессов управления.

Научная новизна. В диссертации разработаны математические модели оперативного управления подразделениями МЧС при тушении пожаров, учитывающие законы распределения времени реагирования и приоритетность поступающих сообщений, предложены методики оценки процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров на основе модели интервального анализа и оценки деятельности оперативных подразделений МЧС на основе теоретико-множественной модели. Даны количественные оценки оперативности и качества управления и сформулированы практические рекомендации по повышению его эффективности.

Методы исследования - общая теория систем, теория вероятностей, теория массового обслуживания, методы исследования операций математической статистики и интервального анализа.

Результаты исследования. Основными результатами исследования, выносимыми на защиту, являются:

1. Модели процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров.

2. Методика оценки процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров на основе модели интервального анализа.

3. Методика оценки деятельности оперативных подразделений МЧС на основе теоретико-множественной модели.

Научно-практическая значимость полученных результатов определяется их важностью для оперативных подразделений МЧС России, так как от их профессионализма зависит жизнь и здоровье спасаемых людей, повышается возможность существенно уменьшить вредные последствия для экологии, сберечь имущество граждан и снизить экономический ущерб для организаций и промышленных предприятий от пожаров, и предполагает широкую практику совместных действий оперативных подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных служб МЧС, имеющих различную структуру, задачи и оснащение, под единым руководством.

Проведенный в этой связи анализ особенностей действий таких подразделений и разработанные модели и методики процесса управления на пожаре являются важными условиями повышения эффективности функционирования оперативных подразделений и, как следствие, снижение числа жертв и материального ущерба. Предложенные модели управления оперативными подразделениями на основе теории массового обслуживания и методика оценки процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров на основе модели интервального ана-

лиза с достаточной степенью адекватности отражают действительное положение дел и позволяют давать количественные оценки характеристик процесса управления и формулировать предложения по его улучшению. На базе методики оценки деятельности оперативных подразделений МЧС на основе теоретико-множественной модели становится возможным корректировать нормативную базу управления разнородными подразделениями и проводить обучение руководящего состава.

Результаты диссертационного исследования внедрены в СевероЗападном региональном центре МЧС России, Главном управлении МЧС России по Санкт-Петербургу и Санкт-Петербургском институте Государственной противопожарной службы (ГПС) МЧС России.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на кафедре пожарной тактики института, а так же на следующих конференциях:

международной научно-практической конференции «Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля», Санкт-Петербург, 20-21 января 2004 года;

научно-практической конференции «Новые технологии в деятельности органов и подразделений МЧС России», Санкт-Петербург, 26 мая 2004 года;

международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях», Санкт-Петербург, 27-28 октября 2004 г.

Публикации по работе. По теме диссертации опубликованы 4 научные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы (105 источников). Работа содержит 135 страниц текста, в том числе 8 таблиц и 17 рисунков и 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается выбор темы диссертации, ее актуальность, цели, задачи, объект и предмет исследования, научная новизна, научно-практическая значимость, апробация и результаты исследования, выносимые на защиту.

Первая глава - «Современные проблемы управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров» состоит из 3 разделов.

В главе проведен анализ особенностей функционирования оперативных подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных формирований МЧС при их совместной работе в ходе тушения пожаров, определены место, роль и приоритетность решаемых этими подразделениями задач. Показано, что подразделения пожарной охраны, предназначенные для экстренного реагирования, будут осуществлять первоочередные боевые действия, направленные на спасение людей, локализацию пожара с его последующей полной ликвидацией и спасение материальных ценностей, что в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС) предполагает их совместную работу с поисково-спасательными формированиями МЧС.

В главе определено, что для совершенствования управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров необходимо автоматизировать наиболее трудоемкие процессы, так как в сжатые сроки надо обобщить и оценить большой поток поступающей информации, и немедленно отреагировать на резкие и быстрые изменения обстановки.

Установлено, что в настоящее время для управления подразделениями пожарной охраны разработан математический аппарат, базирующийся на теории массового обслуживания (ТМО), а вопросы моделирования процессов управления совместными действиями оперативных подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных формирований МЧС находятся еще на самой ранней стадии разработки.

Таким образом, схему организации управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожара, в том числе и для совместных действий в условиях чрезвычайных ситуаций со стороны лица, принимающего решение (в нашем случае - руководителя тушением пожара (РШ)) можно представить в виде рис. 1.

Управление оперативными подразделениями МЧС при тушении пожара

1

Выработка решений на Реализация решений на

тушение пожара —► тушение пожара

1_I

> 1 ■ г

Изучение Разработка Постановка Организация

прогнозиро- оперативно- боевых за- взаимодеист-

вание и тактическо- дач перед вия между

оценка об- го плана подразде- подразделе-

становки на тушение лениями ниями и обес-

пожаре пожара печение вы-

полнения по-

ставленных

перед ними

задач

Рис. 1. Организация управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожара

Системный анализ деятельности пожарной охраны показал, что случайный поток вызовов оперативных подразделений пожарной охраны хорошо согласуется с распределением Пуассона (это характерно для многих экстренных служб, в т.ч. поисково-спасательных формирований МЧС), а время обслуживания каждого вызова для пожарной охраны имеет экспоненциальное распределение:

где интенсивность обслуживания, обратно пропорциональная среднему времени обслуживания которое измеряется десятками минут.

Анализ аналогичной статистики по поисково-спасательным формированиям МЧС свидетельствует о несколько ином законе распределения времени обслуживания (работы) - эрланговском:

где к - порядок закона Эрланга (при к = 1 эрланговское распределение

совпадает с экспоненциальным). Среднее время обслуживания при этом

значительно больше, чем у пожарных подразделений (часы - десятки часов): 1обс=к/ц.

Если для пожарной охраны в достаточной степени разработан математический аппарат, базирующийся на теории массового обслуживания (ТМО) и позволяющий решать задачи анализа и синтеза процессов управления различными подразделениями, то для поисково-спасательных формирований МЧС такой математический аппарат только разрабатывается. А вопросы моделирования процессов управления совместными действиями оперативных подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных формирований МЧС находятся еще на самой ранней стадии. В этой связи предложены соответствующие модели управления, также базирующиеся на ТМО, и получены с их помощью количественные оценки, необходимые для решения ряда прикладных задач.

Вторая глава - «Модели процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров» состоит из 4 раздел ов.

В ней приведены две модели одноканальных систем массового обслуживания (СМО), позволяющих описывать процессы управления, в частности, совместными действиями оперативных подразделений.

Первая модель предполагает следующую формализацию процесса управления: РТП поступает поток сообщений от большого числа абонентов: начальников боевых участков и экстренных служб, задействованных на пожаре (скорая медицинская помощь, милиция, ГАИ, аварийная газовая служба и др.), на которые он реагирует, т.е. принимает сообщение, анализирует создавшуюся ситуацию и отдает соответствующее приказание, обеспечивая тем самым локализацию и ликвидацию пожара, спасение людей и материальных ценностей, и т.п. (рис. 1).

Полагая, что входной поток сообщений, подчиненный закону Пуассона с интенсивностью X, а время реакции РТП на поступающие сообщения случайно и подчинено закону Эрланга (2) порядка к, тогда процесс реагирования РТП на сообщения можно представить как к-фазный (граф переходов такой СМО из состояния в состояние приведен на рис.2, где Бо - состояние, когда РТП в режиме ожидания от 81 ДО поступило сообщение и обслуживается в 1-й - к-ой фазе; от сообщение в 1-й -к-ой фазе обслуживания, на очереди одно сообщение; от 5;>к+1 ДО Бз^ -• сообщение в 1-й - к-ой фазе обслуживания, на очереди 2 сообщения; от к+1 ДО 8ть+т_ сообщение в 1-й - к-ой фазе, вся т-местная очередь занята ожидающими обслуживания сообщениями; общее число состояний

Полагая также, что процесс управления установившийся и СМО в каждом 1-ом состоянии может находиться с вероятностью р,, можно записать систему уравнений Колмогорова-Эрланга, соответствующую графу переходов, а, решив ее относительно (очевидно, сумма всех вероятностей равна 1), найти количественные значения (в общем случае - численными методами) вероятности каждого состояния и найти другие важные характеристики.

Рис 2. Граф переходов для процесса управления, когда время реакции на сообщение подчинено закону Эрланга ^го порядка и имеется m мест в очереди

В частности, вероятность ро свидетельствует о нагрузке на РТП и о том, будет ли он иметь возможность восстанавливать свои силы или необходим сменный режим работы. Сумма же вероятностей рП1ь+1 + рщк+2 + ■ •• + Ртк+т соответствует вероятности отказа ротк в приеме очередного сообщения, т. е. критическому режиму работы СМО. Среднее число сообщений, ожидающих обслуживания РТП (т.е. не попавших к нему немедленно), находится из выражения:

а среднее время ожидания сообщения в очереди:

Например, для СМО с одноместной очередью (т = 1), что соответствует наличию двух радиотелефонных линий у РТП, и эрланговским

временем обслуживания 2-го порядка (к = 2) система уравнений Колмогорова-Эрланга имеет вид:

С-кро +№ = 0;

ХР1-(Х + Ц)Р2 = 0; (4)

А,р1-(дрз=0; Хр2+црз-цр4 = 0. Существует аналитическое решение этой системы уравнений: ро=[1+(1+72т Р1 = 0,5а(1 + 72)ро; . ^ Р2=0,5аро; (5)

Рз=0,25а2 (1 + 72)р0; ^ Р4=0,25а2 (2 + 72)ро; где а = ^ / ^ = 2Х / р. - оперативная нагрузка на ЛПР, позволяющая оценить, в частности, вероятность критического режима: 0,25а2(3 + а)

рапс-'

(6)

1 + а+а2 +0,25а3

Другой моделью, используемой при описании процесса управления оперативными подразделениями, была принята СМО с разнородными источниками сообщений (например, начальниками боевых участков) -приоритетным (главным) и неприоригетными (обычными) - числом Н. Полагая, что потоки сообщений пуассоновские - от главного источника с интенсивностью от обычных - Ад от каждого, а порядок обслуживания (реакции РТП) сообщений таков, что если в очереди стоят обычные источники, то сообщение от главного идет вне очереди, как только РТП освободится, а время обслуживания экспоненциальное (1) - интенсивностью для главного и для обычных сообщений, были составлены соответствующие графы переходов и выведены уравнения Колмогорова-Эрланга, из решения которых определялись вероятности состояний {р^}.

Критичными здесь считались состояния, когда приоритетное сообщение не принималось к обслуживанию немедленно и когда один источник обслуживается, а все остальные ожидают в очереди (коллапс СМО).

На рис. 3 приведен граф переходов для СМО с двумя источниками сообщений главным и обычным (Н = 1), например, с участка на решающем направлении боевых действий по тушению пожара и участка по разборке завала, для которого получено явное решение системы уравнений Колмогорова-Эрланга

Для количественных оценок вероятностей состояний при больших значениях Н требуется численное решение соответствующих систем уравнений.

На основе проведенных расчетов по первой модели получены количественные оценки вероятностей состояний, установлено, что на вероятность отказа ЛПР в приеме сообщения по причине переполнения очереди порядок к закона Эрланга (2) практически не влияет и выведено общее условие коллапса (лавинообразного роста очереди не принятых сообщений) для СМО с неограниченной очередью:

Рис. 3. Граф переходов для одноканальной СМО с двумя источниками сообщений: 8(,- канал свободен; в] - обслуживается главный источник: Б: - обслуживается главный источник, обычный ожидает; Бз-обслуживается обычный источник: 5.1- обслуживается обычный источник, главный ожидает

Вывод о малом влиянии порядка к эрланговского закона обслуживания (2) позволил дать практическую рекомендацию о возможности применения для оценок характеристик широкого класса СМО известных формул ТМО, выведенных для экспоненциального закона обслуживания (1).

Количественные оценки, полученные с помощью системы ЫШкак! для второй модели, позволили установить приемлемое число боевых участков тушения пожара, для которого при известных интенсивностях Х\ времена ожидания абонентов будут не выше допустимых значений.

Третья глава - «Методики оценки процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров» состоит из 2 разделов.

В данной главе представлены результаты моделирования деятельности оперативных подразделений МЧС - теоретико-множественная модель подразделения, в котором отсутствует управляющий орган, выполняющий функцию обеспечения обратной связи, т.е. речь идет о моделировании пожарного караула или пожарной части как объекта управления. Показано, что в соответствии с полученной трехуровневой структурой

модели подразделения, рассматриваемое оперативное подразделение является иерархической системой с доминированием верхнего уровня над нижними. Верхний уровень является общесистемным и входит как элемент в метасистему, т.е. в "подразделение верхнего уровня". Нижние уровни образуют локальную составляющую моделируемого объекта и обеспечивают функционирование верхнего уровня в составе метасистемы (рис. 4).

Выходные величины модели:

боевая возможность оперативного подразделения - способность выполнять боевые задачи в реальных условиях:

эффективность использования пожарно-технического вооружения (ПТВ) в реальных условиях: У] = {уь У2-.)!

морально-психологическое состояние личного состава:

Входные воздействия модели:

задающее воздействие для управления боевой возможностью

контролируемое входное воздействие для управления эффективностью использования пожарно-технического вооружения (ПТВ):

контролируемое входное воздействие для управления морально-психологическим состоянием личного состава:

Б) - неконтролируемое внешнее воздействие: опасные факторы пожара, и т.п.:

Операторы 1 уровня характеризуют закономерности формирования морального, психологического и физического состояния личного состава при обучении, тренировках, а также при выполнении оперативно-служебных задач:

Рис 4. Структурная схема теоретико-множественной модели оперативного подразделения МЧС

Ац] - перекрёстный оператор, определяет влияние воздействия Х[ на данный уровень. Чем лучше обучен и подготовлен личный состав, тем меньше влияния воздействия X], тем меньше проводимость оператора;

Аю1 - основной оператор уровня, формирует выходную величину Ъ\ в зависимости от управляющего воздействия 11.1 и внутреннего возмущения 8)I), Т.е. X). Свойства оператора зависят от уровня подготовленности личного состава.

Операторы 2 уровня определяют эффективность использования ПТВ при тушении пожара, а также влияние перекрёстных связей на эффективность его использования, что в конечном итоге, зависит от внешних воздействий уровня подготовки личного состава и условий выполнения оперативно-служебных задач:

оператор перекрёстной связи, характеризует влияние морального и физического состояния личного состава Ъ\ на эффективность

оператор перекрёстной связи, определяет влияние воздействия верхнего уровня X] на эффективность использования ПТВ и специальных огнетушащих средств. Этот оператор характеризует обученность личного состава по применению ПТВ и огнетушащих средств в реальных условиях тушения пожара;

основной оператор уровня, определяет выходную величину в зависимости от управляющего воздействия V] и возмущающих воздействий Операторы уровня формируются в процессе обучения личного состава владению ПТВ при выполнении оперативных задач.

Операторы 3 уровня характеризуют боеготовность личного состава и влияние на неё внешних и внутренних воздействий. Третий уровень - это общесистемный уровень, входящий в качество элемента модель метасистемы, т.е. органа управления МЧС (пожарного отряда, и т. п.), в состав которого входит моделируемое подразделение. Операторы верхнего уровня определяют способность подразделения выполнять опера-

тивно-боевые задачи как самостоятельно, так и в составе пожарного отряда (в том числе и при взаимодействии с поисково-спасательными отрядами и подразделениями других силовых структур):

Азц - оператор перекрёстной связи, характеризует влияние нижнего уровня т.е. морально-психологического и физическое состояние Zl на боеспособность

оператор перекрёстной связи, характеризует влияние второго уровня на боеспособность

оператор внешнего воздействия определяет воздействие внешней среды (опасных факторов пожара) на боеспособность

основной оператор, характеризует эффект влияния управляющего воздействия на боеспособность

внутренние переменные уровня.

Математическая модель в теоретико-множественном виде может быть представлена системой выражений:

2, = А1М(11];Аш(Х,)) У, = Ам|(У,А1|(2.);ЛВ1(Х.)) X, = А301 (и,; Азц (г,); А321 (У,); А33, (И,))

Оптимальное решение имеет в общем случае вид:

Если все условия решения задач выполняются, то оптимальное решение для случая максимизации будет лежать на границе решений:

Если необходимые условия не выполняются, то решение не будет оптимальным и находится внутри области допустимых решений.

Показано, что задачи управления - это автономные задачи стабилизации выходных величин отдельных уровней и взаимосвязанные задач оптимизации уровней с учетом иерархии структуры объекта управления и доминирования верхних уровней.

Системный анализ моделей оперативных подразделений дал возможность отметить характерные возможности этих подразделений, как объектов и систем управления, и установить в общем виде необходимые условия, выполнение которых обеспечит моделируемым подразделениям заданные свойства.

В дальнейшей работе по данной методике разработанные модели будут основой при создании аналитических, расчётных моделей, с помощью которых можно будет получить конкретные количественные характеристики подразделений МЧС. Эти характеристики могут быть использованы при планировании учебно-тренировочных занятий личного состава оперативных подразделений и планировании выполнения оперативно-боевых задач. Успешное продолжение работ, связанных с моделированием конкретных боевых характеристик оперативных подразделений возможно только при участии соответствующих специалистов: по физической, воспитательной и психологической подготовке, специалистов по управлению, пожарно-техническому вооружению и пожарно-тактической подготовке личного состава.

В главе определено, что интервальный анализ, сформировавшись в самостоятельную ветвь математики, находит все большее прикладное применение, в том числе и в пожарной науке. Учитывая, что само понятие интервала [а, Ь] для некоторого числа х эквивалентно равномерному вероятностному закону его распределения на этом интервале, в работе рассмотрены основные операции интервального исчисления с позиций теории вероятностей. Пусть имеются два числа х и у, равномерно распределенные на интервалах [а, Ь] и [с, ё] соответственно. Тогда операция сложения этих чисел эквивалентна композиции их распределений. При этом образуется некоторое число имеющее симметричное тра-

пецеидальное распределение

Если интервалы одинаковы (Ь - а = с! - с), то распределение становится треугольным (симпсоновским). Распределение разности ин-

тервальных чисел г = х - у также является симметричным трапецеидальным, а при равенстве интервалов - треугольным.

Распределение числа г, являющегося произведением интервальных чисел х и у (г = ху), полученное методами теории вероятностей, имеет квазитрапецеидальный вид. Сходный вид имеет и распределение частного от деления двух интервальных чисел (г = у/х).

Методами теории функции случайного аргумента было получено распределение когда г является функцией интервального числа х, те. монотонна, то:

где закон распределения числа х (в данном случае - равномер-

ный);

функция, обратная В результате проделанных операций не утрачиваются обычные свойства арифметических действий:

при складывании двух одинаковых интервальных чисел (г = х + х = 2х) математическое ожидание и интервал увеличиваются вдвое: е = 2а, И = 2Ь, но распределение ^(г) становится симпсоновским, если складываются т одинаковых интервальных чисел (г = тх), то е = та, И = тЬ;

разность двух одинаковых интервальных чисел (г = х - х) обнуляет интервал и математическое ожидание: обращается в

5-функцию);

свойство коммутативности при сложении и умножении сохраняется:

Помимо указанных выше операций интервальный анализ позволяет сравнивать между собой числа х и у. При этом возможны две гипотезы: которые реализуются соответственно с вероятностя-

МиРиу = 1 - р.

Таким образом, с привлечением математического аппарата теории вероятностей можно достаточно строго определять параметры (интерва-

лы) распределения некоторого числа, являющегося результатом арифметических действий над интервальными числами или функцией от такого числа, а также сравнивать интервально распределенные числа между собой.

В главе приведены примеры использования методики оценки процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров на основе модели интервального анализа:

прогнозирование площади пожара на момент прибытия пожарных подразделений;

определение требуемого расхода воды на тушение пожара; определение необходимого числа стволов для тушения пожара. В заключении излагаются основные итоги работы, перечисляются научные и практические результаты, их значимость для теории и практики. Сформулированы возможные направления дальнейших исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ особенностей функционирования оперативных подразделений пожарной охраны. Показано, что подразделения пожарной охраны, предназначенные для экстренного реагирования, будут осуществлять первоочередные боевые действия, направленные на спасение людей, локализацию пожара с его последующей полной ликвидацией и спасение материальных ценностей, что в условиях ЧС предполагает их совместную работу с поисково-спасательными формированиями.

2. Разработана математическая модель деятельности руководителя тушения пожара, учитывающая многофазность процесса управления (прием сообщения - анализ ситуации - принятие решения - отдание приказания) и возможность образования очереди абонентов, базирующаяся на положениях теории массового обслуживания с учетом эрланговского распределения времени реакции на ситуацию.

3. Проведено математическое моделирование процесса управления и оценены основные его характеристики - оперативность, возможность образования очереди абонентов и ее длина, определены критические режимы работы, когда некоторые абоненты получают отказ в возможности связаться с руководителем. Показано, что вероятностный закон распределения времени от получения сообщения руководителем до отдания им приказания влияет незначительно на характеристики процесса управления, что позволяет использовать классический математический аппарат теории массового обслуживания

4. Разработана математическая модель управления руководителем деятельностью различных боевых участков с учетом приоритетности одного из них и получены соответствующие количественные оценки.

5. Предложена методика оценки деятельности оперативных подразделений МЧС на основе теоретико-множественной модели, которая позволяет повысить эффективность деятельности руководителя тушения пожара, учитывающая многоаспектность процесса управления силами и средствами пожарной охраны МЧС.

6. На основе моделей интервального анализа разработана методика оценки процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров с использованием математического аппарата теории вероятностей.

7. Полученные результаты могут быть положены в основу перспективных нормативных документов, регламентирующих порядок руководства оперативными подразделениями пожарной охраны и поисково-спасательными формированиями МЧС при их совместной деятельности на пожаре, а также в основу дальнейших научных и прикладных разработок в части организации обеспечения пожарной безопасности населения.

Основные опубликованные работы по теме диссертации:

1. Малыгин И.Г., Скопцов АА. Предложения по совершенствованию структуры пожарно-спасательных подразделений городов-мегаполисов России (на примере Санкт-Петербурга) // Международный

опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 20-21 января 2004 года - СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2004 0,2/ 0,1 п л

2 Скопцов А А Методика оценки деятельности оперативных подразделений МЧС на основе теоретико-множественной модели // Новые технологии в деятельности органов и подразделений МЧС России Материалы научно-практической конференции Санкт-Петербург, 26 мая 2004 года - СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2004 0,2 п л

3 Скопцов А А Модели процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров // Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 27-28 октября 2004 года - СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2004 0,2 п л

4 Скопцов А А , Таранцев А А Методика оценки процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров на основе модели интервального анализа // Вестник Санкт-Петербургского инсгитута ГПС МЧС России №4 (7), 2004 0,8 /0,4 п л

Формат 60х84, ,6 Тираж 100 экз

Подписано в печать 18 11 2004

Печать офсетная Объем 1 п л

Отпечатано в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д 149

Выводы

В данной главе представлены результаты моделирования деятельности оперативных подразделений МЧС — теоретико-множественная модель подразделения, в котором отсутствует штаб, выполняющий функцию обеспечения обратной связи, т. е. речь идет о моделировании пожарного караула или пожарной части как объекта управления.

Выполнено исследование моделируемого подразделения как объекта управления. Показано, что в соответствии с полученной трехуровневой структурой модели подразделения рассматриваемое оперативное подразделение является иерархической системой с доминированием верхнего уровня над нижними. Верхний уровень является общесистемным и входит как элемент в метасистему, т. е. в "подразделение верхнего уровня". Нижние уровни образуют локальную составляющую моделируемого объекта и обеспечивают функционирование верхнего уровня в составе метасистемы.

Показано, что задачи управления - это автономные задачи стабилизации выходных величин отдельных уровней и взаимосвязанные задач оптимизации уровней с учетом иерархии структуры объекта управления и доминирования верхних уровней.

Проведенный в главе литературный обзор показал, что научных публикаций в данной области мало. Опубликованные работы только отмечают необходимость исследования в области моделирования. Изложены результаты моделирования личного состава пожарного караула, выполнено теоретико-множественное моделирование больших подразделений: пожарной части, пожарного отряда. Системный анализ моделей этих подразделений дал возможность отметить характерные возможности подразделений, как объектов и систем управления и установить в общем виде необходимые условия, выполнение которых обеспечит моделируемым подразделениям заданные свойства.

В дальнейшей работе по данной методике разработанные модели будут основой при создании аналитических, расчётных моделей, с помощью которых можно будет получить конкретные количественные характеристики подразделений МЧС. Эти характеристики могут быть использованы при планировании учебно-тренировочных занятий личного состава оперативных подразделений и планировании выполнения оперативно-боевых задач. Успешное продолжение работ, связанных с моделированием конкретных боевых характеристик оперативных подразделений возможно только при участии соответствующих специалистов: по физической, воспитательной и психологической подготовке, специалистов по управлению, пожарно-техническому вооружению и пожарно-тактической подготовке личного состава. Всё это возможно при соответствующей организации научно-исследовательских работ в рамках высших учебных заведений МЧС России.

В главе установлено, что с привлечением математического аппарата теории вероятностей можно достаточно строго определять параметры (интервалы) распределения некоторого числа, являющегося результатом арифметических действий над интервальными числами или функцией от такого числа, а также сравнивать интервально распределенные числа между собой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ особенностей функционирования оперативных подразделений пожарной охраны. Показано, что подразделения пожарной охраны, предназначенные для экстренного реагирования, будут осуществлять первоочередные боевые действия, направленные на спасение людей, локализацию пожара с его последующей полной ликвидацией и спасение материальных ценностей, что в условиях ЧС предполагает их совместную работу с поисково-спасательными формированиями.

2. Разработана математическая модель деятельности руководителя тушения пожара, учитывающая многофазность процесса управления (прием сообщения - анализ ситуации - принятие решения - отдание приказания) и возможность образования очереди абонентов, базирующаяся на положениях теории массового обслуживания с учетом эрланговского распределения времени реакции на ситуацию.

3. Проведено математическое моделирование процесса управления и оценены основные его характеристики - оперативность, возможность образования очереди абонентов и ее длина, определены критические режимы работы, когда некоторые абоненты получают отказ в возможности связаться с руководителем. Показано, что вероятностный закон распределения времени от получения сообщения руководителем до отдания им приказания влияет незначительно на характеристики процесса управления, что позволяет использовать классический математический аппарат теории массового обслуживания.

4. Разработана математическая модель управления руководителем деятельностью различных боевых участков с учетом приоритетности одного из них и получены соответствующие количественные оценки.

5. Предложена методика оценки деятельности оперативных подразделений МЧС на основе теоретико-множественной модели, которая позволяет повысить эффективность деятельности руководителя тушения пожара, учитывающая многоаспектность процесса управления силами и средствами пожарной охраны МЧС.

6. На основе моделей интервального анализа разработана методика оценки процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров с использованием математического аппарата теории вероятностей.

7. Полученные результаты могут быть положены в основу перспективных нормативных документов, регламентирующих порядок руководства оперативными подразделениями пожарной охраны и поисково-спасательными формированиями МЧС при их совместной деятельности на пожаре, а также в основу дальнейших научных и прикладных разработок в части организации обеспечения пожарной безопасности населения.

Научно-практическая значимость полученных результатов определяется их важностью для оперативных подразделений МЧС России, так как от их профессионализма зависит жизнь и здоровье спасаемых людей, повышается возможность существенно уменьшить вредные последствия для экологии, сберечь имущество граждан и снизить экономический ущерб для организаций и промышленных предприятий от пожаров, и предполагает широкую практику совместных действий оперативных подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных служб МЧС, имеющих различную структуру, задачи и оснащение, под единым руководством.

Проведенный в этой связи анализ особенностей действий таких подразделений и разработанные модели и методики процесса управления на пожаре являются важными условиями повышения эффективности функционирования оперативных подразделений и, как следствие, снижение числа жертв и материального ущерба. Предложенные модели управления оперативными подразделениями на основе теории массового обслуживания и методика оценки процесса управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров на основе модели интервального анализа с достаточной степенью адекватности отражают действительное положение дел и позволяют давать количественные оценки характеристик процесса управления и формулировать предложения по его улучшению. На базе методики оценки деятельности оперативных подразделений МЧС на основе теоретико-множественной модели становится возможным корректировать нормативную базу управления разнородными подразделениями и проводить обучение руководящего состава.

Результаты диссертационного исследования внедрены в СевероЗападном региональном центре МЧС России, Главном управлении МЧС России по Санкт-Петербургу и Санкт-Петербургском институте Государственной противопожарной службы (ГПС) МЧС России.

1. Закон РФ «О пожарной безопасности», принят 18.11.94 г. М.: Юридическая литература, 1995.

2. Боевой устав пожарной охраны. Приложение №2 к приказу МВД России от 5.07.1995 г. № 257. М.: МВД России, 1996. 108 с.

3. Приказ Начальника ГУ ГПС МВД России № 7 от 29.01.01.г. «Об утверждении Концепции информационной политики ГПС МВД России на 2001 — 2003 гг.». М.: МВД России, 2001. 7 с.

4. Ершов А. П. Автоматизация работы служащих. М.: МЦНТИ, 1985. 52 с.

5. Гриценко В. И., Паныпин Б. Н. Методологические проблемы анализа развития информационной технологии. Киев: АН УССР, Институт кибернетики, 1984. 67 с.

6. Михалевич В. С., Каныгин Ю. М., Гриценко В. И. Информатика. Общие положения. Киев: АН УССР, Институт кибернетики, 1985. 45 с.

7. Ершов А. П. О предмете информатики // Вести. АН СССР. 1984 № 2. С. 112-113.

8. Лопатников Л.П. Популярный экономико-математический словарь. М.: Знание, 1979. 234 с.

9. Перминов С.Б., Храмов Г.В. Обновление потенциала отраслевой науки / Стратегическое прогнозирование и перспективное планирование научно-технического прогресса. Л.: 1989. с. 5 11.

10. Мымрин Ю.Н., Малахова И.Н. Выбор и оптимизация технико-экономических показателей при разработке технического задания. М.: Машиностроение, 1987. 152 с.

11. Роберте Ф.С. Дискретные математические модели с приложениями к социальным, биологическим и экологическим задачам. М.: Наука, 1986.-495 с.

12. Автоматизированные нформационные истемы / Ю.А.Бухарцев, В.Е.Ильин и др. Л.: ВАС, 1987.-304 с.

13. Грановская P.M., Березная И.Я. Интуиция и искусственный интеллект. М.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1991. 272 с.

14. Доброе Г. М. Проблемы управления организационной технологией. Киев: И-во «Знание» УССР, 1980. 23 с.

15. Громов Г. Р. Национальные информационные ресурсы. Проблемы промышленной эксплуатации. М.: Наука, 1984. 240 с.

16. Айламазян А.К. Информация и информационные системы. М.: Радио и связь, 1982. 160 с.

17. Великое Е. П. Об организации в Академии наук СССР работ по информатике, вычислительной технике и автоматизации // Вести. АН СССР. 1983. № 6. С. 24 30.

18. Кочетков Г. Б. Автоматизация конторского труда в США. Теория и практика «оффиса будущего». М.: Наука, 1985. 224 с.

19. Моисеенко В.В. Вопросы информатики управления в организации (методические аспекты) // Методологические проблемы кибернетики и информатики. Киев: Наук, думка, 1986. С. 240 246. ч

20. Осипова Г.Ф. Работа руководителя с документами. М.: Экономика, 1983.48 с.

21. Шастова Г.А. Комплексное использование современной информационной технологии путь к повышению эффективности АСУ организационного типа // УСиМ. 1986. № 3. С. 8-12.

22. Гребнев Е. Т. Принципы применения ЭВМ в управленческих организациях США (обзор) // Экономика и мат. Методы. 1985, № 21. С. 911-912.

23. Никитин. А. И. Сети ЭВМ и развитие информатики // Информатика и ее приложения. Киев: ИК АН УССР, 1985. С. 21-26.

24. Кинг К.Дж., Марьянски Ф.Дж. Тенденция развития учрежденческих информационных систем // ТИИЭР. 1983, № 4. С. 83-95.

25. Тиджер С. JI. Факторы, влияющие на развитие автоматизации учреждений // ТИИЭР. 1983, № 4. С. 63-73.

26. Жуков Ю.И., Малыгин И.Г., Смольников A.B. Применение функционального моделирования в деятельности Государственной противопожарной службы // Вестник Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России №5. СПб.: СПбИ ГПС МЧС России. 2003.

27. Моргачев В.Н. Формирование и методы территориального управления в США и Канаде. М, 1987.

28. Пузанов Ю.В. Энтропийный анализ чрезвычайных ситуаций // Проблемы безопасности при ЧС, 1992, Вып.7, с. 45-58.

29. Мациевский Е. Когда-то в Древнем Риме. // Пожарное дело. 1986. N8.с.31.

30. Брушлинский H.H., Семиков В.JI. Концепция системы обеспечения безопасности народного хозяйства. // Пожарное дело. 1990, N 12, с. 27-28.

31. Порфирьев Б.Н. Государственное управление в чрезвычайных ситуациях. М.: "Наука", 1991. 137 с.

32. Брушлинский H.H. Системный анализ деятельности Государственной противопожарной службы. М.: МИПБ МВД России, 1998. 255 с.

33. Брушлинский H.H., Кафидов В.В., Козлачков В.И. и др. Системный анализ и проблемы пожарной безопасности народного хозяйства. М.: Строй-издат, 1988. 413 с.

34. Яматака Е. Использование ЭВМ в системе диспетчерского управления службами пожарной безопасности. // Киндай себо. 1989, Том 27, N10, с. 96104.

35. Яматака Е. Диспетчерский пункт пожарно-спасательной службы г. Осака // Киндай себо. 1989, Том 27, N10, с. 112-116.

36. Приказ МЧС России № 428 от 10 сентября 2002 г. «Об утверждении концепции развития единых дежурно-диспетчерских служб в субъектах Российской Федерации».

37. Кофман А., Крюон Р. Массовое обслуживание. Теория и приложения. М.: Мир, 1965.

38. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1988.

39. Абдурагимов Г.И., Таранцев A.A. Теория массового обслуживания в управлении пожарной охраной. М.: Академия ГПС МВД России, 2000.

40. Таранцев A.A. О способе выбора параметров СМО с очередью // Автоматика и телемеханика, N 7, 1999.

41. Таранцев A.A. Методы экспресс-выбора параметров систем массового обслуживания вызовов // Сборник научных трудов "Обеспечение организационно-управленческой деятельности ГПС", ВНИИПО МВД России, 2000, с.169-179.

42. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Изд. 4-е. М.: Наука, 1978.

43. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Изд.5-е, стереотипное. М.: Высшая школа, 1998.

44. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. М.: Наука, 1976.

45. Таранцев A.A. О некоторых закономерностях в системах массового обслуживания вызовов // Пожаровзрывобезопасность, N 5, 2002.

46. Месарович М., Мако Д., Такахара К. Теория иерархических многоуровневых систем -М.: Мир, 1973. 344 с.

47. Месарович М., Такахара К. Общая теория систем: математические основы М.: Мир, 1978. - 311 с.

48. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Вопросы военной системотехники. — М.: Воениздат, 1976. 224 с.

49. Основы теории управления войсками / Под редакцией генерал-полковника П.К. Алтухова. М.: Воениздат, 1984. - 224 с.

50. Попов A.A. и др. Основы общей теории систем. Часть 1 JL: ВАС, 1992.- 248 с.

51. Сметанин Ю.В. Декомпозиционный метод математического планирования и оптимизации химико-технологических систем // ТОХТ, 1992. №4 -С. 596-599.

52. Сметанин Ю.В. Математическое моделирование и оперативная оптимизация химико-технологических процессов и систем. JL: Ленингр. технолог, ин-т Ленсовета. Л., 1988. 158 с.

53. Кежаев В.А. Конструктивно-функциональный подход к моделированию задач управления войсками и вооружением // Военная мысль, 1996. №6. С. 26-31.

54. Маркитан Р.В., Гуйвенко В.Н., Тюкалов В.П. Управленческая подготовка- важный приоритет в новых учебных планах и программах военных академий // Военная мысль, 1996. №5. С. 8.

55. Кежаев В.А. Совершенствование управления войсками: аспект иформа-тизации // Военная мысль, 1996. №4. С. 40-42.

56. Просвиров В.П., Соловьев И.В. О применении искусственных знаков систем в моделировании процессов вооруженной борьбы // Военная мысль. 1989. №12. С. 31-36.

57. Абчук A.JL, Емельянов A.JI. и др. Введение в теорию выработки решений. -М.: Воениздат, 1972. 240 с.

58. Абчук В.А., Лившиц А,Л. и др. Оперативное управление // М.: Радио и связь, 1984. 320 с.

59. Рябчук В.Д., Кондратьев В.В. Математика для общевойскового командира. М: ВА им. Фрунзе, 1994. 140 с.

60. Журко М.Д. Основы применения математических методов в работе штабов. М, 1976.

61. Сборник военно-прикладных математических задач. М, 1977.

62. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Идея, алгоритм, решение: принятие решений и автоматизация. -М: Воениздат, 1972. 328 с.

63. Кабанов А.А. Научные основы управления внутренними войсками МВД России: Курс лекций. СПб.: СПВИВВ МВД России, 1996. 68 с.

64. Кабанов А.А., Сметанин Ю.В. Математическое моделирование деятельности подразделений МВД как объектов управления. Отчет о НИР. СПб.: СПбУ МВД России, 1999. 48 с.

65. Moore R.E. Interval Analysis. N.Y.: Prentice-Hall, 1966. 335 p.

66. Вощинин А.П. Заводская лаборатория. 2002. Т. 68, №1. С. 118-126.

67. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятности. М.: Физматгиз, 1961. 524 с.

68. Бессмертнов В.Ф., Вязигин В.Г., Малыгин И.Г. Пожарная тактика в вопросах и ответах / Под ред. B.C. Артамонова. СПб.: СПбИ ГПС МЧС России, 2003.

69. Справочник руководителя тушения пожара / Под ред. Я.С. Повзика. М.: Спецтехника, 2000.

70. Информационно-управляющие человеко-машинные системы / Под ре-дак-цией Губинского А.И. и Евграфова В.Г. М.: Машиностроение, 1993.

71. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., Наука, 1973.

72. Артамонов B.C. Индивидуальная подготовленность обучаемых в образовательном учреждении: контроль и управление. Монография. СПб.: СПб Академия МВД России, 1997.

73. Акофф Р., Эмери Ф. О целеустремлённых системах. М.: Советское радио, 1974.

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

75. Денисов A.A., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. JL: Энергоиздат, 1982.

76. Джонсон Р., Каст Ф., Розенцвейг Д. Системы и руководство. М.: Советское радио, 1971.

77. Клиланд Д., Кинг В. Системный анализ и целевое управление. М.: Радио и связь, 1983.

78. Ермилов Л.И. Синтез сетевых моделей сложных процессов и систем. М.: Воениздат, 1970.

79. Захаров В.Н., Поспелов Д.А., Хазацкий В.Е. Системы управления. М.: Энергия, 1977.

80. Бурков В.Н., Новиков Д.А. Как управлять проектами. М.: Синтег, 1997.

81. Бурков В.Н., Новиков Д.А. Модели и механизмы теории активных систем в управлении качеством подготовки специалистов. М.: ИЦПКПС, 1998. 157 с.

82. Бурков В.Н., Суходаев A.A., Цыганов В.В. Совершенствование планирования и финансирования работ по новой технике в отрасли // Совершенствование планирования, разработки и внедрения новых поколений техники. М.: АНХСМ СССР. 1986.

83. Бурков В.Н., Трапезников В.А., Цыганов В.В. и др. Комплексный подход к управлению научно-техническим прогрессом в отрасли. М.: Вестник АН СССР. 1983.

84. Бурков В.Н., Цыганов В.В. Адаптивные механизмы функционирования активных систем. М.: АиТ. 1985. №9.

85. Гмошинский В.Г., Флиорент Г.И. Теоретические основы инженерного прогнозирования. М: Наука, 1983. 303 с.

86. Грешилов A.A., Стакун В.А., Стакун A.A. Статистические методы принятия решений с элементами конфлюентного анализа. М.: Радио и связь, 1998. 112 с.

87. Грушко И.М., Сидоренко В.М. Основы научных исследований. Харьков: Высшая школа, 1983. 223 с.

88. Доценко С.М. и др. Единое информационно-функциональное пространство ВМФ: от идеи до реализации / Под общ. ред. В.И. Кидалова. СПб.: Ника, 2003. 490 с.

89. Доценко С.М. и др. Информационное обеспечение управления и флот / Под общ. ред. Г.Н. Королькова. СПб.: Ника, 2002. 260 с.

90. Дроговцев Н.Я. Основы математического анализа. Киев: Высшая школа, 1985. 528 с.

91. Жуков Г.П., Викулов C.B. Военно-экономический анализ и исследование операций. М.: Военное издательство, 1987. 432 с.