основы моделирования и оценки эффективности действий сил
реклама
Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий ______________________________________________________ Академия гражданской защиты Кафедра аварийно-спасательных работ П.А. Попов, В.С. Федорук, М.Ф. Баринов, Д.В. Мясников ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЙ СИЛ РСЧС ПРИ ВЕДЕНИИ АСДНР Учебное пособие Химки – 2014 УДК 623:355.58 ББК 78.25.27 Авторы: П.А. Попов, профессор кафедры, к.т.н., ст. научный сотрудник В.С. Федорук, профессор кафедры, к.в.н., доцент М.Ф. Баринов, начальник кафедры Д.В. Мясников, старший преподаватель кафедры, к.т.н. Рецензенты: А.В. Рыбаков, заместитель начальника лаборатории информационного обеспечения населения и технологий информационной поддержки РСЧС Академии гражданской защиты МЧС России, к.т.н., доцент В.И. Гавриленко, начальник отдела аварийно-спасательных формирований Департамента пожарно-спасательных сил и специальных формирований, спасатель международного класса Основы моделирования и оценки эффективности действий сил РСЧС при ведении АСДНР. Учебное пособие. Химки: АГЗ МЧС России. 61 с., 4 табл., 12 рис. В учебном пособии изложены основы системного анализа и исследования операций применительно к разработке математических моделей процессов АСДНР, а также методические подходы, используемые при оценке эффективности аварийно-спасательных средств и выборе их рационального состава для проведения АСДНР. Настоящее пособие разработано в соответствии с учебной программой дисциплины «Организация и ведение аварийно-спасательных работ» и предназначено для курсантов инженерного факультета, слушателей факультета руководящего состава, специального факультета по подготовке иностранных специалистов. Пособие может быть использовано научными сотрудниками и специалистами в области организации АСДНР. Компьютерный набор: П.А. Попов, Д.В. Мясников © Академия гражданской защиты МЧС России, 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение ……………………………………………………………………….. Глава I. Основы системного анализа и исследования операций……………. 1.1.Основные понятия системного анализа и исследования операций………………………………………………………………………... 1.2. Системный анализ процесса применения сил РСЧС…………….. Выводы по главе I……………………………………………………………… Контрольные вопросы по главе I……………………………………………… Глава II. Критерии эффективности применения сил РСЧС………………… 2.1. Основные понятия, принцип выбора и виды критериев эффективности…………………………………………………………………. 2.2. Содержание критериев эффективности применения сил РСЧС……………………………………………………………………………. 2.2.1. Критерии эффективности мер по снижению опасности при ЧС 2.2.2. Критерии эффективности применения сил РСЧС при выполнении АСДНР…………………………………………………………… Выводы по главе II…………………………………………………………… Контрольные вопросы по главе II…………………………………………… Глава III. Основы математического моделирования процессов АСДНР…... 3.1. Основы разработки математических моделей (задач) процессов АСДНР……………………………………………………………… 3.2. Математические методы, применяемые при математическом моделировании АСДНР……………………………………………………….. 3.3. Методы экспертизы, применяемые при обосновании решений на проведение АСДНР………………………………………………………… Выводы по главе III…………………………………………………………… Контрольные вопросы по главе III…………………………………………… Глава IV. Оценка эффективности аварийно-спасательных средств……….. 4.1. Методические подходы, используемые при оценке эффективности аварийно-спасательных средств……………………………. 4.1.1 Оценка эффективности спасательных судов……………………. 4.1.2. Оценка эффективности применения робототехнических средств (РТС) в чрезвычайных ситуациях…………………………………. 4.2. Выбор рационального состава комплекта (комплекса) технических средств для проведения АСДНР………………………………. Выводы по главе IV…………………………………………………………… Контрольные вопросы по главе IV…………………………………………… Заключение…………………………………………………………………… Список использованных источников………………………………………… 3 4 6 6 12 15 15 16 16 19 19 23 27 27 28 28 37 40 47 47 48 48 49 51 53 58 58 59 60 ВВЕДЕНИЕ Анализ проблемы обеспечения безопасности населения при ЧС показывает, что она является многогранной и включает в себя различные по своему содержанию составляющие: прогноз возможных последствий, комплекс превентивных мероприятий по снижению вероятности возникновения ЧС и масштабов возможного ущерба при их возникновении, организацию проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ (АСДНР). Решение каждой из перечисленных задач вносит вклад в повышение безопасности населения. При этом особую значимость приобретает решение задачи рациональной организации АСДНР, т.к. многие люди, оказавшиеся в зоне ЧС, погибают при условии неоказания им своевременной физической и медицинской помощи. Для эффективного планирования применения аварийно-спасательных формирований (АСФ) при ведении АСДНР необходимо решать комплекс взаимосвязанных научно- технических задач: - оценка риска возникновения ЧС в заданном регионе (территории, объекте); - прогноз последствий ЧС и определение объемов АСДНР; - заблаговременное определение состава и численности сил и средств, используемых при ликвидации последствий ЧС; - оперативная оценка последствий ЧС; - определение рациональных вариантов организации и технологии выполнения АСДНР в различных условиях. Успешное решение каждой из перечисленных выше задач в той или иной степени влияет на эффективность применения аварийно-спасательных формирований. Значительно повысить эффективность применения АСФ позволяет использование математических моделей, с помощью которых возможно выявление закономерностей процесса АСДНР и повышение качества планирования, а, следовательно, и эффективности управления различными организационными системами. Чтобы качественно управлять подчиненными силами необходимо предвидеть характер возможных действий, а способность предвидеть базируется на использовании закономерностей управляемых процессов. Методы познания закономерностей применения аварийно-спасательных сил основываются на использовании результатов опыта, логико-качественном анализе, натурном моделировании. В последние десятилетия все более широкое применение в решении этих вопросов приобретает математическое моделирование. Вначале математическое моделирование применялось для исследования достаточно простых процессов. В военном деле это направление стало интенсивно развиваться в 40-е годы ХХ в. при планировании, принятии решений, определении способов выполнения поставленных задач. Оно получило название «исследование операций». 4 В настоящее время «исследование операций», в самом широком смысле, определяется как научное направление, занимающееся обоснованием рациональных способов организации человеческой деятельности. «Исследование операций» часто определяют как прикладное научное направление, изучающее методы количественного обоснования принимаемых решений. В связи с широким внедрением средств автоматизации, математических методов моделирования в процессы управления различными системами, понятие «исследование операций» также претерпевает определенные изменения. В настоящее время вполне правомерно исследование операций рассматривать как научное направление, связанное с построением, разработкой и применением математических моделей для обоснования оптимальных решений. Применительно к анализу аварийно-спасательных и других неотложных работ (АСДНР) исследование операций можно определить как исследование закономерностей процессов АСДНР с использованием математического моделирования. Таким образом, исследование операций, как научное направление, имеет целью на основе методов математического моделирования вскрыть закономерности изучаемых процессов и повысить качество планирования, а следовательно и эффективность применения различных организационных систем, например: подразделений воинских спасательных формирований МЧС России, аварийно-спасательных формирований и др. В данном учебном пособии изложены основы системного анализа и исследования операций применительно к разработке математических моделей процессов АСДНР, методические подходы, используемые при оценке эффективности аварийно-спасательных средств и выборе их рационального состава для проведения АСДНР, а также основные понятия и принципы формализации производственных процессов в других отраслях деятельности человека. 5 Глава I. ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА И 1.1. Основные понятия системного анализа и исследования операций Рассмотрим основные понятия системного анализа и исследования операций. Под операцией мы будем понимать такое целенаправленное действие или совокупность действий, объединенных единым замыслом и направленных на достижение поставленных целей [5]. Такое определение операции является достаточно общим. Существенным в этом определении является то, что операция рассматривается как действие, процесс с общими задачами и целями. Примерами операций являются: выдвижение аварийно-спасательных формирований (АСФ) в район ЧС; проведение АСДНР различного масштаба. Выполнение различных задач в ходе АСДНР также может рассматриваться как операция: разработка завалов разрушенного здания, тушение пожара, ремонт аварийно-спасательных средств и др. Содержание понятия «операция» и методы исследования операций имеют непосредственную связь с основными понятиями теории систем и системного анализа. Эта связь выражается в том, что функционирование системы, т.е. проявление ее свойств на определенном этапе с определенной целью, может рассматриваться как «операция». Таким образом, мы можем считать идентичными понятия «операция» и «функционирование системы». Следовательно, такие понятия, как: цель операции, критерии эффективности операции, оптимальное решение, оптимизация и др. оказываются идентичными как при исследовании операции, так и при изучении функционирования различных систем. Само понятие системного анализа в настоящее время трактуется как совокупность методических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным вопросам социального, экономического, военного характера. Системный анализ опирается на системный подход, в основе которого лежит рассмотрение изучаемых объектов как систем. Понятие «система» является одним из центральных как в теории систем и в системном подходе, так и в исследовании операций. Под системой (от греческого «systema» – целое, составленное из частей, соединение) понимается совокупность, множество элементов, находящихся в отношениях и в связях и образующих определенную целостность, единство. Таким образом, система опирается на понятие: «элемент», «связь», «целостность». Элемент – часть системы, обладающая определенной самостоятельностью по отношению к остальной ее части. Под элементом мы будем понимать объект, имеющий материальную основу. Разбиение системы на элементы является весьма сложной и 6 ответственной задачей и зависит в первую очередь от целей исследования, масштаба и предназначения системы. Рассматривая, например, аварийноспасательную службу как систему, в качестве элементов могут быть приняты: начальник аварийно-спасательной службы (АСС), аварийно-спасательные отряды (АСО) службы, дежурные смены спасателей и др. В общем случае элементы могут быть однородными, разнородными и смешанными. Например, однотипные и разнотипные отряды. Связи – это то, что объединяет элементы системы, способ взаимодействия и отношения между ними. Связи могут быть: 1) информационные, вещественные, энергетические; 2) прямые и обратные; 3) постоянные, временные и др. Рассматривая, например, такие системы, как аварийно-спасательные формирования и их органы управления, наиболее часто мы будем встречаться с прямыми и обратными информационными связями, которые реализуются в распоряжениях, приказах, докладах, отчетах и других данных. Энергетические и вещественные связи наиболее характерны при изучении и создании комплексов (комплектов) технических средств для выполнения АСДНР. Важным понятием системного анализа является понятие подсистемы. Подсистемой называется часть системы, выделенная из нее по определенному признаку. Для выделения подсистемы могут использоваться различные признаки: функциональные, морфологические (структурные), технологические и другие. Например, рассматривая АСС как систему, вполне правомерно принять АСО в качестве подсистемы. Основными признаками выделения такой подсистемы являются функциональные и структурные. Рассмотрение любой системы носит двойственный характер: с одной стороны, она является подсистемой более высокого уровня иерархии (например – системы «группировка сил»), а с другой стороны - сама содержит подсистемы и элементы (например - АСО, дежурные смены спасателей). Схематически это показано на рисунке 1.1. Элементы системы связи Среда подсистема Элементы среды Рис. 1.1. Система и подсистема системы 7 Важным понятием теории систем является среда, которая определяется как множество элементов (объектов), не включенных в систему. Элементы среды и системы также могут находиться во взаимодействии и оказывать влияние друг на друга, а также возможен переход элементов среды в число элементов системы и наоборот. Выбор элементов системы и среды является важным этапом исследования, при этом при выделении элементов системы и среды необходимо стремиться учитывать только те элементы, которые оказывают существенное влияние на функционирование системы. Если, например, в качестве системы рассматривать аварийно-спасательную службу, выполняющую задачу по ликвидации последствий ЧС, то в качестве элементов могут рассматриваться: поражающие факторы ЧС, условия выполнения задачи (время года, состояние погоды). Саму АСС как систему можно представить в качестве одного элемента или нескольких элементов, в зависимости от способа выполнения задачи и целей исследования. При исследовании систем выделяют характеристики элементов системы, характеристики системы в целом, характеристики внешней среды. Количественные характеристики обычно называют параметрами. Возвращаясь к предыдущему примеру, в качестве параметров АСС как системы можно рассмотреть нормативные данные по выполнению различных аварийно-спасательных работ (АСР). Параметрами, характеризующими элементы системы, могут быть: возможности отдельных аварийноспасательных средств, запасы возимых ресурсов и т.п. Функционирование системы (что аналогично понятию «операция») – это проявление ее действий, осуществление в ней различных процессов и процессов взаимодействия ее элементов и среды. Например, действие газоспасательного формирования как системы приводит к изменению параметров среды, например поражающих факторов АХОВ. В свою очередь АХОВ, воздействуя на формирование, может изменить ее состояние – нанести потери. Функционирование системы (операция) порождает совокупность действий, имеющих определенную цель. Целями могут выступать: состояние системы, которое необходимо поддерживать при различных состояниях среды; воздействие на среду; либо то и другое одновременно. В теории исследования наибольший интерес представляют системы с управлением, т.е. системы, которым свойственно управление. При этом под управлением понимается процесс целенаправленного поведения системы, осуществляемый посредством информационных воздействий. Такие системы часто определяются как сложные системы, в состав которых входит: управляющий объект (УО), объект управления (ОУ) и каналы связи между ними – канал прямой связи (КПС) и канал обратной связи (КОС) (рис. 1.2). 8 среда КПС УО КОС среда ОУ система управления Рис. 1.2. Система с управлением Управляющий объект обеспечивает выработку информационных воздействий – решение, объект управления – выдачу информации о своем состоянии и состоянии среды, восприятие управляющих воздействий и их реализацию. Управляющий объект вместе с каналами связи образуют систему управления. Данная система с управлением (рис. 1.2) относится к системам с простой структурой, т.к. содержит один управляющий объект и один объект управления. Реальные системы являются сложными многоконтурными системами. Сложные системы подразделяются на централизованные, иерархические и смешанные. В централизованных системах управление всеми объектами осуществляется одним управляющим объектом – центральным управляющим объектом (ЦУО) (рис. 1.3). ЦУО ОУ1 ОУ2 ОУ3 ... ОУn командная информация информация о состоянии Рис 1.3. Структурная схема централизованной системы управления Преимуществом такой системы является быстрое прохождение управляющей информации, однако при значительном числе объектов управления структура системы становится громоздкой, требуется обработка больших объемов информации, что снижает эффективность функционирования системы в целом. 9 Иерархическая система предусматривает выделение нескольких уровней управления, в каждом из них имеется своя система управления и объекты управления (рис.1.4). Важной особенностью иерархической системы является то, что при ее функционировании используется принцип агрегирования, т.е. обобщения информации при переходе от нижнего уровня к более высокому. Это позволяет сократить объем передаваемой и обрабатываемой информации. В структурах реальных систем, в т.ч. РСЧС, наиболее часто встречается сочетание централизованных и иерархических систем. Рациональный выбор структур систем управления является одной из важных проблем, решение которой связано с повышением эффективности управления силами РСЧС, обеспечивающих максимальное использование их возможностей. ОУ ОУ11 УО1 УО2 УОn ОУ1 ОУ2 ОУn ОУ12 ОУ21 ОУ22 ОУn 1 ОУn 2 связи взаимодействия Рис 1.4. Структурная схема иерархической системы управления При этом в любом случае соблюдается один из важнейший принципов управления, заключающийся в том, что основой управления силами является решение командира (начальника). Исследование операций как научное направление, занимающееся обоснованием рациональных способов организации человеческой деятельности, ставит своей целью обоснование целесообразных или оптимальных решений. В связи с этим рассмотрим основные понятия исследования операций, используемые при выборе оптимальных решений. Под решением следует понимать определение целей операций (функционирования системы), сил, средств, способов и сроков для их достижения. 10 Одной из важнейших задач исследования операций является количественное обоснование оптимальных решений, осуществление оптимального управления. Под оптимальным решением понимают такое решение, реализация которого в рамках принятых ограничений и допущений обеспечивает достижение требуемого результата при минимальных затратах ресурсов, либо достижение максимального результата при имеющихся ресурсах. При этом под ресурсами понимают силы, средства, время и т.д. Оптимальное управление – это управление, позволяющее достичь планируемого результата наилучшим способом в соответствии с критерием оптимальности или эффективности. Оптимизация – процесс выбора наилучшего варианта из возможных, процесс приведения системы или среды в наилучшее состояние. Оптимум – наилучший вариант решения или путь достижения цели при заданных условиях и ресурсах. В любой задаче оптимизации важнейшим понятием является понятие критерия оптимальности или эффективности. Эффективностью планируемых действий называется ожидаемая степень достижения поставленных целей, т.е. целей функционирования. Анализ действий аварийно-спасательных сил с позиции системного подхода показывает, что они всегда планируются и осуществляются с определенной целью. При этом весьма важным является оценка того, каким способом, в какие сроки и в какой мере может быть достигнута поставленная цель. Для решения этого вопроса на основе уяснения цели действий должен быть определен и обоснован критерий или показатель эффективности операций (функционирования рассматриваемой системы). Критерий эффективности является основным инструментом, обеспечивающим качественное обоснование оптимальных, рациональных или целесообразных решений. В самом общем понимании критерий – это средство для суждения или классификации объектов и явлений. Применительно к оценке эффективности операций (функционирования различных систем) можно дать конкретное понятие: Критерий эффективности – мера степени достижения поставленной цели, мера успешности выполнения поставленных задач. Показатель эффективности – численная характеристика степени достижения цели операции. Для оценки эффективности операции при наличии нескольких целей при обосновании решений может использоваться система критериев, характеризующих различные факторы, определяющих ход и исход действий. На основе анализа целей операции, наиболее существенных ее показателей, из системы критериев выбирают один критерий, который определяется как главный, основной или общий. Под критерием оптимальности понимается количественный показатель эффективности, принимающий предельное (максимальное или минимальное) значение. 11 Соответствующее ему решение часто определяют как оптимальное или целесообразное. Следовательно, по степени приближения критерия эффективности к критерию оптимальности можно судить об эффективности соответствующих решений или действий. 1.2. Системный анализ процесса применения сил РСЧС Системный анализ опирается на системный подход, в основе которого лежит рассмотрение изучаемых объектов как систем. Сущность системного подхода базируется на двух аспектах: первый – на представлении объекта исследования как системы; второй – на понимании процесса исследования как системного по своей логике и применяемым средствам. Основные положения системного подхода в первом аспекте сводятся к следующему: – исследуемый объект представляется как относительно самостоятельная система и одновременно как подсистема более широкой системы, т.е. системы более высокого уровня; – система состоит из элементов, ее свойства не сводятся к простой сумме свойств элементов, а представляют собой новое качество, присущее только системе; – между элементами системы существуют различные связи, совокупность которых определяет структуру системы и может иметь ряд уровней по вертикали и горизонтали; – система реализует определенные функции в соответствии с ее предназначением; ее элементы и система в целом подвергаются количественным и качественным изменениям. Во втором аспекте системный подход реализуется в следующих основных принципах: цели, целостности, сложности историзма. Принцип цели состоит в том, что при исследовании объектов и явлений прежде всего необходимо выявить их предназначение, цели функционирования, средства достижения цели. В соответствии с целями функционирования обосновываются показатели или критерии эффективности функционирования системы, определяются их содержание и методы вычисления. На основе моделирования определяются целесообразные способы достижения поставленных целей, как правило, путем решения оптимизационных задач. Принцип целостности требует выделения объекта из совокупности других, исследования свойств системы и системы в целом. Принцип сложности указывает на необходимость рассмотрения объектов исследования как сложной совокупности различных элементов, находящихся в разнообразных связях между собой и элементами среды. Принцип историзма предполагает исследование прошлого системы. Этот анализ совместно с анализом состояния системы в настоящем позволяет вскрывать закономерности и оценивать тенденции их развития. 12 Правильное использование системного подхода является важным инструментом исследования, в том числе исследования операций, позволяющих избежать принципиальных ошибок. Рассмотрим теперь на основе положений системного анализа основные этапы исследования операций для систем РСЧС. Первый этап – оперативно-тактическая постановка задачи исследования, включающая определение целей функционирования системы, формирование понятия исследуемой системы, как подсистемы более высокого порядка, выбор расчетных элементов системы, среды, установление основных взаимосвязей между ними; определение критериев эффективности; установление основных ограничений и допущений. Результат первого этапа – оперативно-тактическая постановка задачи исследования, которую по своему содержанию и уровню формализации можно определить как оперативно-тактический алгоритм задачи. Данный этап исследования операций является наиболее ответственным. Второй этап – разработка математической модели функционирования системы. На основе системного анализа должны быть определены способы учета в модели функционирования системы более высокого уровня. В математической форме должны быть определены: целевая функция, позволяющая вычислять значения показателей эффективности, и система ограничений. Важной составной частью разработки математических моделей является алгоритмизация и программирование. Третий этап - внедрение модели, задачи в повседневную деятельность органов управления по линии включения их в состав специального математического обеспечения автоматизированных систем управления силами, освоение их должностными лицами органов управления. Четвертый этап практическое применение, использование математических моделей и задач в деятельности органов управления. Таким образом, основные положения системного анализа и исследования операций оказываются тесно взаимосвязанными и взаимозависимыми. Эти научные направления или дисциплины в настоящее время рассматриваются как составные части методологической основы кибернетики. Следует подчеркнуть, что применение методов кибернетики, теории систем и исследования операций конечной целью имеет выработку целесообразных решений и реализацию оптимального управления в различных системах. Широкое развитие и применение ЭВМ, информационных систем и на их основе методов математического моделирования позволяют считать их одним из приоритетных направлений в исследовании операций. Рассмотренные выше сущность системного подхода, основные положения теории систем и исследования операций позволяют с этих позиций подойти к анализу проблемных вопросов применения сил РСЧС, таких как: обоснование организационно-штатной структуры воинских спасательных формирований МЧС России и АСС, принципов их применения, совершенствование управления силами, разработка критериев, методов оценки эффективности действий частей (формирований) и их применения в целом. 13 Содержанием системного анализа действий сил РСЧС являются: определение понятий системы сил и процесса применения сил, обоснование целей и критериев эффективности их функционирования, построение на этой основе математических моделей для количественного обоснования оптимальных или целесообразных решений. Применение математических моделей должно обеспечивать возможность вскрытия закономерностей процессов и применения сил, совершенствования принципов применения частей и формирований, способов и организации выполнения задач по проведению АСДНР. Воинские спасательные формирования МЧС России и АСС, как правило, являются составным элементом группировки сил РСЧС, создаваемой для проведения АСДНР. Их можно с полным основанием рассматривать как сложные системы с управлением, имеющие иерархическую структуру и состоящие из ряда подсистем. На основании изложенного можно ввести следующее определение: системой группировки сил РСЧС является совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих подразделений воинских спасательных формирований МЧС России, аварийно-спасательных служб (формирований), привлекаемых для выполнения комплекса АСДНР и применяемых по единому замыслу, а также имеющихся и создаваемых объектов (систем объектов), используемых в интересах проведения АСДНР. В соответствии с общей методологией исследования систем важным вопросом является определение целей функционирования системы и критериев ее эффективности. Применительно к системе группировки сил РСЧС целесообразно этот вопрос рассматривать для трех этапов. 1 этап – режим повседневной деятельности РСЧС. Основной целью функционирования является поддержание системы и ее элементов в определенном состоянии. К характеристикам состояния можно отнести готовность воинских спасательных формирований МЧС России и АСС, их возможности по развертыванию и приведению в готовность, потенциальные возможности по выполнению комплекса АСДНР, успех выполнения мероприятий режима повседневной деятельности. Характерной особенностью данного этапа является относительно стабильное состояние среды, т.е. условий функционирования, и в первую очередь, отсутствие воздействия поражающих факторов ЧС. 2 этап – режим повышенной готовности РСЧС. Целями функционирования системы являются: выполнение мероприятий по повышению готовности сил, т.е. достижение определенного состояния системы и ее элементов, а также выполнение мероприятий режима повышенной готовности. К характеристикам состояния на этом этапе можно отнести повышение потенциальных возможностей по выполнению комплекса АСДНР, результаты мероприятий по повышению готовности сил. 14 3 этап – режим чрезвычайной ситуации. Основными целями функционирования системы «группировка сил» являются выполнение комплекса АСДНР. Характерной особенностью функционирования системы «группировка сил» на этом этапе является влияние среды, и в первую очередь воздействие поражающих факторов ЧС. К характеристикам состояния на этом этапе относятся показатели, характеризующие успех выполнения поставленных задач. Критерии эффективности функционирования системы группировки сил будут рассмотрены в следующей главе. Выводы по главе I Таким образом, в главе I: 1. Приведены основные понятия системного анализа. 2. Разработаны структурные схемы различных систем управления. 3. Разработаны подходы применения системного анализа к силам РСЧС. Контрольные вопросы по главе I 1. Назовите основные понятия системного анализа. 2. Дайте определения следующим понятиям «система», «элемент», «связь», «подсистема». 3. Начертите схему системы с управлением. 4. Начертите структурную схему централизованной системы управления. 5. Изложите сущность применения системного анализа к силам РСЧС. 15 Глава II. КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛ РСЧС 2.1. Основные понятия, принцип выбора и виды критериев эффективности Анализ применения сил РСЧС с позиций системного подхода показывает, что они всегда планируются и осуществляются с определенной целью. При этом весьма важным является оценка того, каким способом, в какие сроки и в какой мере может быть достигнута поставленная цель. Для решения этого вопроса на основе уяснения цели действий должен быть определен и обоснован критерий (показатель) эффективности операции или функционирования рассматриваемой системы. Критерий эффективности является основным инструментом, обеспечивающим количественное обоснование оптимальных, рациональных и целесообразных решений. В последующем мы будем пользоваться наиболее часто употребляемыми понятиями «критерий эффективности» (КЭ) или «показатель эффективности» (ПЭ). Понятие «эффект», «эффективность» по существу идентичны содержанию понятий «результат», «результативность». Следовательно, критерий эффективности должен характеризовать результат, результативность операций и планируемых действий. В самом общем понимании критерий – это средство для суждения или классификации объектов и явлений. Применительно к оценке эффективности операций, функционирования различных систем можно дать более конкретное понятие: критерий эффективности является мерой достижения цели (целей) действий, мерой успешности выполнения поставленных задач. Применительно к процессу проведения АСДНР целесообразно пользоваться такими понятиями, как: «критерий эффективности применения сил РСЧС», «критерий эффективности выполнения задач АСДНР» и аналогичными им. Для оценки эффективности операции при наличии нескольких целей при обосновании решений может использоваться система критериев, характеризующих различные факторы, определяющие ход и исход действий. На основе анализа целей операции, наиболее существенных ее показателей из системы критериев выбирается один критерий, который определяется как главный, основной или общий. В качестве главного критерия может приниматься и критерий, который получают различными способами на основе системы критериев, каждый из которых определяется как частный показатель эффективности. Такой критерий, получаемый на основе частных, обычно называют обобщенным показателем или критерием эффективности. Главный, основной критерий должен, как правило, характеризовать конечный результат действий или операции. Методы получения обобщенных критериев рассмотрены ниже. Наряду с понятием «критерий эффективности» весьма важным является понятие «критерий оптимальности» (КО). 16 Под критерием оптимальности понимается количественный показатель эффективности, принимающий предельное (максимальное или минимальное) значение. Соответствующее ему решение часто определяют как оптимальное или целесообразное. Следовательно, по степени приближения критерия эффективности к критерию оптимальности можно судить об эффективности соответствующих решений или действий. Поэтому критерий оптимальности можно определить как значение показателя эффективности, достигаемое при оптимальном, наиболее целесообразном решении или действии. Следует подчеркнуть, что численные значения критериев эффективности, как правило, должны носить сравнительный характер, т. е. характеризоваться либо отношением, либо «расстоянием» между значениями показателей операций, которые могут быть достигнуты к оптимальным или требуемым показателям. Значения показателей, которые могут быть достигнуты, определяются на основе применения соответствующих математических моделей или задач. Эти значения часто определяют как расчетные. В общем случае показатели, характеризующие ход или исход операции или функционирования системы, мы будем обозначать через V,W… ,которые определяются функцией двух групп величин W=F(α1,α2, …, αn, β1, β2, …, βm ), (2.1) где αi – параметры, на которые лицо, принимающее решение (ЛПР), оказывать влияние не может; βi – параметры, характеризующие принимаемое решение (способ действий) и зависящие от ЛПР. К первой группе можно отнести параметры, определяющие условия выполнения задачи и другие данные, которые не зависят от принимающего решение. Ко второй – параметры, которые непосредственно определяют решение и возможные способы действий. В качестве показателей могут выступать: объемы задач по проведению АСДНР, выполняемых за некоторое время, темп выполнения задачи (например, темп откопки пострадавших) и др. показатели. По существу, выражение (2.1) символически отражает ту или иную математическую модель операции, что обеспечивает возможность получить расчетным путем, т. е. путем моделирования, соответствующие параметры операции. Значение показателя W, вычисленное для оптимального решения, т. е. при оптимальных значениях параметров управления β i =βiопт и дает численное значение критерия оптимальности Wопт . С учетом сказанного, критерии эффективности операций строятся, как правило, на основе следующих соотношений: 17 Кэ W , Wопт (2.2) Кэ W , Wтр (2.3) где W – показатель операции, соответствующий любому оцениваемому решению βi ; Wтр – требуемое значение критерия эффективности. В ряде случаев определение показателя Wопт является затруднительным и вместо этого значения принимается значение Wтр , т. е. значение, которое необходимо достичь, или требуемый показатель. Критерии вида (2.2;2.3) носят сравнительный характер и их значения лежат, как правило, в пределах от 0 до 1. Именно сравнение расчетного показателя с оптимальным или требуемым позволяет оценить любое принимаемое решение, достигаемый при этом результат. Действительно, полученный расчетный темп форсирования или подготовки пути, равный, например, V = 2 км/ч, вряд ли о чем-либо говорит, если его не сравнить с требуемым Vтр, равным, например, Vтр = 3 км/ч. Используя зависимость (2.2), получим Кэ = 2/3 = 0,67. Для обоснования КЭ важное значение имеет правильное определение смыслового содержания величин W, характеризующих ход операции или ее исход – конечную цель, результат. Смысловое содержание показателя операции определяется ее целью и характеристиками, отражающими наиболее существенные стороны процесса и его конечный результат. Основной принцип выбора КЭ состоит в установлении строгого соответствия между целью, которая должна быть достигнута в результате планируемых действий (операций), и избираемым критерием. Таким образом, для того, чтобы обосновать принимаемый критерий (критерии) эффективности, необходимо: 1) четко сформулировать цель (цели), которая должна быть достигнута в результате планируемых действий – операций; 2) определить содержание показателей, наиболее существенно характеризующих процесс функционирования системы и конечный результат действий; 3) в соответствии с этим принять критерий эффективности или систему критериев (частных показателей); 4) в системе критериев определить основной (главный) либо обосновать правило получения главного критерия на основе частных критериев. Следует подчеркнуть еще раз то, что главный (обобщенный) критерий должен, как правило, характеризовать конечный результат операции. 18 Важным положением при выборе КЭ является его конструктивность, т.е. возможность вычисления, при различных значениях исходных параметров. Это в первую очередь определяется математической моделью, которая принята для описания реального процесса функционирования системы. Показатель эффективности должен быть критичным к исходным параметрам управления, 1 , 2 ,..., m , т.е. изменять свое значение при изменении этих параметров. Следует подчеркнуть, что важнейшим положением, обеспечивающим объективную оценку эффективность операции по принятому критерию, является адекватность модели, т.е. правильное отражение реального процесса с помощью соответствующей математической модели. Критерий эффективности должен быть, кроме того, простым в определении. Далее мы рассмотрим частные примеры, иллюстрирующие применение изложенных положений к выбору критериев эффективности выполнения АСДНР применительно к отдельным задачам. 2.2. Содержание критериев эффективности применения сил РСЧС 2.2.1. Критерии эффективности мер по снижению опасности при ЧС Меры, направленные на повышение безопасности при чрезвычайных ситуациях, принято делить на две категории. К первой относят мероприятия, проводимые после возникновения чрезвычайной ситуации. Эти мероприятия обычно называют оперативными и сводятся они, по существу, к защите населения и ликвидации последствий ЧС. Ко второй группе относятся мероприятия, проводимые заблаговременно. К ним можно отнести повышение надежности технологического оборудования на потенциально опасных объектах, снижение запасов опасных веществ на объектах, вывод опасного объекта за пределы города, заблаговременные мероприятия по защите населения. Известно, что разные мероприятия по снижению степени опасности имеют разную эффективность. Так, в обоснованиях бюджета правительства США на 1992 г. указывалось, что разница в эффективности затрат в сфере безопасности в их стране достигает в ряде случаев 8 порядков, в результате чего инвестиции одного и того же размера в одном случае спасают одну жизнь в течение нескольких лет, а в другом – в течение примерно 3 млн. лет и более. Это означает, что во втором случае инвестиции расходуются практически впустую [1]. Имеющиеся детерминистические методы оценки опасности дают значение опасности только для одной реализации исходных данных без оценки вероятностных характеристик, которые могут изменяться в широких пределах. Кроме того, отсутствуют признанные критерии оценки эффективности финансирования мер по повышению безопасности при ЧС, несмотря на развитие теоретических основ системы управления риском, позволяющих 19 оценить эффективность решений в области обеспечения безопасности и определить приемлемый уровень риска. В ряде стран в настоящее время в качестве общей оценки величины ущерба и выигрыша от той или иной деятельности используются средняя ожидаемая продолжительность предстоящей жизни (СОППЖ) и стоимость продления жизни (Sспж.). Применение этих критериев затрудняется тем, что СОППЖ по мере увеличения уровня экономического развития асимптотически приближается к некоторому предельному значению, а Sспж. не ограниченно увеличивается, в связи с чем на некотором уровне развития общества любая деятельность по снижению степени риска становится малоэффективной. Сложность и многообразие связей, затруднения в получении исходных данных (в частности, по влиянию финансирования той или иной деятельности на продолжение жизни людей) могут приводить к неадекватным результатам. Возникает необходимость в разработке дополнительных критериев, которые позволяли бы сравнительно просто, но с достаточной точностью производить оценку эффективности различных мероприятий по снижению опасности при ЧС. Остановимся вначале на выборе критерия для следующей задачи. Задано несколько возможных мероприятий по снижению риска и требуется определить рациональные объемы выполнения этих мероприятий. Ограничительным (дисциплинирующим) условием здесь может выступить количество денежных средств, выделяемых на данном этапе проведения мер. В качестве показателя эффективности можно использовать величину потерь среди населения. При этом оптимальным будет решение, при котором указанный показатель примет минимальное значение. Возможные потери среди населения – случайная величина, зависящая от ряда других случайных величин. Так, при авариях на химически опасных объектах величина потерь зависит от количества вылившегося при аварии АХОВ, направления и скорости ветра, степени вертикальной устойчивости и температуры приземного слоя воздуха. Поэтому величину возможных потерь целесообразно выражать математическим ожиданием – средневзвешенной по вероятности величиной потерь. Поскольку заранее трудно определить какая сумма денежных средств для указанных целей будет выделена, желательно в качестве критерия выбрать такой показатель эффективности, который решил бы эту задачу, независимо от выделяемых средств. Величина потерь среди населения М (N) монотонно уменьшается с увеличением затрат. Следовательно, с позиции данного критерия, чем больше затраты на проводимые мероприятия, тем лучше Аi max , (2.4) Ci где Аi – ожидаемый эффект (в стоимостном или натуральном выражении); Кэ Сi – размер затрат на проведение i-го мероприятия. 20 Другим критерием могла бы служить стоимость проводимых мероприятий. Этот критерий, наоборот, требует чтобы стоимость мероприятий была бы как можно меньше Кэ Сi min . Аi (2.5) Таким образом, требования этих критериев противоречат друг другу и не позволяют прийти к окончательному решению. При выборе критерия будем исходить из того, что денежные средства выделяются на повышение безопасности при ЧС поэтапно. На каждом этапе происходит определенное снижение степени риска. Задача заключается в том, чтобы на каждом этапе достигался наибольший эффект использования денежных средств, выражающийся в наибольшем количестве предотвращенных потерь. В ряде источников [5, 21] рекомендуется в аналогичных случаях использовать критерий, который применительно к рассматриваемой задаче имеет вид К э1 = Ci , M o (N ) M i (N ) (2.6) где Ci – размер затрат на проведение i-го мероприятия; Мo (N) – математическое ожидание потерь до проведения i-го мероприятия; Мi (N) – то же, но после проведения i-го мероприятия. Величина Kэ представляет затраты на предотвращение поражения одного человека в результате проведения комплекса мер (или одного мероприятия) или – стоимость одного спасенного. Обратная величина 1/Кэ представляет количество спасенных от гибели (или поражения) людей на единицу денежных затрат. Предположим, что рассматривается несколько мероприятий при каком-то виде аварий, а по формуле (2.6) получены значения критерия Кэ для всех мероприятий. Тогда мероприятие, для которого полученное значение К э окажется наименьшим, будет наиболее эффективным и его следует признать приоритетным. В редком случае, когда проводимое мероприятие не требует никаких затрат (Сi = 0), значение Кэ = 0, т.е. данное мероприятие наиболее эффективно. Нетрудно видеть, что если соблюдать очередность мероприятий в соответствии с их приоритетами, то автоматически будет выполняться требование наиболее рационального расходования средств, т.е. на каждом этапе будет достигнут минимум потерь. Мероприятия по снижению степени риска поражения людей при ЧС разделяют на две группы. К первой группе следует отнести мероприятия, эффект от которых проявляется после их завершения (например, возведение сооружений с целью 21 повышения безопасности дорожного движения). Средства на возведение таких сооружений могут выделяться поэтапно, но эффект будет проявляться лишь после завершения их строительства. Эффективность таких мероприятий определяется размером затрат и снижением потерь в результате их реализации. Ко второй группе относятся мероприятия, эффективность которых зависит от объема выделяемых средств. При этом, как правило, эффективность таких мероприятий согласно критерию (2.6) монотонно снижается по мере увеличения затрат. Примером таких мероприятий может служить повышение надежности технологического оборудования на потенциально опасных объектах. Чем больше будут инвестиции, тем выше будет надежность оборудования. Однако их эффективность с увеличением инвестиций постепенно будет падать. Возникает задача по определению требований к оптимальной степени надежности оборудования. За исходное положение и здесь следует взять требование наиболее эффективного расходования денежных средств при наибольшем количестве предотвращенных от поражения людей. Поскольку возможны ЧС техногенного и природного характера, наряду с поражением людей, может возникнуть материальный ущерб. К таким ЧС можно отнести взрывы, пожары, землетрясения, ураганы, наводнения и т.п. При этом стоит задача снижения не только потерь среди населения, но и величины возможного материально ущерба. Оценку эффективности в этом случае можно производить раздельно, т.е. оценку по снижению степени риска гибели (поражения) людей производить по критерию (2.6), а оценку эффективности по снижению ущерба – по критерию К э2 М i (S уi ) Ci , М i (S уi ) M o (S у ) М i (S уi ), (2.7) (2.8) где Сi – стоимость i-го мероприятия по снижению ущерба; М i (S yi ) – математическое ожидание снижения стоимости нанесенного ущерба от i-го мероприятия; М о (Sy) и М i (Syi) – математическое ожидание стоимости ущерба без и в результате i-го мероприятия. Рассматриваемое i-е мероприятие целесообразно проводить лишь при условии Кэ > 0. Чем больше величина Кэ, тем выше эффективность i-го мероприятия. Выполнение неравенства означает, что в результате проведения данного мероприятия происходит снижение стоимости нанесенного ущерба в среднем больше, чем стоимость самого мероприятия. Если раздельное рассмотрение критериев (2.6) и (2.7) приводит к заключению о нецелесообразности i-го мероприятия, может быть оправдано 22 применение комплексного критерия, учитывающего как возможные поражения людей, так и ущерб К э3 = С i М i ( S yi ) M o (N ) M i (N ) . (2.9) Критерий (2.9) применим только в случае соблюдения условия Кэ2< 0. Смысл этого критерия такой же, как и критерия (2.6), с той лишь разницей, что при определении этого критерия из стоимости проведения i-го мероприятия вычитается математическое ожидание снижения стоимости ущерба. Для использования критериев (2.6) и (2.9) необходимо располагать методиками по определению математического ожидания потерь среди населения Мо(N), Мi(N), математического ожидания снижения стоимости ущерба M i (S yi ) , а также – математическое ожидание ущерба. Итак, данные критерии целесообразнее применять при планировании мероприятий, направленных на повышение уровня защиты населения от ЧС различного, в т.ч. военного характера. Так в ряде исследований [26] показано, что для определения оптимальных характеристик защитных сооружений (ЗС) может быть использован критерий, характеризующий величину капитальных затрат на строительство ЗС в расчете на одного укрываемого, сохранившегося в ЗС после воздействия всех поражающих факторов современных средств поражения. Этот критерий имеет вид: Кэ Z min , Po P (2.10) где Z – капитальные затраты на одного укрываемого; Р0 – вероятность поражения укрываемых, находящихся вне убежища; Р – вероятность поражения укрываемых, находящихся в убежище. 2.2.2. Критерии эффективности применения сил РСЧС при выполнении АСДНР Подготовка, проведение и результаты выполнения АСДНР характеризуются определенными параметрами, которые в той или иной мере должны учитываться при выборе критериев эффективности применения сил РСЧС. Основными из этих параметров являются: – готовность сил; – темп (интенсивность) выполнения задачи; – время выполнения задачи; – объем задач; – эффективность – затраты; 23 – силы и средства (целесообразность распределения сил и средств, выбор рациональных способов действий). Процесс выполнения АСДНР в значительной мере подвержен влиянию случайных факторов. Это в полной мере относится к параметрам поражающих факторов ЧС, нормативным данным, условиям выполнения задач. В связи с этим и критерии эффективности, как правило, носят вероятностный характер. Наиболее целесообразно применение следующих характеристик для вычисления показателей эффективности: - математическое ожидание случайных величин, характеризующих процесс или результат действий (эффект). Например: интенсивность извлечения пострадавших из-под завалов, время выполнения задачи; - вероятности случайных событий. Например: вероятность обнаружения пострадавшего, вероятность выполнения задачи за определенное время; - математическое ожидание случайных величин и вероятности случайных событий как функции времени. Например: объем выполняемой задачи как функция времени и др. Для определения каждого из этих показателей, необходимых для вычисления критериев эффективности операций, требуется построение соответствующих математических моделей или задач. Рассмотренные выше критерии вряд ли применимы при оценке работ по спасению пострадавших, т.к. принято считать, что человеческая жизнь не имеет цены. Хотя в некоторых странах делаются попытки получить денежную оценку человеческой жизни. При этом проводится подсчет аккумулированных в человеке или человеческой жизни ценностей, включающих как средства уже вложенные в человека, так и ожидаемую от него отдачу в предстоящей жизни. Оценка человеческой жизни, выполненная в различных странах, различными методами и для различных целей, колеблется от нескольких десятков тысяч до миллиона долларов [21]. Целесообразнее (и этичнее) за основу для определения эффективности работ по спасению пострадавших брать закон гибели пострадавших N N 0e t , (2.11) где N – число погибших в данный момент времени, чел.; N0 – число изначально живых в первый момент после возникновения ЧС, чел.; t – время проведения работ по спасению пострадавших, ч.; – показатель темпа гибели 1 , Т ср (2.12) где Тср – среднее время выживания с момента возникновения ЧС до гибели пострадавшего. Переменная величина, зависящая от вида ЧС, степени поражения пострадавших (при условии неоказания помощи); е – экспонента ( 2,7). 24 Из формулы видно, что чем быстрее будет оказана помощь пострадавшим, тем больше число спасенных. Это подтверждается практическими действиями спасателей при ликвидации последствий различных ЧС. Опыт показывает, что сокращение времени начала спасательных работ в завалах зданий (сооружений) с 6 часов до 1 часа уменьшает общие потери на 30-40%. А повышение темпа работ в два раза также увеличивает число спасенных на 30-40%. Таким образом, за критерий эффективности спасательных работ целесообразнее использовать темп (интенсивность) извлечения пострадавших (количество спасенных за час работы). Рассмотрим частные примеры выбора критериев эффективности. Пример 1. Поиск пострадавших под завалами с использованием приборов поиска. С точки зрения системного подхода, эффективность рассматривается как обобщенное свойство системы, характеризующая степень или полноту достижения цели ее функционирования. Следовательно, рассматривать эффективность поиска пострадавших под завалами и выбирать критерий эффективности необходимо с точки зрения цели поиска. Главной целью поиска является обнаружение максимального количества живых пострадавших в кратчайший срок и с наименьшими затратами сил. Поиск с использованием приборов поиска следует рассматривать как случайный процесс, ход и исход которого зависит от ряда случайных событий: – под завалами находятся живые пострадавшие; – пострадавшие подают сигналы и т.д. В соответствии с главной целью, за критерий эффективности поиска (Кэп), может быть принят показатель обнаружения количества живых пострадавших в единицу времени К эп М N об мах , Тп где М N об – математическое ожидание пострадавших в результате проведения поиска, чел.; Т п – время проведения поиска, мин. (2.13) числа обнаруженных Пример 2. Извлечение пострадавших из завалов разрушенного здания. Основной целью работ будет извлечение пострадавших в заданном темпе – Vтр. Величина Vтр может рассматриваться как оптимальный, требуемый темп извлечения. В качестве показателя, характеризующего основное содержание работ, следует принять расчетный темп извлечения пострадавших Vрасч, который зависит от конкретных условий (наличие сил, средств, способ деблокирования, условия обстановки и др.). Тогда в качестве критерия эффективности извлечения пострадавших из завалов следует принять 25 К эф = V расч Vтр . (2.14) Если в результате моделирования имеет место Vрасч > Vтр , то это говорит о том, что возможности по извлечению пострадавших выше, чем требуется исходя из условий проведения работ. Анализ приведенных выше критериев эффективности показывает, что они отражают отдельные цели и задачи выполнения АСДНР. Однако часто возникает необходимость оценки всего комплекса работ. В этом случае необходимо получить обобщенный критерий, который характеризует успех решения задачи в целом. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные случаи построения об обобщенных критериев эффективности ( К эф ). об Например, построение К эф на основе «расстояния» между показателями эффективности оптимальных (требуемых) W тр и оцениваемых Wi решений: а) на основе суммы абсолютных отклонений п об К эф Wтр Wi ; (2.15) i 1 б) на основе суммы относительных отклонений п Wтр Wi i 1 Wтр об К эф ; (2.16) в) на основе среднеквадратичного отклонения об К эф n W W тр i i 1 Wтр 2 1/ 2 ; г) на основе наибольшего относительного отклонения коэффициента значимости выполняемой работы i об К эф мах Wтр Wi Wтр i . (2.17) с учетом (2.18) Пример 3. Ликвидация последствий аварий на морском судне с выливом нефтепродуктов. При этом необходимо будет выполнять комплекс работ: спасение терпящих бедствие людей, тушение судового пожара, сбор нефтепродуктов, водолазно-обследовательские работы и т.д. Главной целью аварийно26 спасательных работ следует считать быстрейшее выполнение заданных объемов i-х видов работ с наименьшими затратами. Учитывая разнообразие видов работ, для оценки эффективности проведения комплекса работ принимаем обобщенный критерий К об эф Wi тр Wi maх i , i Wi тр (2.19) где Wi тр – требуемый показатель эффективности выполнения объема i-го вида работы (в соответствующих единицах); Wi – оцениваемый показатель; i – коэффициент значимости i-го вида работы. Коэффициент значимости i определяется путем экспертного опроса наиболее квалифицированных в этой области специалистов. Порядок организации и проведения экспертной оценки будет рассмотрен в главе 3. Выводы по главе II Таким образом, в главе II: 1. Изложены основные понятия, принципы выбора и виды критериев эффективности. 2. Изложено содержание различных критериев эффективности. 3. Разработаны основные параметры процесса ведения АСДНР. 4. Разработаны критерии эффективности мер по снижению опасности при ЧС. Контрольные вопросы по главе II 1. Дайте определение критерию эффективности применения сил РСЧС. 2. Дайте определение критерию оптимальности. 3. Изложите сущность критериев эффективности мер по снижению опасности при ЧС. 4. Изложите сущность критериев эффективности мер применения сил РСЧС при выполнении АСДНР. 27 Глава III. ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ АСДНР 3.1. Основы разработки математических моделей (задач) проведения АСДНР Для решения задач исследования процессов и явлений используются различные методы: экспериментальный, логико-аналитический и математического моделирования. Сущность экспериментального метода состоит в проведении исследований на объекте исследования, либо его реальной физической модели: испытание аварийно-спасательных средств, их макетов, узлов, различные учения и др. Логико-аналитический метод состоит в изучении объекта на основе качественного анализа изучаемых процессов и явлений с применением на отдельных этапах математических расчетов и соотношений. Математическое моделирование на совренном этапе развития науки и техники является одним из наиболее эффективных методов исследования и познания различных процессов и явлений. Следует подчеркнуть, что математическое моделирование в значительной мере опирается на результаты экспериментов, использование фундаментальных законов и принципов, присущих моделируемым явлениям. Математическое моделирование является сложным творческим процессом, который требует многосторонней подготовки. Специалисты, разрабатывающие математические модели, должны хорошо знать предметную, содержательную сторону рассматриваемого процесса или явления, иметь математическое мышление, позволяющее строить удачные модели и исследовать их с помощью вычислительного эксперимента. Математическое моделирование является составной частью моделирования в широком смысле этого слова. Моделирование – это исследование процессов и явлений на основе построения и изучения их моделей. В общем плане цель моделирования можно сформулировать как изучение и прогнозирование хода и исхода реальных процессов и на этой основе выработку конкретных действий (решений), осуществляющих достижение поставленных целей наиболее рациональными или оптимальными методами. Ядром математического моделирования можно считать следующую триаду: Модель Алгоритм Программа 28 Без качественного и правильного решения этих взаимосвязанных процессов невозможно достичь успешных результатов. Особую значимость это имеет при моделировании АСДНР. Остановимся на содержании и сущности математического моделирования. Весьма важным здесь является само понятие математической модели. Математическая модель – это описание процессов и явлений с помощью математических соотношений. Такое определение математической модели можно рассматривать как наиболее общее. Примерами математических моделей могут быть следующие: 1 – математическая модель функционирования некоторой отрасли народного хозяйства; 2 – математическая модель проведения АСДНР аварийноспасательной службой, аварийно-спасательным формированием; 3 – ведения поиска пострадавших, как составная часть модели действий АСФ. Применительно к математическому моделированию действий сил РСЧС при ликвидации последствий ЧС можно дать более конкретное определение. Под математической моделью действий сил (операций) понимается система математических зависимостей и логических правил, позволяющих с достаточной полнотой и точностью описывать их наиболее существенные процессы, прогнозировать их ход и исход, а также оценивать эффективность вариантов решений и планов. Приведенное определение является достаточно полным и содержит основные цели математического моделирования действий или выполнения задач силами РСЧС, т.е. различных операций. Анализ этого определения показывает, что в математической модели должны присутствовать параметры, характеризующие ход и исход действий сил, выполнения ими задач, т.е. показатели и критерии, позволяющие судить об успешности достижения поставленных задач. Такими параметрами могут являться: положение, состояние сил, возможный темп их перемещения, потери сил при ЧС, время выполнения задач и т.п. Кроме того, в математической модели должны присутствовать данные или параметры, которые можно изменять до и в ходе АСДНР с целью выбора наиболее целесообразных решений. К ним относятся силы и средства, распределение их по задачам, параметры управления, характеризующие принимаемые решения при подготовке и в ходе выполнения задач. Такие параметры часто называют управляющими параметрами. Задача моделирования состоит в том, чтобы определить значения этих параметров, при которых обеспечивается максимальное достижение целей действий. Математические модели могут содержать и такие показатели, которые не зависят или мало зависят от принимаемого решения - неуправляемые. К ним можно отнести условия выполнения задач: местность, время года, климатические условия, нормативные данные и др., которые необходимо учитывать при разработке математических моделей. Важной характеристикой математической модели является то, что она описывает процесс во времени, т.е. параметры, характеризующие 29 моделируемый процесс, определяются как функции времени с определенным интервалом или шагом. Это позволяет получить данные как для описания хода процесса, так и его конечных результатов. Например, при моделировании процесса форсирования водной преграды в модели могут быть получены данные не только о времени переправы формирования, но и данные о количестве переправленной техники к любому заданному моменту времени. Наряду с математической моделью используется понятие расчетной задачи. Под расчетной задачей понимается методика расчета числовых значений величин или показателей, необходимых для оценки конечных результатов действий в интересах управления или исследовательских целях. Методика расчета может рассматриваться как частный случай математической модели. В связи с широким внедрением ЭВМ, автоматизированных средств обработки информации задачи, сущность которых сводится к методике автоматизированного сбора, обработки и выдачи информации, получили название информационных задач. Основным содержанием этих задач является не математический расчет с целью получения новой информации, а автоматизированный сбор, хранение, преобразование и выдача информации в виде, удобном для ее последующего использования. Следует подчеркнуть, что между математическими моделями, расчетными и информационными задачами существует тесная взаимосвязь: информационные задачи часто используются для автоматизированной подготовки данных для математических моделей и задач. Это позволяет создавать комплексы моделей и задач, образующих специальное математическое обеспечение в интересах решения различных задач управления. В общем плане математическая модель (задача) может быть схематически представлена как последовательность (алгоритм) преобразования исходных данных в результаты решения (рис 3.1). При этом, как правило, исходные данные подразделяются на переменные и постоянные или условно-постоянные исходные данные. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ ПОСТОЯННЫЕ Алгоритм преобразования исходных данных (моделирование) Результаты моделирования выходные данные Рис. 3.1. Схематическое представление математической модели (задачи) 30 К переменным исходным данным относятся те величины, которые отражают (учитывают) конкретные условия обстановки: время года, состав и состояние сил и т.п. К постоянным или условно-постоянным исходным данным относятся данные об организационно-штатной структуре АСС или АСФ, их возможностях, параметры, характеризующие местность и др. В последнее время широкое распространение получают математические диалоговые модели, когда переменные исходные данные вводятся не только в начале решения задачи, но и в ходе моделирования в зависимости от получения промежуточных результатов. Например, вводятся данные, уточняющие принятые ранее решения в зависимости от промежуточных результатов моделирования. Схематически это показано на рис. 3.2. ВВОД ПЕРЕМЕННЫХ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ МОДЕЛИРОВАНИЕ «ОСТАНОВ», АНАЛИЗ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗ ОКОНЧАНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕТ ДА ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ Рис. 3.2. Схематическое представление диалоговой модели (задачи) Пунктирная линия на рис. 3.2 показывает возможность перехода после получения промежуточных данных и ввода дополнительной информации на начальный или промежуточный этап моделирования. Количество промежуточных вводов переменных исходных данных может быть различным и зависит от целей моделирования. Разработка математических моделей начинается с уяснения целей задачи (1 этап). Процесс формулирования задачи, поддающейся математическому описанию, является весьма трудным. Общую схему разработки математической модели можно представить как последовательную, поэтапную формализацию исследуемого явления, объекта или процесса. Завершающим этапом этого является практическое внедрение модели или задачи. Последовательность разработки математической модели можно представить в виде схемы, приведенной на рис. 3.3. Второй этап – разработка постановки задачи. Он является основополагающим в создании модели. От ее полноты и качества зависит успех всей дельнейшей работы. 31 Сущность постановки задачи или математической модели состоит в конкретном определении следующих основных положений: – наименования задачи или модели; – структуры, содержания и форм выходной информации с четким определением «расчетных» величин модели (подразделение, отряд воинского спасательного формирования МЧС России, АСФ, объект ведения АСДНР, аварийно-спасательное средство и др.); – структуры, содержания и форм входной информации, необходимой для функционирования модели (при этом весьма важно определить целесообразное соотношение между переменной и постоянной (условно постоянной) информацией); – принимаемых критериев эффективности моделируемых процессов или задач; – основных допущений и ограничений, принимаемых в модели или задаче; – требований к точности исходной информации и получаемым результатам. При разработке постановки задачи необходимо изучить состояние вопроса по данной проблеме моделирования и оценить возможности разрабатываемой модели по сравнению с существующими данного класса или типа. Заметим, что постановка задачи еще не содержит полностью завершенных математических соотношений, позволяющих моделировать исследуемый процесс. На третьем этапе осуществляется формализованное описание, четкая его схематизация, словесное описание всех условий возможного развития и протекания процесса с учетом известных фундаментальных закономерностей или принимаемой «схемы», способа выполнения отдельной операции моделируемого процесса, различных условий и возможных вариантов действий. Четвертый этап заключается в отображении формализованного описания на языке математических понятий, величин, условий, соотношений. На этом этапе исходной, выходной и промежуточной информации приписываются и ставятся в соответствие символьные математические обозначения, с помощью которых и отражается соответствующая методика преобразования исходных данных в конечные, выходные результаты. Это одна из достаточно трудных и ответственных стадий моделирования; при этом необходимо опираться на соответствующие фундаментальные законы и закономерности, существующие (проверенные опытом) соотношения и принципы. По сути дела этап математической формулировки задачи завершает первый уровень ее разработки – создание математической модели, т.е. описание процесса на языке математики. 32 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ УЯСНЕНИЕ ЦЕЛЕЙ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ВЫБОР МЕТОДА РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТКА ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧИ ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АЛГОРИТМИЗАЦИЯ УТОЧНЕНИЕ (ДОРАБОТКА) ЗАДАЧИ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ ПРОГРАММИРОВАНИЕ И ОТЛАДКА ВНЕДРЕНИЕ Рис. 3.3. Основные этапы разработки и реализации математических моделей (задач) 33 РЕШЕНИЕ, АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ Полученная таким образом математическая модель может представлять собой следующие основные варианты: 1 – последовательность расчетных формул, по которым на основе исходных данных могут быть получены конечные, требуемые величины; 2 – системы различных уравнений (равенств, неравенств), в которые неизвестными входят искомые величины. С помощью таких соотношений, как правило, учитываются и принятые в моделях ограничения. При описании модели на уровне первого варианта можно приступить сразу к шестому – алгоритмизации задачи или модели, а для второго варианта необходимо выбрать метод решения полученной системы соотношений, и после этого приступать к алгоритмизации, т.е. к следующему этапу. Шестой этап – алгоритмизация задачи - требует работы специалистов по алгоритмизации привязки алгоритма к определенному типу ЭВМ и алгоритмическому языку, хотя эта связь его не сильно выражена. Седьмой этап – программирование – обеспечивает формализацию рассматриваемого процесса уже на уровне конкретного алгоритмического языка или машинных кодов. Этапы 8 и 9 необходимы для того, чтобы убедиться в правильности математического описания процесса, в отсутствии ошибок в алгоритме, а при наличии – их устранения. Этапы разработки математических моделей (задач), их комплексов определены соответствующими требованиями ГОСТа 19.102-77 и ГОСТа 24.204-80. Завершенная математическая модель оформляется в соответствии с определенными правилами и содержит информацию как на машинных носителях, так и данные, описанные в соответствующих книгах и инструкциях по применению моделей (задач). Как правило, документация по модели (задаче) включает следующие части, оформляемые отдельными книгами: 1 – «Постановка задачи», 2«Алгоритм задачи», 3 – «Программа решения задачи и инструкция программисту-оператору по ее решению на ЭВМ», 4 – «Инструкция по использованию задачи». Широкое разнообразие математических моделей и задач по предназначению, методам реализации, целям моделирования вызывали необходимость проведения их классификации. Это обусловлено в первую очередь тем, что требования к ним, принципы их разработки, возможность практического использования в значительной степени зависят от того, с какой целью, в интересах чего, для каких органов управления разрабатываются модели. Очевидной является, например, разница между моделью, которая ставит своей задачей детальное исследование явления или процесса, и моделью, использующейся органом управления РСЧС в ходе АСДНР. Во втором случае фактор времени от сбора переменных данных по получению результатов является решающим, ибо результаты, полученные позже сроков, необходимых для принятия решения, становятся практически ненужными. 34 В исследовательских моделях время получения результатов и время решения также имеют значение, но главным является более глубокий анализ процесса, учет большого числа факторов, снятие ряда допущений и ограничений. В настоящее время нет единой общепринятой классификации моделей, хотя имеется устоявшаяся терминология в наименовании моделей и предложения по их классификации. В общем плане математические модели классифицируются по следующим признакам: 1 – по применению, 2 – по методам реализации, 3 – по целевому предназначению. На рис. 3.4 показана условная классификация математических моделей и задач. По методу реализации модели могут быть аналитические, в которых основой являются конечные аналитические выражения, соотношения типа равенств, уравнений и т.п. В статистических моделях существенную роль играет метод жребия, т.е. случайного выбора в соответствии с известными или предполагаемыми законами распределения случайных величин, параметрами случайных процессов. В связи с широким внедрением ЭВМ этот метод получил большое распространение, так как достаточно просто позволяет получить вероятностные оценки искомых величин, когда другими способами это сделать практически невозможно. Простейшей формой ситуационного моделирования является таблица решений, т.е. набор признаков типовых ситуаций и заранее подготовленных опытными специалистами соответствующих решений, которые в данной ситуации считаются рациональными или оптимальными. По применению модели могут быть: штабные, учебные и исследовательские, назначение которых ясно из названия. По целевому предназначению модели можно подразделять на расчетные и оптимизационные. Расчетные модели реализуют прогноз того, что может быть при каком-то одном способе действий, решении. Оптимизационные модели обеспечивают возможность нахождения оптимального или наилучшего решения на основе принятого критерия. Однако следует подчеркнуть, что окончательное решение, особенно для таких операций, как действия воинских спасательных формирований МЧС России, остается прерогативой командования. При разработке математических моделей (задач) необходимо пользоваться определенными принципами, требованиями или правилами. Это особенно важно при разработке математических моделей действий сил РСЧС, моделей выполнения отдельных АСДНР. Рассмотрим основные из этих принципов: 1) строгое соответствие математической модели области применения и целевому предназначению; 35 2) необходимость учета положений системного подхода, предполагающего рассмотрение модели как составной части более общей модели (системы), и учет факторов связи с ней; 3) соответствие детализации информации масштабу разрабатываемой модели, т.е. принципа агрегирования, обобщения информации при переходе к более высокому уровню модели. При разработке математических моделей действий данного масштаба целесообразно пользоваться категориями на 3-4 ступени ниже, например: в математической модели масштаба воинского спасательного формирования МЧС России в качестве расчетных единиц могут быть элементы типа подразделение, отряд; 4) простота и критичность к исходным данным (требует учета наиболее существенных факторов, влияющих на результаты решения); 5) конструктивность – возможность получения результатов решения при различных исходных данных; 6) возможность получения переменных исходных данных в допустимые сроки; 7) необходимость и достаточность выходной информации; при разработке управленческих моделей информация должна быть такой, которая необходима для принятия решения; 8) оперативность – время получения конечных результатов для всего цикла решения (подготовка исходных данных, ввод, решение, выдача, анализ), которое не должно превышать допустимое; 9) адекватность математической модели реальному процессу, т.е. правильное отражение его основных свойств. Рис. 3.4. Классификация математических моделей и задач 36 3.2. Математические методы, применяемые при математическом моделировании АСДНР Широкое применение математических моделей вызывает необходимость применения различных методов. При математическом моделировании применяются различные математические методы, например: – методы теории вероятности; – методы теории массового обслуживания; – методы динамики средних; – метод статистических испытаний (метод Монте-Карло); – методы линейного и нелинейного программирования; – метод теории игр; – методы сетевого планирования и др. Рассмотрим простейший пример применения метода линейного программирования при моделировании процессов АСДНР. Пусть требуется подготовить n путей для выдвижения спасательных формирований к месту проведения АСДНР. ТР Для каждого из путей задан требуемый темп подготовки V j и норматив для одного инженерного формирования qj. Требуется найти такое распределение формирований, при котором успех выполнения задачи в целом будет максимальным. Формализуем эту задачу по следующей схеме, приведенной на рис. 3.5. V1ТР q1 1 путь х1 V2ТР q2 2 путь х2 m хj хn V jТР qj j -й путь V ТР n qn n -й путь V jТР - требуемый темп подготовки j-го пути; qj – норматив одного подразделения по подготовке j-го пути; хj – количество формирований, назначаемых на подготовку j-го пути. Рис. 3.5.Схема формализации задачи Темп подготовки j-го пути при условии выделения на выполнение этой задачи Хj характеризуется функцией Vj =Vj (Хj, qj ). 37 Для сведения поставленной задачи к задаче линейного программирования необходимо, чтобы целевая функция и ограничения были линейными, т.е. чтобы неизвестные входили в эти функции в первой степени. Для этого примем следующее допущение: расчетный темп подготовки каждого пути линейно зависит от количества выделяемых на него формирований. Тогда функция Vj =Vj (Хj , qj ) запишется в виде: Vj = qj Хj (3.1) . Составим теперь целевую функцию. По условию задачи требуется максимизировать показатель, характеризующий успех выполнения задачи в целом. Для этого необходимо выбрать показатель (критерий), который бы определял общий успех выполнения задачи и при этом неизвестные Х j входили бы в соответствующую функцию линейно. Такой величиной может быть, например, средний темп подготовки путей. Очевидно, что этот критерий можно записать в следующем виде: Vср q1 Х 1 q 2 Х 2 ... q n Х n 1 n qj Х j . n n j 1` (3.2) Перейдем теперь к математическому формулированию ограничений. Первое ограничение связано с тем, что количество распределяемых формирований не должно быть больше m , т.е. имеющихся в наличии: Х1 +Х2 +. . .+ Хn ≤ m . (3.3) Следующая группа ограничений определяется из того условия, что темп подготовки каждого маршрута не должна быть больше заданного, т.е. ТР qj Хj ≤ V j , j=1, n . (3.4) Кроме того, значения Хj должны быть положительными и целыми, т.е. Хj ≥0, Хj – целые. Таким образом, мы сформулировали поставленную задачу: найти такие значения Хj , т.е. количество формирований, выделяемых на каждый маршрут, при которых достигает максимума функция: Vср 1 n q j Х j maх n j 1 и выполняются следующие ограничения: Х1 +Х2 +. . . +Хn ≤m 38 (3.5) ТР q1Х1 ≤ V1 ТР q2 Х2 ≤ V2 ТР qn Хn ≤ Vn Хj – целые и Хj > 0, j=1, n Мы видим, что эта задача является задачей линейного программирования. Для того чтобы соблюдалось требование целочисленности, т.е. предположение о том, что распределяемые формирования не «дробятся», проведем замену ограничений вида ТР qj Хj ≤ V j ТР на qj Хj ≤ V j +qj (3.6) ТР или qj (Хj –1) ≤ V j . Пример: Требуется подготовить три маршрута, т.е. n=3, на выполнение задачи может быть задействовано 5 инженерных формирований, т.е. m=5. Единичные нормативы и требуемые темпы подготовки путей заданы таблицей: Номер пути Единичный норматив, q(км/ч) Требуемый темп подготовки Vтр (км/ч) 1 3 2 5 3 2 10 6 8 Ожидаемое решение. Обозначим через Х1, Х2, Х3 и т.д. количество формирований, которое должно быть назначено на каждый маршрут соответственно. Тогда по аналогии с рассмотренной выше задачей будем иметь целевую функцию: Vср 1 q1 Х 1 q 2 Х 2 q3 Х 3 1 3 Х 1 5 Х 2 2 Х 3 Х 1 1,77 Х 2 0,67 Х 3 . 3 3 Ограничения запишутся в виде: Х1+ Х2+ Х3 ≤5 3Х1 ≤ 10+3 5Х2 ≤ 6+5 2Х3 ≤8+2 Х1, Х2, Х3 – целые 39 (3.7) 3.3 Методы экспертизы, применяемые при обосновании решений по проведению АСДНР Экспертные оценки – научный метод анализа сложных неформализуемых проблем, т.е. ситуаций, которые не удается описать формальными логико-математическими моделями и тем самым провести какие-либо расчеты по обоснованию решений (27, 28, 29). Виды экспертных оценок показаны на рис. 3.6. МЕТОД ЭКСПЕРТИЗЫ ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЭКСПЕРТНЫЕ ОЦЕНКИ КОЛЛЕКТИВНЫЕ ЭКСПЕРТНЫЕ ОЦЕНКИ ОЦЕНКИ ТИПА ИНТЕРВЬЮ МЕТОД ДЕЛЬФИ АНАЛИТИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРТНЫЕ ОЦЕНКИ МЕТОД ОТНЕСЕННОЙ ОЦЕНКИ Рис. 3.6. Виды экспертных оценок Применительно к органам управления РСЧС этот метод используют в случаях, когда необходимо провести оценку последствий ЧС, а разработанной теоретической основы их развития нет (или нет времени провести теоретиковероятные расчеты). В этих случаях прибегают к мнению высококвалифицированных специалистов. Сущность метода экспертных оценок заключается в проведении интуитивно-логического анализа проблемы с количественной оценкой суждений и формальной обработкой результатов. Получаемое в результате обработки обобщенное мнение экспертов принимается как решение проблемы. Комплексное применение интуиции, логического мышления и количественных оценок с их формальной обработкой позволит получить эффективное решение проблемы. Остановимся подробнее на методе Дельфи. В отличие от традиционного подхода к достижению согласованных мнений экспертов путем открытой дискуссии метод Дельфи предполагает полный отказ от коллективных обсуждений. Это делается с целью уменьшения влияния таких психологических факторов, как присоединение к мнению наиболее авторитетных специалистов, нежелание отказаться от публично выраженного мнения, следование за мнением большинства. В методе Дельфи прямые дебаты заменены тщательно разработанной программой последовательных индивидуальных опросов, проводимых обычно в форме анкетирования. Отчеты 40 экспертов обобщаются и вместе с новой дополнительной информацией поступают в распоряжение экспертов, после чего они уточняют свои первоначальные ответы. Такая процедура повторяется несколько раз до достижения приемлемой сходимости совокупности высказанных мнений. В этой связи метод Дельфи предусматривает значительный расход времени на проведение экспертизы. Модификацией метода Дельфи является методика SEER - система оценок и обзора событий [31]. Методика SEER предусматривает два тура оценки, проводимый в форме анкетирования. В каждом туре привлекается различный состав экспертов. Эксперты первого тура - специалисты по рассматриваемой проблеме, эксперты второго тура - наиболее квалифицированные специалисты из органов, принимающих решения (ОПР). Для подготовки экспертизы должна быть сформирована группа специалистов - организаторов. Эта группа призвана обеспечить условия для эффективной деятельности экспертов, разработать процедуру экспертизы, наиболее соответствующую характеру данной проблемы. В задачи группы входят: – постановка проблемы, определение целей и задач экспертизы, ее границ, основных этапов; – разработка процедуры экспертизы; – отбор экспертов, проверка их компетентности и оформление групп экспертов; – проведение опроса и согласование оценок; – формализация полученной информации, ее обработка, анализ и интерпретация. Подготовку экспертизы начинают с постановки проблемы. Для этого прежде всего знакомятся с предысторией и состоянием проблемы, устанавливают ее значение, а также рассматривают доводы в пользу необходимости ее решения, обсуждают эти доводы с органами управления, в чьих интересах проводится экспертиза. Затем определяются вопросы, составляющие существо проблемы, выявляют условия для ее решения, устанавливают наличие необходимых предпосылок и возможностей для замены одних вопросов другими, определяются альтернативы для каждого вопроса. Далее формулируются цель и задачи экспертизы, вопросы, адресованные экспертам. Вопросы формулируют таким образом, чтобы обеспечить однозначное их понимание всеми экспертами и получения ответов на них в количественной форме. Вопросы представляются в форме таблицы экспертной оценки. Работу по отбору специалистов, участвующих в экспертизе, следует начать с составления списка компетентных в области ликвидации ЧС лиц. Этот список должен послужить основой для выбора экспертов с помощью специальных методов оценки их качества. Более обоснованный отбор экспертов будет осуществлен в случае применения метода, основанного на использовании результатов прошлой деятельности специалистов, в сочетании с методом самооценки. 41 Отобранным кандидатам раздаются анкеты с вопросами. Ответы должны показать эрудицию, способность к анализу и другие необходимые эксперту качества. Особое внимание уделяется способности специалиста в короткий срок (5-10 мин.) ответить на вопросы и дать оценку своим знаниям по каждому вопросу по определенной численной шкале. Собрав самооценки, организаторы экспертизы рассчитают среднюю арифметическую групповую самооценку и получают численный индекс, характеризующий знания, которыми, по мнению группы, она обладает в данное время. С помощью самооценки определяют компетентность эксперта, оценивая аргументы, послужившие ему основанием для ответа, а также степень его знакомства с рассматриваемым вопросом. Аргументы, послужившие эксперту основанием для произведенной им оценки, учитывают с помощью коэффициента Ка . Этот коэффициент находят суммированием соответствующих численных значений, приведенных в табл. 3.1. Для расчета коэффициента Ка эксперту дается незаполненная таблица (аналогичная табл. 3.1), в которой против каждого источника аргументации он делает пометку, характеризующую степень его знакомства с данным источником. Организаторы экспертизы могут подсчитать Ка, сопоставив помеченные экспертом клетки в незаполненной таблице с числами, проставленными в этих клетках в табл. 3.1. Степень знакомства эксперта с обсуждаемой проблемой учитывается коэффициентом К3, который определяет он сам по шкале от 0,1 до 1. Коэффициент компетентности Кк, учитывающий и степень знакомства с проблемой, и аргументированность, определяется как средняя арифметическая коэффициентов К3 и Ка, т.е. К Ка Кк 3 . (3.8) 2 Таблица 3.1 Шкала оценок источников аргументации (Ка) Источник аргументации Произведенный теоретический анализ Производственный опыт Обобщение работ отечественных авторов Обобщение работ зарубежных авторов Личное знакомство с состоянием дел за рубежом Интуиция Степень влияния источника В С Н (высокая) (средняя) (низкая) 0,3 0,2 0,1 42 0,5 0,05 0,4 0,05 0,2 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 Исходя из этой оценки компетентности кандидатов в эксперты производят их отбор. Точность групповой оценки зависит от размеров группы, установить оптимальную численность которой чрезвычайно трудно. Однако опыт применения экспертных групп в различных отраслях деятельности позволяет сделать вывод, что, исходя из числа оцениваемых событий в данной работе целесообразно установить численность группы в количестве 5-9 человек. Ответственным этапом экспертизы является разработка развернутой программы проведения экспертной оценки. Главным организационным стержнем этой программы являются вопросы, адресованные экспертам. Вопросы формулируются таким образом, чтобы обеспечить однозначное их понимание всеми экспертами и получение ответов на них в количественной форме. Для получения однозначных и сопоставимых ответов заранее формулируются варианты, что позволит на следующем этапе экспертной оценки производить математическую обработку материалов экспертизы и их обобщение. Рассмотрим пример применения метода экспертизы при оценке эффективности применения сил средств для проведения АСДНР. Определение видов работ, выполняемых при ликвидации ЧС, базируется на выявлении потенциально опасных объектов и районов, рассмотрении различных типов и характеристик возможных ЧС. С целью определения перечня основных работ, которые необходимо будет выполнять силами РСЧС, проводится их ранжирование. При этом эксперты должны расположить виды работ в порядке, который представляется им наиболее целесообразным, по важности и приписать каждому из них числа натурального ряда – ранги (1, 2, 3 и т.д.). В результате проведения экспертного оценивания получается матрица рангов rij размерности n х m, где m - число экспертов (i=1, 2, . . ., m), а n - число видов работ (j=1,2, . . . , n). Затем для каждого вида работ рассчитывается сумма рангов, полученная от всех экспертов и исходя из этой величины устанавливается результирующий ранг для каждого вида работ. Наивысший (первый) ранг присваивается работе, получившей наименьшую сумму рангов, самый низкий ранг – получившему наибольшую сумму. Остальные работы упорядочиваются в соответствии со значением суммы рангов работы, которой присвоен первый ранг. Анализ результатов экспертного опроса позволит определить основные виды работ, выполняемые при ликвидации последствий ЧС. Определив таким образом виды работ, которым было отдано наибольшее предпочтение экспертной группой, выделяют основные работы, по которым далее будет проводиться сравнение эффективности применения сил и средств. После определения основных видов работ необходимо оценить относительную значимость каждого из рассматриваемых видов работ. Оценка значимости выражается в баллах, назначаемых экспертом каждому из оцениваемых им видов работ, и принимает значение от 0 до 100. Введем следующие обозначения исходных данных: m – количество экспертов, 43 принявших участие в оценке, i=1, 2, . . ., m; n - количество видов работ, предложенных для оценки, j=1, 2, . . . n; mj – количество экспертов, оценивших j- вид работ; mj - количество максимально возможных оценок (100 баллов), полученных j – видом работ; С i j - оценка относительной значимости (в баллах) i-m экспертом j-го вида работ. При обработке материалов опроса оценки значимости по определенному виду работ сводятся в таблицу, столбцы которой соответствуют видам работ, а строки - экспертам (табл. 3.2). Среднее арифметическое значение величины оценки определенного вида работ является показателем обобщенного мнения (Мj ): 1 m М j C ij , m i 1 (3.9) Мj может принимать значение в пределах от 0 до 100. Нижний предел соответствует случаю, когда все эксперты дали минимально возможную оценку значимости, а верхний предел - случаю, когда все эксперты дали максимально возможную оценку значимости данного вида работ. Чем меньше Мj, тем больше, по мнению экспертов, значимость проведения j-го вида работ. Относительную значимость j-го вида работ выражают через соответствующий коэффициент значимости (Wj): m 1 Wj C ij m 100 i 1 (3.10) Таблица 3.2 Таблица оценок относительной значимости видов работ Эксперты 1 2 ... i ... m Mj 1 С11 С21 ... Сi1 ... Cm1 2 С12 С22 ... Сi2 ... Cm2 Виды работ ... j ... Сi j ... Сz j ... ... ... Сi j ... ... ... Cmj Wj 44 ... ... ... ... ... ... ... n С1n С2n ... С1n ... Cmn Таблица 3.3 Таблица оценок объемов работ Виды работ Эксперты Qmin 1 11 Qmin 2 21 Qmin ... i i1 Qmin m m1 Qmin 1 QH.В Qmaх Qmin 11 11 12 2 3 4 объемы видов работ QH.В Qmaх Qmaх QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх 12 12 ij ij ij in in in QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх 21 21 22 22 22 2j 2j 2j 2n 2n 2n QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх i1 i1 i2 i2 i2 ij ij ij in in in QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх m1 m1 m2 m2 m2 mj mj mj mn mn mn QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх Qmin QH.В Qmaх Объемы работ при ликвидации ЧС зависят от множества трудноучитываемых факторов и носят вероятностный характер, поэтому для оценки основных параметров распределения случайных значений объемов работ используется метод трех оценок: Qmin – минимально возможный объем; Qmaх – максимально возможный объем; QH.В – наиболее вероятный. Результаты опроса экспертов заносятся в таблицу, аналогичную таблице 3.3. ij По этим величинам оцениваем ожидаемое значение объема работ (Qож): ij Qож Qmiх 2Qн.в. Qmaх . 4 (3.11) Оценка усредненного ожидаемого значения объемов работ каждого вида осуществляется путем нахождения средневзвешенного значения по формуле m j Qож i 1 ij K ki Qож , m j (3.12) где Qож - усредненное значение объема j-го вида работ; K ki - коэффициент компетентности i-го эксперта (определяется по формуле 3.8). 45 Суммировав полученные таким образом средневзвешенные значения объемов работ каждого вида, получим общий объем работ, выполняемых при ликвидации чрезвычайных ситуаций (табл. 3.4). Таблица 3.4 Таблица ожидаемых значений объемов работ Эксперты 1 1 2 ... i ... m Виды работ 2 ... j ... Усредненное значение объемов работ n 11 12 1j 1n Qож Qож Qож Qож 21 22 2j 2n Qож Qож Qож Qож i1 i2 ij 1n Qож Qож Qож Qож m1 m2 mj mn Qож Qож Qож Qож j Qож Q тр Таким образом, получив исходные данные (Qтр – требуемый объем по выполнению j-й работы и Wj –коэффициент значимости j-го вида работы) и имея заданные показатели возможностей АСФ по выполнению АСДНР, мы можем провести оценку эффективности проведения работ аварийноспасательными формированиями: Qв W j , тр Q j 1 n Пэ (3.13) где Пэ – показатель эффективности проведения работ; Qв – возможности оцениваемого АСФ по выполнению требуемого объема работ (в соответствующих единицах измерения); Qтр – требуемый объем работ j-го вида; Wj – коэффициент значимости выполняемого вида работы. 46 Выводы по главе III Таким образом, в главе III: 1. Изложены основы разработки математических моделей проведения АСДНР. 2. Приведены этапы разработки и реализации математических моделей, дана классификация математических моделей и задач. 3. Разработаны математические методы для моделирования процесса проведения АСДНР. 4. Изложены методы экспертизы, применяемые при обосновании решений по проведению АСДНР. Контрольные вопросы по главе III 1. Поясните сущность процесса моделирования. 2. Дайте определение и приведите примеры математических моделей. 3. Начертите структурную схему основных этапов разработки и реализации математических моделей. 4. Изложите сущность применения математического моделирования процесса АСДНР. 5. Изложите сущность методов экспертизы, применяемых при обосновании решений по проведению АСДНР. 47 Глава IV. ОЦЕНКА СПАСАТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ЭФФЕКТИВНОСТИ 4.1. Методические подходы, используемые эффективности аварийно-спасательных средств АВАРИЙНОпри оценке Отбор технических средств для выполнения отдельных видов работ основан на принципах оптимизации состава технических средств. Задача оптимизации заключается в выборе из всей возможной совокупности конкурирующих средств, наиболее эффективных их составов в соответствии с принятым критерием (показателем) эффективности. В практике решения подобных задач используются различные критерии. Например, при оптимизации состава средств инженерного обеспечения боя в качестве критерия часто принимается математическое ожидание успеха выполнения задачи, при решении других задач вооруженной борьбы считается наиболее целесообразным в качестве критерия оптимизации состава войск принимать вероятность достижения поставленной цели. В моделях оптимизации структуры машинного парка в строительстве, сельском хозяйстве и других отраслях экономики за критерии оптимизации принимаются минимум приведенных затрат, минимум времени выполнения работ и др. В «Концепции оснащения войск ГО РФ и сил МЧС России наземной техникой на период до 2005 г.» (Приказ МЧС № 415 от 20.06.96 г.) сказано: «… т.к. основной целью поисково-спасательных работ является спасение как можно большего числа людей, пострадавших в ЧС, то основной показатель эффективности образцов наземной техники должен определяться через время проведения соответствующих работ» 6 . В том случае, когда анализируемое средство применяется для различных целей на различных этапах проведения АСДНР, вопрос о его эффективности целесообразно решать как шкальную задачу, установив приоритеты отдельных видов работ. Приоритеты видов работ: – локализация (ликвидация) ситуаций, препятствующих проведению спасательных работ или ведущих к увеличению числа жертв; – проведение собственно спасательных работ; – локализация (ликвидация) ситуаций, приводящих к росту материального ущерба; – прочие работы частного характера, решаемые в процессе проведения аварийно-спасательных работ. Оценка эффективности применения средств производится последовательно, в порядке приоритетов. Если средство по своей эффективности не удовлетворяет требованиям по старшему приоритету или уступает альтернативному, оно снимается с дальнейшего рассмотрения, либо не рекомендуется для использования в соответствующем виде работ. 48 Разрабатывая методики оценки эффективности аварийно-спасательных средств, необходимо учитывать опыт по их разработке в других отраслях деятельности человека. Исходя из требований, предъявляемых к автомобильной технике, разработана методика оценки эффективности автомобильной техники, включающая многоуровневую систему критериев [8, 9]. Требования, предъявляемые к автомобильной технике: – запас хода; – грузоподъемность и вместимость; – живучесть и надежность; – простота обслуживания и ремонта; – условия работы и обитаемости экипажа; – защищенность экипажа от внешних поражающих воздействий; – транспортабельность различными видами транспорта; – универсальность использования и т.д. 4.1.1.Оценка эффективности спасательных судов Разработаны методические подходы к оценке эффективности спасательных судов. Для обоснования приоритетных критериев оценки качества судов проведена разработка классификации их свойств, определяющих навигационные и технико-эксплуатационные качества, а также способы их количественной оценки. Определение структуры свойств спасательных судов проведено с позиции комплексного подхода, который позволяет рассмотреть ее как сложную систему потребительских свойств, связанных друг с другом. Учитывая изложенное, для комплексной многокритериальной оценки качества спасательных судов построена графическая модель системы потребительских свойств судов – «дерево свойств» (рис 4.1). Оно представляет собой граф, имеющий развернутую структуру с детерминированными уровнями и связями, отражающими взаимосвязь сложных и простых свойств судна. В этом случае за обобщенный показатель эффективности принимают интегральный критерий качества, К maх j W , W ТР где W – технико-эксплуатационное качество спасательного судна; Wтр – требуемое качество спасательного судна. 49 (4.1) - комфортабельность; - обитаемость; - эргономичность; -эстетичность; Жизнеобес печенность Интегральный показатель качества Техникоэксплуатационные качества судна Функциона льность - надежность функционирования -качество функционирования Экологичность Экономичность судна Уровень 0 - живучесть -экономичность построения; -экономичность эксплуатации -безотказность; - ремонтопригодность; -долговечность - пассажировместимость; - ходкость; - мореходность; - маневренность; - амфибийность; - приспособленность к посадке; - дальность плавания. - плавучесть; - остойчивость; - непотопляемость; - прочность; - пожаробезопасность. -экономичность технической эксплуатации; - экономичность использования 1 2 3 4 Рис.4.1. «Дерево свойств» спасательного судна Вместе с тем, в связи со спецификой использования спасательных судов, целесообразно оценку их качества вести не по интегральному критерию качества, а раздельно по показателям, определяющим функциональную эффективность судов. Исходя из структуры «дерева свойств», оценка качества судна может быть выполнена по комплексным показателям каждой группы свойств n W j mij g ij , (4.2) i 1 где mi j – коэффициент весомости i-го свойства судна на j-м уровне (сумма весомостей mi j должна быть равна 1); gi j – относительный показатель качества i-го свойства на j-м уровне; n – количество определяющих показателей качества. Для вычисления отдельных показателей и коэффициентов весомости свойств (mi) можно использовать экспертный или стоимостный метод оценки. При этом коэффициенты весомости mi должны определяться в зависимости от степени влияния данного свойства на показатель, являющийся основной характеристикой качества судна. Количественные значения показателей качества могут быть определены квалиметрическими методами на 50 базе накопленного опыта эксплуатации спасательных судов. Определение относительного показателя качества проводится дифференцированным методом, предусматривающим расчет единичных показателей качества gi Pi , РiБ (4.3) где Рi – численные значения определяющего показателя качества спасательного судна; РiБ - численное значение определяющего показателя качества базового спасательного судна; i=1,2, …, n – порядковый номер единичного определяющего показателя качества технического средства. За базовые показатели принимаются показатели лучших образцов спасательных судов данного вида. Таким образом, оценив качества спасательных судов и учитывая условия выполнения работ, определяется технологическая возможность применения выбранных судов для использования в конкретной спасательной операции. Данный методологический подход может быть использован для выбора и других спасательных технических средств, что позволит повысить эффективность действий аварийно-спасательных служб при ликвидации последствий ЧС. 4.1.2. Оценка эффективности применения робототехнических средств (РТС) в чрезвычайных ситуациях Основы теории применения РТС при ликвидации последствий ЧС разработаны и изложены в работе [16]. Методологически в основу теории эффективности РТС положены методы многоуровневой количественнокачественной сравнительной оценки эффекта выполнения типовых задач с использованием РТС и их однотипных традиционных экипажных машин в различных условиях поражающей обстановки посредством единой системы показателей. Структурно указанная система включает следующие показатели: частный, технический, оперативный, экономический, критериальный и показатели более высокого уровня: полезность, универсальность и совершенство РТС. Оригинальность разработанной теории эффективности РТС заключается в том, что учитывается человеческий фактор, поскольку главнейшей целью применения РТС является повышение безопасности спасателей, т.е. сохранение им жизни. 51 Реализация такого подхода базируется на разработанной методике и проведенной оценке стоимости возможного ущерба для государства при гибели человека. При гибели офицера она может составить: в ценах 1990 г. – порядка 1,0 млн. руб.; в ценах 1998 г. (до 17 августа) – порядка 6,0 млн. руб., т.е. при курсе 1 доллара США=6 руб. стоимость ущерба составит Сп =1,0 млн. долларов США. По имеющимся данным открытой печати, «стоимость человеческой жизни» большинства европейских государств колеблется от 0,4 до 1,5 …2,0 млн. долларов США. Поэтому минимальную степень полезности РТС предложено рассчитывать по формуле М пол С п / С РТС , (4.4) где Сртс – стоимость образца РТС. Итак, если стоимость образца РТС Сртс ≤1,0 долларов США, а за весь жизненный цикл РТС обеспечит сохранение хотя бы одного спасателя, то при всей бесценности человека эффективность РТС по показателю степени полезности составит Мп ≥1,0. Инженерную оценку эффективности применения типов РТС для выполнения разнообразных задач в ЧС с учетом: технического совершенства РТС, степени подготовленности операторов, степени технической готовности РТС, поражающих факторов в ЧС, характера выполняемой задачи предполагается проводить следующим образом. Техническое совершенство РТС целесообразно характеризовать вероятностью Рвз технической подготовленности к выполнению задачи в ЧС Рвз =Рбр · Рнп , (4.5) при этом Рбр. – вероятность безотказной работы РТС. Рбр ехр t p / To , (4.6) где tp – время работы РТС; Т0 – наработка на отказ; Рнп – вероятность не поражения РТС при выполнении задачи в ЧС. Готовность обслуживания подразделения к применению РТС характеризовать коэффициентом обеспечения РТС Коб. Коб =Кг · Кп . При этом Кг - степень технической готовности РТС 52 можно (4.7) t рс Кг = t зв , (4.8) где tpc – время рабочего состояния РТС; tзв. – зачетное время эксплуатации РТС; Кпо – степень подготовленности оператора для управления РТС Кпо = РТС; n , n0 (4.9) где n0 – общее количество команд оператора при обучении управлением n+ – количество верных команд, воспринятых РТС. Эффект применения РТС в ЧС следует оценить вероятностью Рвз выполнения в ЧС задачи при использовании РТС Рвз =Коб · Рвз (4.10) Изложенный алгоритм позволяет: выполнить сравнительную оценку эффективности применения нескольких типов РТС при выполнении в ЧС конкретной задачи и выбрать рационально приемлемый вариант РТС; проводить на этапе разработки РТС оценку эффективности его альтернативных вариантов с целью выбора технического решения основного варианта РТС; оценивать эффект применения РТС в ЧС по сравнению с выполнением конкретной задачи традиционными способами. 4.2. Выбор рационального состава технических средств для проведения АСДНР комплекта (комплекса) Состав технических средств, применяемых при проведении АСДНР, определяется совокупностью функциональных задач, сложностью и объемами необходимых работ. При определении рационального состава технических средств придерживаются следующего алгоритма действий: в зависимости от функциональных задач определяют перечень типовых технологических операций, а уже исходя из специфики данных операций производят выбор рациональных типов технических средств, необходимых для их выполнения; в зависимости от сложности и объемов работ производят выбор технических средств соответствующих марок таким образом, чтобы они 53 обладали оптимальными тактико-техническими характеристиками для рассматриваемых условий. Рассмотрим пример выбора рационального состава гидравлического аварийно-спасательного инструмента (ГАСИ) [15]. Оценка различных образцов инструмента производится в лабораторных условиях и на полигоне. При испытаниях в лабораторных условиях оценивается: – удобство обслуживания комплектов, объемы проверок перед применением и после применения; – наличие эксплуатационной документации на русском языке; – наличие комплектов ЗИП для проведения технического обслуживания инструмента; – трудоемкость и частота проведения регламентных работ и проверок в соответствии с РЭО; – необходимость применения специнструмента и КИП; – удобство и надежность транспортировки и хранения комплектов оборудования; – разрешенная номенклатура ГСМ и гидрожидкостей; – способность комплекта выполнять различные виды работ; – приведенная характеристика гидроцилиндров(оценивается максимальная для комплекта): К г.ц. РS , М (4.11) где М – масса гидроцилиндра, кг; Р – макс. усилие разжима, кН; S – ход поршня, м; – приведенная характеристика разжимов (оценивается максимальная для комплекта): Кр РF , М (4.12) где М – масса разжима, кг; Р – макс. усилие разжима, кН; F – макс. раскрытие челюстей, м; – приведенная характеристика кусачек (оценивается максимальная для комплекта): Кк РF М где М – масса кусачек, кг; Р – макс. усилие резания, кН; F – макс. раскрытие челюстей, м; 54 , (4.13) – удельные характеристики насосных станций: К н .с . nQ , М (4.14) где М – масса гидростанции, кг; n – кол-во одновременно работающих инструментов, n=2 – одновременная работа двумя инструментами, n=1,5 – последовательная работа двумя инструментами, n=1 – работа одним инструментом; Q – производительность гидростанции, см куб/мин; – ограничения на экстремальные виды работ; – количество типоразмеров различных видов инструмента; – время 10 кратного кусания стального круглого образца; – время полного раскрытия – закрытия инструмента на холостом ходу (без нагрузки). При испытании оборудования в условиях работы на полигоне оценивается: – удобство работы инструментом (центровка, вес, габариты); – удобство и простота подключения (стыковки) инструмента к насосной станции; – надежность фиксации шлангов к насосной станции и инструменту; – удобство раскладки и сворачивания гидросети; – оценка возможности стыковки при перепадах температуры; – удобство и надежность включения инструмента; – надежность и простота запуска насосных станций; – удобство переноски насосной станции к месту проведения работ. Оценки по результатам испытаний выставляются высокопрофессиональными экспертами. Затем выводятся арифметические оценки, на основе которых производится выбор рационального комплекса АСИ. Выполнение аварийно-спасательных работ, как показывает опыт ликвидации последствий ЧС, предполагает применение определенных совокупностей технических средств, объединенных в комплекты и комплексы. Комплектом технических средств, применяемых при проведении аварийно-спасательных работ, является совокупность взаимосвязанных технических средств, выполняющих определенную работу (технологическую операцию), представляющую собой, как правило, самостоятельную часть технологического процесса. В комплект включаются, в первую очередь, средства, позволяющие выполнить заданный или прогнозируемый вид работ, причем средства подбираются таким образом, чтобы они могли обеспечить необходимую или заданную скорость проведения данных работ [10, 13]. 55 Кроме того, комплектом технических средств является также совокупность технических средств, выполняющих различные технологические операции, но имеющих общий источник энергообеспечения (например, комплект пневмоинструмента). Существенным признаком комплекса технических средств является то, что он представляет собой совокупность согласованно работающих под единым управлением и взаимно увязанных по производительности и другим показателям основных и вспомогательных технических средств, необходимых для выполнения конкретных задач (работ). Рациональная структура комплекса технических средств должна быть определена исходя из потребности, с одной стороны, выполнить все технологические операции данного вида работ, а с другой стороны – из необходимости провести весь технологический процесс в пределах заданного времени t, рассчитанного для каждого рабочего места (участка работ). Выбор комплектов и комплексов средств для проведения аварийноспасательных работ включает в себя два этапа. На первом этапе на основе прогноза объема работ, а также принятой технологии их производства, технологической структуры процесса или специализированного потока определяются требуемые эксплуатационные параметры основных технических средств, их типы и марки, перечень технологически необходимых вспомогательных средств и их типы. Далее намечаются принципиальные схемы расстановки средств для механизации рабочего процесса. Подбор технических средств выполняется на основе соответствия их главных эксплуатационных параметров требованиям к средствам для механизации аварийно-спасательных работ и технологии их производства. После этого определяются несколько возможных вариантов типов основных и соответствующих им вспомогательных средств. На втором этапе производится выбор оптимального варианта комплекса средств на основе сравнения основного и дополнительного показателей. При этом основным показателем является продолжительность производства работ, а дополнительным – удельные показатели массы, металло- и энергоемкости, рассчитанные на единицу часовой производительности комплекса средств, а также эксплуатационная надежность и мобильность средств. Производится группировка основных видов работ по принципу аналогии характера выполняемых работ и намечаемой технологии их производства. Для основных видов работ устанавливаются укрупненные технологические характеристики, объемы ожидаемых работ распределяются по группам, имеющим одинаковые технические характеристики. Составляется номенклатура процессов по видам работ или специализированным потокам при поточной организации работ. Из исходной номенклатуры технических средств подбирается состав и структура комплексов технических средств при соблюдении изложенной выше последовательности (рис. 4.1). 56 Выбор оптимального состава комплекса технических средств, оценка возможных результатов по выбранному комплексу могут производиться с помощью показателей эффективности комплексов технических средств. Основные виды аварийно-спасательных работ Ожидаемые объемы по видам работ Укрупненные технологические характеристики по видам работ Номенклатура процессов по специализированным потокам (видам работ) Исходная номенклатура технических средств Предварительный состав технологических комплексов средств (варианты) Согласование производительности комплексов технических средств с интенсивностью потока Оценка работы комплексов технических средств Увязка вспомогательных технических средств с основным по производительности Выбор оптимальных вариантов технологических комплексов технических средств Рис.4.2. Структурная схема подбора комплексов технических средств для ликвидации последствий ЧС Очевидно, что эффективность всего комплекса технических средств при выполнении работ будет зависеть от эффективности каждого (основного и вспомогательных) технического средства, входящего в данный комплекс. Критерием эффективности комплекса средств Кэф может быть математическое ожидание успеха работы, которое представляет собой отношение допустимого 57 срока выполнения работы к фактически затрачиваемому технических средств времени на выполнение данной работы Кэф = М ( Т0 / Т ) , комплексом (4.15) где Т0 – допустимое время выполнения работ k-го вида (к = 1,2,….); Т – фактически затрачиваемое время на выполнение k-го вида работ. Другим критерием эффективности комплекса технических средств может служить вероятность Р (Q, Т) выполнения заданного объема работ за затраченное комплексом время Т. Непосредственно на месте работ может производиться уточнение состава и структуры комплектов и комплексов технических средств. Способность комплекса технических средств выполнять некоторую совокупность технологических операций при ликвидации последствий определенной ЧС можно представить как критерий «загрузки» комплекса. Количество технических средств в комплексе не обязательно должно соответствовать количеству технологических операций, подлежащих «отработке». Применение универсальных технических средств позволяет минимизировать их состав в комплексе. При этом возможности выполнения технологических операций процесса работ могут быть обеспечены на требуемом уровне. Таким образом, критерий «загрузки» является качественной характеристикой комплексов технических средств, подлежащей обязательному учету при определении их структуры и состава. Выводы по главе IV Таким образом, в главе IV: 1. Изложены методические подходы, используемые при оценке эффективности аварийно-спасательных средств. 2. Разработаны основные положения выбора рационального состава комплекта (комплекса) технических средств для проведения АСДНР. Контрольные вопросы по главе IV 1. Изложите сущность оценки эффективности аварийноспасательных средств. 2. Изложите сущность оценки эффективности спасательных судов. 3. Изложите сущность выбора рационального состава комплекта (комплекса) технических средств для проведения АСДНР. 58 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Данное учебное пособие посвящено основам моделирования и оценки эффективности действий сил РСЧС при ведении АСДНР. Учебное пособие включает четыре главы. В первой излагаются основы системного анализа и исследования операций. В основах системного анализа приведены основные понятия, а также основные принципы системного подхода: цели, целостности, сложности историзма. Впервые применено определение целей функционирования системы и критериев эффективности к системе группировки сил РСЧС. Во второй главе определено содержание критериев эффективности применения сил РСЧС при проведении АСДНР. В третьей главе разработаны основы математического моделирования процессов АСДНР: математические модели и методы, применяемые при математическом моделировании АСДНР, а также методы экспертизы для обоснования решений на проведение АСДНР. Четвертая глава посвящена методическим подходам к оценке эффективности аварийно-спасательных средств и выбору рационального комплекта (комплекса) технических средств для проведения АСДНР. Структура и содержание учебного пособия соответствует государственному образовательному стандарту по специальностям «Защита в ЧС», «Прикладная математика» и частично «Государственное и муниципальное управление», а также требованиям федерального государственного образовательного стандарта по направлению «Техносферная безопасность» по профилю «Защита в ЧС». Учебное пособие предназначено для слушателей, курсантов и студентов системы МЧС России для изучения дисциплин «Организация и ведение аварийно-спасательных работ», «Основы применения аварийно-спасательных и других формирований», «Технологии аварийно-спасательных работ», а также широкого круга читателей, интересующихся проблемами моделирования и оценки эффективности действий сил РСЧС при ведении АСДНР. 59 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Кн. 4: Уч. пособие / Под ред. Котляревского В.А., Забегаева А.В. – М.: Изд-во АСВ, 1998. 2. Анализ номенклатуры и возможностей спасательной техники и базовых машин МЧС России: Отчет о НИР (заключительный) / Исполн. В. Севастьянов, В. Морозов. – Новогорск: АГЗ, 2000. 3. Баринов М.Ф., Лавриненко Д.Ф., Мясников Д.В. и др. Практический опыт проведения аварийно-спасательных и аварийно-восстановительных работ в период крупномасштабного наводнения в Дальневосточном федеральном округе Российской Федерации в 2013 году. Учебное пособие. Химки: АГЗ МЧС России. 4. Березин Б. А. Оптимальное распределение ресурсов и элементы синтеза систем. – М.: Советское радио, 1974. 5. Вентцель Е. С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. – М.: Наука, 1998. – 258 с. 6. Исследование операций: Учебник / Под редакцией Юркова Б. Н. – М.: ВИА, 1990. – 328 с. 7. Концепция оснащения войск ГО РФ и сил МЧС России наземной техникой на период до 2005 г.: Приказ МЧС №415 от 20.06.96г. 8. Конторер С.Е. Методы обоснования эффективности применения машин в строительстве. – М: Стройиздат, 1969. 9. Методика оценки эффективности автомобильной техники. – М.: МАДИ, 1995. 10. Методика технико-экономической оценки военной техники. – М.: РАССТ, 1996. 11. Методика оценки эффективности образцов и комплексов средств ГО: Научно-технический отчет о НИР. – М.: НИИ ГОЧС, 1990. 12. Михно Е. П. Ликвидация последствий аварий и стихийных бедствий. М.: Атомиздат, 1979. 13. Морозов В. Н., Шахраманьян М.А. Прогнозирование и ликвидация последствий аварийных взрывов и землетрясений. – М: УРСС, 1998. 14. Овчинников В.В., Чумак С.П. Разработка Методических основ обоснования рациональных структур и тактико-технических показателей комплексов технических средств: Научно-технический отчет по проекту 4.6. ГНТП «Безопасность». М.: - ВНИИ ГОЧС, 1993. 15. Основные пути повышения эффективности применения АСС при ликвидации ЧС: Отчет о НПР (заключительный) / Исполн.: В. Федорук, П. Попов, С. Федотов, К. Тикунов, В. Чурсин, А. Козлов, В. Залозный. – Новогорск: АГЗ, 2000. 16. Отчет по сравнительным испытаниям гидравлического оборудования в отряде Центроспас. – М.: МЧС России, 1997. 17. Северов Н.В., Травушкин А.С. Методические основы эффективности РТС и их внедрения в практику РСЧС. – Новогорск: АГЗ, 1998. 60 18. Северов Н.В. Развитие, технология и эффективность применения робототехники в чрезвычайных ситуациях. Монография. Часть 3. – Химки, АГЗ МЧС России, 2010. 19. Северов Н.В. Спасательная робототехника. Часть 1. Учебник.– Химки: АГЗ МЧС РФ, 2012. 20. Северов Н.В. Спасательная робототехника. Часть 2. Учебник.– Химки: АГЗ МЧС РФ, 2012. 21. Тараканов Н. Д., Овчинников В. В. Комплексная механизация спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ. – М.: Энергоатомиздат, 1984. 22. Теоретические основы реагирования на ЧС. Основы теории эффективности. Применение ЭВМ для решения задач РСЧС и ГО: Уч. пособие. / Под редакцией Ларионова В. И. – М.: ВИУ, 1999. 23. Токарев В. В., Попов П. А. Теоретические основы и методы оценки готовности подразделений АСС РСЧС к выполнению возложенных задач: Уч. пособие. – Новогорск: АГЗ МЧС России, 1997. 24. Харисов Г. Х. Обоснование затрат, выделяемых на предотвращение гибели людей при несчастных случаях, авариях, катастрофах, стихийных бедствиях // Проблемы безопасности при ЧС // - ВИНИТИ. – 1993. - №8. – с. 7381. 25. Чуев Ю. В. Исследование операций в военном деле. – М.: Воениздат, 1970. 26. Чурсин В.Ф., Попов П. А. Метод оценки и обоснования основных направлений повышения эффективности действий АСС при ликвидации ЧС на море и внутренних водных бассейнах. – В кн.: Сборник материалов НПК №4. – Новогорск: АГЗ МЧС России, 1998. 27. Экспертные оценки в научно-техническом прогнозировании. / Под ред. Михалевича В. С. – Киев: Наукова думка, 1974. 28. Экспертные оценки в системных исследованиях. / Под ред. Гвишиани Д.М. – М.: ВНИИ систем исследования, 1979. 29. Экспертные оценки в управлении: Методическая разработка, ч.1-6. – М.: ИУНХ, 1977. 30. Федеральная целевая программа «Создание и развитие РСЧС». Основные результаты / Под общей редакцией Фалеева М.И. – М.: МЧС России, 2000. 31. Bernstein G., Centron M. SEER: A Delphic Approach Applied to Information Processing. Technologial Forecasting, 1969, 1. – Англ. 32. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производственных процессов на вычислительных машинах. – М.: Наука, 1964. 61
