Метод формирования вариантов структуры систем пожарной безопасности объектов энергетики Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»
Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Усков В. М., Мистров Л. Е., Литвинов О. В.
Предлагается метод формирования вариантов структуры систем пожарной безопасности , применяемых для тушения пожаров различного типа пространственно-распределенных объектов. Сущность метода основывается на накрытии всей номенклатуры объектов пожаротушения соответствующими элементами (подсистемами, комплексами и средствами) пожарной безопасности . Метод базируется на методах теорий иерархических многоуровневых систем, нечетких множеств, принятия решений в условиях неопределенности и логико-вероятностных методов исследования надежности структурно-сложных систем
Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Усков В. М., Мистров Л. Е., Литвинов О. В.
METHOD OF THE SHAPING VARIANT STRUCTURES OF THE SYSTEMS FIREMAN TO SAFETY
It is offered method of the shaping variant structures of the systems fireman to safety applicable for stewing fire different type space-portioned object. Essence of the method is founded on накрытия whole nomenclature object пожаротушения corresponding to element (the subsystem, complex and facility) fireman to safety. Method is based on method theory hierarchical layered systems, fuzzy sets, decision making in condition of the uncertainties and logician-probabilistic methods of the study to reliability structured-complex systems
Текст научной работы на тему «Метод формирования вариантов структуры систем пожарной безопасности объектов энергетики»
МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ВАРИАНТОВ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ
В.М. Усков, Л.Е. Мистров, О.В. Литвинов
Предлагается метод формирования вариантов структуры систем пожарной безопасности, применяемых для тушения пожаров различного типа пространственно-распределенных объектов. Сущность метода основывается на накрытии всей номенклатуры объектов пожаротушения соответствующими элементами (подсистемами, комплексами и средствами) пожарной безопасности. Метод базируется на методах теорий иерархических многоуровневых систем, нечетких множеств, принятия решений в условиях неопределенности и логико-вероятностных методов исследования надежности структурно-сложных систем
Ключевые слова: пожарная безопасность, система, элемент, вариант структуры, эффективность
Для многих задач сложных систем,
поддающихся формализации и обеспеченных полной или достаточной априорной исходной информацией, разработаны конструктивные и при некоторых ограничениях на структуру задач,
эффективные методы решения по формированию вариантов их структуры. К ним, в первую очередь, относятся методы из различных разделов
математического программирования и
оптимального управления. Для обоснования структур элементов систем произвольной природы применимы модели обобщённого математического программирования [1,7,8] и схемы многошагового обобщённого математического программирования [2,7,8]. Однако данные методы являются достаточно общими и их невозможно применить для решения даже относительно простых задач в различных предметных областях, не прибегая к формализации условий их применения при отсутствии полной исходной информацией.
Применительно к классу систем пожарной безопасности (СПБ), работающих в экстремальных условиях к настоящему времени конструктивных подходов для формирования вариантов их структуры не существует (по крайней мере, не известно).
СПБ включает в свой состав объединенную единством управления совокупность элементов: организационно-технических систем уровня караулов и отделений (СПК, СПО) и комплексов ПБ, структурно состоящих из элементов управления, добывания информации и исполнения, предназначенную для выполнения с заданной эффективностью задач пожаротушения различного типа объектов. Сопоставительный анализ пространственно-временных характеристик различного типа объектов пожаротушения и потенциально используемых для их пожаротушения средств ПБ позволяет всю номенклатуру сил и средств ПБ классифицировать на: средства ПБ - решают задачу тушения одной специфической составляющей пожара; комплексы индивиду-
Усков Валентин Михайлович -ВГТУ, д-р мед. наук, профессор, член-корреспондент РИА, тел.89103498149 Мистров Леонид Евгеньевич - Центральный филиал РАП, д-р техн. наук, доцент, тел.8(910)342-88-42 Литвинов Олег Викторович - ФСПБ Воронежской области, инспектор, тел. 8(950)779-09-65
альной пожарной безопасности (КИПБ) - тушение пожара элементарного объекта на основе индивидуальных и подручных средств пожаротушения; комплексы групповой пожарной безопасности (КГПБ), являются основным исполнительным элементом СПК и используются для пожаротушения группового объекта; комплексы объектовой пожарной безопасности (КОПБ) - предназначены для пожаротушения пространственно-распределённых объектов и входят в состав СПБ, осуществляющей сбор и обобщение информации об объекте пожаротушения, силах и средствах ПБ и непосредственное управление ими на основе распределения ресурса ПБ по элементам (участкам) объекта пожаротушения. Её организационная структура формируется, как правило, на основе нескольких иерархических уровней элементов: нулевой уровень - СПБ (уровень пожарной части и выше для обеспечения ПБ сложного объекта); первый уровень - СПК (уровень подразделений для обеспечения ПБ группового объекта) и второй - уровень СПО (уровень комплексов для обеспечения ПБ элементарного объекта). При этом уровень СПБ состоит из организационно объединенных единством цели нескольких СПК. В качестве основы СПК используются комплексы ПБ, решающие одну или несколько простейших задач по добыванию информации и исполнения - реализацию определенного типа пожарных действий. Структура комплексов ПБ, в свою очередь, базируется на технически объединенной единством цели совокупности средств ПБ. На данном уровне производится формирование различного рода средств и действий, определяющие характеристики и способы применения комплексов ПБ.
Определяющим при формировании структуры СПБ является учет на всех её иерархических уровнях различного рода ограничений, которые при переходе с одного уровня исследований на уровень для парирования межуровневой информационной неопределенности подлежат агрегатированию. При этом на нижних уровнях, на этапе формирования целевых функций комплексам ПБ (например, реализация функций ПБ элементарных объектов возлагается на КИПБ), учитываются только массогабаритные и энергетические ограничения и требования по совместимости функционирования всех средств. С переходом на второй уровень
исследований, помимо массогабаритных и энергетических ограничений и требований по совместимости, начинают в большей степени сказываться пространственно-временные
ограничения на способы применения СГПБ (при реализации функции пожаротушения группы элементарных объектов основным элементом являются КГПБ или КОПБ). На первом уровне исследований в качестве основных ограничений уже выступают пространственно-временные
ограничения, определяющие способы применения комплексов ПБ при реализации функции пожаротушения различного типа пространственно-распределенных объектов. На данном уровне проводится нивелирование по интегральным показателям эффективности всех ограничений элементов ПБ нижних уровней.
Исходя из этого, задача синтеза алгоритма формирования предпочтительного варианта структуры СПБ в условиях большой номенклатуры объектов пожаротушения, множества ограничений, многообразия характеристик и принципов построения, а также способов применения элементов ПБ, определяющих способы её применения является актуальной. Её решение на основе последовательного или цикличного формирования вариантов структуры СПБ с наращиванием объема представлений на основе многошаговых математических схем выбора представляет научный интерес, методу разработки которого и посвящена настоящая статья.
Для реализации предназначения СПБ должна обладать определенной структурой (составом элементов и взаимосвязями по управлению, информационному обеспечению и исполнению). Она, как любая иерархическая система с различного уровня контурами принятия решений по управлению, добыванию информации и исполнению, графически может отображаться пирамидальной структурой элементов (подсистем, комплексов и средств, рассматриваемых на данном уровне исследований в качестве неделимых частей) в виде древовидного графа.
Структура СПБ определяет собой порядок вхождения отдельных элементов её в целое с сохранением отношений “целое-часть” и ”часть-целое”. Исходя из этого, при проведении синтеза структуру СПБ представим в виде корневой вершины графа -узла нулевого уровня.
Узел нулевого уровня отображает все варианты полностью сформированной структуры СПБ, представляемой как целое. На следующем, после корня, первом уровне графа располагаются узлы, отображающие подмножества, каждое из которых содержит различные типы СПК, включенные в узлы первого уровня, что позволяет синтезировать любую структуру СПБ, отображенную на нулевом уровне.
На втором уровне каждому узлу первого уровня, изображающему СПК, инцидентны узлы, отображающие множества комплексов ПБ, из которых синтезируются эти системы. В узлах второго уровня, как и в узлах двух предыдущих уровней, содержится информация, достаточная для синтеза СПК, включенной в узел нулевого уровня. Однако в отли-
чие от информации, содержащейся в узлах верхних уровней, здесь информация является более детализированной.
На уровне СПК продолжается последовательное или цикличное (на основе информационного наращивания представлений о характеристиках комплектующих элементов ПБ) формирование структуры на основе одноцелевых комплексов ПБ, решающих непосредственные задачи по добыванию информации и пожаротушению. Граф структуры на данном уровне продолжает строиться по тем же правилам, вплоть до достижения нижнего уровня -уровня средств ПБ, по всем ветвям с учетом переменной структуры ограничений, которая на каждом уровне иерархии имеет различное значение и содержание.
При построении графа морфологической структуры по различным ветвям возможно достичь элементов на самых различных уровнях; поэтому, как только, хотя бы в одной ветви будет достигнут уровень элементов на следующих уровнях, свойство графа морфологической структуры содержать все части, образующей СПБ, будет нарушено. Для сохранения единообразия при построении графа после достижения уровня элементов каждый узел, отображающий элемент на всех последующих уровнях, изображается в виде одного узла, инцидентного узлу, изображающему элемент. Построение графа считается завершенным после достижения уровня, на котором всем узлам соответствуют только элементы (с допустимыми значениями множества ограничений) соответствующего нижнего уровня рассмотрения.
Строго иерархический граф структуры СПБ, полученный в результате морфологического синтеза, характеризует входимость в узлах любого уровня графа всех возможных вариантов элементов (отображаются соответствующим узлом). Аналогично граф входимости может быть построен и для одной конструкции СПБ, в котором содержится в каждом узле единственная подсистема, и чем подробнее проводится детализация (чем дальше уровень от корня), тем проще структура информации, характеризующая узел.
Для формализации схемы синтеза морфологической структуры СПБ, представленной в виде древовидного графа, введем обозначения: п с (0,1__\'|
- множество уровней графа (иерархии подсистем); К° - все возможное множество СПК, образующее СПБ как одно целое нулевого уровня; Кп - все возможные множества элементов п -го уровня, включающие все элементы СПБ на уровне п ; М° - число элементов (на уровне 0 таких элементов всего
один); Мп - число элементов п -го уровня; Мк -к -й элемент п -го уровня (здесь и далее в диаграмме входимости кп означает номер узла п -го
уровня); кп = кък2. кп - многозначный номер элемента уровня п , включающий перечень узлов более высоких уровней, в которые входит данный
узел; Ап - множество вариантов кп -го элементы уровня п; Коа - б -ый вариант СПБ на уровне п= 0; Кпа - б -ый вариант СПБ на уровне п>0(а - номер варианта СПБ); я„ , Ф ^ - г -й тип ограничений (по массе, габаритам, энергопотреблению, совместимости работы элементов, пространственновременному применению и т.п.) и заданный функционал данных ограничений на кп узле п -го уровня элементов, соответственно.
Тогда общую морфологическую структуру СПБ, исходя из приведенного физического описания её структуры, возможно в формализованном виде представить формулой