CC BY
8Сатин А. П., Рыженко А. А.
РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ПОДСИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Рассмотрен пример этапного моделирования некоторых факторов ресурсного обеспечения подразделений МЧС России в разрезе решений оптимальных задач линейного программирования. Данный подход позволяет оптимизировать расход ресурсной базы для обеспечения пожарной безопасности с учётом множественных факторов.
Ключевые слова: целевая функция, критерии оптимальности, материально-техническое обеспечение.
Техническое обслуживание и ремонт пожарной и транспортной техники подразделений МЧС России является одной из основных задач системы материально-технического обеспечения. Для решения задачи в ряде подразделений федеральной противопожарной службы (ФПС) используются производственно-технические центры (ПТЦ).
Изначально ПТЦ предназначены для осуществления обеспечения специализированной производственно-хозяйственной деятельности Главного управления МЧС России по субъекту РФ, но в рамках оптимизации численности МЧС России во многих регионах России ПТЦ сокращаются совсем, передаются в региональные подразделения, содержащиеся за счёт бюджета субъекта Российской Федерации, или преобразуются в региональные логистические центры.
В статье рассмотрены основные критерии рационализации деятельности ПТЦ, исследованы возможности инструментария автоматизированного офиса для решения некоторых оптимизационных задач.
Общедоступными средствами автоматизации офиса (MS Excel) предлагается решать следующие задачи ПТЦ:
- распределение ресурсов для проведения технического обслуживания и ремонта;
- определение потребности подразделений ФПС в материально-технических средствах, запасных частях и эксплуатационных материалах;
- распределение ресурсов среди закреплённых подразделений ФПС;
- подготовка документов для осуществления размещения заказа на поставку товаров, выполнение работ и оказание услуг [1];
- разработка маршрутов движения между боевыми участками, постановка и решение транспортных задач с открытыми и закрытыми моделями (при распределении ресурсов в масштабе гарнизона пожарной охраны) по ликвидации ЧС, крупных пожаров, аварий и стихийных бедствий и т. д.
Перечисленные задачи выполняют 3 подсистемы, входящие в систему управления ПТЦ:
1) отделение материально-технического снабжения и комплектования;
2) ремонтно-вспомогательная пожарная часть;
3) транспортно-хозяйственная часть.
Выполнение функций материально-технического обеспечения требует учёта следующих-критериев:
- максимальное обеспечение ресурсами подразделений во время тушения пожаров и ликвидации последствий ЧС;
- минимальное время поставки ресурсов;
- максимальное наличие дефицитных ресурсов на складе;
- учёт максимального количества потребностей в ресурсах.
В числе критериев подсистемы технического обслуживания и ремонта техники в ПТЦ:
- максимальное использование фонда рабочего времени при среднесписочной численности ремонтных рабочих для заданного региона;
- максимальное использование имеющихся ресурсов на складе ПТЦ;
- минимизация запасов на складе ПТЦ для обеспечения возможности иметь свободные финансовые ресурсы для неплановой закупки запасных частей и материалов;
- максимизация количества обслужива-ний и ремонтов за единицу времени;
- максимальная загрузка постов обслуживания и ремонта и минимальная очередь в ожидании обслуживания и ремонта.
Функции подсистемы транспортно-хозяйственной части: доставка руководства
территориального органа управления МЧС для осуществления служебных поездок; доставка личного состава гарнизона ФПС автобусами к месту крупных пожаров и ЧС; доставка службы пожаротушения, испытательной пожарной лаборатории к месту пожара или ЧС; доставка пожарных рукавов; доставка предметов снабжения по подразделениям и т. д. Выполнение перечисленных функций требует учёта следующих критериев:
- минимальное время подачи автомобиля;
- максимальное удобство и ремонтопригодность транспортных средств;
- минимизация пробегов транспортных средств и эксплуатационных затрат (основной расход топлива в подразделениях приходится на оперативно-служебный транспорт);
- минимизация сроков выдачи путевых документов и времени проверки техники перед выпуском на линию.
С учётом изложенного, для решения существующих проблем управления ПТЦ МЧС России целесообразно использовать методологию моделирования процессов, протекающих в системе ПТЦ.
В данном случае под моделированием подразумевается исследование объектов познания на моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений и конструируемых объектов [2].
Суть задач сводится к определению значений переменных (х1, х2, ..., хп), дающих экстремум целевой функции при известных условиях (ограничениях), заданных уравнениями или неравенствами [3].
Задачу нахождения максимума целевой функции можно представить в следующем виде:
/(х1, х2, ..., хп) ^ тах при ограничениях:
9\(Х\> Х2> •••> *л)-0>" д2(х„х2>...,хп)<0;
дк(хих2,...,хп)< 0; х, >0 (/ = 1, 2,..., п).
Методы математического программирования подразделяются в зависимости от
свойств функции f и ограничений д. Задачи, в которых функция и ограничения линейны, решаются методами линейного программирования.
В некоторых линейных задачах переменные x. могут принимать лишь целочисленные значения (например, половину пожарного автомобиля нельзя использовать для тушения пожара, или из пожарной части не может выехать 0,33 пожарных автоцистерны). Такие задачи решаются методами целочисленного программирования.
Рассмотрим задачу рационализации распределения ресурсов. Допустим, определён первый критерий максимизации использования рабочего времени. Руководство задаёт ограничения задачи с учётом анализа среднесписочной численности ремонтных рабочих. По плану ПТЦ должен ежемесячно выполнять 20 ТО-2; 5 текущих ремонтов; 3 средних ремонта пожарной техники.
Трудоёмкость обслуживания нормирована [4]. С учётом разномарочности парка пожарных автомобилей трудоёмкость ТО-2 составит 22 чел./час; текущего ремонта - 80 чел./час; среднего ремонта -300 чел./час.
Необходимо найти рациональный объём производства ПТЦ, обеспечивающий максимальную трудоёмкость (занятость ремонтных рабочих) и удовлетворение потребностей гарнизона пожарной охраны.
Задачу можно представить как задачу оптимизации по двум критериям:
1) максимум количества обслуживаний при существующей численности рабочих;
2) минимум ремонтных рабочих для оптимизации операций обслуживания и ремонта.
Пусть ежемесячный объём выполнения работ по ТО-2 - х1, текущего ремонта - х2, среднего ремонта - х3. Следовательно, целевая функция - ежемесячная требуемая трудоёмкость обслуживания и ремонта техники как функция обеспечения требуемого уровня готовности техники гарнизона ФПС:
F(x) = 20х1 + 80х2 + 300х3 ^ max. (1)
Ограничения по расходу материалов на обслуживание и ремонт:
с,,*,, + с12х12 + с13х]3 < 3,
' ^31*31 + ^-32*32 + ^33*33 — З3
Ограничения модели:
х1 > 20; х2 < 10; х3 < 3 - запрос гарнизона пожарной охраны на обслуживание пожарной техники;
х1, х2, х3 (целые) - условие, не позволяющее производить неполное обслуживание и ремонт и затягивать процесс обслуживания.
Часто необходимо использовать сценарий, при котором допускается выполнять неполное обслуживание техники, что позволяет оптимизировать производственную программу ПТЦ при необходимости срочного ремонта техники и задавать приоритеты обслуживания и ремонта.
С учётом заданных ограничений можно использовать надстройку «Поиск решений» табличного процессора автоматизированного офиса MS Excel. Рассмотрим алгоритм принятия решения.
1. На рабочем листе необходимо ввести исходные данные. В ячейках рабочего листа размещены имена и значения переменных. Также представлены значения целевой функции при максимально возможной трудоёмкости работ по обслуживанию и ремонту (для оптимизации складских запасов) и трудоёмкости работ по обслуживанию и ремонту пожарной техники (коэффициенты целевой функции).
Для определения значения целевой функции (1) используется функция СУММПРОИЗВ, её значение выводится в отдельную ячейку.
Чтобы учесть вводимые ограничения, на этом же листе MS Excel необходимо построить дополнительную таблицу. При заполнении ограничений будем использовать функции ссылок на ячейки столбца Запас материалов на складе ПТЦ.
2. После проведения операции Поиск оптимального решения и введения ограничений модели для исследования динамики изменения модели целесообразно запустить операцию Сохранение результатов поиска решения в виде сценария. В диалоговом окне сценария предлагается ввести имя сценария Производственная программа - план.
Результаты решения задачи позволяют произвести анализ удовлетворения потребности обслуживания и ремонта техники в заданном гарнизоне пожарной охраны.
3. Для исследования динамики изменения производственной программы ПТЦ следует использовать команду Сервис ^ Сценарии, которая позволяет изменить текущий сценарий.
Аналогичным образом можно продолжить решение задачи, но по другому сценарию. Допустим, в ПТЦ поступила пожарная
техника нового образца. Посредством рационализации технологии обслуживания и ремонта уменьшились потребности в смазочных и эксплуатационных материалах (уменьшились заправочные ёмкости). Инженеру ремонтно-восстановительной пожарной части необходимо в новых условиях определить производственную программу с учётом поступления новой техники. План по-прежнему рассчитан на максимизацию количества обслуживаний техники имеющимся среднесписочным количеством ремонтных рабочих. Возможен следующий алгоритм модернизации предлагаемой модели:
1) открыть рабочий лист MS Excel, где получено решение по сценарию;
2) изменить исходные данные с учётом изменившихся условий, удалить полученные ранее результаты;
3) выполнить поиск решения. Полученный результат сохранить в виде сценария с новым именем;
4) получить результаты поиска решения, оформить в требуемой форме (в виде изменённого плана-графика или производственной программы);
5) провести анализ полученных результатов, сделать выводы о достаточности производственных мощностей для обслуживания и ремонта техники в изменившихся условиях;
6) командой Сервис ^ Сценарии открыть диспетчер сценариев;
7) выбрать нужный сценарий и выполнить функцию Вывести требуемые результаты;
8) сохранить задачу в книге MS Excel с оригинальным именем.
Представленный функционал не ограничен описанными возможностями. Аналогично можно провести моделирование некоторых функций подсистемы «Транспортно-хозяйствен-ная пожарная часть».
Так как в ПТЦ часто оборудуются гарнизонные рукавные базы, где в зимнее время производится обслуживание пожарных напорных рукавов, их размораживание, мойка и сушка, целесообразно проведение исследования процессов доставки и распределения ресурсов.
В условиях низких температур подразделениям для тушения крупных пожаров требуется большое количество пожарных рукавов. При этом время смены рукавов будет эквивалентно времени замерзания воды в рукавных линиях t = t . Следовательно,
смен замерз 1
чем выше продолжительность пожара ^ож, тем чаще подразделениям ПТЦ необходимо осуществлять замену пожарных рукавов K = t / t . При этом возможна замена
замен пож ' смен г
только линии целиком (все рукава), что исключает дробную (частями) доставку рукавов к месту пожара. В данном случае время замены будет соответствовать времени доставки последнего рукава, необходимого для замены всей рукавной линии. Пример реализации модели с использованием табличного процессора MS Excel представлен в работе [5].
Рукавные линии, которые отработаны на пожаре и замёрзли, следует вывезти на склад ПТЦ, для чего целесообразно разработать модель объезда боевых участков. Так как рукавная база, на которой осуществляется мойка, сушка и ремонт пожарных рукавов, как правило, находится в ПТЦ, то рукавные линии, которые уже отработали на пожаре и замёрзли, следует вывозить на склад. Следовательно, модель объезда боевых участков может быть представлена в виде целевой функции (1). При этом необходимо учесть, что в ПТЦ по субъекту РФ для обслуживания гарнизона пожарной охраны имеется, как правило, один автомобиль-полуприцеп, позволяющий перевозить замёрзшие пожарные рукава на размораживание, мойку и сушку в ПТЦ.
Рассмотрим три пожара, на каждом из которых располагается по несколько боевых участков. Допустим, что общее количество равно 3, 2 и 3 соответственно. Необходимо доставить пожарные рукава к месту обслуживания. Рукава собраны в 8 линий, расположенных на разных расстояниях друг от друга. К каждой линии для погрузки рукавов автомобиль может подъехать только один раз. Требуется найти кратчайший замкнутый маршрут для сокращения общего пути объезда всех пожаров.
В данном примере модель объезда пунктов погрузки пожарных рукавов представляет собой частный случай транспортной задачи. Целевая функция:
п т
/=1 j=\
где г.. - расстояние между боевыми участками, при этом необходимо учитывать условие г.. ф г.. (расстояние между боевыми участками в прямом и обратном направлении не совпадают).
Дополнительное условие - полуприцеп может объехать каждый боевой участок только один раз. Условие однократного выезда из боевого участка:
п
= 1, ] = 1, 2, ..., п.
1=1
Условие однократного въезда на боевой участок для сбора рукавов:
Задаётся условие замкнутости маршрута движения, где к. и к - переменные со значениями i, j = 1, 2, ..., n, i ф j:
к. - к + nx.. < n - 1, у, j = 1, 2, ..., n, 7 ф j,
x.. = 0 или 1, /, j = 1, 2, ..., n, ; ф j,
где x.j - булева переменная, принимает значение 1 если полуприцеп движется из /-го боевого участка к j-му и 0 - в противном случае.
В результате получается, что имеется девять пунктов вывоза пожарных рукавов. Полуприцеп должен выехать из ПТЦ, посетить все боевые участки и вернуться обратно. Для сокращения времени следования полуприцепа необходимо найти кратчайший маршрут, заполняя таблицу расстояний между боевыми участками в виде матрицы чисел (табл. 1). Затем, чтобы выполнить условие - полуприцеп двигается от одного боевого участка к другому с учётом минимальных расстояний между ними, - в главную диагональ матрицы заносится расстояние намного большее (например, 10 тыс. км). Данный приём используется в методе «ветвей и границ» для исключения из маршрута движения нулевые по расстоянию переходы.
Для реализации представленной модели на рабочем листе MS Excel необходимо разместить данные и матрицу переходов.
На рабочем листе MS Excel с исходными данными диапазон ячеек содержит исходную матрицу расстояний между боевыми участками, где расстояния равные 10 000 означают, что возвратное расстояние боевого участка не должно давать кратчайший маршрут движения полуприцепа. Данный приём подразумевает
Таблица 1
Матрица расстоянии между боевыми участками
1 2 3 4 5 6 7 8 9
5 6 4 7 8 16 17 18
2 4 - 1 1 5 6 13 14 15
3 5 1 - 1 7 8 14 13 16
4 5 1 1 - 8 7 12 14 15
5 8 6 7 8 - 1 9 11 10
6 8 7 8 7 1 - 8 9 10
7 15 14 13 12 9 9 - 1 1
8 17 15 14 14 12 11 1 - 1
9 18 14 16 15 10 11 1 1 -
использование классического метода, когда нулевые расстояния меняются на практически бесконечные [6]. Матрица возможных переходов от одного боевого участка к другому будет представлена на отдельном листе книги MS Excel.
Формулы для подсчёта количества въездов и выездов боевых участков занесены в отдельные ячейки и представляют сумму по столбцам и сумму по строкам матрицы переходов. Используется встроенная функция СУММ (диапазон), где диапазон определяет соответствующие расстояния.
Произведём расчёт целевой функции с заданными параметрами поиска решения и, так как в процессе поиска кратчайшего пути получилось четыре маршрута, зададим дополнительное ограничение. Сформируем таблицу ограничений (табл. 2).
Использование табличного процессора автоматизированного офиса MS Excel в значительной степени упрощает разработку производственной программы ПТЦ, но не позволя-
ет вывести необходимые отчётные документы и использовать необходимые шаблоны для оптимизации времени работы сотрудников. Данный метод также требует значительных временных затрат и определённой подготовки сотрудников. Поэтому для решения подобных задач целесообразно использовать автоматизированное рабочее место с готовым программным продуктом. Использование АРМ позволяет судить о возможности инжиниринга системы управления ПТЦ с учётом современных реалий и сокращения управленческого персонала [7, 8].
ЛИТЕРАТУРА
1. Фридман А. Я., Фридман О. В. Основы моделирования: учеб. пособие. - Апатиты, КФ ПетрГУ, 2003. - 104 с.
2. Хаммер М, Чампи Дж. Реинжиниринг корпорации. Манифест революции в бизнесе. - М.: Манн, Иванов и Фербер, 2007. - 288 с.
3. Минкин Д. Ю, Власова Т. В. Оптимизация ресурсов в задаче управления сложной производственной системой // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. - 2014. - № 3. -С. 59-66.
4. Приказ МВД РФ от 25.09.1995 г. № 366 «Об утверждении нормативов трудоёмкости технического обслуживания и ремонта пожарных автомобилей».
5. Сатин А. П., Псарев Д. В., Стависский А. В. Моделирование доставки пожарных рукавов со складов к боевым участкам // Технологии техносферной безопасности: Интернет журнал. - 2014. - № 1. Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/2014-1
6. Таха Х. А. Введение в исследование операций / Пер. с англ. и ред. А. А. Минько. - 7-е изд. - М.: Вильямс, 2005. - 912 с.
7. Сатин А. П., Рыженко А. А, Стависский А. В. Информационная система сопровождения графика обслуживания техники пожарной части// Технологии техносферной безопасности: Интернет журнал. - 2015. - № 4. Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/2015-4
8. Сатин А. П., Рыженко А. А., Псарев Д. В. Механизм принятия решения при долгосрочном планировании ресурсного обеспечения пожарных подразделений МЧС России // Сб. мат-лов V Всерос. науч.-практ. конф. «Пожарная безопасность: проблемы и перспективы». - Воронеж: Воронежский институт ГПС МЧС России, 2014. - С. 296-300.
Таблица 2
Ограничения на объезд боевых участков
Поле «ссылка на ячейку» Тип ограничения Поле ограничения Примечание
$В$26:$К$26 = 1 Ограничение на въезды
$L$16:$L$25 = 1 Ограничения на выезды
Условие
$B$16:$K$25 = Двоичное присвоения 0 или 1
Satin A., Ryzhenko A.
RATIONALIZATION OF METHODS OF RESOURCES' PROVISION MANAGEMENT OF FIRE SAFETY ENSURING SUBSYSTEMS
ABSTRACT
Purpose. In the given article the main assessment criteria of management resources' provision effectiveness are described and the methods of resource provision management are offered. The object of the research is the ensuring subsystem of Federal Fire Service (based upon the example of the production and technical center), while the models of resources' provision processes' optimization of Federal Fire Service (FFS) are its subject.
Methods. On the basis of the test and experimental data the quantitative assessment of the main characteristics having impact on FFS resourcing is modeled.
Findings. Statement of a problem of FFS resources' provision optimization in the form of the linear programming task is described. The main criteria for successful functioning of FFS ensuring subsystem are defined. The methods of the resources' provision management with application
of the universally accessible MS Excel software are offered.
Research application field. There are good reasons to include the results of the given study in the research works of the scientific research organizations of EMERCOM of Russia, and in FFS enduring subdivisions to assess (simulate) the needs for the resources' provision.
Conclusions. The use of the tabular MS Excel processor substantially simplifies the assessment of FFS resources' provision needs and allows to rationalize the methods of resources' provision management. For optimization of employees' operating time it is reasonable to use the automated work station with the readymade software.
Key words: objective function, optimality criteria, logistical support.
REFERENCES
1. Hammer M., Champy J. Reengineering the Corporation: A Manifesto for Business Revolution. Harper Business, New York, 2006, 272 p. (Russ. ed.: Reinzhiniring korporatsii. Manifest revoliutsii v biznese. Moscow, Mann, Ivanov i Ferber Publ., 2007. 288 p.).
2. Fridman A.Ya., Fridman O.V. Osnovy modelirovaniia [Basics of modeling]. Apatity, KF PetrGU Publ., 2003. 104 p.
3. Minkin D.Yu., Vlasova T.V. Optimization of resources in task of management difficult productive system. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta Gosudarstvennoi protivopozharnoi sluzhby MChS Rossii, 2014, no. 3, pp. 59-66.
4. Order of the Ministry of internal Affairs of the Russian Federation on 25 September, 1995, No. 366 "On approval of standards of the labor intensity of maintenance and repair of fire engines". (in Russ.)
5. Satin A.P., Psarev D.V., Stavissky A.V. Simulation of delivery of fire hoses from the warehouses to combat area. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: Internet zhurnal, 2012,
no. 1, available at: http://ipb.mos.ru/ttb/2012-1/2012-1.html (accessed May 26, 2016). (in Russ.).
6. Taha H.A. Operations Research: An Introduction (7th Edition). Pearson/Prentice Hall, New Jersey, 2007, 813 p. (Russ. ed.: Vvedenie vissledovanie operatsii. Moscow, Vil'iams Publ., 2005. 912 p.).
7. Satin A.P., Ryzhenko A.A., Stavisskiy A.V. Information system support maintenance schedule of the fire equipment. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: Internet zhurnal, 2015, no. 4, available at: http://ipb.mos.ru/ttb/2015-4/2015-4.html (accessed May 26, 2016). (in Russ.).
8. Satin A. P., Ryzhenko A. A., Psarev D. V. Mechanism of decision-making in long-term planning of resource provision for fire departments of EMERCOM of Russia. Sb. mat-lov V Vseros. nauch.-prakt. konf. «Pozharnaia bezopasnost': problemy i perspektivy» [Proc. of sci.-pract. conf. "Fire safety: problems and prospects"]. Voronezh, Voronezh State Fire Institute of EMERCOM of Russia, 2014, pp. 296-300.
Alekseí Satín Alekseí Ryzhenko
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Candidate of Technical Sciences
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
