Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

"ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Геолого-географический факультет

Кафедра безопасности жизнедеятельности

Курсовая работа

Основные принципы программно-целевого планирования и управления безопасностью

Проверил:

Ефремов И.В.

Выполнила:

студентка группы:18 ТБ(ба)БЖД

Липова Н.Н.

Оренбург 2020

Аннотация

безопасность планирование управление

Целью изучения нашей работы является уяснение принципов программно-целевого планирования и управления безопасностью. Для достижения этой цели мы поставили перед собой следующие задачи:

1.Рассмотреть сущность программно-целевого подхода к управлению процессом обеспечения безопасности.

2. Изучить структуру мероприятий по совершенствованию управления обеспечением безопасности.

3. Разработать элементы математической теории организации.

Работа содержит 31 листов текста, 4 рисунка, 2 таблицы

Содержание

• Введение
• 1.Сущность программно-целевого подхода к управлению процессом обеспечения безопасностью
• 2.Структура мероприятий по совершенствованию управления обеспечением безопасности
• 3. Элементы математичсекой теории организации
• Заключение
• Список используемой литературы

Введение

В этой курсовой работе преимущественное внимание будет уделено вопросам моделирования и системного синтеза тех мероприятий, которые направлены на снижение техногенного риска. Фактически здесь демонстрируется возможность реализации на практике программно-целевого планирования и управления соответствующим процессом, ранее выбранного в качестве основного метода обеспечения безопасности создаваемых техносферных процессов и совершенствования уже существующих.

Максимально возможное сокращение аварийности и травматизма на производстве и транспорте возможно, лишь на основе программно-целевого подхода к изучению и решению этой проблемы. Учитывая сравнительно малую известность и недостаточную очевидность указанного метода, вначале раскроем его сущность и определимся в содержании используемых понятий. Поэтому целью курсовой работы служит уяснение этих основополагающих положений, а также знакомство с элементами математической теории организации, выбранной ранее в качестве инструментария совершенствования безопасности в техносфере.

1. Сущность программно-целевого подхода к управлению процессом обеспечения безопасности

Перед изложением сущности программно-целевого подхода к совершенствованию безопасности рассматриваемых здесь процессов и структуры соответствующих мероприятий подтвердим приверженность принятым представлениям о природе опасности и вытекающим из них положениям. Это позволит сохранить принятую ранее логику изложения материала, обосновать наиболее приемлемые методы и проиллюстрировать их работоспособность на примере решения конкретных задач управления процессом предупреждения техногенных происшествий.

С этой целью напомним, что в соответствии с энергоэнтропийной концепцией объективно существующих в техносфере опасностей условились рассматривать ее безопасность как функциональное свойство системы «человек - машина - среда», определяемое не только качеством отдельных компонентов, но и характером их взаимодействия с окружающей средой. Taкое представление природы изучаемого свойства предполагает необходимость в управлении условиями его формирования, т.е. в планомерном и целенаправленном осуществлении Комплекса соответствующих мероприятий.

Например, уменьшение числа предпосылок к происшествиям - ошибок персонала, отказов техники и нерасчетных для них внешних воздействий - может быть достигнуто поддержанием высокой подготовленности человека, надежности и эргономичности машины, комфортности рабочей среды. Другие направления в обеспечении и совершенствовании безопасности должны заключаться в своевременном выявлении и пресечении отдельных предпосылок, а также в принятии мер по снижению ущерба от возможных несчастных случаев, аварий и катастроф.

Изложенные факты подтверждают трудность обеспечения безопасности в техносфере и потребность в учете положительного опыта управления качеством других сложных систем. При этом под управлением в широком смысле слова подразумевается осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основе определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в Соответствии с имеющейся программой или целью управления. Вот почему необходимо конкретизировать основные положения такого управления применительно к обеспечению и совершенствованию безопасности процессов в техносфере.

Согласно современным представлениям, основная идея реализации программно-целевого планирования и управления сложными системами сводится к разработке совокупности целевых программ и созданию системы оперативного управления их выполнением. При этом программа обеспечения безопасности конкретного производственного или технологического Процесса должна представлять собой комплекс взаимосвязанных мероприятий, Выполнение которых позволяет реализовать одну из задач, поставленную перед соответствующей системой.

От используемых ныне подобных планов такая целевая программа будет отличаться тем, что:

а) включает все этапы жизненного цикла используемого оборудования - от проведения поисковых исследований до его ликвидации,

б) разрабатывается головным разработчиком процесса после выдачи ему задания и согласовывается с заказчиком,

в) содержит четкую количественную формулировку цели и условии оценки степени ее достижения,

г) определяет необходимые ресурсы, сроки и промежуточные результаты.

Считается также, что данная программа должна иметь примерно одинаковые по сложности блоки и структурные уровни, соответствующие органам оперативного управления и этапам жизненного цикла производственного процесса, обеспечивать контроле пригодность, наглядность и сопрягаеамость с традиционными планами и смежными программами.

Система оперативного управления обеспечением безопасности рассматриваемого процесса в техносфере должна быть предназначена для создания условий, максимально соответствующих выполнению программы. Основу такой системы могут составлять создаваемые на отдельных этапах его жизненного цикла временные органы и средства оперативного управления, которые будут взаимодействовать с подконтрольными им человеко-машинными системами. Наиболее важными задачами оперативного управления безопасностью следует считать регулирование ресурсов, необходимых для предупреждения аварийности и травматизма, контроль сроков и качества выполнения соответствующих мероприятий, разработку и реализацию при необходимости корректирующих воздействий.

Построение программы обеспечения безопасности должно начинаться одновременно с разработкой других связанных с ней программ - надежности, эргономичности и качества продукции, которые будут использоваться в последующем как составные части рассматриваемого документа. Структура же программы может включать состав показателей безопасности и требования к их значениям, основные принципы и мероприятия обеспечения и контроля заданных показателей при проектировании, изготовлении, отработке и производстве (эксплуатации) соответствующего оборудования, подборе и обучении персонала, создании для них должных условий рабочей среды, а также порядок корректировки программы.

В терминах теории оптимального управления разработка программы обеспечения безопасности сводится к определению объема мероприятий, реализация которых позволяет обеспечить требуемую траекторию годографа вектора E(t) выходных характеристик соответствующей системы в коридоре его допустимых значений. Иллюстрация этой задачи показана на рис. 11.1 Двумя кривыми, которые изображают возможные проекции годографа этого вектора на плоскость фазовых координат, а затемненная там область - проекцию коридора допустимых значений векторного показателя E(t).

Главное предназначение системы оперативного управления процессом обеспечения безопасности Производственных или технологических процессов будет заключаться в создании условий, необходимых для вывода соответствующих показателей на заданный уровень и удержания их в допустимых пределах. Подобная цель может быть достигнута путем периодической оценки значений E(t), а также Выработки и реализации при необходимости вектора управляющих воздействий K(t).

При создании и функционировании рассматриваемой системы следует стремиться к управляющим воздействиям, учитывающим прогнозируемые возмущения, и минимизировать ущерб, возникающий при Отклонении вектора E(t) от заданной траектории. Штриховыми линиями на рис. 1l.1 изображены две проекция реализации данного вектора: 1 - без учета управляющих воздействий со стороны системы оперативного управления, 2 - с учетом ее функционирования. А вот отрезками I(t) и К(t) там показаны изменения проекций годографа этого вектора соответственно - по Причине появления в Моменты времени t₁, t₂ внешних возмущений и отработки корректирующих воздействий на его интервале t₃-t₅.

В целом же внедрение программно-целевого подхода в практику обеспечения и совершенствования безопасности в техносфере может быть разделено по меньшей мере на два таких взаимосвязанных и крупных этапа:

1) стратегические планирование - с целью выработки общей идеологии и программы обеспечения безопасности конкретных процессов;

2) оперативное управление - для создания условий, максимально соответствующих выполнению такой программы.

При этом на каждом из этих двух этапов будут решаться по две задачи, связанные либо с обоснованием и обеспечением, либо контролем и поддержанием тех (оптимальных по выбранным критериям) количественных показателей безопасности, которые уже были рассмотрены ранее.

Для более детального изучения особенностей реализации программно-целевого планирования и управления процессом обеспечения безопасности создаваемых процессов и совершенствования уже существующих рассмотрим подробнее содержание мероприятий каждого из двух только что перечисленных этапов. При этом начнем со стратегического планирования, обобщенная структура которого представлена на рис. 11.2.

Стратегическое планирование мероприятий безопасности должно содержать следующие периодически повторяющиеся шаги:

а) уяснение приоритетных задач обеспечения безопасности рассматриваемых здесь техносферных процессов;

б) прогнозирование возможных ситуаций (вероятных изменений в состоянии конкретных человеко-машинных систем и внешней относительной их среды);

в) выбор и обоснование основных способов обеспечения безопасности их функционирования;

г) определение функций и мероприятий по предупреждению техногенных происшествий;

д) выделение и распределение ресурсов по этапам жизненного цикла производственного или технологического процесса;

е) отработка вопросов координации и взаимодействия при планировании обеспечения безопасности в техносфере.



При уяснении приоритетов в обеспечении безопасности конкретных техносферных процессов следует исходить из их предназначения и степени потенциальной опасности. Такой анализ необходим для перераспределения требований к уровню безопасности функционирования отдельных человеко-машинных систем или эксплуатации соответствующего оборудования. Так, если риск каких-либо работ чрезвычайно высок, то повышенная угроза Причинения техногенного ущерба персоналу и проживающему вблизи населению должна быть компенсирована дополнительными гарантиями, привилегиями и льготами.

В процессе прогнозирования условий функционирования конкретных человеко-машинных систем и их изменения в ходе взаимодействия с внешней средой нужно вначале считать, что главные задачи системы обеспечения безопасности достижимы в принципе, а требуемые для этого средства и другие ресурсы реально доступны. Используя данные предположения в качестве исходных, далее разумно оценить характер возможного изменения качества компонентов исследуемых систем при ухудшении окружающих условий. В последующем это позволит спрогнозировать реальные ситуации, предусмотреть дополнительные ресурсы или откорректировать поставленные задачи в новых, чаще всего усложнившихся условиях обстановки.

Разработка основных способов обеспечения безопасности рассматриваемых здесь процессов должна проводиться с учетом принятых представлений о факторах аварийности и травматизма, а также средств, выделяемых для их предупреждения. На стадии создания технологического оборудования основными способами обеспечения безопасности следует считать повышение безотказности силовых и других ответственных элементов его конструкции, выбор наиболее совершенной технологии выполнения работ, создание эргономичных производственных помещений и рабочих мест. При непосредственной подготовке и выполнении конкретных работ основные пути обеспечения, безопасности могут сводиться к профессиональному отбору, обучению и воспитанию персонала в духе технологической дисциплинированности, к поддержанию оборудования и технических средств защиты в исправном состоянии, к поддержанию качества рабочей среды.

При определении функций и мероприятий обеспечения безопасности в техносфере, нужно исходить из иерархичности структуры соответствующей системы и возможности перераспределения решаемых задач между ее основными компонентами - человеком и машиной. Основная идея такого распределения будет заключаться в непрерывном уточнении возложенных на них задач или обязанностей по мере изменения складывающихся условий, тогда как при определении объема необходимых мероприятий следует руководствоваться изложенными выше принципами предупреждения и снижения техногенного ущерба.

При распределении ресурсов на обеспечение безопасности между этапами жизненного цикла каждого техносферного процесса целесообразно отказаться от традиционного введения дополнительных организационно-технических мероприятии в ходе его реализации вместо этого следует заблаговременно предусмотреть специальные средства, например технические средства защиты и технологические способы предупреждения происшествий. Этот подход более экономичен: затраты на внедрение одних и тех же усовершенствований уменьшаются примерно на порядок - каждый раз по мере перехода от серийного производства к опытному, а от него - к изготовлению технологического оборудования и eгo проектированию.

В процессе отработки вопросов взаимодействия при планировании обеспечения безопасности разрабатываемых техносферных процессов необходимо увязать uель и количественные показатели соответствующей системы с целями и показателями взаимодействующих систем, а также согласовать необходимые документы. При возникновении противоречий или несоответствий следует откорректировать цель и средства рассматриваемой системы или перераспределить функции между ее отдельными элементами и компонентами управляемого объекта.

В сущности, к только что рассмотренному стратегическому планированию обеспечения безопасности в техносфере нужно относиться как к многошаговому итерационному процессу и продолжать его до достижения согласованных целей и утверждения соответствующих документов. В тех случаях, когда имеющимися в распоряжении средствами не удается удовлетворить требования безопасности, должна быть откорректирована сама целевая программа.

Второй этап программно-целевого обеспечения безопасности производственных и технологических процессов - собственно оперативное управление - также (с определенной условностью) может быть разделен на ряд следующих основных шагов:

а) уточнение основных задач и способов управления безопасностью;

б) сбор и обработка информации о реальных ситуациях (состояниях управляемых человеко-машинных систем и внешней среды);

в) оценка необходимости и способов альтернативных воздействий на них;

г) обоснование и выбор комплекса оптимальных организационно-технических мероприятий;

д) разработка плана их реализации, организация и контроль выполнения каждого из составляющих его мероприятий.

Рассмотрим подробнее данный этап, наглядно представленный на рис. 11.3.

Уточнение основных задач и способов оперативного управления процессом обеспечения безопасности может проводиться параллельно с определением условий реализации соответствующей целевой программы. При наличии в ней заданных количественных показателей, а также методик их контроля и поддержания с помощью корректирующих воздействий данный этап может осуществляться по заранее подготовленным алгоритмам. В тех же случаях, когда разработанная программа не совершенна или условия проведения техносферного процесса постоянно меняются, способы оперативного управления должны быть адаптивными, гибко реагирующими на изменение обстановки и возможную корректировку задач обеспечения безопасности.

Сбор и обработка информации об уровне безопасности контролируемого процесса должны быть предназначены для оценки не только степени удовлетворения последней заданным показателям, но и необходимости в выработке корректирующих воздействий. Основными требованиями к данному этапу оперативного управления следует считать непрерывность получения подобных сведений и их достоверность. Своевременно полученная и точная информация о реальном положении дел с обеспечением безопасности и обозначившихся при этом тенденциях - необходимое условие для оперативного вмешательства в производственный или технологический процесс с целью разработки адекватных обстановке управляющих воздействий.

Оценку необходимости и возможных способов реализации корректирующих мер нужно осуществлять при угрозе недопустимого рассогласования между реальными и требуемыми значениями показателей безопасности техносферного процесса. Решение о внедрении организационно-технических мероприятий, необходимых для поддержания или повышения фактического уровня безопасности может быть принято после оценки их предполагаемой эффективности, например, с помощью рассмотренных во второй части учебного пособия моделей и методов системного анализа и синтеза.

Обоснование и выбор комплекса наиболее эффективных корректирующих воздействий - один из самых ответственных моментов в оперативном управлении безопасностью проведения производственных и технологических процессов. Его осуществление должно проводиться с учетом полученной информации о степени рассогласования соответствующих количественных показателей и предполагаемой эффективности альтернативных мер по его устранению. Успех при реализации данного этапа оперативного управления не возможен без оптимизации принимаемых решений с помощью современных математических методов и вычислительных средств.

Планирование, организация и контроль осуществления корректирующих воздействий может стать либо заключительным шагом оперативного управления обеспечением безопасности, либо основанием для возобновления его очередного цикла. Все это в значительной мере определяется соответствующей системой, декомпозирующей управление по соответствующим функциям, контурам и циклам. Иногда целесообразно, чтобы структура органов оперативного управления воспроизводила процесс подготовки и реализации принимаемых решений, т.е. включала компоненты, предназначенные для уточнения задач и способов управления, сбора и обработки необходимой для этого информации, оценки необходимости и способов коррекции, выбора наиболее эффективных для этого мероприятий, планирования, организации и контроля их выполнения.

Вследствие несовершенства соответствующих целевых программ управление данным процессом в настоящее время зачастую сводится лишь к последнему элементу только что рассмотренной структуры - планированию мероприятий по исключению повторяемости техногенных происшествий, организации и контролю их выполнения на всех без исключения рабочих местах. При этом в подавляющем числе случаев объем и содержание таких мероприятий а также выделенные для них ресурсы регламентированы действующими нормативными документами.

Все это свидетельствует о необходимости совершенствования управления процессом обеспечения безопасности в техносфере на основе программно-целевых методов. Один из первых шагов в этом направлении - совершенствование структуры и содержания соответствующих мероприятий.

2. Структура мероприятий по совершенствованию управления обеспечением безопасности

При определении содержания исследуемых здесь мероприятий и последовательности их реализации на практике будем базироваться на основных положениях только что рассмотренного программно-целевого подхода к управлению процессом обеспечения безопасности в техносфере, а также на принятых выше исходных предпосылках и известном опыте. Отсюда следует, что совершенствование структуры управления безопасностью также должно основываться на системном подходе, под которым подразумевается учет всех наиболее существенных для этого процесса факторов.

Уточним также, что основными условиями практического осуществления этого подхода по отношению к сложным системам считаются универсальность, научность, конкретность, учет неопределенностей, ориентированность на перспективу и чувствительность к затратам. Для управления безопасностью это соответствует необходимости:

а) использования достижений различных отраслей теории и практики;

б) стремления к использованию таких критериев, которые могут быть проверены и подтверждены другими специалистами;

в) поиска путей учета неопределенности факторов аварийности и травматизма;

г) широкого использования как статистических данных о происшествиях, так и методов прогнозирования возможности их появления в будущем;

д) оценки и оптимального распределения соответствующих ресурсов.

Кроме того, следует иметь в виду, что вследствие объективной сложности управляемого объекта (человеко-машинная система) принципиально невозможно одновременное выявление всех их существенных свойств, что указывает на потребность в непрерывно-последовательном характере этого процесса. Данное обстоятельство, а также принципы общесистемной методологии свидетельствуют о том, что каждая итерация должна начинаться с идентификации управляемого объекта и совокупности присущих ему в данный момент проблем. Выявленные при этом несоответствия между его реальным и желаемым положениями могут указывать на необходимость каких-либо улучшений, их возможность или целесообразность.

Приведенные рассуждения подводят нас к выводу о том, что структура мероприятий, связанных с синтезом управляющих воздействий по совершенствованию безопасности в техносфере, должна базироваться на уже упомянутой гибкой системной методологии. Иначе говоря, помимо собственно системного синтеза путей совершенствования управляемого и/или управляющего объектами реализации соответствующих мероприятий, позволяющих устранить проблемную ситуацию, в ней следует предусмотреть и такие вспомогательные шаги, как выявление проблемной ситуации, определение управляемого объекта и управляющего органа, разработка комплекса моделей и проведение соответствующих теоретических исследовании. Вытекающая из вышеизложенного структура синтеза мероприятий, направленных на совершенствование управления процессом обеспечения безопасности в техносфере, изображена на рис. 11.4.

Перед тем как приступить к более подробному раскрытию приведенной здесь иллюстрации, укажем ее связь с рассмотренными ранее структурами системного анализа и системного синтеза, а также дадим самую общую характеристику каждого из трех ее блоков представляется, что такие предварительные замечания будут способствовать лучшему уяснению особенностей и предназначений только что предложенной последовательности мероприятий по совершенствованию управления безопасностью в техносфере.

Сравнительный анализ только что представленной диаграммы и приведенных ранее структур свидетельствует об их преемственности и определенном сходстве. Действительно, во всех этих случаях основанием для осуществления соответствующего процесса сл т несоответствие между текущей и требуемой ситуациями. Его выявление указывает не только на потребность в устранении возникших там противоречий и идентификации соответствующей человеко-машинной системы, но и на необходимость декомпозиции цели такого процесса на более простые задачи.

Вместе с тем в этих трех структурах имеются различия, обусловленные предназначением интерпретируемых ими процессов. Действительно, если целью моделирования и системного анализа на рис. 2.1 служит выявление закономерностей техногенных происшествий и прогноз связанного с этим риска, то в двух других случаях речь идет о системном синтезе мер по его снижению. Более того, основным способом реализации подобного синтеза является генерирование каких-либо альтернативных воздействий рекомендаций, а необходимым для этого средством сл т моделирование, позволяющее выявить из них самые эффективные по выбранным критериям.

Что касается общей характеристики обсуждаемой здесь структуры, то уместно отметить следующие три момента:

а) первым этапом, предшествующим системному синтезу управляющих воздействий по совершенствованию безопасности в техносфере, является идентификация системы и имеющихся в ней противоречий;

б) вторым предварительным для такого синтеза этапом служат теоретические исследования, основанные на обработке имеющейся информации с целью определения эффективных способов устранения выявленных противоречий;

в) сама же процедура этого синтеза завершается оценкой выбранных альтернатив и реализацией корректирующих воздействий, чаще всего - оптимальных и рациональных.

Дадим более подробный комментарий к каждому блоку рис. 11.4, начиная с идентификации (выделения из окружения и уточнения состава) человеко-машинной системы. При выполнении этой работы необходимо исходить из того, что перед каждым элементом системы должна стоять определенная цель, т.е. его функционирование должно иметь явно выраженную временную и предметную направленность. Результат же такой идентификации может быть оформлен в виде дерева целей данной системы с их привязкой к конкретным техническим устройствам и должностным лицам.

Конечной же целью этого этапа служит выявление несоответствий и противоречий внутри человеко-машинной системы и в ходе ее взаимодействия с окружением. Обнаруженные здесь симптомы удобно представлять в виде таблиц связности между выявленными недостатками, этапами выполнения работ и их участниками, с одной стороны, и возможными способами их устранения и требуемыми ресурсами - с другой. Анализ подобной симптоматики, даже на интуитивном уровне, приведет к пересмотру представлений о значимости связей между элементами и структурными звеньями идентифицируемой системы.

Полеченные на первом этапе сведения являются исходной базой для тщательного и всестороннего теоретического исследования рассматриваемой системы на предмет определения общей стратегии и конкретных управляющих воздействий по совершенствованию ее безопасности. В основу этого исследования может быть положен анализ накопленных к данному моменту данных и моделирование процесса появления в ней техногенного ущерба с помощью различных диаграмм влияния. Наиболее типичные задачи такого системного исследования помечены буквами в центральном блоке рис. 11.4.

На данном шаге целесообразно также выделить координационную, информационную и функциональную подструктуры исследуемой системы. Изучение этих звеньев и полученных при моделировании данных о закономерностях возникновения происшествий позволяет установить не только слабые места конкретной человеко-машинной системы, но и способы их возможного устранения. Чаще всего такие места следует искать на стыках структурных звеньев внутри системы или между нею и окружающей средой, где чаще всего наблюдаются всевозможные сбои, а также потери информации и ресурсов.

Результаты выполненных теоретических исследований следует использовать на третьем (завершающем в принятой структуре) этапе совершенствования управления безопасностью в техносфере. Именно здесь и осуществляется системный синтез соответствующих эффективных воздействий. Что касается собственно его процедуры, то она может быть разбита на такие шаги:

а) выбор размерностей пространства исходных данных, оптимизируемых параметров и ограничений;

б) построение векторов, соответствующих каждому такому фазовому пространству;

в) определение функции цели и метода ее оптимизации;

г) проведение вычислений и анализ результатов.

При этом обоснование наилучших или рациональных управляющих воздействий рекомендуется осуществлять в следующей последовательности:

а) выбор альтернатив, учитывающих достижимость цели, накопленный опыт и ресурсы, необходимые условия и факторы случайности;

б) модельный прогноз эффективности выбранной альтернативы и оценка возникшей в связи с этим ситуации - с учетом расстояния в факторном пространстве до цели, математического критерия и ожидаемого выигрыша;

в) отбрасывание непригодных альтернатив и выбор следующего шага - непосредственно к достижению цели, параллельно с другими шагами, на основе разумного компромисса.

В случае же оптимизации альтернативных управляющих воздействий в качестве соответствующего критерия целесообразно использовать а) максимум ожидаемой от них эффективности (снижения величин техногенного ущерба) при фиксированных затратах или б) минимум затрат на реализацию воздействий заданной эффективности. Учитывая общее знакомство читателя с методами оптимизации принимаемых решений, конкретизируем лишь ту их часть, которая касается постановки и решения соответствующих задач при функционировании человеко-машинных систем.

Считается, что условием, необходимым и достаточным для математически корректной постановки конкретных задач оптимизации, является определение:

а) критерия оптимизации Z = f(х_i)>min(max), т. е. показателя или параметра, в экстремуме которого (его максимальном или минимальном значении) заинтересован исследователь;

б) целевой функции f(x_i), связывающей критерий с переменными x_i(i = 1... n), т.е. теми характеристиками системы, которые могут быть измены при необходимости;

в) ограничений g_i(x_i)?b_j(j=1…m) на ряд этих характеристик, являющихся функциями x_i;

г) области значений учитываемых переменных: .

Принципиальная же возможность математически строгой постановки задач оптимизации возникает лишь при аналитическом выражении КрИ1ерия оптимизации Z и функций ограничений g_i(x_i) через параметры x_i, изменяя которые можно найти экстремум целевой функции f(x_i). Для совершенствования безопасности техносферных процессов в качестве целевой функции Z = f(x_i) можно использовать введенные выше (см. разд. 3.8) показатели соответствующей системы: вероятности Р_у(ф), Q(ф) и математические ожидания М_ф[Y], М_ф [Z], М_ф [S].

Зависимостями f(x_i) между критерием оптимизации Z и оптимизируемыми параметрами x_i могут служить полученные ранее аналитические модели, такие, например, как выражения (5.9), (5.10), (6.12) - (6.14) и (6.23) - (6.25). Ограничения в рассматриваемых задачах будут касаться следующего: доступных ресурсов (средств, времени) - смысловые; природы рассматриваемых прогрессов и учитываемых переменных - структурные; особенностей принятой аксиоматики и области значений, принимаемых переменными, - специфические.

Последовательность решения оптимизационных задач в человеко-машинных системах обычно совпадает с рассмотренной ранее общей последовательностью математического моделирования поскольку включает следующие основные этапы:

1) содержательная (словесная или вербальная) и концептуальная постановка задачи;

2) составление модели (математическая постановка задачи);

3) подготовка исходных данных по каждому из альтернативных воздействий (заполнение области допустимых решений - основы для определения их оптимальных значений);

4) поиск и выбор метода решения задачи;

5) разработка или подбор алгоритма (про граммы) вычислений вручную или на ЭВМ;

6) решение задачи (нахождение оптимального значения выбранного критерия);

7) верификация (проверка полученных результатов на правдоподобность) и системный анализ всего решения.

Что касается систематизации известных задач оптимизации человеко-машинных систем и методов их решения, то ее обычно проводят исходя из природы целевой функции f(x_i), ограничений g_i(x_i) и входящих в них переменных x_i. Одна из часто встречающихся классификаций, построенная с учетом указанных признаков, проиллюстрирована на рис. 11.5.

Следует заметить, что оптимизация человеко-машинных систем связана с решением наиболее сложных задач, характеризуемых стохастическими, нелинейно зависящими от переменных векторными критериями большой размерности, а потому и требующих введения целого ряда упрощающих допущений. Более подробные сведения об особенностях решения рассматриваемых задач могут быть почерпнуты в работах [10,34] или иной литературе по избранным главам высшей математики, конкретное же применение некоторых методов будет рассмотрено ниже, после знакомства с элементами одной довольно перспективной теории.

В целом же приведенные выше сведения о порядке совершенствования управления безопасностью в техносфере на основе программно-целевого похода могут интерпретироваться как преамбула к заключительному этапу трехзвенной формулы преобразования действительности: «созерцание - мышление - практика». Особо хотелось бы обратить внимание на показанный на рис. 11.4 итерационный характер совершенствования безопасности существующих на производстве и транспорте процессов, а также на необходимость использования при этом последних достижений теории и практики.

Рассмотрение одного из таких подходов к формализации человеко-машинных и других сложноорганизованных систем как раз и завершит эту ознакомительную главу.

3. Элементы математической теории организации

Анализ содержания изложенного выше подхода свидетельствует, что для решения рассматриваемой здесь проблемы необходимo не только повышение качества человеко-машинных систем, непосредственно занятых в производственных процессах, но и совершенствование всех сил и средств, предназначенных для обеспечения безопасности их функционирования. В совокупности все они образуют соответствующую систему, ядром которой служат специальные организации и подразделения. Такие формирования имеют иерархическую структуру и содержат, помимо коллективов людей, также приданные им материальные и финансовые ресурсы.

Естественно, что для совершенствования всей такой системы или ее отдельных компонентов, решающих, например, задачи надзора и контроля за наиболее опасными технологическими объектами, должны быть использованы современные математические методы. Их внедрение в практику позволит оптимизировать характеристики этой организационной системы (ресурсы, связи, показатели) с помощью соответствующих алгоритмов. Охарактеризуем кратко отдельные положения математической теории организации, исходя из конструктивности этой теории и дефицита в отечественной литературе.

В последующем под организацией, т. е. организационной системой, будем подразумевать некоторую, в общем случае человеко-машинную, систему, в которой существуют четкая координация и распределение обязанностей между всеми компонентами, направленные на достижение стоящей перед нею цели. Концептуальная модель любой организации из системы обеспечения безопасности, например, федеральных комитетов Гостехнадзора и Энергонадзора, занятых контрольно-профилактической работой по предупреждению техногенных происшествий в техносфере, может интерпретироваться как динамическая система, представленная на рис. 11.6.



На вход этой системы, поступает множество входных воздействий Х, а с ее выхода - результатов деятельности У. Оператор же такой динамической системы E{ш} осуществляет необходимые преобразования каждого входного элемента X_k (свойства материального объекта или сообщения о нем).

В выходной y_l, c некоторой результативностью указывающей на эффективность конкретного преобразования, т. е. меру его полезности по отношению к затратам ресурса - средств и времени.

Предполагается, что входные воздействия x_k поступают с вероятностью P(x_k), а выходные - c условной вероятностью P(y_l |x_k)' в этих условиях оператор E{ш}, иногда называемый организационной характеристикой и свидетельствующий о мере действенности или результативности организации на интервале ?х ее функционирования, будет определяться следующим выражением:

Е{ш} = , (11.1)

где {ш} - матрица из элементов ш_kl, определяющих результативность отдельных преобразований конкретных входных элементов x_k в выходные y_l; k=0,1, ..., т - номера элементов из множества входных воздействий; l = 1,2, ..., п - номера типов реакции (результатов работы) организации.

Заметим, что величина k принимает нулевое значение, когда соответствующие входные воздействия отсутствуют на рассматриваемом интервале времени ?х (вход принимает значение х₀, если, например, нет данных о происшествиях). Когда наблюдается равенство п = т, то матрица {ш} - квадратная; тогда как при т < п считается, что отдельные входные сигналы дублируют избыточные r-e входные воздействия, а ряд элементов ш_kl является одновременно функцией двух аргументов k и r, что записывается как ш (k, r, l).

Другими ограничениями на сомножители выражения (11.1) являются два условия:

Р(у_l |x_k ) ? 0 и , (11.2)

свидетельствующие о работоспособности рассматриваемой динамической системы, например, той же инспекции Гостехнадзора или Энергонадзора.

Одной из целей организации может быть обеспечение каждому входному воздействию х_k таких преобразованных значений у_l^*, которые соответствуют максимальной результативности ш_kl* = max_l ш_kl = ш_kk, или иначе: ш*(k) = arg mах ш_kl. Последнее условие накладывает следующие требования на значения условных вероятностей преобразования:

Р*(у_l |x_k ) = {1 (для ш*(k), если l = k) и 0 в других случаях}, (11.3)

обеспечивающие предельно высокую результативность организации:

Е {ш} = = , (11.4)

Однако на практике не всегда возможно достижение идеальной результативности (11.4) на реальных промежутках времени ?х>0 Это обусловлено различной сложностью преобразований «вход-выход», предполагающей, что каждому из них необходимо свое время t_kl >0 для обработки конкретного входа, допустим, анализа донесения о несчастном случае на производстве. Сумма таких времен будет определять общее время задержки, требуемое организации для преобразования всех входных сигналов и равное

ф = (11.5)

Следовательно, соблюдение условий (11.3), (11.4) достигается лишь в маловероятном (практически невозможном) случае, когда имеет место строгое равенство ?х = ф, поскольку при ф >?_х будет происходить неограниченный рост времени задержки за счет накопления входных воздействий х_k, а вероятность преобразований (11.2) при ф<?_k окажется на практике величиной пренебрежимо малой, фактически равной нулю.

С учетом приведенных соображений может быть сформулирована задача синтеза рассматриваемых организаций. Создаваемое подразделение Гостехнадзора, например, должно осуществлять такие преобразования входных воздействий х_k, поступающих с вероятностями P(х_k), которые максимизируют функционал Е{ш} для всех ф ? ? и ? ? ?_х. Иначе говоря, конструирование оптимальной структуры этой организации сводится к поиску таких ш_kl И , при которых обеспечивается экстремальное значение ее результирующей характеристики, в нашем случае - минимум ущерба от техногенных происшествий на подведомственных объектах за счет внедрения эффективных организационно-технических мероприятий.

Приведенная содержательная постановка задачи требует большого объема исходной информации о входных, выходных и внутрисистемных параметрах рассматриваемой организации. Учитывая реальную сложность получения данных о законах распределения. или других исчерпывающих характеристиках исследуемых случайных либо нечетко определенных величин, в ряде случаев надо отказаться от этих законов в пользу приближенного интервального оценивания их числовых характеристик, например представляя их параметры нечеткими числами (см. разд. 5.3). Другими словами, в реальных условиях часто целесообразно вводить ограниченные с обеих сторон (снизу - «_» и сверху - «Ї») интервалы: [x_k, _k].

Используемые интервалы неопределенности должны содержать внутри себя действительные значения неизвестных параметров, представления о которых должны изменяться по мере уточнения субъективных оценок опытными данными или расчетами, например выполненными с помощью байесовских процедур. Функции р (х) принадлежности или плотности априорной f(И|X) и апостериорной f(И|,x,X) вероятности могут иметь равномерно распределенный, треугольный или нормальный законы распределения.

Идея повышения достоверности интервального оценивания (сокращения интервала неопределенности оцениваемых переменных), обеспечивающая с заданной доверительной вероятностью у «накрытие» их действительных значений, проиллюстрирована на рис. 11.7.

Как следует из приведенной иллюстрации, значительное сужение интервала неопределенности достигается, например, при замене равномерного распределения, являющегося по своей природе распределением с максимальной энтропией, другим, более информативным в нашем случае - треугольным распределением. Это проявилось в уменьшении нового предела интегрирования [x_j', _j'] по сравнению с прежним [x_j, _j], хотя каждый из соответствующих интервалов отсекает под своими плотностями f'(И|X) и f(И|X) одинаковую площадь, численно равную г.

В нижней части рисунка показана процедура объединения априорных представлений о распределении переменной Х с вновь полученными данными х, аппроксимированными функцией правдоподобия L(И|X). Такая процедура позволяет определять по формуле Т. Байеса апостериорную плотность f(И|,x,X) распределения и сужать интервал [x_j', _j']. Укажем, что интервальное оценивание факторов человеко-машинных систем может быть использовано для нормирования показателей безопасности и качества их функционирования, т. е. для выражения диапазона желаемого изменения этих выходных характеристик [L, U]:

L ? Е{ш} < U, (11.6)

где L, U - соответственно нижнее (lower) и верхнее (upper) допустимые значения выходных характеристик конкретной организации.

Заметим также, что при равенстве верхнего предела бесконечности, U = ?, двусторонний интервал изменения организационной характеристики вырождается в односторонний:

Е{ш} ? L, (11.7)

а в случае его неограниченного сокращения - стремления к некоторому фиксированному значению'V * - он становится уже точечной оценкой, для которой справедливо условие:

> 0(11.8)

Внутрисистемные характеристики конкретной организации, например ш_k/, и t_k/, определяются надежностью персонала и используемой им техники, а также индивидуальными особенностями этих компонентов и связей между ними. С целью формализации всем таким компонентам присваивается имя - литерный или цифровой символ, а их свойства задаются набором соответствующих параметров.

В качестве литерных символов персонала организации обычно используются прописные буквы латинского алфавита со следующей их расшифровкой [43]:



А - Альфа (она), В - Браво (он), С - Чарли (он), D - Дельта (она), Е-Эхо (она)...

Тогда как технические устройства принято кодировать уже римскими цифрами, текущие или предельные значения которых в математических обозначениях могут подменяться строчными буквами латинского или греческого алфавитов. Индивидуальные же особенности членов персонала и технических элементов организации по степени значимости для результативности ее функционирования удобно делить на первостепенные (основные) и второстепенные (вспомогательные).

Основные свойства этих компонентов схожи с аналогичными свойствами всей организации, так как характеризуют ее эффективность (производительность), безошибочность и устойчивость, т. е. сопротивляемость изменениям. Эта группа свойств может характеризовать, например, насколько он, Браво, быстро осуществляет требуемые преобразования , (производительность), либо как хорошо оно, III компьютерное устройство, справляется со своими задачами (безошибочность), или как легко она, Альфа, переключается с одной работы на другую (адаптивная гибкость).

В роли же параметра, характеризующего безошибочность преобразований, чаще всего используют вероятности Prob() = P() = б или возможности Poss() = P() = в возникновения ошибок соответственно первого и второго рода. А вот для учета производительности и адаптивной гибкости применяется время ф_kl, необходимое для отдельного преобразования, перенастройки конкретного технического устройства или переключения человека с одних функциональных обязанностей на другие. В частности, адаптивная гибкость члена организации, допустим, Чарли, при переходе от преобразования kl к преобразованию rs, реализуемых с вероятностями P(x_k), P^C() и P(u_r), P^C(u_s|u_r), может быть оценена так:

?ф^c = , (11.9)

или матрицей , состоящей из элементов, характеризующих сопротивляемость {} данного человека возможным модификациям. Затраты времени используются и для учета степени загруженности отдельных членов организации, в том числе и для руководства подчиненными и осуществления других функций. Например, если по своему служебному положению Ромео (он) обязан контролировать Джульетту (ее) и одновременно выполнять какие-то другие управляющие воздействия (преобразовывать сигналы u_k в и_l), то его загруженность ф^R будет равна такой сумме:

ф^R = , (11.10)

где - занятость руководителя отдела № 07 контролем деятельности подчиненного D.

Вспомогательные (второстепенные) свойства компонентов организации учитываются главным образом при описании членов ее персонала по тем признакам, которые отражают социальные аспекты людей и отличают их от робототехнических устройств. Не вдаваясь в подробности, заметим лишь, что чаще всего эти свойства характеризуют коллективистские начала человека (лояльность, совместимость целей, степень обособленности), а также механизмы его мотивации.

Все второстепенные свойства обычно делят: а) на внутренние, определяемые миросозерцанием (мировоззрением и мироощущением) и самосознанием (самосознанием и самочувствием) личности; б) внешние, проявляемые реакцией человека, например, по отношению к использованию в организации привилегий, контроля и взысканий. В совокупности перечисленные свойства человека влияют на условия формирования отношений внутри организации, а посредством этого - и на ее характеристики.

Поскольку вспомогательные свойства персонала как составной части организации имеют нечетко определенную природу, являясь, В сущности, лингвистическими переменными, то для их формализованного представления пригодны лишь соответствующие методы теории нечетких множеств. Продемонстрированные ранее (см. разд. 7.3) возможности имитационного (логико-лингвистического) моделирования вселяют определенные надежды. Конкретные примеры подобной формализации психофизиологических характеристик и использования соответствующих параметров человека как члена организации будут изложены в разд. 13.2 при обосновании способов профессионального отбора и обеспечения подготовленности персонала.

...