Разработка автоматизированной системы оперативного управления гарнизона пожарной охраны

Разработка автоматизированной системы оперативного управления гарнизона пожарной охраны

АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ

СЛУЖБЫ МЧС РОССИИ

Кафедра: СЭАСС

Дисциплина: АСУ и связь

Курсовой проект

Тема:

«Разработка оперативной системы и автоматизированной системы оперативного управления гарнизона пожарной охраны»

Выполнил: слушатель 3 «Б» курса ИЗиДО

Тагиров М.М.

МОСКВА

год

Содержание

1.       Исходные данные.

.         Разработка структурной схемы и расчет основных характеристик системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны

.1       Расчет основных характеристик системы оперативной связи

.1.1    Расчет характеристик устойчивости системы оперативной связи

.1.2 Оптимизация сетей спец. связи по линиям “01” и расчет ее пропускной способности

.2       Расчет характеристик оперативности и эффективности функционирования радиосвязи и обеспечения требуемой дальности радиосвязи

.2.1 Расчет количественных показателей оперативности и эффективности

.2.2 Определение необходимых высот подъема антенн стационарных радиостанций

.3 Разработка схемы организации и размещения средств связи на пожаре

.4 Разработка структурной схемы системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны

.5       Выбор перечня технических средств связи гарнизона пожарной охраны

3.  Разработка структурной схемы и расчет основных характеристик АССОУПО

3.1 Разработка различных вариантов обобщенной структурной схемы АССОУПО

.2 Оценка экономической эффективности применения каждого из предложенных вариантов и выбор наиболее оптимального

.3 Выбор перечня технических средств для реализации выбранного варианта АССОУПО в гарнизоне пожарной охраны

.4       Разработка структурной схемы АССОУПО в гарнизоне пожарной

охраны

4.  Организация ремонта и эксплуатации средств радиосвязи пожарной охраны    

4.1 Оценка эффективности регламентного технического обслуживания радиостанций

.2 Расчет максимального периода выполнения регламентных работ

.3 Расчет оптимального периода выполнения регламентных работ

.4 Оценка эффективности централизованного ремонта и ремонта на местах размещения радиостанций

.5 Определение предельных вероятностей всех состояний СМО при ремонте радиостанций на местах

.5.1 Расчет времени ожидания начала ремонта при центральном ремонте и ремонте на местах размещения радиостанций

.6. Оценка надежности радиостанций.

. Список использованной литературы

1. Исходные данные

·   гарнизон пожарной охраны имеет ЦУСС и NПЧ = 8 пожарных частей;

·   максимальное удаление ПЧ от ЦУСС d= 13 км;

·   параметр рельефа местности ∆h = 90 м;

·   превышение допустимого уровня мешающего сигнала ∆Eдоп = 4 дБ;

·   длина фидерного тракта стационарных антенн ЦУСС l1 = 9 м и ПЧ l2 = 3 м;

·   интенсивность входного потока вызовов, поступивших в сеть спец. связи по линиям "01", λ = 0,34 выз./мин;

·   среднее время переговора в сети спец. связи по линиям "01" Tп = 0,9 мин;

·   вероятность потери вызова в сети спец. связи по линиям "01" РП = 0,001;

·   вероятность безотказной работы основного канала связи Р1 = 0,96;

·   вероятность безотказной работы резервного канала связи Р2 = 0,87;

·   коэффициент готовности аппаратуры Кг = 0,93;

·   коэффициент занятости диспетчера Кд = 0,5;

·   максимальная нагрузка за смену на одного диспетчера y1макс = 24 часа-занятости;

·   время занятости диспетчера обработкой принятого вызова Тобс1 = 1,45 мин;

·   нагрузка в радиосети y0 =0,9 мин-занятости;

·   число радиостанций в радиосети N = 5 ;

·   непроизводительные затраты времени на набор номера абонента, посылку вызова и т.п. Тн = 0,9 мин;

·   частота выездов пожарных подразделений по вызовам λв = 3,4 выезда/ч;

·   среднее время обработки сообщения с учетом выработки управленческого решения на выезд техники для тушения пожара без АССОУПО τреш0 = 1,5 мин и с применением АССОУПО τреш = 0,5 мин;

·   среднее число пожаров за год αП = 990 пожаров/год;

·   средний материальный прямой ущерб от одного пожара за единицу времени при свободном развитии горения с = 650 руб/мин;

·   среднее время от начала возникновения пожара до момента его обнаружения τ0 = 19 мин;

·   среднее время передачи приказа пожарным подразделениям (ПП) без АССОУПО τпп0 = 2,4 мин;

·   среднее время передачи приказа ПП при 2-м варианте аппаратного комплекса ПСЧ τпп2 = 2,1 мин;

·   среднее время передачи приказа ПП при 3-м варианте аппаратного комплекса ПСЧ τпп3 = 0,58 мин;

·   среднее время следования ПП к месту пожара без АССОУПО τслед0 = 12 мин и с АССОУПО τслед = 11 мин;

·   коэффициент учета дополнительного ущерба, нанесенного за время тушения пожара ктп = 0,9;

·   коэффициент учета косвенного ущерба от пожара кку = 1,7;

·   коэффициент учета оптимальности выбора техники ктех = 0,94;

·   коэффициент учета улучшения информационного обеспечения РТП при 1-м варианте комплекса ПСЧ кртп1 = 0,94;

·   коэффициент учета улучшения информационного обеспечения РТП при 2-м варианте комплекса ПСЧ кртп2 = 0,85;

·   коэффициент учета улучшения информационного обеспечения РТП при 3-м варианте комплекса ПСЧ кртп3 = 0,79;

·   коэффициент учета наличия АРМ РТП карм ртп = 1;

·   коэффициент учета эксплуатационных расходов кэк = 0,04;

·   интенсивность отказов радиостанций при работе под током λр = 0,01 1/ч;

·   минимально допустимая вероятность безотказной работы радиостанции к моменту ее использования по назначению Рдоп = 0,97;

·   время работы радиостанций tр = 2,2 ч;

·   коэффициент пересчета интенсивности отказов радиостанций от режима работы к режиму хранения Кхр = 0,008;

·   количество радиостанций, поступивших в ремонт m = 6;

·   число рабочих мест при ремонте возимых и стационарных радиостанций на местах их размещения n = 3;

·   интенсивность поступления радиостанций в ремонт λ = 0,1 1/ч;

·   средняя интенсивность ремонта радиостанций на местах их размещения ν = 0,5 1/ч;

·   средняя интенсивность ремонта радиостанций в централизованной мастерской μ = 0,8 1/ч;

·   расстояние до централизованной мастерской l = 26 км;

·   скорость доставки радиостанций в централизованную мастерскую υ = 39 км/ч;

·   среднее время проведения одной профилактики радиостанций Тпр = 0,9 ч;

·   интенсивность постепенных отказов радиостанций, обнаруженных при контроле параметров, λпо = 6 ∙ 10-5 1/ч;

·   число мастеров в централизованной ремонтной мастерской n0 = 3.

2. Разработка структурной схемы и расчет основных характеристик системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны

2.1 Расчет основных характеристик системы оперативной связи

2.1.1 Расчет характеристик устойчивости системы оперативной связи

Устойчивость системы связи, состоящей из n каналов связи (например, из одного основного и нескольких резервных), характеризуется вероятностью ее безотказной работы:

                                     (2.1)

где - вероятность безотказной работы i-го канала связи; λП - интенсивность повреждения канала связи; t - время работы канала связи.

Устойчивость системы оперативной связи, состоящей из двух каналов связи (основного и резервного), оценивается следующей вероятностью безотказной работы при заданных P1, P2:

2 (t) = 1 - [ (1 - P1) ∙ (1- P2)] = 1 - [ (1- 0,96) ∙ (1-0,87)] = 1 - [ 0,04∙ 0,13] = 0,9948

Таким образом, в результате резервирования основного канала связи устойчивость системы оперативной связи в целом повышается на величину P2 (t) - P1 = 0,9948 - 0,96 = 0,0348.

.1.2    Оптимизация сетей спецсвязи по линиям “01” и расчет ее пропускной способности

Оптимизация сети спецсвязи сводится к нахождению такого числа линий связи "01" и диспетчеров, при которых обеспечиваются заданная вероятность потери вызова и необходимая пропускная способность сети спецсвязи.

Последовательно увеличивая число линий связи с 1 до п, находим такое число линий связи, при котором выполняется условие Ротк ≤ РП

Нагрузка, создаваемая в сети спецсвязи, может быть представлена как

y = λ ∙Tn = 0,34 ∙ 0,9 = 0,306 мин-зан.

В общем виде вероятность того, что все линии связи свободны, определяется по формуле:

                                                (2.2)

где k - последовательность целых чисел, k = 0, 1,2,...,n.

В общем виде вероятность того, что все п линий связи будут заняты (т.е. вероятность отказа в обслуживании), определяется как:

                                             (2.3)

Для случая, когда п = 1, вероятность того, что линия связи будет свободна,

Для случая, когда п = 1, вероятность отказа в обслуживании

Сравнивая полученное значение Pотк1 и заданное значение вероятности потери вызова PП = 0,001, приходим к выводу, что условие Pотк1 ≤ PП не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до n = 2. При этом вероятность того, что две линии связи будут свободны,

Вероятность отказа при этом определяется как

Сравнивая полученное значение Pотк2 и заданное значение вероятности потери вызова PП = 0,001, приходим к выводу, что условие Pотк2 ≤ PП не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до n = 3. При этом вероятность того, что три линии связи будут свободны,

Вероятность отказа при этом определяется как

Сравнивая полученное значение Pотк3 и заданное значение вероятности потери вызова PП = 0,001, приходим к выводу, что условие Pотк3 ≤ PП не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до n = 4. При этом вероятность того, что четыре линии связи будут свободны,

Вероятность отказа при этом определяется как

Сравнивая полученное значение Pотк4 и заданное значение вероятности потери вызова PП, приходим к выводу, что при четырех линиях связи условие Pотк4 ≤ PП соблюдается, т.е. Pотк4 = 0,00027 < PП = 0,001. Таким образом, принимаем n = 4.

Вероятность того, что вызов будет принят на обслуживание (относительная пропускная способность сети спец. связи), определяется как

обс = 1 - Pотк4 = 1 - 0,00027 = 0,99973.

Таким образом, в установившемся режиме в сети спец. связи будет обслужено 99,9 % поступивших по линиям связи "01 " вызовов.

Абсолютная пропускная способность сети спец. связи определяется выражением

 = λ ∙ Pобс = 0,34 ∙ 0,99973 = 0,3399

т.е. сеть спец.связи способна осуществить в среднем 0,3399 разговора в минуту.

Находим среднее число занятых линий связи:

з = y ∙ (1 - Pотк4) = 0,306 ∙ (1 - 0,00027) = 0,3059

Таким образом, при установившемся режиме работы сети спец. связи будет занята лишь одна линия связи, остальные будут простаивать, т.е. достигается высокий уровень эффективности обслуживания - 99,69 % всех поступивших вызовов.

Коэффициент занятости линий связи

Кз = nз / n = 0,3059 / 4 = 0,0765.

Определяем среднее число свободных линий связи:

Коэффициент простоя линий спец. связи

п = n0 / n = 3,9194 / 4 = 0,97985

Фактическая пропускная способность сети спец. связи по линиям "01" с учетом аппаратурной надежности:

ф = (1 - Pотк4) ∙ Kг = 0,99973 ∙ 0,93 = 0,92975

Необходимое число линий связи с учетом аппаратурной надежности:

ф = n / Kг = 4 / 0,92975 = 4,3 ≈ 5

Время занятости диспетчера обслуживанием одного вызова

обс2 = Tn + Tобс1 = 0,9 +1,45 = 1,65 мин = 0,0442 ч

где Tn - заданная величина времени одного "чистого" переговора диспетчера с вызывающим абонентом; Tобс1 - время занятости диспетчера обработкой принятого вызова (запись поступившего вызова в журнале регистрации и т.п.).

По заданной интенсивности входного потока вызовов λ = 0,1 выз./мин, поступающих в сеть спец. связи, и времени обслуживания одного вызова диспетчером Tобс2 = 0,04 ч определим полную нагрузку на всех диспетчеров за смену, т.е. за 24 ч:

д = 24 ∙ λ ∙ Tобс2 = 24 ∙ 60 ∙ 0,18 ∙ 0,0442 = 11,4566 ч-зан,

где 60 - количество минут в 1 ч (при переводе λ в выз./ч).

Допустимая нагрузка на одного диспетчера за смену с учетом коэффициента занятости диспетчера:

доп = Kд ∙ y1макс = 0,4 ∙ 24 = 9,6 ч-зан.

Определим необходимое число диспетчеров:

д = yд / y1доп = 11,4566 / 9,6 = 1,1934 ≈ 2

Округляя результат, определяем: два диспетчера. Таким образом, по результатам оптимизации сети спец. связи определено, что необходимо иметь 3 линии связи “01” и двух диспетчеров.

2.2 Расчет характеристик оперативности и эффективности функционирования радиосвязи и обеспечения требуемой дальности радиосвязи

.2.1 Расчет количественных показателей оперативности и эффективности

Оперативность радиосвязи характеризуется вероятностью того, что информация от одного абонента к другому будет передана в течение времени, не более заданного:

 = P [ (Tn + Tн) ≤ Tоп]                                       (2.4)

где Tn - время "чистого" переговора; Tн - непроизводительные затраты времени на набор номера абонента, посылку вызова и т.п.; Tоп - заданная величина времени, определяющая оперативность связи (критерий оперативности).

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны, оперативность радиосвязи оценивается по формуле:

 = P0 + P1                                         (2.5)

где P0 - вероятность того, что радиоканал свободен;

P1- вероятность того, что радиоканал занят, но ожидающих нет.

Вероятности состояний сети радиосвязи P0 и P1 рассчитываются по формулам:

              (2.6);          

               (2.7)

где N - число радиостанций в сети радиосвязи (число абонентов в радиосети); y0 - нагрузка в сети радиосвязи; k - последовательность чисел k = 0, 1, 2..., N.

Эффективность функционирования радиосети может быть оценена математическим ожиданием случайной величины ее состояния Е, которое является показателем целесообразности использования радиосети для выполнения заданных функций.

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны, эффективность функционирования радиосети оценивается по следующей формуле:

                            (2.8)

где Tn,Tн - соответственно время переговора и непроизводительные затраты времени в радиосети.

2.2.2 Определение необходимых высот подъема антенн стационарных радиостанций

Определение дальности радиосвязи необходимо проводить исходя из минимального значения напряженности поля с учетом влияния рельефа местности, выходной мощности передатчика, затухания антенно-фидерных трактов передатчика (β1l1) и приемника (β2l2) коэффициентов усиления передающей (G1) и приемной (G2) антенн, величины превышения допустимого уровня мешающего сигнала (ΔEдоп)

Таким образом, с учетом вышеизложенного, величина напряженности поля полезного сигнала определяется по формуле:

= Eмин + Восл - Вм + β1l1 - G1 + β2l2 - G2 + ΔEдоп = 20 + 10 - 0 + 0,15∙8 - 1,5 + 0,15∙8 - 1,5 + 2 = 31,1 дБ,

где β1 = β2 = 0,15 дБ/м - коэффициент погонного затухания фидерного тракта передатчика и приемника соответственно; l1 и l2 - длина фидерного тракта передатчика радиостанции ЦУСС и приемника радиостанции ПЧ соответственно, м, G1 = G2 = 1,5 дБ - коэффициент усиления антенн передатчика и приемника соответственно; Вм - поправочный коэффициент, величина которого принимается равной 0 дБ в случае использования радиостанций типа "Виола", имеющих мощность излучения передатчика Рпер = 10 Вт.

По полученной величине напряженности поля полезного сигнала на входе приемника En= 31,1 дБ и заданному удалению ПЧ от ЦУСС (заданной дальности радиосвязи) = 10 км с помощью графиков определяется произведение высот антенн h1 ∙ h2 = 30 м. Из полученного произведения высот выбираются необходимые высоты стационарных антенн ЦУСС h1 = 6 м и удаленной ПЧ h2 = 5 м.

.3 Разработка схемы организации и размещения средств связи на пожаре

Связь на пожаре предназначена для управления силами и средствами, обеспечения их взаимодействия и обмена информацией.

Для управления силами и средствами на пожаре устанавливается связь между руководителем тушения пожара (РТП) и штабом пожаротушения, начальником тыла (НТ), начальниками боевых участков (БУ) и при необходимости с пожарными автомобилями. Связь на пожаре обеспечивает управление работой подразделений и получение от них сведений об обстановке на пожаре. Схема организации и размещения средств радио- и проводной связи на пожаре приведена на рис. 2.1.

Связь на месте пожара при организации оперативного штаба пожаротушения на базе автомобиля связи и освещения (АСО) осуществляется с использованием средств радио- и проводной связи.

Для организации проводной связи используется коммутатор оперативной связи (КОС), к которому подключены телефонные аппараты с тональным вызовом для руководителя тушения пожара и начальников боевых участков.

Для организации телефонной связи РТП с диспетчером ЦУСС в коммутаторе предусмотрена возможность подключения к телефонной сети города через районную АТС .

Для осуществления громкоговорящего оповещения на месте пожара используется усилитель мощности (УМ), к которому подключены громкоговорители на каждый боевой участок. При этом РТП с помощью выносного микрофона (М) имеет возможность передачи циркулярной информации на все боевые участки.

Для организации радиосвязи руководителя тушения пожара с диспетчером ЦУСС и дежурными пожарных частей на автомобиле связи и освещения установлена возимая радиостанция (РВ), а в пожарных частях и на ЦУСС устанавливаются стационарные радиостанции (РС).

Радиосвязь РТП с начальниками боевых участков осуществляется с помощью носимых радиостанций (РН).

.4 Разработка структурной схемы системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны

Структурная схема системы оперативной связи гарнизона ПО (рис. 2.2) представляет собой упорядоченную совокупность различных видов проводной и радиосвязи, которая предназначена для управления силами и средствами тушения пожаров и должна обеспечивать обмен служебной информацией между подразделениями гарнизона ПО и внешними абонентами города, а также обмен оперативной информацией между пожарными подразделениями. Из схемы видно, что центр управления силами и средствами (ЦУСС) гарнизона имеет разветвленную сеть линий и каналов связи, основные из которых обеспечивают круглосуточную связь с пожарными частями (ПЧ), специальными службами города (ССГ), местными административными органами (АО), особо важными объектами (ОВО).

Для повышения надежности (живучести) связи используют несколько дублирующих друг друга линий связи. Линии связи ЦУСС и ПЧ включают прямые (некоммутируемые) телефонные линии связи, линии АТС полной значности, специальную связь по линиям "01", радиосвязь, факсимильную и телеграфную связь.

Связь ЦУСС с ССГ осуществляется по прямым некоммутируемым линиям связи, по линиям АТС и по линиям спец. связи "01 " через узел спец. связи (УСС). Связь ЦУСС с особо важными объектами осуществляется по прямым линиям связи, линиям АТС и высокочастотным (ВЧ) каналам. Высокочастотные каналы, как правило, служат для передачи дискретных сигналов, в частности, от датчиков контроля автотранспорта, находящегося в депо пожарных частей, а также от аппаратуры автоматической пожарной сигнализации, установленной на охраняемых объектах.

При наличии в городе совмещенной охранно-пожарной сигнализации ЦУСС и ПЧ имеют связь по прямым линиям связи и по линиям АТС с пунктами централизованной охраны (ПЦО). Сигналы, принятые на ПЦО от совмещенных объектовых устройств тревожной сигнализации, передаются на ЦУСС или в пожарную часть.

.5 Выбор перечня технических средств связи гарнизона пожарной охраны

Для организации системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны могут быть использованы технические средства проводной и радиосвязи.

Основные характеристики технических средств проводной связи:

а) пульт оперативной связи типа ПОС-90:

·   2 пульта управления;

·   90 прямых линий;

·   2 линии выделенных абонентов;

·   10 соединительных линий для связи со спецслужбами;

·   10 входящих спец. линий “01”;

б) станции оперативной связи типа СОС - ЗОМ :

·   1 пульт управления;

·   30 прямых линий;

·   2 линии выделенных абонентов;

·   10 соединительных линий для связи со спецслужбами;

·   10 входящих спец. линий “01”;

в) телефонные аппараты ТАН-ННК - предназначен для включения в абонентские линии АТС, имеет кнопочный номеронабиратель;

Основные характеристики технических средств радиосвязи:

а) стационарная центральная "Виола-Ц" :

·   мощность передатчика 30 Вт (10 Вт - переключение тумблером);

·   40 каналов;

·   разнос частот между соседними каналами 25 кГц;

б) возимые: автомобильная "Виола-АА", для установки на пожарном автомобиле "Виола-АП" и стационарная "Виола-АС" :

·   мощность передатчика 10 Вт;

·   40 каналов;

·   разнос частот между соседними каналами 25 кГц.

в) носимые: "Виола-Н":

·   мощность передатчика 1 Вт;

·   4 канала;

·   разнос частот между соседними каналами 25 кГц.

Перечень технических средств, необходимых для организации системы оперативной связи гарнизона ПО, приведен в табл. 2.1.

Перечень технических средств связи

Таблица 2.1

3. Разработка структурной схемы и расчет основных характеристик АССОУПО

.1 Разработка различных вариантов обобщенной структурной схемы АССОУПО

Структура АССОУПО определяется количеством и сложностью решаемых ею задач. Главной функцией системы является автоматизация основных процессов управления оперативной деятельностью гарнизонов, частей и подразделений ПО, в том числе:

прием и регистрация всех видов поступающей информации;

анализ поступающей информации и выработка оптимального решения;

возможность корректировки проекта приказа на выезд подразделений ПО и пожарной техники;

организация обмена информацией между ЦУСС и другими подразделениями ПО.

На рис. 3.1 показаны варианты обобщенной структурной схемы АССОУПО, конкретная реализация которой позволит выполнить перечисленные выше функции. Эта схема включает:

устройство распределения входящих по спец. линиям "01" вызовов и сообщений, позволяющее равномерно распределять нагрузку на диспетчеров ЦУСС;

автоматические определители номера вызывающего абонента (АОН) для фиксации номера телефона, с которого был осуществлен вызов;

магнитофоны для регистрации переговоров с заявителями;

автоматизированные рабочие места (АРМ) диспетчера ЦУСС, представляющие собой персональные электронные вычислительные машины с соответствующей технической и программной комплектацией;

файл-сервер, представляющий собой электронную вычислительную машину с соответствующей технической и программной комплектацией для обеспечения взаимодействия между АРМ, удаленными рабочими станциями и другим оборудованием, включенным в сеть компьютерной связи;

аппаратуру для обеспечения приема/передачи цифровой информации по проводным линиям связи и радиоканалу (факс-модем, специальные блоки связи).

Вариант ¹ 1

Рис. 3.1. Варианты обобщенной структурной схемы АССОУПО

3.2 Оценка экономической эффективности применения каждого из предложенных вариантов и выбор наиболее оптимального

оперативный связь пожар антенна

В качестве обобщенного показателя экономической эффективности АССОУПО принято отношение предотвращенного материального ущерба от пожара за счет применения АССОУПО к приведенным затратам С на ее построение и эксплуатацию:

                                               (3.1)

Предотвращенный материальный ущерб от пожара за счет применения АССОУПО можно оценить по формуле:

           (3.2)

где αп - среднее число пожаров за исследуемый промежуток времени;

Снп0 и Снпi - средний материальный ущерб от пожара до начала его тушения соответственно без АССОУПО и с применением ее i-го варианта; Стп0 и Стпi - средний материальный ущерб, нанесенный в период тушения пожара, соответственно без АССОУПО и с ее применением; Ску0 и Скуi - средний косвенный материальный ущерб от пожара соответственно без АССОУПО и с ее применением.

Материальный ущерб от пожара до прибытия пожарных подразделений и начала тушения пожара зависит от условий возникновения пожара и характера развития пожара, времени его обнаружения, времени прибытия подразделений и т.п., однако средний ущерб от одного пожара на момент начала тушения можно оценить по формуле:

                                           (3.3)

где с - средний прямой ущерб от пожара до прибытия пожарных подразделений за единицу времени (среднестатистическая величина); τср - среднее время свободного развития пожара. Время свободного развития пожара:

                           (3.4)

где τ0 - время от начала возникновения пожара до момента его обнаружения; τреш -время обработки сообщения (заявки) с учетом выработки управленческого решения на выезд техники для тушения пожара: τпп - время передачи приказа пожарным подразделениям; τслед - время следования техники к месту пожара (время от момента выезда до начала тушения).

Время передачи приказа пожарным подразделениям τпп зависит от варианта аппаратного комплекса пункта связи пожарной части (ПСЧ). Согласно первому варианту, вся информация между ЦУСС и ПСЧ передается/принимается традиционным способом, то есть посредством речевых сообщений. В частности, для передачи приказа на выезд (состоящего, как правило, из 15-20 слов) с повторной передачей и получением подтверждения затрачивается от 30 до 90 с.

Согласно второму варианту (в ПСЧ установлен факсимильный аппарат), между ЦУСС и ПСЧ в автоматическом или полуавтоматическом режиме может передаваться как текстовая, так и графическая информация. В частности, для передачи приказа на выезд (эквивалентно около 1/4 листа формата А4) при скорости передачи 600 бод затрачивается от 20 до 45 с.

При третьем варианте аппаратно-программного комплекса ПСЧ при передаче приказа на выезд из файл-сервера в АРМ диспетчера ПЧ поступает не весь текст приказа, а только необходимая служебная информация (коды адреса, техники и т.п. - около 70 знаков). Таким образом, при скорости 600 бод на передачу приказа затрачивается от 1,5 до 5 с

Ущерб Стп, нанесенный на этапе тушения пожара, зависит от ряда условий, в том числе от состава пожарной техники и от качества действий руководителя тушения пожара (РТП) и пожарных подразделений. Этот ущерб составляет от 20 до 200% ущерба, нанесенного до начала тушения пожара и может быть оценен по формуле:

                                             (3.5)

где ктп - коэффициент дополнительного ущерба, нанесенного за время тушения пожара.

Ущерб от пожара за время его тушения с применением АССОУПО может снизиться за счет: во-первых, более качественного выбора системой состава сил и средств, привлекаемых для тушения пожара; во-вторых, за счет улучшения информационного обеспечения РТП.

Таким образом, ущерб Стпi от пожара за время его тушения при внедрении АССОУПО

                      (3.6)

где ктех: - коэффициент оптимальности выбора техники; кртп - коэффициент, учитывающий улучшение информационного обеспечения РТП (без наличия АРМ РТП) при i-м варианте аппаратного комплекса ПСЧ; карм ртп - коэффициент, учитывающий наличие или отсутствие АРМ РТП, причем если АРМ отсутствует, карм ртп = 1.

Косвенный материальный ущерб от пожара Ску для различных объектов составляет от 150 до 1400% прямого ущерба от пожара, т.е.

                                     (3.7)

где кку - коэффициент косвенного ущерба.

Учитывая приведенные выше формулы, предотвращенный материальный ущерб от пожара за счет применения АССОУПО с i - м вариантом аппаратного комплекса ПСЧ определяется по следующей формуле:

              (3.8)

где с - средний прямой ущерб от одного пожара за единицу времени при свободном развитии горения;

                       (3.9)

                          (3.10)

Здесь: τ0 - время от начала возникновения пожара до момента его обнаружения; τреш0 и τреш - время обработки сообщения (заявки) с учетом выработки управленческого решения на выезд техники для тушения пожара без АССОУПО и с применением АССОУПО; τппi - время передачи приказа пожарным подразделениям при i - м варианте аппаратного комплекса ПСЧ (для первого варианта аппаратного комплекса ПСЧ τпп1 = τпп0); τслед0 и τслед - время следования техники к месту пожара (время от момента выезда до начала тушения) соответственно без АССОУПО и с применением АССОУПО.

Приведенные затраты на построение и эксплуатацию системы:

                                (3.11)

где Сус - затраты на приобретение, установку и введение в эксплуатацию АССОУПО; Сэк - затраты на эксплуатацию АССОУПО (техническое обслуживание, поддержка базы данных и т.п.); 0,15 - нормативный коэффициент окупаемости для пересчета единовременных затрат к одному году.

Затраты на приобретение, установку и введение в эксплуатацию АССОУПО можно приблизительно оценить как

              (3.12)

где Сарм д - стоимость аппаратно-программного комплекса АРМ диспетчера ЦУСС; Сфсi - стоимость аппаратно-программного комплекса файл-сервера (включая блок связи и факс-модем, если они необходимы) при i - м варианте комплекса ПСЧ; Спсч i - стоимость i - го варианта аппаратно-программного комплекса ПСЧ (причем, для первого варианта Спсч i = 0, так как в данном случае не требуется какой-либо новой аппаратуры для организации автоматической связи с ЦУСС); Сарм ртп - стоимость аппаратно-программного комплекса АРМ РТП; т - число АРМ диспетчера ЦУСС; Nпч - число пожарных частей в гарнизоне; 1,15 - коэффициент, учитывающий затраты на транспортировку, монтаж, наладку и пуск оборудования.

Условная стоимость аппаратно-программных комплексов АССОУПО приведена в табл. 3.1.

Условная стоимость аппаратно-программных комплексов АССОУПО

Таблица 3.1.

Затраты на эксплуатацию системы Сэк (текущий и профилактический ремонт оборудования, стоимость услуг сторонних организаций, содержание обслуживающего персонала и т.п.) обычно составляют от 3 до 6% в год от стоимости оборудования АССОУПО и определяются по формуле:

где кэк - коэффициент, учитывающий эксплуатационные расходы.

Окончательно приведенные затраты на построение и эксплуатацию системы при i - м варианте комплекса ПСЧ определяются по формуле:

                (3.14)

Для оценки экономической эффективности АРМ диспетчера ЦУСС необходимо рассчитать предотвращенный материальный ущерб Э1 и приведенные затраты на построение и эксплуатацию АССОУПО С1 для первого варианта структуры пункта связи пожарной части (ПСЧ) и, в зависимости от соотношения Э1 и С1, сделать вывод об эффективности (или неэффективности) АРМ.

Выбор варианта структуры ПСЧ основывается на определении показателя экономической эффективности функционирования АССОУПО Еi для 2- и 3-го вариантов структуры ПСЧ с отсутствием и наличием мобильной удаленной рабочей станции (АРМ РТП). Выбор варианта осуществляется в сравнении с АССОУПО с первым вариантом структуры ПСЧ и выбором такого варианта структуры АССОУПО, для которого эффективность максимальна.

Показатель экономической эффективности АССОУПО Еi для i-го (i ≠ 1) варианта структуры ПСЧ можно определить по формуле:

                                     (3.15)

где Эi и Сi - соответственно предотвращенный ущерб и приведенные затраты на построение и эксплуатацию системы для i-го варианта структуры ПСЧ.

Выбор варианта структурной схемы аппаратного комплекса ПСЧ

Время свободного развития пожара без применения АССОУПО:

τср0 = τ0 + τреш0 + τпп0 + τслед0 =19 + 1,5 + 2,4 + 12 = 34,9 мин.

-й вариант аппаратного комплекса ПСЧ:

Время свободного развития пожара при применении АССОУПО :

τср1 = τ0 + τреш + τпп1 + τслед =19 + 0,5 + 2,4 + 11 = 32,9 мин.

Предотвращенный ущерб с применением АРМ диспетчера ЦУСС :

Приведенные затраты на построение и эксплуатацию АРМ диспетчера :

Вывод: так как предотвращенный ущерб с применением АРМ диспетчера ЦУСС Э1 = 12,6 млн. руб. больше, чем приведенные затраты на построение и эксплуатацию АРМ диспетчера ЦУСС С1 = 11,6 тыс.руб., то внедрение в гарнизоне АССОУПО на основе применения АРМ диспетчера целесообразно.

-й вариант аппаратного комплекса ПСЧ:

Время свободного развития пожара при применении АССОУПО:

τср2 = τ0 + τреш + τпп2 + τслед = 19 + 0,5 + 2,1 + 11 = 32,6 мин.

Предотвращенный ущерб с применением АРМ диспетчера ЦУСС :

Приведенные затраты на построение и эксплуатацию АРМ диспетчера :

Показатель экономической эффективности АССОУПО для 2-го варианта структуры ПСЧ :

Вывод: так как значение показателя экономической эффективности АССОУПО для 2-го варианта структуры ПСЧ без применения АРМ РТП больше 1, то применение данной структуры ПСЧ целесообразно.

-й вариант аппаратного комплекса ПСЧ:

Время свободного развития пожара при применении АССОУПО:

τср3 = τ0 + τреш + τпп3 + τслед = 19 + 0,5 + 0,58 + 11 = 31,08 мин.

Предотвращенный ущерб с применением АРМ диспетчера ЦУСС :

Приведенные затраты на построение и эксплуатацию АРМ диспетчера :

Показатель экономической эффективности АССОУПО для 3-го варианта структуры ПСЧ :

Вывод: так как значение показателя экономической эффективности АССОУПО для 3-го варианта структуры ПСЧ без применения АРМ РТП больше 1, то применение данной структуры ПСЧ целесообразно.

Общий вывод: сравнивая показатели экономической эффективности, видим, что максимальную эффективность имеет АССОУПО со 2-м вариантом структуры пункта связи части.

.3 Выбор перечня технических средств для реализации выбранного варианта АССОУПО в гарнизоне пожарной охраны

Таблица 3.2

Перечень технических средств для реализации выбранного варианта АССОУПО в гарнизоне пожарной охраны

3.4 Разработка структурной схемы АССОУПО в гарнизоне пожарной охраны

4. Организация ремонта и эксплуатации средств радиосвязи пожарной охраны

.1 Оценка эффективности регламентного технического обслуживания радиостанций

Ряд радиостанций, установленных на ЦУСС и ПСЧ, работает в непрерывном режиме. При эксплуатации непрерывно работающей радиоаппаратуры в ней могут возникать два вида отказов - внезапные и постепенные.

Внезапные отказы представляют собой простейший поток случайных событий, который характеризуется постоянной интенсивностью λвн = const. Внезапный отказ не поддается прогнозированию и надежная профилактика его невозможна.

Постепенные отказы возникают в результате постепенного изменения параметров радиоаппаратуры, что в целом позволяет предотвратить отказы проведением профилактических мероприятий (регламентных работ).

Существует множество различных стратегий ремонтного обслуживания радиостанций. В частности, ремонт может начинаться сразу же после выхода устройства из строя или только после того, как накопится определенное число отказавших устройств. Ремонт может обеспечиваться несколькими бригадами, специализирующимися либо на определенных типах работ, либо на определенных типах аппаратуры. Ремонт бывает либо централизованный (осуществляется в централизованной мастерской), либо децентрализованный (производится по месту размещения радиостанций).

Возможны два пути решения задачи по организации ремонтно-профилактического обслуживания радиостанций:

·   определение количества ремонтных бригад, которое обеспечит бесперебойную работу в течение года определенной группы радиостанций при достигнутой в результате их эксплуатации наработке на отказ и известных временных затратах на устранение отказов;

·   достижение такой надежности радиоаппаратуры, при которой одна ремонтная бригада обеспечивала бы нормальное функционирование группы радиостанций при достигнутой в результате ее эксплуатации наработке на отказ и известных временных затратах на устранение отказов.

Решение данной задачи возможно путем моделирования вариантов системы обслуживания группы радиостанций. В основу моделирования положены следующие условия:

·   имеется ремонтная мастерская;

·   имеются заявки (сведения об отказах), поступающие в мастерскую в случайные моменты времени и ждущие своей очереди (если такая возникает);

·   обслуживание заявок осуществляется по принципу: "первый пришел - первый обслужен";

·   требуемое для обслуживания время - величина случайная;

·   интервалы времени между последовательными моментами поступления заявок в систему (интервалы поступления) также являются случайными величинами.

От случайных переменных зависят параметры системы обслуживания: число прибывших в заданный промежуток заявок; время пребывания заявки в очереди; длина очереди; нагрузка на мастерскую и т. д.

.2 Расчет максимального периода выполнения регламентных работ

Максимальный период вьшолнения регламентных работ определяется как сумма времени хранения и работы технических средств радиосвязи под током:

                                      (4.1)

где  - наработка радиоаппаратуры на отказ; tр - время работы радиоаппаратуры под током; - коэффициент пересчета интенсивности отказов радиоаппаратуры от режима работы под током к режиму хранения.

.3 Расчет оптимального периода выполнения регламентных работ

Для заданной вероятности безотказной работы радиостанции Рдоп по формуле (4.1) можно рассчитать оптимальную периодичность выполнения профилактических работ, при которой будет обеспечиваться минимальное значение коэффициента простоя Кп мин радиостанций.

Оптимальное значение периода регламентных работ :

                                          (4.2)

где Тпр - среднее время проведения одной профилактики; λпо - интенсивность постепенных отказов радиостанций, обнаруженных при контроле параметров.

4.4 Оценка эффективности централизованного ремонта и ремонта на местах размещения радиостанций

Для оценки эффективности централизованного и децентрализованного ремонта рассчитаем среднее время ожидания начала обслуживания при ремонте на месте Т0 и среднее время простоя одной радиостанции при ремонте в мастерской Т1.

При ремонте на месте одновременно может ремонтироваться п радиостанций. Если вышло из строя больше, чем п радиостанций, то будут иметь место потери времени на ожидание начала ремонта. При ремонте в централизованной мастерской затраты рабочего времени (кроме самого ремонта) будут связаны с доставкой радиостанции туда и обратно. Принимаем, что мощность централизованной мастерской такова, что ремонт очередной неисправной радиостанции начинается с момента ее доставки в мастерскую.

Необходимо найти среднее время ожидания обслуживания на месте размещения радиостанций и время, необходимое для осуществления централизованного ремонта. Предпочтение должно быть отдано тому способу, при котором простой радиостанций будет минимальным.

.5 Определение предельных вероятностей всех состояний СМО (систем массового обслуживания) при ремонте радиостанций на местах

Значения данных предельных вероятностей определяются выражениями:

                          (4.3)

                                   (4.4)

где Р0 - вероятность того, что ни одна радиостанция на ремонт не поступила и все рабочие стенды в ремонтной мастерской свободны.

Значения предельных вероятностей:

4.5.1 Расчет времени ожидания начала ремонта при центральном ремонте и ремонте на местах размещения радиостанцией

Среднее время ожидания начала обслуживания при ремонте на месте размещения радиостанций определяется следующим выражением:

                                    (4.5)

При централизованном ремонте среднее время простоя одной радиостанции определяется выражением:

                                         (4.6)

где  - время, затрачиваемое на доставку неисправной радиостанции в мастерскую и обратно.

Среднее время ожидания начала обслуживания при ремонте на месте размещения радиостанций

Время, затрачиваемое на доставку неисправной радиостанции в мастерскую и обратно

Среднее время простоя одной радиостанции

Так как Т0 < T1 (0,0089 < 2,58), то выгоден ремонт радиостанций на местах их размещения.

4.6 Оценка надежности радиостанций

Надежность радиостанций оценивается с двух позиций: технической и технико-экономической.

Оценка технической надежности

Одним из важнейших параметров функционирования радиостанций является вероятность их нормального функционирования:

                                 (4.7)

где - коэффициент готовности - вероятность исправного состояния радиостанции в начальный момент времени перед применением;

- вероятность безотказной работы радиостанции за время t;

 - интенсивность постепенных отказов, 1/ч.

Выражение (4.7) представляет собой вероятность, того, что радиостанция, исправная в начальном состоянии с вероятностью КГ, проработает безотказно в течение времени t с вероятностью Р(t). Оценим составляющие уравнения (4.7) для радиостанций с резервированием, полагая, что Tотк = 150 ч и tв = 0,5 ч.

Коэффициент готовности резервной радиостанции:

Вероятность безотказной работы резервной радиостанции за время tв (пока основная радиостанция находится в ремонте):

где

Полагая, что минимальное среднее время восстановления при работе резервной радиостанции tв = 16 ч, получаем (при сохранении той же вероятности безотказной работы радиостанций) требуемое (минимальное) значение наработки на отказ

                      (4.8)

При этом коэффициент готовности , т.е. не хуже, чем для резервной радиостанции.

Оценка технико-экономической надежности

При оценке надежности радиостанций целесообразно также учитывать стоимость их обслуживания и затраты на обеспечение надежности. Требуемое оптимальное значение наработки на отказ при известных (заданных) значениях среднего времени восстановления и коэффициента готовности определяется по формуле:

                              (4.9)

где С1 - затраты, связанные с обслуживанием радиостанций и приведенные к одному отказу (стоимость замененных элементов, материалов, расходуемых при устранении причин отказа; стоимость содержания ремонтного персонала, а также транспорта для перевозок);

С0 - затраты, связанные с обеспечением надежности действующей радиостанции;

Тр - срок службы радиостанций;

КП - коэффициент простоя (КП = 1 - КГ);

α - показатель, зависящий от уровня разработки и производства и имеющий, по опытным данным, значения от 0,5 до 1,5 (для ориентировочных расчетов принимаем α = 1).

Учитывая, что практически 80 - 90 % элементов радиостанции дублируется для обеспечения ее надежности, за оценку С0 можно принять половину стоимости радиостанции. Анализ нормативных документов по обслуживанию радиостанций "Виола" показал, что для этого типа радиостанций С0 /С1 = 0,35. При этом срок службы радиостанций составляет Tр = 70000 ч или около 8 лет.

Оценим значение КП с двух позиций:

а) за максимально допустимое значение КП примем величину КПа радиостанции (аналога) при ее работе с постоянным присутствием обслуживающего персонала. Для радиостанции как дублированной системы связи с ненагруженным резервом и неограниченным временем восстановления имеем:

(4.10)

При принятых выше значениях Tотк и tв для радиостанций, работающих с постоянным присутствием обслуживающего персонала, имеем

б) оптимальное значение КП с учетом затрат на производство и эксплуатацию :

            (4.11)

Для приведенных выше значений коэффициента простоя (КПа и КПопт) определим оптимальное значение наработки на отказ Тотк опт радиостанций, имея в виду, что для дублированной системы связи с ненагруженньш резервом и неограниченным временем восстановления наработка на отказ

                 (4.12)

Принимаем Тотк сист = Тотк опт, тогда, согласно формуле (4.9):

при КП = КПа и tв =12 - 16 ч, Тотк опт = 5400 - 7100 ч;

при КП = КПопт и tв =12 - 16 ч, Тотк опт = 6700 - 9000 ч.

Вывод

С учетом приведенных выше соображений, а также технико-экономических показателей целесообразно требуемое значение наработки на отказ для радиостанций задавать в интервале от 400 до 5000 ч при условии обеспечения минимального значения среднего времени восстановления 12 - 16 ч (с учетом времени на устранение причин отказа и времени перевозки радиостанции). Такая наработка на отказ позволит сократить эксплуатационные расходы на обслуживание радиостанций и обеспечить их бесперебойную работу.

5. Список использованной литературы

1. Зыков В.И., Командиров А.В.., Мосагин И.М.., Тетерин Ю.В. "Автоматизированные системы управления и связь" -М.:2006

. Зыков В.И., Командиров А.В.., Мосагин И.М.., Петренко А.Н.. "Автоматизированные системы управления и связь" -М.:2009 АГПС МЧС РФ

. Зыков В.И. Методические указания и контрольные задания на расчетно-графические работы по курсу "АСУ и связь пожарной охраны" для слушателей ФЗО. - М.: 1997.