DETERMINATION OF THE NUMBER OF POSSIBLE VARIANTS OF MAINTENANCE SCHEDULES FOR COMMUNICATION AND AUTOMATION EQUIPMENT
DETERMINATION OF THE NUMBER OF POSSIBLE VARIANTS OF MAINTENANCE SCHEDULES FOR COMMUNICATION AND AUTOMATION EQUIPMENT
Abstract
The issues of planning maintenance of communication and automation equipment in the units of internal affairs bodies of the Russian Federation are examined. The features of maintenance are studied, as well as the tasks performed within the framework of maintenance. The computational complexity and dimensionality of the task of constructing a plan-schedule for one and several C&A, taking into account the permissible strategies of maintenance by quarters, are determined. The results of the computational experiment on the construction of the optimal maintenance plan-schedule are given, including the estimation of the time cost when carrying out a complete search of variants for a different number of communication and automation facilities.
1. Введение
Перед МВД России стоит множество различных задач, для решения которых требуется использование средств связи и автоматизации (ССиА), за их корректную работу отвечает своевременно организованное и проводимое техническое обслуживание (ТО).
Целью ТО несомненно является поддержание ССиА в рабочем состоянии в его эксплуатационном жизненном цикле, а также снижения вероятности отказов , . В ОВД в соответствии с составляются планы-графики проведения технического обслуживания с указанием месяца его проведения для каждого экземпляра в отдельности. При этом выделяют три вида ТО: ежеквартальное ТО № 1, полугодовое ТО № 2 и годовое ТО № 3.
В ходе проведения работ в рамках ТО № 1 выполняются следующие задачи: определение исправности ССиА в заданном режиме работы; осмотр и чистка основных узлов и элементов; проверка состояния заземления, кабельных соединений и др. на отсутствие замыканий и повреждений. Основные задачи ТО № 2: осмотр и чистка основных блоков, узлов, разъемов, органов управления, систем охлаждения; программно-аппаратная проверка технических характеристик ССиА и их основных блоков; программирование, настройка, регулировка ССиА в соответствии с нормативно-технической или эксплуатационной документации; контроль состояния аккумуляторных источников питания (при наличии). Годовое ТО подразумевает выполнение следующих задач: проверка конфигурации и обновление программного обеспечения, при необходимости получение и обновление лицензий от производителя средств связи и автоматизации; ремонт и дооборудование мест установки и обслуживания ССиА.
Для обслуживания одного технического средства возможно проведение 2 ежеквартальных, 1 полугодового и годового ТО, т.к. каждый последующий вид включает в себя предшествующий. Основная проблема при заполнении плана-графика заключается в том, что равномерно распределить техническое обслуживание по месяцам не всегда возможно, кроме того, количество различных вариантов планов-графиков можно оценить, как количество размещений .
2. Постановка задачи
Рассмотрим вопрос определения размерности задачи построения плана-графика для одного и n ССиА.
Исходя из того факта, что каждое последующее ТО включает в себя предыдущее, можно сделать вывод о том, что невозможно в одном полугодии проводить два ежеквартальных ТО, т.к. не выполнится план о проведении ТО № 2, также нет смысла проводить годовое и полугодовое ТО друг за другом в первом или втором полугодии, таким образом не все комбинации стратегий проведения технического обслуживания допустимы , стратегии удовлетворяющие всем требованиям представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Допустимые стратегии размещения видов ТО по кварталам
№ стратегии | I квартал | II квартал | III квартал | IV квартал |
1 | ТО № 1 | ТО № 2 | ТО № 1 | ТО № 3 |
2 | ТО № 1 | ТО № 2 | ТО № 3 | ТО № 1 |
3 | ТО № 1 | ТО № 3 | ТО № 1 | ТО № 2 |
4 | ТО № 1 | ТО № 3 | ТО № 2 | ТО № 1 |
5 | ТО № 2 | ТО № 1 | ТО № 1 | ТО № 3 |
6 | ТО № 2 | ТО № 1 | ТО № 3 | ТО № 1 |
7 | ТО № 3 | ТО № 1 | ТО № 1 | ТО № 2 |
8 | ТО № 3 | ТО № 1 | ТО № 2 | ТО № 1 |
Число вариантов технического обслуживания для одного ССиА для одной стратегии:
где 3 – количество вариантов размещений ТО по месяцам в каждом квартале, а 4 – число кварталов.
Для 8 допустимых стратегий, рассмотренных в таблице 1, число вариантов проведения технического обслуживания для одного ССиА составит:
Таким образом, для n ССиА количество вариантов различных планов-графиков будет определяться следующим выражением:
В подразделениях ОВД явно используется n>1 ССиА, тогда число вариантов проведения обслуживания в год допустим для 7 будет: 6487 = 47 976 111 050 506 371 072, что не поддается расчетам вручную и, несомненно, вызывает трудности в равномерном распределении ТО по месяцам, алгоритм полного перебора представленный в не позволит найти оптимальное решение за короткий промежуток времени.
Перебор всех этих вариантов в конечном итоге должен позволить выбрать тот вариант, для которого виды ТО равномерно распределены в году. Для оценки равномерного распределения технического обслуживания по месяцам могут быть использованы различные показатели: H – среднее гармоническое; G – среднее геометрическое; A – среднее арифметическое; S – среднее квадратическое. Согласно неравенству о средних , среднее гармоническое чисел не превосходит среднее геометрическое, среднее арифметическое и среднее квадратическое, причём все средние равны только в случае равенства всех чисел x1=⋯=xn, т.е.: H≤G≤A≤S.
3. Вычислительный эксперимент
Проведем вычислительный эксперимент для n=2, n=3 и n=4, с различной продолжительностью проведения ТО в минутах для каждого ССиА в соответствующей программе для ЭВМ в среде Delphi 12 Community Edition .
Таблица 2 - Исходные данные для различного числа экземпляров ССиА
№ п.п. | Наименование ССиА | Продолжительность, мин | ||
ТО № 1 | ТО № 2 | ТО №3 | ||
n = 2 | ||||
1 | Прибор 1 | 10 | 26 | 49 |
2 | Прибор 2 | 5 | 18 | 33 |
n = 3 | ||||
1 | Прибор 1 | 10 | 26 | 49 |
2 | Прибор 2 | 5 | 18 | 33 |
3 | Прибор 3 | 7 | 20 | 44 |
n = 4 | ||||
1 | Прибор 1 | 10 | 26 | 49 |
2 | Прибор 2 | 5 | 18 | 33 |
3 | Прибор 3 | 7 | 20 | 44 |
4 | Прибор 4 | 12 | 37 | 52 |
Для исходных данных, представленных в сводной таблице 2, программой был составлен оптимальный план-график ТО (см. табл. 3, 4, 5).
Таблица 3 - Оптимальный план-график для n = 2
№ п.п. | Наименование ССиА | Периодичность технического обслуживания (ТО № 1, ТО № 2, ТО № 3) продолжительность, мин | |||||||||||
I квартал | II квартал | III квартал | IV квартал | ||||||||||
январь | февраль | март | апрель | май | июнь | июль | август | сентябрь | октябрь | ноябрь | декабрь | ||
1 | Прибор 1 | 10 | 0 | 0 | 26 | 0 | 0 | 10 | 0 | 0 | 49 | 0 | 0 |
2 | Прибор 2 | 0 | 5 | 0 | 0 | 18 | 0 | 0 | 5 | 0 | 0 | 33 | 0 |
Суммарная продолжительность | 10 | 5 | 0 | 26 | 18 | 0 | 10 | 5 | 0 | 49 | 33 | 0 |
Примечание: Тср = 13 мин, Тсумм =156 мин, σ = 15 мин 2 сек, продолжительность расчета = 0:00:00, число рассмотренных вариантов = 419904
Таблица 4 - Оптимальный план-график для n = 3
№ п.п. | Наименование ССиА | Периодичность технического обслуживания (ТО № 1, ТО № 2, ТО № 3) продолжительность, мин | |||||||||||
I квартал | II квартал | III квартал | IV квартал | ||||||||||
январь | февраль | март | апрель | май | июнь | июль | август | сентябрь | октябрь | ноябрь | декабрь | ||
1 | Прибор 1 | 10 | 0 | 0 | 26 | 0 | 0 | 10 | 0 | 0 | 49 | 0 | 0 |
2 | Прибор 2 | 0 | 5 | 0 | 0 | 18 | 0 | 0 | 5 | 0 | 0 | 33 | 0 |
3 | Прибор 3 | 0 | 0 | 7 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | 7 | 0 | 0 | 44 |
Суммарная продолжительность | 10 | 5 | 7 | 26 | 18 | 20 | 10 | 5 | 7 | 49 | 33 | 44 |
Примечание: Тср = 20 мин 30 сек, Тсумм =234 мин, σ = 15 мин 45 сек, продолжительность расчета = 0:02:44, число рассмотренных вариантов = 272097792
Таблица 5 - Оптимальный план-график для n = 4
№ п.п. | Наименование ССиА | Периодичность технического обслуживания (ТО № 1, ТО № 2, ТО № 3) продолжительность, мин | |||||||||||
I квартал | II квартал | III квартал | IV квартал | ||||||||||
январь | февраль | март | апрель | май | июнь | июль | август | сентябрь | октябрь | ноябрь | декабрь | ||
1 | Прибор 1 | 10 | 0 | 0 | 26 | 0 | 0 | 10 | 0 | 0 | 49 | 0 | 0 |
2 | Прибор 2 | 0 | 18 | 0 | 0 | 5 | 0 | 0 | 33 | 0 | 0 | 5 | 0 |
3 | Прибор 3 | 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 44 | 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |
4 | Прибор 4 | 0 | 0 | 52 | 0 | 12 | 0 | 0 | 0 | 37 | 0 | 12 | 0 |
Суммарная продолжительность | 17 | 18 | 52 | 26 | 17 | 44 | 17 | 33 | 37 | 49 | 17 | 20 |
Примечание: Тср = 29 мин 55 сек, Тсумм =391 мин, σ = 15 мин 55 сек, продолжительность расчета = 52:06:08, число рассмотренных вариантов = 176319369216
Для расчета использовалась ПЭВМ с процессором Intel Core i5-8300H CPU 2.30GHz, оперативная память 8 ГБ, ОС Windows 10 Корпоративная. В ходе эксперимента мы убедились в том, что построение плана-графика – достаточно трудоемкий процесс, требующий нахождения оптимального решения необходимого для своевременного выполнения задач, стоящих перед МВД России.
4. Заключение
Таким образом построение оптимального плана-графика даже для незначительного числа ССиА является трудоемкой задачей, которую не решить методом полного перебора. Требуются дополнительные исследования по разработке эффективных вычислительных методов и алгоритмов построения оптимального плана-графика технического обслуживания ССиА с применением современных компьютерных технологий.