Full Text

Введение. Процессы управления эколого-экономической деятельностью приобретают в современных условиях первостепенное значение в связи с процессом реформирования экологического законодательства, необходимостью совершенствования организационно-экономического механизма управления природоохранной деятельностью и поиска инновационных инструментов прогнозирования и управления. Одним из таких инструментов являются разнообразные графы [1]. При этом с помощью ориентированных графов можно не только отображать структуру взаимодействия в сложной системе, но и производить оценку возможного изменения или поведения системы в целом, создавая модели динамического характера [2]. Дискретные модели в виде взвешенных графов являются универсальными и широко применяются как при описании технических, так и для анализа более сложных и неопределенных систем, например, для разработки экономических, социальных программ и управленческих решений. Целью данной работы являются анализ известных теоретических исследований области использования ориентированных графов в управлении социально-экономическими и эколого-экономическими системами разного уровня [3-5] и разработка графа возможных (с выделением оптимальной) стратегий достижения требуемого уровня эколого-экономической безопасности региона. 1. Основные теоретические результаты. В работе [6] отмечается, что для решения задач управления могут использоваться эвристические алгоритмы [7], которые в большинстве случаев обеспечивают достижение требуемого результата. Одна из таких возможных задач - распределение ресурсов. Для распределения ресурсов можно использовать способ, учитывающий степень критичности операций, где сначала оценивается продолжительность операций, равная τi = Wi / bi. После этого просчитывается сетевой график с конечного периода, задается требуемая продолжительность проекта Т и определяется максимальное прогнозное значение периода начала работ (критичность). Данный способ имеет важное значение в связи с приоритетом критических работ, которые реализуются на финальных стадиях проекта или связаны с наиболее трудоемкими операциями. На рис. 1 представлен древовидный сетевой график с заданными ограничениями реализуемых операций (фиксированная интенсивность использования единицы ресурса и одинаковые продолжительности τ). В представленном графике минимальный уровень критичности работ соотносится с максимальным рангом соответствующей вершины (соблюдается равенство ранга вершины и числа вершин пути, соединяющего данную вершину с конечной). Из рис. 2 видно, что при N = 2 пунктирной линией обозначено множество работ, выполняемых одновременно, при этом «внешние» цифры (римские) отражают очередность выполнения этапов работ, расположенных «снаружи, а римские цифры показывают очередность их выполнения». Рис. 1. Древовидный сетевой график Анализ информационных процессов, которые имеют большое значение в эколого-экономической деятельности, также можно осуществлять с помощью теории графов. Авторы [8] рассматривают информацию в виде «исходные данные - промежуточные результаты - окончательные результаты - функциональные результаты». Информационная основа представленной системы включает совокупность исходных данных и окончательных результатов. Отдельные элементы информационного потока обозначаются через хi(i = 1, 2, ..., n), которым соответствуют вершины графа х1, х2 ,..., хn, и каждая пара вершин хi и хj соединяется дугой, направленной от хi к хj в случае, когда элемент хi соответствует входу элемента хj, дополненного вершинами Hj, определяющими номенклатуру решаемых задач. По мнению исследователей, [8] граф, при котором отсутствуют дуги, выходящие из Hj, можно определить как «расширенный информационный граф», для которого на рис. 2 установлены отношения вхождения и порядка. Авторы исследования отмечают, что теория графов позволяет проводить исследование потоков эколого-экономической информации и решать другие актуальные задачи. Другое назначение ориентированных графов - моделирование эколого-экономических систем [9]. На рис. 3. представлена такая модель, где в вершинах орграфа находятся отдельные элементы эколого-экономической системы, а по дугам происходит движение техногенных потоков вещества. Рис. 2. Расширенный информационный граф Рис. 3. Пример орграфа эколого-экономической системы Вершина «1» на рис. 3 означает биосферу; «2» и «3» - добывающие предприятия; «4» и «5» - предприятия, производящие конечный продукт; «6» - сфера потребления; «7» - предприятие, осуществляющее все виды обращения с отходами. Представленная модель используется для определения рационального пути достижения требуемых характеристик эколого-экономической системы, в качестве одной из которых может быть минимизация произведенных отходов производства и потребления. В исследованиях авторов [10] теория ориентированных графов применена для прогнозирования экологической емкости территории на примере такого субъекта Федерации, как Адыгея. Главным результатом выполненной работы является получение прямых и обратных связей между определяющими факторами и количественных данных о реакции эколого-экономических систем на их возмущающие воздействия (рис. 4). Рис. 4. Орграф для изучения экологической емкости территории Из рис. 4 видно, что вершины орграфа заданы пятью ключевыми параметрами эколого-экономической системы. Дуги орграфа показывают влияние изменения одного показателя на изменение другого, а полученная модель отражает воздействие одной вершины на другую. Данная модель позволяет эффективно управлять эколого-экономической системой с определением экологической емкости территории и оптимизацией основных характеристик (величина валового внутреннего продукта, объем образования отходов производства и потребления, степень износа основных производственных фондов природоохранного назначения и другие). В работе [11] представлен практический пример использования знакового орграфа, построенный на данных социо-эколого-экономической системы, территориально расположенной в районе строительства крупного гидротехнического сооружения, и включающий вершины «окружающая среда», «строительство», «сельское хозяйство», «население», «заболеваемость», «качество воздуха», «качество воды» и «шум». Этот же автор отмечает, что моделирование с помощью орграфов социально-экономического и экологического состояния многокомпонентной системы позволяет прогнозировать и оценивать ее динамические характеристики. Несмотря на сложности определения количественных характеристик взаимного влияния отдельных элементов эколого-экономических систем при использовании теории ориентированных графов [11], данный инструмент показывает свою эффективность при решении эколого-экономических задач разного уровня, так как позволяет определить оптимальное направление достижения требуемых численных характеристик (минимальное количество используемых ресурсов; оптимальная вероятность реализации эколого-экономических рисков; целесообразный уровень использования основных фондов природоохранного назначения и т.д.) экологического и социального мониторинга. 2. Основные практические результаты. Одно из главных направлений повышения эффективности управления эколого-экономической деятельностью связано с обеспечением контроля за системой управления эколого-экономической безопасностью [12-15], где важное значение имеет предоставление достоверных отчетных данных промышленными предприятиями. В результате можно сформулировать основные задачи, решение которых позволит повысить региональный уровень эколого-экономической безопасности [3, 16-22]: - определение стратегии (вектора развития) повышения регионального уровня эколого-экономической безопасности; - определение нормативных уровней эколого-экономической безопасности для предприятий-природопользователей, расположенных в регионе; - определение системы санкций, мотивирующих предприятия к предоставлению достоверной информации о состоянии системы управления эколого-экономической безопасностью. Задача определения стратегии повышения регионального уровня эколого-экономической безопасности заключается в ее оценке, соответствующей цели создания системы управления эколого-экономической безопасностью региона в сложившихся социо-эколого-экономических условиях (степень техногенного воздействия предприятий, уровень заболеваемости населения, величина валового регионального продукта и т.д.). Начальный уровень эколого-экономической безопасности региона принимается равным 0 (X0 = 0), а требуемый или конечный Xтреб = 1. Промежуточные уровни эколого-экономической безопасности (X1 = 0,25; X2 = 0,5; X3 = 0,75; X4 = 1,0) задаются с учетом конкретных требований к системе управления эколого-экономической безопасностью предприятий (количественные или качественные показатели снижения негативного воздействия на окружающую среду и другие). Если регион ставит задачу обеспечения выхода на требуемый уровень эколого-экономической безопасности (Хτ = 1,0) за τ периодов времени (лет), где τ принимается равным 4, то региональной стратегией обеспечения требуемого уровня эколого-экономической безопасности является вектор X = {X1, X2, X3, X4}, где Хj определяет региональный уровень эколого-экономической безопасности, планируемый к реализации к окончанию j-го периода. Примем условие, что региональный уровень эколого-экономической безопасности, достигнутый на каждом заявленном временном интервале, не уменьшается, т.е. 0 ≤ Х1 ≤ Х2 ≤ Х3 ≤ Х4 = 1. Затраты на достижение и поддержание в период τ уровня Хj, если в предыдущем периоде был достигнут уровень Хj-1, можно обозначить как . Величина природоохранных затрат, необходимая для обеспечения требуемого уровня эколого-экономической безопасности, определяется на основе официальных и внутренних отчетов предприятий, экспертных оценок и другой информации. Требуется решить задачу определения стратегии Х, обеспечивающей к концу расчетного периода Х = 4 уровень эколого-экономической безопасности Хτ = Х4 = 1,0 с минимальными затратами. С целью решения данной задачи требуется построение ориентированного графа [1] возможных стратегий (рис. 5). Рис. 5. Граф возможных стратегий повышения уровня эколого-экономической безопасности Начальная вершина орграфа соответствует началу первого года. Слой I характеризует возможные варианты стратегии к концу первого периода: - оставление базового уровня эколого-экономической безопасности региона Х0 = 0; - увеличение уровня эколого-экономической безопасности до значений соответственно: Х1 = 0,25; Х2 = 0,5 или Х3= 0,75; - увеличение уровня эколого-экономической безопасности до конечного требуемого значения Х4 = 1,0. Слои II и III показывают аналогичные стратегии соответственно к концу второго и третьего периода, а слой IV, отдельно не обозначенный на рис. 5, содержит только конечную вершину со значением Х4 = 1,0 и показывает, что к концу четвертого периода требуется обеспечить заданный уровень эколого-экономической безопасности. Путь в ориентированном графе, соединяющий начальную вершину с конечной, соответствует определенной стратегии повышения уровня эколого-экономической безопасности, например, переход природоохранных систем на принципы наилучших доступных технологий (НДТ) в соответствии с законодательно установленными сроками. Для выделения пути орграфа целесообразно обозначение j-й вершины i-го слоя через (ij). В этом случае одним из возможных вариантов реализации стратегии повышения уровня эколого-экономической безопасности является «пропорциональное» достижение итогового показателя на каждом временном интервале, когда в первом периоде значение уровня эколого-экономической безопасности составляет 0,25; во втором периоде - 0,5; в третьем периоде - 0,75; достигая требуемого значения в конечной точке Х4 = 1,0. В практической деятельности это означает наличие у предприятия ресурсов, необходимых для достижения итогового показателя нарастающим итогом. На рис. 6 представлен фрагмент ориентированного графа, отражающий путь реализации данной стратегии. Фрагмент графа, представленный на рис. 6, обозначается как [X0; (1; 1); (2; 2); (3; 3); Xτ]. Из рис. 5 и 6 видно, что орграф потенциальных стратегий позволяет решить задачу выбора оптимальной стратегии достижения требуемого уровня эколого-экономической безопасности по различным критериям (минимизация количества временных интервалов, используемых ресурсов, трудоемкости, в том числе затрат на создание и поддержание уровня эколого-экономической безопасности в подразделениях предприятий и т.д.). В этом случае в качестве длины дуги [(X, j - 1); (X + 1, j)] принимаются затраты на создание и поддержание в периоде X системы управления эколого-экономической безопасностью, обеспечивающие т `ребуемый уровень, равный Xj при условии, что в начале периода X он был равен Xj-1. Исходя из этого, длина любого пути, соединяющего начальную вершину с конечной, будет равна затратам на создание и поддержание уровня эколого-экономической безопасности при стратегии, соответствующей этому пути. Таким образом, данная задача заключается в определении минимального пути в ориентированном графе возможных стратегий. Рис. 6. Фрагмент графа оптимальной стратегии повышения уровня эколого-экономической безопасности региона На рис. 7 показан пример решения задачи, где числа в круглых скобках у дуг равны их длине, а числа в квадратных скобках у вершин соответствуют длине кратчайшего пути из начальной вершины в данную вершину. Стратегия, представленная на рис. 7 [X0; (1; 1); (2; 2); (3; 3); Xτ], выделена жирными линиями. На основании проведенных расчетов можно сделать вывод, что при решении задачи минимизации затрат на создание системы управления эколого-экономической безопасностью за 4 года, что обусловлено периодом реализации реформ в национальном экологическом законодательстве, одновременно получено решение задачи для всех t ≤ τ. На основании результатов расчета, приведенных на рис. 7, видно, что достижение уровня эколого-экономической безопасности за 3 периода требует 40 условных единиц, за 2 периода - 45 условных единиц, за 1 период - 75 условных единиц. Рис. 7. Пример расчета возможных стратегий на основе ориентированного графа Эффективность используемого подхода с применением ориентированных графов может быть оценена с помощью стоимости каждого вида или этапа работ, необходимого для достижения требуемого итогового значения. При этом одна условная единица ресурса принималась в размере 100 млн рублей. Выбор наиболее эффективного сценария включает условие о несущественности затрат времени, необходимых для реализации конкретного пути достижения. В таких условиях критерием эффективности является минимум необходимых затрат. В таблице представлен пример апробации использования ориентированных графов в разрезе отдельных видов работ с точки зрения минимизации используемых ресурсов, выраженных в стоимостной форме. Из таблицы видно, что наиболее «ресурсозатратным» этапом или видом работ является модернизация технологических процессов на принципах наилучших доступных технологий. При этом достижение итогового уровня экологической безопасности за 3 периода требует минимального количества ресурсов (4 млрд руб.), что существенно ниже, чем использование двух (4,5 млрд руб.) или одного (7,5 млрд руб.) периода. Значения стоимости отдельных видов работ были получены на основании фактических данных крупнейших предприятий Кемеровской области - Кузбасса и с помощью экспертных оценок. Пример апробации использования ориентированных графов для достижения заданного уровня эколого-экономической безопасности Сценарий достижения итогового уровня экологической безопасности (количество периодов) 1 2 3 Вид работ и их стоимостная оценка, млн руб. Модернизация технологических процессов на принципах НДТ 5250 3150 2800 Сертификация технологических процессов по стандартам ISO-14001 375 225 200 Совершенствование организационной структуры управления природоохранной деятельностью предприятия 750 450 400 Совершенствование регионального экологического законодательства 375 225 200 Прочие виды работ 750 450 400 Итого 7500 4500 4000 На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы: - проведен анализ известных исследований в области теоретических разработок и практического применения ориентированных графов, который показал актуальность и эффективность использования данного инструмента на реальных объектах; - определены специфические характеристики ориентированных графов, используемых для решения эколого-экономических задач; - построен ориентированный граф возможных стратегий достижения требуемого уровня эколого-экономической безопасности региона; - построен ориентированный граф расчета возможных стратегий достижения требуемого уровня эколого-экономической безопасности региона, в вершинах которого отображены значения затрат ресурсов для конкретного временного интервала; - проведена апробация использования ориентированного графа для достижения заданного уровня эколого-экономической безопасности для конкретной эколого-экономической системы с обоснованием минимального количества требуемых затрат; - использование рассмотренного инструмента - ориентированного графа имеет практическое значение для процесса управления реальными социально-экономическими и эколого-экономическими системами.

About the authors

T. V Kiseleva

Siberian State Industrial University

V. G Mikhailov

Kuzbass State Technical University named after T.F.Gorbachev

A. A Ivushkin

Siberian State Industrial University

G. S Mikhailov

Kuzbass State Technical University named after T.F.Gorbachev

References

Statistics

Views

Abstract - 52

PDF (Russian) - 22

Refbacks

• There are currently no refbacks.