CC BY
57
УДК 658
UDC 658
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, ИНСТРУМЕНТАРИЙ И МЕТОДИКИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ УБОРОЧНОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫМИ КАМПАНИЯМИ В АПК
Бакурадзе Леонид Амбросиевич соискатель
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
Анализируются методологические и производственно-экономические аспекты сложившейся системы организации и ведения уборки-заготовки урожая зерновых и сахарной свеклы, а также проблема межведомственного взаимодействия. Предлагается инновационный подход к повышению эффективности уборки-заготовки в растениеводстве в современных условиях
Ключевые слова: СВЕКЛА, УБОРКА, ЗАГОТОВКА, АПК
MATHEMATICAL MODELS, INSTRUMENTATION AND TECHNIQUES OF PERFECTION OF THE OPERATIONAL ADMINISTRATION OF HARVEST-PROCURING CAMPAIGNS IN AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
Bakuradze Leonid Ambrosievich competitor
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
Methodological and productive and economic aspects of the developed system of the organization and management of harvest-procuring of a grain yield and sugar beet, and a problem of interdepartmental interaction are analyzed. The innovative approach to increase of efficiency of harvest-procuring in plant growing in modern conditions is offered
Keywords: BEET-ROOT, HARVEST-PROCURING, AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Уборка-заготовка урожая занимает особое место в деятельности агропромышленного комплекса (АПК). При этом все большую остроту приобретает вопрос о повышении эффективности уборки-заготовки зерновых колосовых и сахарной свеклы и рациональности затрат. В условиях рыночной экономики в соответствии с жесткими требованиями приоритетного национального проекта "Развитие АПК" уже недостаточно просто вырастить хороший урожай: необходимо в оптимальные сроки и с минимальными затратами различных видов ресурсов убрать и доставить его на заготовительные и перерабатывающие предприятия. Однако и в настоящее время повсеместно используются высокозатратные и весьма ресурсоемкие, довольно архаичные подходы к управлению уборкой-заготовкой урожая, оставшиеся практически неизменными с середины прошлого века. В традиционной системе централизованное управление уборочно-заготовительной кампанией в целом осуществляется лишь единожды перед началом уборки, когда оцениваются объемы работ и привлекается сторонний автотранспорт. В самом же ходе уборки-заготовки оперативное (ежесуточное) управление на региональном уровне, в масштабе сырьевых зон Заготовителей, отдается на откуп самим участникам процесса, которые пытаются его регулировать под себя, применяя не связанные ведомственные нормативные акты. Результат - никакого управления и огромные затраты. Сложившаяся в этой области ситуация сегодня уже не может устраивать ни участников уборки-заготовки (Сельхозпроиз-
водители, Заготовители и Переработчики, Транспортники), ни руководство АПК районов и региона в целом.
Перспективная автоматизированная система оперативного управления уборкой-заготовкой урожая на региональном уровне, призвана гарантировать эффективную организацию её проведения и завершение в сжатые сроки, обеспечить рациональный темп и ритмичность уборки-заготовки по объему и номенклатуре продукции без потерь и с высоким качеством, минимизировать производственные затраты и расходы ГСМ. Для этого такая система должна удовлетворять ряду научно-обоснованных требований, вытекающих также и из запросов практической рыночной микроэкономики. В частности она должна обеспечивать: согласование объемов убираемой и заготавливаемой продукции по номенклатуре; определение мощности грузопотоков по сырьевой зоне заготовителя, формирование маршрутов перевозки с учетом классов дорог; равных условий поставки сельхозпроизводителям; учет транспорта всех форм собственности с различными зонами его применения; распределение машин на маршрутах по времени и минимизацию их взаимовлияния на пунктах погрузки, разгрузки и дорогах; расчет планов-графиков работы оборудования и техники, часовых пооперационных графиков для всех исполнителей по месту и времени выполнения уборочных, погрузочных транспортных, разгрузочных, заготовительных и других работ (взвешивание, заезды, оформление документов, и т.д.)
Степень изученности проблемы. Исследованию проблем управления социально-экономическими системами различных иерархических уровней посвящены работы Г. Андреева, И. Ансоффа, Л. Базилевича, Л. Берталан-фи, К.П. Петрова, В. Шапиро. Организация процессов и систем управления изучается в трудах М. Алексеева, Ю. Амирова, А. Вендрова, А. Денисова, Дж. Элти. Проблемы повышения эффективности управления исследованы в трудах В. Дюка, Л. Заде, В. Платова, Э. Попова, В. Убейко, Г. Шмалена. Применению информационных технологий в управлении посвящены исследования В. Богданова Ю. Гаврилина, В. Маркова, А. Райкова, А.Кизим. В работах этих и других авторов рассматривается задача оптимального распределения ограниченных трудовых, материальных, финансовых, временных и других ресурсов на уровне предприятия, как правило, транспортная задача линейного программирования. Однако транспортная задача не удовлетворяет сформулированным требованиям к современной системе оперативного управления уборкой-заготовкой урожая сельскохозяйственной продукции.
Проведенное сравнение существующей системы и транспортной задачи на соответствие предъявляемым требованиям показало, что они не соответствуют этим требованиям. В существующей системе в качестве критерия оптимизации фактически рассматривается минимальная длительность кампании, что на практике достигается привлечением в районы на период
уборки-заготовки значительного количества внешнего автотранспорта и приводит к огромным ничем неоправданным затратам. В транспортной задаче таким критерием выступает минимизация суммы тонно-километров, что отражает интересы транспортных организаций и заготовителей сельскохозяйственной продукции, но игнорирует интересы ее производителей и поставщиков. Кроме того, этот критерий ставит в неравные условия сельхозпроизводителей, находящихся на разных расстояниях от заготовителя и не обеспечивает минимизации транспортных затрат, складывающихся в основном из затрат на ГСМ, зависящих не только от расстояний, но и от классов дорог, пробок на дорогах и очередей на пунктах погрузки и особенно пунктах разгрузки.
Все это свидетельствует о том, что математическая модель предлагаемой перспективной системы является не моделью минимизации транспортных затрат, отражающей интересы лишь одного из участников, а многокритериальной моделью баланса (разумно обоснованного компромисса) производственно-экономических интересов всех участников. В предлагаемой системе критерии повышения эффективности это уборка и заготовка всего объема и номенклатуры произведенной продукции в оптимальные сроки, с минимальными затратами ГСМ, без потерь и с высоким качеством продукции. По-видимому, в невозможности системного учета законных экономических интересов, а также производственных намерений и реальных технических возможностей всех участников в рамках оптимизационной математической модели транспортной задачи и состоит основная причина трудностей, возникавших при попытках ее внедрения для управления уборкой-заготовкой урожая. Поэтому транспортная задача ГАСУ «Урожай» так и не была внедрена ни в одном из регионов Российской Федерации и в настоящее время нигде не применяется для управления уборкой-заготовкой урожая.
Исследования и разработки по логистике уборочно-заготовительных кампаний обычно ограничиваются разработкой общетеоретических концепций и иногда математических моделей, тогда как для их применения на практике необходимы соответствующе методики численных расчетов, реализующие их программные инструментальные средства и методики внедрения и применения, а также их многолетняя апробация в реальных кампаниях и последующая доработка. В научной литературе информация о проведении подобных научных исследований и разработок отсутствует.
Таким образом, в настоящее время нет высокоэффективной антизатрат-ной системы оперативного управления уборкой-заготовкой урожая, соответствующей требованиям современной рыночной экономики, т.е. отсутствуют: математическая модель оперативного управления уборочнозаготовительной кампанией на региональном уровне, программный инструментарий системы, методика её внедрения и применения на практике. Всем этим и определяется актуальность темы данного исследования.
Главная задача, решаемая в работе, состоит в преодолении несоответствия сложившейся в середине прошлого века высокозатратной системы управления уборочно-заготовительными кампаниями требованиям современной рыночной экономики и приоритетного национального проекта "Развитие АПК".
Идея решения главной задачи состоит в разработке и внедрении отвечающей современным требованиям автоматизированной системы управления региональными уборочно-заготовительными кампаниями на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК, включающих один сельскохозяйственный район или несколько смежных районов.
Цель и задачи исследования состоят в преодолении стихийно сложившегося несоответствия между применяющейся в настоящее время архаичной, регулируемой разрозненными ведомственными актами и положениями, системой управления уборкой-заготовкой урожая и требованиями современной рыночной экономики.
Достижение поставленной цели осуществляется путем ее декомпозиции в последовательность задач, решение которых является этапами достижения цели:
Задача 1: исследовать экономические, организационные и производственные аспекты уборки-заготовки урожая на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК и сформировать методическую базу исследования.
Разработать:
Задача 2: математическую модель оперативного управления уборочнозаготовительной кампанией на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК.
Задача 3: методику численных расчетов (алгоритмы и структуры данных), обеспечивающую численные расчеты с применением математической модели.
Задача 4: программный инструментарий системы, реализующий данную математическую модель и методику численных расчетов.
Задача 5: методику решения организационно-юридических, технических, кадровых и других вопросов, связанных с внедрением и применением на практике системы оперативного управления уборкой-заготовкой урожая на региональном уровне.
Задача 6: методику оценки эффективности предлагаемых моделей и технологии.
Задача 7: рекомендации по внедрению и применению моделей и технологии.
Объект исследования: экономические, производственные, организационные и технические аспекты уборки-заготовки урожая.
Предмет исследования: математические модели, инструментарий и методики совершенствования оперативного управления уборочно-
заготовительными кампаниями (зерновые колосовые и сахарная свекла) в АПК на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК.
Область исследования. Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР ФГОУ ВПО "Кубанский государственный аграрный университет" по теме 18: "Разработать предложения по основным направлениям повышения эффективности регионального АПК", раздел 18.16: "Совершенствование математического и информационного обеспечения управления АПК Краснодарского края" (Государственный регистрационный № 0196009014). Содержание работы соответствует области исследования, определенной пунктом 2.3 паспорта ВАК по специальности 08.00.13 - "Математические и инструментальные методы экономики": 2.3. Разработка систем поддержки принятия решений для рационализации организационных структур и оптимизации управления экономикой на всех уровнях.
Теоретическая и методологическая основа: теория автоматизированных систем управления (АСУ), теория массового обслуживания (в частности теория потоков), реляционная алгебра и теория реляционных баз данных, теория информации, системный анализ, а также методы балансовых расчетов, индикаторов, прямого счета, ортонормирования, численного моделирования.
Информационная база исследования: данные статистики, учетные показатели уборок, нормативные акты АПК, эксплуатационные данные созданной системы.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается полученными на практике и подтвержденные актами внедрения экономическими результатами: прямая экономия средств, затрачиваемых на уборку-заготовку урожая в ходе 9 кампаний в Краснодарском крае, Курской области и республике Адыгея, полученная за счет внедрения предложенной автоматизированной системы оперативного управления, составила около 150 млн.рублей (в ценах 2008года). Кроме этого есть косвенная экономия, полученная за счет увеличения коэффициента загрузки оборудования и техники, повышения качества заготавливаемой продукции, предотвращения ее порчи или понижения качества на пунктах погрузки за счет обеспечения рациональных сроков уборки и заготовки и недопущения смесей продукции высокого и низкого качества.
Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту:
1. Создана, широко апробирована и предложена для промышленного применения Автоматизированная система оперативного управления уборочно-заготовительными кампаниями по зерновым колосовым и сахарной свекле (АСОУ «Урожай»), обеспечивающая детальное ежедневное поминутное пооперационное планирование межотраслевого взаимодействия участников и отличающаяся от применяемого в настоящее время способа управления, транспортной задачи и имитационной модели - антизатратной
идеологией, устойчивым управлением, конвейерно-поточным способом уборки-заготовки, рациональным применением ресурсов, соответствием требованиям рыночной экономики.
2. Разработана математическая модель оперативного управления уборочно-заготовительной кампанией на региональном уровне, отличающаяся от модели транспортной задачи многокритериальностью и обеспечивающая учет экономических интересов и производственных возможностей участников и их разумный баланс (компромисс), а также наличием не только балансовой и маршрутной модели, но и моделей назначения автотранспорта на маршруты и управления всеми операциями процесса по времени и месту.
Балансовая модель обеспечивает согласование объемов по номенклатуре убираемой отгружаемой и заготавливаемой продукции, в том числе и при несовпадении объемов, отличается от модели транспортной задачи учетом многих видов продукции, учетом не только объемов продукции, но и увязкой погрузочно-разгрузочных ресурсов, ежесуточным расчётом темпа хода и ритма ведения уборки-заготовки урожая.
Маршрутная модель обеспечивает определение мощности грузопотоков по каждой продукции и формирование сети маршрутов её транспортировки, отличается от модели транспортной задачи возможностью ежесуточного комплексного расчёта параметров процесса уборки-заготовки по конвейерно-поточному принципу и создания производителям равных условий поставки независимо от расстояния пункта погрузки до заготовителя.
Автотранспортная модель обеспечивает назначение конкретных автомашин на грузовые потоки и маршруты и отличается от имитационной модели учетом транспорта различной принадлежности, т.е. автотранспортных предприятий, сельхозпроизводителей и частников, а так же обеспечением вывозом продукции с пунктов погрузки всех производителей без остатков (в транспортной задаче автотранспортная модель отсутствует).
Временная (поминутная) модель обеспечивает распределение автотранспортных средств по времени на грузовых потоках и минимизацию их взаимовлияния на маршрутах, пунктах погрузки и разгрузки, отличается от имитационной модели применением метода ортонормирования временных диаграмм автомашин и расчётом параметров производственных операций для пунктов погрузки, машин и пункта приемки (в модели транспортной задачи временная модель отсутствует).
3. Предложена методика численных расчетов (алгоритмы и структуры данных), обеспечивающая численные расчеты с применением математической модели, отличающаяся от имитационной модели применением теории потоков, обеспечивающей полноту и точность решения, высокое быстродействие программной реализации, а от транспортной задачи - детализацией входной и выходной информации о всех участниках процесса.
4. Предложена методика оценки экономической эффективности применения предлагаемых моделей и инструментария АСОУ «Урожай», отличающаяся от методики оценки эффективности транспортной задачи учетом снижения затрат не только за счет минимизации суммы тонно-километров, но и за счет повышения коэффициента загрузки оборудования и техники, ликвидации очередей на дорогах, пунктах погрузки и особенно разгрузки, сокращения потерь продукции и снижения ее качества за счет образования смесей при её хранении на пунктах погрузки, рациональности сроков уборки-заготовки.
5. Разработана система методик решения организационно-юридических, технических, кадровых и других вопросов, связанных с внедрением и промышленной эксплуатацией Автоматизированной системы оперативного управления уборкой-заготовкой урожая «Урожай», отличающаяся от методики транспортной задачи наличием методики внедрения и применения, включая Руководящие материалы, системы менеджмента уборки-заготовки урожая и методики оценки качества оперативного управления.
Теоретическая значимость работы определяется тем, что создана математическая модель, учитывающая и согласующая интересы (обеспечивающая их разумный баланс) всех участников уборочно-заготовительной кампании, что даёт значительный общесистемный эффект, в отличие от подхода ГАСУ «Урожай», основанного на транспортной задаче, в которой оптимизация одной из подсистем (транспортной) приводит к ухудшению функционирования других и системы в целом.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
- разработан программный инструментарий АСОУ "Урожай", методики его внедрения и промышленной эксплуатации, обеспечивающие антиза-тратное ведение уборки-заготовки урожая в АПК с высокой рентабельностью для всех участников;
- создан и широко апробирован на практике промышленный образец АСОУ "Урожай", который может применяться в АПК для эффективного оперативного управления уборкой-заготовкой урожая в масштабе сырьевых зон заготовительных предприятий.
Апробация результатов исследования. Результаты работы докладывались на III Всероссийской научно-практической конференции (22.06.2007г. Краснодар), и ряде других всероссийских и международных конференций. АСОУ "Урожай" прошла опытно-промышленную эксплуатацию в ходе 9 уборочно-заготовительных кампаний в Краснодарском крае и Республике Адыгея (пшеница, рис), в Курской области (сахарная свекла).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 29 научных работах общим объемом (авторских) 70.0 п.л., в т.ч. в 1 одной монографии, 1 научной публикации в издании, рекомендуемом ВАК, 3 Свидетельствах РосПатента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация, объемом 172 страниц основного текста, состоит из введения, четырех глав, заканчивающихся выводами, заключения, списка использованной литературы из 61 наименования и содержит: 12 таблиц, 23 рисунка, 3 диаграммы, 67 формул и приложения на 36 страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении рассматривается состояние проблемы и актуальность ее решения, определены экономические ориентиры исследования, краткое изложены подходы и научный аппарат, показана научная новизна и практическая значимость, результаты.
В первой главе: "Организационно-экономические аспекты уборочно-заготовительных кампаний” приведена историческая справка, определены главная задача, решаемая в работе, ее объект, предмет, цели и задачи, сформулированы и обоснованы требования к методу решения (таблица 1), проведен анализ уборочно-заготовительных кампаний, изучена разработанность темы, представлены выводы, приведена формула исследования. Показано, что главная задача не решается путем оптимизации перевозок с применением математической модели транспортной задачи и имитационного моделирования, по целому ряду причин, в частности: поставленная задача является не транспортной, а задачей оперативного управления эффективностью уборочно-заготовительной кампании в целом как системы. У неё другие критерии эффективности: не минимизация транспортных затрат, а рационализация уборки-заготовки в целом путем установления соответствия производственных интересов всех участников их техническим возможностям (согласование ресурсов, баланс по объему и номенклатуре грузов) и увязки производственного взаимодействия в единый уборочно-транспортно-заготовительный конвейер (определение объемов уборки, грузопотоков, расчёт маршрутов перевозок, назначение на них транспорта, повременное определение всех операций), и другие ограничения (параметры, время решения, инвариантность дорожной сети, множество транспортников и т. д.).
Таблица 1 - СРАВНЕНИЕ НА СООТВЕТСТВИЕ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫМ ТРЕБОВАНИЯМ ПРЕДЛАГАЕМОЙ СИСТЕМЫ С СУЩЕСТВУЮЩЕЙ И
С ТРАНСПОРТНОЙ ЗАДАЧЕЙ
Показатель (критерий) Предлагаемая система Используемая система Транспортная задача
Количество критериев Многокритериальная система, критерии, отражающие в т.ч. экономические интересы всех участников Один критерий - минимизация длительности компании Один критерий -минимизация тонно-километров
Тип груза Номенклатура грузов Номенклатура грузов Однородный
Баланс техни- Согласование техниче- Отсутствует, что при- Есть, но только
ческих ресурсов и объемов уборки-заготовки по номенклатуре ских ресурсов и объемов поставки-приёмки продукции по номенклатуре, в том числе и при их несовпадении водит к образованию смесей зерна разного качества на пунктах разгрузки и падению качества продукции по одному виду. При этом более близким поставщикам дается более высокий приоритет, чем удаленным, что при недостатке транспорта приводит к систематическому планированию недо-вывоза и неприемлемо
Маршрутизация: разработка маршрутов транспортировки грузов с учетом классов дорог Формирование сети грузопотоков по номенклатуре грузов с определением их мощности, разработка маршрутов и дистанций перевозки продукции с учетом классов дорог, расчёт регламентов работы техники и транспорта Отсутствует, что приводит к значительным порожним пробегам автотранспорта при самостоятельном поиске продукции водителями и высоким непроизводительным затратам ГСМ
Назначение автотранспорта на маршруты Назначение машин различной принадлежности с учетом зон их применения на маршруты Отсутствует, что приводит к порожним пробегам транспорта при самостоятельном поиске продукции водителями и высоким непроизводительным затратам ГСМ
Управление автотранспортом по времени и месту Распределение машин по времени операций на маршрутах, пунктах погрузки, разгрузки с ми-нимизиацией их взаимовлияние в течение дня Отсутствует, что приводит к пробкам на дорогах и очередям при погрузке и особенно разгрузке, превращает транспорт в неэффективные хранилища грузов на колесах и приводит к высоким затратам ГСМ
Управление операциями по месту и времени их осуществления Увязка производственного взаимодействия исполнителей по месту и времени выполнения работ по уборке-заготовке Отсутствует, что приводит к невозможности заблаговременной подготовки разгрузочно-погрузочного оборудования, машин и грузов к планируемым погрузочноразгрузочным и транспортным операциям
Таким образом, в 1-й главе исследованы экономические, организационные и производственные аспекты уборки-заготовки урожая на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК и сформирована методическая база исследования, т.е. решена задача 1.
Во второй главе: «Математическая модель межотраслевого взаимодействия в период уборки-заготовки урожая» приведены идея и концепция решения задачи, подход к описанию уборки-заготовки, схема учета интересов участников и принцип планирования, модель объекта управления, схема процесса моделирования, предложен конвейерно-поточный способ организации уборки-заготовки с применением потоковых методов и разработана математическая модель оперативного управления уборкой-заготовкой урожая. Схема суточного цикла управления системы приведена на рисунке 1.
Ежесуточно центр оперативного управления, создаваемый в соответствии с методикой внедрения и применения АСОУ «Урожай», по каналам
связи получает информацию о состоянии подсистем объекта управления на
следующие сутки:
- по пунктам погрузки - это информация о предполагаемых объемы уборки-поставки продукции по видах и выставляемым уборочным и погрузочным мощностям;
- по пунктам разгрузки - это информация о предполагаемых объемах заготовки, видах принимаемой продукции и выделяемых разгрузочных мощностях;
- по транспортникам - это информация о помарочном и количественном составе автоотрядов, выставляемых на выполнение перевозок.
С использованием этой информации, путем последовательного исполнения четырех частных моделей (балансовой, маршрутной, транспортной и временной) комплексной математической модели, решается задача поминутного планирования межотраслевого взаимодействия участников уборки-заготовки урожая по времени и местам выполнения операций уборки, погрузки, транспортировки и разгрузки по видам грузов на следующие сутки, разрабатываются и выдаются выходные формы для руководителей и исполнителей.
С точки зрения теории систем автоматизированного управления (АСУ), модель предлагаемой системы относится к замкнутым системам или системам управления с обратной связью, в качестве которой выступает оперативная, полная и достоверная информация о текущем состоянии объекта оперативного управления, включающего три иерархических подсистемы: отправители грузов, получатели грузов, транспортники. Используемая же в настоящее время система относится к разомкнутым системам, т.е. без централизованной обратной связи и централизованного принятия содержательных управленческих решений. Реализация функции централизованного оперативного управления отдается в ней на откуп исполнителям различных уровней, действующим по своим нормативным актам. Транспортная задача относится к промежуточному варианту, т.к. по одной из трех подсистем (транспортной) объекта управления она является замкнутой, хотя и с неадекватным критерием оптимизации, и отражает экономические интересы лишь этой подсистемы, а по двум другим (пунктам погрузки и отгрузки) - разомкнутой и соответственно не учитывает ни их текущего состояния, ни их экономических интересов.
УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
БАЛАНСОВАЯ МОДЕЛЬ
обеспечивает согласование объемов по номенклатуре отгружаемой и заготавливаемой продукции, втом числе и при несовпадении этих объемов
МАРШРУТНАЯ МОДЕЛЬ
позволяет сформировать сеть конкретных маршрутов транспортировки продукции с определением мощности товарных потоков по номенклатуре грузов при равных условиях всем пунктам отгрузки независимо от расстояния до пунктов разгрузки
АВТОТРАНСПОРТНАЯ МОДЕЛЬ
обеспечивает назначение конфетных автотранспортных средств на товарные потоки и маршруты с учетом транспорта различной ведомственной принадлежности: т.е. как централизованных автотранспортных предприятий, так и транспорта хозяйств
ВРЕМЕННАЯ(ПОМИНУТНАЯ) МОДЕЛЬ
обеспечивает распределение автотранспортных средств по времени выполнения операций на товарных потоках, маршрутах, пунктах погрузки и разгрузки, минимизирующее взаимовлияние автотранспортных средств
ИНФОРМАЦИЯ О КОЛИЧЕСТВЕ И МАРКАХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПО <АЖДОМУ АТП, КОТОРОЕ ГОТОВО К ВЫХОДУ НА ЛИНИЮ НА СЛЕДУЮЩИЕ СУТКИ
информация обратной связи о состоянии
ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
ВЛИЯНИЕ
ОКРУЖАЮЩЕЙ
СРЕДЫ:
- макроэкономические факторы, пре>еде
ОБЪЕКТ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ИНФОРМАЦИЯ ОБ ОБЪЕМАХ И ВИДАХ ГРУЗОВ РАЗГРУЗОЧНЫХ МОЩНОСТЕЙ НА СЛЕДУЮЩИЕ СУТКИ
ИНФОРМАЦИЯ ОБ ОБЪЕМАХ И ВИДАХ ГРУЗОВ И ПОГРУЗОЧНЫХ МОЩНОСТЕЙ НА СЛЕДУЮЩИЕ СУТКИ
ИНФОРМАЦИЯ ОБ ОБЪЕМАХ И ВИДАХ ГРУЗОВ, ПОГРУЗОЧНЫХ МОЩНОСТЕЙ И АВТОТРАНСПОРТН СРЕДСТВАХ НА СЛЕДУЮЩИЕ СУТКИ
ИНФОРМАЦИЯ ОБ ОБЪЕМАХ И ВИДАХ ГРУЗОВ, РАЗГРУЗОЧНЫХ МОЩНОСТЕЙ И АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВАХ НА СЛЕДУЮЩИЕ СУТКИ
ИНФОРМАЦИЯ О КОЛИЧЕСТВЕ И МАРКАХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПО КАЖДОМУ АТП, ВРЕМЕНИ ИХ ВЫХОДА НА ЛИНИЮ И ВСЕХ ОПЕРАЦИЯХ НА СЛЕДУЮЩИЕ СУТКИ
ИНФОРМАЦИОННОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩЕЕ ЦЕЛЕВОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
Рисунок 1. Схема суточного цикла управления АСОУ «Урожай»
Кратко рассмотрим основные соотношения предлагаемой математической модели.
Балансовая модель. Балансовая модель устанавливает обязательность количественного соответствия технологических возможностей разгрузки-приемки заготовителем с возможностями уборки-отгрузки сельхозпроизводителей и возможностями перевозки транспортников за установленный период времени. В общем случае математическую модель уборки-заготовки по сырьевой зоне заготовителя представим следующим образом: объемы убираемой-поставляемой Рї(а,г) производителями І, объемы при-нимаемой-заготавливаемой Гп(а,г) заготовителем п и объемы, перевозимые ¥х(а,г) транспортниками х за интервал времени г (периоды уборки-заготовки - день, смена, час) продукции а должны быть тождественны (модель баланса объемов уборки-перевозки-заготовки):
3 X
^п (а, г) = Х ¥} (а, г) = Х ¥х (а, г) (тонн) (1)
І = 1 х = 1
Объем приёмки Гп(а,г) продукции а вида за время г определяется характеристиками Жи(а) постов разгрузки, их количеством и и регламентами процесса приемки-разгрузки-закладки и регулируются уровнем загрузки Кп (% ) оборудования (ресурсы по приемке):
и
^п (а, г) = Кп * X Жи (а) * г (тонн) (2)
и = 1
Объемы поставки Ру(а,г) продукции а вида за время г по сырьевой зоне заготовителя определяются техническими характеристиками Жу(а) пунктов погрузки г сельхозпроизводителей у по уборке-отгрузке и регулируются коэффициентом загрузки Ку (% ) уборочно-погрузочной техники пунктов погрузки (ресурсы по уборке-погрузке):
р (а, г) = ку * £ £ (а )* г (тонн) (3)
У=1 г = 1
Объемы возможных перевозок Рх(а,г) поставляемой с пунктов погрузки на приемный пункт продукции а за время г определяются техническими характеристиками ЖтЬ(а) (скорость*грузоподъёмность) марок Ь машин и их количеством т по всем транспортникам х, а также расстояние Бп перевозок по всем определённым на день проведения работ маршрутам (пункт погрузки-пункт разгрузки). Интенсивность перевозок регулируется подбором скорости движения V машин транспортников на выделяемых ему маршрутах, в т.ч. с учётом качества дорог и погодных условий, с применением коэффициента вариации скорости К> (%) (транспортныересурсы):
м в
Рх (а, г ) = ^ * ££ ЖтЬ (а) * г / Бп (тонн) (4)
т=1 Ь=1
Устойчивость перевозок обеспечивается подбором операционного времени То (заезды, взвешивание, открытие-закрытие борта,...) и резервным Тг временем рейса.
Необходимый к выполнению общий объём работ по перевозке Ахп(а) для всех транспортников х продукции а по установленной дистанции Бп и возможные общие объемы работ Ауп(а) по поставке продукции со своих пунктов погрузки г всеми производителями у заготовителю п за время г должны быть тождественны (баланс объёмов работ):
X 3 1
£ Ахп (а ) = £ £ Агуп (а) (тонн*км) (5)
х = 1 у = 1 г = 1
где: - Ауп(а) - объём работы по поставке продукции а с пункта погрузки г предприятия у с частотой отгрузки Муп(а) тонн/час на дистанцию Буп за интервал времени V.
Ауп (а) = М1уп (а) * Б1уп * г (тонн*км) (6)
- Ахп(а) - объём работы по перевозке продукции а транспортниками х с пунктов погрузки г закрепленных предприятий у с частотой её перемещения Мгухп(а) тонн*км/час по дистанции Б1уп за интервал времени г:
3 I
Ахп(а) = ££ Мухп (а)*г (тонн*км) (7)
у=1 г=1
Ресурсная часть обеспечивает описание декларированных участниками кампании на сутки планирования видов, количества и режимов работ выставляемых ресурсов. Проводит определение по каждому участнику фак-
тических возможностей осуществления предполагаемых работ назначаемыми техническими ресурсами. По поставщикам: намеченных к уборке-сдаче объемов продукции (вид, сорт); выставляемых для производства уборки-отгрузки уборочно-погрузочных средств; регламентов работ. По заготовителю: принимаемых объемов продукции по видам и сортности; выставляемого для производства приемочных работ разгрузочного оборудования и техники; регламентов работ. По транспортникам: выставляемого для перевозок автотранспорта; регламентов работ. При этом фактические заявленные технические ресурсы, регламенты и режимы работы всех участников процесса в общем случае не фиксированы, не увязаны и не сбалансированы.
Балансная часть модели обеспечивает согласование ресурсов участников: определение возможностей заготовителя по приёму декларированных поставщиками объемов уборки / сдачи продукции по видам и сортности; определение фактических объемов поставки продукции для каждого производителя; определение регламентов и продолжительности г приемосдаточных работ в целом на сутки.
Выявление ресурсных возможностей сельхозпроизводителей за время работы Ту.
Соотношение заявленного объема Ру(а) продукции а с возможностями техники d типа и производительностью Piуd(a) по его уборке-погрузке на пункте г предприятия у:
РЦ (а) * Pijd (а) * Ту
(тонн) (8)
Определение объема Ргуп(а) продукции а, который может быть поставлен сельхозпредприятием у заготовителю п с г пункта погрузки и заявленным объемом Ргу(а):
Ргуп (а) = ргу (а) - если Р1у(а) £ Р1у(а)
Ргуп (а) = Piуd (а) * Ту - если Р1у(а) > Р1у^(а) *Ту (тонн) ( )
Общий объём Муп(а) продукции а, который может отгрузить заготовителю п сельхозпредприятие у с учётом объемов Ргуп(а) по всем своим пунктам погрузки:
I
муп (а) = £ Рт (а) (тонн) (10)
г=1
Совокупный объём Мп(а) продукции а, объёмов Муп(а), которые могут быть убраны и поставлены на заготовительное предприятие п сельхозпроизводителями у:
Мп (а) = £ Муп (а) (тонн) (11)
у=1
Выявление ресурсных возможностей по заготовителю за время работы Тп.
Расчёт объема Pun(a) продукции a, принимаемого постом разгрузки и производительностью Wun(a), за время работы Tn пункта приемки заготовителя n:
Pun(a) = Wun(a) * Tn (тонн) (12)
Расчёт объема Pn(a) продукции a вида, который может разгрузить группа постов разгрузки и, назначенных заготовителем, за время работы приемного пункта (ресурс):
U
Pn (a) = £ Pun (a) (тонн) (13)
и =1
Объем En(a), который будет приниматься заготовителем n определяется соотношением баланса сдачи-приемки по продукции a:
En (a) = Pn (a) - если Pn(a) £ Mn(a)
En (a) = Mn (a) - если Pn(a) >Mn(a) (тонн) (14)
Маршрутная модель. Обеспечивает расчёт параметров потоков продукции по сырьевой зоне по видам, конфигурирование траекторий перемещения Sijn от пунктов погрузки к пункту приемки и установление маршрутов Zijn её перевозок на транспортной сети.
Рассчитывает производственные регламенты для всех пунктов погрузки, обеспечивающие им равные условия независимо от расстояния до пункта приемки. Модель уборочно-транспортно-заготовительного процесса на фиксированной транспортной сети представим следующим образом. Дистанции траекторий Sijn рассчитываются по типам дорог транспортной сети сырьевой зоны, приведенным по протяженности к дорогам первого класса, а общее расстояние грузоперевозок Sn определяется по формуле:
Sn = £ £ Sijn (км) (15)
j=1 i=1
Темп и ритм хода уборки-заготовки в целом определяются уравнением потокового баланса: поток каждой продукции по сырьевой зоне заготовителя n должен удовлетворять следующим условиям - мощности Pijc(a) выходящих с с i пункта погрузки j поставщика и мощности Pny(a) входящих у на пункт приемки потоков по видам грузов а должны быть равны за временные периоды сутки, смена:
Y С
£ Pny (a) = £ PiJc (a) (тонн/сутки, тонн/смена) (16)
у = 1 с = 1
Режим проведения работ и регламенты действии определяются уравнением процесса уборки-транспортировки-заготовки (тонн/час) на транспортной сети Sij(n) сырьевой зоны заготовителя n: мощности Wu(y,z) заготовителя по приемке поступающих у грузопотоков, мощности Wijn(c,z) сельхозпредприятий по формированию направляемых с заготовителю грузопотоков и мощности Wx(b,z) перевозчиков x обеспечивающие транспортировку на маршрутах перевозок z должны быть равны в каждый интервал час, минута: сельхозпредприятия - транспортники - заготовитель
(тонн/час)
3 12 С X В 2 и 2 У
X XX X т]п(0,г)=Х г)/&(п)=ХХ X т&2) (17)
у' =1 г=1 2=1 с=1 х=1 Ь=1 2=1 и=1 г=1 у=1
Процесс реализуется выполнением производственно-технологических условий:
- на пунктах погрузки г производителей у в сроки ? подготовленная к сдаче продукция а (с соблюдением установленной сортности) должна отгружаться с частотой Ыуп(а) тонн/час на подаваемые в установленное время транспортниками машины;
- транспортники х в сроки ? должны подавать под погрузку автомашины с частотой Ыуп(а) тонн/час и производить перевозку продукции а от мест погрузки у к месту разгрузки п с частотой перемещения продукции Ыухп(а) тонн*км/час на расстояние $>уп ;
- на приемном пункте заготовителя п продукция а должна приниматься с частотой Ыуп(а) тонн/час (проверка качества, взвешивание, разгрузка) в сроки
Работа Луп(а) по доставке заготовителю п объёмов Ыуп(а) продукции а с пункта погрузки г сельхозпроизводителя у на расстояние Буп рассчитывается по формуле:
Луп (а) = Иуп (а) * Буп (тонн*км) (18)
Необходимая мощность Жу1(а) элементарного транспортного канала I обеспечения перемещения продукции а от сельхозпроизводителя у с пункта погрузки г за время работы Т уборочно-транспортно-заготовительного комплекса определяется по формуле (основное соотношение модели процесса) :
Щ1 (а) = Лу(а) (тонн*км/час) (19)
Необходимая мощность Ш]г(а) совокупного транспортного канала - связанного маршрута г по сельхозпроизводителю у в целом, с учетом необходимой мощности Жу1(а) по каждому пункту погрузки и виду а продукции определяется по формуле:
I ь
Щг (а) = % % ^у1 (а) (тонн*км/час) (20)
г =1 I = 1
Маршрутная модель формирует единый, параметрически увязанный, уборочно-транспортно-заготовительный конвейер. Нормирует по времени объёмы потоков продукции по элементарным транспортным каналам от мест погрузки к местам разгрузки.
Автотранспортная модель. Обеспечивает распределение транспорта на грузопотоки и назначение автомашин транспортников на маршруты. Учитывает количественные характеристики процедур погрузочных, транспортных и разгрузочных работ. Рассчитывает необходимые ресурсы для перевозки продукции по сырьевой зоне заготовителя п в разрезе транс-
портников х. Обеспечивает структурированное определение необходимодостаточного количества транспорта по маркам, а так же расчёт временных и технологических параметров работы транспортников и каждой автомашины. Необходимые сельхозпроизводителю ] для перевозки всех видов продукции по маршрутам г транспортные ресурсы Ж] рассчитываются по формуле:
А I
Ж] = £ £ Ж]г (а) (тонн*км/час) (21)
а=1 2=1
Необходимые Жп транспортные ресурсы по сырьевой зоне в целом на период времени Т (день, смена) определяются по формуле:
Жп = £ Ж] (тонн*км/час) (22)
]=1
Перекрытие грузопотоков Ж]п(г) по всем маршрутам г (И]п) транспортной сети сырьевой зоны заготовителя ресурсами Жх(Ь,т) автоотрядов (количество машин т по маркам Ь) всех транспортников х определяется из уравнения:
I X В М
£ Ж]п (г) = £ £ £ Жх (Ь, т) (тонн*км/час) (23)
2 = 1 х = 1 Ь = 1 т =1
Достаточные транспортные ресурсы Ж]] автопарков производителей ] и ресурсы Жк других транспортников к (в т.ч. АТП) определяются марочно Ь
- количественным т составом автоотрядов автопарков Ж](Ь,т) и других транспортников: Жк(Ь,1):
В М В М
Ж]] =££ Ж] (Ь, т) Жк =££ Жк (Ь, т) (тонн *км/час) (24)
Ь = 1 т = 1 Ь =1 т = 1
Совокупный достаточный транспортный ресурс Жх автоотрядов всех транспортников Ж]] и Жк по сырьевой зоне должен быть не менее необходимого Жп:
Жх = Ж]] + Жк = Жп (тонн*км/час) (25)
Временная (поминутная) модель. Производит расстановку машин по транспортной сети на суточные траектории перемещения урожая по времени выполнения операций на маршрутах, пунктах погрузки и разгрузки. Минимизирует взаимовлияние машин на траекториях Б1]п грузопотоков и маршрутах И]п транспортной сети. Разрабатывает регламенты работы для техники и оборудования. Рассчитывает пооперационные временные диаграммы и план-графики для каждой машины, пунктов погрузки и разгрузки.
Назначенная на маршрут г машина представляется многопараметрическим вектором автотранзита Ог (у,р,8,\,Х а,...) с расчётными параметрами рейсы, объём перевозки, расстояние, скорость, временная диаграмма, груз и др., соответственно. Ог() формируют на транспортной сети Бп интегри-
рованный автотранзит О, порождающий потоки продукции урожая по траекториям БЦп от мест уборки-погрузки к местам приемки-разгрузки:
г
О = Х О (г 5 р 5 я5 *5 а ) (тонн*км/час) (26)
z=1
Эффективность перевозки обеспечивается тем, что каждая из участвующих машин не мешает остальным. Это достигается ортонормированием векторов транзита О2() машин в территориально-производственном поле сырьевой зоны. Исключение взаимовлияния достигается минимизацией дисперсии В1яр[] векторов О2(), рассчитываемой методом сдвига (изменение фазы) диаграммы часового графика XI назначенных машинам операций по временной оси работы N уборочно-транспортно-заготовительного комплекса (рисунок 2).
Вгяр [О (г , р, я, V, *, а)]^ шт (27)
При этом формируется близкое к ортогональному расположение векторов О2() на оси времени * и достигается рациональное рассредоточение машин по маршрутам 21}п транспортной сети Бп сырьевой зоны с минимизацией их взаимовлияния по месту и времени выполнения операций5 а параметры рабочих процедур каждого исполнителя увязываются в единый ритм уборочно-транспортно-заготовительного процесса на весь день.
1-ый вариант прибытий г-ГОТС
♦ ► сканирование
Хі т-ый вариант прибытий г-ГО ТС
і
XI
Рисунок 2. Минимизации взаимовлияния автотранспорта по месту и времени осуществления операций методом ортонормирования в АСОУ "Урожай"
Не смотря на то, что минимизация транспортных затрат не является критерием оптимизации в предлагаемой системе, ее математическая модель обеспечивает существенное сокращение и этих затрат по сравнению с существующей системой за счет учета классов дорог, ликвидации порожних пробегов, исключения пробок на дорогах и очередей на пунктах погрузки и особенно приёмном пункте. С другой стороны, т.к. в транспортной задаче взаимовлияние автомашин не минимизируется, то велики поте-
Ш Временная лнненка прнбьгтнн машнкы на Пункт прнемкн
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
1 0 0 1 0 0 1 0 0 1
1 Временная лнненка нрнбьггнн машнны на Пункт прнемкн
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1 0 0 1 0 0 1 0 0 1
Временная шкапа поступлении автотранспорта на Пункт Приемки
Режим работы П ) ємного пункта / Общее кол-во прибытий автомашин за час -М
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
N9 N9 N10 N11 N12 N13 N14 N15 N16 N17 N18 N19 N20 N21 N22 N23
ри и за счёт этого. В результате эффективность использования транспорта в предлагаемой модели может быть выше, чем в транспортной задаче.
Таким образом, во 2-й главе разработана математическая модель оперативного управления уборочно-заготовительной кампанией на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК, т.е. решена задача 2.
В третьей главе: «Программный инструментарий оперативного управления уборочно-заготовительными кампаниями» разработаны алгоритмы и структуры данных (т.е. методика численных расчетов), пользовательский интерфейс и программное (инструментальное) обеспечение Автоматизированной системы оперативного управления уборочнозаготовительными кампаниями - АСОУ "Урожай", реализующей математическую модель и методику численных расчетов, приведен численный пример. Создано несколько версий системы с использованием разных языков программирования и на компьютерах различных платформ: Wang-2200C, Videoton-2000 и PC IBM. Текущая версия системы создана под ОС MS Windows с применением технологии визуального объектноориентированного программирования (Visual Basic 6.0) и постоянно совершенствуется. Все версии АСОУ «Урожай» прошли экспериментальную и промышленную эксплуатацию, что подтверждено 9 актами внедрения, и защищены патентами: (АСОУ "Урожай-зерно", Пат. №2008610400.РФ, АСОУ "Урожай-сахсвекла", Пат.№ 2008610399.РФ).
АСОУ является типовой для отраслевых объектов «Элеватор» и «Сахарный завод» и представляет разумный компромисс универсальности и проблемного подхода к управлению уборкой-заготовкой урожая. Конструктивно АСОУ выполнена как автоматизированное рабочее место (АРМ) менеджера с интеллектуальным стандартным для MS Windows графическим пользовательским интерфейсом (GUI), модельными инструментами, функциями управление по результатам, построена в идеологии открытых систем, как модульная система и обеспечивает поддержку функций лица принимающего решения (ЛПР).
АСОУ предоставляет ЛПР возможность панорамного обзора совокупности планируемых на следующий период (день, смена, час) уборочных, погрузочных, транспортных, разгрузочных и приемных мероприятий по принципу "одного окна", а так же достаточную полноту видения картины темпа хода и ритма ведения уборки-заготовки урожая в следующем периоде (сутки, смена) под разными углами реализации работ (режимы).
Таким образом, в 3-й главе разработана методика численных расчетов (алгоритмы и структуры данных), обеспечивающая численные расчеты с применением математической модели, создан программный инструментарий АСОУ «Урожай», реализующий математическую модель и методику численных расчетов, т.е. решены задачи 3 и 4.
В четвертой главе: «Методики внедрения, применения и оценки эффективности автоматизированной системы оперативного управления уборкой-заготовкой”, разработаны соответствующие методики.
Методика внедрения АСОУ «Урожай» оформлена в виде раздела «Руководящих материалов» и предусматривает: создание Центра оперативного управления (ЦОУ), который является подразделением по внедрению АСОУ «Урожай»; проведение организационных мероприятий с руководителями участников уборки-заготовки; подготовку специалистов для работы с АСОУ «Урожай» с выдачей инструктивных и методических материалов.
Методика применения (промышленной эксплуатации) АСОУ «Урожай» является разделом «Руководящих материалов» и предусматривает единый и обязательный для всех участников порядок оперативного управления уборкой-заготовкой урожая. В ней определяются обязанности всех исполнителей по сбору информации о состоянии подсистем объекта управления и передаче документов плана для исполнения и контроля.
Методика оценки экономической эффективности, рассматривает различные источники экономической эффективности от применения АСОУ «Урожай» (таблица 2).
Таблица 2 - ИСТОЧНИКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
АСОУ «УРОЖАЙ»
№ Наименование показателя Значение
1 Сокращение расхода ГСМ за сезон заготовок в 2-4 раза
2 Сокращение количества автотранспорта в 1.5-3 раза
3 Увеличение выработки на одну автомашину в 2-4 раза
4 Общее снижение затрат (достижимое) на 1 тонну на 50-150 руб. (2-5 дол. /т)
5 Сокращение сроков уборки (дней): зерновые сахарная свекла на 5 на 20
6 Повышение качества продукции от 15%
7 Сокращения хищений на 95%
8 Сокращение затрат Заготовителя по приему на 25%
9 Сокращение затрат Сельхозпроизводителям на 20%
10 Дополнительные доходы каждому Участнику от 10%
11 Сокращения хранения на Пунктах погрузки: сах. свекла -зерно до 0 - 6 часов
12 Снижение себестоимости продукции не менее 5%
В методике обосновано, что годовая экономия определяется выражением:
J I
Эг = X X Э} РУб (28)
}=1 1=1 4 '
где: I - вид продукции;} - тип Заготовителя; Эг - годовая экономия от
внедрения; Э1} - годовая экономия по продукции; Этр - экономия от улучшения использования транспорта, руб; Эзп - экономия от рационализации приемки-заготовки руб.; Эсхп - экономия за счет рационализации погрузки-заготовки руб.
Э = Э.. = Э + Э + Э руб (29)
у тр зп схп УУи
В таблице 3 приведены обобщающие технико-экономические показатели АСОУ «Урожай» по результатам девяти промышленных эксплуатаций.
Таблица 3 - ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АСОУ
«УРОЖАЙ»
№ Край (Область), район Сельхозпродукция. Объем - тыс.тонн. Год. сокр. срока Экон. Тыс. руб. Кол-во Автомашин Расход ГСМ (тонн) Израсходов. тыс.руб.
До После До После До После
1 Краснодар кр ст. Каневская Зерновые(пшеница) - 140 1983 3 дн 376 204 105 1437 593 647 271
2 Краснодар кр ст. Каневская Зерновые(пшеница) - 150 1984 4 дн 461 204 92 1437 392 647 186
3 Краснодар кр ст. Каневская Зерновые(пшеница) - 120 1985 5 дн 475 204 85 1437 362 647 172
4 Краснодар кр ст. Каневская Зерновые(пшеница) - 150 1986 5 дн 487 204 75 1437 329 647 160
5 Курская обл. пгт. Тим Сахарная свекла - 100 1986 10 дн 276 300 154 1106 431 471 195
6 Крас. Кр ст. Щербиновская Зерновые(пшеница) - 90 1987 5 дн 240 280 55 590 134 308 68
7 Респ. Адыгея ст. Гиагинская Зерновые(пшеница) - 50 1987 4 дн 174 210 90 472 162 294 120
8 Курская обл. пгт. Тим Сахарная свекла - 120 1987 21 дн 378 300 97 1106 205 471 93
9 Краснод.кр. г.Славянск Зерновые(Рис) - 120 1988 5 дн 361 227 109 1583 641 719 358
Всего: 1040 3228 2133 862 10605 3249 4851 1623
Прямой экономический эффект по факту составил 3-5 руб/т (цены 1984г.), или 4,5-7,5 доллара США/т, или по текущему курсу 2010г. - 135225руб/т. Таким образом, АСОУ «Урожай» практически обеспечивает участникам реализацию экономических намерений и производственных возможностей, а так же общее повышение эффективности уборки-заготовки за счет рационального использования ресурсов и снижения всех видов затрат.
Методика оценки качества управления уборкой-заготовкой урожая с применением АСОУ определяет критерии его качества и позволяет рассчитать количественную и качественную меры его организации. Оказание на объект информационных управляющих воздействий, т.е. по сути, сообщение информации объекту управления, приводит к повышению уровня его системности и возрастанию степени организованности, а соответственно, к уменьшению энтропии, «охлаждению» и выделению энергии. В нашем случае это выражается в форме экономии энергоносителей, в т.ч. ГСМ и денежных средств в процессе уборки-заготовки за счет их более рационального использования. Таким образом, количество информации, сообщенной объекту и количество энергии, выделившейся из него в результате повышения уровня его системности и степени организованности, взаимосвязаны. Путем обобщения данных девяти промышленных внедрений
АСОУ «Урожай» определены количественные и качественная меры этой взаимосвязи.
Количественные меры.
1). Коэффициент информационно-энергетической трансформации Ки-
эт(Ккал/Кб) это отношение кол-ва энергии Е (Ккал) выделившейся из объекта управления к кол-ву информации сообщенной ему АСУ (выходная) Уси (Кб) (где: Ктс - коэфф.теплотворной способности ГСМ (Ккал/т);
Ргсм - количество сэкономленных ГСМ (т) ):
иэт = Е / Уси (Ккал/Кб), Е = Ктс * Ргсм (Ккал) (30)
2). Коэффициент информационно-финансовой трансформации Кифт, (Руб/Кб) определяется как отношение стоимости Э (руб) сэкономленных ГСМ к кол-ву информации Уси (Кб) сообщаемое АСУ объекту управления (где: Сгсм - стоимость 1т ГСМ (руб/т)):
Кифт = Э / Уси (Руб/Кб) Э = Ргсм * Сгсм (Руб) (31)
Качественная мера. Коэффициент генерации информации Кген является отношением кол-ва информации сообщаемое АСУ объекту управления (выходная) Уси (Кб) к кол-во информации, получаемое АСУ от него (входная) Упи (Кб):
Кген = Уси / Упи (32)
Для АСОУ «Урожай»: Киэт (Ккал/Кб) =2674,3; Кифт, (Руб/Кб)
=200; Кген =104.
Таким образом, в 4-й главе разработаны методика решения организационно-юридических, технических, кадровых и других вопросов, связанных с внедрением и применением на практике системы оперативного управления уборкой-заготовкой урожая на региональном уровне, методика оценки эффективности предлагаемых моделей и технологии и рекомендации по их внедрению и применению, т.е. решены задачи 5, 6 и 7.
В заключении отражены основные результаты, приводится их критический анализ, рассматриваются недостатки и перспективы предложенных математических моделей, программной реализации, методического обеспечения внедрения и эксплуатации АСОУ «Урожай», оценки экономической эффективности. В качестве недостатка отмечается, что математическая модель АСОУ «Урожай» не является оптимизационной. Как перспективы развития метода рассматривается расширение математического аппарата для решения задач на сложных протяженных транспортных сетях с промежуточными точками разгрузки и погрузки (склады, базы, порты, магазины). Направление развития метода: создание Комплексной системы повышения эффективности оперативного управления сложными системами на больших территориях; внедрение в другие отрасли; включение функции инструментальной навигации и мониторинга объекта управления (Глонас).
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Результатом выполненной работы является решение поставленных задач:
1. Исследованы экономические, организационные и производственные аспекты уборки-заготовки урожая на региональном уровне АПК, сформирована методическая база исследования.
2. Разработана математическая модель оперативного управления уборкой-заготовкой урожая на региональном уровне, гарантирующая её проведение по всему объему и видам продукции в оптимальные сроки, без простоев оборудования и техники, очередей автотранспорта и авралов на уборке, с минимальными затратами ГСМ, без потерь и с высоким качеством продукции в масштабе сырьевой зоны заготовителя и включающая детальное планирование всех операций. Данная модель включает четыре частных модели:
- балансовую модель, обеспечивающую увязку технических ресурсов участников и ликвидацию простоев оборудования и техники на этапах убор-ки-погрузки-перевозки-разгрузки-приемки, согласование объемов поставляемой и принимаемой продукции по номенклатуре, в том числе и при несовпадении объемов;
- маршрутную модель, позволяющую рассчитать мощности грузопотоков по номенклатуре продукции, сформировать сеть маршрутов для её перевозки и создать равные условиях всем поставщикам независимо от расстояния до приемного пункта;
- транспортную модель, обеспечивающую назначение машин разных форм собственности (Автопарки производителей, централизованные АТП, частники) на маршруты и полный вывозом с пунктов погрузки всей определенной к приёму продукции без остатка.
- временную (поминутную) модель, обеспечивает формирование единого уборочно-заготовительного конвейера, поминутное распределение операций процесса уборки-отгрузки-перевозки-разгрузки-заготовки продукции на пунктах погрузки, приемки и маршрутах перевозки, минимизацию взаимовлияния автомашин при выполнении ими операций на маршрутах, пунктах погрузки и разгрузки.
Модель обеспечивает реализацию следующих функций: ежедневное проведение анализа и согласование возможностей технических ресурсов участников (мощностей для уборки-отгрузки, перевозки, разгрузки-заготовки (т/час)); балансирование производственных намерений участников (объёмов поставки-перевозки-приемки (т)); ежедневные расчёты увязанного по параметрам, уборочно-транспортно-заготовительного конвейера с разработкой документов плана для исполнителей; высокое быстродействие; возможность проведения вариантных расчётов; полное соответствие современным требованиям к АСУ.
3. Разработана методика численных расчетов (алгоритмы и структуры данных), обеспечивающая численные расчеты с применением математической модели.
4. Создан программный инструментарий системы автоматизированной системы оперативного управления уборкой-заготовкой АСОУ «Урожай», реализующий предложенные математическую модель и методику численных расчетов.
5. Разработаны методики решения организационно-юридических, технических, кадровых и других вопросов, связанных с внедрением и применением на практике системы оперативного управления уборкой-заготовкой урожая на региональном уровне.
6. Разработана и применена методика оценки экономической эффективности предлагаемых моделей, технологий и АСОУ «Урожай».
7. Разработана и применена методика оценки качества оперативного управления уборкой-заготовкой урожая при применении АСУ (впервые).
Основным результатом работы являются разработанные математическая модель и программный инструментарий АСОУ «Урожай», а также экономический эффект, полученный за счет их промышленной эксплуатации в ходе девяти уборочно-заготовитель-ных компаний в АПК Краснодарского края, Республики Адыгея и Курской области.
Подтвержденный актами внедрений только прямой экономический эффект от этих внедрений составил более 5 млн. долл., в ценах 2008г. - более 150 млн.руб.
Предложение: оснастить Элеваторы и Сахарные заводы Кубани АСОУ "Урожай".
Совместным совещанием департаментов экономики и сельского хозяйства администрации Краснодарского края (Протокол от 19.07.2007) инструментарий и методическое обеспечение АСОУ «Урожай» приняты к внедрению в АПК Краснодарского края для оснащения элеваторов и сахарных заводов Кубани с целью значительного снижения материальных и финансовых затрат Краевого бюджета и агроформирований на уборку и заготовку урожая, в первую очередь зерновых колосовых и сахарной свеклы.
Резюме
Таким образом, инновационный проект: «Математические модели, инструментарий и методики совершенствования оперативного управления уборочно-заготовительными кампаниями в АПК» включает:
1. Теоретическую концепцию межотраслевого взаимодействия, положенную в основу проекта, обеспечивающую реалистичный учет и разумный баланс интересов всех участников процесса, что делает внедрение проекта не только возможным, но и целесообразным как с их точки зрения, так и с точки зрения достижения цели системы в целом.
2. Математические модели, реализующие теоретическую концепцию, корректны и обеспечивают решение имеющихся проблем оперативного управления уборкой-
заготовкой зерновых колосовых и сахарной свеклы на районном и межрайонном уровнях АПК.
3. Методики сбора информации для решения задачи оперативного управления, а также методика численных расчетов (алгоритмы и структуры данных), соответствуют математической модели и обеспечивают ее численное оперативное решение.
4. Программное обеспечение, реализующее методику численных расчетов в виде автоматизированной системы оперативного управления (АСОУ) «Урожай» для 1ВМ-совместимых персональных компьютеров соответствует всем современным требованиям и защищено патентами Российской Федерации:
- АСОУ "Урожай-зерно", Пат. №2008610400.РФ;
- АСОУ "Урожай-сахсвекла", Пат. № 2008610399.РФ.
5. Программное обеспечение АСОУ «Урожай», а также методики его внедрения и эксплуатации, прошли успешную апробацию в реальных условиях уборочно -заготовительных кампаний на уборке зерновых колосовых, риса и сахарной свеклы в нескольких районах Краснодарского края, Курской области и Республики Адыгея, за счет чего получена прямая экономия более 150 миллионов рублей (в сопоставимых ценах), что подтверждено 9 актами внедрения.
6. Основные результаты диссертации опубликованы в 29 научных работах общим объемом (авторских) 70.0 п.л., в т.ч. в 1 одной монографии, 1 научной публикации в издании, рекомендуемом ВАК, программные разработки защищены 3 Свидетельствами РосПатента РФ.
Для реализации предлагаемого инновационного проекта необходимы юридические, организационные, финансовые, кадровые и технические решения регионального и районного руководства АПК, которые детально разработаны и успешно апробированы в реальных условиях автором проекта.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ
1.Бакурадзе Л.А., Луценко Е.В. Математическая модель рациональной организации уборочно-заготовительных кампаний в АПК.Труды КубГАУ, №2 (11), 2008. С. 58-62. 0,28/0,31 п.л.
Научные монографии и методические рекомендации
2.Бакурадзе Л.А., Луценко Е.В. Теория, технология и практика автоматизации оперативного управления уборочно-заготовительными кампаниями в АПК: Под науч. ред. д.т.н., проф. В.И.Лойко. Монография (научное издание). - Краснодар: КубГАУ, 2008.
- 550 с. 28,42/34,38 п.л.
3.Бакурадзе Л. А., Луценко Е.В., Самсонов Г. А.. Руководящие материалы по эксплуатации 1 очереди АПК (АИУС-АПК) с применением ПЭКВМ "Искра-226".- Курск: Тип. Курского облисполкома, 1986. - 109с. (ДСП). 5,00/6,81 п.л.
Свидетельства РосПатента РФ
4. Пат. № 2008610399. РФ. Автоматизированная система оперативного управления уборочно-транспортно-заготовительными процессами в АПК в период уборки-заготовки урожая сахарной свеклы (АСОУ "Урожай-сахсвекла"). /Л.А.Бакурадзе (Россия); Заяв. № 2007614665. Опубл. 21.01.2008. - 50с. 3,13 п.л.
5. Пат. № 2008610400.РФ. Автоматизированная система оперативного управления уборочно-транспортно-заготовительными процессами в АПК в период уборки-заготовки урожая зерновых (АСОУ "Урожай-зерно". /Л.А.Бакурадзе (Россия); Заяв. № 2007614666. Опубл. 21.01.2008. - 50с. 3,13 п.л.
6.ИЛ о Научно-техническом достижении №87-11 - Краснодар: ЦНТИ. 1987. - 4 с. Ба-курадзе Л. А. ППОС Дельта на базе микро-ЭВМ Искра-226. 0,25 п.л.
Научные статьи и материалы научных конференций
7. Бакурадзе Л.А., Самсонов Г.А. Автоматизация оперативного планирования работы
предприятий РАПО в период уборки и вывоза урожая сельскохозяйственных культур: Статья (научное издание). -Москва: Э.И.ЦНИИТЭИ приборостроения,
вып.14.1-16, Серия: "Приборное обеспечение АПК" 1985. -5 с. 0,28/0,32 п.л.
8. Бакурадзе Л.А. Автоматизация оперативного планирования и управления работой
предприятий РАПО (постановка задачи): №2648-85 Деп., Деп.науч.работы - Москва: Ест.и точ.науки,техника.Ежем. библ.указ.ВИНИТИ №8(166),1985,№699.-13
с.0,81 п.л.
9. Бакурадзе Л.А., Луценко Е.В. Математическая модель и алгоритм решения задачи
оперативного планирования и управления в условиях РАПО: №2650-85 Деп.: Деп. науч.работы-Москва: Естест. и точные науки, техника.
Ежем. библ. указ. ВИНИТИ №8(166), 1985, №699. - 15 с. 0,82/0,94 п.л.
10. Бакурадзе Л.А. Программно-информационное обеспечение задачи оперативного
планирования и управления в условиях РАПО (Система "План": №2649-85 Деп.: Деп. науч.работы-Москва: Естест. и точные науки, техника.
Ежем.библ.указ.ВИНИТИ №8(166), 1985, №699. - 15 с. 0,94 п.л.
11. Бакурадзе Л. А., Самсонов Г.А. Автоматизированный оперативного планирования работы предприятий РАПО в период уборки и вывоза урожая сельхозкультур: Статья (научное издание).- Москва:Э.И.ЦНИИТЭИ приборостроения, вып.14. 1-16, Серия: "Приборное обеспечение АПК", 1985. -5 с. 0,28/0,31 п.л.
12. Бакурадзе Л.А. Математическая модель и алгоритм проектирования уборочно-транспортно-заготовительных процессов в АПК. Математические методы и информационно-технические средства: Труды III Всероссийской научно-практической конференции, 22.06.2007г. - Краснодар: Краснодарский университет МВД России, 2007, -138с. С. 12-18. 0,44 п.л.
13. Бакурадзе Л.А. Проблемы организации управления уборочно-транспортнозаготовительными кампаниями / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2007. - №02(26). - Шифр Информрегистра: 0420700012\0025. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2007/02/pdf/25.pdf. 0,50 п.л.
14. Бакурадзе Л.А. Автоматизация оперативного управления уборочно-транспортнозаготовительным конвейером / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2007. - №02(26). - Шифр Информрегистра: 0420700012\0041. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2007/02/pdf/19.pdf. 1,19 п.л.
15. Бакурадзе Л.А. Интенсивная ресурсосберегающая технология уборорочно-
транспортно-заготовительных процессов в АПК / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2007. - №03(27). - Шифр Информрегистра: 0420700012\0057. - Режим доступа:
http://ej.kuЬagгo.гu/2007/03/pdf/29.pdf. 1,44 п.л.
16. Бакурадзе Л.А. Комплексная система деловой навигации компании / Л.А. Бакурадзе
// Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2007. -№04(28). - Шифр Информрегистра: 0420700012\0077. - Режим доступа:
http://ej.kuЬagгo.гu/2007/04/pdf/08.pdf. 1,31 п.л.
17. Бакурадзе Л.А. Математическая модель и алгоритм навигации уборочнозаготовительных кампаний в АПК / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2007. - №06(30). - Шифр Информре-гистра: 0420700012\0110. - Реж. дост: http://ej.kuЬagгo.гu/2007/06/pdf/05.pdf. 1,69 п. л.
18. Бакурадзе Л.А. Композитная математическая модель навигации уборки - заготовки урожая в АПК / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс].
- Краснодар: КубГАУ, 2007. - №09(33). - Шифр Информрегистра:
0420700012\0165. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2007/09/pdf/01.pdf. 1,38 п.л.
19. Бакурадзе Л.А. Уборочно-заготовительные кампании в АПК РФ. Вопросы органи-
зации и ведения. Пути повышения эффективности / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2007. - №10(34). -Шифр Информрегистра: 0420700012\0183. - Режим доступа:
http://ei.kubagro.ru/2007/10/pdf/02.pdf, 1,31 п.л.
20. Бакурадзе Л.А. Планово-экономические вопросы навигации уборочно-
заготовительных кампаний / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2008. - №02(36). - Шифр Информрегистра: 0420800012\0022. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2008/02/pdf/07.pdf, 1,88 п.л.
21. Бакурадзе Л.А. Механизм организационно-экономического взаимодействия агро-
формирований в период уборки - заготовки урожая / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2008. - №02(36). -Шифр Информрегистра: 0420800012\0023. - Реж.дост:
http://ei.kubagro.ru/2008/02/pdf/06.pdf, 2,88 п.л.
22. Бакурадзе Л.А. Навигация уборки - заготовки урожая. Пути повышения эффективности / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2008. - №05(39). - Шифр Информрегистра: 0420800012\0060. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2008/05/pdf/09.pdf, 2.38 п.л.
23. Бакурадзе Л.А. Механизм межведомственного взаимодействия при уборке - заготовке урожая / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. -Краснодар: КубГАУ, 2008. - №05(39). - Шифр Информрегистра: 0420800012\0061.
- Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2008/05/pdf/08.pdf, 2,06 п.л.
24. Бакурадзе Л.А. Вопросы навигации уборочно-заготовительных кампаний в АПК (планово-экономический аспект) / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2008. - №05(39). - Шифр Информре-гистра: 0420800012\0062. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2008/05/pdf/07.pdf, 1,38 п.л.
25. Бакурадзе Л.А. Обзор зерновой и свеклосахарной отраслей АПК. Вопросы эффективности уборочно-заготовительных процессов в растениеводстве. Часть III / Л. А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2009. - №04(48). - Шифр Информрегистра: 0420900012\0042. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2009/04/pdf/06.pdf, 1,63 п.л.
26. Бакурадзе Л.А. Обзор зерновой и свеклосахарной отраслей АПК. Вопросы эффективности уборочно-заготовительных процессов в растениеводстве. Часть II / Л. А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2009. - №04(48). - Шифр Информрегистра: 0420900012\0043. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2009/04/pdf/05.pdf, 0,75 п.л.
27. Бакурадзе Л.А. Обзор зерновой и свеклосахарной отраслей АПК. Вопросы эффективности уборочно-заготовительных процессов в растениеводстве. Часть I / Л. А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2009. - №04(48). - Шифр Информрегистра: 0420900012\0044. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2009/04/pdf/04.pdf, 1,94 п.л.
28. Бакурадзе Л.А. Математические модели, инструментарий и методики совершенст-
вования оперативного управления уборочно-заготовительными компаниями в АПК, часть 1-я / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. -Краснодар: КубГАУ, 2010. - №01(55). - Режим доступа:
http://ei.kubagro.ru/2010/01/pdf/02.pdf, 1,06 п.л.
29. Бакурадзе Л.А. Математические модели, инструментарий и методики совершенствования оперативного управления уборочно-заготовительными компаниями в АПК, часть 2-я / Л.А. Бакурадзе // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. -Краснодар: КубГАУ, 2010. - №01(55). - Режим доступа:
http://ei.kubagro.ru/2010/01/pdf/03.pdf, 1,19 п.л.
