Механизм структурообразования инженерной службы Текст научной статьи по специальности «Математика»

Information about the authors Nikitin Peter Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the physics department, Stavropol State Agrarian University (Stavropol). Phone: 8-865-2-71-21-98.

Khashenko Andrei Alexandrovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the physics department, Stavropol State Agrarian University (Stavropol). Phone: 8-928-317-87-43. E-mail: haa-08@mail.ru.

УДК 631.173.004

МЕХАНИЗМ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ СЛУЖБЫ

© 2011 г. С.Л. Никитченко

Рассмотрен метод синтеза инженерных служб в сельском хозяйстве. Предложена математическая модель механизма структурообразования в системе управления инженерно-технической службой (ИТС) предприятия.

Ключевые слова: инженерно-техническая служба, уровень компетентности, сигналы, связь, узел.

The method of synthesis of engineering services in agriculture is considered. The mathematical model of the formation mechanism in a control system of technical service of the enterprise is offered.

Key words: technical service, competence level, signals, communication, unit.

Имеющиеся математические модели и методы проектирования инженерно-технических служб (ИТС) для предприятий АПК [1, 2] не позволяют учесть полный перечень современных инженерных задач и не объясняют процессы структурообразования в системах управления инженерной сферой села. Сегодня требуется более обобщённое решение организационных проблем, заключающееся в математическом синтезе необходимых структурно-функциональных составляющих ИТС, осуществляющих управление полным перечнем ресурсов предприятия и решение всех инженерных вопросов. Для моделирования перспективных вариантов инженерной службы мы вводим понятие её структурно-функционального базиса В^ и

предлагаем механизм структурообразова-ния.

Структурно-функциональный базис производственной системы ВП - это конечное множество организационных эле-

ментов, связанных организационными отношениями и обуславливающих пространственно-временное взаимодействие вещественных, энергетических, информационных и интеллектуальных ресурсов производственной системы [3]. Задача моделирования ИТС как управляющей системы сводится к синтезу её структурно-функционального базиса ВИТС. Этот процесс поэтапный и осуществляется в соответствии с целевыми направлениями системы управления: качество работ, экологич-ность, безопасность, прогнозируемость производства, высокие показатели работы машин, социальные условия и др.

В современной науке понятие структуры обычно соотносится с понятиями системы и организации. Структура выражает лишь то, что остаётся устойчивым, относительно неизменным при различных преобразованиях системы, организация же включает в себя как структурные, так и динамические характеристики системы,

обеспечивающие её направленное функционирование.

Исходя из принципа соответствия управляющей системы управляемой [4], можно сказать, что структурно-функциональный базис инженерной службы бИтс

как управляющей системы должен соответствовать базису управляемой производ-

ственной системы Б^ . Данное утверждение можно представить в виде отображения ^ • ПИТС V пПС

а.Б иИ ^ Б ^ . (1)

Для разработки метода синтеза базиса Б ИТС рассмотрим его графическую интерпретацию (рис. 1) и введём ряд понятий и обозначений.

Уровень 0

ь в т е в

5

н ь льа

аон

и ц

к

н

у

ф-

-о

н р

турк у

р

т

о

Узел и01

Узел и1

11

Уровень 1

Уровень к-1 Уровень к

ь в

н

е в

н ь

и£11

и®[к-1)1 _

<

ь в т е в

§

Уровень к+1

¡Узелцг+1)п; м

I I я

н о

и ц

к

н

у

ф

-о

н р

тур

к

у

р

т

о

V

с >- 1 с > X г ^ а 1 а \ г < Л ) г < « X т

Управляемая производственная система (ПС)

Рис. 1. Графическое представление структурно-функционального базиса

Если каждому входному сигналу соответствуют один или несколько выходных, то структурно-функциональный базис ИТС и производственную систему (ПС) можно представить математически в виде отображений

ПС: У п V ^ М,

БИТС : 5 П X ^ У У В,

(2)

где У - множество выходных управляющих сигналов ИТС, у е У;

Х - множество сигналов обратной связи, генерируемых производственной системой (ПС), х еХ;

£ - множество сигналов внешних систем об инновациях, контролирующих органов и т.д., е£;

Б - множество откликов ИТС на анализ инновации, отчёты в контролирующие органы, выставки, обмен производственным опытом, еБ;

V - множество внешних возмущений управляемой системы ПС (V е V);

М - множество выходных сигналов управляемой производственной системы ПС, ш\ еМ. Узел (участок) и^ - элемент структуры базиса Б^. Базис состоит из множества узлов и, поэтому и.

Аналогами узла можно считать рабочие места или участки.

Структурно-функциональная ветвь / - группа узлов объединённых связями для приёма, обработки информации и принятия управленческих решений, ориентированных на конкретные функции (специализированная группа). В реальных ИТС структурно-функциональная ветвь аналогична специализированному отделу службы.

Вершина базиса и01 - узел, одновременно принадлежащий всем функциональным ветвям базиса (корень или ось базиса).

Уровень компетентности - один или множество узлов структурно-функциональной ветви, объединённых горизонтальными связями. Вершина базиса находится на верхнем нулевом уровне компетентности.

Компетентность - образование, опыт, навык, права, информированность.

Связь горизонтальная - подмножество сигналов взаимодействия с между узлами одного компетентного уровня структурно-функциональной ветви.

Связь вертикальная - подмножество сигналов взаимодействия между узлами разных компетентных уровней одной ветви.

Горизонтальные и вертикальные связи являются внутренними связями между узлами одной структурно-функциональной ветви базиса. Именно они в сочетании с узлами образуют структуру ветви.

Запросы - разновидность внутренних связей базиса щ+ц между узлами различных функциональных ветвей. Данные связи-запросы могут иметь как горизонтальную, так и вертикальную ориентацию. Лучший вариант, когда узлы разных ветвей могут обмениваться запросами напрямую (горизонтальная интеграция), тем самым, избавляя свои верхние уровни компетентности от лишней загрузки. Запросы не образуют иерархию структурно-функциональных ветвей, но при некоторых внешних обстоятельствах могут существенно влиять на структурные изменения ветвей и самого базиса.

Внешние связи базиса - множество сигналов взаимодействия узлов базиса с управляемой системой X и внешними системами

Мощность узла структурно-функциональной ветви (/) - множество действий узла по обработке всех сигналов и запросов для принятия управленческих решений и документирования операций, выполняемых в единицу времени.

Структурно-функциональная пара -два узла одной функциональной ветви, объединённые горизонтальной или вертикальной связью. В структуре ветви можно выделить пары двух типов - вертикальную и горизонтальную.

Синтез структурно-функционального базиса необходимо осуществлять поэтапным синтезом его отдельных структурно-функциональных ветвей. Здесь необходимо раскрыть причины возникновения структурно-функциональных пар обоих типов, поскольку именно этот процесс обуславливает возникновение и эволюцию как отдельной ветви, так и всего структурно-функционального базиса управляющей системы.

Механизм возникновения или ликвидации пар вертикального и горизонтального типов в отдельно взятой ветви основан на выполнении ряда условий.

Условия возникновения и существования структурно-функциональной пары горизонтального типа - если мощность одного узла щ-, имеющегося на к-м уровне ветви /, меньше требуемой постоянной для данного узла мощности Ы/кг, и увеличение мощности рассматриваемого узла невозможно по ряду технических, стоимостных или других причин, то на данном уровне появляется дополнительный узел. Вновь появившийся узел образует с имевшимся ранее на к-м уровне узлом горизонтальную связь с . Данное условие возникновения пары горизонтального типа имеет вид

п& < . (3)

Если на к-м уровне количество узлов превышает единицу, то уровень становится участком с разделением обязанностей.

Условия ликвидации структурно-функциональной пары горизонтального типа - если на к-м уровне имеются несколько узлов с горизонтальными связями и выполняется условие

I I

X ПАа >Х Хца , (4)

г=1 г=1

то при неизменной функциональной

I

нагрузке уровня X N к создаются предпо-

г=1

сылки для того, что более мощные узлы начинают поглощать рудиментные узлы меньшей мощности. В итоге происходит уменьшение количества узлов (сокращение рабочих мест) и ликвидация лишних горизонтальных связей на к-м уровне ветви.

Условия возникновения структурно-функциональной пары вертикального типа (нового уровня компетентности):

1. Если на уровне к ветви имеется больше одного узла с горизонтальными связями и централизация управления данным уровнем перегружает вышестоящий уровень, то при неизменной загрузке уровня к создаются предпосылки для возникновения нового уровня компетентности. Данный уровень будет располагаться между уровнем к и вышестоящим уровнем, при этом индексация уровней изменится. Изначальный уровень к получит индекс к+1, а новый уровень будет иметь индекс к (рис. 1). На новом уровне появится один новый узел, который образует вертикальные связи г с узлами уровня к-1 и к+1. Таким образом, появляются структурно-функциональные пары вертикального типа.

2. Если компетентность узла (узлов), имеющихся на уровне к ветви, недостаточна для выполнения множества действий, возлагаемых на уровень к. В данном случае имеются предпосылки для образования вышестоящего уровня компетентности с новым узлом и вертикальных связей между этим узлом и узлами исходного нижестоящего уровня.

Условия возникновения новых уровней компетентности и условия их существования требуют дополнительных исследований.

Выполнение первого условия может происходить следующими способами:

а) если компетентность какого-либо из узлов изначального уровня к достаточна для централизации управления уровнем к либо может стать таковой в кратчайшее

время, то данный узел разрывает текущие горизонтальные связи и перемещается на вновь образуемый вышестоящий уровень компетентности. Новый уровень получает индекс к, а изначальный уровень получит индекс к+1. При этом между перемещённым узлом и узлами уровней к-1 и к+1 создаются вертикальные связи. Перемещённый узел продолжает частично выполнять свою изначальную функциональную нагрузку и дополнительно нагрузку по централизации управления уровнем к+1. Часть нагрузки перемещённого узла перераспределяется между узлами управляемого уровня. Здесь может возникнуть перегрузка узлов уровня к+1, но вероятность появления нового узла и горизонтальных связей на уровне к+1 с целью замещения перемещённого узла минимальна;

б) если компетентность какого-либо из узлов изначального уровня к достаточна для централизации управления уровнем к, то данный узел разрывает текущие горизонтальные связи и перемещается на вновь образуемый вышестоящий уровень компетентности. Новый уровень получает индекс к, а изначальный уровень получит индекс к+1. Перемещённый узел выполняет только нагрузку по централизации управления уровнем к+1. С целью замещения перемещённого узла на уровне к+1 появляются новый узел и горизонтальные связи. При этом между перемещённым узлом и узлами уровней к-1 и к+1 создаются вертикальные связи;

в) если создаётся новый уровень с новым узлом, который не присутствовал ранее в структуре ветви.

Теперь рассмотрим механизм влияния запросов ) на структуры имеющихся функциональных ветвей и структуру базиса в целом. Если какой-либо узел функциональной ветви тратит большую часть мощности на обработку и обмен запросами с узлами других функциональных ветвей базиса в ущерб остальным своим действиям (т.е. приобретает высокую компетентность извне), то создаются предпосылки для выведения данного узла из структуры текущей ветви, создания для него новой ветви, и перемещение узла на

уровень 1, подконтрольный вершине базиса и01. Дальнейший механизм эволюции новой ветви будет подчиняться вышеописанным условиям образования структурно-функциональных пар вертикального и горизонтального типов.

Методы противодействия росту структур управления и образованию излишних пар различных типов: принятие на работу опытных и образованных специалистов; постоянное повышение квалификации сотрудников; автоматизация рабочих мест специалистов; формирование и использование единой базы знаний предприятия; использование Интернет-ресурсов; создание социально-бытовых условий; материальное стимулирование сотрудников и др.

Исследование процессов принятия решений в современных ИТС сельхозпредприятий и других организациях позволяет сделать вывод, что подсистемы управления стали более открыты для внешних систем. Этому способствуют современные информационные коммуникации. Специалист среднего звена может сам собрать извне всю интересующую информацию и представить руководству ИТС на согласование готовый проект, тем самым, избавив его от лишней загрузки. Показанное в модели (2) множество сигналов внешних систем 5, поступающее в ИТС, можно представить в виде объединения

5 = и , (5)

где 50 - множество сигналов внешних систем от руководства предприятия, внешних контролирующих органов, рекламные материалы, поступающие к руководителю ИТС (на нулевой уровень);

- множество сигналов внешних систем, поступающих на к-й уровень функ-

циональной ветви / (рекламные материалы, характеристики технических объектов, технические нормативы и пр.), минуя руководителя службы.

Аналогично множество откликов ИТС Б на внешние сигналы можно представить в виде объединения

в = Во и . (6)

Здесь нужно отметить, что ИТС не будет являться полностью функциональной системой по отношению к внешним системам, генерирующим сигналы. Приоритет в получении сигналов обратной связи будут иметь вышестоящее руководство предприятия и внешние контролирующие органы, а также та часть внешних систем, предложения которых совпадают со специализацией ИТС или отрасли предприятия.

Для того чтобы дать математическое определение структурно-функционального базиса ИТС, воспользуемся условными обозначениями рисунка 1 и выражений (5), (6). Запросы между отдельными функциональными ветвями при наличии единой базы знаний предприятия обозначим как

множество Фд, а запросы в сети Интернет

-

Структурно-функциональный базис ВИТС системы управления есть множество

структурно-функциональных ветвей Е, каждая из которых представляет собой группу узлов и^кг £ Ц, таких, что выполняются условия:

1. Для нулевого уровня компетентности (к=0)

и01: ^о П 2 П Фо ПIо ^ У и Во.

2. Для промежуточных уровней компетентности

и

: 2

Дк1 : (к+1)1 И/(к-1)

П Г/

П Ж/к П ф к П / П 5 к ^ У к и 2 к и В

/к 1 1V

/к

/к

/к

/к

Для уровня, контактирующего с ПС (к = тах),

иЛ • х П ,П ^ ,П Ф„* ,П ^ ,П ^ у и ^ ,и

дк =тах) 1 1 /(к-1) 11 /(к=тах) 11 /(к=тах) 1 1 /(к=тах) 11 /(к =тах) / /(к=тах) ^ /(к=тах)

Такое математическое представление базиса ИТС показывает возможные затраты времени сотрудников на обработку всех необходимых в управленческой деятельности сигналов и формирование откликов в виде управленческих решений, ремонтно-

регулировочных мероприятий, отчётов, документирования процессов, ответов на запросы и т.д.

Автоматизация управленческой деятельности и внедрение единой базы знаний предприятия может привести к достиже-

нию следующих условий: Wfk^■m\n, Т^^-тт, т.е. сократится число промежуточных согласований производственных вопросов как на горизонтальном, так и вертикальном уровнях, либо сократятся затраты времени на их осуществление.

На данный день мы выделили три типовых структурно-функциональных базиса возможных ИТС сельхозпредприятий.

В^ = и01 - предприятие содержит одного или двух инженерно-технических работников в качестве консультантов и для взаимодействия со сторонними инженерными структурами, которые решают все вопросы производственной и технической эксплуатации машинных парков хозяйства;

В^ э /1 - предприятие имеет собственную ИТС, которая состоит из одной структурно-функциональной ветви, ориентированной на решение вопросов производственной эксплуатации МТП и его хранение. Техническим сервисом машин занимаются сторонние предприятия. Такой тип базиса характерен для хозяйств, полностью перешедших на импортную технику, и его можно считать неустойчивым по времени. Он, как правило, существует в гарантийный период эксплуатации машин.

В™ э Р - предприятие имеет ИТС,

состоящую из множества функциональных ветвей, ориентированных на комплекс задач производственно-технической эксплуа-

тации машин. Такой базис наиболее распространен на отечественных сельхозпредприятиях.

На основе представленной модели целесообразно проводить дальнейшие исследования механизма структурообразова-ния с разработкой алгоритма синтеза систем управления производством и компьютерной программы для его реализации. Это будет способствовать автоматизации моделирования оптимальных инженерных служб сельскохозяйственных предприятий в заданных условиях производства.

Литература

1. Акчурин, А.Г. Теоретические основы построения инженерно-технической службы в сельскохозяйственных предприятиях: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / А.Г. Акчурин. - Москва, 1976. - 38 с.

2. Инженерная служба в хозяйстве. -Ростов-на-Дону: Ростовское книжное изд-во, 1972. - 159 с.

3. Хачатуров, С.Е. Организация производственных систем. Теоретическое основание организационной науки / С.Е. Ха-чатуров. - Тула, 1996. - 202 с.

4. Кожухар, В.М. Основы теории организации: учебное пособие / В.М. Ко-жухар. - 2-е изд. - Москва: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К0», 2006. - 184 с.

Сведения об авторе

Никитченко Сергей Леонидович - канд. техн. наук, доцент кафедры механизации растениеводства Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел. 8-919-89-25-562. E-mail: binomsofta@mail.ru.

Information about the author Nikitchenko Sergey Leonidovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the plant growing mechanization department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8-919-89-25-562. E-mail: binomsofta@mail.ru.