CC BY
14
УДК 303.732.4
К.Ю. Дибихин, Н.В. Вагапова
СИСТЕМНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННЫМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СТРУКТУРАМИ (НА ПРИМЕРЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА)
Разнообразие методов и средств защиты растений приводит к необходимости выбора наиболее эффективных технологических решений. Специфика данной проблематики заключается в использовании системного подхода к анализу, идентификации и синтезу структур, представленных средствами наземного и авиационного комплексов. Цель исследований - разработка методики оценки эффективности наземного и авиационного комплексов на основе методов сравнительного анализа.
В соответствии с выводами, приведенными в [1], относим исследуемый объект к сложным техническим системам, представленным двумя компонентами: наземными средствами и средствами сельскохозяйственной авиации, как показано на рис. 1.
Первое направление - методы внесения минеральных удобрений и химических веществ наземным способом [2, 3], нашедшим широкое распространение вследствие следующих определяющих причин:
1) доступность и невысокая стоимость транспортных средств;
2) упрощенная схема технического обслуживания.
3) возможность интеграции в сельскохозяйственное предприятие;
4) невысокая стоимость горюче-смазочных и расходных материалов;
5) приемлемые требования к уровню подготовки персонала;
6) возможность эксплуатации в ночное время. Второе направление - сельскохозяйственные
авиационные работы - неотъемлемая часть процесса выращивания и сохранения урожаев, применяются для борьбы против насекомых-вредителей, для уничтожения гербицидами сорняковых растений. Проводимые авиацией агротехнические мероприятия также включают:
внесение минеральных удобрений; борьбу с сорной растительностью; удаление листьев (дефолиация) сельскохозяйственных культур;
ускорение созревания (десикация) сельскохозяйственных культур;
аэросев многолетних трав; внесение средств биологической защиты и стимуляторов роста.
Использование авиации обусловлено следующими преимуществами:
Рис. 1. Структурная модель сложной технической системы для проведения агротехнических мероприятий
Рис. 2. Структурная модель наземных средств для проведения агротехнических мероприятий
возможностью обрабатывать посевы в период их роста и развития;
выполнением полетов над полями во время размокания почвы;
высокой технологичностью; высокой производительностью в сочетании с высоким качеством;
высокой экономической эффективностью. Компонента, представленная наземными средствами, может быть реализована в виде структурной модели, показанной на рис. 2.
Общесистемные ресурсы распределяются между действующими и обеспечивающими компонентами. Средства сельскохозяйственной авиации в компонентном аспекте включают: действующие компоненты, выполняющие авиационные работы и обеспечивающие компоненты,
включающие средства обслуживания (СО). Сбор и анализ информации средствами приобретения (СП), ее обработка и хранение осуществляются средствами (СПОИ). В составе действующих компонент выделяем:
летательный аппарат как средство доставки
(СД);
навесное оборудование как средство исполнения (СИ);
химические вещества как средства воздействия (СВ);
культурные растения и почва как объекты воздействия (ОВ);
авиационно-техническую базу как средство базирования (СБ).
Состав средств сельскохозяйственной авиации в компонентном аспекте представлен на рис. 3.
Рис. 3. Структурная модель средств сельскохозяйственной авиации для проведения агротехнических мероприятий
Рис. 4. Структурная схема управления процессом выбора технологических структур для проведения агротехнических мероприятий
Представленные компоненты объединены ресурсами подсистемы управления. Планирование технологии осуществляется на основе анализа альтернативных технологических структур 5 5 ..., 5п и обусловлено необходимостью учета: площади обрабатываемых участков; удаленности обрабатываемых участков. Структурная схема управления процессом выбора технологических структур представлена на рис. 4.
Процесс выбора реализуется через описание
бхим =С0П81;
^ = П->тах; , (1)
Чт ->тш
где 0хим - расход химикатов на площади, кг(л)/га; П - производительность технических средств, га/ч; - коэффициент топливной эффективности, определяемый по формуле: М
1т =
_ топл
(2)
где Мтопл - количество топлива, израсходованного за производственный цикл, кг (л).
На основе расхода химикатов Qхим определяется производительность: 60 М
П =
га/ч,
(3)
О Т
П.Ц.
где Мхим - общая масса химических веществ, кг (л); ф - коэффициент загрузки средства доставки; Тпц - время выполнения производственного цикла, мин.
Методологические основы построения системы поддержки принятия решения, обусловленные рядом специфических особенностей системного подхода, заключающихся в тесной взаимосвязи
образующих подсистем, представлены функционально зависимыми: технологиями;
технологическими структурами; технологическими параметрами. Реализации, получаемые от системы поддержки принятия решения, подчинены принципам функциональной и причинно-следственной иерархии структуры уровней моделирования. Первый, наиболее высокий уровень, определяет технологию проведения агротехнических мероприятий на основе использования наземных средств или средств сельскохозяйственной авиации. Второй уровень представлен технологическими структурами, реализующими на практике этапы технологического процесса, включающие процесс технологической подготовки, подготовительные операции и, непосредственно, технологические операции. Третий уровень включает детальные описания технологических параметров и технологических режимов проведения агротехнических мероприятий, отображающих специфику использования различных подходов, методов и технологических приемов.
Обособленный, надсистемный или организационный уровень, представленный совокупностью функционально обособленных подсистем и включающий управленческие структуры, реализующие диспетчерские и координирующие функции, образует тактический и стратегический контуры управления. Наличие тактического и стратегического контуров управления позволяет осуществлять:
анализ результатов использования тех или иных технологий;
планирование предстоящих агротехнических мероприятий.
4
Представленная структурная модель процесса выбора рационального варианта совокупности организационных и технологических структур для проведения агротехнических мероприятий и приведенная на рис. 4, позволяет сконфигурировать структурно-функциональную схему системы поддержки принятия решения, представленную на рис. 5.
Концептуально схему и идеологию построения системы поддержки принятия решения о выборе оптимальной технологии проведения агротехнических мероприятий определяет его операционное ядро, представленное двумя подсистемами:
подсистемой сравнительного анализа технологических параметров средств наземного и авиационного комплексов, позволяющей производить оценку результатов деятельности подразделений агропромышленного комплекса;
подсистемой модификации базы данных, позволяющей редактировать и пополнять записи по результатам проведения сезонных агротехнических мероприятий за прошедший отчетный период.
Структурно-функциональная схема системы поддержки принятия решения обусловлена наличием тактического и стратегического контуров управления, представленных, соответственно, информационным и операционным ядром, а также подсистемой стратегического планирования.
В представленной иерархии более низкий, инженерный уровень системы поддержки принятия решения представлен информационным ядром, образованным базами данных:
технологических параметров средств наземного комплекса;
технологических параметров средств авиационного комплекса;
параметров тактических технологических операций, реализуемых наземными средствами или средствами сельскохозяйственной авиации.
Представленные в структурно-функциональной схеме базы данных являются операционной средой системы поддержки принятия решения, реализующей алгоритм функционирования системы. Данный алгоритм реализуется на основе взаимодействия исполняемых модулей с базами данных, осуществленных на основе использования
Рис. 5. Структурно-функциональная схема системы поддержки принятия решения
подсистем базовой информационной технологии. Интеграция базовой информационной технологии в агропромышленном комплексе основывается на детальном учете специфики сельскохозяйственного производства, характеризующейся уникальностью понятийного аппарата, обусловливающего необходимость установления достаточно гибких связей информационных и логико-лингвистических моделей. В общем случае, создание файла практически любой базы данных включает три основных этапа:
1. Анализ информации, подлежащей размещению в проектируемом файле базы данных.
2. Создание структуры файла базы данных с описанием параметров включаемых в записи полей.
3. Заполнение файла базы данных информацией в соответствии с заданной структурой.
В базу данных объема и параметров агротехнических мероприятий заносятся данные об общем объеме планируемых работ в соответствии с заданной структурой, определяемой совокупностью учитываемых технологических параметров.
Структура базы данных общего объема и параметров агротехнических мероприятий на территории сельскохозяйственного полигона показана в табл. 1.
Представленная структура базы данных ориентирована на описание сходных технологий, технологических приемов и технологических режимов.
В случае, когда приводится более подробная детализация планируемых сельскохозяйственных
работ, структура базы данных может быть модифицирована и ориентирована на специализацию отдельных технологических режимов в рамках описания отдельных сельскохозяйственных участков.
Детализированная структура базы данных объема и параметров агротехнических мероприятий представлена в табл. 2.
Обусловленность представленной детализацией определяет проблематику взаимоисключающих или взаимодополняющих альтернатив, заключающуюся в следующих основных положениях, определяемых концепцией создания базы данных:
создание дополнительной базы данных с «жесткой» (неизменяемой) структурой, что влечет за собой известную информационную избыточность, с вытекающими из этого затратами вычислительных ресурсов;
создание исходной базы данных с гибкой, изменяющейся структурой, допускающей ее текущую модификацию, что приводит, в результате, к необходимости использования более гибкого алгоритма функционирования системы.
База данных технологических параметров наземных средств проведения агротехнических мероприятий предназначена для хранения основных технико-эксплуатационных параметров основных и вспомогательных агрегатов и машин, оборудованных специальными средствами распределения химических веществ и биологических объектов и предназначенных для
Таблица 1
Общий объем и параметры агротехнических мероприятий
Имя поля Тип поля Описание
Q Real (Number) Объем планируемых работ
t Real (Number) Критическое время обработки
q Real (Number) Расход химикатов
S Real (Number) Общая площадь участков
n Real (Number) Количество участков
Имя поля Тип поля Описание
t Real (Number) Критическое время обработки
q Real (Number) Расход химикатов по участкам
s Real (Number) Площадь участка
n Real (Number) Количество участков
Таблица 2 Детализированная структура объема и параметров агротехнических мероприятий
проведения сельскохозяйственных работ средствами наземного комплекса.
В качестве специальных средств распределения химических веществ и биологических объектов могут использоваться интегрированные или навесные вспомогательные машины и механизмы, обеспечивающие необходимое качество внесения химикатов и соблюдение норм экологической безопасности.
Структура базы данных технологических параметров наземных средств для проведения агротехнических мероприятий представлена в табл. 3.
База данных технологических параметров средств сельскохозяйственной авиации предназначена для хранения информации о параметрах сельскохозяйственных летательных аппаратов.
Структура базы данных средств сельскохозяйственной авиации представлена в табл. 4.
Сельскохозяйственные летательные аппараты различаются рядом летно-технических характеристик:
массой пустого и снаряженного; рабочей скоростью;
максимальной массой загружаемых химикатов; емкостью топливных баков; скоростью перелета; временем производственного цикла и др.
По результатам проведенных исследований установлено:
1) исследование ряда проблем, обусловленных необходимостью анализа, идентификации и
Таблица 3
Структура базы данных технологических параметров наземных средств проведения агротехнических мероприятий
Имя поля Тип поля Назначение
kod Int (short) Уникальный код
naim character Наименование транспорта
Vtr Real (Number) Транспортная скорость
Proizv Real (Number) Производительность погрузчика
Povorot Real (Nu mber) Время поворота одного агрегата
SCHt Real (Number) Рабочая ширина захвата
Qt Real (Number) Грузовместимость
Vtr Real (Number) Рабочая скорость агрегата
Ctoit Real (Number) Балансовая стоимость трактора
Ctoitr Real (Number) Балансовая стоимость разбрасывателя
Ostanovka Real (Number) Продолжительность технологических остановок трактора, приходящихся на 1 ч
Ostanovrb Real (Number) Продолжительность технологических остановок разбрасывателя, приходящихся на 1 ч
Remontt Real (Number) Отчисление на реновацию и ремонт трактора
Remontrb Real (Number) Отчисление на реновацию и ремонт разбрасывателя
KPDm Real (Number) КПД передаточного механизма от вала двигателя к валу отбора мощности
KPDpb Real (Number) КПД разбрасывающего рабочего агрегата
KPDtr Real (Number) КПД трактора
Copr Real (Number) Коэффициент сопротивления перекатыванию разбрасывателя
Zagruz Real (Number) Коэффициент средней загрузки двигателя трактора при работе с разбрасывателем
Rashod Real (Number) Удельный расход топлива
Cena Real (Number) Цена горюче-смазочных материалов
Hranenie Real (Number) Издержки на хранение
Plata Real (Number) Часовая заработная плата
Vrem Real (Number) Время работы транспорта в день
Zagrtr Real (Number) Годовая загрузка трактора
Zagrrb Real (Number) Годовая загрузка разбрасывателя
Таблица 4
Структура базы данных средств сельскохозяйственной авиации
Имя поля Тип поля Назначение
kodik Int (short) Уникальный код
VC character Воздушное судно
naimen Character Наименование транспорта
Zaprav Real (Number) Время заправки топливом
Perelet Real (Number) Скорость перелета
Razvarot Real (Number) Скорость разворота
Visota Real (Number) Высота разворота
Vzlet Real (Number) Время взлета и посадки
Massa Real (Number) Масса загружаемых химикатов
Dvigatel Int (short) Количество авиадвигателей
Polosa Real (Number) Длина взлетно-посадочной полосы
Rulil Real (Number) Время руления до взлета и после посадки
Naletal Real (Number) Время налета в производственный день
Mdv Real (Number) Мощность двигателей воздушного судна
KoR Real (Number) Коэффициент сокращения времени разворота по отношению к стандартному
KoP Real (Number) Коэффициент межполевых перелетов
Aerodrom Real (Number) Площадь, занимаемая аэродромами авиапредприятия
Toplivo Real (Number) Удельный расход топлива
KoUd Real (Number) Коэффициент удорожания при капитальном ремонте
MMassa Real (Number) Максимальная масса загружаемых химикатов
Grunt Real (Number) Удельная допустимая нагрузка на грунт
Cena Real (Number) Цена топлива
YE Real (Number) Цена у.е.
синтеза средств проведения агротехнических мероприятий, приводит к изменению методологического подхода к их организации и управлению;
2) комплекс проблем, обусловленных спецификой исследуемой предметной области, совокупность общих и частных задач с накладываемыми ограничениями, целесообразно решать с привлечением методов системного подхода;
3) специфика организации и планирования агротехнических мероприятий с использованием наземных средств и средств сельскохозяйственной авиации приводит к необходимости их идентификации как сложных технических систем.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.
Оценку эффективности подсистем (компонент) сложной технической системы можно осуществить с помощью независимых, ориентиро-
ванных на конкретную подсистему показателей эффективности.
Идентификация сложной технической системы для проведения агротехнических мероприятий ставит задачу синтеза на основе определения критериев эффективности для множества систем (подсистем), перспективных с точки зрения включения в будущий комплекс.
В качестве критериев эффективности приняты основные классические показатели качества управления: точность, быстродействие и устойчивость; в качестве частных критериев - эффективность используемых технологий; эффективность технологических структур; эффективность технологических параметров.
Предложенные решения позволяют осуществлять системное управление организационными и технологическими структурами конфигурируемого комплекса, направленное на решение си-
стемных задач синтеза оптимальной структуры элементов комплекса, выявления их взаимосвязей и сочетаемости в процессе функционирования.
Представленные подходы и методы идентификации элементов (подсистем) комплекса
СПИСОК Л
1. Клиланд, Д. Системный анализ и целевое управление [Текст] / Д. Клиланд, В. Кинг. -М.: Сов. радио, 1974. -280 с.
2. Догановский, М.Г. Машины для внесения удобрений: Конструкции, теория, расчет и испытания
на основе анализа реализуемых ими функций и протекающих в них процессов, позволяют осуществлять системное управление их поведением в рамках выбираемой или выстраиваемой стратегии развития.
ГЕРАТУРЬ1
[Текст] / М.Г. Догановский, Е.В. Козловский. -М.: Машиностроение, 1972. -272 с.
3. Догановский, М.Г. Механизация внесения удобрений [Текст] / М.Г. Догановский, Е.В. Козловский. -Л.: КОЛОС, 1976. -320 с.
УДК 681.3.069
О.М. Проталинский, Т.В. Хоменко
КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРЕДМЕТНЫХ ЗАДАЧ ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Обострение конкурентной борьбы в рыночных условиях требует от производителей датчиковой аппаратуры изыскания резервов повышения эффективности производства при сокращении сроков создания изделия, в т. ч. сроков проектирования [1]. Для оптимальной организации начальных этапов проектирования датчиковой аппаратуры широко используются автоматизированные системы поискового конструирования [2], основным недостатком которых является использование классических методов решения задач основных этапов проектирования, неприменимых в условиях даже частичного отсутствия априорных сведений об объекте проектирования.
Следовательно, расширение потенциала автоматизированных систем поискового конструирования возможно при формировании единого пространства различных семантических и синтаксических интерпретаций задач проектирования и интегрировании выявленных взаимосвязей, которое неосуществимо без вскрытия глубинных закономерностей, лежащих в основе начального этапа проектирования.
Для этого, используя аппарат дискретной математики [3, 6] и системного анализа [4], сфор -мируем концептуальное представление задач начального этапа проектирования на основе их
последовательного отображения в теоретико-множественный контекст, которое, согласно [5], на трех уровнях абстрагирования имеет вид О,. = {К,; Л,.}, , = 1^, где
Первый уровень - абстрактный (, = 1), обеспечивающий общее представление систем знаний, = {К1; Л1} представляется:
• множеством категорий К1 = {К^ К2} первого уровня абстрагирования, где
К1 := М = {ш.к,} - информационные категории
([=йУ
«ПРОЦЕСС тД СОСТАВЛЯЮЩАЯ (т2Д ПРИЗНАК (т Д>;
К2 := Н = {к } - схемы информационных категорий (м>' =1, г');
• множеством морфизмов Л1 = {©1; Т1} первого уровня абстрагирования, где
морфизмы 01 = {р1 В1; р1 N1} отношения внутренней композиции рассматриваются как множество статических отношений информационных категорий [6]:
М рВМ :={т.[1; т'} е рВ е К х
х К1 VМр1NlM := {т.к1; .; т'^} е рВ |м е х^,
отражающих существование отображения подмножеств множества К1 вида р В1 : К1 х
