автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Модели и методы информационной поддержки принятия решений в управлении сложными технологическими процессами

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

/ ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ІНФОРМАЦІЙНОЇ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ В УПРАВЛІННІ СКЛАДНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ

05.13.06. — Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

ДИСЕРТАЦІЇ НА ЗДОБУТТЯ НАУКОВОГО СТУПЕНЯ КАНДИДАТА ТЕХНІЧНИХ НАУК

/

УДК 681.32

ДУРМАН МИКОЛА ОЛЕКСАНДРОВИЧ

АВТОРЕФЕРАТ

ХЕРСОН 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі інформатики та обчислювальної технії Херсонського державного технічного університету.

Науковий кандидат технічних наук, доцент, Рогальський Франц

керівник: Борисович, Херсонський державний технічний університет,

проректор, завідувач кафедри інформатики та обчислювальної техніки

Офіційні

опоненти:

Доктор технічних наук, професор, Петров Едуард Георгійович, Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри системотехніки

Кандидат фізико-математичних наук, доцент, Львов Михайло Сергійович, Міжрегіональний інститут бізнесу, м. Херсон, директор обчислювального центру

Провідна Інститут кібернетики ім. В. М. Глушкова НАН України

установа:

Захист відбудеться -А,- ь Са£узХУ<^2000 р. О Д'Ь годині на засідаь спеціалізованої вченої ради К67.052.01 при Херсонському державному технічно: університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корп. З, ауд. 32(

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Херсонського державне технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 6. < корп. 1.

Автореферат розісланий "^і1 С'ч-УА^Ч 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченаіраяя:^—■—------------------------> Костін В. О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

лктуальність теми. Перехід економіки України до ринкових відносин об’єктивно агає вивчення та вдосконалення форм і методів управління на рівні основної юдарської ланки, зокрема промислових і сільськогосподарських об’єктів. Спад збництва, криза неплатежів, невизначеність цінової політики, економічний ризик нші чинники потребують оновлення стратегії і тактики розвитку вказаних :ктів, трансформації критеріїв пришиття управлінських рішень, застосування легальних методів господарювання.

Зк відомо, виробництво складається з конкретних матеріальних технологічних цесів. Кожний технологічний процес супроводжується відповідною зрмаційною технологією, яка повинна забезпечувати його спостережиість та званість. Складність сучасних виробничих систем, до яких входять :мопов’язані технологічні процеси, у багатьох випадках призводить до ізначеності при прийнятті управлінських рішень. Відповідне рішенім проблеми ’язане з необхідністю його інформаційної підтримки. В той же час у багатьох рах, зокрема в сільському господарстві, робота в цьому напрямку знаходиться в атковому стані. Тому необхідна розробка методології, моделей, інформаційних юлогій, систем підтримки прийняття рішень, які б надавали можливість івникам промислових та сільськогосподарських об’єктів, спираючись на досвід ;улих років і потужність сучасних комп’ютерів, приймати необхідні рішення при авлінні складними технологічними процесами.

У процесі роботи над дисертаційним дослідженням автор спирався на праці івців, які спеціалізуються в цій проблематиці: О. О. Башликова, В. М. Глушкова, ІО. Єкатеринославського, М. Ф. Кропивко, Є. К. Міхеєва, О. О. Первозванського, ). Полуектова, О. Д. Поспєлова, В. І. Скурихіна, В. Є. Ходакова.

Зв’язок роботи з науковими програмами та. планами. Дисертаційне дослідження водилося у відповідності з державними науково-технічними програмами, які рмульовані у Законі України «Про наукову і науково-технічну діяльність» та в ані України «Про національну програму інформатизації» — 6.2.1 -

уіектуалізація процесів прийняття рішень; 6.2.2 - Перспективні інформаційні яології та системи; а також планів Міністерств освіти, економіки України, по ісогіському державному технічному університету та “Програми реформування номіки Херсонської області на період 1996-2000 рр”.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційного дослідження є розвиток та працювати елементів прикладної теорії автоматизованих систем управління і :рументарію, в частині систем підтримки прийняття рішень, та розробка ормаційних технологій на основі математичного апарату із застосуванням истико-аналітичного підходу для розв’язання різноманітних задач управління адними технологічними процесами з врахуванням динаміки зовнішнього едовища і нестабільності параметрів системи.

Мета відповідно визначила такі задачі:

1. Аналіз існуючих методів, моделей та алгоритмів прийняття рішень в умовах изначеності.

2. Розробка математичних моделей складних технологічних процесів як об’єкт управління.

3. Формалізація моделей та розробка алгоритмів знаходження оптимальні технологічних процесів.

4. Розробка компонентів та структури системи підтримки прийняття рішень використанням нових інформаційних технологій.

5. Проектування і розробка підсистем оперативного управління на оснс еврисгико-аналітичного підходу.

6. Оцінка ефективності розроблених моделей, методів та алгоритмів підтримі прийняття рішень та їх апробація на практиці.

7. Впровадження і практичне використання елементів систем підтримі прийняття рішень у виробництві.

Методи дослідження. Для розв’язання поставлених задач у дисертаційній робо використовуються математичний апарат теорії множин, теорії оптимально управління, системний підхід, математичне моделювання, методи, експертно оцінювання, лінійне програмування тощо.

Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в наступному:

1. Розроблено і доопрацьовано елементи прикладної теорії і проблеми орієнтованого інструментарію розв’язання задач управління технологічна процесами у вигляді математичних моделей, алгоритмів і програм, що реалізують за допомогою проіресивних інформаційних технологій.

2. Розроблено методику економічної оцінки ефективності значущос технологічних операцій на основі оцінки вагових коефіцієнтів, коефіцієнт критичності та коефіцієнтів своєчасності виконання технологічних операцій.

3. Отримано варіант економіко-математичної моделі технологічного процесу врахуванням прийнятих допущень, а також затрат на проведення того чи іншо; варіанту технології. Показана методика розрахунку ризику при проведен технологічних операцій.

4. Розроблено модель прийняття рішень при проектуванні ресурсозберігаючі технологій на основі евристико-аналітичного підходу.

5. Запропоновані конструктивні рішення по реалізації взаємодії програмні модулів у системі та структуризація її організаційної частини за видак функціональних і інструментальних компонентів. Проведена регламентац організаційно-технологічних процесів розв’язання задач.

Практична цінність роботи полягає в наступному.

1. Проведені теоретичні дослідження стали основою для розробки ря; наукових рекомендацій, пакетів прикладних програм, підсистем управління.

2. Розроблені методи та алгоритми дозволяють створювати математичні модел програми для розв’язання широкого кола управлінських задач на промислових • сільськогосподарських об’єктах, а також створювати комп’ютеризовані систе\ управління цими системами на основі новітніх інформаційних технологій.

3. Побудовані елементи системи підтримки прийняття рішень, які полегшую’ прийняття рішення для спеціаліста-практика та зменшують навантаження на ньог Це, в свою чергу, підвищує продуктивність праці.

з

Результати роботи у вигляді підсистем та шкетів прикладних програм зваджені в Інституті зрошуваного землеробства ААН України, господарствах £ Херсонської області, на ВО “Херсонські комбайни”. Наукові положення, іовки, рекомендації дисертаційної роботи використовуються в навчальному цесі ХДТУ. ’

Зсобистий внесок. Всі положення, які виносяться на захист, належать особисто >ру і не містять результатів, ідей або розробок, що належать співавторам, спільно ими опубліковані наукові праці. .

Чпробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи звідалися на науковому семінарі “Прикладні проблеми інформатики” з проблеми >ернетика” (Херсон, 1996-1999 рр.), науково-технічній конференції “Регіональні зрмаційні ресурси” (Херсон, 1997 р.), науковій конференції з математичного елювания (Херсон, 1998 р.), конференції “Інформаційні технології в освіті та івлінкі” (Н. Каховка, 1999 р.), міжнародному симпозіуму “Методи дискретних зливостей в задачах математичної фізики” (Феодосія, 1999 р.)

Тублікації. Результати виконаної роботи відображені в 8 друкованих працях. Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох йлів, висновку, списку використаних джерел із 192 найменувань, чотирьох їтків. Основний зміст роботи викладено на 150 сторінках тексту, вона містить 22 /нків та 5 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

/ вступі обгрунтовано актуальність теми, показана необхідність розробки іматичних моделей, алгоритмів і програм для створення інформаційної гології підтримки прийняття рішень при управлінні технологічними процесами, ірмульовані мета, задачі, визначені межі досліджень, показана наукова новизна і стична цінність роботи, відображені основні результати проведеного :ртаціґшого дослідження.

/ першому розділі проаналізовані особливості використанім системного аналізу складних технологічних процесах. Відзначено, що автоматизація ськогосподарських технологічних процесів відрізняється від промислових шою невизначеністю умов функціонування, відносною непередбаченістю ідііікїі, неможливістю перериванім вже запущеного процесу. Все це є головною яикодою для більш широкого використання тут системного підходу, юлогічний процес (ТП) вирощування сільськогосподарських культур в цьому ідку належить до класу таких динамічних систем, які шляхом зміни своєї грішкьої структури і характеру зв'язків із навколишнім середовищем ведуть до знання поставлених перед ними цілей в умовах, коли заздалегідь невідомо про кий буде стан навколишнього середовища в майбутньому, іиконано початкову декомпозицію внутрішньої структури моделі юлогічного процесу як об’єкту управління (рис. 1.), яка представлена як мозв'язок чотирьох функціонально різних підсистем: об'єкта управління; :ктивного блоку; блоку зворотного зв’язку та оперативного блоку. Останні три истеми утворюють систему управління об’єктом. Проведено аналіз та визначено іливості проектування систем управління у землеробстві, які допускають

розбиття аналізу на етапи, відповідно до окремих задач. Таким чином, п{ розв’язанні технологічних задач, перелік і якісна сторона етапів та інформаційні зв’язок між задачами дещо інші, ніж при розробці системи бази знань а< автоматизованої системи управління виробництвом (рис. 2.).

Впливи зовнішнього середовища

Рис. 1. Узагальнена схема моделі управління технологічним процесом

Проведений аналіз показав, що при вирішенні досліджуваної в даній робс проблеми, строга формалізація навряд чи можлива, оскільки застосування такі методів потребує глибокого вивчення явищ і процесів. Етап розробки моделі

іжним між системним аналізом та програмуванням. Відповідно, ражаються як адміністративно-управлінські, так і технологічні аспекти ціонування системи, модель якої будується. Тому необхідне розбиття процесу алізації моделі на деяке число невеликих задач, результати яких піддаються іірці. При формалізації ТП вирощування сільськогосподарських культур як та управління проведено декомпозицію даних, декомпозицію процесів, ібку транзакцій, логічне проектування, уточнення технічних деталей.

2. Узагальнена схема інформаційного зв’язку задач планування, управління рийняття рішень

формульовано перелік проблем управління складними технологічними :сами у промислових та сільськогосподарських підприємствах, ізглянуто сучасні інформаційні технології в управлінні та проблеми інтеграції виробничий процес. Окреслено межі дослідження та розробки системи имки прийняття рішень.

результаті проведеного аналізу сформульована мета,. поставлено задачі цження та визначені його межі.

другому розділі проводиться аналіз існуючого рівня задач планування, ілішїя та прийняття рішень у частіші побудови систем підтримки прийняття іь (СППР). Окреслено задачі та методи прийняття рішень, приводяться >етні етапи розв’язання задачі прийняття рішення (ЗПР).

здано класифікацію СППР та задач прийняття рішень. Визначено, що алізація ЗПР є частиною діяльності СППР у просторі прийняття рішень по тції своїх цілей. Розглянуто запропоновану узагальнену методику формалізації та її фази, на початковому етапі якої необхідна участь експертів, ізначено методику використання моделей прийняття рішення в умовах наченості.

Класична та поведінкою моделі прийняття рішень у системах підтримкі прийняття рішень за умов невизначеності будуються за допомогою таких шєсті конструкцій:

1) множина А альтернатив а, об'єктивно прийнятних для досягнення цілі;

2) множина А' альтернатив, що людина сприймає та розглядає, А є А';

3) множина Ъ можливих станів природи г, що не контрольовані людиною;

4) множина О можливих рішень о; .

5) функція виходу р виражає зв'язок між комбінацією будь-якої альтернативи а : будь-яким станом природи ъ та будь-яким рішенням о: звідси виділяється множин; Оа рішень при альтернативі а, де — Оа підмножина Ой Оа= |^р(а,г).

, г

6) функція виграшу виражає відповідність між будь-яким рішенням о та йоп виграшем

Система переваг — це суб'єктивний відбиток цілі суб'єктом, або оцінені судження V: О —» й , де О — множина виграшів g.

Складова функція со визначається як композиція функції висновку р та функці виграшу и, тобто ш = \>р.

Таким чином, множина Са виграшів по альтернативі а визначається яі підмножина Є така, що ва =со(а,г).

Функція виграшу — це єдина конструкція, що у семантичному розумшн відрізняє класичну модель прийняття рішень від поведінкової.

Об’єктивна — класична модель — будується на припущенні, .що функці: виграшу — дійснозначна, яка лінійно впорядкує всі висновки.

Суб’єктивна — поведінкова модель — будується на припущенні, що функці: виграшу має тільки деяку множину значень, які можна оцінити.

Показано перспективи застосування та розвитку СППР.

У третьому розділі розглянуто розв’язання ЗПР для управління виробництвом Це можливо зробити тільки при наявності моделі самого технологічного процесу тому в роботі розглянуто модель ТП вирощування сільськогосподарських культур.

Описана методика оцінки вагових коефіцієнтів та коефіцієнтів своєчасиост проведення технологічних операцій (ТО). Подано варіант математичної модел технологічного процесу з врахуванням прийнятих допущень. Для опису процес; побудовано узагальнену модель процесів вирощування сільськогосподарськиз культур у вигляді системи рівнянь, які враховують динаміку ТП. При цьому ТГ розглядається з точки зору моделювання своєчасності проведення ТО та ї; критичності.

ТП вирощування сільськогосподарської культури Т є послідовністі технологічних операцій О і, направлених на одержання врожаю Р, тобто

т=й°і—(і:

і=і

Кожна операція О; має свій ваговий коефіцієнт (ВК), коефіцієнт критичност (КК) та коефіцієнт своєчасності (КС). Значення вагового коефіцієнту а і полягає і тому, що кожній операції, яка входить в ТП, ставиться у відповідність деякі

ення — її внесок у кінцевий врожай. КК операції впливає не на суму вагових >іцієнтів операцій, а в цілому на врожай Р, і на початку планування він дорівнює я всіх операцій. КС проведення операції існує для всіх операцій і показує, чи в імальні строки 1* починається запланована операція.

апропоновано і детально розглядається інтегральне рівняння динаміки ологічного процесу. Інші чинники враховуються емпірично особою, що імає рішення. Вказане інтегральне рівняння динаміки ТП має вигляд: п Ік+Ті Т;

? = £(0Ч*(1- |ч*Ті,Ой))*(1-/ф(Ті,і)Л)) + Ро, (2)

і=1 (к 0

,е Б — функціонал цілі, величина випуску продукції, зокрема врожай іщуваної культури; а.— нормативний ваговий коефіцієнт операції у врожаї; птимальний час початку операції; Ті — тривалість проведення операції; чг — *ція своєчасності проведення операції; <р — функція критичності операції; Р0 — шкові члени вищих порядків.

Рис. 3. Функція своєчасності проведення операції

Рис. 4. Функція критичності операції

Як видно з рівняння (2), в ньоліу відсутні КК та КС, але £ відповідні функції, іц впливають на врожаіі Р у цілому та ВК відпозідно. Це дає можливість застссуванн механізму динамічної зміни коефіцієнтів критичності.

Початкові значення ВК, КК та КС задаються на початку експлуатації системи н основі експертного оцінювання. На їх основі експериментальним шляхом бул підібрана форма кривої, яка б апроксимувала отримані дані.

На рис. 3. та рис. 4. подані графіки функцій своєчасності та крктичносі проведення операцій. Для кожної технологічної операції в такий спосі визначаються проміжні та критичні строки її проведення. Застосовуючі різноманітні методи інтерполяції, можна отримати значення коефіцієнт критичності не тільки в точках, що відповідають табличним, але й в будь-якн: інших, що знаходяться на цих кривих.

Коефіцієнт критичності VI існус для всіх операцій, але проявлятися вік мож тільки у випадку переходу операції до множкнк критичних. У цьому випадку

тобто, чим довгеє не проводиться критична операція, тим більша частка врожаю 1 втратиться.

Методики експертного оцінювання ВК, КК та КС аналогічні, але в перідом випадку експерти визначали тільки вагові коефіцієнти, а в другому — визначал: проміжні та граничні строки проведення ТО, а також втрати врожаю, щ відповідають цим строкам, а в третьому — оптимальні строки початку.операцій. К( існує для всіх ТО і показує, чи в оптимальні строки ік починається запланован операція. Якщо сока розпочинається вчасно, то відповідне значення функції Ч (коефіцієнт своєчасності) дорівнює нулю і загальний Баговий коефіцієнт операц: дорівнює а;. У випадку її початку раніше чи пізніше оптимального строку, яки: визначається попередніми операціями чи розвитком рослин, відповідний вагови: коефіцієнт зменшується на величину, яку можна розрахувати, виходячи з наведени графіків. Для кожної ТО визначається своя криза. Таг;, з одних операціях вона мож приймати вигляд *Рі(0, в других — 4*2(О, з третіх — 'ї'з(І), і т. д.

Для технологічного, процесу вирощування сільськогосподарських культу будується матриця динамічної зміни коефіцієнтів критїгчпссті ТО (рис.5). В ні; стовпцями є операції, а рядками — культури, що вирощуються. На перетик відповідних культур та операцій знаходяться значення вагових коефіцієнтів (вкладу операції в урожай цієї культури. Кожному елементу матриці відповідають вектор; (списки пар значень) проміжних та граничних термінів проведення операції ^ т відповідні коефіцієнти критичності цієї операції. На рис. 5. зображені дискрета значення КК, які вкосяться в матрицю при її попередньому заповненні і можут змінюватися ОПР в тему випадку, коли її не задовольняють раніше введені дані.

Надалі розглянуто модель ТП, в якій приймається припущенім, шо всі операц; повинні виконуватися в оптимальні строки, але внаслідок випадкових збурень ч: обмеженості рссурсів цйй постулат може не виконуватися.

(3)

о

5. Матриця динамічної зміни коефіцієнтів критичності технологічних операцій ^оді теоретично можливий врожай описується наступним чином:

р =2аі • №

і=1

кінцевий врожай

гп т

Рк=0-2уі)*£“і- (5)

І=1 і=\ .

се с*д — вагові коефіцієнти операцій, які проводилися;

'і — коефіцієнти критичності операцій.

ї звичайних умовах невиконання будь-якої з критичних операцій (яка є юв’язковою) призведе до втрати врожаю

АР = а;. (6)

Іри виникненні позаштатної ситуації, проводячи аналіз поданої інформації гачається, що операція перейшла до класу критичних. Інформацію може івати як ОПР для перевірки своїх гіпотез відносно розвитку ситуацій, так і іайний оператор для прогнозування подальшого розвитку подій.

Іаприклад, такою позаштатною ситуацією може бути посуха. Якщо не провести ів вчасно, то загине весь врожай, а ррн непроведенні в заданий термін — його ина. При цьому буде застосовано методику оцінки критичності проведення >ації, яка покаже, що затримка з проведенням операції до її призведе до втрати каю на величину ДР^ = Р * V;. Затримка з проведення операції до \г призведе до ти врожаю Дїїк = Р * у 2 , і т. д.

Іри цьому вагові коефіцієнти інших операцій залишаються незмінними, але увається перерахунок їх абсолютного вкладу у нову величину врожаю, іизначено, що розмір втрат врожаю у випадках не проведення агрозаходу або іедення зі значними відхиленнями від проекту визначається як різниця між

10 .

розрахунковим (теоретичним) значенням врожаю Р та добутком цього показника на суму вагових коефіцієнтів операцій, які не проводилися:

-(Р*5>і), (7)

і=1

де У — розмір втрат кінцевого врожаю, п/га; Р — розрахована теоретично забезпечена врожайність, ц/га; Я;— ваговий коефіцієнт технологічної операції в частках одиниці.

В даній роботі було зроблено доповнення цих розрахунків шляхом введення коефіцієнтів критичності. В результаті формула (7) прийняла такий вигляд:

У = Р*(1-5>,)*(1-І>1). (8)

Н 1=1

де V^ — коефіцієнти критичності операцій, що проводилися.

Визначено, які статті витрат господарства можна віднести на проведення технологічного процесу. Після проведеного аналізу подано удосконалену дескриптивну модель затрат господарства (рис. 6).

Вказано, на необхідність врахування елементів ризику при проведенні операцій та подані критерії його оцінки. Після проведеного аналізу визначено, що в такому випадку його можна представити множиною підсистем-операцій, що утворюють деяку впорядковану множину Т = {О і}, і = 1, к. При цьому об’єкт може знаходитися в одному із станівБ^З, і = 1,Л де Б — множина всіх можливих станів. На цій

множині станів, у свою чергу, виділяються чотири підмножини Б,, у відповідності із

зонами ризику в залежності від величини збитків. Тому необхідно реалізовувати процес прийняття рішення по керуванню ТП, який би в тій чи іншій мірі компенсував збурення зовнішнього середовища шляхом зміни структури ТП або переводу в безризикову зону. В цих випадках при пошуку оптимальних управлінських рішень для ТП необхідно вибрати оптимальну стратегію проведення ТП, під чим ми розуміємо технологічні операції, при використанні яких для існуючого стану З; однозначно визначається варіант рішення. Кожному стану б, при проведенні п-ої операції відповідають втрати — зменшення отримуваного врожаю. Відповідно до цього, кожному стану в; відповідає матриця втрат

ДР; =(Д^,...,ДГ",..., ), де Аґ’1 —приведені втрати врожаю при стані в,

операції п.

Реалізація кожної операції пов’язана із затратами С„, які, в свою чергу, пов’язані

з переводом процесу із одного стану в інший. В цьому випадку під станом технологічного процесу розуміють стан поля між проведенням технологічних операцій. Набір допустимих станів для кожної операції (в їх число може входити також і вихідні стани Б;), кожен з яких характеризується своєю величиною втрат і затрат, ймовірністю цього стану р( та ступенем оптимістичності стану X, і визначається за результатами розв’язання задачі прогнозу та аналізу ситуації, що виникає в цьому стані. Задачу прийняття рішення в такому випадку можна сформулювати як задачу знаходження оптимального рішення із заданої області.

. 6. Дескриптивна модель господарських затрат

к, у ситуації Я; із області критичного ризику для переводу процесу в допусти-гтаи із зони допустимого ризику застосовується критерій Ходжеса-Лемана:

Кнь = шах (^*Рз*^(сп +М" *6і)+(1-Х)шіп(Л£іп *8;)), (9)

1 і=1 J

)бмеженнях на втрати, ресурси та час пошуку стратегії рішення, а основі існуючих методів розроблено комплексний евристико-аналітичний д до планування технологій,, з врахування прийнятих гіпотез щодо :рнативності операцій та невідновлюваності збитків.

Подано різні варіанти моделей технологічних процесів вирощування сільськогосподарських культур в залежності бід спеціалізації господарства, зокрема моделі, які враховують статистичні дані; моделі, які враховуїотї. випадкові прояви зовнішніх умов; спеціалізовані моделі, наприклад, в умовах зрошуваного землеробства. ~

Важливим припущенням для моделювання технологій є гіпотеза альтернативності технологічних операцій (рис. 7.). Тут С0-Сн — стани технологічного процесу, Оі-О.м — технологічні операції

См

\

\

....*■

*

Ом

Рис. 7. Гіпотеза альтернативності технологічних операцій

Вона полягає у тому, що деякі операції можна виключити з технологічного процесу або замінити їх однією чи декількома іншими операціями. Це призведе до втрати частки врожаю, яка відповідає проведенню даної ояеррвіі, але, в свою чергу, зменшить заграти ресурсів на пройедешія ТП взагалі. Перехід від стану процесу Сі до стану С] може відбуватися різними шляхами. Відзначимо, що в такій постановці окремим випадком' може бути відмова від проьедеїшя ‘ '

операції.

Проведено формалізацію умов задачі та обмежень постановку задачі оптимізації технологічних процесії!:

" М

Z= УРщВш----------->геах ,

■ ш=і

при обмеженнях:

Ік-Ч',

оіеремої технологічної і отримано загальну

(Ю)

0< ^(Т,Д)сІ:£Ктїї

0<_| <р(Т„і)Л <ЕІмах, 0 -Мо

Т =и°і-

І-і

Сор1=:г1щ(С,,),і = ї;Іч?,

(11)

(12)

(13]

(14;

Н0

£ осД < 1 при ТПор, та ТП хш. (15)

і=1 ____________________

5,=0 або 1, і = 1,М0 , (1 ь)

М Ид

X 2^гут --&]> (17)

т=1 і=1

Я^Я,+Яа, (1В)

Не всі операції ТП можливо піддати процедурі мінімізації, тому що багато з них сто неможливо виключити з технологічного комплексу або через технологічні чини (обробка грунту, сівба, збирання), або через попередника (необхідність ведення поля в готовність, наприклад, лущіння після соняшника). Алгоритм

рахунку ТП, допускає розрахунок повної технології вирощування культур,

инаючи від підготовки Грунту до збирання врожаю.

Подано методику експертного оцінювання вагових коефіцієнтів та коефіцієнтів точності проведення операцій. Показана їх достовірність у порівнянні з вже змими оцінками.

У четвертому розділі показана об'єктивна потреба в автоматизації процедур обки інформації, що максимально відбиває умови функціонування пологічного процесу. Спеціалісту повинна бути надана можливість самому, одячи з конкретних можливостей (наявних ресурсів), складати технологічні ги перспективного планування і робити економічну оцінку кожної технологічної рації та технології в цілому. Такий програмний комплекс дозволяє эматизувати розрахунок економічних показників технологій під конкретну уацію й у діалоговому режимі, через корекцію вхідних параметрів, одержати гоманітні варіанти технологічних процесів та їх економічну оцінку. Запропоновано конструктивні рішення по реалізації взаємодії програмних [улів у системі та необхідна структуризация її організаційної частини за видами ікціональних і інструментальних компонентів. Проведена регламентація знізаційно-технологічних процесів розв’язання задач. Прикладна протрамна гема (ППС) для моделювання і упразління промисловими >ськогосподарськими об’єктами повинна забезпечувати автоматизоване з’язання функціональних задач на основі загальної інформаційної бази, що ючає предметні та ситуативні дані. Створювану на їхній основі систему можна «ставити у вигляді кортежу Р = (М, С, II, Б, О), ■

це М — набір мовних засобів для внутрішнього і зовнішнього спілкування, гочаючи проблемно-орієнтоваку мову завдань, діалогові засоби спілкування типу то, мови представлення даних у числовому, текстовому і графічному вигляді;

С — множина системних програмних модулів, що організовують і керують ікціонуванням системи в різноманітних режимах, підтримують її взаємодію з истувачами і з операційним середовищем, а також забезпечують її розвиток;

К — комплекси модулів, що безпосередньо виконують розв’язання задач гнозування ситуацій і розподіл ресурсів за допомогою системних модулів С;

Б — сукупність моделей предметних і ситуативних даних, реалізованих у вигляді баз даних або знань і використовуються в процесі функціонування прикладних К і системних С модулів;

О — схеми взаємозв'язків прикладних К і системних С модулів один з одним, а також із базами даних Б і з користувачами системи.

Побудова складної ППС на основі зазначених компонентів — ітераційний процес, що направляється, з одного боку, загальносистемними дослідженнями, а з іншого боку — практичними розробками її складових частин у рамках робочого проектування і впровадження. Загальносистемні дослідження спрямовані на з'ясовування загальної структури і характеру взаємодії компонентів ППС, класифікацію і типізацію виконуваних ними інструментально-технологічних функцій, визначення черговості їхньої реалізації і впровадження. В якості першочергових визначаються такі функції, що забезпечують якнайшвидше досягнення корисного ефекту від впровадження системи і створюють тим самим необхідні умови для її наступного розвитку. Важливість такого кроку не тільки в реалізації ідеї створення СППР, використання всіх знань, наявних у науці, а в тому, що реально проглядаються можливості об’єктивізувати управлінські рішення на будь-якому рівні, використовуючи величезний об’єм інформації, досвід кожного конкретного спеціаліста та мати у своємурозпорядженні рекомендації своєчасно й у формі точного керівництва. Узагальнена схема СППР приведена на рис. 8.

Рис. 8. Узагальнена схема СППР

Іоказано можливість застосування СППР на промислових та ськогосподарських об’єктах у масштабах регіону в різних режимах -)ативному, експертному та навчальному. Визначені перспективні напрямки для >ристання і розвитку автоматизованих інформаційних технологій для підтримки гняття рішень у сільському господарстві. Проведено опис практичної реалізації юблекої СППР та алгоритм автоматизованого формування технологічної карти.

ВИСНОВКИ

> процесі проведених у дисертаційній роботі досліджень отримані такі основні етичні та практичні результати.

. Проведено аналіз існуючого . рівня розвитку засобів підтримки прийняття :нь та аналіз моделей, що використовуються для розв’язання задач управління у дних технологічних процесах. На основі аналізу поточного стану процесів тління визначено клас методів, які можуть застосовуватися для моделювання іесів і збурень, що діють на об’єкт дослідження. Подано класифікацію задач шятгя рішень у відповідності з їх структурованістю.

Розроблені і доповнені елементи прикладної теорії і проблемно-орієнтованого зументарію моделювання задач управління складними технологічними іссами промислових та сільськогосподарських об’єктів у вигляді засобів, :лей, алгоритмів, інформаційних технологій.

. Розроблено методику формалізації задачі прийняття рішень при управлінні лисловими та сільськогосподарськими об’єктами, що дозволило формалізувати (ставлення інформації про процеси управління, скоротити терміни постановки

ч в конкретних ситуаціях і забезпечити прийняття рішень в умовах ізначеності з врахуванням динаміки процесу управління технологіями, швидкої и стаїгу навколишнього середовища та невизначеності його впливу на об’єкт.

. Розроблено методики оцінки якості та ефективності СППР, показані переваги ідик формування технологічних карт системою підтримки прийняття рішень на іну від існуючих методів. Такий підхід дозволив збільшити швидкість та ність формування технологічних карт у декілька разів, покращив наочність та ність виведення інформації та ін.

. Уточнено варіант моделі технологічних процесів вирощування :ькогосподарської продукції з врахуванням своєчасності та критичності едення операцій. Показана необхідність врахування ризику при проведенні ацій та подані критерії, за допомогою яких можна оцінити вигідність едення того чи іншого варіанту технологічного процесу.

. Доопрацьовано методику економічної оцінки технологічного процесу та мано варіант його дескриптивної моделі, який враховує прийняті раніше іцення щодо ресурсів, ризику, вигідності тієї чи іншої технології та дозволяє шити затрати за рахунок проведення комп’ютерного моделювання.

. Розроблено алгоритмічне та прикладне програмне забезпечення, що реалізує опоновані моделі та підходи з метою визначення оптимального набору ологічних операцій та визначення переваг того чи іншого варіанту ологічного процесу. Запропоновані конструктивні рішення по реалізації

взаємодії програмних модулів в системі та необхідна структуризація її організаційної частини за видами функціональних і інструментальних компонентів. У залежності від вимог користувача можливе функціонування системи в оперативно-диспетчерському, експертно-моделюючому та навчально-тренувальному режимах. Подано рекомендації щодо вибору технічних і програмних засобів реалізації системи. ‘

8. Показано можливість застосування СППР у сільськогосподарському виробництві у масштабах регіону. Визначені перспективні напрямки для використання і розвитку автоматизованих інформаційних технологій для підтримки прийняття рішень на промислових та сільськогосподарських об’єктах. Достовірність

і грунтовність сформульованих висновків і рекомендацій підтверджено впровадженням і використанням розробок у господарствах АПК Херсонської області, в Інституті зрошуваного землеробства ААН України, на ВО “Херсонські комбайни” та у навчальному процесі.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Рогальский Ф. Б., Дурман Н. А. Информационное обеспечение принятия решений в производственных системах. //Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы.-Херсон.-1997.-№1. -с. 84-101

2. Дурман Н.А. Компьютерные технологии в региональных системах

управления. //Информационные ресурсы: технологии, коммуникации. -Херсон. -1997.-с.22-24. ■

3. Дурман Н. А., Рогальский Ф. Б. Автоматизированная система проектирования выращивания сельскохозяйственных культур “Агротехнолог” //Всстник ХГТУ,-XepcoH.-1998.-X2l.-с. 128-133

4. Дурман Н. А., Рогальский Ф. Б. Информационная поддержка принятия решений при непрогнозируемых изменениях внешних условий. //Проблемы легкой и текстильной промышленности. - Херсон. 1998. -№1. -с. 228-233.

5. Дурман Н. А., Рогальский Ф. Б. Программный комплекс расчета экономической оценки эффективности значимости технологических операций. //Вестник ХГТУ .-Херсон.-1997 .-№2. -с. 117-121

6. Дурман Н. А. Эконометрическая модель трансформации сельскохозяйственных угодий.// Вестник ХГТУ .-Херсон. -1999. №2- с.71-75.

7. Дурман М.О., Рогальський. Ф.Б. Моделювання технологічних процесів у виробництвах агропромислового комплексу.//Вісник ХДТУ. -1999. -№3. - с.195-199.

8. Рогальский Ф. Б., Дурман Н. А. Разработка системы информационной поддержки деятельности центров по операциям с ценными бумагами. //Тез. докл. и сооб. -Киев: УкрИНТЭИ. -1997.

АНОТАЦІЯ

Дурман М. О. Моделі та методи інформаційної підтримки прийняття рішень в завлінні складними технологічними процесами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом

13.06 — Автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні .нології, Херсонський державний технічний університет, 2000 р.

Розглянуто питання ефективного використання комп’ютеризованих систем завління складними технологічними процесами промислових та ьськогосподарських об’єктів з використанням прогресивних інформаційних нологій.

В процесі досліджень уточнено варіант моделі технологічних процесів ющування сільськогосподарської продукції з врахуванням своєчасності та їтичності проведення операцій. Показана необхідність врахування ризику при зведенні операцій та подані критерії, за допомогою яких можна оцінити їдність проведення того чи іншого варіанту технологічного процесу.

Доопрацьовано методику економічної оцінки технологічного процесу та іимано варіант його дескриптивної моделі, який враховує прийняті раніше іущення щодо ресурсів, ризику, вигідності тієї чи іншої технології.

Запропоновані методики автоматизованих розрахунків складних нологічних процесів дозволяють значно підвищити ефективність досліджень та :ншити затрати за рахунок проведення комп’ютерного моделювання. Розроблено оритмічне та прикладне програмне забезпечення, що реалізує запропоновані іелі та підходи з метою визначення оптимального набору технологічних операцій визначення переваг того чи іншого варіанту технологічного процесу, [ропоновані конструктивні рішення по реалізації взаємодії програмних модулів у темі та необхідна структуризація її організаційної частини за видами шціональних і інструментальних компонентів.

В цілому проведені дослідження та їх результати мозкуть бути подані як робка систем представлення знань, автоматизація процедур підготовки та ійняття рішень у виробничих системах в умовах специфічності інформаційних оків.

Ключові слова: управління, автоматизована система управління, система тримки прийняття рішень, складний технологічний процес, вигідність, урсозберігакзчі технології.

АННОТАЦИЯ

Дурман Н. А. Модели и методы информационной поддержки принятия гений в управлении сложными технологическими процессами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по циальности 05.13.06 — Автоматизированные системы управления и

прогрессивные информационные технологии, Херсонский государственны] технический университет, 2000 г.

Рассмотрен вопрос эффективного использования компьютеризированны: систем управления сложными технологическими процессами в промышленных ] сельскохозяйственных объектах с использованием прогрессивных информационны: технологий.

В качестве основы выбрана модель принятия решений в условия: неопределенности, которая позволяет учитывать динамику процесса управленн технологиями, быстрое изменение состояния окружающей среды ] неопределенность ее влияния на объект.

Приведенная классификация задач поддержки принятия решении дал возможность определиться с методами и путями решения поставленной задачи, также с инструментарием для построения систем поддержки принятия решений.

Проведенный анализ моделей различных технологических процессов показа существенной отличие процессов в сельском хозяйстве от процессов : промышленности. Существующие модели сельскохозяйственных технологически: процессов малопригодны для решения задач управления производством в сил; специфики процессов, которые протекают в его производстве. С целью создани. моделей технологий выращивания сельскохозяйственных культур предложе: комплексный эвристико-аналитический метод.

В процессе исследований уточнен вариант модели технологического процесс выращивания сельскохозяйственной продукции с учетом своевременности ] критичности проведения технологических операций. Показана необходимость учет риска при проведении операций и даны критерии, с помощью которых можн оценить выгодность того или иного варианта технологического процесса.

Доработана методика экономической оценки технологического процесса : получен вариант его дескриптивной модели, который учитывает принятые ране допущения относительно ресурсов, риска, выгодности той или иной технологии.

Предложены методики автоматизированных расчетов сложны: технологических процессов позволяют существенно повысить эффективност исследований и уменьшить затраты за счет проведения компьютерног моделирования. Разработано алгоритмическое и прикладное программно обеспечение, которое реализует предложенные модели и подходы с целы определения оптимального набора технологических операций и определени преимуществ того или иного варианта технологического процесса. Предложен! конструктивные решения по реализации взаимодействия программных модулей' системе и необходимая структуризация ее организационной части по вида: функциональных и инструментальных компонентов.

В целом, проведенное исследование и его результаты могут быть поданы ка разработка систем представления знаний, автоматизации процедур подготовки : принятия решений в производственных системах в условиях специфичност: информационных потоков.

Ключевые слова: управление, автоматизированная система управленш система поддержки принятия решений, сложный технологический процесс выгодность, ресурсосберегающие технологии.

19

THE SUMMARY

Durman N. A. Models and methods of information support of decision making of untrol in difficult technological processes. - Manuscript.

A thesis on competition of the candidate degree in technical science on a speciality

5.13.06 — Automated control systems and progressive information technologies, herson state technical university, 2000 y.

The question of an effective application of the computer-controlled systems of fficult technological processes in industrial and agricultural objects with use of ogressive information technologies is considered.

During researches the variant of model of technological process of cultivation of ;ricultural production is specified in view of timeliness and criticality of realization of :hnological operations. The necessity of the account of risk is shown at realization of ierations and the criteria are given, with which help it is possible to estimate profitability this or that variant of technological process.

The technique of an economic rating of technological process is modified and the riant it model of descriptive is received which takes into account accepted before an sumption concerning resources, risk, profitability of this or that technology.

The techniques of the automated accounts of difficult technological processes are ered allow essentially to increase efficiency of researches and to reduce expenses at the pense of realization of computer modeling. The algorithmic and applied software is yeloped which realizes the offered models and approaches with the purpose of definition an optimum set of technological operations and definition of advantages of this or that iant of technological process. The constructive decisions oil realization of interaction of igram modules in system and necessary structurization of its organizational part on ds of functional and tool components are offered. .

As a whole, carried out research and its results can be sent as system engineering of formance of knowledge, automation of procedures of preparation and acceptance of the isions in industrial systems in conditions of specificity of information streams.

Keywords: management automated control system, decision support system, Icult technological process, profitability, resoursesaving technology.