автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Модели и методы создания автоматизированных систем информационного обслуживания и управления отраслями сельскохозяйственного производства Республики Казахстан

г I и V ■■

- 8 ИДЯ

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

на правах рукописи УКД: 519.2; 681.142; 681.134.

ББК: 5.05; 32.379.

УТЕПБЕРГЕНОВ ИРБУЛАТ ТУРЕМУРАТОВИЧ

Модели и методы создания автоматизированных систем информационного обслуживания и управления отраслями сельскохозяйственного производства Республики Казахстан

Специальность: 05.13.06 - Автоматизированные системы управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук •

Москва 1995

Работа выполнена в Российском Государственном Гумманитарном Университете и Вычислительном центре Казахской академии сельскохозяйственных наук

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Квасницкий Виктор Николаевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Бурков Владимир Николаевич

доктор технических наук, профессор Росс Геннадий Викторович

доктор технических наук, профессор Майков Константин Анатольевич

Ведущая ооггиизааия - Всероссийский научно-исследовательский институт кибернетики Агропромышленного производства Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится -¡995 г. в часов на заседании

специализированного Совета Д1630101 при Всероссийском научно-исслсдэвательском институте проблем вычислительной техники и информатизации по адресу: 113114, г.Москва, 2-ой Кожевнический пер., д.4/6

С диссертацией можно ознакомиться в научно-техническом архиве ВНИИПВТИ

Автореферат разослан ¿^¿/^/У 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., с.н.с

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Казахстан является аграрной республикой. В валовом национальном доходе республики доля сельскохозяйственной (с/х) продукции составляет ежегодно до пятидесяти процентов. Интенсификация с/х производства в республике Казахстан, техническое перевооружение с/х и обеспечивающих предприятий, осуществляемые в целях повышения производительности труда, выдвигают в качестве одного из главных направлений комплексную автоматизацию организационно-экономических и технологических процессов (ТП) управления отраслями arpo-промышленного комплекса (АПК).

В качестве центральной задачи комплексной автоматизации процессов управления с/х производством в республике предложено считать задачу создания единой системы информационно-вычислительного обслуживания АПК и интегрированных АСУ различного уровня и назначения, обеспечивающих согласованное взаимодействие различных • звеньев АПК в процессе достижения поставленных целей и получения необходимых конечных результатов.

Перспективным направлением ее решения является разработка единой методологии проектирования АСУ сельскохозяйственного производства (СХП), базирующейся на совокупности взаимосвязанных формальных моделей и методов поэтапного проектирования типовых модульных систем обработки данных (СОД), начиная с диагностического анализа существующих систем управления и завершая отладкой и внедрением программного и информационного обеспечения этих систем. Использование типовых проектных решений в АСУ СХП основано на особенностях сельскохозяйственного производства и существовании общих стандартных требований к объектам автоматизации, .

Использование формальных моделей и методов анализа и синтеза

рафов и аналитических моделей производственных процессов; введены понятия структурно-технологического и природно-климатического резервов, с использованием которых решены задачи оперативного реп-ланирования с/х производства в условиях чрезвычайных ситуаций природного характера.

Полученные теоретические результаты использованы для решения практических задач разработки оптимальных структур типовых модульных АСУ СХП, имеющих валшое народнохозяйственное значение.

Разработанные теоретические положения, модели, методы, и алгоритмы адаптивного анализа и синтеза по сравнению с ранее используемыми методами проектирования, ориентированными в основном на индивидуальную разработку и опыт разработчиков, позголяют формализовать, алгоритмизировать и автоматизировать основные операции процесса проектирования оптимальных типовых модульных СОД в АСУ СХП.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанные в диссертации методологический подход, модели и методы синтеза оптимальных типовых модульных АСУ СХП позволяют на основе формализованного анализа технологий решения множества задач функциональных подсистем АСУ синтезировать оптимальную типовую структуру программного и информационного обеспечения по общесистемным и минимаксным критериям оптимизации. Использование разработанного комплекса методов, алгоритмов и программ адаптивного анализа и синтеза типовых модульных АСУ позволяет снизить трудоемкость и приведенные общие затраты на их разработку и внедрение, в зависимости от уровня типовости систем, в 5-10 раз.

Разработанные методы, алгоритмы и программные средства могут Сыть использованы при создании типовых модульных АСУ СХП в научно-исследовательских институтах, проектных организациях и вычис-

-

лителышх центрах, разрабатывавших, внедряют;« и эксплуатирующих системы обработки данных и методы их автоматизированного проектирования.

ВНЕДРЕНИЕ. Эффективность разработанных в диссертационной работе моделей и методов анализа и синтеза типовых модульных АСУ СХП подтверждена положительным опытом их широкого использования при проектировании автоматизированных систем различного уровня и назначения в Казахстане, России, Узбекистаде. При непосредственном участии автора они внедрены при разработке следующих типовых АСУ: система информационно-вычислительного обслуживания для Президиума Казахской академии с/к наук и ВЦ Министерства с/х республики Казахстан, типовая информационно-управляющая система с/х научно-исследовательского института (НИИ зернового хозяйства, НИИ земледелия, НИИ картофелеводства и овощного хозяйства, НИИ овце-Еодства и т.д.), типовая АСУ коллективных хозяйств (колхоз "Красное знамя", колхоз им. Апдайергенова и т.д.), АСУ АПК "Джетсу", АСУ НПО "Целинседьхозмеханизация" и др.

Использование разработанных моделей и методов позволило существенно сократить временные и стоимостные затраты на проектирование и внедрение АСУ СХП, повысить их функциональные характеристики. В целом официально цодтвераденный экономический эффект от внедрения разработанных моделей и методов составил свыше 37,1 млн. рублей и 10,06 млн. тенге.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XIII Всесоюзной школе-семинаре по вычислительным сетям, Москва-Алма-Ата,1988 г.; Всесоюзной конференции "Измерительная и вычислительная техника в управлении производственными процессами в АПК", Ленинград, 1988 г.; Республиканской научно-технической конференции "Роль науки и техники в

типовых модульных АСУ СХП позволяет алгоритмизировать и соответственно автоматизировать технологию проектирования, отладки и внедрения этих систем.

Общее время и затраты на разработку и внедрение АСУ СХП с использованием предложенных методов и средств анализа и синтеза типовых модульных СОД сокращается в 5-10 раз в зависимости от степени их сложности и уровня типовости.

Большие масштабы работ по созданию и внедрения АСУ СХП в Казахстане, необходимость разработки и развития теоретических основ, моделей и методов формализации и автоматизации этапов их проектирования обусловливают высокую актуальность выполненных научных исследований.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является создание теоретических основ, моделей и методов проектирования и внедрения типовых модульных АСУ СХП в республике Казахстан и их использование для разработки АСУ СХП различного класса и назначения.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные результаты диссертационной работы получены и математически обоснованы с использованием аппарата теории системного анализа и исследования операций, теории матричного 'анализа, теории графов, методов оптимизации и других разделов современной теории управления.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В результате проведенных исследований, ана-'лиза и обобщения опыта проектирования и эксплуатации АСУ различного класса и назначения разработаны теоретические основы, модели и методы анализа и ск> теза типовых модульных АСУ СХП.

Впервые разработаны:

- общий подход и универсальная стратегия типового модульного проектирования и внедрения АСУ СХП, вклотаодая адаптивный анализ наличия общности технологий решения заданного множества задач об-

работки данных, выявление их общих и специфических частей и последующий синтез типовых модульных СОД в АСУ СХП с использованием методов оптимизации. Предложенный подход базируется на понятиях и определениях функционального и типового модуля обработки данных, интегрированного графа технологий , уровней типоеости программных модулей и информационных массивов СОД, областей типового и индивидуального проектирования и заключается в последовательном использовании разработанных моделей и методов адаптивного анализа и оптимизации программного и информационного обеспечения модульных СОД. '

- методика адаптивного анализа технологий решения множества задач обработки данных,основанная на оперативном сопоставлении в режиме диалога характеристик имеющихся типовых модулей, задач и подсистем с требованиями пользователей к соответствующим компонентам АСУ СХП; результатом адаптивного анализа является дерево функциональной структуры проектируемой системы с выбранными биб- . лиотечными аналогами и интегрированный граф и матрица технологии обработки данных;

- формализованные постановки задач синтеза оптимальных структур типовых модульных СОД с использованием общесистемных и минимаксных критериев стоимостного, временного и технологического типа применительно к организационным системам полностью централизованного и частично централизованного типового проектирования;

- методология планирования и организации системной отладки АСУ СХП, включающая выбор оптимальной стратегии отладки, методов тестирования программных комплексов, основанных на формальном выделении и проверке их магистральных путей;

- комплекс взаимосвязанных формализованных моделей планирования с/х производства, основанных на использовании аппарата орг-

решении народнохозяйственных задач Мангыишакскога региона",Алма-Ата, Каз. ПГИ, 1990 г.; Научно-техническом семинаре "Состояние и пути решения задач с использованием ЭВМ по повышению эффективности аграрной науки, Алма-Ата, Каз. АСХН, 1991 г.; Научно-технической конференции "Средства и системы автоматизации управления процессами сельскохозяйственного производства", Паланга, 1991 г.; Международной конференции по измерительной технике НТО приборостроителей им. С.И. Вавилова, Москва, 1991 г.; XVII Международной школе-семинаре по вычислительным сетям, Москва-Алма-Ата, 1992 г.; Международной научно-практической конференции "Информация и системный анализ сельского хозяйства в условиях аграрной реформы", г. Переславль-Залесскш, 1992 г. ; Конференции "Информационное обеспечение современного сельского хозяйства", Борисполь, 1992 г.; II международной конференции ""Информатизация АПК в условиях многоукладной экономики", г. Тверь, 1994 г.; 1-ой и VI1-ой Международной конференции "Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях", Москва, 1992 и 1994 г.г.

СВЯЗЬ ДИССЕРТАЦИИ С ПЛАНОМ НАУЧНЫХ РАБОТ. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами работ Казахской академии с/х наук по темам: Создание автоматизированной системы научного обеспечения (шифр 20.19), технология информационного обмена (шифр 20.19.03), программно-информационные системы общего назначения для отраслей сельского хозяйства (шифр 20.20).

ПУБЛИКАЦИИ. 'Результаты проведенных автором научных исследований опубликованы в 26 печатных трудах.

СТРУКТУРА У1 СЕЪ'М РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения и приложения и содержит 314 страниц машинописного текста, 14 рисунков.

- о -

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Содержание диссертационной работы распределено по главам следующим образом.

Во введении обоснованы актуальность рассмотренных проблем, выбор цели, объекта и и направлений исследований. Приведены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе приведены результаты анализа основных особенностей организации и управления с/х производством в республике Казахстан в условиях развития рыночной экономики и новых хозяйственных отношений, связанных о разгосударствлением и приватизацией, созданием специализированных предприятий и объединений по производству, переработке, хранению и реализации с/х продукции; сформулированы основные требования к АСУ СХП различного уровня и назначения и методам их разработки.

В принятой Верховным Советом республики "Концепции развития • сельского хозяйства Казахстана на период до 2005 года" ставится центральная задача - устойчивое обеспечение населения республики продовольствием на основе повышения эффективности сельского хозяйства и системы агропромышленного комплекса. Необходимо отметить, что рост производства продукции в концепции предусмотрен за счет интенсивных технологий, связанных с повышением урожайности с/х культур и продуктивности животных, а также повышения эффективности управления с/х произволдством.

Вторая половина 80-х годов отмечена резким изменением условий экономического и социального развития с/х производства. Разрыв стабильных экономических связей, обострение глобальных проблем (энергетической, вгшотно-финансовой, экологической и др.) рост зависимости внутреннего рынка от состояния мировых товарных

рынков и рынка СНГ оказали решающее воздействие на процессы развития с/х в Казахстане. Резкий скачок цен на природные ресурсы и энергию обусловил резкое повышение цен на удобрения, пестициды, технику, оборудование, что в совокупности с обострением инфляционных процессов привело к ухудшению финансового положения с/х производства.

В настоящее время в Казахстане решающая роль отводится новому хозяйственному механизму, основанному на перестройке производственных отношений на селе. Проводимая политика разгосударствления и приватизации в Казахстане и создание на основе акционирования комплексов по переработке, хранению и реализации с/х продукции является новой перспективной формой соединения земледелия с промышленностью.

Основой производства с/х продукции в Казахстане являются земельные ресурсы. Это ведет к рассредоточенности производства по всей территории страны, охватывает районы, разнородные по природно-климатическим условиям, по уровню интенсивности земледелия, по качественным характеристикам земельных угодий. Это требует науч-нообоснованного выбора специализации и планирования раавития с/х производства для кавдого района в отдельности, что особенно сложно в условиях рыночной экономики. Кроме того, рассосредоточен-ность производства вызывает сложности в обеспечении современного к достоверного сбора и передачи необходимой для эффективного управления информации между объектами одного уровня, а также между различными уровнями управления АПК.

Сложность территориально-производственной и многоотраслевой структуры АПК республики требует для его автоматизации создания распределенной сети ЭВМ, обработки на всех уровнях управления больших объемов информации, обеспечения достоверной передачи ин-

формации между различными уровнями. Особенностью развития структуры управления АПК в настоящее время является сокращение количества уровней управления, создания достаточно самостоятельных мощных звеньев на нижнем уровне управления (агропромышленные комбинаты иобъединения), самостоятельных фермерских хозяйств, совершенствование механизма управления.

Особенности механизма хозяйствования, масштабы используемых ресурсов, координации и кооперации хозяйственной деятельности, взаимозависимость и взаимообусловленность процессов планирования, организационного обеспечения производства, управления и контроля, необходимость формирования и реализации стратегических народохо-зяйственных программ предъявляют исключительно высокие требования к эффективности и качеству управления с/х производством в республике .

В связи со значительным ростом масштабов работ по интенсификации с/х производства и потребностей в комплексной автоматизации-функционирования предприятий и отраслей с/х резко возрастают объемы работ по созданию и широкому внедрению автоматизированных систем управления АСУ, к качеству и эффективности которых предъявляются все более высокие требования. Это требует разработки высокоэффективной технологии проектирования, позволяющей создавать системы различной сложности, уровня и назначения в сжатые сроки при минимальных затратах труда.

Синтез типовых модульных АСУ СХП для заданного множества объектов автоматизации (задач одного класса, функций» функциональных подсистем) связан, в первую очередь, с процессом анализа требований и характеристик выполняемых функций, выявлением общих и специальных частей в специализируемых технологиях обработки • данных. В качестве объектов анализа рассматриваются задачи обра-

ботки, решаемые пользователями АСУ в рамках определенных функциональных подсистем управления (планирование, прогнозирование, оперативное управление производством с/х продукции, ее транспортировкой, переработкой и хранением).

Созданные к настоящему времени технология и методы проектирования направлены в основном на автоматизацию отдельных этапов анализа и синтеза систем проектирования и управления и не ориентированы на комплексное решение задач автоматизации и оптимизации процедур синтеза на основе детального анализа особенностей существующих систем и предъявляемых к ним требованиям.

Предлагаемая совокупность моделей анализа ориентирована на ■автоматизированный адаптивный анализ систем обработки данных и корректировку исходной информации в режиме диалога с проектировщиком и обеспечивает подготовку исходной информации для последующего синтеза оптимальной по заданному критерию эффективности типовой модульной СОД на этапе технического проектирования.

Целесообразность применения методов типизации при проектировании АСУ СХП определяется уровнем информационной и процедурной общности внешних моделей предметных отраслей пользователей.

На-этапе технического проектирования на основе результатов, полученных- на предыдущем этапе анализа синтезируется оптимальная типовая модульная система обработки данных, т.е. определены оптимальный состав и число типовых и специфических модулей, степень типовости модулей, интерфейс и состав типового информационного обеспечения.

При синтезе информационного и программного обеспечения модульных систем обработки данных в АСУ СХП на этапе технического проектирования предлагается решить следующий комплекс задачу определить безигбыточное множества процедур, необходимых и доста-

точных для выполнения требуемого преобразования информации, последовательность выполнения процедур с учетом совместимости средств реализаций операторов и других ограничений; синтезировать типовые и специфические модули программного обеспечения, распределяя процедуры и связанные с ними информационные элементы по создаваемым модулям и массивам в соответствии с выбранным критерием; синтезировать логическую структуру базы данных, т.е. определить состав логических записей, способы физической организации массивов, а также выбрать рациональные способы их обработки с учетом характеристик технических средств; определить оптимальные информационные взаимосвязи (интерфейс) между модулями программного обеспечения.

Комплекс программ, разработанный на основе предлагаемой концепции, реализуется в конкретных условиях на этапах отладки и внедрения. На данных этапах предлагается решить следующие задачи: планирование и организация отладки и внедрения задач, автоматиза-■ ция генерации тестов на основе моделирования комплекса программ, обработка результатов тестирования; выбор и реализация методов оценки работоспособности программ, локализации и исправления обнаруженных ошибок; формирование отладочной и проектной документации, рекомендаций по организации■внедрения для конкретного заказчика.

Во второй главе изложена предлагаемая методология проектирования и внедрения АСУ СХП, основой которой являются специальные механизмы проектирования, методы адаптивного анализа процессов управления и обработки данных на с/х предприятиях, методы синтеза типовых модульных СОД, а также методы ' оптимизации отладки их программного обеспечения.

Повышение эффективности создаваемых в массовом масштабе автоматизированных систем управления сельскохозяйственным производством связано с использованием при разработке их программного обеспечения индустриальных методов синтеза типовых модульных СОД, требующих создания новых организационных форм и методов проектирования.

При разработке типовых систем АСУ СХП проектирование должно осуществляться одним или несколькими разработчиками для множества пользователей в соответствии с их требованиями. Поэтому в большинстве случаев структура системы проектирования типовых модульных АСУ является двухуровневой, в которой на верхнем уровне выделяется центральный управляющий и проектирующий орган (центр). В качестве подсистем нижнего уровня (элементов) рассматриваются заказчики (пользователи) типовой СОД, которые могут вести по решению центра проектирование и отладку ее определенной части и осу-_ ществляют эксплуатацию системы в целом.

Система проектирования типовых модульных АСУ СХП представляет собой набор правил, определяющих и регламентирующих действия центра и всех элементов системы, связанных с выработкой типоеых и индивидуальных проектных решений. Составными частями механизма проектирования являются: целевые функции центра и элементов системы, внутренние и внешние ограничения на проектирование СОД, 'принятая в системе последовательность действий центра и элементов в процессе проектирования, процедуры формирования множеств типовых и проектных решений. Выбор механизма проектирования определяет стратегии, функции и соответствующие им процедуры проектирования типовых модульных СОД, выполняемые центром и отдельными элементами системы.

- -

По степени централизации процедур проектирования типовых модульных СОД механизмы проектирования делятся на два основных класса: с полной и частичной централизацией проектирования, обозначаемые соответственно ЕщИ Тлщ-

При полной централизации проектирования центр определяет состояние всех элементов системы, принадлежащих нижнему уровню, которые в этом случае на ведут работ по проектированию конкретных вариантов построения модульных СОД. При этом центр ¡сак разработчик определяет общие и специфические части технологий решений отдельных задач каждым пользователем, устанавливает рациональный уровень поганости и проектирует типовые и индивидуальные компоненты СОД с использованием единого критерия эффективности.

В случае использования механизма проектирования с частичной централизацией центр уиэ не полностью определяет состояние взаимодействующих с ним элементов, которые определяют часть своих . параметров посредством проведения соответствующих работ.

Сложность проблемы типизации разработки модульных АСУ СХП обуславливается ее многоэтапностью; необходимостью выбора рационального уровня типизации, многопараметрического адаптивного анализа объектов автоматизации, выбора эффективного механизма проектирования, синтеза систем типовых программных модулей по заданным критериям эффективности, адекватно отражающим организационные и экономические условия разработки автоматизированных систем управления.

Целью оптимального проектирования типовой модульной АСУ СХП является синтез системы типовых модулей и информационных массивов, обеспечивающей экстремум критерия эффективное™ с учетом ограничений на технико-экономические характеристики

разрабатываемой системы. Множество допустимых вариантов построения типовой модульной СОД определяется выбранной системой ограничений, а ее параметры - путем оптимизации критерия эффективности, являющегося функцией различных

технико-экономических показателей, к которым относятся: стоимостные и временные затраты на разработку, отладку и эксплуатацию системы, объем межмодульного интерфейса, информационная производительность системы, время решения задач обработки данных, число типовых и оригинальных модулей в системе, избыточность системы модулей по отношению к задачам обработки данных, коэффициент готовности к обработке заявок, достоверность обработки данных, наработка на отказ и т.д.

При синтезе типовых модульных СОД предлагается использовать общесистемные, минимаксные (максимишше) и сложные критерии проектирования. Первые экстремизирупт суммарные показатели . качества синтеза для центра и множества пользователей или задач обработки данных, вторые - показатели гарантированного качества синтеза для пользователей или задач обработки дашшх, рассматриваемых системой лректирования. Критерии третьего типа используются для выбора типовых решений в случае несовпадения целевых функций или точек экстремума центра и элементов системы (пользователей).

В соответствия с содержанием и функциональным назначением общесистемные и минимаксные критерии синтеза используются для систем проектирован!' 1 с йотой централизацией, а сложные критерии -, для систэм с частичной реализацией.

В качества общесистемных критериев синтега предлагается использовать: минимум приведенной стоимости разработки, прнвязш, отладки к эксплуатации проектируемой типовой модульной

СОД; минимум общего времени разработки, привязки и отладки типовой системы» минимум межмодульного интерфейса; максимум средней по множеству пользователей информационной производительности; максимум среднего коэффициента готовности к обработке заявок, и др.

В качества минимаксных (мзксиминшх) критериев предлагается использовать: максимум максимально возможного значенич информационной производительности на множестве пользователей или задач обработки данных; максимум минимального значения коэффициента готовности; минимум максимального значения времени обмена между оперативной и внешней памятью; минимум максимального значения мешодульного интерфейса и др.

Конкретный выбор степени централизации механизма проектирования, критерия эффективности и согласованной системы ограничений, определивших постановку задачи синтеза типовых модульных СОД, базируется на использовании результатов. адаптивного анализа технологий решения множества задач обработки данных.

Третья глава посвещена разработке общей мотодккк и методов формализации процедур адаптивного анализа, основанных на оперативном сопоставлении в режиме диалога характеристик имеюшдася типовых модулей, задач и подсистем АСУ СХП о требованиями пользователей. Разработаны формальные метода формирования дерева функциональной структуры проектируемой АСУ СХП и процедуры выбора аналогов из библиотеки типовых модулей в процессе автоматизированного проектирования системы.

Принцип типизации при проектировании АСУ СХП с использованием адаптивного анализа заключается в комплектации, адаптации и настройке программ для решения требуемой задачи из

- 1о -

ограниченного набора типовых программных модулой либо в синтезе рабочих программ на основе имеющихся прототипов.

Наращиваомая библиотека прототипов и типовых программных модулей общего назначения представляет базу, на основе которой проводится адаптивный анализ проектируемой системы и подходящие модули включаются в состав проектируемой системы. Прототипы систем представлены в библиотеке набором

где 7г - дерево функциональной структуры прототипа; - множество информационных элементов прототипа; Х>д_ - их области определения; 1)1 - структура информационного обеспечения (информационная база прототипа, т.е. логическая и физическая организация информационных массивов и их взаимосвязей); - множество процедур обработки данных

прототипа; - интегрированный граф обработки данных прототипа;

- множество графов технологий обработки данных, реализующих . функциональные блоки (модули) прототипа (подграфы графа )мх -программное обеспечение прототипа (программная реализация модулей и интерфейса).

Входной информацией являются база метаданных,содержащая формализованную информацию о проектируемой системе (М'1вв) и в!слзочащая функциональное описание системы (1°), ее декомпозицию на функциональные блоки с требуемым уровнем детализации (подсистемы, задачи, подзадачи и т.д.) и их описание к к }, 'где >г - уровень агрегации, а функциональный блок

1' '' J-^ а

ь ь уточняет содержание блока • ).

Функциональные блоки объединяются в дерево функционального описания структуры проектируемой системы У, которой включает данные о предметной области (информационные элементы системы и

области их определения - 2)=[сг „....¿^}, информационных требованиях пользователей (отношения между элементами предметной

области Ка), процедурах обработки данных А={а4.....аж),

алгоритмах обработки информации (граф! технологий обработки данных - к }, входных и выходных элементах данных

1 ' з

V** ^ к , с®"* ^у и их спецификаций (соответствующего уровня

I' J 1 * J

агрегации). Таким образом, исходную входную информацию будем представлять в виде набора ъТ),Пь,А,Ъ). Содержание этой

информации последовательно уточняется в процессе проектирования.

Формально проектирование системы в данном случае мокно представить в виде преобразования:

Л = 4«. — Р>

где V некоторый вариант проектируемой системы, описываемый множеством информационных элементов множеством процедур

обработки данных ар, интегрированным графом обработки данных деревом иерархии функциональной структуры С^, вершинами которой являются функциональные модули, причем промежуточные вершины графа являются составными модулями {состоящими из более чем одного модуля), висячие вершины графа - простыми модулям системы, а дуги о^ соответствуют управляющим и межмодульным связям.

В процессе проектирования преобразование Л состоит из последовательности взаимосвязанных этапов подготовки исходных данных, адаптивного анализа проектируемой системы, адаптации тшовых программных модулей, разработки уникальных программных модулей, объединения программных модулей в экспериментальный вариант системы и отладки полученного варианта.

Анализ систем при использовании процедур адаптивного

анализа осуществляется на основе сравнения требуемых ее характеристик с характеристиками, хранящихся в библиотеке прототипов и' универсальных программных модулей. В процессе анализа возможны два противоположных случая: в библиотеке не найдено ни одного подходящего функционального блока для проектируемой системы, и в этом случае анализ системы проводится традиционными методами; в библиотеке найден полностью адекватный прототип, удовлетворяющий всем требованиям к проектируемой системе. В большинстве практических случаев реализуется смотанная процедура анализа в рамках которой ряд функциональных блоков анализируется путем адаптивного сопоставления с информацией о йрототипах библиотеки, а ряд - традиционными методами.

Таким образом, основными процедурами адаптивного анализа являются: формирование и разметка дерева функциональной структуры проектируемой системы; определение меры близости библиотечных программных модулей проектируемым; принятие решения об использовании аналогов в проектируемой система; формирование графов технологий обработки данных для уникальных функциональных блоков и их адаптация для библиотечных аналогов; формирование обобщенного графа технологии обработки данных и его анализ на полноту реализации функций проектируемой системы.

Результатом выполнения процедур адаптивного анализа является дерево функциональной структуры проектируемой системы с выбранными библиотечными аналогами, граф и матрица технологии обработки информащ'% технологическая матрица смежности, т.е. исходная информация для синтеза разрабатываемой СОД.

В четвертой главе поставлены и решены задачи синтеза типовых модульных СОД АСУ СХП по общесистемным и минимаксным (максиминивным) критериям эффективности. Разработаны точные и

эвристические алгоритм решения поставленных задач оптимизации.

Исходными данными для синтеза типовых модульных АСУ СХП являются результаты анализа требований пользователей к алгоритмам решения задач обработки данных, представленные характеристиками интегрированного графа обработки данных.

С целью детализации, формализации и конкретизации задач синтеза введены следующие обозначения: Ф=Ф(%,у) - целевая функция системы; р=р(тс) - целевая функция центра; (у ), п=Г7К

целевые функции элементов; 8 - множество ограничений центра проектирования; {£„), п=Г7н - множество ограничений элементов нижнего уровня; при этом множество Ф и {?„}. п=ГГЯ определяет ограничения всей системы, а 5> и?п - ограничения для п-го элемента; м(и) - множество возможных разбиений процедур и обработки данных на модули; н(0) - мнокестово возможных разбиений множества информационных элементов в на информационные массивы; р=Ср ), т=Т7¥_ - множество синтезируемых модулей для разбиения 0;

гл 9

Б=(Ьг), г=Г7йх- множество синтезируемых информационных массивов для разбиений х; т](рт) и Т)(ь ) - уровни типовности соответственно т-го модуля и г-го информационного. массива, определяемце как мощность максимального множества задач, для которых все процедуры (информационные элементы), входящие в модуль (информационный массив), являются общими.

Обозначил через р= {рт « р | т](рго) > т}*(р)} множество синтезируемых модулей, уровни типовности которых ш менее величины т)*(Р), а через в={ь.еВ | т}(ър) > т)*(В)} множество синтезируемых информационных массивов,уровни типовности которых нэ менее величины т]*(в). Назовем т)*(р) й т)*(в), соответственно, показателями процедурной и информационной типовности системы обработки данных, а величину т)*=го1п (т]*(Р), т)*(В)) - интегральным показателем типовости системы.

Рассмотрим постановку наиболее общей задачи

оптимизации проектирования типовых модульных АСУ СХП. Как

показывает опыт разработки таких систем, наиболее универсальным

общесистемным критерием, с помощью которого оценивается качество

проектных решений является минимум приведенной стоимости

разработки, отладки и эксплуатации модульной АСУ СХП:

min Ф = min Sc » min (S 4- S + S '+ SJ, r,. 0,1 ри 3

где s - общая стоимость разработки и привязки типовых и

индивидуальных программных модулей; s - общая стоимость

системной отладки типовых к индивидуальных модулей; Б - общая

№

стоимость разработки типовых и индивидуалышх информационных массивов; Зэ - общая приведенная стоимость эксплуатации типовой модульной АСУ СХП. Для механизма проектирования с полной централизацией (Е ) данный критерий является общим для центра и элементов. система типовых модулей, спроектированная с ' использованием этого критерия, не учитывает индивидуальные проектные возможности элементов нижнего уровня.

В случае использования механизма проектирования с частичной централизацией (£чц) величины s , Вм, S , Бэ могут быть определены следующим образом:

s = s° + е (sn + s* ),

J* PK n% P* pc"

О M N

s = s +E(s +s),s = es",

OM OK " ОМ ОС Э Э

n r> SA

OK.'

s = s + г s" .

ри . ри nttt и

о

где s - приведенная стоимость разработки, типовых программных модулей для общих частей технологии, решения задач обработки, данных; SpH - приведенная стоимость разработки . .индивидуальных программных модулей для специфической части технологии 'решения задач; s" - приведенная' стоимость разработки.интерфейса (связи)

рс

индивидуальных программных модулой п-го пользователя с типовыми

модулями; - стоимость отладки типовых программных модулой;

- приведенная стоимость отладки индивидуальных программных

модалей для п-го пользователя; - приведенная стоимость

отладки связей индивидуальных программных модулей с типовыми;

- приведенная к определенному' периоду (квартал, полугодие, год)

общая стоимость эксплуатации системы индивидуальных и типовых

модулей для п-го пользователя; Ба - приведенная стоимость

ри

разработки типовых информационных массивов; э", - приведенная

ри

стоимость разработки индивидуальных информационных массивов.

Целевой фуюшиаЯ центра является Р= + + а

оптимальным решотаем -х= агйгош + + ) с X'. Целевой функцией п-го элемента является т = зп + Бп +5" + вп + в" +

^ п рн рс о* ос рц

+ г,;, а решегаюм для Сп, п=ТТИ будет

у = аг£т1п (Зл + в" + Б" 4- + Б" + + Б") <= X", ГД9 "г, <=» р* рс О* ос ри э'

X' -определяет степень централизации механизма- проектирования. Следует отметить, что значения ^„(у,., ) + + ) + «

П Сп. (чс) е Ф в этом случае являются заданными и при определении оптимального решения могут не рассматриваться. В случае различия физического смысла целевых функций центра и элементов решения для Р г Гл находятся отдельно, а общее решение определяется как х =■ % и П уп.

Для формальной постановки задачи синтеза типовой модульной АСУ СХЙ введем ряд переменных: х1т =1, если а.-я процедура входит в состав т-го модуля, ^ =0 в противном случае; хтп =1, если т-й модуль входит в состав программного обеспечения (ПО) п-го

и

элемента, хт =0 в противном случае; а^ -I, если С ^„ *тг>г

I, х1п=0 в противном случае; _ х. 1 »1, если ¿-й элемент обрабатывается а—й процедурой, х =0 в противном случае; х.г =1, если о'-й информационный элемент входит' в состав г-го

информационного массива, х =0 в противном случае; х.т =1, если Е х гх т>1, хгт=0 в противном случае.

Для механизма проектирования с полной централизацией пели системы и центра полностью совпадают: Ф=г и степень централизации система В этом случае задача синтеза оптимальной системы

типовых модулей и информационных массивов но общесистемному критерию минимума приведенной стоимости разработки, отладка и эксплуатации модульной АСУ СХП формулируется следующим образом:

<£*?<$> - <Р*?ь» +

Г ГГ> » Г »,-М V =1 I

Н Я

+ £ Е з х ,

рг Г»«*

т—А г 5=4

где приведенная стоимость разработки ю-го модуля; з. (-

приведе1шая стоимость отладки т-го программного модуля; г» -приведенная стоимость проектироваш1я г-го информационного массива при следующих ограничениях.

На максимальное и минимальное число процедур в модуле:

и - „ _

Ь < Е X. < 1, Ш=ТГЙ; . (1 )

на размер записи кавдого массива:

Е х < а,, г»Т7й; (г)

^ КА

на объем памяти, занимаемой библиотекой модулей и информационными массивами:

ЕК^+Г (3)

т=1 I =Л ( гй |

интерфейс между модулями системы обработки данных:

з и и

ЕЕ Е И)

J =1 т=* т

на количество синтвз;фуемых модулей:

2 < - Е Е < К ; (51

п =1 т=1

на однократность включения процедур в программные модули:

E xlm = 1, i=T7I; (б)

m—i

на число шфэрмацисшшх элементов, исясльзуешх модулями: j

£ Х, m 5 Q2 ' m=T7". <7 )

> ~1

где q2 - максимально допустимое число информационных элементов, используемых модулями;

на интерфейс между отдельным модулем т* и другими модулями:

Е Е Е х (8)

на дублирование информационных элементов в массивах: Е xjr < с^ , j=ÍTJ; (9)

Г =1

на общее время проектирования типовой АСУ СХП:

U L Ы L J В

Е Е т х, + Е Е т + Е * < т. (ю)

. ^ рш Ч m , о n* 1 m « " prjr

rrt—i l -i m~í l =i j -» r

В тех случаях, когда целевую функцию центра могут быть включены цолевие функции элементов нижнего уровня, задача синтеза оптимальной типовой модульной АСУ СХП по критерию минимума, приведегогой стоимости разработки, отладки и эксплуатации системы модулей и информационных массивов формулируется следующим образом:

min Ф = rain ЕЕ (Sp„+ m+

Р Г ,8 m—i I =1

R М N U * '

+ EEs*+E£S"X .

р г г гп ¿m mn

г n ="í m—A

где приведенная стоимость эксплуатации m-го модуля в составе ПО п-го пользователя при ограничениях (4.2.1-4.2.10), а также огршшчениях на передачу управления из модуля до завераения

работы всех его процедур:

Е X1+J J Хтп=1, m=T7S, п=ТЛ*. (11)

i ~i *

Частшм случаем предыдущей задачи является задача синтеза типовой модульной АСУ СХП при заданном состава информационного

обеспечения, которая формулируется следующим образом: <Р?Ь >ф я ср*?ь > Е Е (в + 8от)^т

*т* г т г 1И=1 I -4

при ограничениях (1-10).

Поставленные задачи синтеза типовых АСУ' СХП механизмов проектирования с различной степенью централизации являются задачами нелинейного целочисленного программирования и могут быть решены с использованием методов ограниченного перебора.

В пятой главе исследуются задачи повышения качества программного обеспечения разработанных АСУ СХП на основе выбора стратегии, методов и способов проведения отладочных работ Разработан метод тестирования программ по показателям функциональной корректности, основанный на выделении и проверке их магистральных путей.

Вработе предлагается метод определения множества тестов для проверки правильности заданного множества функций комплекса программ, обеспечивающих реализацию положительных свойств функционального и структурного подходов и оценку на основе результатов выполнения тестов показателей функциональной корректности. Метод основан на формализованном выделении из всего множества основных и вспомогательных функций р комплекса программ подмножества проверяемых функций правильное выполнение

которых обеспечивает получение требуемых значений показателей функциональной корректности комплекса программ.

Каждая функция ^ е? определена на некотором множестве Е. входной области комплекса программ I и: обеспечивает некоторое преобразование входной области Е е Ё в выходную у (Л', где у -множество возможных- значений входных результатов' р (¿=ТТ?) комплекса программ.

Любой входной результат \ с^ комплекса программ получается

в процессе выполнения определенного множества м, к (о'=ТТ7; к^ТТ^ )

маршрутов обработки информации, включающих процедуру получения

результата. Таким образом, проверка множества функций ? комплекса

программ с использованием предлагаемого метода сводится к

проверке правильности реализации множества маршрутов обработки

информации, обеспечивающих получение выходных результатов У

каждой функции р множества Р на подмножестве Е. еЁ. Функция Р.сР

считается проверенной, если для всех ее выходных результатов

YJ к проверена правильность реализации множества М, к (К^ТТХ ,

3=177) маршрутов обработки информации, обеспечивающих их

получение. Множества М ^ е^ , к=1 ,к. маршрутов обработки

информации, обеспечивающих получение множества выходных

результатов функции комплекса программ, назовем множествами

м. магистральных путей комплекса программ для функций Р. . В

качестве показателя, характеризующего правильностьформпрования

конкретного результата З-й функции предлагается использовать

отношение количества проверенных магистральных путей п^Р к. общему

количеству магистральных путей пРйа(, участыващих в формировании

1 пр

результата У^ог, равно мощности м^. ): =—оЗщ-'

Показатель функциональной корректности, характеризующий

правильность реализации функции р комплекса программ,

предлагается оценить отношением множества проверенных

_Пр _общ

магистральных путей п к общему множеству п. магистральных

путей получения результатов Ук «У ; к=1,к. функщш Р. : йг—оЩ- •

J

- пр пр общ общ

Необходимо отметить, что в-общем случае хГ * £ п и п

(один итот же магистральный путь обеспечивает получение

нескольких выходных .результатов множества у ). При сквозной нумерации магистральных путей по всем выходным документам У( функции р. значение соответствующего показателя качества может быть получено из следующего соотношения:

ЕДЧ./ ) к

к, =•

Л I

Е Чк ¿к

к

1, если 1-й магистральный путь обеспечивает получение результата;

0, в противном случае.

1, если 1-й маршрут проверяется при оценке а^ = правильности реализации функции ;

1о.

противном случае.

Таким образом, для оценки показателя функциональной корректности в качестве основной проверяемой единицы предлагается использовать магистральный путь, то есть некоторый маршрут обработки информации, обеспечивающий получение выходного результата (или нескольких выходных результатов).

Решение задачи выбора множества путей для проверки функций и оценки показателей функциональной корректности исследуемого программного обеспечения предусматривает выполнение следующих процедур:

- выделение и ранжировка проверяемых результатов У. к для функций Р. €?;

- определение множеств магистральных путей для результатов ;/ к выполнения функций множества Р.

- определение множеств магистральных путей для результатов

- -

г к выполнения функций множества ^ £

- выбор множества тестов для проверки функци! множества р. «р сучетом заданной полноты проверки в условиях ограниченных ресурсов на проведение отладочных работ;

- генерация тестовых дашшх с учетом критериев полноты проверки соответствующих маршрутов обработки информации;

- реализация тестов на получение тестовых данных и анализа результатов тестирования;

- локализация и устранение выявленных ошибок и повторное тестирование с целью проверки правомерности внесенных изменений;

- оценка функциональных показателей качества на основе данник проведенного этапа отладки.

Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение для реализации указанных процедур позволяет сократить затраты времени на проверку правильности реализации функций комплексов программ АСУ СХП за счет автоматизации основных операций тестирования программного обеспечения.

Шестая глава посвещена разработке комплекса взаимосвязанных моделей планирования сельскохозяйственного производства, охватывающих весь производственный цикл возделывания сельскохозяйственных культур. Подробно рассматривается вопросы использования резервов различного типа (ресурсного, временного, структурно-технологического и природно-климатического) в процессе реплшшрования в случаях наступления чрезвычайных ситуаций природного характера.

Резервы в сельскохозяйственном производстве предлагается рассматривать с точки зрения влияния. различных факторов на конечный результат производства, т.е. влияния на отклонение получаемой урожайности (и*) культур от плакируемой (и1").

Под резервом (времени, операции, ресурса, технологии) при отклонении А от планируемого урожая (ид) понимается возможность системы обеспечить фактическую урожайность в интервале и^-и^л при нарушении (изменении) планируемой технологии возделывания культуры. При Д=о резерв назовем абсолютным вл6=яА-

Структурно - технологическим резервом системы сельскохозяйственного производства с отклонением А=(С1,..., где V -общее число .обрабатываемых участков, является набор структурных элементов, выполняемых на них операций и способов их выполнения, без которых (и/или с изменением способа выполнения которых, в частности, с использованием альтернативных вариантов применяемой сельскохозяйственной техники, определяемых на основе матрицы реализуемости ) система в целом может продолжать функционирование не выходя за заданные пределы снижения урожайности (и"л-и*>0, | V уе1Д), еозможно, сменив технологию. Структурно-технологический резерв системы (к^т(рь)) - это характеристика ее устойчивости относительно внешних возмущений, отказа сельскохозяйственных агрегатов,, нехватки ресурсов. Кроме того на функционирование системы могут быть наложены некоторые ограничения, такие как время, стоимость и т.д. В таком случае структурно-технологическим резервом будут те операции, без реализации которых параметры работы системы не выйдут за рамки ограничений, задаваемых допустимыми отклонениями урожайности й.

Понятие природно-климатического резерва связывается с интегральным уровнем фогосинтетической активной радиации (ФАР).

Пусть ср(х) некоторая функция прихода ФАР в данной природно-климатической зоне. Она может быть вычислена как математическое ожидание прихода ФАР по интервалам времени за

предыдущие года. Тогда / ч>»<3х, где [т4,та1 -временной

интервал безрискового земледелия, есть суммарное поступление фотосинтетической активной радиации за период [Т^.Т^Ь Тогда природно-климатическим резервом для к. культуры назовем

разность между суммарной ФАР данной природно-климатической зоны и количеством ФАР, требуемым для созревания сельскохозяйственной культурыг

Если для к. культуры я£~к<0, то ее возделывание в данных природно-климатических условиях невозможно. При решая

т

2

дифференциальное уравнение г х> ¿х=к®ЛР относительно переменной

V

У (срок сова к -оЯ культуры), можно определить наиболее поздний срок сева сельскохозяйственных культур. Учет природно-климатического резерва крайне полезен при формировании производственной программы сельскохозяйственного предприятия, так как позволяет рассредоточить во времени использование имеющейся сельскохозяйственной техники, а также при решении задач реплаиирования при возникновении критических ситуаций в производстве (гибели урожая), так как позволяет определить набор культур» которыми можно занять поврежденные земельные участки и обеспечить получение их урожая.

Пусть ,12,.. „ - множество типов ресурсов,

используемых в сельскохозяйственном производстве (финансы, чел.часы в разрезе специальностей, нефтепродукта, электроэнергия,

А А А

вода, удобрения и др.)г ,- объемы ресурсов,

имеющихся в хозяйстве; к={к1 .к^,.,.- множество сельскохозяйственных культур, и^ - ожидаемая урожайность к. культурыр возделываемой по г.-ой технологии, о^. - приведенные затраты на возделывание 1. га к культуры по г-ой .технологии;

= О (2).....(м)) - необходимые ресурсы для

обработки одного, га по г.- технологии; с' " = (<£"' , -. .о4*' ) -прогнозируемая папа на данный вид продукции; и . ) -

минимально необходимые объемы производства сельскохозяйственной продукции (для внутренних нужд, на сомена, для сдачи в республиканский фонд); - множество земельных,

участков хозяйства; Б-(е1,- площади земельных участков;

кп=(к°.....к^) - культуры - предшественники за предыдущий год.

Допустимое чередование культур в севооборотах задано матрицей м40 размера 1x1 вида

со.

ы =4

к1••"

кГОЙ

культуры при

где 6СЛИ возможна посадка

предшественнике к^ и.о в противном случае.

Введем поремонную

1.если культура возделывается на у-ом

7 _ участко по. г -ой технологии; о в противном случае.

В качестве критерия решения задачи планирования с/х производства используем максимизацию прибыли, получаемой предприятием от реализации продукции. В этом случае задача оптимизации структуры посевных площадей может быть формализована в виде:

(е^ и

< •> v

о х

1г

>. (12)

где суммирование ведется по всем полям; культурам и технологиям их возделывания. Задача решается при ограничениях;

- на обязательность возделывание на каждом участке только одной культуры то одной технологии:

_ к. I

1,7 -1;<*з)

I,

» &

- ка обязательные объемы производства сельскохоз ".ственной продувши:

_ К. V

V 1=1,1 П^Ч х^ >«^(14)

V ь

& 1

- на допустимое чередование культур в севооборотах:

_ ». 2

11Х\г <3, „п =1;<15)

I . I V

В. й.

- на возможность возделывания 1-ой культуры в данной природно-климатической зоне:

(16)

- на ресурсное обеспечение производственной программы:

V те{14 1 (в^ а. (т) <

<4, >

Данная задача является задачей линейного булввого программирования и может быть решена стандартными методами. Результатом ее решения является вектор X, определяющий размещение сельскохозяйственных культур го участкам'хозяйства и используемые технологии везделыванжь Данная информация поступает в блок моделей планирования, в котором осуществляется детальная разработка производственной программы сельскохозяйственного предприятия, определяющей сроки сева и ориентировочные (в порядке первого приближения с учетом длительности фэнсфаз растений) сроки

выполнения агротехнических мероприятий, т.е. формируется граф производственной программы с**1"»^1 ^ „ При назначении срока сева для каждого участка учитывается природно-климатический резерв для

т

а

данной культуры, т.е. значение / <р х> должно быть

с

I

неотрицательным, гдо ^ - планируемое время сева. В соответствии с вектором математических окидапий длительности фонофаз ) в графовую модель вводятся врвменпыо характеристика выполнения агротехнических мероприятий, проверяются резервы времени агротехнических работ и их ресурсное обоспочоние, определяются критические пути выполнения работ, которые устраняются вариацией в возможном интервале значениями вектора времени начала сева ... Поиск продолжаотся до

первого реализуемого варианта. Полученный вариант времонных характеристик графа а'1" представляет собой годовой план деятельности хозяйства (производственную программу) о'^Ш, в соответствии с которой осуществляется подготовка сельскохозяйственной техники, семлн, планирование поступления и использовании ресурсов хозяйства. Сформированная производственная программа поступает в блок моделей оперативного планирования и управления.

В случае критических отклонений в процессе выполнения производственной программы (наступления чрезвычайной ситуации) включаотся блок моделей репланировашя. Для каждого из пострадавших участков в первую очередь на общем графе осуществляется поиск пути (технологии возделывания культуры), который позволил бы ликвидировать отклонения с минимальными затратами при имеющихся ресурсах. Если путь найден, то для данного

участка осуществляется коррекция производственной программы. В протявпом случае (ликвидация чрезвычайной ' ситуации технологическими мероприятиями невозможна) - участок считается свободным. Для всех свободных участков решается задача (12) при ограничении на допустимое чередование культур (15), а также ограничениях:

- на возделывание на каждом участке не более однс' культуры по одной технологии (т.е. возможно.участок останется незанятым):

_ > I

у 7=1,7 (18) к А

- на возможность возделывания 1-ой культуры в оставшийся временной период:

т

/<р. х> &х-кФА1'-Т*1Г>0.(19)

тчс

где тхс - время наступления чрезвычайной ситуации, т™*- время подготовительных работ для сева к - культуры;

- на ресурсное обеспечение программы возделывания культур на освободившихся участках:

А,

V м € К .....I Ч ЧI <т> 4г. 5 <20)

}

„ ь

где л.®" - величина свободного ресурса хозяйства и-го типа. Далее осуществляется детальная разработка производственной программы для освободившихся участков описанными выше методами без изменения временных и технологических параметров основной программы. В результате формируется новая общая производственная программа о*1"^), которая принимается к исполнения.

Поставлены и решены задачи планирования и оперативного управления транспортом в период уборочной компании.

В седьмой глава приводится описание и основные характеристики разработанной на основе принципов модульности и типизации функциональной структуры типовой модульной АСУ СХП, обеспочиьаюцой реализацию изложенных в работе формализованных методов планир.. зания и улравлешя сельскохозяйственными предприятиями.

Приводятся функциональные структуры основных и вспомогательных подсистем типовой подсистемы, обеспечивающие их эффективное использование на уровне бригад, звеньев и руководства сельскохозяйственных предприятий различного типа.

Описаш основные свойства и характеристики разработанного модульного программного, информационного, технического и организационного обеспечения типовой системы, а также особенности их выбора и проектирования.

Приводится детальное описание функциональных возможностей и особенностей эксплуатации наиболее важных с точки зрения целой актами подсистем, особенности пользовательских интерфейсов и формирования выходных документов.

К основным функциональным подсистемам типовой АСУ СХП относятся: '

1. Планирование и управление основным производством с/х

ПрОДУКЦИИ.

' г. Управление хранением с/х продукции.

3. Управление переработкой с/х продукции по отраслям.

4. Управление реализацией с/х продукции.

5. Управление маториально-техничоским обеспечением.

Управление химизацией и агротехническим обслуживанием.

7. Управление водным балансом.

8. Управление транспортом.

9- Управление и контроль за эффективностью использования земельных ресурсов.

ю. Управление финансами и расчетно-бухгалторскио задачи.

Разработанное программное обеспечение типовой АСУ СХП обеспечивает:

- распределенную обработку данных;

- оптшальное распределение вычислительных ресурсе ,

- аффективное восстановление работы при сбоях и отказах;

- решеше комогоксов функциональных задач в режиме реального времени;

- автоматическое ведение системного, рчг.ютрационного и рабочего журналов;

- возможности расширения и изменения состава решаемых задач;

- ведоние распределенной базы данных;

- защиту базы данных от неоанкцжяированного доступа;

- доступ к базе данных территориально удаленных пользователей систвмк;

- ведение диалога и обмен шфэрмацией между пользователем и системой на основе локальной сети ЭЬМ.

Типовая автоматизированная система управления сельскохозяйственным производством базируется на локальной вычислительной сет;-типа Novell. Структура системы и конкрчтцый состав автоматизированных рабочих мест кокег меняться в зависимости от особенностей конкретного объекта автоматизации. В качзстве сервера используется ЭВМ типа АТ-486, обеспечивающая работу сети и хранение центральных баз данных. В качества аятомятазпрованных рабо-ак мест могут использоваться ЭГМ' АТ-ЗЭб или АТ-Й86 р зависимости от. олоикосш решаемых гадач. " -

В приложениях приведены примеры использования предложенных в работе моделей и методов и документы, подтверждающие эффективность внедрения полученных в диссертации результатов.

СОШНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проанализированы основные особенности организации и управления с/х производством в Республике Казахстан в условиях становления рыночной экономики. Показано, что важнейшей тенденцией развития АПК является утрата им своей автономности и изолированности, усиление и увеличение разнообразия связей с несельскохозяйственными отраслями, рост зависимости с/г производства от общего состояния экономики Республики, стран СНГ и мирового рынка.

Проведен анализ преимуществ нового хозяйственного механизма и направлений его реализации связанных с разгосударствлением и приватизацией, , созданием акционерных комплексов по переработке, хранению и'реализации с/х продукции, комплексной автоматизацией процессов управления такими объединениями.

2. Сформулированы основные требования к функциональной структуре подсистем единой системы упраяления с/х производством на общегосударственном, областном и- районном уровнях, а также уровне с/х предприятий и объединений.

Показано, что основной задачей повышения научно-технического уровня и эффективности управления АПК Казахстана является создание единой системы информационно-вычислительного обслуживания АПК и интегрированных АСУ различного уровня и назначения, обеспечивающих согласованное взаимодействие различных звеньев АПК для достижения поставленных целей, получение необходимых конечных результатов и

управление интенсивными высокоавтоматизированными технологиями производства, хранения и переработки с/х продукции.

3. Предложена методология проектирования типовых модульных систем обработки данных в АСУ СХП, систематизированы методы формализованного анализа множества задач обработки данных одного класса и синтеза на этой основе с использованием ЭВМ типовой системы программных модулей и информационных массивов.

В качестве основы предложенной методологии автоматизированного проектирования АСУ СХП предложено использовать метода адаптивного анализа с/х предприятий, методы синтеза типовых модулей АСУ СХЛ, а также методы оптимизации отладки их программного и информационного обеспечения.

4- Проведен анализ процессов разработки типовых модульных АСУ СХП, определен перечень основных задач, решаемых на каждой стадии проектирования. Показано, что создание типовых модульных АСУ СХП требует разработки новых организационных форм я методов проектирования, включающих выбор степени централизации механизма проектирования и рационального уровня типизации, а также процедуры многопараметрического анализа объектов автоматизации и синтеза типовых программных модулей и массивов по заданным критериям эффективности.

5. Разработана общая методология анализа множества объектов автоматизации (задач обработки данных) в АСУ СХП и синтеза с использованием его результатов типовой модульной структуры программного и информационного обеспечения АСУ. Определены необходимые исходные данные для анализа технологий решения задач обработки данных в АСУ СХП, определение степени их общности и рационального уровня типизации.

6. Разработана методология адаптивного анализа систем управления и технологии обработки данных. Введено понятие дерева функциональной структуры АСУ СХП. используемое для формализации процедур адаптивного анализе Разработаны методы формирования дерева Функциональной структуры проектируемой системы и критерии выбора аналогов из имеющейся библиотеки,

7. Предложена совокупность матричных и графовых моделей, обеспечивающая формальный адаптивный анализ и структуризацию информационных потоков и технологии обработки данных, а также подготовку к представление информации в виде, удобном для технического проектирования системы. Предлагаемая•совокупность моделей ориентирована на автоматизированный адаптивный анализ систем обработки данных и, в отличие от существующих методов, позволяет в режиме диалога проектировщика с системой автоматизированного проектирования АСУ СХП оценить правильность и полноту поставленных требований, корректировать недостоверную информации, контролировать корректность разрабатываемой структуры СОД.

8. Поставлены задачи синтеза оптимальной типовой модульной АСУ СХП по следующим общесистемным критерия«.-

минимум приведенной стоимости разработки, отладки и эксплуатации модульной СОД; минимум -суммарного числа обращений к программным модулям и информационным массивам; минимум межмодульного интерфейса для множества задач обработки данных АСУ СХП.

Сформулированы постановки задач синтеза типовых программных модулей и информационных массивов АСУ СХП с использованием минимаксных критериев, обеспечивающая: гарантированный уровень качества при использовании типовой системы.

9. Разработаны ' точные и эвркстич» ские алгоритмы решения пос-

тавлекных задач синтеза, использующие характерные особенности процедур типового модульного проектирования и основанные на учета ог-раничзкий, оценках граничных значении критериев эффективности и сформулированных правилах предпочтений.

ю. Разработана методология планирования и организации системной отладки, определяющая основные метода и этапы отладочных работ и последовательность их проведения для комплексо программ АСУ СХП. Методология основана на представлении системной отладки в виде многоэтапного итеративного процесса получения комплекса программ с заданными показателями качества.

Поставлена и решена задача вкСора оптимальной стратегии про- ' ведения системной отладки. В качестве критериев оптимальности использованы временные и стоимостные характеристики этапов системной отладки, в качестве ограничений - ограничения структурного типа, задающие множество допустимых стратегий проведения отладочных работ.

11. На основе анализа возможностей аппарата сетей Петри и характеристик процесса тестирования комплекса программ по показателям функциональной корректности разработан метод автоматизации выделения магистральных путей комплекса программ, основанный на анализе его управляющего и информационного интерфейса. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение позволяет сократить затраты времени и средств на проверку правильности реализации функций комплекса программ АСУ СХП за счет автоматизации основных операций тестирования программного обеспечения.

12. Разработан комплекс взаимосвязанных формализованных моделей планирования сельскохозяйственного производства на основе аппарата орграфов и аналитических моделей производственного процес-

са.

Введено понятие резерва и дана классификация наиболее важных с точки зрения задач сельскохозяйственного производства видов резервов. Дано формальное описание структурно - технологичзского резерва, резерва времени и природно - климатического резерва. Решены задачи использования выделенных типов резервов при разработке текущих и оперативных планов. 1

13- Поставлена и решена центральная задача плакирования деятельности сельскохозяйственного предприятия - оптимизации структуры посевных площадей и выбора технологий их возделывания.

Приведены постановки и разработаны метода решения задач формирования производственной .программы предприятия: оперативного планирования по критерию максимума прибыли от реализации готовой продукции и минимизации прямых производственных затрат.

Приведена формальная постановка и разработаны метода решения задачи планирования и оперативного управления транспортом в период уборочной кампании по критериям максимума дохода от реализации продукции с учетом затрат на транспортировку, минимума суммарных порожних пробегов автотранспорта, максимума объема перевозок, минимума времени простоя автотранспорта под погрузкой - разгрузкой.

14. На основе- принципов модульности и типизации разработана функциональная структура типовой автоматизированной системы управления сельскохозяйственным производством, обеспечивающая реализацию изложенных в работе формализованных методов планирования и управления сельскохозяйственными предприятиями.,

■ разработаны основные функциональные и вспомогательные подсистемы таловой системы, обеспечивающие ее эффективное использование на уровне бригад, звеньев и руководства сельскохозяйственных

предприятий различного назначения.

15. Описаны основные свойства и характеристики разработанного программного, информационного и технического обеспечения типовой системы, а также особенкости их выбора и проектирования.

Описаны взаимосвязь и последовательность решения основных задач планирования и управления в разработанных подсистемах, особенности пользовательских интерфейсов я генераторов выходных форм.

Разработанные типовые подсистемы АСУ СХП внедрены на большом количестве с/х объектов Казахстана, России и Узбекистана. Суммарный экономический эффект от их внедрения составляет - 36.7 млн.руб. и II.4 млн. тенге.

. СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЯ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

и Утепбергенов И.Т., Алимбетов К.А., Дудевко В.А., Ардабаев Т.Д. Контролируемая система в производство научных разработок по риссосеянию. ВО ВАСХШЛ, КазНМИ ЗОСХ, Алма-Ата, 1988 г.

2. Утепбергенов И.Т., Маханов K.M., Мбраев А.Т. Основы информатики и вычислительной техники. Часть-1. ВО ВАСХНМ, КазНИИ ЗОСХ, Алма-Ата, 1938 г.

3. Утепбергенов И.Т., Джасыбаев Т.И. Структура информационно-вычислительной сети Восточного отделения ВАСХШЛ. Тринадцатая Всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям, часть 1, Москва - Алма-Ата, 1983 г.

4. Утепбергенов И.Т., Абугалиева А.И., Биканов A.B. Система автоматизированного проектирования (САПР) технологии возделывания

• сельскохозяйственных культур для условий юго-востока- Казахстана. Всесоюзная конфер. 1988 г. Часть-и. "Измерительная и вы-

числительная техника в убавлении производственными процессами в АПК", Ленинград, 19SS г.

5. Утепбергенов И.Т., Абугалиева А.И..» Калыгулова P.E. Информационное обеспечение исследований в растениводстве. Сб. научных трудов. "Принципы и методы математического моделирования в защите растений" АлмаАга, КазНШЗР, 19S9 г.

6. Утепбергенов И.Т., Маханов K.M., Ибраев А.Т. Основы информати-

ки и вычислительной техники ■ Часть 2. ВО ВАСХНШ1 Ротапринт . Каз.НШ S0CI 1989 г„

7. Утепбергенов ИЛ., Турешев 0.Т-. Е Платонов В.А. Система автоматизированного проек тирования (САПР) технологии возделывания сельскохозяйственных культур для условий юго-востока Казахстана. Казахская академия сельскохозяйственных наук. Вестник сельскохозяйственной науки К4, 1989 Г.

8. Утепбергенов И.Т., Турешев 0„Т., Абугалиева А.И., Бижанов А.Б., Гасакова Г.А., Калыгулова P.E. Выбор технологии возделывания озимой пшеницы. Авторское свидетельство на программное средство N50890001020 ВНТИЦенгр N А570 АГРОФАП 16.10-1989 Г.

9. Утепбергенов И.Т., Абугалиев'И.А., Турешев О.Т., Абугалиева * А.И., Бижанов А.Б., Атаханова Г „Б. АШ-агроном "Технология

' возделывания кукурузы на зерно". Авторское свидетельство N 50890001219 внгицентр К А580 АГРО-®АП 22.01-1990 Г. ю. Утепбергенов И.Т.„1анг К.Б.„ Абугалиева А.И.,Рыскалиева К.У., Турешев О.Т. Автоматизированное проектирование технологии возделывания люцерны. Авторское свидетельство к 50890001218 ВНТЩентр N 5581 АГРОФАП 22=01-1990 Г.

11. Утепбергенов И.Т., Каличкин И.А., Абугалиева А.И., Сулейменова

М.Г., Турешев О.Т. Прогнозирование сроков наступления фенологических фаз развития озимой пшеницы. Авторское свидетельство ка программное средство N 50890001221 ВНТИЦентр N А582 АГРОФАП 22.01-1990 Г.

12. Утепбергенов И.Т., Абугалиев H.A., Абугалиева А.И., Лакк Н.Б.,

Купарова А.Т. Автоматизированный выбор - хнологии возделывания сахарной свеклы.. Авторское свидетельство на программное средство N 50890001222 ВНТИЦентр N А583 АГРОФАП 22.01-1990 г.

13. Утепбергенов W.T., Рябинина Е.В. .Абугалиева А.И..Бижанов A.B.,

Атаханова Г., Турешев О.Т. Планирование технологии возделывания кукурузы на силос. Авторское свидетельство на программное средство N 50890001220 ВНТИЦентр N А584 АГРОФАП 22.01-1990 г.

14- Утепбергенов И.Т., Медеубеков К.У., Сарбасова Т.И., Племянников А.» Ерканова С.Т., Янцен Е.И., Ташанова А.Н. Автоматизированный выбор технологии интенсивного выращивания и откорма молодняка. Авторское свидетельство на программное средство N"5090000269 BHTIt Центр N А650 • АГРОФАП 04.04-1990 г.

15. Утепбергенов М.Т., Маханов K.M., Ибраев ' А.Т.- Основы математического моделирования Каз.КШНГИ, 1990 г. .

16. Утепбергенов И.Т., Бобров Л.Г., Сагандаков U.M., Мусахметов

М.М., Комарова М.Г., Рыскалиева К.У. Технология хранения картофеля. Авторское свидетельство на программное средство N 50900001068 ВНТИЦентр М А706 АГРОФАП 21.01-1991 Г.

17. Утепбергенов И.Т., Кожебеков З.К., Койшибаав Г.К.,Маханов K.M.

Применение ЭВМ в. ветеринарии. Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана N 1, 1991 г.

18. Утепбергенов И.Т. Применение ПЭВМ в системе Казахской академии сельскохозяйственных наук? состояние и перспективы. Научно-технический семинар "Состояние и пути решения задач с использованием ЭВМ по повышению эффективности аграрной науки, Алма-Ата, Каз„ АСХН, 1991 г.

19- Утепбергенов И.Г., Бобров Л.Г., Сагынданов Н.М. Технология хранения картофеля.Научно-технический семинар "Состояние и пути решения задач с использованием ЭВМ по повышению эффективности аграрной науки, Алма-Ата, Каз. АСХН, 1991 г.

20. Утепбергенов И.Т., Есмагамбетов Б-Б.С., Каличкин И. А. Разработка экспертной системы по защите растений. Научно-технический семинар "Состояние и пути решения задач с использованием ЭВМ по повышению эффективности аграрной науки, Алма-Ата, Каз. АСХН» 1991 г.

21. Утепбергенов . .И.Т., Маханов K.M., Ержанова С.Т. Автоматизированное рабочее место научного работника в Каз. АСХН в животновотческих отраслях. Алма-Ата, Каз.АСХН3 1991 г.

'2г. Утепбергенов И.Т., Есмагамбетов Б-Б.С., Маханов K.M., Койлибаев К.К. Проектирование экспертной системы по ветеринарии. Алма-Ата, Каз. АСХН, 1991 г.

23. Утепбергенов И.Т., Соломатин Н.М. Модель баз знаний экспертных систем в сельскохозяйственном производстве. Научно-техническая конференция "Средства и системы автоматизации управления процессами сельскохозяйственного производства", Паланга, 1991 г.

24. Утепбергенов И.Т;, Есмагамбетов Б-Б.С., Кайгатыров Д.Г.

Локальная вычислительная сеть Казахской академии сельскохозяйственных наук. Семнадцатая международная школа-семинар по вычислительным сетям Москва-Алма-Ата, 1992 г.

25. Кульба Б.Б., Швецов А.Р., Утепбертеков И.Т. Использование модифицированных сетей Петри при выработке и оценке эффективности решений по управлению сельскохозяйственным производством. Международная научнопрактическая конференция "Информация и системный анализ сельского хозяйства в условиях аграрной реформы" г. ПереславльЗалесский, 1992 г.

26. Утепбергенов И.Т., Нургалиева Г.К., Казиев Г.З. Автоматизированная система управления зональными технологиями ведения сельскохозяйственного производства. Международная научнопрактическая конференция "Информация и системный анализ сельского хозяйства в условиях аграрной реформы" .г. Переславль-Залесский, 1992 г.

27. Утепбергенов И.Т., Алимова Р.Б., Ходынин В.Ф., Ефимова Т.С.

Методы оперативного планирования процессами сельскохозяйственного производства в условиях чрезвычайной ситуации. Конференция "Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях.", Москва, 1992 г., с. 02-83

28. Утепбергенов И.Т., Нургалиева Г.Н. Информационное обслуживание

управления наукой. Конференция "Информационное обеспечение современного сельского хозяйства", Борисполь, 1992 г. 29- Утепбергенов 'Л.Т., Цай С.К. Компьютерная система выбора технологии возделывания с/х к-р (КСВТВСК). Конференция "Информационное обеспечение современного сельского хозяйства", Борисполь, 1992 г. 30. Утепбергенов И.Т., Сарбасов Т.И., Зржанова С.Т.,Есенбаев А.Е.,

Махатов Б. Моделирование и оптимизация кормления сельскохозяйственных животных на ПЭВМ. Казахская академия сельскохозяйственных наук, Алма-Ата. 1992 г.

31. .Утепбергенов И.Т., Чернов И.В., Казиев Г. 3. ' Метода и

средства формирования и контроля исполнения планов по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций в сельскохозяйственном производстве. II Международная конференция "Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях", Москва, 1994 г.

32. Утепбергенов И.Т., Кульба В.В. Анализ и синтез типовых модульных автоматизированных систем управления сельскохозяйственным производством. Алматы; НИЦ "Бастау", 1594 г.

■ЛИЧНШ ВКЛАД

Бее основные полокения и результаты, выносимые на защиту, получены автором самостоятельно.

Личный вклад автора в совместные публикации:

[3,4,7,24,28,32] - предложена' структура функциональных и обеспечивающих подсистем АСУ СХП;

[15,32] - сформулированы задачи анализа и синтеза типовой АСУ СХП;

[25,32] - сформулированы критерии эффективности решения задач планирования и репланирования с/х производства;

[5,29,32] - разработаны процедуры выделения магистральных путей при отладке комплексов программ АСУ СХП;

[27,31] - сформулированы понятия резервов различного типа при реплакировашш с/х производства в условиях возникновения

чрезвычайных ситуаций природного характера;

[17,19,22,23,26,29,32] - сформулированы . особенности функционирования различных механизмов проектирования типовых АСУ СХП.