Модель оперативного управления уборкой-заготовкой урожая в АПК. (Проект НИР КНПК Эврика)
Модель оперативного управления уборкой-заготовкой урожая в АПК. (Проект НИР КНПК Эврика)
Предлагается математическая модель оперативного управления уборкой-заготовкой урожая в формате сырьевых зон Элеваторов и Сахарных заводов, позволяющая проектировать уборочно-транспортно-заготовительные процессы. Описывается алгоритм формирования ресурсно-сбалансированных, технологически увязанных и согласованных по времени суточных планов ведения уборочно-транспортно-заготовительных работ на плече: пункт погрузки Производителя – пункт приемки Заготовителя. Разработаны требования к структуре и функциям инструментария (программного обеспечения). Предлагаемый подход обеспечит повышение эффективности проведения уборочно-заготовительных кампаний в АПК Краснодарского края. Расчётный экономический эффект от применения математической модели может составить 50–150 рублей (2-5долл.) на тонну продукции.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Просмотр содержимого документа
«Модель оперативного управления уборкой-заготовкой урожая в АПК. (Проект НИР КНПК Эврика) »
23
Краевая научно-практическая конференция «Эврика»
Малой академии наук учащихся Кубани
Совершенствование оперативного управления
уборкой-заготовкой урожая в АПК
секция: Экономика
Россия
Краснодарский край
г. Горячий Ключ
пос. Молькино
Автор:
БАГНЕНКО Оксана Александровна
Муниципальное образовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа №17,
ученик 10 класса
Руководитель:
БАКУРАДЗЕ Леонид Амбросиевич
Муниципальное образовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа №17, преподаватель физики
г. Горячий Ключ
2011
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
Обоснования проведения исследования 3
Предполагаемое решение 4
Значимость исследования 4
Краткое содержание и структура работы 5
ГЛАВА 1. Организационно-экономические аспекты уборочно-заготовительных Кампаний 6
1.1. Анализ степени разработанности проблемы 6
1.2. Требования к методу решения проблемы 8
1.3. Выводы .. 8
ГЛАВА 2. математическАЯ Модель межотраслевого взаимодействия 9
2.1. Концепция 9
2.2. Метод решения 10
2.3. Комплекс математических моделей управления эффективностью уборки-заготовки 12
2.4. Методика численных расчётов 16
2.5. Концепция построения инструментального средства 17
2.6. Методика применения и расчета экономической эффективности 17
2.7. Выводы 17
ГЛАВА 3. пОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 18
3.1. Оценка выполнения исследовательской работы 18
3.2. Основные результаты 18
3.3. Анализ полученных результатов 18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
1. Выводы 19
2. Предложение 19
3. Задел 19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 20
ПРИЛОЖЕНИЯ: 21
ВВЕДЕНИЕ
Обоснование проведения исследования
Уборка-заготовка урожая зерновых колосовых и сахарной свеклы занимает особое место в деятельности агропромышленного комплекса (АПК). При этом все большую остроту приобретает вопрос о повышении её эффективности и рациональности затрат. В условиях рыночной экономики в соответствии с жесткими требованиями приоритетного национального проекта "Развитие АПК" уже недостаточно просто вырастить хороший урожай. Необходимо в оптимальные сроки и с минимальными затратами различных видов ресурсов убрать и доставить его на заготовительные и перерабатывающие предприятия. В настоящее время повсеместно используются высокозатратные и весьма ресурсоемкие, довольно архаичные подходы к управлению уборкой-заготовкой урожая, оставшиеся практически неизменными с середины прошлого века. В традиционной системе централизованное управление в целом осуществляется только перед началом уборки, когда оцениваются объемы работ и количество автотранспорта. В самом же ходе уборки-заготовки оперативное (ежесуточное) управление на региональном уровне, в масштабе сырьевых зон Заготовителей, отдается на откуп самим участникам процесса, которые пытаются его регулировать под себя, применяя не связанные ведомственные нормативные акты.Результат – никакого управления и огромные затраты.Сложившаяся ситуация сегодня уже не может устраивать ни участников уборки-заготовки (Сельхозпроизводители, Заготовители и Переработчики, Транспортники), ни руководство АПК районов и региона в целом.
Проблема состоит в несоответствие применяемой высокозатратной системы управления уборочно-заготовительными кампаниями требованиям приоритетного национального проекта "Развитие АПК", т.е. в несоответствии существующей архаичной, регулируемой разрозненными ведомственными актами и положениями, системой управления уборкой-заготовкой урожая и требованиями современной рыночной экономики.
Главная задача, решаемая в работе, состоит в преодолении данной проблемы путём предоставления в распоряжении АПК механизма (математические модели) и быстродействующего инструмента (алгоритмы и программы) для организации и оперативного управления ходом уборки-заготовки урожая зерновых и сахарной свеклы.
Цель и задачи исследования состоят в разработке системы организации и оперативного управления уборочно-заготовительными кампаниями, которая обеспечит эффективное её проведение и завершение в сжатые сроки, рациональный темп и ритмичность хода уборки-заготовки по объемам и номенклатуре продукции без потерь и с высоким качеством, позволит минимизировать производственные затраты и расходы ГСМ.
Достижение поставленной цели осуществляется путем ее декомпозиции в последовательность задач, решение которых является этапами достижения цели:
Задача 1:исследовать экономические, организационные и производственные аспекты уборки-заготовки урожая на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК и сформировать методическую базу исследования.
Разработать:
Задача 2: математическую модель оперативного управления уборкой-заготовкой урожая.
Задача 3: методику численных расчетов (алгоритмы и структуры данных.
Задача 4: структуру программного инструментария системы.
Задача 5: методику оценки эффективности предлагаемых моделей и технологии.
Предполагаемое решение
Идея решения главной задачи состоит в разработке и внедрении отвечающей современным требованиям автоматизированной системы управления региональными уборочно-заготовительными кампаниями на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК, включающих один сельскохозяйственный район или несколько смежных районов.
Объект исследования: экономические, производственные, организационные и технические аспекты уборки-заготовки урожая.
Предмет исследования: математические модели, инструментарий и методики совершенствования оперативного управления уборочно-заготовительными кампаниями в АПК на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК.
Область исследования. Работа выполнена в рамках программы "Совершенствование математического и информационного обеспечения управления АПК Краснодарского края" (Госрегистрационный № 0196009014). Содержание работы соответствует области исследования - Разработка систем поддержки принятия решений для рационализации организационных структур и оптимизации управления экономикой на всех уровнях.
Теоретическая и методологическая основа:теория автоматизированных систем управления (АСУ), теория массового обслуживания (в частности теория потоков), реляционная алгебра, теория информации, системный анализ, а также методы балансов, прямого счета, ортонормирования, численного моделирования, физические законы (механики, гидродинамики, электродинамики).
Информационная база исследования: данные статистики, учетные показатели уборок, нормативные акты АПК, эксплуатационные данные предлагаемой системы.
Значимость исследования
Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту:
Способ организации процесса уборки-заготовки: нормированный объём уборки- отгрузки - конвейерная транспортировка - поточная приёмка-разгрузка.
Принцип ведения:выталкивающе-всасывающий (порционная отгрузка + непрерывная приёмка расчётных объёмов грузов) режим грузопотока продукции.
Функциональная схема: уборка-заготовка урожая “с колёс” – метод конвейера.
Параметры:рациональность темпа хода уборки-заготовки и ритмичность процесса работы уборочно-транспортно-заготовительного комплекса.
Теоретическая значимость работы определяется тем, что создана математическая модель, учитывающая и согласующая интересы (обеспечивающая их разумный баланс) всех участников уборочно-заготовительной кампании, что даёт значительный общесистемный эффект, в отличие от подхода ГАСУ «Урожай», основанного на транспортной задаче, в которой оптимизация одной из подсистем (транспортной) приводит к ухудшению функционирования других и системы в целом.
Практическая значимость работы состоит в том, что программный инструментарий, реализующий предлагаемую модель, при его внедрения и эксплуатации, обеспечит антизатратное ведение уборки-заготовки урожая зерновых-колосовых и сахарной свеклы в формате Элеваторов и Сахарных заводов с высокой рентабельностью для всех участников и общей экономией в размере 50 – 150 руб. на тонну.
Краткое содержание и структура работы
В первой главе: "Организационно-экономические аспекты уборки-заготовки урожая" приведена историческая справка, определены главная задача, решаемая в работе, ее объект, предмет, цели и задачи, сформулированы и обоснованы требования к методу решения (таблица 1), проведен анализ уборочно-заготовительных кампаний, изучена разработанность темы, представлены выводы, приведена формула исследования. (Задача 1)
Во второй главе: "Математическая модель межотраслевого взаимодействия" приведены идея и концепция решения задачи, подход к описанию уборки-заготовки, схема учета интересов участников и принцип планирования, модель объекта управления, схема процесса моделирования, предложен конвейерно-поточный способ организации уборки-заготовки с применением потоковых методов и разработана математическая модель оперативного управления уборкой-заготовкой урожая (Задача 2,3,4,5).
Во третей главе: "Полученные результаты " отражены основные результаты,приводится их критический анализ, рассматриваются возможность программной реализации, методического обеспечения внедрения и эксплуатации АСОУ «Урожай», оценка экономической эффективности на основе смоделированных данных.
В заключении рассматривается обоснованность и достоверность научных положений исследовательской работы, рассматриваются недостатки и перспективы предложенных математических моделей, программной реализации.
Структура и объем работы. Работа содержит 20 страниц основного текста, состоит из введения, трех глав, заканчивающихся выводами, заключения, списка использованной литературы из 24 наименований и содержит: 4 таблицы, 5 рисунков, 3 диаграммы, 25 формулы.
ГЛАВА 1. Организационно-экономические аспекты уборки-заготовки урожая
1.1. Анализ степень разработанности проблемы
Исследованию проблем управления социально-экономическими системами различных иерархических уровней посвящены работы Г. Андреева, И. Ансоффа, Л. Базилевича, Л. Берталанфи, К.П. Петрова, В. Шапиро. Организация процессов и систем управления изучается в трудах М. Алексеева, Ю. Амирова, A. Вендрова, А. Денисова, Дж. Элти. Проблемы повышения эффективности управления исследованы в трудах В. Дюка, Л. Заде, В. Платова, Э. Попова, В. Убейко, Г. Шмалена. Применению информационных технологий в управлении посвящены исследования В. Богданова Ю. Гаврилина, В. Маркова, А. Райкова, А.Кизим. В работах этих и других авторов рассматривается задача оптимального распределения ограниченных трудовых, материальных, финансовых, временных и других ресурсов на уровне предприятия, как правило, транспортная задача линейного программирования. Однако она не удовлетворяет сформулированным требованиям к современной системе управления уборкой-заготовкой урожая сельскохозяйственной продукции.
Таблица 1. СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ НА СООТВЕТСТВИЕ ТРЕБОВАНИЯМ
Показатель
(критерий)
Предлагаемая система
Используемая система
Транспортная задача
Количество критериев
Многокритериальная система, критерии, отражающие в т.ч. экономические интересы
Один критерий – минимизация длительности компании
Один критерий – минимизация тонно-километров
Тип груза
Номенклатура грузов
Номенклатура грузов
Однородный
Баланс технических ресурсов и объемов уборки-заго-товки по номенклатуре
Согласование технических ресурсов и объемов поставки-приёмки продукции по номенклатуре, в том числе и при их несовпадении
Отсутствует, что приводит к образованию смесей зерна разного качества на пунктах разгрузки и падению качества продукции
Есть, но только по одному виду. При этом более близким поставщикам дается более высокий приоритет, чем удаленным, что при недостатке транспорта приводит к систематическому планированию недовывоза и неприемлемо
Маршрутизация: разработка маршрутов транспортировки грузов с учетом классов дорог
Формирование сети грузопотоков по номенклатуре грузов с определением их мощности, разработка маршрутов и дистанций перевозки продукции с учетом классов дорог, расчёт регламентов работы
Отсутствует, что приводит к значительным порожним пробегам автотранспорта при самостоятельном поиске продукции водителями и высоким непроизводительным затратам ГСМ
Назначение автотранспорта на маршруты
Назначение машин различной принадлежности с учетом зон их применения на маршруты
Отсутствует, что приводит к порожним пробегам транспорта при самостоятельном поиске продукции водителями и высоким непроизводительным затратам ГСМ
Управление автотранспортом по времени и месту
Распределение машин по времени операций на маршрутах, пунктах погрузки, разгрузки с минимизиацией их взаимовлияние в течение дня
Отсутствует, что приводит к пробкам на дорогах и очередям при погрузке и особенно разгрузке, превращает транспорт в неэффективные хранилища грузов на колесах и приводит к высоким затратам ГСМ
Управление операциями по месту и времени их осуществления
Увязка производственного взаимодействия исполнителей по месту и времени выполнения работ по уборке-заготовке
Отсутствует, что приводит к невозможности заблаговременной подготовки разгрузочно-погрузочного оборудования, машин и грузов к планируемым погрузочно-разгрузочным и транспортным операциям
Сравнение существующей системы и транспортной задачи (Табл.1)на соответствие предъявляемым требованиям показало, что они не соответствуют этим требованиям т.к. в качестве критерия оптимизации фактически рассматривается минимальная длительность кампании, что на практике достигается привлечением в районы на период уборки-заготовки значительного количества внешнего автотранспорта и приводит к огромным ничем неоправданным затратам. В транспортной задаче таким критерием выступает минимизация суммы тонно-километров, что отражает интересы транспортных организаций и заготовителей сельскохозяйственной продукции, но игнорирует интересы ее производителей и поставщиков. Этот критерий ставит в неравные условия производителей, находящихся на разных расстояниях от заготовителя и не обеспечивает минимизации транспортных затрат, складывающихся в основном из затрат на ГСМ, зависящих не только от расстояний, но и от классов дорог, пробок на дорогах и очередей на погрузке и разгрузке.
Анализ результатов применения АСУ перевозками урожая разработанных в структуре ГАСУ «Урожай» в 1982-1984г.г. показывает (Табл.2), что наибольшая эффективность была достигнута при применении Красноярской системы на базе ПЭКВМ «Искра-226». Система МинавтотрансаСССР, оказалась полностью не жизнеспособной, но не смотря на это, РАПО ежегодно обязывали оплачивать “мертвые графики”. Винницкая система на базе ПКЭВМ «Искра-1256» отработала только один сезон с “притянутым результатом”. Саратовская система, реализованная на базе ЕС ЭВМ имела низкую функциональность.
Как видно из анализа, в невозможности системного учета законных экономических интересов, а также производственных намерений и реальных технических возможностей всех участников в рамках оптимизационной математической модели транспортной задачи и состоит основная причина трудностей, возникавших при попытках ее внедрения для управления уборкой-заготовкой урожая. Поэтому транспортная задача ГАСУ «Урожай» в настоящее время нигде не применяется для управления уборкой-заготовкой урожая.
Исследования и разработки по логистике уборочно-заготовительных кампаний ограничиваются разработкой общетеоретических концепций и иногда математических моделей, тогда как для их применения на практике необходимы соответствующе методики численных расчетов, реализующие их программные инструментальные средства и методики внедрения и применения. В научной литературе информация о проведении подобных научных исследований и разработок отсутствует.
1.2. Требования к методу решения
Анализ уборочно-заготовительных кампаний и изученности разработанности темы, представленные в Табл.1. показывают, что главная задача не решается путем оптимизации перевозок с применением математической модели транспортной задачи и имитационного моделирования, по целому ряду причин, в частности: поставленная задача является не транспортной, а задачей оперативного управления эффективностью уборочно-заготовительной кампании в целом как системы. У неё другие должны быть другие критерии эффективности: не минимизация транспортных затрат, а рационализация уборки-заготовки в целом путем установления соответствия производственных интересов всех участников их техническим возможностям (согласование ресурсов, баланс по объему и номенклатуре грузов) и увязки производственного взаимодействия в единый уборочно-транспортно-заготовительный конвейер (определение объемов уборки, грузопотоков, расчёт маршрутов перевозок, назначение на них транспорта, повременное определение всех операций), и другие ограничения (параметры, время решения, инвариантность дорожной сети, множество транспортников и т.д.).
Эта система должна удовлетворяет ряду научно-обоснованных требований, вытекающих из запросов практической рыночной микроэкономики и обеспечить: согласование объемов убираемой и заготавливаемой продукции по номенклатуре;определение мощности грузопотоков по сырьевой зоне заготовителя, формирование маршрутов перевозки с учетом классов дорог; равных условий поставки сельхозпроизводителям;учет транспорта всех форм собственности; распределение машин на маршрутах по времени и минимизацию их взаимовлияния на пунктах погрузки, разгрузки и дорогах; расчет планов-графиков работы оборудования и техники, часовых пооперационных графиков для всех исполнителей по месту и времени выполнения уборочных, погрузочных транспортных, разгрузочных, заготовительных и других работ (взвешивание, заезды, оформление документов.).
Математическая модель предлагаемой же системы должна быть многокритериальной моделью баланса (разумно обоснованного компромисса) производственно-экономических интересов всех участников. Критерием повышения эффективности является уборка и заготовка в целом как процесс с минимальными затратами для всех участников.
1.3. Выводы
Таким образом, в 1-й главе сформирована методическая база исследования и исследованы экономические, организационно-экономические и производственные аспекты уборки-заготовки урожая на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий (ЗП) АПК и показано, что в настоящее время нет высокоэффективной антизатратной системы оперативного управления уборкой-заготовкой урожая, соответствующей требованиям современной рыночной экономики, т.е. отсутствуют: математическая модель оперативного управления уборочно-заготовительной кампанией на региональном уровне, программный инструментарий системы, методика её внедрения и применения на практике, т.е. решена задача 1. Всем этим и определяется актуальность темы данного исследования.
ГЛАВА 2. Математическая модель межотраслевого взаимодействия
2.1. Концепция оперативного управления уборочно-заготовительной кампанией
Решение задачи осуществим комплексно на основе инновационного подхода к формализации производственно-экономического взаимодействия Участников Кампании и процессного подхода к проблеме организации функционирования уборочно-транспортно-заготовительного Комплекса, путём обеспечения интенсивного конвейерно-поточного режима уборки-заготовки урожая на основе применения физических законов и за счёт обеспечения рационального темпа и ритма проведения работ в формате сырьевых зон ЗП. Суть подхода заключается в создании в формате товарно-сырьевой зоны ЗП корпоративной, действенной производственно-экономической среды, обеспечивающей Участникам финансово выгодные условия проведения УТЗ работ. Рационализация осуществляется формированием единого информационно-ресурсно-процессного поля и аналитической балансировкой УТЗ конвейерана территории товарно-сырьевой зоны ЗП (Табл.3).
Таблица 3. Концепция оперативного управления уборкой-заготовкой урожая
1. Уборочно-заготовительная кампания рассматривается как экономическое образование - динамичной системой на большей территории с большим числом участников разных форм собственности и разными экономическими интересами, но общей производственной целью.
2. Уборка-заготовка урожая рассматривается как процесс на основе объектно-функционального подхода.
3.Организационно-функциональная структура рассматривается как замкнутая с одним полюсом управления
4. Экономические интересы и производственные намерения учитываются ПАРАМЕТРАМИ: объёмы уборки–заготовки, затратыресурсов и сроки проведения,
которые МОДЕЛИРУЮТСЯ МЕТОДОМ БАЛАНСА.
5. Интенсивность ведения уборки-заготовки урожая и ресурсосбережение обеспечивается моделированием процесса уборки–заготовки с применением ПОТОКОВОГО МЕТОДА, закона Кирхгофа (Рис.1), принципа сообщающихся сосудов для обеспечения КОНВЕЙРНОСТИ.
6. Эффективность уборки-заготовки обеспечивается применением УПРАВЛЯЮЩИХ ФАКТОРОВ: ТЕМП и РИТМ хода, РЕЖИМ ведения, РЕГЛАМЕНТЫ прохождения.
7. ТРАЕКТОРИЯ уборки–заготовки формируется моделированием значений параметров прохождения каждого этапа по принципу ЕДИНСТВА стратегии хода (рациональность) и тактики НЕПРЕРЫВНОСТИ управления (устойчивость).
КРИТЕРИИ
Рациональность затрат в целом. Ритмичность хода. Устойчивость управления
Методологическое обеспечение концепцииуборки-заготовки(УЗ) включает:
1.Креативную стратегиюформирования УЗ событий кампании;
7.Оркестровую организациюструктуры управления УЗ Кампанией;
8.Композитный метод оперативного управления УЗ Кампанией.
Методологическое обеспечение составляет основу концептуальной базы оперативного управления уборкой-заготовкой урожая и функциональноориентировано наобеспечение аналитически обоснованной формализации производственной деятельности уборочно-транспортно-заготовительного комплекса.
Формализация потоков продукции осуществляется применением закона Кирхгофа, уравнений движения и правила сообщающихся сосудов.
Рисунок 1. Закон Кирхгофа в математической модели процесса уборки-заготовки
2.2. Метод решения
Схема суточного цикла управления системы приведена на рисунке 2. Ежесуточно центр оперативного управления, создаваемый в соответствии с методикой внедрения и применения АСОУ «Урожай», по каналам связи получает информацию о состоянии подсистем объекта управления на следующие сутки:
– по пунктам погрузки – это информация о предполагаемых объемы уборки-поставки продукции по видах и выставляемым уборочным и погрузочным мощностям;
– по пунктам разгрузки – этоинформация о предполагаемых объемах заготовки, видах принимаемой продукции и выделяемых разгрузочных мощностях;
– по транспортникам – это информация о помарочном и количественном составе автоотрядов, выставляемых на выполнение перевозок.
Рисунок 2. Схема суточного цикла управления уборкой-заготовкой урожая
С использованием этой информации, путем последовательного исполнения четырех частных моделей (балансовой, маршрутной, транспортной и временной) комплексной математической модели, решается задача поминутного планирования межотраслевого взаимодействия участников уборки-заготовки урожая по времени и местам выполнения операций уборки, погрузки, транспортировки и разгрузки по видам грузов на следующие сутки, разрабатываются и выдаются выходные формы для руководителей и исполнителей.
С точки зрения теории АСУ, предлагаемая модель относится к замкнутым системам с обратной связью, в качестве которой выступает оперативная, полная и достоверная информация о текущем состоянии объекта оперативного управления, включающего три иерархических подсистемы: отправители грузов, получатели грузов, транспортники.
Используемая же в настоящее время система относится к разомкнутым, т.е. без централизованной обратной связи и принятия содержательных управленческих решений. Реализация функции централизованного оперативного управления отдается в ней на откуп исполнителям различных уровней, действующим по своим нормативным актам. Транспортная задача - промежуточный вариант, т.к. по одной из трех подсистем (транспортной) объекта управления она является замкнутой, хотя и с неадекватным критерием оптимизации, и отражает экономические интересы лишь этой подсистемы, а по двум другим (пунктам погрузки и приемки) – разомкнутой и соответственно не учитывает ни их текущего состояния, ни их экономических интересов.
2.3.Комплекс математических моделей управления эффективностью
Предлагаемый комплекс математических моделей включает балансовую, маршрутную, автотранспортную и временную модели (рис.3).
2.3.1.Балансовая модель.Балансовая модель устанавливает обязательность количественного соответствия технологических возможностей разгрузки-приемки заготовителем с возможностями уборки-отгрузки сельхозпроизводителей и возможностями перевозки транспортников за установленный период времени. В общем случае математическую модель уборки-заготовки по сырьевой зоне заготовителя представим следующим образом:
объемы убираемой-поставляемой Fj(a,t) производителями j, объемы принимаемой-заготавливаемой Fn(a,t) заготовителем n и объемы перевозимые Fx(a,t) транспортниками x за интервал времени t (периоды уборки-заготовки – день, смена, час)продукции a должны быть тождественны (модель баланса объемов уборки-перевозки-заготовки):
(тонн)
(1)
Объем приёмки Fn(a,t) продукции a вида за время t определяется характеристиками Wu(a) постов разгрузки, их количеством u и регламентами процесса приемки-разгрузки-закладки и регулируются уровнем загрузки Kn (%) оборудования (ресурсы по приемке):
(тонн)
(2)
Объемы поставкиFj(a,t) продукции a вида за время t по сырьевой зоне заготовителя определяются техническими характеристиками Wij(a) пунктов погрузки i сельхозпроизводителей jпо уборке-отгрузке и регулируются коэффициентом загрузки Kij (% ) уборочно-погрузочнойтехники пунктов погрузки (ресурсы по уборке-погрузке):
(тонн)
(3)
Рисунок 3. Структура математической модели
Объемы возможных перевозок Fx(a,t) поставляемой с пунктов погрузки на приемный пункт продукции a за время t определяются техническими характеристиками Wmb(a) (скорость*грузоподъёмность) марок b машин и их количеством m повсем транспортникам x, а такжерасстояние Sn перевозок по всем определённым на день проведения работ маршрутам (пункт погрузки-пункт разгрузки). Интенсивность перевозок регулируется подбором скорости движения v машин транспортников на выделяемых ему маршрутах, в т.ч. с учётом качества дорог и погодных условий, с применением коэффициента вариации скорости Kv (%)(транспортные ресурсы):
(тонн)
(4)
Устойчивость перевозок обеспечивается подбором операционного времени To (заезды, взвешивание, открытие-закрытие борта,…)и резервным Tr временем рейса.
Необходимый общий объём работ по перевозке Aхn(а) для всехтранспортников x продукции a по дистанции Sn и возможныеобщиеобъемы работ Аijn(a) по поставке с пунктов погрузкиiвсемипроизводителямиj заготовителю n за время t должны быть тождественны (баланс объёмов работ):
(тонн*км)
(5)
где: - Аijn(a) - объём работы по поставке продукции a c пункта погрузки i предприятия j с частотой отгрузки Mijn(a) тонн/час на дистанцию Sijn за интервал времениt:
(тонн*км)
(6)
- Aхn(а) - работа по перевозке продукции a транспортниками x c пунктов погрузки i закрепленных предприятий j счастотой перемещения Mijxn(a) тонн*км/час по дистанции Sijn за время t:
(тонн*км)
(7)
Ресурсная часть обеспечивает описание декларированных участниками кампании на сутки планирования видов, количества и режимов работ выставляемых ресурсов. Проводит определение по каждому участнику фактических возможностей осуществления предполагаемых работ назначаемыми техническимиресурсами. По поставщикам: намеченных к уборке-сдаче объемов продукции (вид, сорт); выставляемых уборочно-погрузочных средств; регламентов работ. По заготовителю: принимаемых объемов продукции по видам и сортности; выставляемого разгрузочного оборудования и техники; регламентов работ. По транспортникам: выставляемого автотранспорта; регламентов работ. При этом фактические заявленные технические ресурсы, регламенты и режимы работы всех участников процесса в общем случае не фиксированы, не увязаны и не сбалансированы.
Балансная часть модели обеспечивает согласование ресурсов участников: определение возможностей заготовителя по приёму декларированных поставщиками объемов уборки / сдачи продукции по видам и сортности; определение фактических объемов поставки продукции для каждого производителя; определение регламентов и продолжительности t приемо-сдаточных работ в целом на сутки.
Выявление ресурсных возможностей сельхозпроизводителейза время работыTj.
Соотношение заявленного объема Pij(a) продукции a с возможностямитехники d типаипроизводительностью Pijd(a) по его уборке-погрузке на пункте i предприятия j:
(тонн)
(8)
Совокупный объём Mn(a) продукции a, объёмов Mjn(a), которые могут быть убраны и поставлены на заготовительное предприятие n сельхозпроизводителями j:
(тонн)
(9)
Выявление ресурсных возможностей по заготовителюза время работыTn.
Расчёт объема Pn(a) продукции a вида, который может разгрузить группа постов разгрузкиu, назначенных заготовителем, за время работы приемного пункта (ресурс):
(тонн)
(10)
Объем En(a), который будет приниматься заготовителем n определяется соотношением баланса сдачи-приемки по продукции a:
- если Pn(a) Mn(a)
- если Pn(a) Mn(a) (тонн)
(11)
2.3.2.Маршрутная модель. Обеспечивает расчёт параметров потоков продукции по видам, конфигурирование траекторий перемещения Sijn от пунктов погрузки к пункту приемки и установление маршрутов Zijn её перевозок на транспортной сети.
Рассчитывает производственные регламенты для всех пунктов погрузки, обеспечивающие им равные условия независимо от расстояния до пункта приемки.
Модель уборочно-транспортно-заготовительного процесса. Дистанции траекторий Sijn рассчитываются по типам дорог транспортной сети, приведенным по протяженности к дорогам первого класса, а общее расстояние грузоперевозок Sn определяется по формуле:
(км)
(12)
Темп и ритм хода уборки-заготовки в целом определяются уравнением потокового баланса: поток каждой продукции по сырьевой зоне заготовителяn должен удовлетворять следующим условиям - мощности Pijc(a) выходящих c с i пункта погрузки j поставщикаи мощности Pny(a) входящих y на пункт приемки потоков по видам грузов а должны быть равны за временные периоды сутки, смена:
(тонн/сутки, тонн/смена)
(13)
Режим проведения работ и регламенты действии определяются уравнением процесса уборки-транспортировки-заготовки(тонн/час) на транспортной сети Sij(n) сырьевой зоны заготовителя n: мощности Wu(y,z) заготовителяпоприемке поступающих y грузопотоков, мощности Wijn(c,z) сельхозпредприятий по формированию направляемых c заготовителю грузопотоков и мощности Wx(b,z) перевозчиков x обеспечивающие транспортировку на маршрутах перевозок zдолжны быть равны в каждый интервал час, минута:
Процесс реализуется выполнением производственно-технологических условий:
– на пунктах погрузки iпроизводителей jв сроки t подготовленная к сдаче продукция a должна отгружаться с частотой Mijn(a) тонн/час на подаваемые транспортниками машины;
– транспортники х в сроки t должны подавать под погрузку автомашины с частотой Mijn(a) тонн/час и производить перевозку продукции a от мест погрузки ij к месту разгрузки n счастотой перемещенияпродукции Mijxn(a) тонн*км/час на расстояние Sijn ;
– на приемном пункте заготовителя n продукция a должна приниматься с частотой Mijn(a) тонн/час (проверка качества, взвешивание, разгрузка) в сроки t.
Работа Aijn(a) по доставке заготовителю n объёмов Mijn(a) продукции a с пункта погрузки i сельхозпроизводителя j на расстояние Sijn рассчитывается по формуле:
(тонн*км)
(15)
Необходимая мощность Wijl(a) элементарного транспортного канала l обеспечения перемещения продукции a от сельхозпроизводителя j с пункта погрузки i за время работы T уборочно-транспортно-заготовительного комплекса определяется по формуле:
(тонн*км/час)
(16)
Необходимая мощность Wjz(а) совокупного транспортного канала - связанного маршрута zпо сельхозпроизводителю j в целом, с учетом вида a продукции определяется по формуле:
(тонн*км/час)
(17)
Маршрутная модель формирует единый, параметрически увязанный, уборочно-транспортно-заготовительный конвейер. Нормирует по времени объёмы потоков продукции по элементарным транспортным каналам от мест погрузки к местам разгрузки.
2.3.3.Автотранспортная модель. Рассчитывает необходимые ресурсы для перевозки продукции по сырьевой зоне заготовителя n в разрезетранспортников x. Обеспечивает структурированное определение необходимо-достаточного количества транспорта по маркам, а так же расчёт временных и технологических параметров работы транспортников и каждой автомашины. Необходимые сельхозпроизводителю j для перевозки всех видов продукции по маршрутам zтранспортные ресурсы Wj рассчитываются по формуле:
(тонн*км/час)
(18)
НеобходимыеWn транспортные ресурсы по сырьевой зоне в целом на период времени Тt (день, смена) определяются по формуле:
(тонн*км/час)
(19)
Перекрытие грузопотоков Wijn(z) по всем маршрутам z (Zijn) транспортной сети сырьевой зоны заготовителя ресурсами Wx(b,m) автоотрядов (количество машин m по маркам b) всех транспортников x определяется из уравнения:
(тонн*км/час)
(20)
Достаточные транспортные ресурсы Wjj автопарков производителей j и ресурсы Wk других транспортников k (в т.ч. АТП) определяются марочно b - количественным m составом автоотрядов автопарков Wj(b,m) и других транспортников: Wk(b,l):
(тонн*км/час) (21)
Совокупный достаточный транспортный ресурс Wxавтоотрядов всех транспортников Wjj и Wk по сырьевой зоне должен быть не менее необходимого Wn:
(тонн*км/час)
(21)
2.3.4.Временная (поминутная) модель.Производитя расстановку машин по транспортной сети на суточные траектории перемещения урожая по времени выполнения операций на маршрутах, пунктах погрузки и разгрузки. Минимизирует взаимовлияние машин на траекториях Sijn грузопотоков и маршрутах Zijn транспортной сети. Разрабатывает регламенты работы для техники и оборудования. Рассчитывает пооперационные временные диаграммы и план-графики для каждой машины, пунктов погрузки и разгрузки.
Назначенная на маршрут z машина представляется многопараметрическим вектором автотранзита Gz (r,p,s,v,t a,…) с расчётными параметрами рейсы, объём перевозки, расстояние, скорость, временная диаграмма, груз и др., соответственно. Gz() формируют на транспортной сети Sn интегрированный автотранзит G, порождающий потоки продукции урожая по траекториям Sijn от мест уборки-погрузки к местам приемки-разгрузки:
(тонн*км/час)
(22)
Рисунок 4. Методом ортонормирования взаимовлияния транспорта по месту и времени операций
Эффективность перевозки обеспечивается тем, что каждая из участвующих машин не мешает остальным. Это достигается ортонормированием векторов транзита Gz() машин в территориально-производственном поле сырьевой зоны. Исключение взаимовлияния достигается минимизацией дисперсии Disp[ ] векторов Gz(), рассчитываемой методом сдвига (изменение фазы) диаграммы часового графика Xi назначенных машинам операций по временной оси работы Nt уборочно-транспортно-заготовительного комплекса (рисунок 4).
(23)
При этом формируется близкое к ортогональному расположение векторов Gz() на оси времениtи достигается рациональное рассредоточение машин по маршрутам Zijn транспортной сети Sn сырьевой зоны с минимизацией их взаимовлияния по месту и времени выполнения операций, а параметры рабочих процедур каждого исполнителя увязываются в единый ритм уборочно-транспортно-заготовительного процесса на весь день.
2.4. Методика численных расчетов
Методика численных расчетов (алгоритмы, структуры данных) представлена интегрированным алгоритмом (рисунок 5) обеспечивающим реализацию математической модели.
Рисунок 5. Интегрированный алгоритм и структуры данных модели
2.5. Концепция построения инструментального средства
Автоматизированная система оперативного управления (АСОУ «Урожай») уборкой-заготовкой урожая должна быть типовой для отраслевых объектов «Элеватор» и «Сахарный завод» и представляет разумный компромисс универсальности и проблемного подхода к управлению уборкой-заготовкой урожая. Конструктивно АСОУ должна быть выполнена как автоматизированное рабочее место (АРМ) менеджера с интеллектуальным стандартным для MS Windows графическим пользовательским интерфейсом (GUI), модельными инструментами, функциями управление по результатам, построена в идеологии открытых систем, как модульная система и обеспечивает поддержку функций лица принимающего решения (ЛПР).
АСОУ должна обеспечивать реализацию математической модели и методики численных расчетов предоставляет ЛПР возможность панорамного обзора совокупности планируемых на следующий период (день, смена, час) уборочных, погрузочных, транспортных, разгрузочных и приемных мероприятий по принципу "одного окна", а так же достаточную полноту видения картины темпа хода и ритма ведения уборки-заготовки урожая в следующем периоде (сутки, смена) под разными углами реализации работ (режимы).
2.6. Методика применения и расчета экономической эффективности
Методика внедрения АСОУ «Урожай» должна быть оформлена в виде раздела «Руководящих материалов» и предусматривает: создание Центра оперативного управления (ЦОУ), который является подразделением по внедрению АСОУ «Урожай»; проведение организационных мероприятий с руководителями участников уборки-заготовки; подготовку специалистов для работы с АСОУ «Урожай» с выдачей инструктивных материалов.
Методика применения (промышленной эксплуатации) АСОУ «Урожай» является разделом «Руководящих материалов» и предусматривает единый и обязательный для всех участников порядок оперативного управления уборкой-заготовкой урожая. В ней определяются обязанности всех исполнителей по сбору информации о состоянии подсистем объекта управления и передаче документов плана для исполнения и контроля.
Методика оценки экономической эффективности, рассматривает различные источники экономической эффективности от применения АСОУ «Урожай».
В методике обосновано, что годовая экономия определяется выражением:
руб (24)
где: i – вид продукции; j – тип Заготовителя; Эг – годовая экономия от внедрения; Эij – годовая экономия по продукции; Этр – экономия от улучшения использования транспорта, руб; Эзп – экономия от рационализации приемки-заготовки руб.; Эсхп – экономия за счет рационализации погрузки-заготовки руб.
руб (25)
2.7. Выводы
Хотя минимизация транспортных затрат не является критерием оптимизации в предлагаемой системе, ее математическая модель обеспечивает существенное сокращение и этих затрат по сравнению с существующей за счет учета классов дорог, ликвидации порожних пробегов, исключения пробок на дорогах и очередей на пунктах погрузки и особенно приёмном пункте. С другой стороны, т.к. модель минимизирует и взаимовлияние автомашин и снижение потери и за счёт этого. В результате эффективность использования транспорта в предлагаемой модели может быть выше, чем в транспортной задаче. Таким образом, во 2-й главе:
- приведены идея, концепция и подход к решения проблемы, схема учета интересов участников и принцип планирования, модель объекта управления, схема процесса моделирования, предложен конвейерно-поточный способ организации уборки-заготовки и разработана математическая модель оперативного управления её ходом, разработана математическая модель планирования темпа и ритма кампании на уровне сырьевых зон заготовительных предприятий АПК, т.е. решена задача 2.
- разработана методика численных расчетов (алгоритмы и структуры данных), реализующая математическую модель, концепция программного инструментария, т.е. решены задачи 3 и 4.
- разработаны методика решения вопросов, связанных с внедрением и применением на практике системы оперативного управления уборкой-заготовкой урожая на региональном уровне, методика оценки эффективности предлагаемых моделей и технологии и рекомендации по их внедрению и применению, т.е. решены задачи 5.
ГЛАВА 3. Полученные результаты
3.1. Оценка выполнения исследовательской работы
В ходе проведения исследования были решены следующие задачи:
1. Исследованы экономические, организационные и производственные аспекты уборки-заготовки урожая на региональном уровне АПК, сформирована методическая база исследования.
2. Разработана математическая модель оперативного управления ходом уборки-заготовки урожая на региональном уровне, которая может обеспечить её проведение по всему объему и видам продукции в оптимальные сроки, без простоев оборудования и техники, очередей автотранспорта и авралов на уборке, с минимальными затратами ГСМ, без потерь и с высоким качеством продукции в масштабе сырьевой зоны заготовителя за счёт детального планирования операций. Обеспечивает реализацию следующих функций: ежедневное проведение анализа и согласование возможностей технических ресурсов участников (мощностей для уборки-отгрузки, перевозки, разгрузки-заготовки (т/час)); балансирование производственных намерений участников (объёмов поставки-перевозки-приемки (т)); ежедневные расчёты увязанного по параметрам, уборочно-транспортно-заготовительного конвейера с разработкой документов плана для исполнителей; высокое быстродействие; возможность проведения вариантных расчётов; полное соответствие современным требованиям к АСУ.
3. Разработана методика численных расчетов (алгоритмы и структуры данных), обеспечивающая численные расчеты с применением математической модели.
4. Разработаны требования к программному инструментарию системы - автоматизированной системы оперативного управления уборкой-заготовкой АСОУ «Урожай», реализующий предложенные математическую модель и методику численных расчетов.
5. Разработана и применена методика оценки экономической эффективности предлагаемых моделей, технологий и АСОУ «Урожай» (Табл 4).
3.2. Основные результаты
Основным результатом работы являются разработанные математическая модель и требования к программному инструментарию АСОУ «Урожай», а также методика расчёта планируемого экономического эффекта, которая будет получена при их промышленной эксплуатации в ходе уборочно-заготовительных компаний в АПК Краснодарского края и других регионах РФ. Источники эффективности приведены в таблице 4.
Прямой экономический эффект от внедрений и применений может составить 2-5 долл.СШАна одну тонну продукции, что на объём уборки-заготовки зерновых- колосовых по Краснодарскому краю 7 млн.тон может составить 14 - 35 млн.долл.США и для сахарной свеклы на объём уборки-заготовки 4 млн.тонн может составит 8 - 20 млн.долл.США.
3.3. Анализ полученные результатов исследования
Применение модели позволит достичь следующих результатов (диаграммы 1,2,3):
1. Обеспечить технически возможные объемы уборки-заготовки, рациональный ТЕПМ и РИТМ хода процесса уборки-заготовки урожая.
2. Ликвидировать очереди автотранспорта и остатки (невязки) в местах погрузки, неравномерную загрузку ресурсов, значительно повысить выработку и исключить нерациональное применение ресурсов, сэкономить значительные денежные ресурсы всех уровней.
Заключение
Выводы
В качестве недостатка можно отметить отсутствие её программной реализации и то, что математическая модель АСОУ «Урожай» не является оптимизационной.
Как перспективы развития метода можно рассматривать расширение математического аппарата для решения задач на сложных протяженных транспортных сетях с промежуточными точками разгрузки и погрузки (склады, базы, порты, магазины).
Направление развития метода может быть создание Комплексной системы повышения эффективности оперативного управления сложными системами на больших территориях; внедрение в другие отрасли; включение функции инструментальной навигации и мониторинга объекта управления (Глонас).
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается полученными при моделировании результатами, приведенными в диаграммах 1,2,3. При этом предполагается, что прямая экономия средств, затрачиваемых на уборку-заготовку урожая может составить около 50 – 150 рублей на тонну продукции. Кроме этого возможна и косвенная экономия, которая будет полученна за счет увеличения коэффициента загрузки оборудования и техники, повышения качества заготавливаемой продукции, предотвращения ее порчи или понижения качества на пунктах погрузки за счет обеспечения рациональных сроков уборки и заготовки и недопущения смесей продукции высокого и низкого качества.
Предложение
Разработать программный инструментарий – автоматизированную систему оперативного управления АСОУ "Урожай" как аппаратно-программный комплекс в виде Автоматизированного рабочего места менеджера-планировщика и оснастить им Элеваторы и Сахарные заводы Кубани.
Задел
На совместном совещании департаментов экономического развития и сельского хозяйства администрации Краснодарского края (Протокол от 19.07.2007) была высказана потребность в информатизации оперативного управления уборочно-транспортно- заготовительным комплексом на уровне Элеваторов и Сахарных заводов в связи с чем, предлагаемые в настоящем исследовании математическая модель, схема инструментария АСОУ «Урожай» и методическое обеспечение могут быть приняты к внедрению в АПК Краснодарского края для оснащения элеваторов и сахарных заводов Кубани с целью значительного снижения материальных и финансовых затрат Краевого бюджета и агроформирований выделяемых на уборку и заготовку урожая, в первую очередь зерновых колосовых и сахарной свеклы.
Список литературы
Алексеева М.М. Планирование деятельности фирмы. Учеб.-метод. пособие.- М.: Финансы и статистика, 1997.
Алиев Р.А., Абдикеев Н.М., Шахназаров М.М. Производственные системы с искусственным интеллектом. М.: Радио и связь, 1990.
Андреев Г. И., Витчинка В. В., Остапенко С. Н. Особенности построения методического обеспечения управления развитием сложных систем специального назначения в современных условиях // Экономика и математические методы, 1999, 35, №2.
Ансофф И. Стратегическое управление. М.: Экономика, 1989.
Аюшеева О.Г. Технология элеваторной промышленности. ВСГТУ, г.Улан-Удэ, 2002.
Базилевич Л. А., Соколов Д. В., Франева Л. К. Модели и методы рационализации и проектирования организационных структур управления. Л.: ЛФЭИ, 1991.
Бакурадзе Л.А., Луценко Е.В. Математическая модель рациональной организации уборочно-транспортно-заготовительных компаний в АПК. Труды КубГАУ, №2 (11), 2008. С. 58-62.
Бакурадзе Л.А., Луценко Е.В.Теория, технология и практика автоматизации оперативного управления уборочно-заготовительными кампаниями в АПК: Под науч. ред. д.т.н., проф. В.И.Лойко. Монография (научное издание). – Краснодар: КубГАУ, 2008. – 550 с.
Бакурадзе Л.А. Математическая модель и алгоритм проектирования уборочно-транспортно-заготовительных процессов в АПК. Математические методы и информационно-технические средства: Труды III Всероссийской научно-практической конференции, 22 июня 2007г. – Краснодар: Краснодарский университет МВД России, 2007,–138 с. С.12-18.
Барановская Т.П., Лойко В.И., Семенов М.И., Трубилин А.И. Архитектура компьютерных систем и сетей. Учебник, под ред. В.И.Лойко.-М.: Финансы и статистика, 2003.
Бернштейн Л.С. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР. М.: Энергоатомиздат, 1991.
Бизнес-план инвестиционного проекта. Под ред. Попова В.М. РЭА им. Г.В.Плеханова. М: Финансы и статистика, 2002.
Волкова В. Н., Денисов А. А. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999.
Гамма Э., Хелм Р. и др. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. — СПб.: Питер, 2001.
Денисов А.А. Макроэкономическое управление и моделирование: Пособие для начинающих реформаторов.-СПб. Омега,1997.
Карпов В.И., Мышенков К.С., Путинцев А.В. Сравнительный анализ информационных АСУП на российском рынке программных продуктов // Промышленные АСУ и контроллеры, 2000. – №3. – с.45-47.
Кизим А.А. Основы предпринимательской логистики. Краснодар, Куб.ГУ, 2003.
Петров К.П. Общая теория управления. Академия управления глобальными и региональными процессами социального и экономического развития. Курс лекций: Мультимедиа-издательство, Тюмень, 2004
Платов В.Я. Системный анализ в принятии управленческих решений. Современные технологии переговоров и коллективной выработки решений. Всероссийская академия внешней торговли. Мультимедиа-издательство "Бизнес-Софт", 2005.
Хаммер М., Чампи Д. Реинжиниринг Корпорации: Манифест революции в бизнесе. СПб., 1997.
Шмален Г. Математические модели в экономических исследованиях на предприятии. // Проблемы теории и практики управления, 1998, №3.
Экономика: Учебник/Под ред. А.С.Булатова. – М.: Изд. БЕК, 1995.
Приложения
Результаты исследования
Диаграмма 1. Проектируемое влияние качества управления с применением предлагаемой математической модели на повышение эффективности уборки-заготовки урожая
Кривая 1, зеленый цвет, соответствует предлагаемой модели и демонстрирует наиболее полную реализацию участниками своих производственных возможностей и экономических намерений, а так же общее повышению эффективности уборки-заготовки урожая при применении предлагаемой математической модели.
Диаграмма 2. Достижимая технико-экономическая эффективность АСОУ «Урожай» в разрезе предполагаемых 9-ти промышленных эксплуатаций
Диаграмма 3. Смоделированные усредненные показатели технико-экономической эффективности промышленных эксплуатации АСОУ “Урожай”.
Таблица 4. Проектные источники экономической эффективности АСОУ «УРОЖАЙ»