Моделі та методи інформаційної підтримки прийняття рішень в управлінні складними технологічними процесами

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 681.32

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Моделі та методи інформаційної підтримки ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ В УПРАВЛІННІ СКЛАДНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ

05.13.06. -- Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

ДУРМАН МИКОЛА ОЛЕКСАНДРОВИЧ

Херсон 2000

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент, Рогальський Франц Борисович, Херсонський державний технічний університет, проректор, завідувач кафедри інформатики та обчислювальної техніки

Офіційні опоненти:

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

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

Провідна установа:

Інститут кібернетики ім. В. М. Глушкова НАН України

Захист відбудеться 1 березня 2000 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К67.052.01 при Херсонському державному технічному університеті за адресою: 325008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корп. 3, ауд. 320.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою: 325008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корп. 1.

Автореферат розісланий 28 січня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Костін В. О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

невизначеність інформаційний алгоритм технологія

Актуальність теми. Перехід економіки України до ринкових відносин об'єктивно вимагає вивчення та вдосконалення форм і методів управління на рівні основної господарської ланки, зокрема промислових і сільськогосподарських об'єктів. Спад виробництва, криза неплатежів, невизначеність цінової політики, економічний ризик та інші чинники потребують оновлення стратегії і тактики розвитку вказаних об'єктів, трансформації критеріїв прийняття управлінських рішень, застосування всіх легальних методів господарювання.

Як відомо, виробництво складається з конкретних матеріальних технологічних процесів. Кожний технологічний процес супроводжується відповідною інформаційною технологією, яка повинна забезпечувати його спостережність та керованість. Складність сучасних виробничих систем, до яких входять взаємопов'язані технологічні процеси, у багатьох випадках призводить до невизначеності при прийнятті управлінських рішень. Відповідне рішення проблеми пов'язане з необхідністю його інформаційної підтримки. В той же час у багатьох сферах, зокрема в сільському господарстві, робота в цьому напрямку знаходиться в початковому стані. Тому необхідна розробка методології, моделей, інформаційних технологій, систем підтримки прийняття рішень, які б надавали можливість керівникам промислових та сільськогосподарських об'єктів, спираючись на досвід минулих років і потужність сучасних комп'ютерів, приймати необхідні рішення при управлінні складними технологічними процесами.

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

Зв'язок роботи з науковими програмами та планами. Дисертаційне дослідження проводилося у відповідності з державними науково-технічними програмами, які сформульовані у Законі України “Про наукову і науково-технічну діяльність” та в Законі України “Про національну програму інформатизації” -- 6.2.1 - Інтелектуалізація процесів прийняття рішень; 6.2.2 - Перспективні інформаційні технології та системи; а також планів Міністерств освіти, економіки України, по Херсонському державному технічному університету та “Програми реформування економіки Херсонської області на період 1996-2000 рр”.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційного дослідження є розвиток та доопрацювання елементів прикладної теорії автоматизованих систем управління і інструментарію, в частині систем підтримки прийняття рішень, та розробка інформаційних технологій на основі математичного апарату із застосуванням евристико-аналітичного підходу для розв'язання різноманітних задач управління складними технологічними процесами з врахуванням динаміки зовнішнього середовища і нестабільності параметрів системи.

Мета відповідно визначила такі задачі:

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

Розробка математичних моделей складних технологічних процесів як об'єктів управління.

Формалізація моделей та розробка алгоритмів знаходження оптимальних технологічних процесів.

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

Проектування і розробка підсистем оперативного управління на основі евристико-аналітичного підходу.

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

Впровадження і практичне використання елементів систем підтримки прийняття рішень у виробництві.

Методи дослідження. Для розв'язання поставлених задач у дисертаційній роботі використовуються математичний апарат теорії множин, теорії оптимального управління, системний підхід, математичне моделювання, методи експертного оцінювання, лінійне програмування тощо.

Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в наступному:

Розроблено і доопрацьовано елементи прикладної теорії і проблемно-орієнтованого інструментарію розв'язання задач управління технологічними процесами у вигляді математичних моделей, алгоритмів і програм, що реалізуються за допомогою прогресивних інформаційних технологій.

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

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

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

Запропоновані конструктивні рішення по реалізації взаємодії програмних модулів у системі та структуризація її організаційної частини за видами функціональних і інструментальних компонентів. Проведена регламентація організаційно-технологічних процесів розв'язання задач.

Практична цінність роботи полягає в наступному.

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

Розроблені методи та алгоритми дозволяють створювати математичні моделі і програми для розв'язання широкого кола управлінських задач на промислових та сільськогосподарських об'єктах, а також створювати комп'ютеризовані системи управління цими системами на основі новітніх інформаційних технологій.

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

Результати роботи у вигляді підсистем та пакетів прикладних програм впроваджені в Інституті зрошуваного землеробства ААН України, господарствах АПК Херсонської області, на ВО “Херсонські комбайни”. Наукові положення, висновки, рекомендації дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі ХДТУ.

Особистий внесок. Всі положення, які виносяться на захист, належать особисто автору і не містять результатів, ідей або розробок, що належать співавторам, спільно з якими опубліковані наукові праці.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися на науковому семінарі “Прикладні проблеми інформатики” з проблеми “Кібернетика” (Херсон, 1996-1999 рр.), науково-технічній конференції “Регіональні інформаційні ресурси” (Херсон, 1997 р.), науковій конференції з математичного моделювання (Херсон, 1998 р.), конференції “Інформаційні технології в освіті та управлінні” (Н. Каховка, 1999 р.), міжнародному симпозіуму “Методи дискретних особливостей в задачах математичної фізики” (Феодосія, 1999 р.)

Публікації. Результати виконаної роботи відображені в 8 друкованих працях.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел із 192 найменувань, чотирьох додатків. Основний зміст роботи викладено на 150 сторінках тексту, вона містить 20 рисунків та 5 таблиць.

основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, показана необхідність розробки математичних моделей, алгоритмів і програм для створення інформаційної технології підтримки прийняття рішень при управлінні технологічними процесами. Сформульовані мета, задачі, визначені межі досліджень, показана наукова новизна і практична цінність роботи, відображені основні результати проведеного дисертаційного дослідження.

У першому розділі проаналізовані особливості використання системного аналізу у складних технологічних процесах. Відзначено, що автоматизація сільськогосподарських технологічних процесів відрізняється від промислових більшою невизначеністю умов функціонування, відносною непередбаченістю поведінки, неможливістю переривання вже запущеного процесу. Все це є головною перешкодою для більш широкого використання тут системного підходу. Технологічний процес (ТП) вирощування сільськогосподарських культур в цьому випадку належить до класу таких динамічних систем, які шляхом зміни своєї внутрішньої структури і характеру зв'язків із навколишнім середовищем ведуть до виконання поставлених перед ними цілей в умовах, коли заздалегідь невідомо про те, який буде стан навколишнього середовища в майбутньому.

Виконано початкову декомпозицію внутрішньої структури моделі технологічного процесу як об'єкту управління, яка представлена як взаємозв'язок чотирьох функціонально різних підсистем: об'єкта управління; директивного блоку; блоку зворотного зв'язку та оперативного блоку. Останні три підсистеми утворюють систему управління об'єктом. Проведено аналіз та визначено особливості проектування систем управління у землеробстві, які допускають розбиття аналізу на етапи, відповідно до окремих задач. Таким чином, при розв'язанні технологічних задач, перелік і якісна сторона етапів та інформаційний зв'язок між задачами дещо інші, ніж при розробці системи бази знань або автоматизованої системи управління виробництвом (рис. 2.).

Проведений аналіз показав, що при вирішенні досліджуваної в даній роботі проблеми, строга формалізація навряд чи можлива, оскільки застосування таких методів потребує глибокого вивчення явищ і процесів. Етап розробки моделі є проміжним між системним аналізом та програмуванням. Відповідно, відображаються як адміністративно-управлінські, так і технологічні аспекти функціонування системи, модель якої будується. Тому необхідне розбиття процесу формалізації моделі на деяке число невеликих задач, результати яких піддаються перевірці. При формалізації ТП вирощування сільськогосподарських культур як об'єкта управління проведено декомпозицію даних, декомпозицію процесів, розробку транзакцій, логічне проектування, уточнення технічних деталей.

Сформульовано перелік проблем управління складними технологічними процесами у промислових та сільськогосподарських підприємствах.

Розглянуто сучасні інформаційні технології в управлінні та проблеми інтеграції їх у виробничий процес. Окреслено межі дослідження та розробки системи підтримки прийняття рішень.

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

У другому розділі проводиться аналіз існуючого рівня задач планування, управління та прийняття рішень у частині побудови систем підтримки прийняття рішень (СППР). Окреслено задачі та методи прийняття рішень, приводяться конкретні етапи розв'язання задачі прийняття рішення (ЗПР).

Подано класифікацію СППР та задач прийняття рішень. Визначено, що формалізація ЗПР є частиною діяльності СППР у просторі прийняття рішень по реалізації своїх цілей. Розглянуто запропоновану узагальнену методику формалізації задач та її фази, на початковому етапі якої необхідна участь експертів.

Визначено методику використання моделей прийняття рішення в умовах невизначеності.

Класична та поведінкова моделі прийняття рішень у системах підтримки прийняття рішень за умов невизначеності будуються за допомогою таких шести конструкцій:

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

множина А' альтернатив, що людина сприймає та розглядає, ;

множина Z можливих станів природи z, що не контрольовані людиною;

множина О можливих рішень о;

функція виходу виражає зв'язок між комбінацією будь-якої альтернативи а з будь-яким станом природи z та будь-яким рішенням о: звідси виділяється множина О_а рішень при альтернативі а, де -- O_a пiдмножина О й

функція виграшу виражає відповідність між будь-яким рішенням о та його виграшем g.

Система переваг -- це суб'єктивний відбиток цілі суб'єктом, або оцінене судження , де G -- множина виграшів g.

Складова функція визначається як композиція функції висновку та функції виграшу , тобто .

Таким чином, множина G_a виграшів по альтернативі а визначається як пiдмножина G така, що .

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

Об'єктивна -- класична модель -- будується на припущенні, що функція виграшу -- дiйснозначна, яка лінійно впорядкує всі висновки.

Суб'єктивна -- поведінкова модель -- будується на припущенні, що функція виграшу має тільки деяку множину значень, які можна оцінити.

Показано перспективи застосування та розвитку СППР.

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

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

ТП вирощування сільськогосподарської культури є послідовність технологічних операцій , направлених на одержання врожаю F, тобто

. (1)

Кожна операція має свій ваговий коефіцієнт (ВК), коефіцієнт критичності (КК) та коефіцієнт своєчасності (КС). Значення вагового коефіцієнту _i полягає в тому, що кожній операції, яка входить в ТП, ставиться у відповідність деяке значення -- її внесок у кінцевий врожай. КК операції впливає не на суму вагових коефіцієнтів операцій, а в цілому на врожай F, і на початку планування він дорівнює 0 для всіх операцій. КС проведення операції існує для всіх операцій і показує, чи в оптимальні строки t_k починається запланована операція.

Запропоновано і детально розглядається інтегральне рівняння динаміки технологічного процесу. Інші чинники враховуються емпірично особою, що приймає рішення. Вказане інтегральне рівняння динаміки ТП має вигляд:

(2)

де F -- функціонал цілі, величина випуску продукції, зокрема врожай вирощуваної культури; -- нормативний ваговий коефіцієнт операції у врожаї; t_k -- оптимальний час початку операції; T_i -- тривалість проведення операції; -- функція своєчасності проведення операції; -- функція критичності операції; F₀ -- залишкові члени вищих порядків.

Як видно з рівняння (2), в ньому відсутні КК та КС, але є відповідні функції, що впливають на врожай F у цілому та ВК відповідно. Це дає можливість застосування механізму динамічної зміни коефіцієнтів критичності.

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

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

Коефіцієнт критичності v_i існує для всіх операцій, але проявлятися він може тільки у випадку переходу операції до множини критичних. У цьому випадку

, (3)

тобто, чим довше не проводиться критична операція, тим більша частка врожаю F втратиться.

Методики експертного оцінювання ВК, КК та КС аналогічні, але в першому випадку експерти визначали тільки вагові коефіцієнти, а в другому -- визначали проміжні та граничні строки проведення ТО, а також втрати врожаю, що відповідають цим строкам, а в третьому -- оптимальні строки початку операцій. КС існує для всіх ТО і показує, чи в оптимальні строки t_k починається запланована операція. Якщо вона розпочинається вчасно, то відповідне значення функції (коефіцієнт своєчасності) дорівнює нулю і загальний ваговий коефіцієнт операції дорівнює . У випадку її початку раніше чи пізніше оптимального строку, який визначається попередніми операціями чи розвитком рослин, відповідний ваговий коефіцієнт зменшується на величину, яку можна розрахувати, виходячи з наведених графіків. Для кожної ТО визначається своя крива. Так, в одних операціях вона може приймати вигляд , в других -- , в третіх -- , і т.д.

Для технологічного процесу вирощування сільськогосподарських культур будується матриця динамічної зміни коефіцієнтів критичності ТО (рис.5). В ній стовпцями є операції, а рядками -- культури, що вирощуються. На перетині відповідних культур та операцій знаходяться значення вагових коефіцієнтів (вкладу) операції в урожай цієї культури. Кожному елементу матриці відповідають вектори (списки пар значень) проміжних та граничних термінів проведення операції t_і та відповідні коефіцієнти критичності цієї операції. На рис. 5. зображені дискретні значення КК, які вносяться в матрицю при її попередньому заповненні і можуть змінюватися ОПР в тому випадку, коли її не задовольняють раніше введені дані. Надалі розглянуто модель ТП, в якій приймається припущення, що всі операції повинні виконуватися в оптимальні строки, але внаслідок випадкових збурень чи обмеженості ресурсів цей постулат може не виконуватися.

Тоді теоретично можливий врожай описується наступним чином:

. (4)

А кінцевий врожай

, (5)

де _j -- вагові коефіцієнти операцій, які проводилися;

v_j -- коефіцієнти критичності операцій.

В звичайних умовах невиконання будь-якої з критичних операцій (яка є необов'язковою) призведе до втрати врожаю

. (6)

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

Наприклад, такою позаштатною ситуацією може бути посуха. Якщо не провести полив вчасно, то загине весь врожай, а при непроведенні в заданий термін -- його частина. При цьому буде застосовано методику оцінки критичності проведення операції, яка покаже, що затримка з проведенням операції до t₁ призведе до втрати врожаю на величину . Затримка з проведення операції до t₂ призведе до втрати врожаю , і т. д.

При цьому вагові коефіцієнти інших операцій залишаються незмінними, але відбувається перерахунок їх абсолютного вкладу у нову величину врожаю.

Визначено, що розмір втрат врожаю у випадках не проведення агрозаходу або проведення зі значними відхиленнями від проекту визначається як різниця між розрахунковим (теоретичним) значенням врожаю F та добутком цього показника на суму вагових коефіцієнтів операцій, які не проводилися:

, (7)

де Y -- розмір втрат кінцевого врожаю, ц/га; F -- розрахована теоретично забезпечена врожайність, ц/га; -- ваговий коефіцієнт технологічної операції в частках одиниці. В даній роботі було зроблено доповнення цих розрахунків шляхом введення коефіцієнтів критичності. В результаті формула (7) прийняла такий вигляд:

, (8)

де v_j -- коефіцієнти критичності операцій, що проводилися.

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

Вказано, на необхідність врахування елементів ризику при проведенні операцій та подані критерії його оцінки. Після проведеного аналізу визначено, що в такому випадку його можна представити множиною підсистем-операцій, що утворюють деяку впорядковану множину . При цьому об'єкт може знаходитися в одному із станів, де S -- множина всіх можливих станів. На цій множині станів, у свою чергу, виділяються чотири підмножини S_n у відповідності із зонами ризику в залежності від величини збитків. Тому необхідно реалізовувати процес прийняття рішення по керуванню ТП, який би в тій чи іншій мірі компенсував збурення зовнішнього середовища шляхом зміни структури ТП або переводу в безризикову зону. В цих випадках при пошуку оптимальних управлінських рішень для ТП необхідно вибрати оптимальну стратегію проведення ТП, під чим ми розуміємо технологічні операції, при використанні яких для існуючого стану s_i однозначно визначається варіант рішення. Кожному стану s_i при проведенні n-ої операції відповідають втрати -- зменшення отримуваного врожаю. Відповідно до цього, кожному стану s_i відповідає матриця втрат , де -- приведені втрати врожаю при стані s_i операції n.

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

Так, у ситуації s_i із області критичного ризику для переводу процесу в допустимий стан із зони допустимого ризику застосовується критерій Ходжеса-Лемана:

, (9)

ри обмеженнях на втрати, ресурси та час пошуку стратегії рішення.

На основі існуючих методів розроблено комплексний евристико-аналітичний підхід до планування технологій, з врахування прийнятих гіпотез щодо альтернативності операцій та невідновлюваності збитків.

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

Важливим припущенням для моделювання технологій є гіпотеза альтернативності технологічних операцій (рис. 7.). Тут С₀-С_N -- стани технологічного процесу, O₁-O_N -- технологічні операції

Вона полягає у тому, що деякі операції можна виключити з технологічного процесу або замінити їх однією чи декількома іншими операціями. Це призведе до втрати частки врожаю, яка відповідає проведенню даної операції, але, в свою чергу, зменшить затрати ресурсів на проведення ТП взагалі. Перехід від стану процесу С_i до стану C_j може відбуватися різними шляхами. Відзначимо, що в такій постановці окремим випадком може бути відмова від проведення окремої технологічної операції.

Проведено формалізацію умов задачі та обмежень і отримано загальну постановку задачі оптимізації технологічних процесів:

, (10)

при обмеженнях:

, (11)

, (12)

, (13)

C_opt=min(C_m),, (14)

при ТП_opt та ТП _min. (15)

=0 або 1, , (16)

, (17)

R_j=R_q+R_a, (18)

Не всі операції ТП можливо піддати процедурі мінімізації, тому що багато з них просто неможливо виключити з технологічного комплексу або через технологічні причини (обробка грунту, сівба, збирання), або через попередника (необхідність приведення поля в готовність, наприклад, лущіння після соняшника). Алгоритм розрахунку ТП, допускає розрахунок повної технології вирощування культур, починаючи від підготовки ґрунту до збирання врожаю.

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

У четвертому розділі показана об'єктивна потреба в автоматизації процедур обробки інформації, що максимально відбиває умови функціонування технологічного процесу. Спеціалісту повинна бути надана можливість самому, виходячи з конкретних можливостей (наявних ресурсів), складати технологічні карти перспективного планування і робити економічну оцінку кожної технологічної операції та технології в цілому. Такий програмний комплекс дозволяє автоматизувати розрахунок економічних показників технологій під конкретну ситуацію й у діалоговому режимі, через корекцію вхідних параметрів, одержати різноманітні варіанти технологічних процесів та їх економічну оцінку.

Запропоновано конструктивні рішення по реалізації взаємодії програмних модулів у системі та необхідна структуризація її організаційної частини за видами функціональних і інструментальних компонентів. Проведена регламентація організаційно-технологічних процесів розв'язання задач. Прикладна програмна система (ППС) для моделювання і управління промисловими та сільськогосподарськими об'єктами повинна забезпечувати автоматизоване розв'язання функціональних задач на основі загальної інформаційної бази, що включає предметні та ситуативні дані. Створювану на їхній основі систему можна представити у вигляді кортежу F = (M, C, R, S, O),

де M -- набір мовних засобів для внутрішнього і зовнішнього спілкування, включаючи проблемно-орієнтовану мову завдань, діалогові засоби спілкування типу меню, мови представлення даних у числовому, текстовому і графічному вигляді;

C -- множина системних програмних модулів, що організовують і керують функціонуванням системи в різноманітних режимах, підтримують її взаємодію з користувачами і з операційним середовищем, а також забезпечують її розвиток;

R -- комплекси модулів, що безпосередньо виконують розв'язання задач прогнозування ситуацій і розподіл ресурсів за допомогою системних модулів C;

S -- сукупність моделей предметних і ситуативних даних, реалізованих у вигляді баз даних або знань і використовуються в процесі функціонування прикладних R і системних C модулів;

O -- схеми взаємозв'язків прикладних R і системних C модулів один з одним, а також із базами даних S і з користувачами системи.

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

Показано можливість застосування СППР на промислових та сільськогосподарських об'єктах у масштабах регіону в різних режимах - оперативному, експертному та навчальному. Визначені перспективні напрямки для використання і розвитку автоматизованих інформаційних технологій для підтримки прийняття рішень у сільському господарстві. Проведено опис практичної реалізації розробленої СППР та алгоритм автоматизованого формування технологічної карти.

ВИСНОВКИ

У процесі проведених у дисертаційній роботі досліджень отримані такі основні теоретичні та практичні результати.

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

Розроблені і доповнені елементи прикладної теорії і проблемно-орієнтованого інструментарію моделювання задач управління складними технологічними процесами промислових та сільськогосподарських об'єктів у вигляді засобів, моделей, алгоритмів, інформаційних технологій.

Розроблено методику формалізації задачі прийняття рішень при управлінні промисловими та сільськогосподарськими об'єктами, що дозволило формалізувати представлення інформації про процеси управління, скоротити терміни постановки задач в конкретних ситуаціях і забезпечити прийняття рішень в умовах невизначеності з врахуванням динаміки процесу управління технологіями, швидкої зміни стану навколишнього середовища та невизначеності його впливу на об'єкт.

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

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

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

Розроблено алгоритмічне та прикладне програмне забезпечення, що реалізує запропоновані моделі та підходи з метою визначення оптимального набору технологічних операцій та визначення переваг того чи іншого варіанту технологічного процесу. Запропоновані конструктивні рішення по реалізації взаємодії програмних модулів в системі та необхідна структуризація її організаційної частини за видами функціональних і інструментальних компонентів. У залежності від вимог користувача можливе функціонування системи в оперативно-диспетчерському, експертно-моделюючому та навчально-тренувальному режимах. Подано рекомендації щодо вибору технічних і програмних засобів реалізації системи.

Показано можливість застосування СППР при сільськогосподарському виробництві у масштабах регіону. Визначені перспективні напрямки для використання і розвитку автоматизованих інформаційних технологій для підтримки прийняття рішень на промислових та сільськогосподарських об'єктах. Достовірність і грунтовність сформульованих висновків і рекомендацій підтверджено впровадженням і використанням розробок у господарствах АПК Херсонської області, в Інституті зрошуваного землеробства ААН України, на ВО “Херсонські комбайни” та у навчальному процесі.

основні публікації з теми дисертації

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

Дурман Н.А. Компьютерные технологии в региональных системах управления. //Информационные ресурсы: технологии, коммуникации. -Херсон. -1997. -с.22-24.

Дурман Н. А., Рогальский Ф. Б. Автоматизированная система проектирования выращивания сельскохозяйственных культур “Агротехнолог” //Вестник ХГТУ.-Херсон.-1998.-№1. -с. 128-133

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

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

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

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

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

анотація

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

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.06 -- Автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології, Херсонський державний технічний університет, 2000р.

Розглянуто питання ефективного використання комп'ютеризованих систем управління складними технологічними процесами промислових та сільськогосподарських об'єктів з використанням прогресивних інформаційних технологій.

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

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

Запропоновані методики автоматизованих розрахунків складних технологічних процесів дозволяють значно підвищити ефективність досліджень та зменшити затрати за рахунок проведення комп'ютерного моделювання. Розроблено алгоритмічне та прикладне програмне забезпечення, що реалізує запропоновані моделі та підходи з метою визначення оптимального набору технологічних операцій та визначення переваг того чи іншого варіанту технологічного процесу. Запропоновані конструктивні рішення по реалізації взаємодії програмних модулів у системі та необхідна структуризація її організаційної частини за видами функціональних і інструментальних компонентів.

В цілому проведені дослідження та їх результати можуть бути подані як розробка систем представлення знань, автоматизація процедур підготовки та прийняття рішень у виробничих системах в умовах специфічності інформаційних потоків.

Ключові слова: управління, автоматизована система управління, система підтримки прийняття рішень, складний технологічний процес, вигідність, ресурсозберігаючі технології.

АННОТАЦИЯ

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

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 -- Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии, Херсонский государственный технический университет, 2000 г.

Рассмотрен вопрос эффективного использования компьютеризированных систем управления сложными технологическими процессами в промышленных и сельскохозяйственных объектах с использованием прогрессивных информационных технологий.

В качестве основы выбрана модель принятия решений в условиях неопределенности, которая позволяет учитывать динамику процесса управления технологиями, быстрое изменение состояния окружающей среды и неопределенность ее влияния на объект.

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

Проведенный анализ моделей различных технологических процессов показал существенной отличие процессов в сельском хозяйстве от процессов в промышленности. Существующие модели сельскохозяйственных технологических процессов малопригодны для решения задач управления производством в силу специфики процессов, которые протекают в его производстве. С целью создания моделей технологий выращивания сельскохозяйственных культур предложен комплексный эвристико-аналитический метод.

В процессе исследований уточнен вариант модели технологического процесса выращивания сельскохозяйственной продукции с учетом своевременности и критичности проведения технологических операций. Показана необходимость учета риска при проведении операций и даны критерии, с помощью которых можно оценить выгодность того или иного варианта технологического процесса. Доработана методика экономической оценки технологического процесса и получен вариант его дескриптивной модели, который учитывает принятые ранее допущения относительно ресурсов, риска, выгодности той или иной технологии.

Предложены методики автоматизированных расчетов сложных технологических процессов позволяют существенно повысить эффективность исследований и уменьшить затраты за счет проведения компьютерного моделирования. Разработано алгоритмическое и прикладное программное обеспечение, которое реализует предложенные модели и подходы с целью определения оптимального набора технологических операций и определения преимуществ того или иного варианта технологического процесса. Предложены конструктивные решения по реализации взаимодействия программных модулей в системе и необходимая структуризация ее организационной части по видам функциональных и инструментальных компонентов. В целом, проведенное исследование и его результаты могут быть поданы как разработка систем представления знаний, автоматизации процедур подготовки и принятия решений в производственных системах в условиях специфичности информационных потоков.

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

THE SUMMARY

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

A thesis on competition of the candidate degree in technical science on a speciality 05.13.06 -- Automated control systems and progressive information technologies, Kherson state technical university, 2000 y.

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

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

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

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

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

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

Размещено на Allbest.ru

...