Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. Цели и задачи исследования 12
1.1 АПК России как гарант продовольственной безопасности страны 12
1.2 Состояние АПК Зауралья в современных условиях 21
1.3 Необходимость формирования системы средств технической оснащенности АПК с учетом вероятностных условий ее функционирования. Оценка в научных исследованиях адаптивных свойств технических средств к условиям их работы и оптимизация системных параметров 29
1.4 Цели и задачи исследования 33
2 Теоретические исследования системы формирования технической оснащенности АПК и оценки ее адаптивной способности с учетом вероятностной природы условий функционирования МТП 36
2.1 Учет адаптивных свойств системы как механизм воздействия на системные характеристики с целью повышения качества ее функционирования 36
2.2 Техническая оснащенность земледелия АПК как многоуровневая многопараметрическая модель 39
2.3 Учет и оценка вероятностной природы функционирования технических средств земледелия как основного условия формирования системных требований 46
2.4 Критерии и методы, применяемые для оценки адаптивной способности системы технической оснащенности АПК к вероятностным условиям функционирования. Методы оптимизации системных параметров 53
3 Методология формализации критериев оценки адаптивной способности технической оснащенности земледелия к вероятностным условиям функционирования 75
3.1 Системное ранжирование адаптивных критериев комплекса технической оснащенности, вероятностная оценка их взаимовлияния и формирование вероятностного поля принятия решений 75
3.2 Формализация критериев оценки адаптивных свойств системы технической оснащенности АПК 86
3.3 Формализация взаимовлияния системных критериев и оптимизации параметров адаптивного поля 118
3.4 Обоснование количественной оценки адаптивных способностей и критерия оптимизации состава системы технических средств АПК 130
3.5 Формирование системы допусков на технологические и энергетические процессы работы МТА в земледелии как вероятностной многопараметрической модели 145
3.6 Формирование интервалов доверительных значений и обоснование методики расчета параметров технической оснащенности. Оптимизация параметров эффективности работы системы технической оснащенности
4 Программный комплекс оптимизации системы технической оснащенности 158
4.1 Программное обеспечение исследования взаимовлияния системных критериев и формирования вероятностного ПОЛЯ принятия решений 158
4.2 Программное обеспечение оптимизации параметров системы технической оснащенности 165
4.3 Программное обеспечение сбора и обработки опытной информации 167
5 Экспериментальные исследования адаптивной способности технической оснащенности АПК и адекватности оценочных характеристик 174
5.1 Исследование влияния «экологического» фактора 174
5.2 Исследование влияния фактора «природно-климатические условия» 176
5.3 Исследование влияния фактора «конструктивные характеристики» 191
5.4 Исследование влияния «технологического» фактора 196
5.5 Исследование влияния «стоимостного» фактора 249
5.6 Исследование влияния «ресурсного (трудового)» фактора 250
5.7 Исследование влияния «организационного» фактора 257
5.8 Исследование влияния фактора «эксплуатационная надежность» 279
5.9 Исследование влияния фактора «оперативности» 297
5.10 Оценка адаптивной способности системы по «энергетическому» критерию 301
6 Формирование оптимальных параметров функционирования системы технической оснащенности АПК в условиях Северо-Восточного региона РФ 304
6.1 Формирование оптимальных параметров технической оснащенности АПК 304
6.2 Формирование оптимальных параметров оснащенности МТП АПК трудовыми ресурсами 342
6.3 Формирование оптимальных параметров организации эксплуатации МТП 347
6.4 Формирование оптимальных параметров эксплуатационной надежности МТП АПК 350
6.5 Формирование оптимального состава МТП 353
6.6 Энергетическая оценка оптимальных критериев системы технической оснащенности АПК 360
7 Внедрение результатов научных исследований 363
8 Оценка предлагаемых решений. Выводы по работе 365
9 Литература
- АПК России как гарант продовольственной безопасности страны
- Учет адаптивных свойств системы как механизм воздействия на системные характеристики с целью повышения качества ее функционирования
- Системное ранжирование адаптивных критериев комплекса технической оснащенности, вероятностная оценка их взаимовлияния и формирование вероятностного поля принятия решений
- Программное обеспечение исследования взаимовлияния системных критериев и формирования вероятностного ПОЛЯ принятия решений
Введение к работе
В результате рыночных реформ положение АПК как страны в целом, так и Зауралья, в частности, существенно ухудшилось. За период 1990 - 2005 гг. средние потери урожая зерновых культур на предприятиях АПК Зауралья возросли на 3 — 11 ц/га (19-61 %). Фактическая урожайность яровой пшеницы не превышает 14 - 56 % потенциально возможной в данных почвенно-климатических условиях.
Определяющее влияние на снижение эффективности работы предприятий АПК оказал технический фактор: количественный и качественный состав парка технических средств, возрастные параметры технических средств, показатели надежности и эффективности их использования. Обеспеченность предприятий АПК Зауралья техническими средствами к 2005 г. составила 40 - 60 %. Уже к началу 2000-х гг. около 90 % машинно-тракторного парка села полностью выработало свой ресурс. Средняя загруженность за 1990 - 2005 гг., например зерноуборочных комбайнов увеличилась на 78,8 %, тракторов на 40,7 %. Простои технических средств только на устранении отказов со ставляют около 16 - 52 % всего времени их работы. Фактически (в период полевых операций) техника работает в среднем только 23,4 % возможного времени. Соответственно общие простои технических средств по различным причинам составляют не менее 3/4 рабочего времени.
В результате разрушения комплексной целостности системы техниче ской оснащенности земледелия, выхода системных показателей за границы рациональных значений, способность технических средств эффективно функционировать, особенно при неустойчивости входных возмущений, существенно ухудшилась. При низкой обеспеченности села техникой в ближайшее время первоочередное значение приобретает повышение эффективности эксплуатации, обеспечение высоких качественных характеристик функционирования технических средств предприятий АПК. (щ Весь набор технических средств земледелия должен представлять еди ную сбалансированную, комплексную систему, обеспечивающую наилучшие характеристики качества ее функционирования. Для этого система должна быть адаптирована к конкретным условиям существования и оптимизирована (по составу, структуре и режимам использования) для выполнения механизированных работ в сельскохозяйственных технологиях. Эффективность работы подобной системы можно оценить энергетическим к.п.д. - отношением полезной (полученной) энергии к общим энергозатратам на ее функционирование за рассматриваемый период времени.
Тогда низкую эффективность работы системы технических средств можно рассматривать как результат повышенных потерь вследствие ее слабой адаптации к конкретным условиям эксплуатации. Следовательно, оценивая адаптивные свойства системы технических средств, можно оптимизировать системные параметры, добиваясь улучшения характеристик качества ее функционирования. Подобная возможность актуальна как при формировании, так и модернизации уже сложившихся технических систем, особенно при значительном изменении характера внешних воздействий.
Недостатком предыдущих попыток формирования технической оснащенности земледелия являлось, на наш взгляд, отсутствие методологических подходов при оценке возможности выполнения целевых установок к качеству функционирования системы машин и агрегатов сельскохозяйственного назначения, что повышало вероятность принятия неэффективных решений.
Таким образом, актуальность проблемы повышения эффективности агропромышленного производства заключается в практической реализации методологических и методических разработок, направленных на повышение эффективности эксплуатационных характеристик средств технической оснащенности земледелия.
Целью работы является повышение эффективности сельскохозяйственного производства на основе формирования технической оснащенности земледелия АПК, с учетом адаптивных свойств технических средств и воздействия на них с целью улучшения качества функционирования системы в целом.
Исследование выполнено в соответствии с разделом Федеральной программы по научному обеспечению АПК России «Разработать научные основы развития системы технологического обеспечения сельскохозяйственного производства, создание машин и энергетики нового поколения, формирование эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики», проведено в рамках гранта Администрации Курганской области за 2001 г. на тему: «Разработать рекомендации по структуре и эксплуатации машинно-тракторного парка машинно-технологических станций применительно к природно-экономическим условиям Курганской области».
Объектами исследования являются техническая оснащенность земледелия и процесс ее формирования с учетом адаптивных свойств технических средств, процедуры формирования и оценки адаптивных свойств технической оснащенности земледелия.
Предметом исследования является раскрытие закономерностей и учет адаптивных свойств технической оснащенности земледелия с целью повышения качества ее функционирования.
В процессе исследований установлены критерии и методы оценки комплекса адаптивных свойств системы технической оснащенности земледелия, учитывающие вероятностные условия ее функционирования. Критерии оценки адаптивных свойств, расположенные в порядке их приоритетного ранжирования, включают в себя: экологические, природно-климатические, конструктивной надежности, технологические, энергетические, экономические, организационные, ресурсные (трудовые), эксплуатационной надежности и оперативности. При этом наложение адаптивных критериев на рассматриваемую многопараметрическую модель проявляется как дополнительные ограничения в количестве степеней свободы принятия решений.
Для оценки одного или нескольких адаптивных свойств целесообразно применять единичные и комплексные методы. Предложено оценивать адаптивные свойства технических средств максимизацией соотношения количественных характеристик качества и энергетических затрат на производство единицы продукции, причем в качестве количественной оценки принята величина энергетического к.п.д. Воздействие на комплекс адаптивных свойств производилось на двух уровнях: увеличением количества производимой системой полезной энергии и снижением энергозатрат на ее функционирование.
Для формализации оценки адаптивных свойств, взаимодействия и взаимовлияния комплекса формообразующих факторов, как случайных величин, оптимизации параметров технической оснащенности был разработан соответствующий математический аппарат и программное обеспечение.
Для достижения максимальных характеристик эффективности комплекса технических средств, в качестве критерия оптимизации был использован минимум пооперационных энергетических затрат на функционирование формируемого набора машин. Доказана, также, нецелесообразность оптимизации системы по критерию минимизации энергонасыщенности, закрепляющему за технологической операцией 2-4 вида технических средств, что на 9-Ю % повышает суммарные энергозатраты на ее функционирование, снижая общую энергоемкость только на 2-3 %.
Для повышения вероятности выполнения целевых установок к качеству функционирования комплекса технических средств земледелия предложена методология расчета вероятностных параметров доверительных границ при формировании допусков на технологические операции. На основании данной методики был также сформулирован комплекс основных требований для контроля качества выполнения технологических операций земледелия.
Исследованиями установлены количественные характеристики доверительных границ воздействия основных формообразующих факторов (природно-климатических, технологических, трудовых ресурсов, организационных, эксплуатационной надежности) на адаптивные свойства технической оснащенности земледелия для конкретных условий Северо-Восточного региона РФ (на примере Зауралья), значения которых использовались в качестве ограничений при оптимизации состава технических средств.
Разработанные информационная и концептуальная модели технической оснащенности земледелия, учитывающие вероятностные условия функционирования, позволили скомплектовать набор рекомендуемых технических ф средств и сформировать нормативную техническую базу оснащения пред приятий АПК средствами механизации земледелия, адаптированную к конкретным условиям Северо-Восточного региона РФ (на примере Зауралья).
Сопоставление основных типов сформированных систем технической оснащенности (с параметрами характерных предприятий) АПК Зауралья позволило сделать вывод, что наиболее адаптированными к региональным условиям являются комплексы технических средств с характеристиками машинно-технологических станций начала 2000-х гг. и оптимальными. Применение данных комплексов позволяет не менее, чем на 20 % повысить их ф энергетический к.п.д. (с 14,9 - 51,9 % до 36,6 - 92,7 %). Формирование сис темы технической оснащенности с максимально адаптированными и оптимизированными к условиям ее существования параметрами обеспечивает свое . временность выполнения производственных операций технологии возделы вания сельскохозяйственных культур и достижение расчетных системных характеристик с вероятностью не менее 0,75.
Результаты научных исследований адаптированы к производственным условиям Северо-Восточного региона РФ, апробированы и внедрены в агропромышленное производство. Рекомендации производству по оценке и воздействию на комплекс адаптивных свойств технических средств с целью по ф вышения качественных характеристик их функционирования в конкретных условиях разработаны и переданы в департаменты сельского хозяйства Зауралья. Технико-экономическая оценка эффективности функционирования сформированной системы технических средств земледелия в природно-климатических условиях Зауралья и внедренных результатов научных исследований показала, что комплексное применение разработанных мероприятий позволит сократить энергозатраты в 1,8-2,4 раза, и в 1,8-5,2 раза повысить системный энергетический к.п.д.
Научную новизну работы составляют: информационная и концептуальная модели объекта исследования, учитывающие адаптивные свойства технической оснащенности земледелия; критерии и методы ранжирования и оценки адаптивных свойств технической оснащенности; приемы и методы формирования основных адаптивных свойств технических средств; методология комплектования системы технологических допусков на качество выполнения производственных операций возделывания и уборки сельскохозяйственных культур; методология формирования нормативных параметров технической оснащенности земледелия с учетом ее адаптивных свойств.
Практическую ценность работы представляют: процедура оценки адаптивных свойств технической оснащенности земледелия в конкретных условиях ее эксплуатации; алгоритмы и программы для установления вероятностных нормативов технической оснащенности предприятий АПК; методы, способы, технологии, алгоритмы и устройства воздействия на адаптивные свойства средств технической оснащенности; практические рекомендации по формированию оценок качества технической оснащенности земледелия с учетом ее адаптивных свойств.
Разработанные на основе проведенных исследований «Рекомендации по эксплуатации технического парка агропромышленного комплекса в условиях его дефицита» одобрены и рекомендованы хозяйствам АПК РФ для практического применения Научно-техническим советом при Межрегиональном Комитете по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Урала в 2002 г.
«Рекомендации...» также приняты для дальнейшего использования в производственной деятельности управлением сельского хозяйства Чебар-кульского района Челябинской области, департаментами сельского хозяйства Катайского, Куртамышского, Лебяжьевского и Мишкинского районов Курганской области, областным Департаментом сельского хозяйства Курганской области. Внедрение результатов исследований, изложенных в данных реко мендациях, произведено в 5-х хозяйствах Куртамышского района Курганской области общей площадью 9000 га.
Результаты исследований, включенные в монографию: «Влияние пара- ф метров технологического процесса возделывания на урожайность зерновых культур в условиях Зауралья». Курган: «PRINT-EXPRESS», 2004. - 146 с. (в соавторстве) приняты для дальнейшего использования в производственной деятельности Инспектурой по Курганской области «Государственной комиссии РФ по испытанию и охране селекционных достижений».
Метод воздействия на показатели эксплуатационной надежности тех- » ники запатентован (а. с. СССР № 1516170, № 1592368, № 1786141, патент РФ
№ 2025654) прошел производственную проверку и внедрен на Магнитогорском ремонтном заводе. Метод воздействия на "конструктивные характери- 0 стики" технических средств защищен патентом РФ № 2217900.
Результаты исследований отражены также в монографии: «Оценка адаптивных свойств технической оснащенности земледелия». СПб.: , СПбГАУ, 2005- 175 с, статьях в центральных научных журналах:
«Формирование региональной нормативно-технической базы АПК».- Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2005, № 1.-е. 2-3 (в соавторстве), «Оценка адаптивных свойств средств технического оснащения земледелия».- Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2005, № 9. - с. 5-6, «Методология формирования адаптивной системы средств технической оснащенности растениеводства».- Техника в сель- ф ском хозяйстве, 2005, № 6 (находится в печати).
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях: Челябинского ГАУ (1987-1990, 1998-2003 гг.); Алтайского СХИ (1988-1990 гг.); Курганской ГСХА (1990-2004 гг.); Кустанайского СХИ (1989, 1992 гг.); Кемеровского СХИ (2001 г.); Башкирского ГАУ (2003 г.); Иркутской ГСХА (2003 г.); Оренбургского ГАУ (2003-2004 гг.); Санкт-Петербургского ГАУ т (2005 г.); научно-техническом совете Департамента сельского хозяйства Кур ганской области (Курган, 2001 г.); региональной научно-практической конференции «Потенциальные возможности региона Сибири и проблемы современного сельскохозяйственного производства» (Кемерово, 2002 г.); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию со дня образования Курганской области и 90-летию сельскохозяйственной науки Зауралья (Курган, 2002 г.); научно-техническом совете межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона (КГСХА, 2002 г.); Международной научно-практической конференции, приуроченной к XIII международной специализированной выставке «АГРО-2003» (Уфа, 2003 г.); Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию образования Курганской ГСХА им. Т.С. Мальцева (Курган, 2004 г.); Международном симпозиуме «Социально-экономические, политические и экологические проблемы в сельском хозяйстве России и стран СНГ: история и современность» (Оренбург, 2004 г.); семинаре-конференции «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет: 100 лет на ниве сельскохозяйственного образования и науки» - «Развитие экономической инфраструктуры для крестьянских (фермерских) хозяйств и других форм малого бизнеса» в рамках программы международной выставки-ярмарки «АГ-РОРУСЬ-2004» (Санкт-Петербург, 2004 г.).
По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 52 работы общим объемом 36,2 п.л., в том числе 2 монографии, 7 статей в центральных научных журналах, 2 депонированные работы, 3 авторских свидетельства и 2 патента на изобретение.
Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 374 наименований и приложений. Работа изложена на 400 стр. машинописного текста, содержит 62 рисунка, 34 таблицы, 212 формул, 209 стр. приложений.
АПК России как гарант продовольственной безопасности страны
За период 1990 - 2004 гг. положение сельскохозяйственной отрасли Российской Федерации характеризовалось несколькими негативными факторами. Во-первых, за отмеченный период резко сократились (и продолжают уменьшаться) все формы дотаций, как государством, так и прочими организациями агропромышленному комплексу (рис. 1.1).
В результате в 2002 г. расходы на сельское хозяйство составляли всего 2,7 % бюджета Российской Федерации. Как следствие, к 2004 г. 55 % основных средств сельскохозяйственных предприятий составляют их собственные средства, и только 25 % приходилось на долю государственного бюджета /262/.
Помимо сокращения бюджетных поступлений в агропромышленный комплекс отмечалось также снижение и объемов инвестиций на село из других источников. Так, например, за период с 1990 г. по 2002 г. доля сельскохозяйственной отрасли в общем объеме инвестиций сократилась с 15,9 % до 2,7 %. Доля инвестиций из негосударственных источников составляет всего 20 % общего ф объема инвестиций в АПК, из которых непосредственно в сельское хозяйство попадает только 45 % /262/.
Показателем устойчивости развития сельскохозяйственной отрасли может служить и такой факт, как уровень иностранных инвестиций. За период 1990 - 1999 гг. около 99 % иностранных инвестиций в агропромышленный комплекс России приходилось на предприятия пищевой и перерабатывающей промышленности, и только 1 % - направлялся непосредственно сельскохозяйственным производителям /98/.
Как следствие этого наблюдается тенденция старения основных фондов ф предприятий агропромышленного комплекса и их постоянного выбывания из производственного процесса. Только за 2001 г. стоимость основных фондов сельскохозяйственной отрасли страны сократилась с 513,8 млрд. руб. до 503,1 і млрд. руб., т. е. на 2,1 % /98/. В целом стоимость основных фондов АПК сокра тилась к уровню начала 1990-х гг. более чем вдвое /262/.
Кроме отмеченного скачкообразного сокращения капитальных вложений в предприятия, занимающиеся производством сельскохозяйственной продукции, наблюдалось и существенное, в среднем в 2 - 2,5 раза меньшее, изменение уровня цен на сельскохозяйственную продукцию и продукцию предприятий машиностроения, топливно-энергетического комплекса для нужд АПК. Во вто-ф рой половине 90-х гг. рост цен на продовольственные товары отставал от цен на товары машиностроения: в 2,4 - 4,0 раза, электроэнергию - в 20-25 раз, нефтепродукты - в 17-21 раз, комбикорма - в 14-21 раз и т. д. К примеру, 39,6 % всех расходов предприятий АПК РФ в 2004 г. составляют только затраты на то-пливосмазочные материалы.
Как результат, по оценкам Госкомстата /122/, в современной России доля «теневого» производства в сельскохозяйственном секторе в 4,4 раза выше, чем в промышленности и в 2,1 раза - среднего уровня по всем отраслям производства (соответственно 48 % против 11% и 23 %).
Отмечается, также, и значительное сокращение поставок сельскохозяйственной техники на предприятия АПК (табл. 1.1).
При этом темпы снижения поставок техники составляли 8 - 60 % в год (рис. 1.2). В среднем за годы реформ число списываемых машин превышало число вновь приобретаемых по тракторам в 6 раз, по сельскохозяйственным машинам - в 28-29 раз. В целом же поставки техники на село были в 10-50 раз ниже её потребности. Оснащенность 1000 га пашни, например, тракторами снизилась с 10 - 12 ед. в 1989 - 1990 гг. до 4 - 7 ед. в 2000 - 2004 гг., комбайнами - соответственно с 6,2 шт. до 3,7 шт. (необходимый минимум - 16 тракторов и 10 зерноуборочных комбайнов). В то же время в США, например, на 1000 га пашни приходится 30 тракторов.
Учет адаптивных свойств системы как механизм воздействия на системные характеристики с целью повышения качества ее функционирования
Рассматривая технические средства механизации производственных процессов в земледелии как элемент целенаправленного техногенного воздействия на природную среду с целью получения необходимого для человека результата (в данном случае урожая возделываемых сельскохозяйственных растений), следует признать, что они в значительной мере зависят от условий, в которых протекает весь процесс их деятельности.
Подобная зависимость проявляется не только в формировании комплекса основных требований, которым должны удовлетворять сельскохозяйственные технические средства, но и в постоянном влиянии на сам процесс их функционирования (через вариативное изменение условий среды деятельности техники). Комплекс основных требований к техническим средствам следует рассматривать как систему граничных условий, позволяющих достичь наивысших показателей эффективности их работы в данных конкретных условиях.
Так как в сельском хозяйстве, в сущности одинаковые, производственные процессы (возделывания культурных растений) протекают в разнообразных условиях обитания (жизнедеятельности) человека, исторически комплекс требований к средствам механизации земледелия разделился на несколько достаточно обособленных наборов технико-технологических требований. При этом каждый набор достаточно полно формулировал цели, задачи и условия работы технических средств в каком-либо отдельном природно-климатическом регионе, специализирующемся на возделывании характерного набора культурных растений или отличающемся специфическими почвенно-климатическими условиями. В соответствии с данными наборами требований техника, предназначенная для выполнения одинаковых технологических операций (например, обработки почвы), изготавливается в совершенно различном, зачастую принципиально ином конструкторско-технологическом исполнении («южный» и «северный» варианты машин, отвальные и безотвальные плуги и т. п.).
Воздействие природной среды на условия функционирования технических средств проявляются в различных затратах (энергетических, трудовых, времени и т. п.) на выполнение однотипных операций, изменении ресурса (максимального срока службы) техники, параметров эксплуатационной надежности (наработки на отказ, времени устранения отказа и т. п.). Учет подобного воздействия осуществляется в форме нормативной документации (нормативы амортизации, сроки проведения ре-монтно-обслуживающих воздействий и т. п.), регламентирующей процесс эксплуатации технических средств в различных природно-климатических условиях. Весь комплект нормативно-технической документации предназначен для оценки и улучшения показателей эффективности эксплуатации технических средств в конкретных условиях их производственной деятельности.
Эффективность функционирования технических средств до недавнего времени, как правило, оценивалась какими-либо технико-технологическими показателями (мощностью, скоростью, расходом топлива, производительностью, устойчивостью режимов и т. п.). Необходимо подчеркнуть, что величина данных показателей эффективности существенным образом зависит от набора специфических природно-климатических факторов (структуры почвы, величины осадков и т. п.), принимающих в отдельных регионах совершенно различные значения. Тогда используемые параметры эффективности использования технических средств можно представить функционалом зависимости от данного набора специфических природно-климатических факторов.
Ухудшение отмеченных параметров эффективности эксплуатации как отдельных образцов техники, так и целевых наборов - систем технических средств, предназначенных для выполнения законченного цикла технологических операций -в случае изменения внешних условий их функционирования в таком случае следует рассматривать в качестве непроизводственных потерь (на преодоление сопротивления окружающей среды производственному воздействию человека).
Эти непроизводительные потери при функционировании технических средств (на преодоление сопротивления окружающей среды) можно рассматривать как меру адаптации сформированной технической системы к внешним условиям ее деятельности. Более адаптированные к внешним условиям технические системы при сопоставимых характеристиках производят больший объем полезной работы (в нашем случае продукции растениеводства), или требуют для этого меньше затрат (уменьшают абсолютную величину непроизводственных потерь), и наоборот.
Величина потерь для различных технических средств и систем, или в случае функционирования их в несхожих внешних условиях будет совершенно разной. Это позволяет рассматривать данный массив (потерь) в качестве функционала, определяемого как комплексом характерных внешних условий (параметрами среды деятельности), так и набором специфических технических средств, используемым для решения поставленных задач именно в данной среде деятельности.
В таком случае минимизацией данного массива потерь можно определить и сформировать наиболее рациональные для конкретных условий системные характеристики: перечень сфер деятельности, целей и задач, качественного и количественного состава технических систем, основных технико-технологических требований к ним, параметров организации эксплуатации техники и т. п.
С учетом сказанного комплекс адаптивных свойств формируемых технических систем можно считать непременным и в достаточной мере самостоятельным показателем эффективности их функционирования. Следовательно, данный комплекс, как самостоятельный элемент формирования и оценки работы систем технической оснащенности земледелия, образуется, функционирует и регулируется в соответствии с определенными характерными закономерностями.
Системное ранжирование адаптивных критериев комплекса технической оснащенности, вероятностная оценка их взаимовлияния и формирование вероятностного поля принятия решений
Для выявления значимости (и, соответственно, очередности наложения огра ничений) оценочных критериев в соответствии с вышеизложенной методикой была разработана методология приоритетного ранжирования параметров оценки адап-ф тивных свойств системы машин АПК.
При оптимизации состава и структуры нормативно-технической базы осна щенности агропромышленного производства в зависимости от преобладающего - воздействия на условия ее функционирования какого-либо входящего возмущаю щего параметра (а также стастическо-вероятностных характеристик области его допустимого значения) применение оценочного критерия может рассматриваться как наложение на рассматриваемую многопараметрическую модель определенных ограничений в количестве степеней свободы принятия решений.
Достаточно часто случайно-хаотические параметры потока возмущающих и управляющих воздействий не позволяют выделить в качестве преобладающего ка-Щ # кой-либо конкретный критерий. Тогда добавление к управляющему полю каждого нового адаптивного параметра следует рассматривать как наложение дополнительного ограничителя степени свободы на рассматриваемую систему.
Особую значимость здесь приобретают не только характеристики вероятностных полей условий функционирования комплекса технических средств, сформированные на основе применения какого-либо адаптивного параметра, но и сама последовательность накладываемых ограничений. От этого напрямую зависят век-торно-вероятностные характеристики (пространственная конфигурация, размеры, характеристики вероятного рассеивания и т. п.) формируемой области принятия адаптивных решений Аад, а также ее расположение внутри исходного пространства
А управляющее-возмущающих воздействий. Что, в свою очередь, формирует пара-# метры вероятностного поля Z принятия оптимальных решений формирования комплекса Хц(опт)-, оптимизируемого уже по функционалу % и определяет весь объем оптимальных решений системы.
Этим задаются также параметры динамической устойчивости функционирования системы технических средств от хаотического характера возмущающих воздействий, определяется массив возможных оптимальных решений и закладывается база формирования оперативной гибкости всей системы.
Алгоритм наложения адаптивных ограничений представлен на рис. 3.1. Все ограничения, накладываемые на вероятностное поле функционирования техниче- ских средств, распределены по трем категориям: - формирующие ограничения - формируют основные условия существования системы технической оснащенности АПК. К этой группе можно отнести адап тивные критерии: "экологический", "природно-климатический", "конструк тивной надежности". На рис. 3.1 они обозначены как F/,.. .F,-. - основные ограничения - определяют основную область функционирования комплекса машин в рассматриваемом регионе. Включают критерии: "техноло гический", "экономический", "энергетический". Критерии этой группы пред ставлены на рис. 3.1 как О],. ..О/. дополнительные ограничения - дополнительно уточняют область функциони рования комплекса технических средств, позволяют произвести начальную оптимизацию его параметров. Для этого используются критерии: "организационный1 , "ресурсный (трудовой)", "эксплуатационной надежности" и "оперативности". Изображены на рис. 3.1 в виде Dj,.. .Dk. Очередность накладываемых ограничений соответствует последовательности перечисления критериев и критериальных групп. Данная же последователь- ность формируется с учетом двух основных требований: - логичность причинно-следственной последовательности накладываемых ог раничений. При составлении, например, технологических карт возделывания необходимо задать перечень технологических операций, применяемых для возделывания данной культуры, и только затем - оценивать вероятность вы полнения запланированных операций в соответствии с оптимальными агро техническими требованиями. Следовательно, должны выполняться условия: Al+X = f{E,KuxtAt) P{Ai+l(]Ai} 0 9 (зл) P{At = f(Al+l)} 0 где Ah Aj+i - область функционирования системы, формируемая соответственно применением /-го и (i+l)-ro критериев; Кі+і - (г+/)-й критерий оценки адаптивности системы; П - пресечение рассматриваемых множеств (их общие элементы). - вероятностно-статистические параметры рассеивания характеристик векторного поля накладываемых ограничений. В первую очередь на исследуе мое пространственное поле принятия решений накладываются ограничения, захватывающие наибольший диапазон данного поля (или его рассматриваемой части) и отличающиеся наименьшей плотностью рассеивания векторного про странства. Дальнейшая последовательность наложения находится в обратной зависимости от размеров захватываемого ограничением диапазона и величины статистических характеристик плотности его распределения: УА,АХ УА,А2 ... \/А,АІ a{Al} cr{A2} ... a{Ai} (3 2) где А - исходное пространство входных воздействий на систему (начальная область принятия решений); V - квантор общности множеств; а - характеристика плотности распределения векторного поля. Рассматривать, допустим, критерий "оперативная гибкость" для комплекса технических средств просто нецелесообразно, если предварительная оценка систе 79 мы по адаптивным критериям, например, "конструктивная надежность" и "технологический" практически не оставляет возможности ее перестройки - сформированное вероятностное поле Z охватывает незначительную область.
Программное обеспечение исследования взаимовлияния системных критериев и формирования вероятностного ПОЛЯ принятия решений
Как уже отмечалось, методологической основой исследования взаимовлияния формообразующих параметров и критериев оценки адаптивных свойств системы машин АПК является методика функционального анализа векторных взаимодействий вещественных гильбертовых пространств, включающих стохастические векторные функции, поведение которых подчиняется основным методологическим положениям теории вероятностей.
Оценка взаимодействия большинства системообразующих факторов, в силу достаточно ограниченного количества встречающихся параметров, к тому же принадлежащих одинаковым вероятностным группам случайных событий, не представляет значительных методологических сложностей. Методологической основой формирования программного обеспечения исследования является оценка вероятностных параметров взаимодействия случайных величин (вектор-функций), изложенная в п.п. 3.1, 3.3 настоящей работы.
Данная методика использовалась для оценки совместного взаимодействия "технологических" и, частично, "природно-климатических" факторов на параметры выходного функционала оценки качества работы системы технической оснащенности земледелия.
В то же время для исследования таких параметров, как "организационный", "ресурсный (трудовой)" и "эксплуатационной надежности" необходимо было создать специальную матрицу условий функционирования машинно-тракторного парка. Матрица включала расчет выполняемого формируемым комплексом технической оснащенности земледелия годового объема механизированных полевых работ, на основании которого и определись количественный состав, структура и режимы использования всего парка технических средств.
Общий вид использующегося в настоящей работе алгоритма формирования адаптивной системы технических средств земледелия, оптимизации и оценки ее параметров представлен на рис. 4.1.
Исходными информационными полями формирования матрицы условий функционирования технического парка следует считать: - матрицу массива обрабатываемых площадей (размеры, конфигурация взаимное расположение, вероятность одновременной готовности к проведению одинаковых полевых технологических операций и т. п.); - фенологические характеристики региона (химический и механический составы почв, их температурный и водный режимы и т. п.); - набор культур, возделываемых в регионе функционирования системного комплекса технических средств; - состав и размеры посевного клина в зоне функционирования системы технических средств; - набор технологических операций, применяемых для возделывания, уборки и послеуборочной обработки сельскохозяйственных культур; - оптимальные агротехнические сроки начала, окончания и продолжительность проведения технологических операций; - агротехнические требования к качеству выполнения технологических производственных операций; - перечень технических средств, которые могут служить базовой основой комплектования формируемой системы технической оснащенности земледелия в условиях Северо-Восточного региона РФ; - рекомендуемое для данного региона распределение технических средств по полевым технологическим операциям для каждой возделываемой сельскохозяйственной культуры; - паспортные (нормативные) технические характеристики машин и агрегатов, входящих в системный набор технических средств (часовая, сменная и годовая производительности; транспортная и рабочая скорости, масса, расход топливосмазочных материалов на различных режимах и т. п.); энергетические мощности всех технических средств, входящих в рас сматриваемую систему; - потребность в человеческих, трудовых ресурсах для обеспечения нор ф мальных условий функционирования системы технических средств в ус ловиях исследуемого региона; - тарифные ставки и нормативы калькуляционных затрат на выполнение технологических операций в конкретных условиях Зауралья. Рассмотренные информационные поля задавались либо матрицами воз можных вероятностей (сочетаний) случайных величин (здесь под случайными величинами подразумеваются фигуранты информационных полей), либо огра ничительными функциями (например, по аргументу времени, наработки и т.п.).
Причем воздействие исследуемых факторов закладывалось уже в процессе формирования параметров информационных полей - управляющих входных воздействий матрицы исходных условий работы технических средств. Задачей оценки адаптивных свойств технической оснащенности на данном этапе являлся максимальный учет ограничений, накладываемых адаптивными критериями (по степени их формообразующего воздействия) - т. е. формирование адаптивного поля существования комплектуемой системы технических средств А ад.
На основании значений исходных формирующих факторов (табл. 4.1) производилось заполнение матрицы годового объема полевых механизированных работ: определение объемов механизированных работ для проведения полевых технологических операций и установление максимальных границ интер Ш валов необходимого для этого скалярного значения технических средств.
Целесообразность применения машинно-тракторных агрегатов в соответствующих технологических операциях оценивалась по критерию минимальных энергетических затрат согласно выражению (3.61).
