Оптимизация организационно-экономических методов построения ЛВС в крупных многоотраслевых сельскохозяйственных организациях

 

В.И. Меденников, д.т.н., зав. отделом ВИАПИ  им. А.А. Никонова, И.М. Кузнецов, к.т.н., зам. зав. отделом ВИЭСХ, М.В. Макеев, инженер ВИЭСХ

 

В свое время появление сельскохозяйственных машин повлекло за собой изменение как структуры производства, так и структуры системы управления агропромышленными предприятиями. Аналогичные последствия должны были бы произойти с началом массового внедре­ния персональных компьютеров (ПК), однако этого не произошло.

В информационно-управляющих системах (ИУС) первого поколения практически все программное обеспечение (ПО) создавалось силами самих предприятий. Оно было приспособлено либо к конкретному предприятию, либо к узкому кругу родственных предприятий и требовало значительных трудозатрат на поддержку силами высококлассных программистов.  Это, так называемый, позадачный подход.

Последующая эволюция ИУС была связана, прежде всего, с появлением более мощных средств хранения, переработки и передачи информации. Функциональные возможности ИУС при этом также расширялись. Большую роль сыграло совершенствование инструмента, обеспечивающего уменьшение трудозатрат на создание и сопровождение ИУС путем углубления специализации, стандартизации, кооперации и интеграции (как по данным, так и по режимам обработки информации,  обеспечивающими однократный ввод и многократное использование информации).

Если ИУС первого поколения были доступны лишь крупным предприятиям, то с удешевлением ВТ потребность в них возникла у большинства организаций. А это уже потребовало разработки программного обеспечения (ПО) в виде программного продукта, когда программа может работать  на различных типах  ЭВМ и применяться на большой группе предприятий.

Т.е. в свое время «позадачный» метод разработки и внедрения программного обеспечения был продиктован большой стоимостью и технологическими ограничениями больших компьютеров.  Появление большого количества ПК привело к пониманию  необходимости комплексного, системного подхода к проблеме создания и внедрения информационных систем в АПК, необ­ходимости промышленной технологии их автоматизированного про­ектирования.

Переход к промыш­ленной технологии автоматизированного проектирования (ПТАП), разработки, внедрения и сопро­вождения информационно-управляющих систем в АПК оказался сложной проблемой, связанной, как с необходимостью количественного описа­ния систем управления и их влияния на объект управления, модернизацией технологий выращивания с/х, проведением полевых опытов с/х НИИ на основе информационных технологий, так и с состоянием экономики, образования, культуры в нашем обществе [1].

Кроме того, переход к ПТАП продиктован тем, что все большее количество функций управления поддаются автома­тизации за счет, с одной стороны, разработки стандартов на них, обучения менеджеров некоторым стандартным функциям управления, с другой - за счет увеличения технических возможностей аппарат­но-программных средств ЭВМ.

В связи с этим, подобно задаче оптимизации средств механизации для средних и крупных сельскохозяйственных предприятий, встала проблема оптимизации и относительно информационных средств при выборе локальной вычислительной системы (ЛВС) как по составу, так и по территориальному расположению.

С этой целью в ВИАПИ им. А.А. Никонова была разработана промышленная технология синтеза оптимальных ЛВС для сельскохозяйственных предприятий.  Предложенная в рамках технологии модель синтеза отражает наиболее рациональный уровень влияния информационных систем на систему управления, исходя из сложившихся условий в стране. Модель позволяет в пределах выделенных финансовых ресурсов определить наиболее рациональ­ную структуру информационной системы, распределяет средства вычислительной техники, и решаемые задачи по узлам управления, определяет при необходимости инвестиции в телекоммуникационные средства с оптимизацией информационных потоков и логических структур распределенных баз данных. По мере развития теории управления, теории систем на основе дальнейших исследований в области информационных систем модель может дополняться соответствующими блоками.

Благодаря применению технологии синтеза оптимальных информационных систем для сельскохозяйственных предприятий будут повышены качество и надежность, а также снижена стоимость  внедрения их.

Реальные расчеты показали, что экономия средств на информатизацию среднего по размерам хозяйства составляет около 40%.

  Синтез структур ЛВС АПК РФ.

Под структурой ЛВС АПК в рамках ПТАП будем понимать организа­ционную совокупность ее взаимосвязанных элементов, определяющих их место как в чисто физическом, так и технологическом смысле (уро­вень и конкретное место размещения элемента в пространстве и тех­нологической схеме принятия решений и обработки информации).

В общем случае под элементом структуры ЛВС АПК понимается не­который физический элемент (узел, техническое устройство или средство, исполнитель или коллектив исполнителей и т.п.), реализу­ющий вполне определенным образом некоторую функцию системы (зада­чу, группу взаимосвязанных функций или задач).

Таким образом, понятие структуры ЛВС АПК предполагает частич­ную упорядоченность ее элементов относительно друг друга как в смысле их размещения по физическим узлам и уровням, так и в смысле решаемых ими функциональных задач процесса управления. Под синте­зом структуры ЛВС АПК понимается процесс построения взаимосвязей элементов структуры ЛВС АПК и самих элементов в соответствии с за­данными критериями эффективности ЛВС АПК в целом.

Постановка и решение общей задачи синтеза структуры ЛВС АПК из-за особенностей агропромышленного производства, приведенных вы­ше, представляют значительные трудности, поэтому формулируются и решаются частные задачи, позволяющие оценить правильность принима­емых решений о структуре создаваемой ЛВС АПК.

Как правило, частные задачи отражают конкретные аспекты про­цесса синтеза структуры ЛВС АПК, а результаты их решения позволяют специалистам по синтезу структур наметить наиболее перспективные пути решения общей задачи и выделить область наиболее целесообраз­ных вариантов построения всей ЛВС АПК.

Разработана модель интеграции оптимальных ЛВС, состоящая из двух блоков:

     - блок размещения запросов пользователей (задач) по узлам управления и техническим средствам;

     - блок расчета потребностей в средствах вычислительной техники и распределения их по узлам управления и закрепления за пользователями;

- блок расчета инвестиций в средства связи;

     - блок расчета распределения информации по узлам управления и техническим средствам;

     - блок формирования логических  структур  распределенных  баз данных (РБД).

     Модель позволяет  создать довольно гибкую архитектуру ЛВС, отражающей различный уровень информатизации организации.

Описание структуры системы управления.

Рассматривается система, состоящая из множества узлов управ­ления j (например, животноводческих ферм, растениеводческих отде­лений, механических мастерских и т.д.), множества задач К, класте­ров данных L, типов связи R.

Считаем, что информация делится на 2 типа: первичную, то есть возникающую в узлах управления, иначе в пунктах возникновения информации; вторичную, возникающую после решения некоторой зада­чи. С другой стороны, разбиение на кластеры осуществляется проце­дурой разбиения данных на предметные базы данных.

Процесс управления предполагается периодически с периодом T, и все операции расчетов, передачи данных и т.д. усреднены по вре­мени.

Будем считать, что любая задача может решаться в любом узле, в том числе разбиваться по этим узлам. Например, начисление зара­ботной платы может решаться в каждом узле на своем объеме информа­ции.

Для решения задач используются технические средства несколь­ких типов (множество 1).

Математическая модель синтеза структур ЛВС АПК РФ

Введем обозначения:

K - номер задачи (запрос на информацию, на корректировку БД);

l - номер группового информационного элемента;

  - первичная информация;

  - вторичная;

- множество задач, использующих лишь первичную информацию;

- множество задач, использующих хотя бы один групповой информаци­онный элемент;

j - номер узла управления, ;

i - номер технического средства, ;

- множество групп l, используемых в заданных k ;

- вектор длины групп;

- вектор количества экземпляров в группах;

, где -максимально достижимое время получения ин­формации l-й группы по запросу p-го пользователя;

- средние характеристики (объем информации, временные, пропуск­ные способности и т.д.) на информацию l-ой  группы, необходимой для задачи k, возникающий в узле j,  ;

- средние характеристики на информацию l-й группы, необходимой для задачи k, после решения задачи n;

 

  - количество оборудования i-го типа в j-м узле;

 - необходимые ресурсы m-го типа для решения k-й задачи на i-м типе оборудования в j-м узле;

 - m-е ресурсы i-го типа оборудования;

 

 - характеристики средств связи;

 - стоимость i-го оборудования в j-м узле;

 - стоимость r-го средства связи при передаче информации из  в

;

 - затраты на передачу единицы информации из  в ;

 - стоимость m-го ресурса для решения k-й задачи на i-м типе оборудования в j-м узле;

 - обобщенная стоимость k-й задачи;

 - средства, выделенные на внедрение ИУС;

Ограничения на размещение задач по узлам и техническим средствам:

,                               либо

   то есть k-я задача должна быть решена хотя бы в одном узле;

,                         либо

 

 т.е. некоторые задачи из множества k должны быть обязательно решены в узлах  , например, в центральной бухгалтерии предприятия, в том числе вторичные задачи.

то есть должны быть решены все задачи n,  информация которых  используется

для решения задачи k.

Условия передачи информации из узла  в узел :

Информация передается из узла  в узел , когда она либо возникает в узле  и используется в узле  для задачи k, либо когда вторичная информация за­дана n, решаемой в узле , необходима для задачи k, решаемой в узле ;

информация передается одним средством связи;

условие, что все группы в узле  на -м  типе оборудования формируются в записи t.

Ограничение на число групп в составе логической записи

Ограничения на длину формируемой логической записи

Ограничение на однократность включения групп в логические записи:

Ограничение на число типов записей, размещаемых в БД j-го узла на i-м типе оборудование

Ограничение на загрузку оборудования:

Ограничения на канал связи:

Финансовые ограничения:

Критерий эффективности:

Очевидно, что решить данную задачу в общем виде - сложная пробле­ма. Для ее решения существует разные подходы. Исходя из конк­ретики каждого хозяйства, на основе требований и пожеланий руководс­тва, финансовых возможностей, сложившихся структур управления, ее кон­серватизма, можно попытаться свести задачу к многоэтапной итеративной проце­дуре.

Для этого введем предположение, что информация для задач из множества   всегда имеется, например, задача из множества  решается либо вручную, либо на ЭВМ, и информация эта возникает в месте ее решения. Тогда система уравнений примет следующий вид:

Уравнения (1), (2) остаются без изменений, в уравнении (3) нет необходимости.

Уравнение (4) принимает вид:

 

Уравнения (5)-(11) остаются без изменений. Уравнение (12) принимает вид:

Уравнение (13) остается без изменений. Критерий эффективности приобретает вид:

Данная система уравнений все еще имеет нелинейный вид. Для приведения ее к линейному виду произведем замену переменных:

с исключением из системы уравнения (10).

После решения данной системы уравнений получим, в частности, конкретные значения . Если при этом выполняется условие (10), то есть

то на этом процедура расчета по модели завершается. Если же условие (10) не выполняется при некоторых  тогда для данных  либо подбирается такая СУБД, которая удовлетворяет условию (19), либо, если такую замену совершить невозможно, вместо выражения (10) в систему включается следующее:

Очевидно, что при , выражение (20) совпадает с (10), при   условие (10) выполняется автоматически.

Представленная в работе модель, по нашему мнению, отражает наиболее рациональный уровень влияния ЛВС на систему управления, исходя из сложившихся условий в стране. Модель позволяет в пределах выделенных финансовых ресурсов определить наиболее рациональ­ную структуру ЛВС, распределяет средства ВТ, и решаемые задачи по узлам управления, определяет при необходимости инвестиции в телекоммуникационные средства с оптимизацией информационных потоков и логических структур распределенных баз данных. По мере развития теории управления, теории систем на основе дальнейших исследований в области ЛВС модель может дополняться соответствующими блоками.

Реальные расчеты показали, что экономия средств на информатизацию среднего по размерам хозяйства составляет около 40%.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Меденников В.И., Сальников С.Г., Сергованцев В.Т. и др. Отчет о НИР «Разработать проект отраслевой программы развития информатизации сельского хозяйства». -ВИАПИ РАСХН. 2004.