Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Методы повышения эффективности механизированных производственных процессов по условиям их функционирования в растениеводстве: Учебное пособие

Арютов Б. А., Важенин А. Н., Пасин А. В.,

2.4. Локальная модель производственного процесса в растениеводстве

В связи с глубоком реформированием современного сельского хозяйства возникла потребность в изыскании и разработке новых методологических принципов синтезирования машинных агротехнологических и технических средств для их реализации.

В основу структуры новой методологии может быть положен дедуктивно-индуктивный метод познания объективной реальности, т.е. возможно получить оптимальное решение, двигаясь по пути получения требуемой информации от общих предпосылок к частным или от частных к общим. Ее отличительные признаки: первичность социального заказа, определяющего общую цель и направленность поиска, масштаб конечной задачи и категорию основного заказчика; иерархическая последовательность экспертно-логических и расчетных операций по выбору наилучших решений с итеративно-шаговой их оптимизацией (отказ от концепции однопараметрического оптимума на поверхности монофункционала); приоритет агротехнических требований на технологию и технику по данным исследований агрономических институтов, станций и т.п. организаций; адаптивность технологий и технических средств; маркетинговые исследования при оценке потребности в технике и ее коммерческих характеристик; разработка, создание, освоение производства и организация службы эксплуатации новой техники, рассматриваемые как единый производственный замкнутый процесс в течение периода времени, заданного социальным заказом.

Состояние производственного процесса в различных условиях его функционирования можно описать многомерной переменной , которая определяет координаты точки в пространстве технико-технологических параметров. Величины  не могут принимать любые значения. Выбирая из допустимого множества X (пространства решений) наилучшее по критериям оптимальности  решение мы, таким образом, имеем возможность оптимального управления производственным процессом в складывающихся погодно-производственных ситуациях.

Если величины  могут изменяться непрерывно, т.е. принимают бесконечное множество значений, то допустимое множество  будет бесконечным множеством. Однако и в этом случае значения  не могут быть какими угодно. На них накладываются ограничения, которые имеют вид алгебраических уравнений или неравенств:

,                               (2.8)

Величины m и n между собой не связаны, так что m может быть больше, меньше или равно n. Переменные  не могут быть отрицательными по своему физическому смыслу, т.е. .

Состояние производственного процесса не только зависит от переменной x, которая доступна измерению и контролю, но и от множества неконтролируемых или не полностью контролируемых условий его функционирования, которые в значительной мере определяются складывающимися погодно-производственными ситуациями (возмущениями). Полная совокупность таких такого рода возмущений называется в кибернетической терминологии состоянием природы.

Путем некоторой идеализации реальных явлений можно свести все бесконечное многообразие внешних условий к конечному числу возможных состояний природы , т.е. ввести в рассмотрение конечное множество , называемое пространством состояний природы. Элементы  множества  в общем случае являются многомерными величинами .

Невозможность полного контроля всех внешних факторов приводит к тому, что вместо точного знания состояния природы  приходится ограничиваться лишь знанием вероятностей  различных состояний природы . Вероятности , полученные тем или иным путем для всех  до начала решения задачи оптимизации технико-технологических параметров производственных процессов в растениеводстве являются априорными.

Для описания целенаправленного воздействия на производственный процесс введем переменную , называемую управляющим воздействием или управлением.

Производственный процесс - сложный объект, поэтому приходится использовать несколько управляющих воздействий , так что управление  представляет собой многомерную величину . Управляющие воздействия  не могут быть взяты какими угодно, а подвержены различного рода ограничениям. Обозначим через U множество всех значений управления u, которые удовлетворяют поставленным ограничениям. При этом любое  будет допустимым управлением и множество допустимых управлений U является конечным множеством .

Судить о том, насколько примененное управление  обеспечивает достижение поставленных целей, можно по значениям переменных состояния x. Под действием управляющих воздействий  производственный процесс изменяет свои технико-технологические параметры. Характер происходящих при этом процессов определяется скоростью (темпом) изменения переменной состояния , которая представляет собой многомерную величину

,                                       (2.9)

где  - скорости изменения компонент многомерной переменной x.

В производственных процессах растениеводства физические процессы протекают непрерывно во времени, поэтому скорости  в какой-либо момент времени зависят от состояния объекта исследования в тот же момент времени, который в свою очередь определяется значениями переменной состояния x, состояния природы  и принимаемых решений u. Эту зависимость можно записать в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений

,                    (2.10)

где  - начальное состояние производственного процесса.

Входящие в уравнение (2.10) переменные x(t), u(t) и  являются многомерными, т.е. векторными величинами. При этом q - нелинейная функция, описывающая два вида подсистем: структурные и функциональные [4, 27, 29, 54, 64, 66, 67, 217, 218 и др.].