Проектированиие систем поддержки принятия решений управления гидромелиоративными системами на основе системного анализа

Обоснованы принципы построения информационных систем поддержки принятия решений на основе методов системного анализа. Приведено описания внедрения информационной системы поддержки принятия решений на примере Городищенской оросительной системы (Россия, г. Волгоград) с использованием методов системного подхода и математического моделирования. Обоснован экономический эффект от внедрения информационной системы управления гидромелиоративной системой. информационный экономический математический моделирование.

The principles of information systems support decision-making on the basis of systems analysis methods. The description of the implementation of information decision support system for example «Gorodyshchenskaya» irrigation system (Russia, Volgograd), using the methods of systems approach and mathematical modeling. Substantiated the economic effect of the introduction of management information system drainage system.

Организация эффективной системы управления гидромелиоративной системы, позволяет обеспечить высокую продуктивность агроценозов. Одной из наиболее важных задач управления гидромелиоративной системой является организация подсистемы управления технической эксплуатации.

При разработке планов технической эксплуатации необходимо учитывать значительные и постоянно возрастающие объемы природно-экологической, технико-технологической и организационно-экономической информации. В условиях ограниченности ресурсов, выделяемых на техническую эксплуатацию, цена принятия управленческих решений возрастает, поэтому необходимы научно обоснованные технологии поддержки процедуры принятия решений.

Несмотря на то, что информационные технологии являются всего лишь инструментарием для решения задач управления и поддержки принятия решений, при использовании системного подхода корпоративная информационная система водохозяйственной организации может являться инфраструктурной основой, вокруг которой будет построена подсистема управления ГМС.

Это связано с тем, что на сегодняшний день информационное обеспечение которым пользуется специалисты, так или иначе, предполагает использование вычислительной техники и современных технологий обработки данных.

К сожалению достаточно часто можно наблюдать ситуацию, при которой, потратив средства на приобретения современной техники, водохозяйственные организации не прилагают усилий по внедрению современных технологий обработки информации и дорогостоящие компьютеры используются в качестве «печатных машинок».

Но есть и прогрессивные организации к одной из таких, безусловно, можно отнести Городищенскую оросительную систему (РФ, Волгоградская область) на базе которой Волгоградским комплексным отделом ВНИИГиМ (проф. В.В. Бородычев) проводилось разработка и внедрение комплексной системы поддержки принятия решений (СППР) технической эксплуатации.

Применение информационных технологий для поддержки принятия решений позволяет вывести на новый уровень работу лица принимающего решения (ЛПР). Разработку и обоснование информационных технологий поддержки принятия решений целесообразно производить с использованием подходов и методов системного анализа.

Обзор литературных источников. Использованию методов системного анализа при проектировании информационных систем посвящены работы таких российских ученых как Хомяков Д. М., Хомяков П. М. В их работах отмечается важная роль методик системного анализа в кибернетике[4].

Применением методов системного анализа при разработке СППР технической эксплуатации гидромелиоративных систем (ГМС) посвящены работы И. Ф. Юрченко (ВНИИГиМ) [5].

Основными принципами системного подхода, по мнению И. Ф. Юрченко при проектировании СППР являются принципы иерархической декомпозиции и стратификации — необходимость исследования объекта и проектирования системы на различных уровнях абстракции (стратах). К ним относятся: системный уровень (построение модели объекта); кибернетический (проектирование механизмов управления); операционный (описание системы на уровне технологических процессов и моделей на формализованном и вербальном языке); алгоритмический (разработка алгоритмов решения задач); информационный (проектирование информационной модели объекта); программный (реализация проекта).

К другими важными принципами, используемыми при разработке СППР технической эксплуатации ГМС, можно отнести: принцип комплексности, концептуального единства, целевой структуризации, ориентации на конечного пользователя и полноты системы[6].

Методы исследований. Методы проведения исследований основаны на фундаментальных положениях системного анализа, математического программирования и моделирования, теории оптимизации, информационном компьютерном моделировании и синтезе, в том числе ГИС.

Основная часть. В Волгоградском комплексном отделе «ГНУ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова» Россельхозакадемии выполнена работа по обоснованию и разработке информационной технологии поддержки принятия решений при планировании технической эксплуатации гидромелиоративных систем с использованием геоинформационных систем, интегрированных с подсистемами оптимизации, использующими математические модели ГМС и возделываемых агроценозов.

При проектировании информационной технологии были использованы подходы и методы системного анализа.

Традиционная схема постановки прикладных исследований, ориентированная в первую очередь на реализацию возможностей, следующая. Определяется имеющееся средство или явление, которое в принципе может быть использовано при решении практических задач. Формулируется гипотеза о возможных условиях и результатах применения этого средства. Проводятся исследования, в процессе которых исходная гипотеза может быть скорректирована. Результаты НИР в виде конкретного набора параметров, конструкции или формы организации работы выдаются производству.

Такая схема довольно успешно применялась в условиях сравнительно малого количества взаимосвязей различных социально-экономических объектов (или когда издержки и их эффективность представляли лишь формальный интерес, как это было в экономике СССР).

По мере усложнения исследуемых процессов и их связей с окружающей средой эффективность исследований по традиционной схеме снижается. Это происходит из-за несовместимости результатов таких исследований с условиями и целями среды их внедрения. Если же такие результаты получают достаточно мощную финансовую и/или политическую поддержку, то их внедрение приводит к тяжелым экономическим и другим последствиям.

Рисунок 1 — Схема взаимосвязи подсистем СППР «Городище» (Волгоградская область).

Объективная необходимость формирования системного подхода была обусловлена потребностью практики находить, оценивать и сравнивать возможные, далеко не очевидные по своей эффективности, альтернативы.

Современным примером не очевидности выбора альтернатив может быть применение технологии минимальной обработки почвы — при этом меньше расходуется труда, средств механизации и меньше эрозия почвы, но с другой стороны резко увеличиваются затраты на химические средства защиты растений и дополнительно загрязняется окружающая среда. Другой пример — проблема использования пара в севообороте. Пар с одной стороны повышает урожайность полей, с другой — паровое поле сильнее подвержено эрозии. Третий случай — противоречия между требованиями расширенного воспроизводства почвенного плодородия и охраной природы в условиях интенсивного земледелия.

Отличия традиционного и системного (не аналитического) подходов характеризуются ниже. Термин «анализ» традиционно считается синонимом термина «исследования». Как традиционный, так и системный подходы к научной работе используют и анализ (расчленение целого на части), и синтез (объединение частей в целое). Различие заключается в сочетании, последовательности этих методов. Традиционное мышление содержит следующую последовательность этапов: расчленение (анализ) того, что предстоит объяснить; объяснение поведения или свойств частей взятых по отдельности; объединение (синтез) этих объяснений в объяснение целого.

Система определяется заданием системных объектов, свойств и связей. Системные объекты — это вход, процесс, выход, обратная связь и ограничения. Составляющие сложных систем, таких как организация, человек или машина, зачастую сами являются системами.

Открытая система характеризуется взаимодействием с внешней средой. Энергия, информация, материалы — это объекты обмена с внешней средой через проницаемые границы системы. Такая система не является самообеспечивающейся, она зависит от энергии, информации и материалов, поступающих извне. Кроме того, открытая система имеет способность приспосабливаться (адаптироваться) к изменениям во внешней среде и должна это делать для того, чтобы предложить свое функционирование.

Организация как открытая система находится в двустороннем постоянном взаимодействии с окружающей средой. Она забирает из внешней среды ряд видов ресурсов, перерабатывает и поставляет их обратно в виде товаров и услуг.

Деятельность организации представляет собой согласованный во времени поток различных ресурсов (запасы, деньги, люди, информация). Они движутся не в одном направлении, а образуют контур с положительными и отрицательными обратными связями. Открытость организации как системы обусловлена двумя причинами:

• · непрерывное выживание организации зависит от ее способности обеспечить поступление ресурсов из внешней среды, которое возмещает ресурсы, потребленные в процессе переработки;
• · непрерывное поддержание организацией своего социального статуса.

Последнее требование обусловлено тем, что в дополнение к своим товарам и услугам организация оказывает побочное воздействие на окружающую среду и общество, например, снижение почвенного плодородия, загрязнение атмосферы, забастовки рабочих и организованные протесты различных групп потребителей.

Внутри организации в общем случае имеется две подсистемы:

• · материально обеспечивающая подсистема, которая занята переработкой поступающих ресурсов в товары и услуги;
• · управляющая подсистема, задача которой состоит в руководстве и контроле за деятельностью организации.

Таблица 1 — Процедуры информационной технологии поддержки принятия решения.

В то время, как материально обеспечивающая подсистема обычно имеет дело с различным набором ресурсов (физические материалы, деньги, информация и людские ресурсы), рабочим материалом подсистемы управления является только информация, которая может значительно отличаться от информации, используемой материальной подсистемой.

Разработка системы поддержки принятия решения при управлении комплексными мелиорациями осуществляется на основе следующих методологических принципов системного анализа [5]:

• · принципа конечной цели, обеспечивающего абсолютный приоритет конечной цели;
• · единства, предусматривающего совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности элементов;
• · связности, требующей рассмотрение любой части совместно с ее связями с окружением;
• · модульного построения — с выделением модулей в системе и рассмотрением ее как совокупности модулей;
• · иерархии, устанавливающей иерархии элементов и (или) их ранжирование;
• · функциональности — с целью совместного рассмотрения структуры и функции с приоритетом функции над структурой;
• · развития — для учета изменяемости системы, ее способности к развитию, расширению, замене частей, накапливанию информации;
• · децентрализации, обеспечивающей сочетание в принимаемых решениях и управлении централизации и децентрализации;
• · неопределенности, требующей учета неопределенностей и случайностей в системе.

Аппаратная реализация включает стандартные приемы моделирования принятия решения в сложной системе и общие способы работы с этими моделями.

Особенностью разрабатываемой технологии является двухуровневое моделирование и оптимизация распределения ресурсов при формировании плана ремонта и ТЭ.

На первом уровне с учетом статистических данных прошлых лет обосновывается оптимальное соотношение орошаемого и неорошаемого массивов.

На втором уровне решается задача оптимизации распределения ресурсов по орошаемым участкам с учетом уровня их технического состояния, севооборотов и экономической ситуации.

Заключение

Использование методов системного подхода при разработке и обосновании информационной технологии ППР планирования технической эксплуатации при апробации на Городищенской оросительной системе (Волгоградская область) позволило обеспечить высокие показатели эффективности внедрения системы.

По экспертным оценкам специалистов отрасли, повышение уровня автоматизации составило 12…15%, информационного обеспечения технического состоянии гидромелиоративной системы — на 10…12% при снижении интеллектуальной нагрузки ЛПР в процессе анализе многовариантных ситуаций на 7…9%.

Экономический эффект за счет перераспределения и оптимизации использования ограниченных материально-технических, финансовых и трудовых ресурсов составил для условий Городищенской ОС Волгоградской области 127 руб./га. Применение разработанной СППР повышает эффективность технической эксплуатации ОС и повысить продуктивность орошаемых агроценозов.

Библиографический список

• 1. Бородычев, В. В. Программное обеспечение поддержки принятия решений при эксплуатации оросительных систем / В. В. Бородычев, Д. А. Рогачёв // Мелиорация и водное хозяйство, 2009. № 4, с. 31−34.
• 2. Рогачев А. Ф. Математическое обеспечение системы поддержки принятия решений на основе ГИС-технологий // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование, 2009. № 2(9). — С. 144−151.
• 3. Рогачев Д. А. Интеграция инструментальных средств оперативной аналитической обработки (OLAP) с ГИС технологиями в задачах управления, технической эксплуатации ОС Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: Сб. Науч тр. / Мещанский филиал ГНУ ВНИИГиМ. — Рязань, 2004. С564−565
• 4. Хомяков Д. М., Хомяков П. М. Основы системного анализа. М.: Изд-во мех.-мат. ф-та МГУ, 1996. -107 с.
• 5. Юрченко, И. Ф. Информационные технологии обоснования мелиораций. — М.: ВНИИГиМ, 2000. — 283 с.
• 6. Юрченко, И. Ф. Принципы разработки СППР для задач технической эксплуатации гидромелиоративных систем / И. Ф. Юрченко / Управление экономическими системами [Электронный ресурс]. — Режим доступа: www.msuee.ru/science/ht/10/2004/04₁/1.9.doc.