Цифровые технологии в АПК. Учебное пособие

АПК – это ответ практически на все вопросы, касающиеся

совершенствования деятельности предприятия и повышения его

конкурентоспособности. Во-вторых, руководство предприятия,

внедрившие у себя конкретную цифровую методологию, будет

иметь информацию, которая позволит самостоятельно

совершенствовать свое предприятие и прогнозировать его

будущее.

Научные обобщения специальной литературы по ИТ

показывают, что моделирование информационно-справочной

системы сельскохозяйственного предприятия – процесс

отражения субъективного видения потока работ в виде

формальной модели, состоящей из взаимосвязанных операций.

Целью моделирования информационно-справочной системы в

организации является систематизация знаний о компании и ее

информационной системы в наглядной графической форме более

удобной для аналитической обработки полученной информации.

В настоящее время на рынке компьютерных технологий представлены несколько специальных программ, позволяющих обследовать аграрное предприятие и построить модель. Выбор методологии и инструментов, с помощью которых проводится моделирование информационных систем, основополагающего значения не имеет. Существуют стандартизированные, опробованные временем методологии и инструментальные средства, с помощью которых можно обследовать предприятие и построить его модель. Ключевое их преимущество – простота и доступность к овладению.

Главное достоинство идеи анализа информационносправочной системы предприятия АПК посредством создания его модели – ее универсальность. Во-первых, моделирование информационной системы – это ответ практически на все вопросы, касающиеся совершенствования деятельности предприятия и

повышения его конкурентоспособности. Во-вторых, руководитель или руководство предприятия, внедрившие у себя конкретную методологию, будет иметь информацию, которая позволит самостоятельно совершенствовать свое предприятие и прогнозировать его будущее.

Для успешного осуществления управленческой деятельности необходимо составить четкое представление о структуре организации, взаимодействии ее составных частей и связях

организации с внешней средой.

41

Основные этапы построения математической модели:

составляется описание функционирования системы в целом;

составляется перечень подсистем и элементов с описанием их

функционирования, характеристик и начальных условий, а также

взаимодействия между собой; определяется перечень

воздействующих на систему внешних факторов и их

характеристик; выбираются показатели эффективности системы,

т.е. такие числовые характеристики системы, которые определяют

степень соответствия системы ее назначению; составляется

формальная математическая модель системы; составляется

машинная математическая модель, пригодная для исследования

системы на ЭВМ.

Определим основные требования к математической модели

информационно-справочной системы сельскохозяйственного

предприятия. Требования определяются, прежде всего, ее

назначением, т. е. характером поставленной задачи.

Продуктивная модель должна быть: целенаправленной; простой и понятной пользователю; достаточной с точки зрения возможностей решения поставленной задачи; удобной в обращении и управлении; надежной в смысле защиты от абсурдных ответов; допускающей постепенные изменения в том смысле, что, будучи вначале простой, она при взаимодействии с пользователями может становиться более сложной.

Математическая модель, в широком смысле, это приближенное описание какого-либо класса явлений внешнего мира, выраженное с помощью математической символики. Применительно к задачам исследования качества системы математическая модель должна обеспечивать адекватное описание влияния параметров и условий функционирования на показатели ее качества. Что касается точности модели, то ее уровень должен обеспечивать достоверное сравнительное

оценивание и ранжирование по уровню качества альтернативных вариантов.

В основе изучения и моделирования процессов функционирования технических систем всегда лежит эксперимент

– реальный или логический. Суть реального эксперимента состоит в непосредственном изучении конкретного физического объекта. В ходе логического эксперимента свойства объекта исследуются не на самом объекте, а с помощью его математической или

содержательной(словесной) модели, изоморфной объекту с точки зрения изучаемых эксперименте свойств.

42

Подавая на вход системы различные входные процессы и

измеряя процесс на ее выходе, исследователь получает

возможность установить и записать математически

существующую между ними связь в виде уравнения,

связывающего для каждого интервала времени значения входных

и выходных воздействий и потому называемого уравнением «вход-

выход». Кроме того, для адекватного отражения связи между

входом и выходом системы в системотехнике вводится понятие

«состояние». По своему смыслу состояние z(ф) представляет

собой совокупность существенных свойств (характеристик)

системы, знание которых в настоящем (в момент времени ф)

позволяет определить ее поведение в будущем (в моменты

времени t> ф). Благодаря этому понятию, уравнение «вход-выход»

– состояние принимает вид:

где XT, YT – входной и выходной процесс на интервале

времени T;

A (*) – оператор выходов.

Согласно (1), выходной процесс полностью определяется входным процессом и начальным состоянием и не зависит от того, каким образом система была переведена в это состояние. Отсюда ясно, что уравнение (1) ограничивает класс рассматриваемых систем только такими системами, функционирование которых в настоящем не зависит от того, как они функционировали в прошлом.

Для полного описания процесса функционирования системы необходимо задать условия определения состояния системы. Для

где B (*) – оператор, устанавливающий однозначную зависимость z(t) от пары (z(ф), Xфt), которая задана на интервале t, и называемый оператором перехода.

Уравнения (1) и (2) имеют достаточно логичное обобщение и на многомерный случай, когда каждая из компонент уравнений имеет векторный вид.

Таким образом, модель функционирования системы АПК должна обеспечивать прогнозирование процесса функционирования на всем интервале функционирования T (множество времени) по заданному вектору начального состояния

записанном в векторном виде входному процессу (T). Согласно изложенному выше, для решения этой задачи достаточно задать

43

множества допустимых значений входных X и выходных Y

процессов, а также множество возможных состояний системы Z и

операторы выхода A и перехода B. Модель функционирования

системы без предыстории представляет собой кортеж

MF = <T, X, Y, Z, A, B> (3)

Если все компоненты в (3) известны, модель

функционирования полностью определена и может быть

использована для описания и изучения свойственных системе

процессов функционирования. Множества и операторы,

составляющие общесистемную модель (3), могут обладать

различными свойствами, совокупность которых позволяет

конкретизировать характер функционирования системы: N –

непрерывность; L – линейность; C – стационарность; P –

стохастичность (вероятность).

Наделяя аграрную систему теми или иными свойствами,

общесистемная модель конкретизируется до системной модели.

Рассмотрим системные свойства.

Если интервал функционирования системы Т = [] представляет отрезок оси действительных чисел, заданный началом и концом, то система функционирует в непрерывном времени. Если, кроме того, непрерывны операторы А и В, то система наз. непрерывной.

С точки зрения реакции на внешнее воздействие объекты подразделяют на линейные и нелинейные. Линейными наз. такой объект, реакция которого на совместное воздействие двух любых внешних возмущений равно сумме реакций на каждое из этих воздействий, приложенных к системе порознь. Для линейных систем выполняется принцип суперпозиции.

Поскольку стационарная система при фиксированном начальном состоянии Z(t0) одинаково реагирует на эквивалентные, отличающиеся только сдвигом по времени,

входные воздействия, то наложение интервала t0, t на оси времени не оказывает влияния на процесс функционирования системы. Модель М для стационарных систем не содержит в явном виде интервал функционирования Т.

Если в модели М операторы А и В каждой паре (X, V, Z(t0)) (вход, состояние) ставят в соответствие единственные значения Y и Z, описываемая этой моделью система называется детерминированной. Для стохастической (вероятностной)

системы Y и Z, случайные величины, заданные законами распределения.

44

Общесистемная и системные модели функционирования (в

дальнейшем термин «модель функционирования» для краткости

может заменяться термином «модель» с сохранением исходного

смысла) обладают исключительно высокой степенью общности.

Они, безусловно, необходимы для теоретических исследований и

полезны, так как выявляют общие закономерности, присущие

весьма широкому классу систем. Но в повседневной практической

деятельности инженеры традиционно используют так называемые

конструктивные модели – гораздо менее общие, но позволяющие

производить конкретные вычисления. Конструктивные модели, в

сущности, представляют собой алгоритмы, пользуясь которыми,

можно определить значения одних переменных, характеризующих

данную систему, по заданным или измеренным значениям других

переменных.

Однако между системными и конструктивными моделями нет

противоречия. По мере накопления знаний о системе, уточнения и

конкретизации ее свойств и характеристик системная модель естественным образом преобразуется в конструктивную. Следовательно, конструктивная модель АПК может и должна закономерно вырастать из более общей системной модели. Такой истинно системотехнический подход представляется более обоснованным, чем априорное задание конструктивной модели исследователем, использующим для этого лишь свою интуицию и субъективные представления о возможностях тех или иных математических схем.

Таким образом, наиболее важные и принципиальные этапы построения модели функционирования предприятий АПК определяются процессом реализации системотехнической цепочки преобразований «общесистемная модель системная модель конструктивная модель машинная модель». Моделирование процессов функционирования конкретной

аграрной системы должно начинаться с записи всех компонент общесистемной модели, определения их содержательного смысла

иобластей изменения. Согласно представленной модели, необходимо определить: интервал времени, на котором проявляется функционирование системы АПК; множество входных

ивыходных воздействий и области их возможных изменений; множество характеристик состояния системы и область их возможных изменений в архитектуре аграрного комплекса.

45

3.2. Цифровая визуализация производственных

данных в АПК

Как известно, современный этап развития цивилизации

характеризуется закономерным построением и

совершенствованием информационного общества. Для данного

общества основополагающим фактором его эволюционирования

является такое состояние производительных сил, когда

большинство трудоспособных лиц заняты в сфере сбора,

накопления, обработки, хранения, реализации информационных

ресурсов посредством современных компьютерных

вычислительных средств и телекоммуникаций.

Подсчитано, что в развитых странах мира в информационной

сфере прямо или косвенно занято в настоящее время 60–80 и

более процентов общей численности экономически активного

населения. Главным образом, это – Япония, КНР, Южная Корея,

государства Западной Европы, США, Россия. В процессе своего исторического развития и продвижения к прогрессу человеческое общество пережило четыре информационные революции.

Первая из них была связана с появлением письменности и характеризовалась тем, что значительно упростился процесс накопления имеющихся сведений и различной информации, появилась реальная возможность копировать и хранить данные. Вторая информационная революция знаменует собой изобретение книгопечатания (15 в., Западная Европа), когда значительно упростился процесс накопления, хранения, копирования и передачи информации.

Для третьей информационной революции (конец 19 – начало 20 вв.) характерным является то, что она возникла вместе с открытием полезных свойств электрического тока и электромагнитных волн, изобретением радио, телефона,

телеграфа, магнитных носителей информации. Это дало возможность ускорить процессы передачи информации на расстояние, упорядочить ее накопление, хранение и обработку. Четвертая информационная революция связана с так называемым электронным периодом в развитии вычислительных, компьютерных и телекоммуникационных систем, когда в середине 70-х годов 20 в. появились электронные платы, микросхемы, чипы и далее – персональные компьютеры, цифровая техника,

нейронные и интеллектуальные вычислительные системы.

46

Благодаря этому, произошел принципиально новый,

качественный скачок в развитии и упорядочении процесса

информатизации общества, сформировались предпосылки для

развития цифровой экономики, дигитализации образования.

Последний этап в развитии информационных систем постоянно

совершенствуется.

К программным средствам реализации информационных

процессов относят прежде всего текстовые и табличные

процессоры, системы презентаций и базы данных. Текстовый

процессор – первоначально специализированное устройство,

позже компьютерная программа, используемая для набора,

сохранения, редактирования и печати текста. Современные

текстовые процессоры имеют также функции компоновки макета

текста и предварительного просмотра документов. Текстовыми

процессорами в 1970–1980-е годы называли предназначенные

для набора, сохранения, редактирования и печати текста машины

индивидуального и офисного использования, состоящие из клавиатуры, встроенного компьютера для простейшего редактирования текста, а также электрического печатного устройства. Позднее название «текстовый процессор» было перенесено на имевшее аналогичное назначение программное обеспечение для универсальных компьютеров.

Современные текстовые процессоры помимо форматирования шрифтов и абзацев, и проверки орфографии включают возможности, ранее бывшие доступными лишь настольным издательским системам, в том числе создание таблиц и вставку графических изображений.

Для редактирования формул обычно используется система

MicroSoft Equation или MathType. Редактор уравнений (Microsoft Equation 3.0) был добавлен в более ранние версии Word, но был удален из всех версий, указанных в общедоступном обновлении

для 2018 г. и заменен новым редактором уравнений. Редактор уравнений 3.0 был удален из-за проблем с безопасностью в его реализации. Пользователи, которые пытаются изменить формулу, созданную в редакторе уравнений 3.0, получают сообщение об ошибке в виде: «Microsoft Equation недоступен».

Что касается табличного процессора, то он дает возможность работать с большими таблицами чисел. Еще одна его особенность

– это применение формул для описания связи между различными

ячейками. Среди подобных программ можно отметить наиболее известный табличный процессор MS Excel, который входит в

47

состав операционной системы Windows. Документ, который

создается этой программой, называется рабочей книгой. Рабочая

книга – это набор листов, которые имеют табличную структуру и

могут содержать различную информацию.

Ячейки в Excel могут содержать 3 типа данных: текстовые,

числовые и формулы, а также оставаться пустыми. Программа

умеет автоматически определять тип данных при вводе.

Например, формула всегда начинается со знака равенства. Ввод

данных осуществляется либо в поле напрямую, либо в строку

формул, которая находится чуть ниже панели инструментов, она

подписана как f(x). Данные ячейки отображаются одновременно и

в строке формул, и в самом поле. Как правило, текстовая

информация в Excel выравнивается по левому краю поля, а

числовая – по правому. Большинство производственных расчетов

(таблицы, диаграммы, вычисления формул и др.) производится в

среде многофункционального табличного процессора MS Excel.

Электронные таблицы позволяют визуализировать данные, размещенные на рабочем листе, в виде диаграммы. Диаграммы наглядно отображают зависимости между данными, что облегчает восприятие и помогает при анализе и сравнении данных. Различные типы диаграмм позволяют представлять данные в различных формах. Для каждого набора данных важно правильно подобрать тип создаваемой диаграммы.

Для наглядного сравнения различных величин используются линейчатые диаграммы, в которых высота столбца пропорциональна значению величины. Линейчатые диаграммы могут быть плоскими или объемными, причем столбцы могут быть расположены как вертикально (гистограмма), так и горизонтально. Например, с помощью линейчатой диаграммы можно наглядно представить данные о численности населения различных стран мира.

Для отображения величин частей некоторого целого применяется круговая диаграмма, в которой площадь кругового сектора пропорциональна величине части. Круговые диаграммы могут быть плоскими или объемными, причем секторы могут быть раздвинуты (разрезанная круговая диаграмма). Например, круговая диаграмма позволяет наглядно показать долю стоимости отдельных устройств компьютера в его общей стоимости.

Таким образом, рассмотрение теоретических и практических

вопросов преобразования и кодирования информации, использования компьютерных технологий в рамках эффективного

48

применения современных цифровых ресурсов является

актуальным и необходимым.

3.3. Цифровой комплекс инструментальных средств

для анализа производственных данных

В условиях цифровой трансформации аграрного

производства, комплекс программных инструментальных средств

для анализа данных может быть представлен системой поддержки

принятия решений. Он предусматривает процессы

информационного моделирования, прогнозирования и принятия

управленческих решений, состоящий из собственных разработок

корпорации или приобретенных программных продуктов.

Считается, что архитектурно-технологическая схема

информационно-аналитической поддержки принятия решений

позволяет решать три основных задачи: ведение цифровой

отчётности производственных данных, анализ информации в реальном времени, интеллектуальный анализ данных.

Принятие решений должно основываться на реальных данных об объекте управления. Такая информация обычно хранится в оперативных базах данных цифровой архитектуры. Вместе с тем эти оперативные данные не подходят для целей анализа, так как для анализа и принятия стратегических решений

восновном необходима агрегированная информация. Кроме того, для целей производственного анализа необходимо иметь возможность быстро обрабатывать данные, представлять их в различных форматах, производить различные нерегламентированные запросы, что затруднительно реализовать

врамках чисто оперативных сведений по соображениям производительности и технологической сложности.

Решением данной проблемы является создание отдельного

хранилища данных, содержащего агрегированную информацию в удобном виде. Целью построения хранилища данных является интеграция, актуализация и согласование оперативных данных из разнородных источников для формирования единого непротиворечивого взгляда на объект управления в целом. При этом в основе концепции хранилищ данных лежит признание необходимости разделения наборов данных, используемых для транзакционной обработки, и наборов данных, применяемых в

системах поддержки принятия решений. Такое разделение возможно путем интеграции разъединенных в различных системах

49

обработки данных и внешних источниках детализированных

данных в едином хранилище, их согласования и, возможно,

агрегации.

Следует отметить главные преимущества хранилищ данных

в системе поддержки принятия решений.

Во-первых, это – единый источник информации; другими

словами, компания получает выверенную единую

информационную среду, на которой будут строиться все

справочно-аналитические приложения в той предметной области,

по которой построено хранилище. Эта среда будет обладать

единым интерфейсом, унифицированными структурами хранения,

общими справочниками и другими корпоративными стандартами,

что облегчает создание и поддержку аналитических систем.

Кроме того, при проектировании информационного

хранилища данных особое внимание следует уделять

достоверности информации, которая попадает в хранилище после

ее обработки.

Во-вторых, особое внимание следует уделять производительности цифровой системы; для этого физические структуры хранилища данных специальным образом должны быть оптимизированы для выполнения абсолютно произвольных выборок, что позволит сформировать действительно оперативные системы запросов.

В-третьих, это – быстрота разработки цифровой платформы: специфическая логическая организация хранилища и существующее специализированное программное обеспечение позволяют создавать аналитические системы с минимальными затратами на программирование. В этой связи большое внимание придается интеграции данных из разных источников. В этом случае не нужно будет каждый раз производить соединение данных для запросов, требующих информацию из нескольких

источников. Под интеграцией здесь понимается не только совместное физическое хранение данных, но и их предметное, согласованное объединение, а также очистка и выверка при их формировании, включая соблюдение технологических особенностей и т. д.

Особое внимание в условиях цифровой трансформации должно придаваться историчности и стабильности системы. Другими словами, цифровые платформы включают в себя

предыдущий опыт работы с актуальными данными, срок применения и хранения которых обычно не превышает величины

50