Вхід

МОДЕЛЮВАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ ПОТОКІВ АГРАРНОГО ФОРМУВАННЯ

  • Володимир Віталійович Харченко
  • Інформаційне забезпечення агропідприємництва
  • 03.10.18

Постановка проблеми. Ефективне виробництво та реалізація  сільськогосподарської продукції потребують значного потенціалу виробничих потужностей. Нині галузь сільського господарства характеризується наявністю не тільки малих фермерських господарств, а великих агрохолдингів, які володіють тисячами гектарів землі, мають велику кількість структурних підрозділів, персоналу та техніки, розгалужену систему поставок продукції та закупівлі сировини. Щодня вітчизняні агроформування різних форм власності продукують величезні обсяги масивів даних, які потребують зберігання, передачі, аналізу тощо. Тому, в сучасних умовах господарювання ефективне функціонування вітчизняних аграрних підприємств передбачає підвищення рівня його інформаційного забезпечення. В його основі лежить інформатизація управлінської діяльності та розвиток інформаційних систем для організації інформаційних ресурсів. Саме від неї залежить наскільки швидко і якісно керівники агроформувань можуть реагувати на будь-які зміни у внутрішньому та зовнішньому середовищі.

Звідси, ефективне управління сучасними сільськогосподарськими підприємствами вимагає максимального задоволення інформаційних потреб усіх його сфер та учасників виробничо-господарського процесу. Інформаційне забезпечення процесу управління аграрним формуванням має на меті ефективну організацію цілеспрямованих масивів інформації та сукупності різних інформаційних потоків. Власне воно передбачає збір, зберігання, обробку та передачу інформаційних масивів, що дозволить здійснити аналіз отриманих результатів для подальшого обґрунтування та прийняття раціональних управлінських рішень [2].

За таких умов актуальним питанням є визначення оптимальної кількості інформаційних потоків вітчизняних аграрних формувань з використанням економіко-математичного моделювання.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Питаннями ефективного впровадження та функціонування інформаційних систем та технологій, визначенням їх раціональної організаційної структури та основних виконуваних функцій присвячені роботи багатьох вітчизняних та закордонних дослідників. Так, Лаврук В.В. у своїй праці «Створення та впровадження управлінських інноваційних інформаційних систем в аграрних підприємствах» [5] доводить те, що з удосконаленням організаційного, фінансово-економічного та правового забезпечення окремих інноваційних проектів в перспективі стане базовим принципом реалізації державної політики, спрямованої на забезпечення розвитку інноваційної та інтеграційної перебудови в галузі створення і впровадження нових управлінських інформаційних систем. Л.В. Передій у своїй праці «Системне проектування інформаційних систем» розглядав один з можливих методів розробки інформаційних систем, що базується на моделі життєвого циклу «водопад» [6].

У свою чергу Тьяго Морейра де Олівейра у праці «Розробка інформаційної системи, що керує аграрним підприємством» визначає  інформаційну систему, як одну з основних складових сучасного аграрного підприємства і розкриває перспективи її існування на базі веб-платформи з інтегрованими та централізованими базами даних. Також наголошується на необхідність розробки та впровадження мобільного додатку, як частини інформаційної системи, призначеного для геопросторового збору даних з повним та налагоджуваним інтерфейсом [10]. Даніель Енгель та Хі Вонгу у своїй статті розкривають деякі аспекти роботи системи управління ланцюгами поставок аграрної продукції в інформаційній системі даного напряму, включаючи сезонний характер виробництва та лімітований термін придатності товарів аграрної сфери. Обговорюється можливість впровадження технології «Інтернет речей» на всіх функціональних ланках інформаційної системи [11]. Не зважаючи на значну кількість досліджень, варто відмітити, що питання моделювання інформаційних потоків аграрних формувань із залученням економіко-математичного моделювання потребують подальших досліджень.

Метою статті є визначення оптимальної кількості згенерованих інформаційних потоків між основними об’єктами структури аграрного формування в умовах невизначеності економічного середовища.

Виклад матеріалу Вітчизняні аграрні формування мають структуру, яка формується та змінюється під впливом дії її внутрішніх елементів, а також чинників зовнішнього середовища. У свою чергу для ефективної виробничо-господарської діяльності агроформувань важливою умовою є своєчасне та раціональне функціонування інформаційних потоків [9]. Отже, ефективне управління різними інформаційними ресурсами, що є в наявності у сільськогосподарських підприємств, потребує відповідного управління обробкою та використанням інформації.

Проведеним дослідженням встановлено, що основними чинниками, що перешкоджають ефективній управлінській діяльності вітчизняних аграрних формувань є їх неналежне матеріальне, технічне (мережеві комунікаційні канали) та інформаційне забезпечення, що перешкоджає ефективному створенню інноваційно-інформаційних систем управління інформаційними ресурсами. Також, інформаційні ресурси підприємств досить часто не оптимально розподіляються згідно з їх потребами. Це у свою чергу сповільнює процес прийняття управлінських рішень.

Відмітимо, що зважаючи на конкурентний характер ринкового середовища, не можна стверджувати про існування єдиної моделі організаційної та функціональної структури інформаційної системи. Кожне вітчизняне аграрне формування намагається створити власну унікальну інформаційну систему, яка найкраще адаптована для роботи з існуючими в даному підприємстві інформаційними потоками даних. В даній роботі було розглянуто типову модель інформаційної системи вітчизняного аграрного формування рослинницького напряму.

Проведеним дослідженням встановлено, що основними складовими інформаційної системи є такі класи як: матеріальні засоби (насіннєвий матеріал, добрива, пестициди), транспортні засоби (трактори, комбайни, вантажні машини), бригада (на базі яких формуються виробничі бригади, що мають в наявності задану кількість матеріальних та технічних засобів), земельні ресурси, які використовуються для  виробництва продукції, склад (як місце зберігання готової продукції до моменту її реалізації на ринку). Загальна структура даної інформаційної системи зображена діаграмою класів (рис. 1)

Рис.1. Діаграма класів інформаційної системи аграрного формування

Між класами формуються процеси, що можуть бути представлені також відповідними класами: Вибір транспортних засобів. Даний клас існує між класами бригади та транспортних засобів, відображає процес формування транспортного парку на поточний виробничий сезон. Відповідно такий процес, в подальшому, можна розподілити на декілька під-процесів – вибір необхідних комбайнів, тракторів та вантажних машин; Вибір матеріальних засобів. Цей клас відображає процес формування необхідної кількості різних матеріальних засобів на поточний виробничий період  і здійснюється між класами бригади та технічних засобів. Обробка поля, відображає процес роботи класу бригада на заданих земельних ресурсах. Збирання урожаю. Даний клас показує зв’язок  між класом земельні ресурси та складом, а також бригадою. Потрібно зазначити, що обробка інформації та прийняття управлінських рішень здійснюється адміністративним апаратом, а тому у діаграмі класів присутній відповідний клас – адміністрація, який здійснює контроль над існуванням та діяльністю всіх інших класів моделі.

Всі класи-процеси інформаційної системи виступають як місце генерування інформації про стан кожної сутності і включають в себе час як безпосереднього отримання інформації від сутності, так і час на передачу даної інформації до адміністративного класу. У разі незадоволення вихідних умов адміністративний апарат подає новий запит і відповідний процес повторюється знову, при цьому генерується новий інформаційний потік. Зауважимо, що структура і будова будь-якого об’єкта відповідає його виконуваним функціям, тому була побудована базова функціональна модель даної інформаційної системи для кращого розуміння всіх процесів, які виконуються в ній (рис. 2).

Рис. 2. Функціональна діаграма інформаційної системи аграрного формування 

Враховуючи особливості роботи інформаційної системи сільськогосподарського підприємства, було розв’язано оптимізаційну задачу, на основі якої встановлено оптимально допустиму кількість інформаційних потоків (ітерацій) кожного з чотирьох процесів на всьому виробничому періоді підприємства. Для цього було введено такі позначення:

  • xi – кількість згенерованих інформаційних потоків (ітерацій) i-го процесу між конкретними елементами.
  • ti – час руху інформаційного потоку або час виконання процесу, який затрачається на доставку інформації з центрального серверу до конкретного елементу, процес обробки даної інформації та зворотній зв’язок.
  • pi – ймовірність того, що інформаційний потік буде мати заданий час руху.
  • Ti – час загальної виробничої діяльності підприємства.
  • ci – умовна вартість генерування інформаційного потоку i-го процесу між конкретними елементами.
  • E – загальна вартість підтримки інформаційної системи.

Відповідно до поставленої умови цільова функція виступає, як сума всіх xi:

Так як основна мета даної задачі полягає у оптимізації роботи інформаційної системи шляхом зменшення повторного генерування інформаційних потоків (або повторення процесів між елементами) – цільова функція буде прямувати на мінімум. У свою чергу дана оптимізаційна задача має такі обмеження:

Перш за все забезпечення роботи інформаційної системи на всьому проміжну виробничої діяльності підприємства. Реалізується як сума добутків кількості інформаційних потоків і-го процесу, час виконання і-го процесу та ймовірність існування часу виконання і-го процесу. Тобто величина найбільш ймовірного часу роботи системи повинна бути не менша часу виробничої діяльності підприємства.

Також, зважаючи на те, що в сучасних умовах аграрного господарювання не можна повністю розраховувати на реалізацію попередньо визначеного плану роботи, введемо обмеження щодо виконання кожного процесу на мінімальному рівні, за якого всі заплановані роботи будуть виконуватись з високим ступенем ймовірності.

Задля того, щоб модель не сконцентрувалась на виборі якогось конкретного процесу введемо обмеження, яке полягає в тому що, кількість інформаційних потоків (ітерацій) кожного процесу повинна бути менша за суму ітерацій всіх інших процесів.

З метою розробки даної моделі було використано метод Монте-Карло, за допомогою якого імітаційним чином визначено тривалість кожного процесу з заданою ймовірністю. Даний метод є чисельним методом щодо розв’язування математичних задач (систем алгебричних, диференціальних, інтегральних рівнянь) і прямого імітаційного моделювання (фізичних, хімічних, біологічних, економічних, соціальних процесів) за допомогою отримання та перетворення випадкових чисел.

При цьому головною особливістю виступає  неперервний випадковий процес, який описується різними законами розподілу залежно від властивостей системи та її елементів, умов роботи, характеру відмов тощо. При аналізі функціональної придатності елементів систем найчастіше використовують такі закони розподілів випадкових величин як: розподіл Вейбула, експоненціальний розподіл, нормальний розподіл [4].

Загальна схема методу Монте-Карло заснована на центральній граничній теоремі теорії ймовірності, яка стверджує, що випадкова величина дорівнює сумі великої кількості N довільних випадкових величин з однаковими математичними сподіваннями та дисперсіями Xi та σ2, завжди розподілена за нормальним законом з математичним сподіванням N*m та дисперсією N*σ2:

Власне нормальний закон розподілу характеризується щільністю імовірності [3]:

де – m математичне сподівання величини X, а σ2 – дисперсія величини X.

Основу ж методу Монте-Карло складає генератор випадкових чисел. Генерація довільного випадкового числа складається з двох етапів [1]:

- генерація нормалізованого випадкового числа (рівномірно розподіленого від 0 до 1);

- перетворення випадкового числа в довільний закон розподілу.

Генератор псевдовипадкових чисел – алгоритм, що генерує послідовність, елементи якої майже незалежні один від одного і відповідають заданому закону. На практиці у більшості випадків застосовують програмні методи генерації. Одним з таких в середовищі Microsoft VisualStudio є параметрична функція генерування випадкових чисел – random. Зокрема, функція MVNRND – функція генерації псевдовипадкових чисел за багатовимірним нормальним розподілом.

Ймовірність настання змодельованого значення тривалості процесу були отримані як частка між загальною кількістю сприятливих значень серед проведених експериментів до загальної кількості проведених експериментів. Саме сприятливе значення тривалості процесу являє собою найбільш ймовірне до реальних ринкових умов значення тривалості того чи іншого процесу серед його граничних показників. Підставивши вихідні дані  у модель було здійснено оптимізацію даних процесів

В результаті розв’язку поставленої задачі був отриманий оптимальний план кількості інформаційних потоків для кожного з процесів. Так, управління транспортом складає 83 ітерацій; управління матеріальними ресурсами має найбільшу кількість ітерацій – 103; У свою чергу моніторинг обробки земельних площ та моніторинг збору урожаю 10 ітерація.

Таким чином, як засвідчили результати проведеного дослідження, найбільше уваги при функціонуванні інформаційної системи агроформування рослинницького напряму має надаватись управлінню транспортними засобами та матеріальними ресурсами.

Отже, впровадження інформаційних систем та технологій в управлінську діяльність вітчизняних агроформувань дозволить ефективно обробляти, аналізувати та зберігати отримувану інформацію. Також це дозволить оптимізувати управлінську діяльність завдяки швидкому доступу до всіх необхідних інформаційних ресурсів сільськогосподарського підприємства, забезпеченню працівників підприємства релевантною та своєчасною інформацією [7; 8].

Висновки. Таким чином, в процесі аналізу інформаційної системи аграрного підприємства побудовано функціональну діаграму та діаграму класів, які показують базову структуру інформаційної системи вітчизняного аграрного підприємства, а також її основні виконувані функції, що можуть бути оптимізовані. Відповідно до поставленої мети була побудована та розв’язана оптимізаційна модель оцінки раціональних інформаційних потоків аграрного формування яка показала, що найбільше уваги доцільно приділяти процесам управління транспортом та матеріальними ресурсами. Саме оптимізуючи дані процеси можна в подальшому покращити загальну ефективність роботи інформаційної системи та аграрного підприємства в цілому. У подальших дослідженнях передбачається проведення когнітивного моделювання щодо визначення впливу чинників на економічну ефективність функціонування інформаційного забезпечення аграрних формувань.

Література:

  1. Генерація випадкових чисел. [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://matlab.exponenta.ru/statist/book2/5/mvnrnd.php
  2. Денисенко М.П., Колос І. В. Інформаційне забезпечення ефективного управління підприємством [Текст] / М.П. Денисенко, І.В. Колос // Економіка та держава. – 2006. – №7. – С. 19-24.
  3. Дивак М.П. Організація допусків на параметри радіоелектронних  кіл на основі допускового еліпсоїдного оцінювання / М.П. Дивак, І.Я. Співак, Р.П. Шевчук, С.Я. Максимова // ПНМК «Інформаційні проблеми комп’ютерних систем, юриспруденції, енергетики, економіки, моделювання та управління» – м. Бучач-Яремча, 2011р. – С.344-349.
  4. Закони розподілу випадкових величин. [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://www.msiu.ru/~belova/compmod/lect1_0.pdf
  5. Лаврук В.В. Створення та впровадження управлінських інноваційних інформаційних систем в аграрних підприємствах [Текст]. Наукові праці Полтавської державної аграрної академії. – 2011. – №3(1). С.160-167.
  6. Передій Л.В. Системне проектування інформаційних систем [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://nvd.luguniv.edu.ua/archiv/NN6/08plvpis.pdf
  7. Харченко Г.А. Теоретичні аспекти інноваційно-інвестиційної діяльності сільськогосподарських підприємств / Г.А. Харченко // Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування. – Серія: «Економіка, аграрний менеджмент, бізнес». – 2014. – Вип. 200, Ч. 1 – С. 325–329.
  8. Харченко В.В. Інноваційно-інвестиційне забезпечення формування ресурсного потенціалу сільськогосподарських підприємств: монографія / В.В.Харченко, Г.А. Харченко – К.: ЦП «Компринт», 2015. – 268 с.
  9. Чернявська І.В. Дослідження ефективності використання інформаційних ресурсів промислового підприємства [Текст] / В. І. Чернявська // Економічний аналіз. – 2008. – №2 (18). – С. 397–399.
  10. Development of an agricultural management information system based on Open-source solutions. [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://www.science direct.com/science/article/pii/S2212017314003272
  11. Enterprise-oriented Internet of things for agricultural product supply chain management. [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://us.sagepub.com/en-us/nam/international-journal-of-distributed-sensor-networks/journal202573