Функционирование технических систем в агробизнесе

 
М.А. КЕРИМОВ 

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ 
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 
В АГРОБИЗНЕСЕ 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 
2021 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
для обучающихся по направлению подготовки  
35.04.06 Агроинженерия

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ 
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

М.А. КЕРИМОВ 

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ 
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 
В АГРОБИЗНЕСЕ 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
для обучающихся по направлению подготовки 
35.04.06 Агроинженерия

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 
2021 

УДК 656.1/.5 
ББК 62.97/98 
К 36 

Рецензенты: 
доктор техн. наук, проф., ведущий научный сотрудник лаборатории технологий 
и технических средств производства кормов из трав (ИАЭП – филиал ФГБНУ 
ФНАЦ ВИМ) А.М. Валге; 
доктор техн. наук, проф. каф. «Автомобили, тракторы и технический сервис» 
(ФГБОУ ВО СПбГАУ) Н.М. Ожегов 

Керимов, М.А. 
Функционирование  технических  систем  в  агробизнесе:  учебное  
пособие  /  М.А. Керимов. – СПб: СПбГАУ, 2021. – 160 с.  

Учебное 
пособие 
соответствует 
дисциплине 
«Моделирование 
в 
агроинженерии» федерального государственного образовательного стандарта 
высшего образования по направлению подготовки 35.04.06 Агроинженерия 
(уровень магистратуры).  

Рекомендовано к изданию и публикации на электронном носителе для 
последующего включения в информационные ресурсы университета согласно 
лицензионному договору Учебно-методическим советом СПбГАУ, протокол № 
1 от 8 октября 2020 г.  

ISBN 978-5-85983-354-2 

© Керимов M.А., 2021 
© ФГБОУ ВО СПбГАУ, 2021 

Оглавление 
 Введение……………………………………………………………………… 
Лекция 1. Понятие о технических системах. Постановка задачи 
управления…………………………….……………………………………… 
Лекция 2. Методы управления.  Параметры  качества управленческого 
решения………………………………...…………………………………… 
Лекция 3. Дерево  целей  и  дерево  систем автомобильного транспорта 
и технической эксплуатации автомобилей………………………………… 
Лекция 
4.
Инновационный
подход 
при 
управлении 
и совершенствовании технических систем………………………………… 
Лекция 5. Инструментарий принятия инженерных и управленческих 
решений……………………………………………………………………… 
Лекция 
6. 
Модели 
принятия 
решений 
в 
условиях 
риска 
и неопределенности .........…………………………………………………… 
Лекция 7. Моделирование  процесса 
принятия 
решений в рамках 
управления…………………………………………………………………….
Лекция 8.  Жизненный цикл и  обновление больших  технических 
систем………………………………………………………………………… 
Лекция 9. Системный анализ технических систем. Эффективность 
принимаемых решений……………………………………………………….  
Лекция 10. Качество технических систем и модели их резервирования 
в агротехнологических приложениях………………………………………. 
Лекция 11. Механизм функционирования технологических процессов 
в животноводстве……………………………………………………………. 
Лекция 12. Технологическая надежность систем в агробизнесе…………. 
Лекция 13. Оптимизация режимов технологических процессов…………. 
Лекция 14. Системное описание поточно-технологических линий 
в животноводстве……………………………………………………………. 
Лекция 15. Общие сведения об автоматических системах. Методы 
контроля качества технологических процессов…………………….……… 
Лекция 16. Нейросетевые технологии в исследованиях технических 
систем и их процессов……………………………………………………… 
Заключение………………………………………………………………….. 
Список использованной литературы…………………………………….. 
Приложение 
А. 
Прикладные 
аспекты 
теории 
принятия  
инженерных и управленческих решений (реферат)…………………… 
Приложение 
Б. 
Управление 
микроклиматом 
в картофелехранилище на основе оптимизационного подхода 
(доклад)………………………………………………………………………. 
Приложение 
В. 
Системный 
анализ 
в 
проектировании 
агротехнологий (статья)…………………………………………………… 

4 

6 

11 

17 

26 

33 

41 

48 

53 

60 

65 

76 
86 
92 

100 

108 

117 
123 

125  

136 

148 

124 

Введение

Учебное пособие разработано на основе конспектов лекций, которые автор 

читает обучающимся на протяжении нескольких последних лет. В пособие включены только те материалы, изучение которых предусмотрено федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по направлению подготовки 35.04.06 Агроинженерия (магистратура).

Проблематика моделирования и управления техническими системами 

чрезвычайно широка и интересна. Особую актуальность имеют теоретические и 
прикладные аспекты принятия решений. Принятие решений – это основа любого 
управления. Поэтому знакомство с современной теорией принятия решений 
необходимо всем, кто связан с системами управления. А управляет каждый из 
нас – хотя бы самим собой.

Принятие решений – это, как правило, формализованный процесс, который 

включает в себя такие элементы, как проблемы, цели, альтернативы, решения. 
Поэтому при рассмотрении методологии управления техническими системами 
наряду с раскрытием понятийного аппарата приводятся необходимые дополнения по системотехнике, теории игр и методам вероятностного выбора. Формальное изложение материала сочетается с содержательным описанием схем принятия решений на конкретных примерах. Приведенные в тексте математические 
формулы и уравнения необходимы прежде всего для выработки умения формализовать постановку задачи, объяснить физическую сущность зависимостей, 
провести системный анализ результатов.

Безусловно, всего многообразия технических приложений рассматривае
мых моделей и процедур управления охватить не удалось в настоящем пособии.

Современная управленческая парадигма предполагает, что системы управ
ления должны быть комплексно развивающимися.

Для построения эффективного управления в агробизнесе необходимо 

предвидеть как препятствия на пути к цели, так и последствия ее достижения. 
Управленческие решения следует принимать с учетом особенностей функционирования технических систем на разных этапах их жизненного цикла. Важное 
значение при этом имеют системные эффекты, сопутствующие процедурам моделирования и управления технологическими процессами. Достижение указанных эффектов является целью функционирования технических систем и служит 
лейтмотивом данного учебного пособия.

Любой метод принятия решений, используемый в управлении, можно рас
сматривать как разновидность моделирования. Различают следующие виды имитационного моделирования: системная динамика, дискретно-событийное моделирование и агентное моделирование. Наибольшее распространение получил 
второй вид. Сфера применения этого моделирования – логистика, транспортные 
и производственные системы. Методы и средства моделирования в приложениях
к проблемам оптимизации управления техническими объектами могут оказать 
исследователю несомненную пользу. Они позволяют выделить наиболее существенные закономерности происходящих в системах процессов, оценить каче

ство данных об изучаемых явлениях, сэкономить время на исследование. Описание закономерностей производится с использованием поддающихся учету физических величин, количественных и качественных характеристик, которые представляют собой сигналы, изменяющиеся во времени или в пространстве.

Основное достоинство математического моделирования и оптимизации 

процессов – высокая практическая значимость получаемых результатов.

При разработке тематики заданий для самостоятельной работы обучаю
щихся за основу было принято дискретно-событийное моделирование как наиболее адекватное уровню освоения программы высшего образования – магистратуры.

В конце учебного пособия приведена информационная модель управления 

(на примере работы двигателя автотракторной техники), а также рассмотрены 
прикладные аспекты принятия решений в многоуровневых иерархически организованных вероятностных системах. Представленный здесь материал не претендует на исчерпывающий характер, а призван лишь помочь обучающимся в 
приобретении основ научной работы и оформлении результатов научно-исследовательской деятельности. Общеметодологический характер рассмотренных 
подходов к постановке и решению инженерных задач позволяет надеяться, что 
пособие будет полезно магистрантам, аспирантам и исследователям-практикам, 
интересующимся концептуальными вопросами моделирования и управления 
техническими системами в агротехнологиях.

Лекция 1

_____Понятие о технических системах. Постановка задачи управления____

 Основные свойства и характеристики больших технических систем.
 Определение понятий: система, структура системы.
 Понятие об управлении. Составляющие и этапы процесса управления.
 Рациональное и оптимальное управление.
 Связь управления с обучаемостью системы.

Во второй половине двадцатого столетия главным содержанием профес
сиональной деятельности инженера были технические и технологические вопросы. В условиях рыночных отношений приоритетным становится умение специалиста управлять производством или, как мы говорим, большими техническими системами. В современном понимании система – это совокупность элементов или подсистем, находящихся во взаимодействии и образующих 
определенную целостность. Системы бывают техническими (автомобиль), человеко-машинными (автомобиль – водитель), производственно-экономическими (фирма), социальными (персонал) и др. Элемент системы – это объект, 
выполняющий определенные функции и не подлежащий дальнейшему расчленению в рамках поставленной перед данной системой задачи. Элементом 
транспортного предприятия (системы) как перевозчика является автомобиль 
(подсистема, элемент), который может осуществить перевозку грузов или пассажиров, что выступает основной задачей автотранспортного предприятия (АТП).
Подсистема – это система, являющаяся частью более общей системы.

Каждый элемент характеризуется входом X (воздействием на него окру
жающей среды или других элементов системы), выходом Y (преобразованным 
воздействием данного элемента на окружающую среду или другие элементы системы) и показателями возможного состояния элемента 𝑔𝑘 (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема первичного элемента системы

Вход: 
– информация; 
– материалы;
– требования;
– режим работы 

Состояние: 
– производственный 
процесс; 
– преобразование 
режимов работы 

Выход: 
– продукция;
– услуги; 
– отходы 

и т. д.

и т. д.
агрегатов 
и т. д.

Обычно 𝑥𝑖, 𝑦𝑗 и 𝑔𝑘 – это интенсивности соответствующих показателей. 
Содержание и соотношение 𝑥𝑖, 𝑦𝑗 и 𝑔𝑘 рассмотрим на примере станции 

технического обслуживания (СТО).

Станция технического обслуживания

𝑋𝑖

– потребность в услугах; 
– конкурентная среда; 
– экономическое состоя
ние; 

– законодательство.

𝑄𝑘

– пропускная способность и производительность; 
– специализация; 
– персонал;
– оборудование; 
– цены; 
– производственный 
процесс.

𝑌𝑗

– объем оказываемых 
услуг; 
– прибыль; 
– удержание, расширение или сокращение 
ниши на рынке услуг 
и т. д. 

Функционирование системы в качестве единого целого обеспечивается 

связями между ее элементами. Связи определяют структуру системы. 

Структура системы – совокупность и характер связей и отношений 

между элементами (подсистемами) системы.

Система обладает новыми интегральными качествами, которые отсут
ствуют у ее компонентов.

Система в общем случае характеризуется иерархичностью и динамично
стью внутренних и внешних связей. 

Производственная система – это система, элементами которой явля
ются компоненты производства (объекты, технические средства, органы 
контроля и др.). Связи между элементами устанавливаются такими, чтобы 
обеспечить требуемое качество производственного процесса. 

Управление производством следует рассматривать как сложную вероят
ностную систему, функционирующую в условиях неопределенности или риска 
и требующую различных управляющих воздействий.

Процесс принятия решений с точки зрения его реализации представляется 

в виде последовательности этапов и процедур, объединенных с помощью прямых и обратных связей. Обратные связи отражают итеративный и циклический 
характер зависимостей в управлении производством. Итерации в управлении 
представляют собой действия по уточнению и корректированию данных после 
выполнения соответствующих процессов. С информационной точки зрения в 
процессе принятия решений происходит уменьшение неопределенности

Выделение системы (т. е. отнесение к ней определенного перечня элемен
тов) является сложной задачей.

Имеется несколько определений понятия «управление». Инженерное, при
кладное определение этого понятия следующее. 

Управление – это процесс преобразования информации о состоянии 

системы в определенные целенаправленные действия, переводящие указанную систему из исходного в заданное состояние. 

Для постановки задачи управления необходимо существование следую
щих условий: наличие объективной и адекватной информации о состоянии системы и действующих на нее внешних факторах, определение цели (или целей), 
стоящей перед системой, и понимание возможных способов или действий для 
достижения этих целей.  

С формализованной точки зрения процесс управления представляет собой 

стремление к максимизации функционала, количественно характеризующего 
«расстояние» между точкой, изображающей цель управления, и точкой, соответствующей фактическому состоянию процесса в управляемой среде. 

Достаточным набором для построения разумного управления явля
ются: информация о состоянии и целях системы; имеющиеся ресурсы; располагаемое системой время достижения этих целей и необходимые для этого 
действия. 

Этапы управления имеют типовую последовательность, представленную 

на рис. 1.2. 

Рис. 1.2. Последовательность этапов управления

1. Определение цели, стоящей перед управляемой системой или подсисте
мой (АТП, цехом и т. д.).

2. Получение информации о состоянии системы и о внешних факторах, 

действующих на систему. 

3. Обработка информации, оценка ее точности, представительности, до
стоверности. 

4. Анализ информации, сбор при необходимости дополнительной инфор
мации, ее экспертиза. 

5. Принятие управляющих решений, определяющих действия, в соответ
ствии с целями системы, полученной и обрабатываемой информации. 

6. Придание решению четкой, желательно нормативной формы.
7. Доведение решения до исполнителя. 
8. Реализация управляющего действия. 
9. Получение отклика системы на управляющие действия (в виде новой 

информации о состоянии системы).

При полном достижении системой установленных целей в заданное 

время управление является оптимальным.

Если произошло улучшение состояния системы, но цели полностью не до
стигнуты, то управление является рациональным, наступает 10-й этап и анализируются причины, по которым цели не были достигнуты. При необходимости 
цели корректируются.

Управление реальными системами носит итеративный характер. При этом 

к поставленной цели приходят не за один, а за несколько шагов, последовательно корректируя действия с учетом достигнутых результатов.

Если итеративный подход реализуется, то говорят, что система является 

обучаемой.

Заключение

Управление – это процесс выработки и осуществления управляющих воз
действий. Выработка управляющих воздействий включает сбор, передачу и обработку необходимой информации, принятие решений, обязательно предполагает определение управляющих воздействий. Осуществление управляющих воздействий включает передачу управляющих воздействий и при необходимости 
преобразование их в форму, непосредственно воспринимаемую объектом управления.

Системный подход почти всегда благоприятен для принятия решения. Си
стему можно определить как набор взаимосвязанных частей, которые должны 
работать вместе. В бизнес-среде предприятие рассматривается как система, состоящая из подсистем (например, подсистема маркетинга, производства и финансов), которые в свою очередь состоят из меньших подсистем.

Системный подход к управлению – это управление объектом (предпри
ятием) как единой системой, где любое управленческое воздействие на одну 
часть системы сказывается и на других ее частях, из чего следует, что управлять 
необходимо всем объектом в целом.

Ключевые термины

1. Управление
2. Система
3. Система

управления

4. Подсистема

Control
System
Control
system
Subsystem

5. Контроль

6. Анализ
7. Априори
8. Итерация
9. Адекватный

Impression
monitoring
Analysis
A priory
Intratio
Adaegnatus

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность управления?
2. Назовите основные этапы процесса управления. В чем смысл и значение 

итеративного характера управления системами?