У нас: 141825 рефератів
Щойно додані Реферати Тор 100
Скористайтеся пошуком, наприклад Реферат        Грубий пошук Точний пошук
Вхід в абонемент





ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

На правах рукопису

Решетюк Володимир Михайлович

УДК - 636.5252/58:62 503.51

Математичне моделювання інформаційних потоків біотехнічної системи, з метою побудови автоматизованої системи управління технологічними процесами

(на прикладі промислового пташника)

05.13.07 - автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автоматизації сільськогосподарського виробництва Національного аграрного університету, Кабінету Міністрів України.

Науковий керівник: | - Заслужений діяч науки і техніки України, академік УААН, доктор технічних наук, професор Мартиненко Іван Іванович, Національний аграрний університет, професор кафедри автоматизації сільськогосподарського виробництва

Офіційні опоненти: | - Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор, Богаєнко Іван Миколайович, заступник Генерального директора Науково-виробничої корпорації "Київський інститут автоматики" (НВК "Київський інститут автоматики" Держкомітету промислової політики України, м.Київ)

- кандидат технічних наук, доцент Кишенько Василь Дмитрович, доцент кафедри автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій (Національний університет харчових технологій Міністерства освіти і науки України, м. Київ)

Провідна установа: | Київський національний університет будівництва і архітектури, кафедра автоматизації технологічних процесів, Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться 20 червня 2002 р. о годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.058.05 в Національному університеті харчових технологій за адресою: 01033 м.Київ-33, вул Володимирська, 68.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033 м.Київ-33, вул Володимирська, 68.

Автореферат розісланий 17 травня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент |

В.М.Філоненко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах структурної перебудови агропромислового комплексу України, стрімкого зростання номенклатури виробів і складності технологій, швидкого морального старіння засобів праці, появи нових, невідомих у минулому задач управління і обмежень ресурсів, зростають вимоги до системного функціонування процесів і явищ.

З точки зору системного аналізу структурні одиниці сільськогосподарського виробництва відносяться до відкритих біотехнічних систем, кінцевою метою функціонування яких є синтез речовини необхідної якості в запланованій кількості. Ці системи об'єднують в собі біологічну та технічну складові. Для біологічної складової системи характерним є принцип "лімітуючого фактора". Щоб усунути його негативну дію на продуктивність у множині впливаючих факторів, необхідно виділити лімітуючий і скомпенсувати його дію за рахунок технічної складової. Проте, знешкодження шкідливого впливу одного фактора автоматично робить лімітуючим інший. Здається, що покроковим усуненням впливу лімітуючих факторів на продуктивність можна досягти її найвищого (генетично обумовленого) рівня. Але, як правило, це не вдається, бо біологічні системи живуть – змінюються у часі й на різних етапах їх існування будуть різними оптимальні набори факторів.

В процесі функціонування біотехнічні системи взаємодіють із зовнішнім середовищем, здійснюючи обмін речовиною, енергією і інформацією, тому при побудові математичних моделей біотехнічних систем необхідно враховувати основні властивості зазначеної тріади.

При дослідженні промислового пташника, як об'єкта управління (ОУ) та моделюванні біотехнічної системи, розуміючи всю складність зв’язків між окремими її складовими і зовнішнім середовищем, не доцільно ставити задачу пошуку аналітичної залежності, яка б адекватно описувала всі можливі види взаємодій і перетворень. Проте, моделі повинні відповідати вимогам структурної, динамічної і інформаційної завершеності, що робить можливим застосування автоматизованих систем управління технологічними процесами (АСУТП) та систем прийняття рішень (СПР).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до плану держбюджетних науково-дослідних робіт Національного аграрного університету: "Розробка автоматизованої системи управління технологічними процесами для птахофабрик яєчного напрямку (методологічні основи та теоретичні передумови)" (Звіт по НДР (заключн.) / НАУ. - № ДР 0196U005225; Інв. № 01810. – К.: 1998. – 133 с.) та "Розробка автоматизованої системи управління технологічними процесами для птахофабрик яєчного напрямку (обгрунтування та технічна реалізація)" (Звіт по НДР (заключн.) / НАУ. - № ДР 0197U001121; Інв. № 01811. – К.: 1998. – 225 с.), в яких автор виступав у ролі відповідального виконавця.

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є оцінка ресурсного потенціалу біотехнічної системи (на прикладі промислового пташника) для мінімізації недоотриманої продукції, шляхом використання його математичної моделі, яка враховує взаємозв'язок інформаційних та енергетичних потоків між біологічною та технічною підсистемами об'єкта АСУТП.

Основними задачами було:

-

дослідження складу інформаційних потоків, необхідних для оцінки стану технологічних процесів виробництва продукції птахівництва;

-

розроблення методики дослідження промислового пташника при проведенні багатофакторного пасивного експерименту, в умовах створення АСУТП промислового пташника;

-

ідентифікація математичної моделі біотехнічної системи;

-

створення структурної схеми АСУТП промислового пташника та перевірка роботи системи у виробничих умовах.

Об'єкт дослідження - процеси обміну потоками інформації між біологічною та технічною складовими біотехнічної системи при управлінні технологічними параметрами в ній.

Предмет дослідження - залежності, які характеризують обмін потоками інформації біологічної та технічної складових промислового пташника.

Методи дослідження - метод експертних оцінок - для дослідження складу інформаційних потоків на птахофабриці; метод пасивного багатофакторного експерименту - для дослідження впливу технологічних параметрів на продуктивність птиці; методи фільтрації та зглажування експериментальних даних; методи прикладної статистики, метод групового обліку аргументів та методи структурно-функціонального моделювання - для моделювання інформаційних потоків біотехнічної системи.

Наукова новизна одержаних результатів - заключається в наступному:

-

вперше структуровано інформаційні потоки на птахофабриці, які є вихідними даними для проектування АСУТП;

-

на основі дослідження інформаційних потоків на птахофабриці, вперше запропонована структурна схема системи прийняття рішень у промисловому птахівництві;

-

дістали подальший розвиток питання методики проведення експериментальних досліджень промислового пташника при побудові на його базі АСУТП, яка відрізняється комплексним підходом до оцінки стану вихідної величини об'єкта управління;

-

на основі експериментальних та теоретичних досліджень вперше одержана математична модель для прогнозування раціонального ресурсного потенціалу біотехнічної системи (яйценосності птиці), з урахуванням впливу основних енергетичних потоків - параметрів мікроклімату, віку птиці та за умови стабілізації годівлі.

Практичне значення одержаних у дисертації результатів. Матеріали по результатах дослідження промислового пташника, при проведенні багатофакторного пасивного експерименту, прийняті до впровадження об'єднанням "УкрНДІАгропроект" у вигляді методичних рекомендацій по дослідженню промислового пташника, при створенні автоматизованих систем управління технологічними процесами на птахофабриках; проведена виробнича перевірка АСУТП промислового пташника із використанням математичної моделі біотехнічної системи на птахофабриці "Київська" Київської області (акт впровадження результатів НДР від 21 грудня 1989 року, акт випробовувань №232 від 08.08 1989 р.), ВАТ "Володимир-Волинська птахофабрика" Волинської області (акт впровадження результатів науково-дослідних, дослідно-конструкторських та технологічних робіт від 15 серпня 2001 року).

Реальний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи досягається за рахунок наступних факторів:

-

економії корму, внаслідок обмеженого годування птиці при її вирощуванні та в продуктивний період;

-

забезпечення оптимального мікроклімату в промисловому пташнику;

-

удосконалення структури управління птахофабрикою та ходу технологічного процесу вирощування птиці (прогнозування оцінки стану вихідної величини об'єкту управління - продуктивності птиці);

-

організації технологічного процесу одержання дієтичних яєць;

-

підвищення продуктивності праці обслуговуючого персоналу промислового пташника.

Одночасно досягаються такі важливі для сучасного виробництва особливості, як:

-

зменшення впливу шкідливих факторів на операторів технологічного процесу за рахунок переміщення пульту управління із цеху з технологічним обладнанням у кімнату оператора з комфортними для людини умовами;

-

підвищення культури праці за рахунок використання сучасних мікропроцесорних засобів автоматики і персональних комп'ютерів;

-

підвищення технічного рівня інженерно-технічного персоналу птахофабрики.

Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі Національного аграрного університету:

-

при викладанні курсу "Ідентифікація та моделювання об'єктів управління" для фахового спрямування "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології" - розділ "Моделювання біологічного об'єкту в умовах продуктивного періоду";

-

при викладанні курсу "Автоматизовані системи управління технологічними процесами" для фахового спрямування "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології" - розділ "Проведення експериментальних досліджень промислового пташника та математичний обробіток їх результатів".

Особистий внесок здобувача. Результати, що складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. В публікаціях, які написані в співавторстві, дисертантові належить: формування масивів експериментальних даних промислового пташника, апробація алгоритмів математичного обробітку експериментальних даних в умовах пасивного експерименту, постановка задачі ідентифікації біотехнічної системи, одержання математичної моделі для прогнозування раціонального ресурсного потенціалу біотехнічної системи, розроблення функціональних вимог до складових частин структурної схеми системи прийняття рішень у промисловому птахівництві.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на:

-

науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу Національного аграрного університету (м.Київ, 1985 - 2001 р.р.);

-

науково-практичній конференції "Измерительная и вычислительная техника в управлении производственными процессами в АПК" (м.Ленінград, 1988 р.);

-

науково-практичній конференції "Проблемы комплексной автоматизации и механизации производства агропромышленного комплекса Казахстана" (м.Алма-Ата, 1988 р.);

-

науково-практичній конференції "Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве" (м.Москва, 1989 р.);

-

науково-практичній конференції "Автоматизация производства и управления в перерабатывающей промышленности Госагропрома СССР" (м.Одеса, 1989 р.);

-

на семінарі "Проблеми моделювання і автоматизації процесів в агропромисловому комплексі" Радянського національного комітету Міжнародної асоціації по математичному і машинному моделюванню (м.Рязань, 1989 р.);

-

міжнародній науково-технічній конференції "Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве" (Республіка Бєларусь, м.Мінськ, 2000 р.)

-

2-й Міжнародній науково-технічній конференції “Энергосбережение в сельском хозяйстве” (Росія, м.Москва – ВІЕСГ, 2000 р.).

Публікації. По результатах наукових досліджень опубліковано 14 наукових праць (із них 10 в фахових виданнях), в тому числі одне авторське свідоцтво на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, основної частини (чотирьох розділів), списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг основного тексту складає 140 сторінок, в тому числі 25 рисунків. Список літератури складається із 96 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі відображені актуальність проблеми, мета і задачі дослідження, наукова новизна отриманих результатів та їх практичне значення, наведені відомості про обсяг та апробацію роботи.

У першому розділі роботи проведено загальну характеристику промислового пташника, як об'єкта управління, який являє собою біотехнічну систему - сукупність взаємозв'язаних та взаємозалежних складових: біологічної (птиці) та технічної (технології її утримання). Таким чином, при дослідженні такої системи, необхідно враховувати наступні її особливості:

1) наявність великої кількості факторів, які впливають на продуктивність (яйценосність) птиці;

2) складний, стохастичний характер залежності вихідної змінної ОУ (продуктивності птиці) від вхідних величин - температури, вологості, освітленості, якісного складу та кількості корму, тощо;

3) біологічна система володіє "пам`яттю".

Враховуючи скінченність "пам`яті", можна записати

, (1)

де: - вихідна величина промислового пташника;

- вхідні сигнали промислового пташника;

- час дії “пам`яті” системи ().

У загальному випадку промисловий пташник можна представити наступним чином (рис. 1).

Для вивчення біотехнічного об'єкту було досліджено інформаційні потоки на птахофабриці. При цьому ідентифіковано склад інформаційного потоку на трьох рівнях: технолога - оператора, бригадира, головних спеціалістів. У відповідності до цього, для птахофабрики яєчного напрямку, весь інформаційний потік був представлений трьома видами параметрів: технічними, технологічними, техніко - економічними, що дозволило скласти перелік інформаційно-обчислювальних та управляючих функцій АСУТП.

В зв'язку з цим, проведено апріорний аналіз впливу технологічних параметрів ОУ на вихідну величину - яйценосність птиці. При утриманнi птиці в пташнику, тобто взаємодії в ньому бiологiчного об'єкта з технічною складовою, яйценоснiсть птиці залежить від таких основних параметрiв: температури та вологості повiтря, концентрацiї амiаку, свiтлового режиму, віку птиці, швидкості руху повiтря, шумів i вiбрацiї, що викликанi роботою технологiчного обладнання, освiтленості клiток, кiлькiсного та якісного складу кормiв, стрес-факторів, обумовлених процесом вирощування птиці. Наведені параметри в різній мірі впливають на яйценоснiсть птиці, масу яєць i їх якiсть, споживання та оплату корму, масу тiла птиці, її самопочуття.

Другий розділ присвячено експериментальним дослідженням промислового пташника. З метою вивчення всієї сукупності зв’язків, що визначають параметри вихідної величини (яйценосності птиці, маси птиці та маси яйця), було створено вимірювальний комплекс (ВК). Для цієї мети, на основі раніше визначеного складу вхідного інформаційного потоку, здійснено вибір комплексу технічних засобів (КТЗ) для збору та реєстрації інформаційних параметрів, забезпечена взаємодія між складовими частинами ВК та управління ним, проведено аналіз динаміки метрологічних характеристик ВК в процесі його функціонування. Необхідно відзначити, що при виборі ВК похибка вимірювання параметрів інформаційних потоків не перевищувала гранично допустимого значення. Для цього проводився аналіз метрологічних характеристик ВК на основі ймовірнісного підходу.

Після отримання експериментальних даних проводили їх обробіток, використовуючи алгоритми фільтрації та зглажування експериментальних точок (рис.2).

Рис.2. Зміна температури повітря у пташнику на протязі періоду вирощування птиці:

1 - експериментальні точки;

2 - фільтрований сигнал.

Одержавши масив фільтрованих сигналів промислового пташника, доповнених значеннями температури зовнішнього повітря (рис.3), була сформована база даних, на основі якої проводили ідентифікацію моделі ОУ.

а) б)

в) г)

д) е)

є) ж)

з) и)

Рис.3. Вхідні та вихідні параметри ОУ на протязі продуктивного періоду: а) середньодобова температура повітря зовнішнього середовища; б) середньодобова температура повітря у пташнику; в) кількість яєць за добу: 1 - фактична; 2 - біологічно можлива (мінімальна); 3 - біологічно можлива (максимальна); г) маса одного яйця; д) кількість води, спожитої птицею; е) середньодобова концентрація у пташнику; є) кількість корму, спожитого птицею; ж) маса однієї птиці; з) тривалість світлового дня у пташнику; и) динаміка поголів’я птиці.

У третьому розділі проведено ідентифікацію математичної моделі промислового пташника. Вважаючи тривалість світлового дня такою детермінованою складовою зовнішнього середовища, що дозволяє найкращим чином реалізувати генетично обумовлену продуктивність кросу “Бєларусь-9”, було розглянуто потоки речовини в промисловому пташнику за умови, що годування на протязі всього періоду утримання птиці здійснюється збалансованим за протеїном кормом.

Обмінну енергію корму, спожитого однією птицею і-го дня, обчислювали за формулою

(2)

де - питома обмінна енергія корму ( Дж/кг);

- кількість корму, спожитого птицею в i-й день, кг;

Визначивши теплові втрати , як функцію маси птиці та температури повітря у пташнику, отримали продуктивну енергію

(3)

Розрахована швидкість синтезу маси яєць однією птицею в і-й день продуктивного періоду за формулою

, кг (4)

де – маса одного яйця, кг;

– яйценосність птиці в i-й день, шт.

Швидкість зміни маси однієї птиці в і-й день продуктивного періоду розрахуємо за формулою

, кг (5)

де – маса птиці в i-й день, кг;

– маса птиці в (і+1)-й день, кг.

Швидкість синтезу біологічної маси в і-й день продуктивного періоду, обчислимо за формулою

, кг (6)

Кореляційний аналіз продуктивної енергії і доступних для вимірювання і регулювання параметрів технологічного процесу не виявив суттєвих зв’язків. Була висловлена гіпотеза, про те що досліджувана реалізація випадкового процесу (синтезу яєчної маси) позбавлена значного впливу зовнішніх факторів і є функцією часу або іншої змінної, яка лінійно змінюється у часі.

Рис.4. Динаміка зміни енергетичних показників речовини та технологічних параметрів промислового пташника:

1 - продуктивна енергія птиці ;

2 - швидкість синтезу біологічної маси ;

3 - швидкість синтезу маси яєць ;

4 - швидкість синтезу маси птиці ;

5 - тривалість світлового дня ;

6 - температура повітря у пташнику .

Проаналізувавши одержані дані, дійшли висновку, що за інформативний параметр доцільно прийняти швидкість синтезу маси яєць, оскільки ця залежність не містить викидів і може бути апроксимована гладкою спадаючою функцією.

Приріст швидкості синтезу маси яєць достатньо точно описується функцією

(7)

Інтегруючи величину у часі, отримаємо аналітичний вираз для добового синтезу маси яєць у формі

(8)

Аналіз залежностей і (рис. 5) показує, що існуюча між ними розбіжність корелює з виходом температури пташника за комфортні межі.

Рис. 5. Швидкість синтезу яєчної маси протягом продуктивного періоду:

1 - маса яйця розрахована по моделі;

2 - маса яйця, згідно експерименатльних даних;

3 - температура повітря у пташнику.

Визначимо швидкість синтезу маси яєць, як функцію двох змінних – часу і температури

, кг (9)

Розрахункову кількість яєць, одержаних від однієї птиці на i-й день, визначимо із формули

(10)

Визначивши масу яйця, середню кількість яєць і синтез яєчної маси, як функцію технологічних параметрів, можна побудувати інтегральну криву яйценосності птиці.

Послідовно виділяючи одиницю з інтегральної кривої яйценосності і домножуючи її на масу яйця отримаємо діаграму яйценосності промислового пташника (рис.6), на якій кожний імпульс відповідає одиниці кінцевої продукції. По осі абсцис на діаграмі вказано дні утримання птиці, а по осі ординат - масу яйця.

Рис.6. Діаграма яйценосності промислового пташника

У четвертому розділі розроблена структурна схема АСУТП промислового пташника та здійснено її алгоритмічне забезпечення. Обгрунтовано та розраховано комплекс технічних засобів для створення АСУТП промислового пташника. Центральним ядром системи управління є блок збору інформації (БЗІ). До його складу входять: монтажна шафа; кошик, що складається з корпусу із пилезахисним фільтром і вентилятором, з блоком живлення і пасивної об’єднувальної плати; одноплатний промисловий комп’ютер (з флеш-пам’яттю - DiskOnChip); плата цифрового вводу/виводу ACL-7122; термінальний блок дискретного вводу TB-24P; плата розширення послідовних портів MOXA 102H; мережева плата; модем; дисковод; вінчестер.

Техніко-економічні розрахунки та експлуатація системи у виробничих умовах, дозволили визначити умови ефективності впровадження запропонованої системи, в порівнянні з традиційними системами управління, за їх найважливішими показниками: капіталовкладеннями та річними витратами виробництва.

Відповідно до складу інформаційного потоку на птахофабриці розроблено структурну схему СПР у промисловому птахівництві (рис.7).

Рис. 7. Система прийняття рішень у промисловому птахівництві

Вона містить розвинену базу знань (БЗ) – блок математичного моделювання (БММ), блок управління виробництвом кормосумішей (БВК); блок бази даних (БД) – соціально-економічного скерування (СЕС) та зооветеринарної інформації (ЗВІ) стосовно конкретної виробничої ситуації. Підсистема аналізу варіантів і виробітку дорадчих гіпотез (АВГ) використовує результати розв’язку задач у БММ та БВК, здійснює обмін інформацією із СЕС та ЗВІ, аналізує можливі варіанти, накопичує дані за варіантами розв’язків і виробляє на основі порівняння можливих варіантів розв’язку задачі дорадчу гіпотезу щодо програми функціонування виробничої системи стосовно новоутворених виробничих умов. Блок менеджменту і маркетингу (БМ) переводить систему в динамічний режим роботи і забезпечує для кожного наступного виробничого періоду оптимальні параметри. Блок контролю, управління і стабілізації забезпечує необхідні параметри для ведення технологічного процесу виробництва яєць в промисловому пташнику.

ВИСНОВКИ

1.

Вперше досліджено склад інформаційних потоків, необхідних для оцінки стану технологічних процесів виробництва продукції птахівництва. Одержано експертні оцінки, які дали можливість структурувати інформаційні потоки для промислового пташника, трьома складовими параметрів: технологічними, технічними та техніко-економічними, на підставі яких, розроблена структурна схема системи прийняття рішень в промисловому птахівництві.

2.

Апробовано алгоритми фільтрації експериментальних данних пасивного експерименту біотехнічних систем управління. Для використання експериментальних даних, при їх математичному обробітку, рекомендуються два алгоритми фільтрації. Алгоритм А - який базується на використанні гаусового ядра, для визначення локально зважених середніх значень заданого вектора, при цьому математичне сподівання фільтрованого сигналу складає , а середньоквадратичне відхилення . Алгоритм В - із локальним використанням симетричної лінійної процедури зглажування методом найменших квадратів по правилу k-найближчих сусідів, в якому k вибирається адаптивно, при цьому математичне сподівання фільтрованого сигналу складає , а середньоквадратичне відхилення .

3.

Вперше одержана математична модель біотехнічної системи, з використанням методів фукціональної та структурної ідентифікації, на основі якої для певного кросу птиці, умов утримання та оцінки факторів технологічного процесу найбільш рівномірне відхилення продуктивності від максимального ресурсного потенціалу спостерігається при досягненні 11 місяців використання птиці ( ; ). Визначено оптимальні значення параметрів ведення технологічного процесу, з метою зменшення періоду використання птиці до 300 днів, що дає можливість зекономити кількість корму (10 - 15%), електроенергії (5 - 8%) та підвищити продуктивність праці на 15%.

4.

Розроблена функціональна схема та проведена виробнича перевірка АСУТП промислового пташника із використанням математичної моделі біотехнічної системи на птахофабриці "Київська" Київської області (річний економічний ефект від впровадження, що підтверджено актами впровадження результатів НДР від 21 грудня 1989 року (акт випробовувань №232 від 8 серпня 1989 року) склав: очікуваний - 98000 крб. (в цінах 1989 року); фактичний - 91000 крб. (в цінах 1989 року.)); ВАТ "Володимир-Волинська птахофабрика" Волинської області (річний економічний ефект від впровадження, що підтверджено актом впровадження результатів науково-дослідних, дослідно-конструкторських та технологічних робіт від 15 серпня 2001 року, склав - 80000 гривень (в цінах 2000 року).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

Автоматическая система диспетчерского управления птицефабрикой / Мартыненко И.И., Решетюк В.М., Кондратьев А.И. и др. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1988. - №2. - С. 21-22. (Доля здобувача - 45%: належить ідея та розробка структурної схеми автоматичної системи диспетчерського управління птахофабрики "Київська").

2.

Резниченко Т.Ф., Решетюк В.М. и др. Измерительный комплекс для проведения экспериментальных исследований промышленного птичника. Механизация и электрификация сельского хозяйства: Сб. науч. тр. УНИИМЭСХ.– К.: Урожай, 1988. – С. 55-57. (Доля здобувача - 75%: виконував методичне, технічне та організаційне забезпечення експериментальних досліджень промислового пташника, здійснював обробіток та формування масивів експериментальних даних).

3.

Источники экономической эффективности распределенной АСУТП на птицефабриках яичного направления / Мартыненко И.И., Головинский Б.Л., В.М. и др. // Техника в сельском хозяйстве. - 1989. - №2. - С. 32-34. (Доля здобувача - 45%: здійснював оцінку шляхів економічної ефективності впровадження розподіленої АСУТП на птахофабриках яєчного напрямку).

4.

Синтез модели производства яиц на птицефабрике / Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф., Решетюк В.М. и др. // Вестник сельскохозяйственной науки. - 1989. - №1. - С. 90-95. (Доля здобувача - 70%: формував базу даних вхідних та вихідних параметрів об'єкту управління та синтезував математичну модель промислового пташника із використанням методу групового обліку аргументів).

5.

Математическое моделирование биотехнологического объекта, как основа для построения систем принятия решений в птицеводстве / Мартыненко И.И., Решетюк В.М. и др. // Управляющие системы и машины. - 2001 - № 5. - С.46 - 56. (Доля здобувача - 55%: належить ідея використання математичної моделі промислового пташника, як складової частини при розробці систем прийняття рішень в промисловому птахівництві).

6.

Решетюк В.М. и др. Структурная и параметрическая идентификация процесса производства пищевых яиц // Автоматизированные системы управления технологическими процессами в промышленном птицеводстве: Сб. науч. тр. – К.: УСХА, 1992. – С. 15-19. (Доля здобувача - 90%: належить постановка та розв'язок задачі структурної та параметричної ідентифікації промислового пташника).

7.

Лисенко В.П., Решетюк В.М. Математична модель промислового пташника // Зб. наук. пр. НАУ. - 1998. - № 2, С. 56 - 66. (Доля здобувача - 50%: належить ідея створення двохрівневої системи управління технологічними процесами на птахофабриках).

8.

Мартиненко І.І., Решетюк В.М. та ін. Математична модель потоків речовини біологічного об’єкту в умовах продуктивного періоду (на прикладі промислового пташника) // Аграрна наука і освіта, №1 – 2000 с. 55 – 63. (Доля здобувача - 65%: належить статистичний обробіток експериментальних даних та формування їх масиву для моделювання потоків речовини біологічного об'єкту).

9.

Методологічні проблеми побудови систем прийняття рішень для галузей агропромислового комплексу / Мартиненко І.І., Решетюк В.М. та ін. // Аграрна наука і освіта. - 2001. - Т.2, №1- 2. – С.142 - 147. (Доля здобувача - 65%: належить розробка структурної схеми системи прийняття рішень для промислового птахівництва та ідентифікація функцій кожної з її складових).

10.

К вопросу идентификации птичника, как объекта автоматизированной системы управления технологическими процессами / Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф., Решетюк В.М. и др. Автоматизированные системы управления в АПК: Сб. науч. тр. МИИСП. – М.: МИИСП, 1988. – С. 91-95. (Доля здобувача - 50%: формував постановку задачі ідентифікації промислового пташника, як об'єкта АСУТП).

11.

Устройство для сжатия информации: А.с. 1656574 СССР, МКИ G 08 C 19/28 / В.М. Решетюк, С.Я. Хоменко (СССР). - № 4713269/24; Заявлено 11.05.89; Опубл. 15.06.91, Бюл. № 22. - 4 с. ил. (Доля здобувача - 50%: належить розробка структурної схеми пристрою для стискування інформації та алгоритму його роботи).

12.

Мартыненко И.И., Решетюк В.М. и др. Моделирование при проектировании ресурсосберегающих технологий в птицеводстве // Труды 2-й Междунар. науч.-техн. конф. "Энергосбережение в сельском хозяйстве". - Ч.2. - Москва: ВИЭСХ. - 2000. - С.132-137. (Доля здобувача - 55%: належить постановка задачі моделювання промислового пташника, з точки зору впровадження енергозберігаючих технологій в ньому).

АНОТАЦІЇ

Решетюк В.М. Математичне моделювання інформаційних потоків біотехнічної системи, з метою побудови автоматизованої системи управління технологічними процесами (на прикладі промислового пташника). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів. - Національний університет харчових технологій, Київ, 2002.

Дисертація присвячена математичному моделюванню інформаційних потоків біотехнічної системи, з метою побудови автоматизованої системи управління технологічними процесами (на прикладі промислового пташника). В роботі проведено ідентифікацію інформаційних потоків промислового пташника на трьох рівнях: оператора-технолога, бригадира та головних спеціалістів. на підставі яких було розроблено структурну схему системи прийняття рішень для промислового птахівництва. Згідно методики дослідження промислового пташника, шляхом проведення багатофакторного пасивного експерименту, були одержані експериментальні дані про вплив на яйценосність птиці основних технологічних параметрів. Після процедури фільтрації та зглажування експериментальних даних, шляхом дослідження потоків речовини біотехнічної системи створено математичну модель. На підставі інформаційних потоків на птахофабриці було розроблено структурну схему системи прийняття рішень для промислового птахівництва.

Розроблено структурну схему АСУТП промислового пташника та алгоритмічне забезпечення системи управління. Здійснена технічна реалізація і впровадження фрагменту АСУТП для промислового пташника.

Ключові слова: промисловий пташник, багатофакторний пасивний експеримент, біотехнічна система, інформаційний потік, метод моделювання, математична модель, алгоритм, автоматизована система управління технологічними процесами, система прийняття рішень.

Решетюк В.М. Математическое моделирование информационных потоков биотехнической системы, с целью построения автоматизированной системы управления технологическими процессами (на примере промышленного птичника). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. - Национальный университет пищевых технологий, Киев, 2002.

Диссертация посвящена математическому моделированию информационных потоков биотехнической системы, с целью построения автоматизированной системы управления технологическими процессами. Объектом исследования был выбран промышленный птичник, в котором использовалось клеточное оборудование типа ККТ (Венгрия). Биологическим объектом, который находился в эксплуатации, был 3-х-линейный кросс птицы "Беларусь-9".

Для разработки методики постановки экспериментальных исследований, в работе идентифицирован состав информационного потока на трех уровнях: технолога - оператора, бригадира, главных специалистов. В соответствии с этим, для птицефабрики яичного направления, весь информационный поток был представлен тремя видами параметров: техническими, технологическими, технико - экономическими, что позволило составить перечень информационно-вычислительных и управляющих функций АСУТП.

Проведен априорный анализ технологических параметров (температуры и влажности воздуха, концентрации аммиака, светового режима, возраста птицы, скорости движения воздуха, шумов и вибрации, которые вызваны работой технологического оборудования, освещенности клеток, количественного и качественного состава кормов, стресс-факторов, обусловленных процессом выращивания птицы), имеющие влияние на выходную величину объекта управления, которой является яйценоскость птицы.

С целью изучения всей совокупности связей, которые определяют параметры выходной величины, был разработан измерительный комплекс. Для этого, на основании ранее определенного состава входного информационного потока, осуществлен выбор комплекса технических средств для сбора и регистрации информационных параметров, обеспечено взаимодействие между его составными частями и управление им, проведен анализ динамики метрологических характеристик измерительного комплекса в процессе его функционирования. При оценке измерительного комплекса проводился анализ его метрологических характеристик с использованием вероятностного подхода.

Используя алгоритмы фильтрации и сглаживания экспериментальных точек: алгоритм А - базирующийся на использовании гаусово ядра, для определения локально взвешенных средних значений заданного вектора, и алгоритм В - с локальным использованием симметричной линейной процедуры сглаживания методом наименьших квадратов по правилу k-ближайших соседей, получили базу данных для построения математической модели.

Биологический объект в промышленном птичнике представлен, как хемотепловая система, которая на входе получая корм в виде обменной энергии, осуществляя работу, синтезирует яичную массу. При этом она расходует энергию на прирост массы и на поддержание теплового гомеостаза организма птицы. Интенсивность энергетического обмена зависит от величины птицы, вида, породы, пола, возраста, производительности, мускульной деятельности, окружающей температуры, периода суток, кормления и других факторов

Корреляционный анализ продуктивной энергии и доступных для измерения и регулирования параметров технологического процесса не обнаружил существенных связей. Поэтому было высказано предположение, что исследуемая реализация случайного процесса (синтеза яичной массы) лишена значительного влияния внешних факторов и является функцией времени или другой переменной, которая линейно изменяется во времени. В качестве информативного параметра принята скорость синтеза массы яиц.

Определив массу яйца, среднее количество яиц и синтез яичной массы, как функцию технологических параметров, построили кумулятивную кривую яйценоскости птицы. Последовательно выделяя единицу из кумулятивной кривой яйценоскости и умножая ее на массу яйца получили диаграмму яйценоскости.

Учитывая информационные потоки на птицефабрике, предложена структурная схема системы принятия решений для промышленного птицеводства. Она содержит развитую базу знаний - блок математического моделирования, блок управления производством кормосмесей; блок базы данных - социально-экономического направления и зооветеринарной информации. Результаты решения задач в блоке математического моделирования и блоке управления производством кормосмесей использует подсистема анализа вариантов и выработки совещательных гипотез. Она также осуществляет обмен информацией с базами данных социально-экономического направления и зооветеринарной информации, анализируя возможные варианты, накапливая данные за вариантами решений и вырабатывает совещательную гипотезу относительно программы функционирования птицефабрики. Динамичный режим работы системы обеспечивает блок менеджмента и маркетинга, который формирует для каждого последующего производственного периода оптимальные параметры.

Разработана структурная схема АСУТП промышленного птичника и алгоритмическое обеспечение системы управления. Осуществлена техническая реализация и внедрение фрагмента АСУТП для промышленного птичника.

Ключевые слова: промышленный птичник, многофакторный пассивный эксперимент, биотехническая система, информационный поток, метод моделирования, математическая модель, алгоритм, автоматизированная система управления технологическими процессами, система принятия решений.

Reshetjuk V.М. Mathematical modeling of information streams of biotechnical system, with a view to design a computer-aided control system by technological processes (on the example of industrial poultry house). - Manuscript.

The Dissertation for the Candidate's degree of engineering science in speciality 05.13.07 - Technological processes automation. - National University of Food Technologies, Kyiv, 2002.

The Dissertation is devoted to mathematical modeling of information streams of biotechnical system, with a view to design a computer-aided control system by technological processes (on the example of industrial poultry house). The Identification of information streams of industrial poultry house is given at three levels: operator-technological, brigade-leader and main specialists, on the basic of which was developed a structural scheme of decision support system for industrial poultry farming. According to the research methods and passive experiment the experimental data about the influence of main technological parameters on egg-laying qualities were obtained. After filtrating and smoothing out experimental data, and by means of research of the substance streams of biotechnical system the mathematical model was designed. On the basic of the information streams the structural scheme of decision support system for industrial poultry farming developed.

Key words: industrial poultry house, egg-laying qualities, biotechnical system, information stream, modeling method, mathematical model, algorithm, computer-aided control system, decisions support system, poultry farming.