Промышленное садоводство как управляемая информационно-технологическая система

УДК 634.1

ПРОМЫШЛЕННОЕ САДОВОДСТВО КАК УПРАВЛЯЕМАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

В.А. БАБУШКИН1, доктор сельскохозяйственных наук, ректор

А.И. ЗАВРАЖНОВ1, академик РАН, главный научный сотрудник

Ю.В. ТРУНОВ2, доктор сельскохозяйственных наук, директор

Мичуринский государственный аграрный университет, ул. Интернациональная, 101, Мичуринск, Тамбовская обл., 393760, Российская Федерация

2Федеральный научный центр имени И.В. Мичурина, ул. Мичурина, 30, Мичуринск, Тамбовская обл., 393764, Российская Федерация

Резюме. Превращение в высокотехнологичную индустриальную отрасль - главный тренд развития современного садоводства и обеспечения продовольственной безопасности любой высокоразвитой страны. Эффективное решение этой задачи возможно на основе так называемых конвергентных технологий, которые предусматриваютсинергетическое использование базы знаний и инструментария высокотехнологичных и наукоемких индустриальных отраслей. Цель наших исследований определение основных проблем промышленного садоводства и поиск вариантов их решения на основе информационно-технологического моделирования. Современная отечественная наука предлагает к внедрению в промышленное садоводство только элементы «прорывных», информационных и бизнес-технологий. Однако, как показывает мировой опыт, частичная, фрагментарная технологизация и информатизация отдельных видов производственной деятельности, так же как и привязка (внедрение) передовых информационных технологий ктрадиционной организационной и технологической среде, в лучшем случае не оправдывает в полной мере возлагаемых на них надежд, а чаще всего приносит убытки и разочарование. Авторы впервые в мировой практике разработали принципы и подходы к построению многомерной информационно-технологической конструкции (аналога цифровой 3D-модели в CALS-системах), объединяющей в своем формате продукционные процессы, технологии, операции и инженерное обеспечение промышленного садоводства. Предлагаемое решение позволяет адаптировать эффективно функционирующие апробированные программные комплексы и информационные системы высокотехнологичных машиностроительных производств к проблемам отрасли промышленного садоводства (обеспечить диффузию технологий), что, по мнению авторов, позволитсоздать научно-технологический задел для управления и реализации мирового и отечественного промышленного садоводства как эффектно функционирующей высокотехнологичной отрасли.

Ключевые слова: садоводство, плоды и ягоды, интенсивные технологии, система машин и технологий, информационно-технологическое моделирование.

Для цитирования: Бабушкин В.А., Завражнов А.И., Трунов Ю.В. Промышленное садоводство как управляемая информационно-технологическая система // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №11. С. 110-112.

Основное мировое направление развития промышленного садоводства - широкая технологизация и индустриализация отрасли. Индустриализация сельскохозяйственного производства - основополагающая задача в рамках решения одной из главных национальных проблем любой высокоразвитой страны - обеспечение продовольственной безопасности.

На современном этапе для качественного повышения эффективности промышленного садоводства наука и практика должны использовать или адаптировать последние достижения в сфере высокотехнологичных индустриальных производств (конвенгерция и трансфер технологий).

На фоне коренных преобразований мирового сельскохозяйственного производства в отечественном промыш-

ленном садоводстве можно наблюдать ряд негативных трендов, которые выражаются [1, 2, 3, 4] в недостаточно активном использовании «прорывных» биологических, генных, клеточных и информационных технологий; в отсутствии использования научных достижений других более «продвинутых» отраслей (трансфер и диффузия технологий); в сложной ситуации в инженерно-техническом обеспечении; в глубоком кризисе отечественного сельхозмашиностроения; в отсутствии стратегии развития отрасли в условиях ЕЭП и ВТО, а также региональных «привязок» и адаптации передового мирового опыта; в слабой научно-методологической базе решения задач технико-технологического обеспечения отрасли; в неадекватности модели инновационного развития экономических аспектов в структуре финансирования научно-технических разработок и рассогласовании с технологическими запросами общества и бизнеса; и, самое главное, по мнению авторов, в отсутствии ясного понимания сути формулировок и терминов (читай: процессов и проблем) «интенсификация», «индустриализация» и др. применительно к современному садоводству.

К сожалению, на сегодняшний день не существует общепринятой отечественной доктрины и теории индустриального промышленного садоводства. Это, в свою очередь, порождает многообразие взглядов и мнений, межведомственную несогласованность и неразбериху в вопросах планирования и реализации исследований по созданию и внедрению современных машинных технологий.

В умах многих отечественных специалистов до сих пор господствует «агротехнологический уклон» - мнение о том, что промышленное садоводство - это нечто, связанное, главным образом, с агробиологическими, агротехнологическими и продукционными особенностями интенсивных садов. Абсолютно не отрицая важности такого домена, авторы статьи утверждают, что главное в индустриализации садоводства и его превращении в конкурентоспособную и эффективно функционирующую отрасль - это создание условий, процессных возможностей и системы управления формированием и функционированием всех компонент современного промышленного садоводства (биологической, продукционной, агрономической, технологической, технической, производственной, организационной, социальной и др.).

На сегодняшний день отечественная наука предлагает к внедрению в промышленное садоводство только элементы «прорывных», информационных и бизнес-технологий. Однако, как показывает мировой опыт, частичная, фрагментарная технологизация и информатизация отдельных видов производственной деятельности, так же как и привязка (внедрение) передовых информационных технологий к традиционной организационной и технологической среде, в лучшем случае не оправдывает в полной мере возлагаемых на них надежд, а чаще всего приносит убытки и разочарование.

Цель наших исследований - поиск основных подходов к решению информационно-технологических задач при трансформации промышленного садоводства в высокотехнологичную индустриальную отрасль.

Технологические основы индустриализации и управления продукционными и производственными процессами в промышленном садоводстве.

Анализ индикаторов мирового и отечественного промышленного садоводства свидетельствует, что решение проблемы индустриализации возможно при создании эффективной системы управления продукционными (в первую очередь) и производственными процессами, а именно [5, 6]: создание технологических систем производства оздоровленного посадочного материала на основе мониторинга и управления фитосанитарным состоянием насаждений в контролируемых и естественных условиях; формирование управляемых адаптивных агроценозов на принципах интенсивного агроландшафт-ного и биологического земледелия с использованием геоинформационного микрозонирования, экологически устойчивого сортимента, узкодифференцированных прецизионных технологических систем; стабилизация и повышение урожайности насаждений на основе управления продукционными процессами растений на всех этапах органогенеза; управление функциональным состоянием плодов как в предуборочный, так и в послеуборочный периоды, создание систем длительного хранения продукции и доведения ее до потребителя без потери качества; разработка машинных и автоматизированных технологий в садоводстве.

Современные системы управления высокотехнологичным индустриальным производством.

В научно-методической основе индустриальных высокотехнологичных машиностроительных производств (авиастроение, автостроение, приборостроение и др.) лежат разработки новых изделий и объектов («планирование - исследование - конструирование/проектирование -технологическая подготовка производства») с помощью CAD/CAM/CAE-систем, реализованных в виде полных цифровых ßD-моделей и интегрированных в масштабе реального времени на всех этапах жизненного цикла («постановка на производство - производство - внедрение -эксплуатация - утилизация») с помощью PLM-технологий (управление жизненным циклом изделия), включающих соответствующие программные комплексы [7, 8, 9].

При разработке, создании и эксплуатации уникальных изделий/объектов/проектов (строительство АЭС и нефтяных платформ, судостроение, химическое производство, объекты нефтегазового комплекса и др.) широко используют методы так называемого многомерного информационного моделирования типа Multi-D Engineering (технология управления процессами жизненного цикла сложных инженерных объектов) и/или BIM (информационное моделирование сооружений) [10].

Такие технологии используют информационную среду для цифрового представления физических и функциональных характеристик изделия/объекта в различных плоскостях деятельности и на протяжении всего жизненного цикла, например: 3D - применение трёхмерных компьютерных моделей при проектировании и эксплуатации; 4D (3D+1) - учёт времени (как измерения) при проектировании и изготовлении/строительстве изделия/ объекта; 5D (4D+1) - учёт финансов (как измерения) при проектировании и изготовлении/строительстве изделия/ объекта; 6D (5D+1) - учёт технологических процессов и жизнедеятельности при эксплуатации изделия/объекта; 7D (6D+1) - связь трёхмерной модели с информацией.

Основополагающее ядро современных индустриальных информационных технологий - цифровая 3D-модель изделия/объекта, которая позволяет проводить различные конструкторские/расчетные/проектные процедуры вплоть до «визуализации» как самого изделия/объекта, так и выполнения им рабочих и технологических функций на всех стадиях жизненного цикла.

Изложенные информационные подходы обеспечивают выполнение индикаторов современного индустриального производства в контексте информационной интеграции стадий жизненного цикла изделий/объектов в формате CALS-технологий, таких как целеполагание (процесс выбора целей управления с установлением допустимых отклонений параметров производственной системы); интегрированные базы данных (системы управления базами данных об изделиях/объектах и их параметрах и характеристиках); интегрированные программные комплексы (программные комплексы управления в реальном масштабе времени и на всех стадиях жизненного цикла); электронный документооборот (средства управления электронной конструкторской/проектной/эксплуатационной документацией и электронной цифровой подписью); оперативный и стратегический контроллинг (интегрированные методы планирования и контроля бизнес-процессов в режиме реального времени для выполнения проектов); система мониторинга (непрерывный сбор данных по продукционным и бизнес-процессам, их сравнение с набором контрольных показателей, отражающих динамику изменения текущего состояния процессов); система оптимизации производства (непрерывное совершенствование продукционных и бизнес-процессов как элемент управления высокотехнологичной наукоемкой производственной системой) и др.

На основе изложенного авторы впервые в мировой практике осуществили разработку принципов и подходов к построению многомерной информационно-технологической конструкции (аналога цифровой SD-модели в CALS-системах), объединяющей в своем формате продукционные процессы, технологии, операции и инженерное обеспечение промышленного садоводства.

Разработанная конструкция позволяет адаптировать эффективно функционирующие апробированные программные комплексы и информационные системы высокотехнологичных машиностроительных производств к проблемам отрасли промышленного садоводства (обеспечить диффузию технологий), что, по мнению авторов, позволит создать научно-технологический задел для управления и реализации промышленного садоводства как эффектно функционирующей высокотехнологичной отрасли. Информационно-технологическая плоскость «Технологические процессы» этой конструкции будет включать базу данных элементов агробиологических, агротехнических и продукционных моделей и мероприятий проектирования/ эксплуатации промышленных интенсивных садов; «Технологические операции» - базуданных способов реализации, предлагаемых технологий эксплуатации промышленных интенсивных садов; «Инженерное обеспечение» - базу данных средств технико-технологического сопровождения и вариантов их использования при реализации технологических операций.

Такая многомерная конструкция представляет собой своеобразный «морфологический ящик» Цвикки, позволяющий формировать различные комбинации технико-технологического обеспечения производства в зависимости от различных условий и ситуаций. Процедура выбора требуемых комбинаций будет осуществляться с использованием информационных и бизнес-технологий на всех этапах жизненного цикла производства/эксплуатации, что в итоге позволит вывести промышленное садоводство в разряд эффективно функционирующей индустриальной отрасли.

Отличительная особенность предложенной информационно-технологической SD-модели - возможность ее непрерывного наполнения новыми знаниями и приобретенным опытом, а также эффективного управления полученными знаниями. Причем морфологические осо-

бенности предлагаемой модели позволяют наполнять ее элементами сверхновых «прорывных» технологий типа «вертикальных многоэтажных садов» и/или производства продукции с использованием ßD-биопринтеров.

В соответствии с особенностями функционирования промышленного садоводства, авторами разработаны базовые научные принципы использования информационных технологий с учетом агротехнологических и продукционных процессов. Предлагаемая модель индустриализации и управления отраслью (см. рисунок) обозначена авторами как TIM (Technology Information Modeling) - Информационное моделирование технологий в промышленном садо-водств и основана на следующих базовых принципах:

принципиальный базовый объект - элементы машинных технологий промышленного садоводства в виде массивов информации или баз данных (технико-технологические требования, технологические процессы, технологические карты и др.);

принцип трёхмерного технико-технологического проектирования - ßD-модель = Ф (D1, D2, D3), основанный на процессном подходе и подобии функционирования систем (функциональное подобие), определяющий проектирование ßD-модели как построение трехмерной конструкции с координатами: D1 - технологические процессы; D2 - технологические операции; D3 - тип машин и оборудования. Этот принцип предполагает, что при одной целевой установке (целеполагания процессов) и однозначности выходных характеристик технологические процессы могут содержать различные операции, которым, в свою очередь, соответствуют разные типы машин;

Рисунок. Структурно-функциональная схема Т1М-техно-логии в промышленном садоводстве.

принцип управления сроками - 4D-модель = Ф Т), определяющий структуру и содержание 3D-модели как функцию производственных циклов Т (например, раскорчёвка сада, закладка сада, содержание и уход за молодым садом, содержание и уход за плодоносящим садом и др.);

принцип управления ресурсами - 5D-модель = Ф (4D, Q), определяющий материальное и финансовое обеспечение Q функционирования промышленного сада на протяжении всего жизненного цикла;

принцип обеспечения жизнедеятельности -6D-модель = Ф О), обеспечивающий нормальную эксплуатацию промышленного сада на основе непрерывного мониторинга О на протяжении всего жизненного цикла.

Литература.

1. Завражнов А.А., Ланцев В.Ю. Управление качеством в системе машинных технологий интенсивного садоводства в соответствии со стандартами ИСО 9000 и ИСО 14000/ Современные системы производства, хранения и переработки высококачественных плодов и ягод // Материалы научно-практической конференции. Тамбов: ОАО «Тамбовская типография «Пролетарский светоч», 2010. С. 181-187.

2. Завражнов А.И., Завражнов А.А. Система стандартов качества ISO в мелкосерийном производстве садовой техники / Задачи МИС Минсельхоза России в технической и технологической модернизации сельскохозяйственного производства. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2012. С. 102-109.

3. Завражнов А.И., Завражнов А.А., Ланцев В.Ю. Направления и приоритеты развития производства техники для садоводства с учетом работы в условиях ЕЭП и ВТО// Вестник МичГАУ. 2012. №3. С. 27-30.

4. Актуальные проблемы создания новых машин для промышленного садоводства / А.Ю. Измайлов, Я.П. Лобачевский, И.Г. Смирнов, Д.О. Хорт// Сельскохозяйственные машины и технологии. 2013. № 3. С. 20-23.

5. Трунов Ю.В., Завражнов А.А., Еремеев Д.Н. Повышение эффективности российского садоводства на основе использования интенсивных типов садов и машинных технологий их возделывания. Достижения науки и техники АПК. 2013. № 4. С. 41-43.

6. Трунов Ю.В. Координация научных исследований и стратегические задачи садоводства России//Плодоводство и яго-доводство России: сб. науч. работ. М.: ВСТИСП, 2010. Т. XXVII. С. 203-208.

7. Григорьев Д.И. Моделирование бизнес-процессов предприятия: учеб. пособие. М.: ИРЦ, 2006. 214 с.

8. Давыдов А.Н., Барабанов В.В., Судов Е.В. CALS-технологии: основные направления развития//Стандарты и качество. 2002. №7. С. 12-18.

9. Судов, Е.В., Левин А.И. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России. М.: НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика», 2002. 131 с.

10. Талапов В.В. Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий. М.: ДМК Пресс, 2011. 392 с.

INDUSTRIAL HORTICULTURE AS A MANAGED INFORMATION AND TECHNOLOGY SYSTEM

V.A. Babushkin1, A.I. Zavrazhnov1, Yu.V. Trunov2

1Michurinsk State Agrarian University, ul. Internatsional'naya, 101, Michurinsk, Tambovskaya obl., 393760, Russian Federation 2I.V. Michurin Federal Scientific Center,ul. Michurina, 30, Michurinsk, Tambovskaya obl., 393764, Russian Federation Summary. Turning of the modern horticulture into high-tech industrial sector is the main trend of its development and provision of food security of any developed country. An effective solution to these problems is possible on the basis of the so-called convergent technologies, which provide for a synergistic use of the knowledge and tools of high-technology and knowledge-intensive industrial sectors. The article reveals the main problems of industrial gardening and proposes their solutions based on information and technology modeling. Currently, domestic science suggests introducing items only of "breakthrough", information and business technologies in industrial gardening. However, as international experience shows, partial, fragmentary technification and computerization of certain types of industrial activity, as well as the implementation of advanced information technologies in the traditional organizational and technological environment, at best does not meet expectations in full measure, and more often it yields a loss and disappointment. The authors for the first time in the world developed the principles and approaches to the construction of a multi-dimensional information and technological design (the analog of the digital 3D model in the CALS-systems), uniting in its format production processes, technologies, operations, and engineering support of industrial horticulture. The developed design enables to adapt the well-functioning and proven software and information systems of high-tech engineering industries to the problems of the commercial horticulture industry (to ensure the diffusion of technology). This, in the view of the authors, will enable to create a scientific and technological foundation for the management and implementation of the world and domestic commercial horticulture as an effectively functioning high-tech industry.

Keywords: horticulture, fruit and berries, intensive technologies, system of machines and technologies, information and technology modeling. Author Details: V.A. Babushkin, D. Sc. (Agr.), rector; A.I. Zavrazhnov, member of the RAS, chief research fellow (e-mail: president@ mgau.ru); Yu.V. Trunov, D. Sc. (Agr.), director

For citation: Babushkin V.A., Zavrazhnov A.I., TrunovYu.V.Industrial Horticulture as a Managed Information and Technology System. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V. 30. No. 11. Pp. 110-112 (in Russ.).