УСТРОЙСТВО И СПОСОБ КООРДИНАЦИИ МАШИННОГО ПАРКА
APPARATUS AND METHOD FOR COORDINATING TRAIN OF MACHINES

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству и способу координации машинного парка, в особенности мобильных сельхозмашин, создающим возможность эксплуатации машин с высокой степенью производительности.
Уровень техники
Специализированные сельхозмашины, такие как уборочные машины, зачастую требуются для сельскохозяйственной эксплуатации лишь в течение короткого промежутка времени в году, когда требуется выполнение работы, для которой предназначена эта специализированная машина. В целях улучшения рентабельности для сельскохозяйственного предприятия может представлять экономический интерес не владеть самому такими машинами, а обеспечить надежный доступ к ним только на то время, когда они нужны, при этом такие машины могут находиться во владении товарищества, предпринимателя-арендодателя или другого предприятия или лица.
Для организации такого доступа требуется устройство обмена данными, которое позволяет пользователю оценивать, возможен ли желаемый доступ, и способствует распределению такого доступа с эффективной загрузкой машин.
Из патентного документа ФРГ №10245169 А1 известна система, которая поддерживает обмен информацией между пользователями и мобильными сельхозмашинами, причем она позволяет пользователям вносить изменения в данные, записанные в системе.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в дальнейшем развитии такой системы таким образом, что она способствует использованию мобильных машин с высокой производительностью.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет того, что в устройстве для координации машинного парка, которое содержит память для записи множества наборов данных, интерфейс для связи с множеством пользователей и административный модуль, выполненный с возможностью выполнения изменений в наборах данных в качестве реакции на запросы пользователей, каждый набор данных представляет заданную часть рабочей мощности (или производительности, что рассматривается в данном контексте, как эквивалентные понятия) машины машинного парка, изменения относятся к выделению части рабочей мощности, представленной набором данных, пользователю, запросившему изменение, а административный модуль выполнен таким образом, что допускает изменение набора данных по запросу пользователя, если набор данных не выделен никакому другому пользователю и уровень приоритета изменения, сообщаемый запросившим пользователем, достигает порога, предварительно заданного для соответствующей части.
За счет того, что последующее запрашивающее устройство вынуждено количественно оценивать свой последующий запрос, устройство получает возможность при выделении каждого набора данных последующим пользователям, которые не связаны с определенным набором данных, рекомендовать такие наборы данных, которые не могут быть использованы менее гибкими пользователями. Таким образом, устройство обеспечивает удовлетворение максимально возможного числа последующих пользователей и хорошую загрузку координируемых им машин.
Предпочтительно административному модулю предварительно выдано предписание для установления отдаления по времени между двумя наборами данных. Это позволяет административному модулю определять, находится ли данный набор данных вблизи другого набора данных или нет, причем административный модуль выполнен таким образом, чтобы устанавливать порог на основе частоты выделенных наборов данных среди наборов данных, находящихся вблизи набора данных, подлежащего изменению. На основе доли уже выделенных наборов данных вблизи запрашиваемого набора данных устройство может динамично оценивать, насколько настоятельна потребность в запрашиваемом наборе данных для последующих субъектов запроса и других внешних клиентов.
Оптимальным образом каждый набор данных соответствует промежутку времени эксплуатации одной машины машинного парка. В этом случае отдаление по времени между двумя наборами данных предпочтительно определяется таким образом, что оно возрастает с увеличением промежутка времени между наборами данных.
Согласно первому предпочтительному примеру осуществления административный модуль выполнен таким образом, чтобы определять частоту выделенных наборов данных среди наборов данных, находящихся вблизи конкретного набора данных, с предварительно заданными промежутками времени от времени, которое соответствует данному набору данных. Это означает, что между двумя операциями определения степени загрузки не изменяется уровень приоритета, который пользователь должен указать для того, чтобы получить выделение запрошенного набора данных. Благодаря этому для пользователя улучшается предсказуемость результата запроса.
Согласно альтернативному предпочтительному примеру осуществления административный модуль выполнен таким образом, чтобы определять долю выделенных наборов данных среди наборов данных, находящихся вблизи конкретного набора данных, для каждого запроса данного набора данных. При таком осуществлении для пользователя не так предсказуем результат запроса, но с другой стороны, может достигаться лучшая степень загрузки машин.
Предпочтительно порог является убывающей функцией промежутка времени между текущим моментом и временем, соответствующим набору данных. Другими словами, при определенной частоте выделенных наборов данных в окружении конкретного набора данных порог тем ниже, чем ближе в будущем лежит промежуток времени, соответствующий данному набору данных. За счет этого обеспечивается преимущество для краткосрочных запросов еще не выделенных оставшихся наборов данных и сведение к минимуму промежутков времени, когда машины не используются.
В том случае, когда машинный парк содержит несколько машин, предназначенных для выполнения одной и той же задачи, отдаление по времени между двумя наборами данных, относящимся к машинам, предназначенным для выполнения одной и той же задачи, является независимым от идентичности машин. Другими словами, если наборы данных соответствуют каждый промежутку времени эксплуатации машин, то установленное предписанием отдаление по времени двух одинаковых промежутков времени двух наборов данных, которые относятся к двум одинаковым промежуткам времени эксплуатации двух различных машин, от третьего набора данных всегда остается одним и тем же.
Поскольку с течением времени может изменяться уровень приоритета потребности пользователя в определенной части рабочих мощностей, в предпочтительном примере осуществления административный модуль выполнен таким образом, чтобы по запросу пользователя аннулировать выделение набора данных внешнему субъекту и выделять ему новый набор данных. Такое новое выделение может выполняться без дополнительных запросов, если порог для нового набора данных ниже порога для первоначально выделенного набора данных. В другом примере осуществления предпочтительно новое выделение выполняется только в том случае, если уровень приоритета, указанный для нового выделения, по меньшей мере, равен разности между порогом для нового набора данных и порогом для первоначально выделенного набора данных.
Для объективного и справедливого заключения об уровне приоритета запросов различных пользователей может быть создан каталог критериев, наличие или отсутствие которых у пользователей может быть объективно проверено децентрализованным образом, а также может быть определена формула для расчета количественной величины уровня приоритета на основе результатов проверки. Такое решение особенно целесообразно в тех случаях, когда пользователи являются членами одного хозяйственного предприятия или когда по другим причинам можно полагать, что пользователи безоговорочно сотрудничают друг с другом и ни один из них не пытается получить преимущества за счет других, или же когда определение уровня приоритета производится полностью автоматически без возможности влияния извне. В тех случаях, когда устройство управления и машинный парк с одной стороны и пользователи с другой стороны относятся к различным хозяйственным субъектам, может быть целесообразно определять уровень приоритета по денежной сумме, которую внешний субъект готов уплатить распорядителю машинами за выделение машинных мощностей. Таким образом, пользователь имеет возможность заранее запланировать затраты на эксплуатацию и в любой момент оптимизировать их, так как может взвесить сравнительные выгоды двух вариантов: либо повышенные затраты на резервирование уборочных машин на идеальный срок, либо перенесение резервирования на другой, менее оптимальный срок, в аспекте получения преимуществ от ожидаемого более высокого количества продукции или повышения ее качества.
Решение поставленных задач обеспечивается также способом координации машинного парка, содержащим следующие шаги:
подготавливают множество наборов данных в памяти, причем каждый набор данных представляет заданную часть рабочей мощности машины машинного парка,
принимают запрос пользователя об изменении набора данных, причем изменение относится к выделению части рабочей мощности, представленной набором данных, пользователю, запросившему изменение,
выполняют запрошенное изменение, если набор данных не выделен никакому другому пользователю и уровень приоритета изменения, сообщаемый запросившим пользователем, достигает порога, предварительно заданного для соответствующей части.
Краткий перечень чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения, его другие особенности и преимущества. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает машинный парк с устройством координации по изобретению,
фиг.2 и 3 изображают схемы набора данных в памяти устройства управления на различные моменты времени для пояснения первого способа вычисления порога,
фиг.4 и 5 изображают схемы, аналогичные схемам по фиг.2 и 3, для пояснения второго способа вычисления порога,
фиг.6 изображает схему для пояснения третьего способа, фиг.7 изображает схему для пояснения четвертого способа,
фиг.8 изображает блок-схему для пояснения выполняемого устройством координации способа выдачи пользователю набора данных,
фиг.9 изображает блок-схему для пояснения способа изменения выдачи набора данных.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показана блок-схема устройства координации и окружающей ее среды использования. Административный модуль 1, который может быть реализован в виде компьютера, программируемого соответствующим образом, связан с памятью 2 данных и с множеством пользовательских терминалов 3. В качестве инфраструктуры для связи с терминалами 3 могут известным образом служить общественные или частные сети дистанционной связи, компьютерная сеть или подобные сети.
Административный модуль 1 связан также с радиоинтерфейсом 4, который обеспечивает связь с множеством машин 5 машинного парка. Машины 5 могут дистанционно управляться административным модулем 1 прямым образом посредством указаний, передаваемых через радиоинтерфейс 4. Однако машины 5 могут быть не полностью автоматизированы и не предназначены для автоматизированного выполнения заданий, как это имеет место в случае зерноуборочных комбайнов в данном примере осуществления. В этом случае управление от административного модуля 1 ограничивается тем, что рабочие инструкции передаются на модуль 6 индикации данных, так что оператор машины 5 может принимать инструкции к сведению и выполнять их с помощью машины 5.
В качестве примера использования устройства координации по изобретению в дальнейшем описании рассматривается планирование уборочной компании. При этом само собой разумеется, что устройство координации может также использоваться в других областях, где требуется в пределах заданного промежутка времени распределить имеющиеся в распоряжении ресурсы между множеством пользователей таким образом, чтобы, с одной стороны, достигнуть более высокой степени использования ресурсов и, с другой стороны, оптимально выполнить требования пользователей.
При планировании уборочной компании проблема состоит в том, что предполагаемое время уборки и количество убираемой продукции, а следовательно, время и объем потребности в уборочных машинах могут быть заранее оценены только грубо, то есть в общих чертах. Точный оптимальный срок уборки и количество убираемой продукции зависят от целого ряда факторов, которые становятся известными только в ходе роста культуры или даже только за несколько дней до фактического срока уборки. Так, вследствие колебаний температуры и осадков во время роста культуры момент времени действительного созревания может на несколько дней смещаться вперед или назад по сравнению с многолетними средними данными, а количество подлежащее уборке продукции может отклоняться вверх или вниз от ожидаемой величины. Таким образом, с одной стороны, целесообразно запланировать машинные мощности уже к раннему моменту времени для уборки заданной площади под культурой, чтобы гарантировать наличие этих машинных мощностей. С другой стороны, чем раньше лежит этот запланированный момент времени, тем больше вероятность того, что запланированное время и машинные мощности не будут оптимально соответствовать потребностям.
Устройство координации по изобретению решает эту проблему следующим образом. У пользователя 3, который желает зарезервировать за собой часть рабочих мощностей машин 5 на определенный промежуток времени, оно запрашивает данные об уровне приоритета такого резервирования и производит это резервирование только в том случае, когда данный уровень приоритета достигает порога, установленного административным модулем 1. В качестве критерия для количественной оценки уровня приоритета может быть принята, например, разность между ожидаемыми размерами урожая на запрашиваемый момент времени резервирования и на момент времени, например, на неделю раньше или на неделю позже. Может учитываться также качество убираемой культуры, зависящее от момента времени уборки. Чем раньше момент времени резервирования, тем меньше эта разность, которая может прогнозироваться к данному моменту времени, и соответственно, тем ниже уровень приоритета резервирования. Чем позднее предпринимается резервирование, тем точнее пользователь может спрогнозировать ожидаемую разность и, соответственно, тем выше представляемые им данные уровня приоритета. В качестве важного практического примера может быть рассмотрен случай, когда пользователи 3 с одной стороны и держатель машин 5 с другой стороны относятся к экономически независимым друг от друга субъектам, и держатель машин 5 получает от пользователей 3 плату за использование или аренду машин 5. В этом случае уровень приоритета может количественно оцениваться простым образом по денежной сумме, которую пользователь готов уплатить за получение машин к желаемому моменту времени.
Экономическая эффективность использования машин определяется решающим фактором порога уровня приоритета, который должен быть достигнут для резервирования машинных мощностей. В простом случае в административном модуле 1 может быть предварительно заложено предписание по установлению уровня приоритета только в зависимости от даты, на которую резервируются машинные мощности, и промежутка времени между этой датой и моментом времени резервирования. В общем случае такая инструкция будет устанавливать высокий порог для резервирования в пределах ожидаемого на основании опыта промежутка времени уборки и низкий порог для резервирования за пределами этого ожидаемого промежутка времени уборки. При этом этот порог для данного промежутка времени резервирования возрастает по мере приближения этого промежутка времени резервирования. В том случае, когда часть машинных мощностей остается не зарезервированной незадолго до наступления срока уборки, порог может быть снова снижен для того, чтобы повысить вероятность краткосрочного резервирования и обеспечить непрерывную загрузку соответствующих машин.
Однако такой способ не может удовлетворительным образом учитывать климатические условия в период созревания культур, влияющие на момент времени уборки и количество урожая. Далее на примерах осуществления будут описаны шаги для установления порогов, которые дают возможность такого учета.
Для этой цели на фиг.2 схематично представлено содержание памяти 2 данных на момент времени, в который ожидаемое время уборки продукции машинами 5 еще лежит в далеком будущем. На схеме показано множество содержащих наборы данных клеток памяти 2, расположенных в матрице с множеством строк и колонок. Каждая колонка соответствует определенному промежутку времени, например одному дню, а каждая строка относится к одной из машин 5. В том случае, если машинный парк содержит машины 5 различной производительности, для машин более высокой производительности могут быть предназначены также несколько строк схемы, так что каждая строка соответствует определенной производительности машины, например, выраженной в определенном числе тонн продукции.
В целях наглядности на диаграмме на фиг.2 каждые семь колонок сгруппированы жирными линиями в неделю. Заштриховка отдельных клеток диаграммы показывает, что представляемая данной клеткой рабочая мощность уже предоставлена одному из пользователей 3. Из диаграммы видно, что из сорока двух клеток одной недели на более ранней неделе I занято три клетки, а на более поздней неделе II занято десять клеток. Очевидно, что неделя II ближе к промежутку времени, который оценивается пользователем 3 как оптимальный. Для установления уровня D приоритета, который должен быть представлен пользователем 3 для резервирования для себя клетки, административный модуль 1 определяет степень загрузки машин на данной неделе, то есть он определяет отношение зарезервированных клеток к общему числу клеток на эту неделю и подставляет полученное отношение в качестве аргумента в функцию f, которая является возрастающей функцией данного отношения. Если пользователь имеет подлежащую уборке сельскохозяйственную площадь в благоприятном климатическом положении, что, как правило, соответствует раннему моменту времени созревания, то выбирая между неделей I и неделей II, когда он может ожидать один и тот же урожай, он скорее выберет момент времени на неделе I. При этом на неделе II остается время, доступное для других пользователей, для которых момент времени уборки на неделе I не подходит.
Фиг.3 показывает занятость клеток памяти 2 на более поздний момент времени, при этом более позднее резервирование с момента времени по фиг.2 представлено более редкой заштриховкой. В диаграмме по фиг.3 степень загрузки на неделе I имеет ту же величину 10/42, которая была достигнута на неделе II в диаграмме по фиг.2. Теперь для резервирования на неделе I должен быть определен такой же уровень приоритета, как к моменту времени на неделе II по фиг.2. Загрузка недели II на фиг.3 достигла величины 23/42, так что здесь для резервирования представляемый уровень приоритета выше, чем в случае по фиг.2.
В диаграммах по фиг.2 и 3 вычисление степени загрузки привязано к жесткому промежутку времени, такому как одна неделя. Это может приводить к неудовлетворительным результатам в том случае, когда промежуток времени, за который запросы пользователей 3 на машины 5 достигают максимума, заметно короче данного жесткого промежутка времени. Такая ситуация может создаваться в особенности в тех случаях, когда в районе в течение промежутка времени уборки ожидаются дожди и пользователи данного района заинтересованы в том, чтобы произвести уборку своих площадей до дождей. Способ определения степени загрузки с учетом этой проблемы представлен на фиг.4 и 5. На диаграммах представлено содержание памяти 2 на те же моменты времени, что и на фиг.2 и 3. Когда число занятых клеток в пределах промежутка времени, такого как неделя I или неделя II, достигает предварительно заданной граничной величины, например 10, административный модуль 1 производит подразделение соответствующего промежутка времени на два частичных промежутка времени. В данном примере это частичные промежутки II-1, II-2 времени на неделе II, причем граница между частичными промежутками времени проводится таким образом, чтобы числа поделенных клеток в двух промежутках времени как можно меньше отличались друг от друга. Так, в данном случае частичный промежуток II-1 времени охватывает первые четыре дня недели II и имеет загрузку 4/24, а частичный промежуток II-2 времени охватывает остальные три дня и имеет загрузку 6/18. Соответственно, для того, чтобы зарезервировать клетку в частичном промежутке II-2 времени, пользователь 3 должен предъявить более высокий уровень приоритета, чем для резервирования в пределах промежутка II-1 времени.
Диаграмма по фиг.5 показывает, что резервирование в соответствии с описанным способом привела к подразделению недели I на частичные промежутки I-1, I-2 и подразделению частичных промежутков II-1, II-2 на внутренние интервалы II-11, II-12, II-21, II-22 с раздельным определением их загрузки.
Фиг.6 иллюстрирует способ установления уровня D приоритета, не зависящий от деления календаря на недели. Резервирование представлено аналогично фиг.2. Здесь определение степени загрузки производится отдельно для каждого календарного дня путем того, что зарезервированную клетку данного календарного дня складывают с числом зарезервированных клеток за два предшествующих и два последующих дня и полученное число делят на общее число - 5 дней. При этом получают степень загрузки отдельных дней.
Для того чтобы учесть краткосрочные пики загрузки по аналогии со способом по фиг.4, 5, в качестве дальнейшего развития способа может быть предусмотрено следующее. Если общее число зарезервированных клеток на день резервирования, предшествующий и последующий день превышает граничную величину, при вычислении степени загрузки учитывают только эти три дня. Альтернативно, если число резервирования на данный день превышает вторую, более высокую граничную величину, при вычислении степени загрузки учитывают только резервирование этого одного дня.
Следующий способ установления загрузки будет пояснен со ссылкой на фиг.7. Для установления степени загрузки заданного дня вокруг этого дня создают наименьший симметричный интервал, который содержит предварительно заданное число зарезервированных клеток, например три клетки. Для дней Ic, Id недели I наименьший интервал времени, содержащий три зарезервированные клетки, составляет пять дней. Таким образом, загрузка на этот день составляет 3/30. Для дня Ie интервал равен семи дням, и загрузка на этот день составляет соответственно 3/42. На неделе II временной интервал для дня IIb составляет пять дней и содержит четыре зарезервированные клетки, то есть загрузка дня равна 4/30. Временной интервал для дней IIс, IId составляет три дня с загрузкой, соответственно 4/18 и 6/18. Для дней IIe, IIf временной интервал составляет один день с загрузкой 3/6.
На фиг.8 представлен в виде блок-схемы рабочий процесс административного модуля 1, который может использоваться при выполнении любого из описанных способов установления загрузки. На шаге S1 административный модуль 1 получает от пользователя N или от его терминала 3 запрос на то, чтобы зарезервировать для этого пользователя N часть Т рабочих мощностей машин 5. При этом указанная часть или доля определяется посредством момента времени, то есть календарного дня, когда требуются рабочие мощности, и указанием желаемой машины 5. Таким образом, эта часть соответствует одной или нескольким клеткам или одному или нескольким наборам данных, представленным на фиг.2-7. В целях наглядности описания в дальнейшем принимается, что часть Т точно соответствует одному набору данных, так как при этом распространение на несколько наборов данных не представит никаких трудностей. Вначале, на шаге S2 административный модуль 1 проверяет, не выделена ли уже эта часть Т одному из других пользователей. Если выделена, то запрос пользователя N должен быть отклонен на шаге S3.
В том случае, если часть Т еще не выделена другому пользователю, административный модуль 1 на шаге S4 определяет порог S(T) уровня приоритета, который должен иметь запрос пользователя N для резервирования за ним части Т. Это определение может выполняться таким образом, что административный модуль 1 на момент времени шага S4 определяет степень загрузки, соответствующую заказываемой части Т, на основе способа, описанного выше со ссылками на фиг.2-7, и вычисляет порог S(T) уровня приоритета как монотонно возрастающую функцию f степени загрузки для времени этой части Т. Альтернативная возможность состоит в том, чтобы определять степень загрузки для времени этой части Т либо в определенные моменты времени, либо с предварительно заданными промежутками времени от времени набора, соответствующего этой части Т, и записывать в таблицу порог S(T) уровня приоритета, соответствующий этой степени загрузки. В этом случае в промежутке между двумя моментами времени актуализации порог S(T) остается неизменным, так что пользователь N может предварительно оценить требуемый уровень D приоритета для успешного резервирования.
В заключение на шаге S5 административный модуль 1 сравнивает полученный от пользователя N уровень D приоритета с порогом S(T), установленным на шаге S4. Если представленный пользователем N уровень D приоритета, по меньшей мере, равен порогу S(T), на шаге S6 соответствующая часть Т рабочих мощностей выделяется пользователю, и на шаге S7 административный модуль 1 в соответствии со временем, соответствующим части Т, своевременно посылает команду на одну из машин 5 для выполнения ею желаемой работы для пользователя N.
Пользователь, который резервирует части рабочих мощностей заранее и тем самым создает надежность планирования для распорядителя машинами, вознаграждается тем, что ему для успешного резервирования требуется относительно низкий уровень приоритета. Пользователь 3, слишком затягивающий резервирование, должен учитывать риск того, что его запрос не будет выполнен, поскольку либо не будет свободных рабочих мощностей, либо он не сможет получить их при более высоком уровне приоритета.
Раннее резервирование рабочих мощностей создает для пользователя N риск того, что зарезервированное время или мощность в более поздний момент времени окажутся не соответствующими потребности. Причиной может быть то, что действительное ожидаемое количество урожая в момент резервирования оказалось завышенным, а также то, что на более поздней стадии представляется более целесообразным другой промежуток времени, отличный от зарезервированного. Для разрешения этой проблемы административный модуль 1 может быть выполнен таким образом, чтобы в дополнение к способу по фиг.8 выполнять следующий способ, описываемый со ссылкой на фиг.9. Здесь на первом шаге S11 административный модуль 1 принимает от пользователя N, для которого уже зарезервирована часть Т1 рабочего времени, запрос на резервирование вместо этой части Т1 другой части Т2 рабочего времени. Вначале на шаге S12 административный модуль 1 проверяет, действительно ли пользователю N выделена указанная в запросе часть Т1. Если нет, то запрос пользователя N должен быть отклонен на шаге S13. Если пользователю N действительно выделена часть Т1, на следующем шаге S14 проверяется, не выделена ли уже эта часть Т какому-то другому пользователю. Если выделена, то запрос пользователя N также может быть отклонен на шаге S13. Если получен отрицательный результат, то на шагах S15, S16 производится определение порогов S(Т1) и S(Т2) соответственно для части Т1 и Т2. Как это было описано выше для шага S4, это определение может производиться на основе степени загрузки на момент времени этих шагов S15, S16 или на основе степени загрузки, определенной независимо от запроса в более ранний момент времени.
На шаге S17 уровень D приоритета, указанный на шаге S11, сравнивается с разностью между порогами S(Т1) и S(Т2). Если порог для Т2 ниже порога для Т1, то есть запрос на часть рабочего времени Т2 меньше, чем на Т1, то изменение резервирования полезно также и для распорядителя машинами 5, так что на шаге S18 часть Т2 резервируется для пользователя N, а резервирование на часть Т1 аннулируется. То же самое происходит, если порог S для части Т2 выше порога для части Т1, но указанный уровень D приоритета имеет величину, по меньшей мере, равную разности порогов S(T1)-S(T2). В этом случае на шаге S19 на одну из машин 5 своевременно посылается команда на выполнение в настоящее время задания N в части Т2.