Моделирование управления технологическими процессами в растениеводстве

ЭКОНОМИКА

УДК 631. 17

МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ

Л. Ю. Ададимова, канд. экон. наук; А. М. Косачев, доктор с.-х. наук, профессор; Ю. Г. Полулях, доктор экон. наук, профессор, действительный член МАИЭС

ГНУ Поволжский НИИ экономики и организации АПК Россельхозакадемии, г. Саратов, e-mail: adadimova@san. т

Изложены результаты исследований и создания семейства разработанных в геоинформационной среде экономико-математических моделей, позволяющих осуществлять: планирование и организацию проведения технологических операций, контроль качества их выполнения; прогнозирование урожайности и конечных экономических результатов; визуализацию пространственно распределенной информации с применением геоинформационных технологий.

Ключевые слова: модели, технологии, управление, геоинформационные системы, цифровые карты.

В современных динамичных и нередко разнонаправленных рыночных процессах (спрос и предложение, цены на продовольствие и материально-технические средства производства, стоимость услуг и т. д.) крайне необходимым является постоянный мониторинг, сопоставления в динамике затрат и конечных результатов. Нужны новые подходы к поиску путей повышения эффективности производства. Одним из них является моделирование происходящих организационно-экономических процессов и технологий производства продукции.

В процессе исследований на основе расчета коэффициентов эффективности интенсификации нами был разработан организационно-экономический механизм управления технологией возделывания сельскохозяйственных культур, положенный в основу моделирования.

Целью исследований явилась разработка экономико-математических моделей управления технологиями возделывания сельскохозяйственных культур.

Были поставлены и решены следующие задачи:

- проанализировано современное состояние управления технологией и определе-

на эффективность производства растениеводческой продукции;

- созданы методология и инструментарий формирования моделей механизма управления технологией;

- разработана базовая модель управления возделыванием сельскохозяйственных культур, позволяющая формировать различные типы технологий и адаптировать их к конкретным производственно-экономическим и почвенно-климатическим условиям;

- сформирован экономико-математический механизм придания технологической модели функций управления производством, мониторинга, анализа, прогноза и оптимизации использования природно-произ-водственных ресурсов.

О необходимости разработки системы управления технологическими процессами в сельском хозяйстве, и прежде всего в растениеводстве, свидетельствуют существенные различия между отдельными товаропроизводителями в составе муниципальных районов, зон и микрозон по технологическому уровню. В частности, колебания среди районов Саратовской области по размерам затрат на 1 га посева зерно-

вых культур в 2007 году находились в пределах от 2,02 тыс. руб. в Ртищевском районе до 5,53 тыс. руб. в Аткарском.

Расходы на использование нефтепродуктов, характеризующие энергоемкость технологии, менялись от 360 руб. в Арка-дакском до 1220 руб. в Базарно-Карабулак-ском районе. Минеральные удобрения в пяти районах вообще не вносились. В 19 районах производители затратили на них в расчете на 1 га не более 100 рублей, а в остальных - менее 500 руб./га. И только в Аткарском районе эти затраты превысили тысячу рублей.

В большом диапазоне менялась урожайность: от 7,1 ц/га в Ровенском районе до 19,7 ц/га в Пугачевском.

На основе приведенных сопоставлений выполнены расчеты относительной эффективности интенсификации производства зерна, как важнейшего критерия высоты технологии и уровня управления ею, измеряемого отношением индекса урожайности к индексу затрат в расчете на 1 га посевной площади. С его помощью определены размеры экономии затрат у одних и неэффективного вложения у других производителей зерна.

Анализ указывает на наличие достаточно больших резервов как для увеличения объемов производства зерна, так и для более производительного использования всех имеющихся ресурсов. Но это станет возможным лишь при коренном изменении управления технологиями возделывания сельскохозяйственных культур.

В настоящее время имеется достаточно большое число работ по созданию электронных технологических карт. Многие аграрные НИИ и вузы создавали их ранее [2, 3, 4] и создают сейчас. Причем нередко карты приобретают форму и статус моделей производства продукции полеводства. В частности, во Всероссийском НИИ механизации агрохимического и материально-технического обеспечения сельского хозяйства (ВНИМС) еще в 1989 году была начата работа по созданию компьютерной системы по адаптации агротех-нологических приемов в сельскохозяйственном производстве. Базой для исследований послужили разработанные институтами РАСХН под руководством академиков Л. П. Кормановского, Н. В. Крас-нощекова и А. А. Артошина типовые технологии по возделыванию сельскохозяйственных культур.

Много лет работает в области моделирования технологических процессов Агрофизический научно-исследовательский ин-

ститут [2]. Его современные исследования направлены на разработку методов управления продукционным процессом посевов в условиях пространственно-временной неоднородности среды обитания растений. Институт разрабатывает комплекс информационно-технологических приемов точного земледелия, а также новые методы оценки и прогноза агроклиматических показателей.

Л. И. Стрикунова определяет факторы и степень адекватности качества управления технологиями и предлагает набор критериев оценки уровня эффективности технологических процессов [5]. Конечной целью является проведение классификации сельхозпредприятий по уровню технологической оснащенности и определение наиболее эффективных методов управления технологическим развитием хозяйств.

В работе В. Н. Кузнецова, В. В Гарька-вого и Н. Ф. Гайворонской, в отличие от работы Л. И. Стрикуновой, где не был показан математический аппарат, напротив, более 20 % текста посвящено описанию алгоритмов, что может способствовать развитию программирования в других НИИ, другими исследователями. Авторы считают, что разработанная ими система «прогнозирование - планирование - программирование - финансирование» представляет собой наиболее законченное выражение новых взглядов на управление процессами технологического развития [6].

В Российском государственном аграрном университете - МСХА им. К. А. Тимирязева разработан проект агроландшафт-ного земледелия и агротехнологий, в котором предлагается «освоение информационной аналитической системы по управлению технологическими процессами» [7]. Эта система ориентирована на обеспечение точного исполнения запланированных для каждого поля агротехнических приемов с использованием геоинформационных систем (ГИС).

Наиболее полным комплексом экономико-математических моделей, буквально их энциклопедией, на наш взгляд, является работа С. Б. Огнивцева и С. О. Сиптица [3]. В её главе «Методический базис математического моделирования АПК» приведен достаточно большой перечень «субмоделей» самых разных аспектов технологических процессов в растениеводстве. Математическое описание некоторых «субмоделей» явилось теоретической основой выполненной нами работы.

На основе накопленного собственного опыта по программному обеспечению НИР,

Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 87

обоснованию бизнес-планов и инвестиционных проектов разработана принципиальная схема и алгоритм расчетов технологических карт возделывания подсолнечника и зерновых культур, которые в процессе перевода в электронный вид и встраивания аналитического и прогнозно-расчетного механизмов превращены в экономико-математические модели технологии производства продукции и стали надежным инструментом управления технологическими процессами [8, 9, 10].

Базовая модель управления технологией производства позволяет: планировать проведение агротехнических и других операций, в совокупности составляющих технологический процесс; организовывать их проведение; контролировать ход и качество исполнения; определять потребности и регулировать использование технических, материальных и трудовых ресурсов; оптимизировать затратоёмкость технологии и максимизировать экономические результаты.

На основе базовой модели строится семейство частных моделей, имеющих более конкретные цели и относительно узкие, специализированные задачи. Среди них:

- модель технологического мониторинга, прогноза урожайности и экономической эффективности производства сельхозкультур, задачей которой является отслеживание хода технологического процесса, количественная и качественная оценка проведения каждой технологической операции и прогнозирование возможного отклонения фактической урожайности от плановой, а также учет фактических расходов, их сопоставление с плановыми и прогнозирование ожидаемой себестоимости продукции;

- аналитическая модель управления технологией, позволяющая проводить анализ связей нормативов входного модуля с показателями конечного результата, содержащимися в выходном модуле; находить коэффициенты влияния (эластичности) факторов на результат; устанавливать наличие обратных связей. Она является важнейшим инструментом экономического анализа и управления эффективностью технологии производства продукции;

- модель климатического мониторинга, прогноза урожайности и управления эффективностью производства. С ее помощью на основе данных Гидрометеослужбы и её прогнозов по уравнениям связи урожайности сельскохозяйственных культур с количеством атмосферных осадков и значениями среднесуточных температур осуществляется корректировка прогнозных рез-

ультатов в зависимости от складывающихся погодных условий и других внешних факторов;

- модель управления технологией и мониторинга процесса производства сельскохозяйственных культур по данным фенологических наблюдений. Эта модель, базируясь на экспертных оценках состояния посевов по фазам развития растений и прогноза возможного уровня и качества урожая и даже цены его реализации, позволяет разрабатывать технологические и организационно-экономические меры реагирования на отклонения от запланированных показателей.

Совершенно иное качество созданные модели приобретают при их помещении в геоинформационную среду. Делается это с помощью геоинформационных технологий, которые можно определить как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации о заданном объекте. Основой любой геоинформационной системы является цифровая картографическая информация - цифровые карты и планы различных масштабов. Они применяются для отображения пространственного расположения объектов и представления дополнительной числовой информации.

Геоинформационные технологии предназначены для повышения эффективности процессов управления, хранения и представления информации, разработки и поддержки принятия решений. В частности, разработанные нами модели подключены к ГИС МартЮ, которая позволяет активно использовать ряд дополнительных показателей: местоположение, транспортную составляющую в экономических показателях, климатические и почвенные характеристики, совокупную оценку природных ресурсов и др.

Источниками геоинформации, кроме топографических крупномасштабных карт, служат карты внутрихозяйственного землеустройства, почвенные, агрохимические и другие. Используются материалы агрохимического обследования и внутрихозяйственной кадастровой оценки земель.

Испытание геоинформационной модели управления технологическими процессами демонстрируется на примере возделывания подсолнечника в опытно-производственном хозяйстве (ОПХ) «Солянское» Пугачевского района Саратовской области. С помощью оцифрованной кадастровой карты с нанесенными на неё результатами агрохимического обследования пашни по средневзвешенному содержанию легкогидролизуемого

Содержание фосфора, отклонения от среднего, ед

1,12

1,06

1

0,88

0,76

Рис. 1. Дифференциация основных показателей плодородия почв по полям севооборотов ОПХ «Солянское»

азота, подвижного фосфора и обменного калия показана дифференциация плодородия почв по полям севооборотов (рис. 1).

Коэффициенты влияния колебаний элементов питания на величину урожая устанавливаются на основе научных данных и экспертных оценок. При этом исходят из того, что прирост урожая может быть обеспечен при учете всех трех элементов, т. е. при совместном их воздействии.

Скорректированная урожайность, ц/га

Использование управляющего модуля в расчетах приводит к немедленному пересчету показателей и обновлению результатов в выходном модуле, которые затем автоматически переносятся в новый блок расчетно-прогнозного модуля геоинформационной модели с целью корректировки урожайности сельскохозяйственных культур по содержанию в почвах элементов питания растений (таблица).

п 9,65 9,73

8,19 - 9,65

7,95 8,19

7,84 - 7,95

и 7,12 - 7,84

Рис. 2. Корректировка урожайности сельхозкультур по содержанию в почвах элементов питания (информация на карте: скорректированная урожайность, ц/га;

цена 1 га земли, тыс. руб.)

Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 89

Корректировка урожайности сельскохозяйственных культур по содержанию в почвах элементов питания растений

№ п/п Наименование и номер севооборота Номер поля в севообороте Площадь, га Расчетная урожайность в технологической карте, ц/га (У^ Корректирующий коэффициент, ед. Скорректированная урожайность, ц/га Результат

прибыль, руб./га совокупная земельная рента, руб./га цена земли, тыс. руб./га

1 Сев-т кормовой 1 к 460 8,0 1,06 8,49 1306,9 866,0 28,87

2 к 2к 470 8,0 0,99 7,88 985,1 652,8 21,76

3 3к 447 8,0 0,99 7,88 985,9 653,4 21,78

4 4к 41 0 8,0 0,90 7,21 630,9 418,2 13,94

Итого по сев-ту 1787 8,0 0,98 7,82 954,3 632,4 21,08

17 Сев-т полевой 4-1 200 8,0 0,87 6,95 496,9 329,4 10,98

18 4 4-2 61 2 8,0 0,95 7,62 849,8 563,2 18,77

19 4-6 298 8,0 0,89 7,12 584,5 387,5 12,91

20 5 5-1 304 8,0 1,22 9,73 1959,9 1298,6 43,28

21 5-2 240 8,0 0,99 7,91 998,7 661,8 22,06

22 5-3 41 8 8,0 0,95 7,56 817,4 541,8 18,06

Итого по сев-ту 2072 8,0 0,97 7,78 930,7 616,8 20,56

Итого по хоз-ву 9864 8,0 1,00 8,00 1047,9 694,4 23,15

Min 4-1 200,0 8 0,87 6,95 496,9 329,4 10,98

Max 5-1 304,0 8 1,22 9,73 1959,9 1298,6 43,28

отнош. max к min 4,22 1 1,40 1,40 3,94 3,94 3,94

тограмме демонстрируется не только корректировка урожайности по содержанию в почвах элементов питания, но и связанная с ней дифференциация прибыли и цены земли. С помощью цвета (раскраски) показаны колебания прибыли в диапазоне от 490 до 1960 руб./га. Непосредственно на каждое поле нанесена информация: номер севооборота, номер поля в севообороте, площадь, величина урожайности и цена земли.

На рис. 3 дифференциация размера прибыли, полученной с 1 га, демонстрируется в трехмерном (3D) изображении.

В качестве третьего измерения использован непосредственно показатель прибы-

Рис. 3. Корректировка урожайности сельхозкультур по содержанию в почвах элементов питания

Такая дифференциация урожая, с учетом постоянства некоторой части затрат, приводит к значительно большим (почти вдвое) колебаниям прибыли, как наиболее чувствительной величины из всех экономических показателей, характеризующих расширенное воспроизводство. Почти в такой же пропорции изменяются земельная рента и цена земли.

Дифференциация экономических показателей хорошо иллюстрируется на тематических картах в двухмерном (рис. 2) и особенно в трехмерном (рис. 3) изображениях.

На рис. 2 на обычной двухмерной (отображение показателей на плоскости) кар-

ли в расчете на 1 га. Он формирует высоту поверхности. Очень четко в виде выступа (пика) просматривается преимущество первого поля пятого севооборота площадью 304 гектара и ценой 1 га земли 43,3 тыс. руб. Наихудшее по плодородию и экономическим показателям первое поле четвертого севооборота с самой низкой прибылью с 1 га - 490 руб. отображено наибольшей впадиной.

ГИСы позволяют привлечь к управлению технологиями ещё один, достаточно важный, но слабо реализуемый пока источник информации для постоянной загрузки моделей с целью анализа и прогноза результативности технологических процессов - данные дистанционного зондирования (ДДЗ). Без них сейчас уже не мыслима ни одна серьёзная геоинформационная система. С помощью дистанционного зондирования возможна актуализация имеющихся карт (уточнение границ и др.), а специальные программные средства позволяют трансформировать полученную информацию в геоинформационную систему, проводить одномерный и многомерный анализ полученных снимков, векторизировать и интегрировать с другими данными.

Конечной целью моделирования управления технологическими процессами является его смыкание с технологиями точного земледелия (ТЗ) и последующая их интеграция в состав самих моделей. В настоящее время все предпосылки числового, текстового и картографического характера для этого уже созданы, остаётся лишь найти соединительное звено, через которое будут осуществляться прямые и обратные связи организационно-экономической надстройки, в виде разработанных управляющих моделей, с её технико-технологическим базисом - точным земледелием.

Литература

1. Миронов, С. М. Ключевой фактор ускорения технико-технологической модернизации агропродовольственного комплекса / С. М. Миронов // Экономика сельского хозяйства России. - № 4. - 2010. - С. 35-46.

2. Моделирование продуктивности аг-роэкосистем / Н. Ф. Бондаренко, Е. Е. Жуковский, И. Г. Мушкин и др. - Л.: Гидроме-теоиздат, 1982. - 262 с.

3. Огнивцев С. Б. Моделирование АПК: теория, методология, практика / С. Б. Огнивцев, С. О. Сиптиц. - М.: Энциклопедия российских деревень, 2002. - 280 с.

4. Евстропов, А. С. Адаптивная экономико-математическая модель производства продукции полеводства / А. С. Евстро-пов, Э. Л. Лайкам, Т. Г. Солдатова // Экономика сельскохозяйственного производства и перерабатывающих предприятий. -№ 4. - 2004. - С. 7-9.

5. Стрикунова, Л. И. Совершенствование управления технологическими процессами в отрасли растениеводства: Автореф. дис. ... канд. экон. наук / Л. И. Стрикунова. -СПб., 2010. - 22 с.

6. Экономико-математическая модель прогноза технологического развития зернового подкомплекса сельского хозяйств Российской Федерации / В. В. Кузнецов, В. В. Гарькавый, Н. Ф. Гайворонская и др. -Ростов н/Д: Изд-во ВНИИЭиН, 2009. - 74 с.

7. Проект адаптивно-ландшафтного земледелия и агротехнологий для первичного производственного предприятия «Екатери-новское» ЗАО «Русский гектар» Екатерининского района Саратовской области / РГАУ - Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева. - Москва, 2009. - 447 с.

8. Методические рекомендации по разработке и использованию экономико-математической модели управления технологией производства сельскохозяйственных культур в Саратовской области. - Саратов: Типография АВП «Саратовский источник», 2009. - 78 с.

9. Прогнозирование урожайности подсолнечника на основе мониторинга технологических операций / И. В. Твердова, Л. Ю. Ададимова, В. И. Глазунов, Ю. Г. По-лулях // Мат-лы международной научно-практической конференции 18-19 июня 2008 г., г. Ростов-на-Дону. - Ростов н/Д: Ростовский государственный экономический университет «РИНХ», 2008. - С. 384-387.

10. Управление эффективностью технологии с помощью ее модели / Л. Ю. Ада-димова, И. В. Твердова, В. И. Глазунов, Ю. Г. Полулях // Мат-лы международной научно-практической конференции 18-19 июня 2008 г., г. Ростов-на-Дону. - Ростов н/Д: Ростовский государственный экономический университет «РИНХ», 2008. - С. 484-486.

Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 91