Способ оптимизации производительности поточных линий для оцифровки музейных предметов и архивно-библиотечных материалов и коллекций
METHOD OF OPTIMIZING EFFICIENCY OF PRODUCTION LINES FOR DIGITIZATION OF MUSEUM ITEMS AND ARCHIVAL-LIBRARY MATERIALS AND COLLECTIONS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение в целом относится к способам сканирования документов, изображений и экспонатов, а именно к практике оцифровки музейных предметов и архивно-библиотечных материалов и коллекций, книг, печатных и рукописных материалов, различных документов и изображений.
Уровень техники
В практике различных организаций и предприятий, оказывающих услуги по оцифровке музейных предметов и архивно-библиотечных материалов и коллекций, экспонатов, документов и изображений, а также музейных, архивных и библиотечных учреждений, выполняющих работы по их оцифровке собственными силами и средствами, обычно используются состоящие из собственно сканирующего (либо фотографирующего в цифровом формате с достаточно высоким разрешением) устройства и осуществляющей компьютерную обработку электронно-вычислительной машины (как вариант, ноутбука) полученного путем оцифровки изображения (включая, при необходимости, стыковку полученных при оцифровке частей изображения, если оцифровка ценности в силу тех или иных причин выполнялась по частям). Упомянутые устройства используют необходимое обслуживающее их программное обеспечение, включая специализированное.
Кроме того, бывают ситуации, связанные с необходимостью транспортировки музейных ценностей и/или архивных и/или библиотечных материалов для их оцифровки - как вариант, внутри здания хранения, когда имеют место соответствующие такелажные работы и им подобные.
Однако, хотя производительность каждого из вышеупомянутых устройств в отдельности, образующих комплекс аппаратуры по оцифровке (как в случае портативных сканеров фотографического плана, так и в случае использования крупногабаритных широкоформатных сканеров) можно охарактеризовать как высокую, производительность оцифровывающего комплекса в целом может быть заметно повышена с помощью данного технического решения - практически для любой организации (учреждения либо предприятия), связанной в своей деятельности с оцифровкой культурных ценностей, экспонатов, документов и т.п. Это особенно актуально с учетом достигающих в ряде случаев десятков тысяч и даже миллионов единиц хранения культурных ценностей в соответствующих учреждениях и организациях (на предприятиях) и имеющих место простоев соответствующего оборудования, задействуемого в процессе оцифровки. И хотя известны, как таковые, оптимизационные задачи исследования операций о 2-х и о 3-х станках (задачи двух и трех станков), фигурирующие в данном техническом решении, тем не менее нет сведений об их применении на межотраслевом и иных уровнях в ракурсе рассматриваемого процесса оцифровки культурных ценностей и коллекций. Вследствие этого при оцифровке культурных ценностей имеет место слабая их упорядоченность в ракурсе производительности процесса оцифровки в целом либо упорядоченность, не являющаяся оптимальной. Отсутствуют сведения и об использовании в процессах оцифровки оптимизационной задачи исследования операций об укладке рюкзака, называемой еще задачей об упаковке ранца (применяемой дополнительно в далее определенных необходимых случаях для отдельных ситуаций, вариантов, изложенных в описании изобретения).
1
2
n
1
2
j
i
Как таковая, упомянутая задача 2-х станков (задача о двух станках) формулируется следующим образом. Для известного количества n изделий либо деталей d, d, …, d необходимо пройти процесс обработки на станках С и С, причем станок в каждый момент времени может обрабатывать одно изделие (либо одну деталь). Продолжительность обработки каждого изделия (либо детали) d каждым станком C пусть задается исходной матрицей  где  j=1,2,…, n. В задаче требуется минимизировать время, в течение которого второй станок остается незанятым (т.е. простаивает).
2
Эта задача также может формулироваться как требование минимизации общего времени обработки изделий, включающее время работы 2-го станка С и время его простоя.
Достаточно распространенным для случая количества станков m=2 является алгоритм Джонсона, который также может использоваться для случая m=3 станка при выполнении одного из 2-х ограничений (для продолжительностей обработки на соответствующих станках):
или
j
j
j
j
3j
где соответственно обозначение A относится к первому станку, обозначение B относится ко второму станку, а C - к третьему станку, причем, с учетом структуры исходной матрицы значений  имеет место равенство C=τ.
Из относительно близких аналогов отметим СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СКУЛЬПТУР ИЛИ ИХ КОПИЙ (патент РФ №2541945 на изобретение), направленный, в том числе, на сокращение времени изготовления копий скульптур, а с учетом этого и самих скульптур. Однако, данный способ предназначен для оцифровки только скульптур -трехмерных объектов, а не двухмерных - к которым относится и содержимое многих архивов и библиотек, и содержимое различных государственных и частных музеев в виде полотен картин и т.п., а также разнообразные документы на бумажном носителе. Кроме того, в процессе оцифровки оригиналов в указанном запатентованном способе никак не учитывается и, соответственно, не минимизируется общее время простоя аппаратуры обработки предметов, материалов совокупностью как минимум двух устройств, включающее время простоя второго обрабатывающего устройства.
Другим относительно близким аналогом отметим изобретение "СПОСОБ И СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОГО РАСПОЗНАВАНИЯ СИМВОЛОВ, КОТОРЫЕ СОКРАЩАЮТ ВРЕМЯ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ПОТЕНЦИАЛЬНО НЕ СОДЕРЖАЩИХ СИМВОЛЫ" (патент РФ №2571616 на изобретение), техническим результатом которого является повышение эффективности распознавания символов посредством сокращения времени обработки документов. Однако, указанный способ предназначен для сокращения времени обработки только тех изображений, которые потенциально не содержат символы. В этом техническом решении в процессе оцифровки оригиналов также никак не учитывается и, соответственно, не минимизируется общее время простоя аппаратуры обработки предметов, материалов совокупностью как минимум двух устройств, включающее время простоя второго обрабатывающего устройства.
Еще одним относительно близким аналогом отметим изобретение "УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, СИСТЕМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С УСТРОЙСТВОМ, СПОСОБ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ УСЛУГ" (патент РФ №2471225), одним из технических результатов которого, касающимся способа, является повышение производительности системы формирования изображения. Но и в этом техническом решении в процессе оцифровки оригиналов также никак не учитывается и, соответственно, не минимизируется общее время простоя аппаратуры обработки предметов, материалов совокупностью как минимум двух устройств, включающее время простоя второго обрабатывающего устройства.
В качестве наиболее близкого аналога-прототипа отметим изобретение "ОБРАБОТКА ДОКУМЕНТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕСКОЛЬКИХ ПОТОКОВ ОБРАБОТКИ" (патент РФ №2579899), техническим результатом которого является обеспечение сокращения времени, необходимого для сборки файла документа, посредством параллельной организации рабочих процессов. Однако, здесь обеспечивается за счет указанного распараллеливания сокращение времени, необходимого только для сборки файла документа, а в процессе оцифровки оригиналов также никак не учитывается и, соответственно, не минимизируется общее время простоя аппаратуры обработки предметов, материалов совокупностью как минимум двух устройств, включающее время простоя второго обрабатывающего устройства.
Раскрытие сущности изобретения Сущность изобретения состоит в следующем.
При наличии всего двух задействованных в процессе оцифровки устройств (собственно сканера - выступающего в роли первого станка, и взаимодействующей с ним электронно-вычислительной машины -выступающей в роли второго станка для последующей обработки оцифрованного изображения) оптимизация производительности процесса оцифровки в целом музейных предметов, архивно-библиотечных материалов и коллекций, книг, различных документов и изображений осуществляется минимизацией времени простоя второго обрабатывающего устройства (иначе говоря, 2-го станка). Данная ситуация (для 2-х обрабатывающих устройств) поясняется с помощью фиг. 1.
При наличии всего трех задействованных в процессе оцифровки устройств (где в качестве обработки на первом станке выступает (поочередная) транспортировка музейных предметов и архивно-библиотечных материалов и коллекций, различных документов до места оцифровки (включая при необходимости такелажные и т.п.работы), на втором - их оцифровка, а в качестве обработки на третьем станке -компьютерная обработка на электронно-вычислительной машине (как вариант, ноутбуке) полученного при оцифровке изображения и/или текста) оптимизация производительности процесса оцифровки в целом музейных предметов, архивно-библиотечных материалов и коллекций, различных документов осуществляется минимизацией как времени простоя второго обрабатывающего устройства (иначе говоря, 2-го станка), так и времени простоя третьего обрабатывающего устройства (иначе говоря, 3-го станка).
При решении указанной задачи исследования операций как для двух, так и для трех станков, на решение которой направлено данное изобретение, используется предпочтительно алгоритм Джонсона, представляющий собой последовательность из 3-х нижеследующих шагов.
ji
1) В матрице  известных продолжительностей обработки каждого предмета, материала выбирают наименьший элемент τ.
j
j
2) Если этот элемент находится в первой строке (относящейся к обработке первым станком) матрицы, то начинают с (предмета, материала) d, а если во второй, то заканчивают предметом, материалом d.
j
j
3) Рассматривают все предметы, материалы, исключая d и действуют, как указано в п.п. 1) и 2) (т.е. вышеизложенных шагах данного алгоритма). Поступают так, пока не исчерпают все предметы, материалы d.
Для случая m=3 станка учитывают соблюдение для указанного алгоритма одного из 2-х (равноправных) ограничений (для продолжительностей обработки на соответствующих станках):
j
j
min A≥max B, j=1,2,…, n,
либо
j
j
min C≥max B, j=1,2,…, n,
j
j
j
j
3j
где соответственно обозначение A относится к первому станку, обозначение B относится ко второму станку, а C - к третьему станку, причем, с учетом структуры исходной матрицы значений  имеет место равенство C=τ.
j
j
j
j
1j
2j
2j
3j
Отыскание оптимального порядка (т.е. оптимальной последовательности процесса оцифровки) производят с помощью сумм A+B и B+C, т.е. сумм τ+τ и τ+τ, где j=1,2,…, n.
Краткое описание чертежей
1
2
j
На фиг. 1 для пояснения задачи о двух станках С, С продолжительность d обработки каждого из предметов, материалов обозначена белым прямоугольником, а имеющиеся длительности простоя соответственно заштрихованными прямоугольниками.
Осуществление изобретения
Для осуществления изобретения важно отметить то, что для его использования в полной мере основополагающими возможными ситуациями (хотя и не единственно возможными, нельзя полностью исключить другие, для которых в принципе имеется возможность применения относящихся к сфере исследования операций задач о 2-х и соответственно о 3-х станках) являются 7 нижеперечисленных. В отдельных из нижеперечисленных ситуаций, вариантов, связанных с необходимостью транспортировки культурных ценностей, такелажных и т.п.работ, в рассматриваемом техническом решении используема дополнительно задача исследования операций - задача об укладке рюкзака (об упаковке ранца).
Ситуации для 2-х обрабатывающих устройств в ракурсе задачи исследования операций о двух станках поясняются с помощью фиг. 1.
Ситуация I. Без необходимости транспортировки оцифровывающего аппарата либо музейных и/или архивных ценностей для их оцифровки из-за непосредственной близости месторасположения аппарата и ценностей. В этой ситуации рассматривают и задействуют задачу исследования операций 2-х станков (о двух станках), когда подразумевается в качестве обработки на первом станке собственно оцифровка ценности сканирующим (здесь и далее - либо фотографирующим в цифровом формате) устройством, а в качестве обработки на втором станке компьютерная обработка на электронно-вычислительной машине (как вариант, ноутбуке) полученного при оцифровке изображения (включая, при необходимости, стыковку полученных при оцифровке частей изображения, если оцифровка ценности в силу тех или иных причин выполнялась по частям).
Ситуация II. Транспортировка непосредственно оцифровывающего аппарата в другое внешнее здание (образующая соответственно задержку оцифровки, включая время между поступлением в нужное здание и поступлением в нужное помещение для оцифровки внутри этого здания, на соответствующие такелажные работы). В этой ситуации, по аналогии с вышеупомянутой ситуацией I рассматривают и задействуют задачу исследования операций 2-х станков (о двух станках). Здесь также осуществляют в качестве обработки на первом станке собственно оцифровку ценности, а в качестве обработки на втором станке компьютерную обработку на электронно-вычислительной машине (как вариант, ноутбуке) полученного при оцифровке изображения, текста (включая, при необходимости, стыковку полученных при оцифровке частей изображения, текста, если оцифровка ценности в силу тех или иных причин выполнялась по частям), но при наличии предшествующей обработке на первом станке (т.е. собственной оцифровке) упомянутой в названии ситуации II задержки, обусловленной некоторой длительностью транспортировки оцифровывающего аппарата в другое внешнее здание.
Ситуация III. Транспортировка музейных и/или архивных ценностей для их оцифровки из внешних других зданий (с учетом времени их упаковки и распаковки и времени между поступлением в нужное здание и поступлением в нужное помещение для оцифровки внутри данного здания, включая время движения на лифте либо подъемнике и время на его загрузку/разгрузку, соответствующие такелажные работы). Здесь вырисовываются два возможных варианта.
Вариант III, А. Поочередная транспортировка предметов культуры, материалов. При этом варианте рассматривают и задействуют задачу исследования операций 3-х станков (о трех станках), причем в качестве обработки на первом станке осуществляют (поочередную) транспортировку предметов, материалов до места оцифровки, на втором - оцифровку их, а в качестве обработки на третьем станке - компьютерную обработку на электронно-вычислительной машине (как вариант, ноутбуке) полученного при оцифровке изображения, текста (включая, при необходимости, стыковку полученных при оцифровке частей изображения, текста, если оцифровка ценности в силу тех или иных причин выполнялась по частям).
Вариант III Б. Одновременная (в одном контейнере, одном ранце либо одной упаковке) транспортировка предметов культуры, материалов. При этом варианте рассматривают и задействуют: сначала задачу исследования операций о рюкзаке (о ранце или, иначе говоря, об упаковке ранца или укладке рюкзака), а затем задачу 2-х станков (о двух станках), причем в качестве обработки на первом станке осуществляют - при наличии предшествующей обработке на первом станке (т.е. собственной оцифровке) задержки, соответствующей длительности транспортировки единого контейнера, ранца либо иной единой упаковки - оцифровку предмета, материала, а в качестве обработки на втором станке компьютерную обработку на электронно-вычислительной машине (как вариант, ноутбуке) полученного при оцифровке изображения, текста (включая, при необходимости, стыковку полученных при оцифровке частей изображения, текста, если оцифровка ценности в силу тех или иных причин выполнялась по частям).
Ситуация IV. Транспортировка непосредственно оцифровывающего аппарата внутри данного здания хранения и оцифровки музейных и/или архивных ценностей в нужное помещение для оцифровки внутри данного здания (включая время на соответствующие такелажные работы - при их необходимости). Эта ситуация аналогична вышеупомянутой ситуации И, и здесь соответственно также рассматривают и задействуют задачу исследования операций 2-х станков (о двух станках) - как указано для ситуации II; с тем отличием, что задержка обусловлена некоторой длительностью транспортировки оцифровывающего аппарата в нужное помещение внутри данного (того же) здания.
Ситуация V. Транспортировка музейных и/или архивных ценностей для их оцифровки внутри данного здания хранения и оцифровки музейных и/или архивных ценностей в нужное помещение для оцифровки внутри данного здания (с учетом времени их упаковки и распаковки и времени движения на лифте либо подъемнике, включая время на его загрузку/разгрузку - при необходимости подъема либо спуска, времени на соответствующие такелажные работы). Здесь вырисовываются два возможных варианта.
Вариант V, А. Поочередная транспортировка ценностей. При этом варианте, по аналогии с вариантом III, А, рассматривают и задействуют задачу исследования операций 3-х станков (о трех станках), причем в качестве обработки на первом станке осуществляют (поочередную) транспортировку ценностей до места оцифровки, на втором - оцифровку ценности, а в качестве обработки на третьем станке - компьютерную обработку на электронно-вычислительной машине (как вариант, ноутбуке) полученного при оцифровке изображения, текста (включая, при необходимости, стыковку полученных при оцифровке частей изображения, текста, если оцифровка ценности в силу тех или иных причин выполнялась по частям).
Вариант V, Б. Одновременная (в одном контейнере, одном ранце либо одной упаковке) транспортировка ценностей. При этом варианте, по аналогии с вариантом III, Б, рассматривают и задействуют: сначала задачу исследования операций о рюкзаке (о ранце или, иначе говоря, об упаковке ранца или укладке рюкзака), а затем задачу исследования операций 2-х станков (о двух станках), причем в качестве обработки на первом станке осуществляют - при наличии предшествующей обработке на первом станке (т.е. собственной оцифровке) задержки, соответствующей длительности транспортировки единого контейнера, ранца либо иной единой упаковки -оцифровку ценности, а в качестве обработки на втором станке компьютерную обработку на электронно-вычислительной машине (как вариант, ноутбуке) полученного при оцифровке изображения, текста (включая, при необходимости, стыковку полученных при оцифровке частей изображения, текста, если оцифровка ценности в силу тех или иных причин выполнялась по частям).
Ситуация VI. Разновидность ситуации III, А, когда оцифровывающий аппарат действует с подсоединенным обрабатывающим получаемое изображение компьютером (ноутбуком) как единое целое. В этой ситуации рассматривают и задействуют относящуюся к сфере исследования операций задачу 2-х станков (о двух станках), причем в качестве обработки на первом станке осуществляют поочередную транспортировку ценностей, а в качестве обработки на втором станке совместную (одновременную) оцифровку ценности с компьютерной обработкой получаемого изображения на электронно-вычислительной машине (как вариант, ноутбуке) непосредственно в ходе сканирования.
Ситуация VII. Разновидность ситуации V, А, когда оцифровывающий аппарат действует с подсоединенным обрабатывающим получаемое изображение компьютером (ноутбуком) как единое целое. В этой ситуации, по аналогии с предыдущей ситуацией VII, рассматривают и задействуют задачу исследования операций 2-х станков (о двух станках), причем в качестве обработки на первом станке осуществляют поочередную транспортировку ценностей, а в качестве обработки на втором станке совместную (одновременную) оцифровку ценности с компьютерной обработкой получаемого изображения, текста на ЭВМ (как вариант, ноутбуке) непосредственно в ходе сканирования.
j
j
a
Для соответствующих ситуаций, а именно вариантов III, Б и V, Б, наряду с задачей трех станков применяют (в ракурсе первого из станков) известную задачу о ранце (задачу об укладке рюкзака, называемую также задачей об упаковке ранца), формулируемую следующим образом. Пусть имеется n предметов (в нашем случае - предметов искусства и/или литературы, предметов архивно-библиотечного хранения либо отделяемых/компонуемых их частей, фрагментов), каждый из которых имеет ценность c>0 и вес >0, где j=1,2,…, n. Имеется контейнер (ранец либо рюкзак, упаковочная емкость), грузоподъемность (вместимость) которого есть R, т.е. все предметы в контейнер положить невозможно. Формулируют требование поместить в контейнер набор предметов с максимальной суммарной ценностью. Вводят n переменных:
где j=1,2,…, n.
При введении этих переменных суммарную ценность и грузоподъемность выражают соответственно в виде:
с учетом этого задача об упаковке (укладке одномерного) ранца (рюкзака) имеет вид:
j
j
a
Естественно исходить из того, что c>0, 0<≤R, где j=1,2,…, n.
1
2
n
Множество допустимых решений указанной задачи представляет собой множество «-мерных булевых векторов х=(х, х,…, x), удовлетворяющих условию (*).
Следует отметить, что как вариант, допустимо использовать в указанном ракурсе и решать известными методами (либо алгоритмами, принципами, правилами, приемами) задачу линейного программирования, в которой вместо условия (**) вводится условие
j
0≤x≤1, j=1,2,…, n.
Применение для соответствующих ситуаций, а именно для вариантов III, Б и V, Б указанной задачи о ранце обусловлено стремлением так организовать транспортировку культурных ценностей, такелажные и т.п.работы, чтобы успеть оцифровать как можно большее количество именно наиболее ценных экспонатов, единиц хранения (например, в год или к определенному моменту времени), с учетом возможных будущих их повреждений либо утраты.
Следует отметить, что для решения задач 2-х станков и 3-х станков (задач о двух станках и о трех станках, и даже при большем количестве станков) допустимо использовать, например, метод ветвей и границ (метод(ы) ветвления и ограничения), метод(ы) последовательного отсеивания вариантов, а также другие методы, алгоритмы, правила, принципы и приемы, включая эвристические и/или приближенные. Для решения задачи об укладке рюкзака (об упаковке ранца) допустимо применять как алгоритм Данцига (для линейной одномерной задачи о ранце), так и метод (принцип, алгоритм) динамического программирования Р.Беллмана и другие известные методы, алгоритмы, правила, принципы и приемы, включая эвристические и/или приближенные.
Итоговый технический результат состоит в повышении производительности процесса оцифровки культурных ценностей и коллекций, материалов архивов и библиотек, различных документов и изображений, а именно поточных линий по оцифровке при имеющихся тех же индивидуальных производительностях каждого из составляющих оцифровывающий комплекс устройств.
В случае осуществления оцифровки культурных ценностей непосредственно учреждением-хранителем собственными силами и средствами упомянутый положительный эффект особенно важен именно для учреждений культуры потому, что при повышении производительности поточных линий по оцифровке:
- во-первых, возможно привлечение пропорционально большего количества заинтересованных потенциальных посетителей платных музейных выставок оригиналов (вследствие более оперативной и более полной информации о выставке в виде размещаемых на официальном сайте учреждения (либо организации, предприятия) цифровых копий) и соответственно большего количества читателей-пользователей цифровых копий в виде электронных книг и оцифрованных документов удаленного и/или местного доступа;
- во-вторых, т.к. возможно к заданному моменту времени сделать пропорционально большее количество цифровых копий большего количества культурных ценностей (например, в год), повышаются шансы более оперативной успешной реставрации экспонатов в случае их повреждений или, как самый крайний случай, полной утраты ценных экспонатов или целых коллекций все же остаются для последующих поколений населения планеты их подробные цифровые копии.
Используемые технические средства - задействованные в практике оцифровки музейных и/или архивных ценностей, документов и изображений - сканирующие, фотографирующие устройства (обычно используемые крупно-, средне- либо малогабаритные с достаточным разрешением), компьютеры либо ноутбуки (в составе компьютерных сетей либо обособленные и/или соединенные только со сканирующими устройствами, камерами), с обычно используемыми подходящими для оцифровки операционными системами и иными прикладными программами для этой цели, а также (при необходимости) подъемно-спусковые, такелажные, сборочные/разборочные, установочные, крепежные и иные вспомогательные приспособления (включая упаковочные, соответствующие тара и/или материалы для упаковки), транспортные средства общего либо специального назначения для перемещения ценностей для оцифровки внутри зданий и/или помещений либо между зданиями, этажами и/или помещениями.
При упаковке для транспортировки в один (обычно деревянный) ящик соответствующего размера укладывают только однородные или близкие по материалу, размеру и весу предметы, чтобы они не перемещались, обертывая предметы малого размера ватой или т.п. материалом.
Следует отметить, что при необходимости задействования тех или иных дополнительных и/или вспомогательных мероприятий, операций весь процесс возможно рассматривать и оптимизировать в ракурсе задач(и) о большем количестве станков; например, четырех, по аналогии с изложенным.
Во всех случаях должны соблюдаться правила техники безопасности, противопожарной, информационной и иной безопасности, действующие правила, предписания и нормативные документы как организации(й), при участии которой(ых) производится оцифровка, так и межотраслевого, Федерального, отраслевого, регионального, городского и муниципального значения.