CC BY
46
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 626.82.016
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ПОКОЛЕНИЙ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ СРЕДСТВ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
В. Н. Щедрин, академик РАН, доктор технических наук, профессор С. М. Васильев, доктор технических наук, доцент
А. А. Чураев, кандидат технических наук
ФГБНУ «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
Приводятся показатели значимости оросительных систем и комплексный подход к оценке их технического уровня в разрезе поколений развития. Разработана шкала развития поколений оросительных систем.
Ключевые слова: оросительная система, технический уровень, показатель значимости, поколения оросительных систем.
Комплексная оценка развития технического уровня оросительных систем (ОС), их структуры и функционирования, может быть выполнена на основе законов развития техники и технических объектов, рассматривающих развитие «сложных технических систем» (СТС) по четырём стадиям [2, 3]:
- на первой стадии ОС реализует только функцию подачи воды на орошаемое поле (технологическая функция (ТФ));
- на второй стадии, наряду с технологической, ОС реализует ещё функцию обеспечения энергией процесса подачи воды на орошаемое поле (энергетическая функция
(ЭФ));
- на третьей стадии ОС реализует дополнительно функцию управления (ФУ) интенсивностью экологического воздействия ОС на природные объекты;
- на четвертой стадии с помощью ОС реализуется функция планирования (ФП) необходимого объема и качества продукции, получаемой в результате подачи воды к точкам водовыдела; при этом человек полностью исключается из технологического процесса, кроме более высоких уровней планирования.
Переход к каждой очередной стадии происходит при исчерпании ресурсных возможностей для улучшения показателей выполнения соответствующей фундаментальной функции в направлении дальнейшего повышения производительности труда и (или) качества производимой продукции, а также при наличии необходимого научнотехнического уровня и социально экономической целесообразности.
Однако следует отметить, что первыми оросительными системами выполнялась функция по подаче воды без применения технических средств (паводочное орошение) [4, 5], поэтому такую реализацию функции подачи воды на орошаемое поле будем считать первой стадией развития ОС, а эти ОС отнесем к первому поколению.
В таблице 1 в качестве примера приведён процесс стадийного развития реализации основной функции ОС - подача воды на орошение в разрезе поколений.
Рассмотрим основные принципы и метод оценки технического уровня оросительных систем в разрезе поколений.
Таблица 1 - Пример стадийного развития функции в разрезе поколений ОС
Функция ОС ПО ТФ ТФ+ ЭФ ТФ+ЭФ+ ФУ ТФ+ЭФ+ФУ+ ФИУ
Поколения I II III IV V
Подача во- Паводоч- Подача во- Подача Подача воды Насосная станция
ды на ное оро- ды с при- воды с НС с системой с САУ, получаю-
орошение шение водом от помощью автоматиче- щая задания от
водяного колеса или электри- фициро- ского управления (САУ) автоматизированной интеллек-
использо- ванных с учетом тех- туальной системы
ванием тяг- насосных нологических управления тех-
ловой силы станций и экологических ограничений нологическими и экологическими процессами, осуществляющей предварительный сбор информации и реализуемая через глобальную сеть.
Примечание. ПО - паводочное орошение; ТФ - технологическая функция; ЭФ - энергетическая функция; ФУ - функция управления; ФИУ - функция интел-
лектуального управления.
Предполагаем, что процесс развития исследуемых ОС является эволюционным. В данном методе оценки поколения ОС с применением теории прогнозирования используется S-образный вид развития технологий, характерный для графического описания эволюции сложных технических систем [1, 2].
Рисунок 1 - Логистическая кривая смены поколений ОС:
— предыдущее поколение; — - последующее поколение ОС, элементы которого зарождаются при существующем поколении
2
На рисунке 1 экспоненциальный характер представлен частью логистической кривой в интервале (и - t2), которая характеризует период зарождения и экспериментальной апробации ОС. Этот период, когда ОС нового поколения имеет малый удельный вес среди других аналогичных ОС, называется латентным периодом. Линейный характер зависимости отражается этапом ^2 - t3), где увеличение отдачи орошаемых земель происходит, благодаря использованию ОС нового поколения, который можно характеризовать как интенсивное развитие этого поколения ОС. Период стабилизации соответствует интервалу ^3 - t4), когда становится необходимым переход на использование следующего поколения ОС. Время жизни поколения ОС составляет интервал времени (и - 14).
Как видно из рисунка 1, признаки следующего поколения ОС появляются еще при существовании экономически жизнеспособного предыдущего поколения (точка t2').
Отсюда следует, что для прогнозирования характера динамики развития поколения достаточно спрогнозировать числовые значения функциональных характеристик, с помощью которых можно будет определить граничные условия, в интервале которых будут зарождаться элементы последующего поколения ОС и происходит качественный скачок на новый уровень.
В предлагаемый нами список показателей значимости [6, 7], рассматриваемых в разрезе поколений развития оросительных систем, в соответствии с теорией сложных технических систем и технологий, добавляем:
- показатель использования современных средств дистанционной передачи данных на автоматизированных оросительных системах:
дп.авт
Nю = п , N10 (1)
дп.общ
где Пдпа1вт - число элементов оросительной системы, оснащённых современными средствами дистанционной передачи данных, шт.;
П-дп.общ - общее число элементов оросительной системы, на которых могут использоваться средства дистанционной передачи данных, шт.;
- показатель оснащения ОС, автоматизированными интеллектуальными средствами управления:
П
инт.
N11 = П , N11 -1, (2)
инт.общ
где пинт - число элементов ОС оснащённых автоматизированными интеллектуальными средствами управления, шт;
пинт.общ. - общее число элементов ОС на которых потенциально могут использоваться автоматизированные интеллектуальные средства управления.
Найденные значения обобщенного показателя технического уровня [1, 8] оцениваемых оросительных систем сравниваются со шкалой эталонной оросительной системы и между собой.
Проведя аналогичным образом математический и графоаналитический анализ по всему спектру оросительных систем, стало возможно построить шкалу развития поколений оросительных систем (рисунок 2) в зависимости от изменения технического уровня и увеличения числа показателей, которые его характеризуют.
Рисунок 2 - Шкала развития поколений оросительных систем
Основываясь на данных рисунка 2 и учитывая опыт передовых в научнотехническом отношении стран, можно сделать вывод о нецелесообразности модернизации оросительных систем второго и третьего поколений. Экономические стимулы должны быть направлены на ускоренное развитие мощностей для создания ОС четвертого поколения. Тогда ориентиром научно-технических планов НИОКР, планов реконструкции опытно-экспериментальных баз будет создание систем пятого поколения. Для разработки же шестого и последующего поколений важно нацелить опережающие фундаментальные поисковые исследования.
Технический уровень ОС является важнейшим фактором обеспечения относительной стабильности сельхозпроизводства в ведущих сельскохозяйственных регионах. Прекращение функционирования большинства ОС, в связи с их моральным износом, приведет к деградации агропроизводственной сферы сфер функционирования общества, к зависимости от импорта продовольствия и поставит под угрозу продовольственную безопасность страны, приведёт к нарушению экологического равновесия, сложившегося в регионах развития орошения за последние годы, и к другим негативным последствиям.
Библиографический список
1. Бешелев, С.Д. Математико-статистические методы экспертных оценок [Текст]/
С. Д. Бешелев, Ф. Г. Гурвич. - М. : «Статистика», 1974.
2. Гайкович, А.И. Основы теории проектирования сложных технических систем [Текст] /А. И. Гайкович. - СПб.: НИЦ «МОРИНТЕХ», 2001. - 432 с.
3. Глюшинский, В.Г. Теоретические основы инженерного прогнозирования [Текст] /
В. Г. Глюшинский, Г. И. Флиорент. - М.: «Наука», 1973.
4. Щедрин, В.Н. Системные принципы водоучета и управления водораспределением на оросительной сети [Текст]/ В. Н. Щедрин, Ю. Г. Иваненко, - Новочеркасск: НГТУ, 1994.
5. Щедрин, В.Н. Орошение сегодня: проблемы и перспективы [Текст]. - М.: ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2004. - 255 с.
6. Щедрин, В.Н. Подходы к определению технического уровня мелиоративных систем и обоснование поколений их развития [Текст] / В. Н. Щедрин, А. В. Колганов, А. А. Чураев. -Новочеркасск: Научный журнал ФГБНУ «РосНИИПМ», 2012. - С. 28-51.
7. Щедрин, В.Н. Поколения оросительных систем: прошлое, настоящее, будущее [Текст] : монография / Под общ. ред. В.Н. Щедрина. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. -164 с.
8. Harrington E. C. Chemical Engineering Program, i963, 42, N 59.
E-mail: [email protected]
