CC BY
25
УДК 636.085.55+721.01
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОГО МОДУЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ КОМБИКОРМОВ
БРАГИНЕЦ С.В.,
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской», структурное подразделение «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства», e-mail: sbraginets@mail.ru.
БАХЧЕВНИКОВ О.Н.,
кандидат технических наук, научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства
ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской», структурное подразделение «Северо-Кавказский научно-
исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства», e-mail: oleg-b@list.ru.
ДРОВАЛЕВ А.В.,
младший научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской», структурное подразделение «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства».
Реферат. Внутрихозяйственные комбикормовые заводы рационально создавать на основе модульной структуры. Но при проектировании возникают затруднения при выборе оптимального варианта структуры комбикормового предприятия, так как применяемые экономические и технологические критерии являются разнородными. Предложенный метод выбора оптимальной структуры модульного предприятия основан на применении принципа Эд-жворта-Парето и коэффициента относительной важности критериев, согласно которому возможные решения находятся среди принципиально неулучшаемых вариантов. Выбор осуществляется на основе предпочтений лица, принимающего решение, с учетом коэффициента относительной важности критериев. Применение этого метода позволит ускорить процесс проектирования внутрихозяйственных комбикормовых производств и облегчить принятие решений на его начальном этапе.
Ключевые слова: комбикорм, внутрихозяйственное предприятие, технологический модуль, структура предприятия, технологическое проектирование, критерий оптимальности, принцип Эджворта-Парето.
METHOD OF DETERMINATION OF OPTIMUM STRUCTURE OF THE INTRAECONOMIC MODULAR ENTERPRISE FOR PRODUCTION OF COMPOUND FEEDS
BRAGINETS S.V.,
Candidate of Technical Sciences, Leading scientific associate, Agricultural Scientific Centre Donskoy, Department North-Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture, e-mail: sbraginets@mail.ru.
BAKHCHEVNIKOV O.N.,
Candidate of Technical Sciences, Scientific associate, Agricultural Scientific Centre Donskoy, Department North-Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture, e-mail: oleg-b@list.ru.
DROVALEV A.V.,
Young scientific associate, Agricultural Scientific Centre Donskoy, Department North-Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture.
Essay. Rationally to create intraeconomic formula-feed plants on the basis of modular structure. But difficulties appear by of design by of a choice of an optimal variant of structure of the formula-feed enterprise for the reason that the applied economic and technological criteria are heterogeneous. The offered method of a choice of optimum structure of the modular enterprise is based on use of the Edgeworth-Pareto principle and coefficient of the relative importance of criteria according to which possible solutions are found among essentially unimprovable options. The choice is carried out on the basis of preferences of the person making the decision taking into account coefficient of the relative importance of criteria. Application of this method will allow to accelerate design process of intraeconomic formula-feed productions and to facilitate decision-making at its initial stage.
Key words: compound feed, intraeconomic enterprise, technological module, structure of the enterprise, technological design, optimality criterion, Edgeworth-Pareto principle.
Введение. В настоящее время широкое распростра- для обеспечения полнорационными кормами [1, 2]. Бы-нение получило создание в сельскохозяйственных ло установлено, что рационально создавать такие заво-предприятиях собственных комбикормовых заводов ды на основе модульной структуры [3]. При этом
структура комбикормового предприятия представляет собой комплекс технологических модулей, например, в его состав могут входить модули: очистки и измельчения сырья, экструдирования, приготовления премикса, дозирования и смешивания, гранулирования. В данном случае модуль - это функционально и конструктивно завершенная структурная единица - подсистема технологической системы производства комбикормов. Он осуществляет комплекс взаимосвязанных операций, образующих технологическую подсистему, например, подсистему экструдирования, смешивания сырья и др. Модуль в ходе технологического процесса предприятия получает сырье из других модулей, обрабатывает его и передает в следующий модуль для дальнейшей обработки, но в рамках собственного технологического процесса (в рамках технологической подсистемы) с остальными модулями не взаимодействует [4]. Модульная структура позволяет упростить и ускорить процесс проектирования и строительства комбикормового завода по сравнению с традиционным методом создания предприятий. При этом она позволяет значительно увеличить количество возможных вариантов формирования структуры предприятия.
Для начального этапа проектирования внутрихозяйственных комбикормовых предприятий характерен недостаток полных и точных исходных данных. Это не позволяет решать задачу синтеза структуры технологической системы, построенной на базе модульного принципа, как классическую задачу оптимизации. Поэтому рационально использование метода генерации некоторого множества решений, удовлетворяющих заданным исходным требованиям, из которых затем выбирается оптимальный вариант. Был разработан целый ряд вариантов структуры модульных предприятий, основанных на ранее обоснованных схемах технологического процесса, обеспечивающих эффективное внутрихозяйственное производство комбикормов [5].
Таким образом, проектирование внутрихозяйственного модульного предприятия начинается с выбора его структуры, оптимальной для конкретного сельхозпредприятия. Однако, зачастую возникают затруднения при выборе оптимального варианта структуры комбикормового предприятия, так как для сравнительной оценки вариантов предлагаются различные критерии оптимальности, зачастую являющиеся разнородными, причем не установлено, какие критерии являются более важными, и насколько [6, 7]. Предлагаемые критерии оптимальности можно разделить на две группы: экономические (прибыль, срок окупаемости предприятия, себестоимость комбикорма) [6, 7] и технологические (стабильность технологического процесса) [8, 9]. Оценка вариантов только по экономическим, либо только по технологическим критериям не позволяет в полной мере оценить их эффективность, совместное же их использование затруднено в силу разнородности этих величин. Поэтому необходимо разработать метод определения оптимальной для конкретного сельхозпредприятия структуры внутрихозяйственного модульного предприятия по производству комбикормов, что и является целью данной статьи.
Методика исследования. Исследования проводились с использованием методов системного анализа и синтеза [10]. Формирование структуры предприятия производи-
лось на основе модульного принципа построения производственных систем [4, 11, 12].
Оценка вариантов структуры комбикормового производства на основе экономических критериев производилась с использованием методики, изложенной в работе [7]. Оценка уровня целостности технологической системы производства комбикорма производилась на основе определения уровня стабильности составляющих ее подсистем [9, 13]. Предложенный метод выбора оптимальной для данного модульного предприятия структуры основан на применении принципа Эджворта-Парето и коэффициента относительной важности критериев согласно методике, изложенной в работах [14, 15].
В данной работе под структурой модульного комбикормового предприятия понимается определенная последовательность технологических модулей (технологических подсистем) комбикормового производства и их взаимных связей [4].
Результаты исследований. В ходе начального этапа проектирования осуществляют подбор наиболее подходящих для конкретного внутрихозяйственного предприятия структур из имеющихся вариантов. Первоначальный отбор осуществляется путем определения их соответствия требованиям заказчика (виды используемого сырья, требования к его обработке, качество получаемого комбикорма и др.), после чего выполняется окончательный выбор оптимального варианта структуры.
В качестве критериев оптимальности структуры модульного комбикормового предприятия могут применяться различные показатели, но все они сводятся к двум комплексным функциям: прибыли предприятия и целостности технологической системы производства комбикормов.
Непосредственная цель создания внутрихозяйственного комбикормового предприятия состоит в максимально возможном снижении затрат на приготовление единицы полнорационного комбикорма, удовлетворяющего всем предъявляемым требованиям, т.е. его себестоимости. При этом себестоимость производимых комбикормов должна быть ниже стоимости аналогичных покупных кормов с учетом транспортных расходов на их доставку в хозяйство. Это, в свою очередь, приведет к увеличению прибыли сельхозпредприятия, что и является критерием оптимальности (целевой функцией):
АЯ ^ шах
Величина увеличения прибыли определяется по формуле [7]:
АЯ = АЯк - Ях = (Ек - £к) + (Ик - Нк) + (1 + я)Як +
+ ]ГК1(БХ - $) + £Кт(^ - 5ш) 1 1 где Як - прибыль внутрихозяйственного предприятия, руб.; Я2 - прибыль сельхозпредприятия от продажи зерна, руб.; Ек - прямые эксплуатационные затраты на производство комбикорма внешнего комбикормового завода, руб.; Е'к - прямые эксплуатационные затраты на производство комбикорма внутрихозяйственного комбикормового предприятия, руб.; Нк - накладные расходы внешнего комбикормового завода, руб.; Н\ - накладные расходы внутрихозяйственного предприятия, руб.; п -ставка налога на прибыль, %; Бг - затраты сельхозпредприятия на производство зерна, руб.; - рыночная стоимость произведённого внутрихозяйственным пред-
приятием комбикорма, руб.; Si - стоимость прочих (кроме зерновых) исходных местных компонентов для производства комбикорма, руб.; Sm - стоимость покупных компонентов для производства комбикорма, руб.; Ki -ставка налогообложения производства зерна, %; Km -ставка налогообложения производства комбикорма, %.
Таким образом, чем меньше эксплуатационные Е'к и накладные И'к затраты на внутрихозяйственное производство комбикормов, чем в большем количестве используются собственные дешевые и в меньшем количестве покупные дорогие компоненты, тем большая прибыль R может быть получена сельхозпредприятием. Снижение же эксплуатационных расходов обеспечивается повышением эффективности технологического процесса производства комбикормов.
При экономической оценке вариантов структуры предприятия следует учесть условия среды, в которой планируется функционирование производства. Они определяют совокупность граничных условий, фиксирующих область значений для параметров системы производства комбикормов и ее технологических процессов:
AR(Е, Н, Si, Sm max, AR > 0
E ^ min, E > 0
H ^ min, H > 0
i
У S. ^ min, S. > 0
ii
1
m
У Sm ^ max, Sm > 0
1
P ^ max, Pax > P > 0 где E - эксплуатационные расходы, руб./т; И - накладные расходы, руб./т; S - стоимость компонентов комбикорма, руб./т; i - количество покупных компонентов; m - количество собственных компонентов; P - питательная ценность комбикорма, к. ед., Pmax - максимальное физиологически обоснованное значение питательной ценности комбикорма.
В ряд экономических ограничений включен показатель питательной ценности производимого комбикорма, так как снижение его себестоимости не должно приводить к снижению питательных качеств корма.
Приведенные ограничения являются критериальными, имеют значение частных критериев оптимальности и характеризуют качество структуры предприятия. Соответствие критериальным ограничениям означает выбор оптимального варианта структуры.
Выбор структуры модульного внутрихозяйственного предприятия осуществляется как на основе экономической оценки, так и на базе технологического анализа. При этом целевой функцией является повышение уровня целостности 0 технологической системы, определяемого с учетом стабильности технологических процессов составляющих ее подсистем (модулей) пь т.е. стабильности принятых показателей качества выполнения производственного процесса:
0(П ..."лО ^ 1, при 1 > п > 0, 0 < 1.
Приведенные ограничения являются функциональными, т.е. имеют значение при оценке правильности функционирования технологической системы предприятия данной структуры.
Уровень целостности технологической системы производства комбикорма, с учетом стабильности составляющих ее подсистем (модулей), определяется из выражения [9]:
0 = п +... + Ли " (и -1), (2)
где п - количество подсистем (модулей) технологической системы производства комбикорма.
Уровень целостности системы 0 < 0 соответствует слабо организованным технологическим системам, а уровень 1 > 0 > 0 - высокоорганизованным (целостным) системам [9].
Повышение уровня целостности 0 технологической системы производства комбикорма по сравнению с другим ее вариантом означает увеличение ее эффективности. Такой результат достигается обычно за счет оптимизации технологических операций, их замены на более совершенные или введения дополнительных операций. Однако, эти действия при повышении качества производимого комбикорма могут увеличивать его себестоимость, сокращая, тем самым, прибыль сельхозпредприятия. Поэтому результаты технологической оценки структуры предприятия должны быть сопоставлены с результатами ее экономической оценки (2).
Таким образом, при выборе варианта структуры внутрихозяйственного комбикормового производства имеются две целевые функции (критерии оптимальности): увеличение прибыли АЯ (1), выражающая экономическую эффективность производства, и повышение уровня целостности системы 0 (2), выражающая качество функционирования технологического процесса. Так как векторы этих функций являются разнонаправленными, т.е. технические и технологические решения, приводящие к уменьшению себестоимости комбикорма и увеличению прибыли сельхозпредприятия, вызывают снижение уровня качества и питательной ценности корма, и наоборот, то проектировщику модульного предприятия совместно с заказчиком необходимо находить сбалансированные компромиссные решения.
Установлено, что задача определения оптимальной структуры модульного комбикормового предприятия является двухкритериальной с разнородными критериями оптимальности, один из которых характеризует качество выполнения технологического процесса, а другой - экономическую эффективность производства. При этом выбор оптимальной для данного модульного предприятия структуры осуществляется согласно принципа Эджворта-Парето, согласно которому возможные решения находятся среди принципиально не-улучшаемых вариантов, т.е. вариантов, улучшение которых по одним критериям приводит к ухудшению по другим критериям [14, 15]. Окончательный же выбор осуществляется на основе предпочтений лица, принимающего решение (ЛИР), в качестве которого совместно выступают проектировщик и заказчик модульного предприятия. Предпочтениями со стороны заказчика (сельхозпредприятия) выступают предъявляемые им требования к составу и качеству комбикормов. Со стороны проектировщика предпочтениями являются требования к оптимальности структуры производства, влияющей на качество выполнения технологического процесса.
Математическое выражение, описывающее целевые
функции и граничные условия оптимальности структуры модульного внутрихозяйственного комбикормового предприятия имеет вид:
AR( Е, Н, S,, Sm max, U ©(п ...ц,) ^ 1,
1 > п > 0, © < 1
AR > 0
E ^ min, E > 0
H ^ min, H > 0
i
< YS ^ min, S > 0
i
m
Y Sm ^ max, Sm > 0
i
P ^ max, Pmax > P > 0 Для решения поставленной задачи необходимо выделить из множества возможных вариантов область (множество Парето) допустимых решений (вариантов структуры), удовлетворяющих принятым критериям оптимальности. Удобно решить эту задачу графически, для чего необходимо построить график, отображающий зависимость выбранных критериев от общей переменной, на основе которого строится отображение области возможных решений [14]. В качестве общей переменной принимаем питательную ценность комбикорма P. Графическое отображение множества возможных и допустимых решений (вариантов структур модульного комбикормового предприятия) представлено на рисунке 1.
На графике заштрихованная область С является областью возможных решений, область допустимых (па-рето-оптимальных) решений представляет собой кривую АВ. Парето-оптимальное решение - это допустимое решение, которое не может быть улучшено по одному из имеющихся критериев без ухудшения по другому. Решения задачи выбора в данном случае представляют собой варианты структуры модульного предприятия, поэтому они являются дискретными и представляют собой точку, либо набор точек, принадлежащих области допустимых решений. На рисунке 1 они представляют собой точки I - IV на кривой АВ.
Сравнение попавших в область допустимых решений вариантов производится ЛПР попарно до выбора наиболее предпочтительного из них. Предпочитая одно парето-оптимальное решение другому, ЛПР выбирает компромиссное решение, учитывая потери по одному из критериев при получении прироста по другому, т.е. действует в рамках стратегии компенсации [15]. При этом ЛПР должно провести экспертную оценку того, насколько увеличение значения одного из критериев компенсирует уменьшение значения другого. Для облегчения процесса выбора решения следует определить, какой из двух критериев является более важным.
Для внутрихозяйственного модульного производства в существующих условиях относительно более важным является экономический критерий, т.е. величина получаемой сельхозпредприятием прибыли:
АЯ ^ 0.
0А
Рисунок 1 - Множества возможных и допустимых решений задачи выбора оптимальной структуры модульного предприятия
Но его важность относительна, так как уровень организации технологического процесса должен оставаться в определенных пределах, гарантирующих получение качественного комбикорма. Важность критерия АЯ относительно критерия 0 следует выразить численным соотношением. В ходе исследований установлено, что коэффициент относительной важности критерия АЯ относительно 0 составляет ОЯ/& = 0,6. Таким образом, предпочтения ЛПР определяются не только качественно, но и количественно, что облегчает выбор варианта структуры модульного предприятия и обеспечивает его оптимальность.
Выводы. Двухкритериальная оценка при решении задачи выбора оптимальной структуры модульного комбикормового предприятия позволяет учесть противоречивые требования, предъявляемые к ней потребителем и проектировщиком. Разработанный метод определения оптимальной структуры позволит значительно ускорить процесс проектирования внутрихозяйственных комбикормовых производств и облегчить принятие решений на его начальном этапе.
Список использованных источников
1. Федоренко И.Я., Садов В.В. Уточнение номенклатуры сельскохозяйственных предприятий по производству комбикормов (на примере Алтайского края) // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. -2014. - № 1. - С. 87-90.
2. Мишуров Н.П. Рекомендуемые технологии производства комбикормов в хозяйствах // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2015. - № 4 (20). - С. 6-14.
3. Пахомов В.И., Брагинец С.В., Бахчевников О.Н. Принципы создания внутрихозяйственных комбикормовых предприятий и их практическая реализация // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2015. - № 4 (20). - С. 48-52.
4. Формирование комплексной системы внутрихозяйственного производства комбикормов на основе технологических модулей / В.И. Пахомов, С.В. Брагинец, А.В. Смоленский, О.Н. Бахчевников // Разработка инновацион-
ных технологий и технических средств для АПК. - Зерноград: СКНИИМЭСХ, 2016. - С. 73-79.
5. Эффективное внутрихозяйственное производство комбикормов на основе автономных технологических модулей / В.И. Пахомов, С.В. Брагинец, О.Н. Бахчевников, А.И. Рухляда // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - 2015. - № 87. - С. 26-35.
6. Feger F. A behavioral model of the German compound feed industry: Functional Form, Flexibility and Regularity. Gettingen, 2002. 142 p.
7. Пахомов В.И. Производство высокопитательных сбалансированных кормов в условиях хозяйств // Техника и оборудование для села. - 2008. - № 12. - С. 9-11.
8. Yegorov B.V., Katz I.S., Yegorov V.B. Stability of a technological processes - analysis // Зерновые продукты и комбикорма. - 2013. - № 4. - С. 40-46.
9. Панфилов В.А. Теория технологического потока. - М.: КолосС, 2007. - 319 с.
10. Винограй Э.Г. Аналитические подходы к структурированию целостных образований // Социогуманитарный вестник. - 2012. - № 1. - С. 128-138.
11. Sievers S., Seifert T., Schembecker G., Bramsiepe C. Methodology for Evaluating Modular Production Concepts // Chemical Engineering Science. 2016. Vol. 155. P. 153-166. doi: 10.1016/j.ces.2016.08.006.
12. Design and Instantiation of a Modular System Architecture for Smart Factories / D. Gorecky, S. Weyer, А. Hennecke, D. Zuhlke // IFAC-PapersOnLine. - 2016. - Vol. 49. - No. 31. - P. 79-84.
13. Черняев Н.П. Оценка стабильности технологического процесса // Комбикорма. - 2012. - № 3. - С. 51-53.
14. Федоренко И.Я., Садов В.В. Особенности решения многокритериальных агроинженерных задач при трех критериях оптимальности // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2012. - № 5. - С. 110-114.
15. Noghin V.D. Generalized Edgeworth-Pareto principle // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2015. Vol. 55. No. 12. P. 1975-1980. doi: 10.1134/S0965542515120 131.
List of sources used
1. Fedorenko I.YA., Sadov V.V. Specification of the nomenclature of the agricultural enterprises for production of compound feeds (on the example of Altai Krai) // Bulletin of the Altai State Agricultural University. - 2014. - No. 1. - P. 87-90.
2. Mishurov N.P. The recommended production technologies of compound feeds in farms // Bulletin of All-Russian Research Institute Of Livestock Farming Mechanization. - 2015. - No. 4 (20). - P. 6-14.
3. Pakhomov V.I., Braginets S.V., Bakhchevnikov O.N. Principles of creation of intraeconomic feed mill enterprises and their practical realization // Bulletin of All-Russian Research Institute Of Livestock Farming Mechanization. - 2015. -No. 4 (20). - P. 48-52.
4. Formation of an end-to-end system of intraeconomic production of compound feeds on the basis of technological modules / V.I. Pakhomov, S.V. Braginets, A.V. Smolenskiy, O.N. Bakhchevnikov // Development of Innovative Technologies and Technical Means for Agricultural and Industrial Complex. - Zernograd: SKNIIMESH, 2016. - P. 73-79.
5. Effective intraeconomic feed mill industry on the basis of autonomous technological modules / V.I. Pakhomov, S.V. Braginets, O.N. Bakhchevnikov, A.I. Rukhlyada // Technologies and hardware's mechanized production of crop production and livestock-raising. - 2015. - No. 87. - P. 26-35.
6. Feger F. A behavioral model of the German compound feed industry: Functional Form, Flexibility and Regularity. Gettingen, 2002. 142 p.
7. Pakhomov V.I. Production of the highly nourishing balanced forages in the conditions of farms // Machinery and Equipment for the Village. - 2008. - No. 12. - P. 9-11.
8. Yegorov B.V., Katz I.S., Yegorov V.B. Stability of a technological processes - analysis // Grain Products and Compound Feeds. - 2013. - No. 4. - P. 40-46.
9. Panfilov V.A. Theory of workflow. - M.: KolosS, 2007. - 319 p.
10. Vinogray E.G. The methodological apparatus of system optimization of difficult object // Socio-Humanistic Bulletin. - 2014. - No. 1 (13). - P. 124-141.
11. Sievers S., Seifert T., Schembecker G., Bramsiepe C. Methodology for Evaluating Modular Production Concepts // Chemical Engineering Science. 2016. Vol. 155. P. 153-166. doi: 10.1016/j.ces.2016.08.006.
12. Design and Instantiation of a Modular System Architecture for Smart Factories / D. Gorecky, S. Weyer, А. Hennecke, D. Zuhlke // IFAC-PapersOnLine. - 2016. - Vol. 49. - No. 31. - P. 79-84.
13. Chernyaev N.P. Assessment of Stability of Technological Process // Compound feeds. - 2012. - No. 3. - P. 51-53.
14. Fedorenko I.Ya., Sadov V.V. Features of the Decision of Multicriteria Agroengineering Tasks in Case of Three Op-timality Criterions // Bulletin of the Altai State Agricultural University. - 2012. - No. 5. - P. 110-114.
15. Noghin V.D. Generalized Edgeworth-Pareto principle // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2015. Vol. 55. No. 12. P. 1975-1980. doi: 10.1134/S0965542515120 131.
