Введение к работе
Актуальность работы Проблема повышения эффективности сельхозпроизводства во многом связана с качеством функционирования сельскохозяйственной техники, оказывающей решающее влияние на достижение результата и расход ресурсов при проведении уборочных работ Задача принятия решений при технологической регулировке машины является важнейшей; от правильного ее решения зависят эффективность и результативность технологического процесса уборки Вместе с тем эта задача относится к классу трудноформа-лизуемых В основном решение проблемы управления технологическим процессом комбайновой уборки возлагается на оператора и зависит от его квалификации Трудности с решением задачи технологической регулировки связаны с неопределенностью информации о показателях качества работы комбайна, факторах внешней среды, в которой функционирует зерноуборочный комбайн, регулируемых параметрах машины, а также сложностью и недостаточной изученностью взаимосвязей между указанными признаками.
Одним из перспективных направлений повышения эффективности функционирования уборочных машин является разработка систем информационной поддержки интеллектуальной деятельности оператора при управлении комбайном
Исследования проводились в соответствии с заданиями научно-технических программ Министерства образования и науки РФ. грант по фундаментальным исследованиям в области технических наук 2003 - 2004 гг. Раздел 6. Машиностроение, № ГР 01 20.0307197, ЕЗН 2004 - 2005 гг. тема № 1 8.04 № ГР 01 20 0405396, Госконтракт № 3136р/ 5582 2005 - 2006 гг. № ГР 01.20 0507269, ЕЗН 2006 - 2007 гг. тема 2 № ГР 01200604267.
Цель исследований - повышение эффективности функционирования машин, сокращение затрат времени на технологические простои и повышение сменной производительности зерноуборочных комбайнов за счет обоснования и разработки метода информационной поддержки принятия решений при функционировании комбайнов с использованием интеллектуальной информационной системы (ИИС).
Объект исследований - система «оператор-комбайн-внешняя среда».
Предмет исследований - процессы принятия решений при функционировании комбайнов (при предварительной настройке и технологической регулировке рабочих органов).
Научная новизна заключается в разработке метода организации информационной поддержки принятия решений при управлении уборочными машинами с использованием нечетких экспертных знаний. Система «оператор-комбайн-внешняя среда» рассматривается как нечеткая система. Разработанные методы предварительной настройки и корректировки технологических регулировок с применением ИИС позволяют использовать эвристические нечеткие знания предметной области в процессе принятия решений по управлению технологическим процессом уборки сельскохозяйственных культур.
Разработанный метод и моделирование нечетких знаний предметных областей позволяют с единых теоретических позиций построить логический аппарат для преобразования в алгоритмические структуры различные типы данных и взаимосвязи, характеризующие внешнюю среду, параметры комбайна и показатели качества его работы.
Впервые получены модели оценивания семантических пространств факторов внешней среды, регулируемых параметров и показателей качества работы комбайна, а также модель отношений между ними. Определены лингвистические переменные признаков, вид и параметры функций принадлежности. Разработанный метод построения функций принадлежности терм-множеств семантических пространств позволяет получить адекватные модели экспертного оценивания признаков предметных областей. Определен критерий надежности моделей экспертного оценивания предметной области «предварительная настройка и регулировка машины» на основе количественных показателей в виде степени нечеткости и согласованности мнений экспертов.
Процессы принятия решений по выбору оптимальных значений регулируемых параметров комбайна и корректировки технологических регулировок в условиях природной и поведенческой неопределенности, которые соответствуют реальным условиям уборки, базируются на моделях экспертных знаний и разработанных механизмов нечеткого дедуктивного и индуктивного логического вывода решений.
Практическая ценность заключается в совершенствовании информационного обеспечения жизненного цикла сложных уборочных машин и повышении технологической надежности процесса комбайновой уборки за счет использования систем поддержки принятия решений при функционировании машин. Разработаны инженерные
методики формализации знаний предметных областей - предварительная настройка и технологическая регулировка машины, используемые при построении базы знаний и механизма вывода решений информационных систем Созданный комплекс инструментальных средств формализации и обработки нечеткой экспертной информации, позволяет адекватно оценивать качественные признаки показателей функционирования сельскохозяйственных машин Создана информационная система, основанная на нечетких экспертных знаниях для решения задач настройки и корректировки технологических регулировок зерноуборочного комбайна. Получено 12 свидетельств об интеллектуальной собственности на программы для ЭВМ и базы данных Использование информационной системы в полевых условиях позволяет уменьшить математическое ожидание времени, затраченного на процесс предварительной настройки и корректировки технологических регулировок комбайна при изменяющихся внешних условиях, что позволяет снизить потери продукта, увеличить сменную производительность машин и повысить эффективность уборки, а также снизить рассеивание времени, затраченного на решения задач технического обслуживания машин специалистами различной квалификации.
Применение ИИС позволяет осуществить накопление и тиражирование знаний, что обеспечивает заданный уровень качества проведения уборочных работ при наличии персонала различной квалификации
Полученные результаты исследований являются теоретическим обоснованием необходимости создания комплекса аппаратно-изме-рительных средств оценки значений внешних факторов уборки, показателей качества процесса уборки и регулируемых параметров машины, с целью создания автоматической системы управления технологическим процессом на отечественной технике
Основные результаты и положения, выносимые на защиту диссертации:
1. Методы предварительной настройки и корректировки техно
логических регулировок зерноуборочного комбайна, с использовани
ем информационных систем, основанных на нечетких экспертных
знаниях
2. Методика формализации и структуризации нечетких экс
пертных знаний в области функционирования машин, полученных в
результате оценивания факторов внешней среды, показателей каче-
ства уборки и параметров машины, а также количественных значений признаков в виде семантических пространств (лингвистических переменных и их значений)
3. Модели взаимосвязей факторов внешней среды, регулируемых параметров машины и показателей качества работы в виде композиции нечетких отношений рассматриваемых признаков
4 Метод построения функций принадлежности терм-множеств семантических пространств, позволяющий повысить адекватность моделей экспертного оценивания признаков предметной области на основе показателей степени нечеткости и степени согласованности мнений экспертов.
5. Методики и алгоритмы процессов принятия решений при управлении комбайном на основе нечеткого дедуктивного и индуктивного логического вывода.
-
Методика формирования базы знаний ИИС.
-
Базы знаний по предварительной настройке и технологической регулировке комбайна.
Реализация результатов исследования. Результаты исследований используются в агрофирмах Ростовской области и Краснодарского края: СПК ПЗ «Заветы Ильича», СХА «Маргаритовский», СПК «Победа», в уборочно-испытательном отряде РГАСХМ (Кагаль-ницкий район), КХ «Сельская новь», СХА «Россия», АФ «Целина», птицефабрика «Белокалитвинекая», КФХ «Никта», Сервисный центр ООО «Бизон», Технический центр «Дон», Сервисный центр «Техно-ком» Ростовской области, филиал «Краснодарский» ОАО «Дон-Трейдинг» и др.
Материалы исследований используются в учебном процессе вузов: РГАСХМ и ДГТУ (г. Ростов н/Д), а также при профессиональной подготовке специалистов на базе районных центров Минсельхозпрод и при подготовке специалистов технических центров 000 «КЗ «Рост-сельмаш».
Результаты исследований используются Министерством сельского хозяйства России, Министерством сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области и Департаментом сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края при информационном обеспечении системы технического сервиса сельскохозяйственной техники
Апробация работы. Материалы исследований доложены и одобрены на научных конференциях. Ростовской-на-Дону государст-
венной академии сельскохозяйственного машиностроения (2000 -2007 гг.); Всероссийского научно-исследовательского и проектно-технологичес-кого института механизации и электрификации сельского хозяйства (г. Зерноград, ВНИПТИМЭСХ, 2002 - 2007 г), Донского государственного технического университета (2003 - 2007 гг.); Междунар. науч -техн. конф «Проблемы современного машиностроения» (Ростов н/Д, 2000); 5-й Междунар. науч.-практ. конф. «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» (СпбГПУ, Санкт-Петербург, 2003); региональной научно-практической конференции «Управление качеством: теория и современная практика» (РГЭУ «РИНХ», Ростов-н/Д, 2004); 3-й Международной научно-практической конференции «Качество, стандартизация, контроль1 теория и практика» (Ялта, 2003); XVII Международ науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-17» (Кострома, 2004); Всерос. науч.-техн. конф., посвященной 100-летию со дня рождения И.И Смирнова «Теория и проектирование сельскохозяйственных машин и оборудования» (ДГТУ, Ростов н/Д, 2004); на XVIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-18» (Казань, 2005), на VI Международной научной конференции «Компьютерное моделирование 2005» (СПбГРУ, Санкт-Петербург, 2005); на Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию ДГТУ «Современные проблемы машиноведения и высоких технологий» (Ростов н/Д, 2005); Международной конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития» (Одесса, 2005); науч -практ. конф. «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производсве и образовании» (Одесса, 2005); XII Международной науч.-практ конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, ТПУ, 2006 г.); IV Международной науч.-техн. конференции «Искусственный интеллект в XXI веке. «Решения в условиях неопределенности» (Пенза, 2006), Всероссийской науч.-техн. конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2007) VIII Международной науч -техн конференции по динамике технологических систем - ДТУ-2007» (ДГТУ, Ростов н/Д, 2007).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 76 работах, в том числе 2 монографии, 4 книги производственного назначения, 3 учебных пособия, 21 статья в рецензируемых на-
учных журналах, перечень которых рекомендован ВАК для докторских диссертаций, 12 свидетельств об официальной регистрации программы для ЭВМ и баз данных, 33 статьи и тезисов докладов в сборниках научных трудов и конференций
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, выводов, списка используемой литературы, включающего 154 наименований, в том числе 10 на иностранном языке. Работа изложена на 305 страницах, имеет 56 рисунков, 34 таблицы и 9 приложений на 234 листах.
Автор выражает благодарность профессору, докт, техн наук Димитрову В П за помощь и консультации при проведении совместных исследований.
