28.08.2017

И. Панин

Скачать статью в PDF

Звонит девушка — корреспондент одного из журналов и просит рассказать о нашей программе.

— Мы собираемся провести сравнительный анализ программ по оптимизации кормления животных.

Это было не первое подобное обращение. Добросовестно рассказал все, чтобы у нее сложилось представление о предмете разговора: начал с истории создания программ оптимизации вообще и рационов кормления животных в частности; высказал свое мнение о том, по каким параметрам более или менее объективно можно сравнивать программы разных разработчиков; рассказал об отличительных особенностях нашей программы.

Через два месяца после разговора вышел журнал со статьей, после прочтения которой возникло двойственное чувство. Нет, у меня нет претензий, что она плохо о нас написала. Просто стало «за державу обидно», как говорил герой знаменитого кинофильма.

Во врезе автор пишет, что «мода» на компьютерные программы пришла к нам с Запада, что еще 10 лет назад никто о них в России и не знал … Как будто я ничего не говорил ей на эту тему…

Вот по этой причине я и решил сделать краткий экскурс в историю создания компьютерных программ по оптимизации кормления животных, тем более, что с какого-то момента и сам в ней участвую.

Любой разговор об оптимизации, в том числе – оптимизации рационов кормления животных, следует начинать с Леонида Витальевича Канторовича (19.01.1912 – 07.04.1986), советского математика и экономиста, академика, лауреата Нобелевской премии в области экономики (1975), разработавшего в 30-е годы прошлого столетия математическую модель, суть которой заключается в формировании оптимальной производственной программы в условиях ограниченных производственных ресурсов.

Его фундаментальный труд «Математические методы организации и планирования производства», изданный в 1939 году в Ленинграде в виде небольшой брошюры, послужил основой нового направления в математике и экономике, получившего название линейного программирования. (Этот термин не имеет отношения к программированию в современном понятии; здесь смысловое значение слова «программирование» - планирование, формирование производственной программы.)

Леонид Витальевич Канторович родился 19 января 1912 года в Санкт-Петербурге, в семье врача.

В 1926 году он поступил на математический факультет Ленинградского университета, который закончил в 1930 году в возрасте 18 лет. После завершения обучения, оставаясь в университете на преподавательской работе, продолжал занятия на кафедре математики. В 22 года Леонид получил звание профессора, а еще через год без защиты диссертации был удостоен ученой степени доктора физико-математических наук.

В тридцатые годы, в период интенсивного экономического и индустриального развития Советского Союза, Канторович был в авангарде математических исследований и стремился применить свои теоретические разработки в практике растущей советской экономики.

Такая возможность представилась, когда он был назначен консультантом в лабораторию фанерного треста (напомним, что в то время обшивка самолетов делалась из фанеры), где 1938 г. к Леониду Витальевичу обратились со следующей задачей. Для производства фанеры используются в определенном ассортиментном соотношении 8 сортов шпона. Каждый из 5 станков для изготовления шпона имеет по каждому сорту свою производительность. Как распределить задания между станками, чтобы получать шпон в нужном ассортименте с наибольшей производительностью? Канторович увидел, что для решения таких задач нет готового метода, и такой метод он придумал. Применение этого метода было связано с введением вспомогательных коэффициентов, которые он назвал «разрешающие множители».

Со своей глубиной мышления Леонид Витальевич сразу понял, что подобные задачи возникают всякий раз, когда надо наиболее экономно использовать ограниченные ресурсы. И он написал, а университет в том же 1939 г. издал, брошюру «Математические методы организации и планирования производства». В ней излагался метод, и перечислялись многие экономические вопросы, в которых он может быть полезен.

Этой брошюрой Канторович создал тот раздел математики, который позже был назван линейным программированием. Глубочайшей заслугой Леонида Витальевича было то, что он сразу понял, что возникающие множители имеют стоимостную природу.

Вот что писал сам Канторович о примененном им на практике методе линейного программирования:

«История его начинается с 1938 года, когда в порядке научной консультации было предпринято изучение чисто практической задачи — выбора наилучшей производственной программы загрузки лущильных станков для фанерного треста. Оказалось, что эта задача носит своеобразный характер и не поддается решению известными средствами классического математического анализа. Стало ясно и то, что эта задача не случайная, изолированная, а является типичным представителем целого нового класса задач, к которым приводят вопросы нахождения наилучшего производственного плана. Поэтому-то решение этой задачи представилось столь интересным, и найденный новый метод ее эффективного решения сразу нашел разнообразные применения. Например, чтобы расходование труда, сырья, оборудования не превосходило наличных или предоставленных ресурсов, либо чтобы были обеспечены намеченные объемы выпуска продукции. При этом ставится задача оптимизации плана, то есть чтобы план был в известном смысле наилучшим — его результаты при определенных условиях достигались бы с наименьшими затратами, или при данных затратах и ресурсах получался бы максимальный выпуск продукции нужного состава. Таким образом, в задачу входит еще целевая функция, максимум или минимум которой реализуется как раз при оптимальном плане».

В 1942 году Канторович завершает свой основной труд «Экономический расчет наилучшего использования ресурсов». Ученый расширил сферу применения линейного программирования и ввел математический аппарат для решения задачи «рационального раскроя промышленных материалов». Результаты исследований нашли конкретное применение в советской оборонной промышленности, в частности в технологии оптимального раскроя броневого листа при производстве танков. За эти работы Канторович в 1949 году получил звание лауреата Сталинской премии, в 1958 году он был избран членом-корреспондентом АН СССР

Вплоть до 1960 года он работал в Ленинграде, на механико-математическом факультете ЛГУ и Ленинградском отделении Математического института АН СССР, а в 1960 году переехал в Новосибирск, где был создан самый передовой в стране компьютерный центр. Здесь он возглавил исследования в отделе экономико-математических методов.

В Новосибирске он жил и трудился до 1971 года. В этот период он избирается действительным членом АН СССР по специальности «математика и экономика» (1964), ему присуждается Ленинская премия за разработку оптимизационного подхода к плановому управлению экономикой (1965).

С 1971 года и до своей кончины академик Канторович живет и работает в Москве, он руководит лабораториями в Институте управления народным хозяйством Государственного комитета по науке и технике и во Всесоюзном НИИ системных исследований Госплана СССР и АН СССР.

В 1975 году Канторович был удостоен Нобелевской премии по экономике «за вклад в теорию оптимального распределения ресурсов». Канторович — единственный советский экономист, удостоенный высшего признания в научном мире — Нобелевской премии. Ему были присуждены также почетные степени университетами Глазго, Гренобля, Ниццы, Хельсинки, Парижа. Он являлся членом Американской академии наук и искусств.

Л.В.Канторович скончался 7 апреля 1986 года, когда в Советском Союзе, да и во всем мире разработанная им модель линейного программирования имела колоссальное практическое применение во всех отраслях человеческой деятельности, где стоит проблема рационального использования ограниченных ресурсов. Одним из очень интересных приложений модели линейного программирования стала задача оптимизации рационов кормления животных.

Если Л.В.Канторович заложил математические основы решения оптимизационных задач, то другой выдающийся советский ученый, академик Глушков Виктор Михайлович (24.08.1923- 30.01.1982), разработал принципы информационных технологий на основе вычислительных сетей коллективного пользования, которые стали прообразом знакомого сегодня всем Интернета.

В.М.Глушков родился 24 августа 1923 г в г. Ростове-на-Дону в семье горного инженера, в июне 1941 г с золотой медалью окончил среднюю школу в г. Шахты. Во время оккупации, осенью 1941 г, его мать была расстреляна фашистами. После освобождения советскими войсками Донбасса работал там на восстановлении шахт. В 1943 г поступил в Новочеркасский индустриальный институт, завершил же обучение в 1948 г на математическом факультете Ростовского университета. По распределению был направлен на Урал, в одно из предприятий зарождающейся атомной промышленности.

В 1951 г защитил кандидатскую, а в 1955 г – в Московском государственном университете - докторскую диссертацию. В том же году в Москве он встречается с академиком Гнеденко Б.В., который приглашает его в Киев, в возглавляемый им институт математики академии наук Украины. С 1956 г и до конца жизни судьба В.М.Глушкова связана с Киевом. Он приехал в Киев известным ученым-алгебраистом, но здесь кардинально изменил сферу своей деятельности, связав научные интересы с вычислительной техникой, прикладной математикой и кибернетикой.

В 1957 году В.М. Глушков стал директором Вычислительного центра АН Украины, а в 1962 г. — директором созданного на базе этого центра Института кибернетики АН Украины (который в настоящее время носит его имя). В 1959 г в США он встречался с Норбертом Винером, основоположником кибернетики.

Его основные труды посвящены проблемам теоретической и прикладной кибернетики: теории цифровых автоматов, автоматизации проектирования, применению кибернетических методов в народном хозяйстве.

В.М.Глушков вместе с академиками Лебедевым С.А., Лаврентьевым М.А., Ляпуновым А.А. и др. стоял у истоков разработки отечественных ЭВМ и применения новых информационных технологий в научных исследованиях, оборонной промышленности и других отраслях. Под руководством В.Глушкова было разработано известное в свое время семейство машин «Днепр-1» и «Днепр-2». Значительным вкладом в создание ЭВМ с высоким уровнем машинного интеллекта стали разработки и промышленный выпуск ЭВМ серии «МИР», считавшиеся к середине 70-х годов наиболее массовыми машинами в стране в своем классе и предвосхитившие многие черты появившихся позднее персональных компьютеров.

Глушков первым выдвинул идею безбумажной технологии, заключающейся в однократном вводе информации в вычислительное устройство с ее последующим сохранением и циркуляцией в базах данных. Это позволило прекратить поток подготавливаемых вручную бумажных документов, которые являются источником всевозможных ошибок.

Идея В.М.Глушкова создания ОГАС (Общегосударственная автоматизированная система) стало делом всей его жизни. Хотя идея в планируемом виде так и не была претворена в жизнь, по ее концептуальным направлениям создавались первые вычислительные сети в различных отраслях промышленности СССР, в том числе и в Министерстве заготовок.

И вот, в конце 60-х начале 70-х годов прошлого века, силами отраслевых ученых и специалистов, и началась практическая реализация идей Л.В.Канторовича и разработок В.М.Глушкова по применению вычислительной техники для оптимизации рационов кормления животных. Конечно, эта задача решалась в рамках создания автоматизированной системы управления отраслью в числе других задач.

В отрасли хлебопродуктов СССР проблемам решения задач оптимизации рецептов комбикормов было посвящено много исследований и получены практические результаты в виде разработанного программного обеспечения. Активные работы в этом направлении проводились в Одесском и Московском технологических институтах пищевой промышленности, Всесоюзном НИИ комбикормовой промышленности (ВНИИКП), Министерствах заготовок Украины и Белоруссии, Воронежском областном управлении хлебопродуктов.

Большой вклад в разработку прикладных математических моделей и программного обеспечения для расчета рецептов комбикормов внесли Воронин В.Г., Тимошишин М.Л., Абашкин В.А. , Сурков И.М., Олейников А.Н., Цацулин В.А. Разработанные ими модели и программы по расчету рецептов комбикормов уже в 70-е годы прошлого столетия эксплуатировались в Министерствах заготовок СССР и союзных республик, областных управлениях хлебопродуктов и комбикормовых предприятиях.

Структура вычислительной сети отрасли хлебопродуктов, в которой в 70-80 –е годы производился расчет рецептов комбикормов, соответствовала концептуальным идеям В.М.Глушкова и отражала административно-территориальный и отраслевой принцип построения СССР. В частности, вычислительная сеть Минзага СССР имела трехуровневую структуру: центрреспублика-область.

В вершине сети находился Главный вычислительный центр (ГВИЦ) Минзага СССР (долгие годы его директором был Пасхин В.И.). Используя вычислительные ресурсы ГВИЦ, союзное министерство решало стратегическую задачу распределения ресурсов кормового сырья по республикам. Перед началом планируемого периода (например, год) производился расчет плановых (усредненных) рецептов комбикормов для всех видов животных, исходя из государственной программы развития животноводства на данный год и имеющихся в стране ресурсов сырья и их эффективного использования. К расчетам привлекались специалисты НИИ, разработчики программного обеспечения.

Результаты расчетов согласовывались с Минсельхозом и Госпланом. Расчет продолжался, как правило, не менее двух недель. Согласованные всеми заинтересованными сторонами результаты расчета представляли собой плановые (усредненные) рецепты комбикормов по всем видам животных; объемы производства комбикормов по видам животных для каждой союзной республики; фонды на сырье республикам в соответствии с ассортиментом и объемами производства комбикормов в них. За фонды на сырье шла настоящая «война» между союзными республиками, потому что за объемом выделенных фондов стоял уровень развития животноводства в республике и снабжения населения продуктами питания. Результаты расчетов ГВИЦ служили основой для принятия объективных решений в этих «войнах».

Следующей ступенью в иерархической сети был Республиканский вычислительный центр (РИВЦ) Минзагов союзных республик. На основании полученных директивных цифр союзных Минзага и Минсельхоза производился расчет распределения ресурсов внутри республики. Республика могла установить свои плановые рецепты (кроме союзных в каждой республике были и республиканские фонды сырья); для решения этой задачи РИВЦ рассчитывал свои варианты плановых рецептов, используя те же нормативы кормления животных. Различались 2 вида РИВЦ: для республик с областным делением и республик без областного деления. Для республик без областного деления РИВЦ был единственной структурой в республике, которая рассчитывала рецепты комбикормов.

Нижним звеном вычислительной сети был Межобластной информационно-вычислительный центр (МИВЦ). Для республик с областным делением (Россия, Украина, Казахстан) на 5-6 областей создавался МИВЦ, одна из основных функций которого заключалась в расчете оперативных рецептов комбикормов для комбикормовых предприятий региона в режиме реального времени. Для республик без областного деления задачу расчета оперативных рецептов комбикормов выполнял РИВЦ.

Комбикормовые предприятия по телефону или телетайпу направляли в вычислительный центр (ВЦ) запросы на расчет рецептов, сообщая при этом наличие сырья, его качество и цену. ВЦ в оперативном режиме производил расчеты и направлял по телетайпу на предприятия ответы на их запросы. Это, конечно, не электронная почта, но оперативность обеспечивалась очень высокая за счет соблюдения дисциплины связи. Можно представить напряженность, с которой работали специалисты ВЦ, если в регионе они обслуживали 20-25 комбикормовых заводов; технологический ритм ВЦ был очень интенсивным.

Фактически МИВЦ и РИВЦ (в республиках без областного деления) были центрами коллективного пользования, предоставлявшими вычислительные ресурсы комбикормовым заводам; это был очень эффективный способ использования ограниченных вычислительных ресурсов. В подтверждение этого скажу только, что ВЦ работали круглосуточно.

Техническую базу вычислительных центров составляли машины серии ЕС, отличающиеся быстродействием: в ГВИЦ было несколько машин ЕС-1060, в МИВЦ стояли 1-2 машины ЕС-1022.

Основу баз данных по питательности комбикормов в данных программах составляли требования государственных стандартов на комбикормовую продукцию; конечно, требования государственных стандартов не в полной мере отражали физиологическую потребность животных; об этом тогда много говорили специалисты по кормлению. Но это была другая сторона плановой экономики: у страны нет ресурсов, чтобы выполнить все нормативы кормления, поэтому иногда стандарты на комбикорма отражали с одной стороны - потребность животных, а с другой - имеющиеся ресурсы.

Основу баз данных по питательной ценности компонентов комбикормов составляли утверждаемые Министерством сельского хозяйства и Министерством заготовок таблицы питательности и химического состава сырья, в которых перечень показателей питательности ограничивался номенклатурой показателей, характеризующей питательность комбикормов в стандартах на комбикорма. Отечественные таблицы питательности формировались в течение длительного времени, в их основе лежали фундаментальные исследования, проведенные в ВИЖ под руководством члена-корреспондента ВАСХНИЛ Томмэ М.Ф. и нашедшие отражение в книгах «Корма СССР», «Аминокислотный состав кормов», «Минеральный состав кормов». Важные исследования по питательной ценности кормовых компонентов проводились во ВНИИКП, Всесоюзном НИИ зерна, Институте кормов им. Вильямса, ЦИНАО.

Комбикормовые заводы в то время не имели права самостоятельно рассчитывать рецепты комбикормов, хотя в 80-е годы на многих из них были установлены вычислительные машины серии СМ–3 (или более поздние модификации СМ-4, СМ-1420), управляющие технологическим процессом, для которых уже были разработаны программы оптимизации рецептов комбикормов.

Первое предприятие, которому был разрешен самостоятельный расчет рецептов комбикормов, был Раменский комбинат хлебопродуктов, который добился этой привилегии благодаря своему авторитету и авторитету своего директора Печенова В. Я.

Со второй половины 80-х годов, когда появились персональные компьютеры, программное обеспечение по расчету рецептов комбикормов для них разрабатывали те же специалисты на основе богатого опыта работы на «больших» вычислительных машинах.

С распространением персональных компьютеров и функция расчета рецептов комбикормов постепенно переходит на комбикормовые предприятия, а затем – на птицефабрики, свиноводческие и животноводческие комплексы, имеющие собственное кормопроизводство.

Разумеется, знаниями в области линейного программирования владели и в других развитых странах; в ведущих зарубежных научных и селекционных центрах разрабатывались программы оптимизации рационов, однако широкое практическое применение эти программы нашли там только с появлением персональных компьютеров. К этому времени в Советском Союзе была уже богатая история практического применения программ оптимизации рационов в масштабах огромного государства.

Вот такой материал, навеянный журнальной публикацией, мне захотелось представить нашему читателю.

Мы должны помнить свою историю и не отдавать добровольно наши приоритеты.

Не отдавать добровольно наши приоритеты