автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация механизированных технологических процессов в растениеводстве

' « ft J f f # f # |

/ V , f / ii'»f да*""

Всероссийский нау^о-иссдедоваггельский институт' механизации сельского' хозяйства (ЕШМ) Рсзссадьхозакадеши, НИИ "Агроприбор" Минсельхозпрода России

На правах рукописи ГЕЛШЕНБЕЙН СЕМЕН ПАВЛОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

// .

ПРОЦЕССОВ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ..................

/ .......

Специальность 05.13.07 Автоматизация технологических процессов и производств

Диссертация в виде научного доклада на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва 1999 г.

У/- 00—Ь У¿ГФО— V

т/ ' ч/ ^ / к* ^ 4

:... Всероссийски» научно—исследовательскки институт

механизации селц/ского хозяйства (ВИМ) Россельхозакадемии, НИИ "Агролркбор" Минсельхозпрода России

На правах рукописи ГЕЛЬФЕНБЕЙН СЕМЁН ПАВЛОВИЧ

Ч -

.„,-А >

АВТОШТШАЦИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ

Специальность 05.13.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям АПК)

Диссертация в виде научного доклада на соискание учёной степени доктора технических наук

1

А ППП V.

шиигиш- 1вав г.

СОЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

'■Доктор технических наук, профессор Сергованцев В.Т.

Доктор технические наук, профессор Кутьков Г.М.

Доктор технических наук, профессор Попое Е.К.

Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного машиностроения (АО ВИСКОМ)

Залщта состоится " " С/к ■ 1999 г. в " часов на заседании диссертационного совета Д 120.12.01 Московского Государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкина по адресу: Москва, 127550, ул.' Тимирязевская, 58.

С диссертацией е Еиде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Университета

Диссертация в виде научного доклада разослана "26" 03. 19ЭЭг.

Ученый секретарь диссертационного совета

профессор / 1 ^ ЗагинайлоЕ В.И.

РОССИЙСКАЯ ГО СУДА РСТЗ£ЙН'&' БИБЛИОТЕК А'"'

>гч - СШ

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность проблемы

Актуальность рассматриваемой проблемы определяется общероссийской значимостью .повышения производительности труда, качества, безопасности и конкурентоспособности сельскохозяйственной продукции, .эффективности технологических процессов, на базе автоматики как науки ^автоматизации как её практической реализации.

Необходимость автоматизации сельскохозяйственного производства и научных исследований еще б недавнее время не вызывала сомнений. Однако е период перестройки экономики это направление отодвинулось на более дальний план, потенциальные потребители были отягощены .текг/щими заботами, темпы к объемы работ по автоматизации резко снизились.

Ведущие ученые, специалисты - Акискин В.К., Еаутин В.™., Богомолов Л.К., Еолтинскии В.Н., Бородин И.Ф., Брусиловский Л.П., Бу-дзкс Iii А., Буюсагин Д. С., Василенко й.ф., Викторов А. И., Гром-Ма-зничевский Л.И., Гуляев Г.А., Елизаров В.П., ЗагинайлоЕ В.И., Ио-финов С.А., Краусп В.Р., Ксеневич И.П., Кутьков Г.М., Нагорский К.С.,Попов Е.И.,Попов Е;П.,Рунов Б.А..Сабликов М.В.,Секаяов Ю.П., СергоЕанцев В.Т., Славин P.M., Огребков Д. С., Тзрушкин В.И.,Усков И.Б., ФирсоЕ М.М., Фомичёв М.М., Хорошенков В.К., Шеповалов В.^., Шипилевский Г.Б., Braun К.(Англия), Warner М. (США) и мн. другие; практики сельского хозяйства, передовые хозяйственники и прогрессивные фермеры неоднократно подчёркивали, хорош понимают, оценивают актуальность контроля качества и безопасности сельскохозяйственной продукции и автоматизации информавдонно-измерительных и производственно-технологических процессов, необходимость создания соответствующих технических средств. -

Однако это становится не столь очевидным, когда приходится решать такие текущие задачи, как предстоящее вступление России" во Есемирную торговую организацию (ВТО), требующее согласованности нормативных документов, преодоления технических (метрологически);) барьеров, освоения ведомственной добровольной калибровки приборов наряду с обязательной поверкой средств измерений и автоматизации, подлежащих государственному контролю и надзору, организации сети центров сертификационных испытаний продукции и производств.

. Таким образом, мнения о проблеме автоматизации в сельском хозяйстве можно охарактеризовать двумя противоречивыми положениями:

- задачу вывода сельскохозяйственного производства из затянувшегося кризиса невозможно решить без автоматизации технологических процессов в растениеводстве и животноводстве, без оснащения научных к производственных лаборатории, сйецйаяьных сельскохозяйственных служб методами и средствами метрологического обеспечения, контроля и сертификация безопасности и качества продукция, без информационно- консультационного обслуживания сельского товаропроизводителя на основе телекоммуникационных сетей и компьютерной технологии;

- с другой стороны, е настоящее время перед сельским товаропроизводителем всех форм собственности стоят такие сложные текущие заботы, что актуальность проблемы автоматизации действительно выглядит сомнительной.

Но именно в этом диалектическом противоречии двух утверждений заключено их единство: без подключения методов и средств первого положения нельзя успешно разрешить объективно' существующую ситуацию второго утверждения. Вывод: будучи на первый взгляд внешне в настоящей ситуации непервоочереднои, задача автоматизации е бли-жаишие годы может стать и уже сейчас становится одной из са^ых актуальных научно-практически:: проблем е сельском хозяйстве.

1. . цвли раиихы:

обобщить накопленный опыт по автоматизации в сельском хозяйстве и разработать научно-методические и организационно—практические обоснования требований к автоматизированным и автоматическим системам, их элементам, а также сформулировать встречные требования к сельскохозяйственному производству, к технологии и организации работы автоматизированных систем с активизацией информационного, метрологического, нормативного и сертификационного обеспечения автоматизации в сельском хозяйстве.

1.3. Основные задачи исследований:

- провести анализ объектов автоматизации на базе прогрессивных технологий с разработкой системы информационных параметров,, приборов и средств автоматизации, рассмотрев технологические и технико-экономические предпосылки направлений и уровня автоматизации

на конкретнее объектах;

- провести анализ и синтез автоматических контролирующих и управляющих устройств, схем роботизации и иссгедоЕать динамику автоматических систем в делом, аналитическим! и машинными (аналоговыми и чиелненными) методами;

- в полевых условиях исследовать объекты локальной и комплексной автоматизации, оценить статические и динамические, в том числе статистические характеристики информационных параметров объектов автоматизацию!, автоматических систем и человека-оператора;

- провести анализ методов организации работы и надёжности автоматических систем в комплексе с устройствами телеуправления и перспективой терранавигации моботов и сформулировать требования к средствам автоматизации, условиям их рационального использования, предъявив встречные требования к объектам автоматизации и к сельскохозяйственному производству

- рассмотреть приборы как основу (первый в информационной и информационно-управляющей цепи элемент) для контроля технологических процессов и продукции, активизировать работы по стандартиза-ционному, метрологическому, информационному и сертификационному обеспечению измерений и автоматизации в сельском хозяйстве.

. Л

1.4. Научная новизна работы В результате многолетних исследований

- выполнено обобщение и обоснование нового крупного народнохозяйственно- и социально значимого научно-практического направления разработки технологических основ автоматизации контроля и регулирования параметров сельскохозяйственных процессов и продукции, создающего фундамент для результативного взаимодействия между заказчиком, разработчиком, производителем и потребителем средств измерений и автоматизации (СИА), автоматических систем сельскохозяйственного назначения вообще и автоматизируемых технологических процессов, выполняемых мобильными агрегатами, в частности;

- дана классификация сельскохозяйственных объектов нрнтроля и управления, начиная с семян и окружающей1 среды, технологических процессов, машин и продукции и до человека как объекта и субъекта управления и разработаны научно-методический подход к построению Системы контролируемых параметров, приборов и средств^автоматиза-

цш е сельском хозяйстве и методика технологического и технико-экономического обоснования целесообразных направлений и уровня автоматизации сельскохозяйственных объектов;

- на основе общей теории автоматического управления разработан метод анализа и синтеза автоматических контролирующих и управляющих устройств с исследованием динамики замкнутых, в том числе через человека-оператора, систем с использованием математического моделирования, расчета и статистической обработки информации с установлением закономерностей накопления погрешностей копирования зависимых базовых линий и потери информации от расстояния с возможностью искусственной компенсации изменений и расчетного восстановлен»«! информации на удаленном объекте;

- разработан метод анализа и оценки статистических характеристик объектов автоматизации, человека-оператора и автоматических систем при планировании активного и пассивного полевого эксперимента с

V использованием кино-осциллографирования для визуализации измерительной информации;

- обоснован взгляд на приборы как средства объективизации информации в; информационных системах и как основу для построения вместе с аппаратно-программными средствами информационных и информационно-управляющих автоматов, их метрологического, нормативного, информационного и сертификационного обеспечения.

1.5. Положения, выносимые на защиту:

- метод анализа производственного процесса'и составляющих его технологических процессов й операций как объектов автоматизации на примере хозяйств зернового направления, разработки Системы контролируемых параметров, приборов и средств автоматизации;

- технико-экономическая оценка и выбор целесообразных направлений, уровней и объемов автоматизации технологических процессов, операций и машин как звеньев автоматизируемого поточного производственного процесса и как объектов локальной и комплексной автоматизации и роботизации;

- технологические и схемотехнические решения и исследования с использованием аналоговой, цифровой и аналогово-цифровой.вычислительной техники при создании средств контроля, измерений, испытаний и систем автоматического регулирования и управления на-

.земных мобильных■роботов (терранавигация моботов);

- методика и результаты исследовательских испытаний, статистического анализа систем ручного и автоматического управления и синтеза технологических и технических (агротехнических) .требовании к системам измерения, контроля, регулирования и управления сельскохозяйственных тракторных агрегатов, выполняемых ими технологических процессов и получаемой продукции (зерна и семян), к их метрологическому, нормативному, сертификационному и информационному обеспечению, а также встречных требований автоматизации к сельскохозяйственному производству, к организации и технологии работ.

.1.6. Практическая значимость работы

Её характеризуют:

- разработка (начиная с 1960 г. в ЕИМе) и поэтапная реализация с 1968 г.(е НИИ "Агроприбор" совместно с другими организациями и предприятиями) Системы контролируемых параметров, приборов и средств автоматизации с созданием автоматизированного банка документов, данных и знаний (АБнДЗ) "Приборы, измерения, автоматизация в АПК", систематизирующих процессы разработки и освоения приборной продукции в сельском хозяйстве;

- использование данных и знаний для периодической (на пятилетний период) разработки научно-технических Программ (федеральных и отраслевых) по автоматизации и приборному обеспечению АПК, начиная с РЦНТП 0.18.04 на 1961-1965 г.г. и кончая.Проектом 10 "Технические средства измерений и автоматизации" в ОНТП "Информатизация, метрология и стандартизация в АПК на 1396-2000 г.г.";

- систематическая самостоятельная разработка и участие в создании и внедрении приборов, средств автоматизации и автоматических систем для сельского хозяйства:

= автоматического направления движения мобильных агрегатов при вспашке, посеве, культивации, уборке на гоне и поворотной полосе [9, 12, 15, 49, 59 И др.];

= автоматического контроля загрузки двигателей, регулирования и оптимизации загрузки агрегатов С18, 26, 58 и др.];

= автоматического измерения, контроля и регулирования хода рабочих органов е продольно-вертикальной и горизонтальной плоскостях С31, 34, 35 и др.];

= автоматического контроля, сигнализации и защиты безопасности работы на склонах [50, а.с. № 807101];

= автоматического отбора проб почвы и семян С32, 783;" = автоматического контроля высева семян С40, 44, 54, 643 ; = комплексного автоматического регулирования и управления мобильных агрегатов [26, 56, 583; • .

= учета рабочего и общего пути, времени работы [28, 29, 45,683; = усилительно-преобразовательные элементы автоматики [20, а.с. № 321842); . '

= способы градуирования электровлагомера зерна, измерения-влажности сыпучих материалов и поверки влагомеров [72, 81, а. с. № 1221 5973;

= способы оценки посевных качеств семян, подготовки разнонатур-ных проб зерна [73, 75, а.с. № 16077123; многие изобретения защищены авторскими свидетельствами, реализованными в виде макетных, экспериментальных и опытных образцов, установочных партий и серийно выпускаемых приборов, в т.ч. 400 САК ЗД (Чебоксарский ЗИП),2000 САК ВС (Паневежеский 133), 30000 "Колос-1" (Горьковский и Воронежский Ш); награжден нагрудным знаком "Изобретатель СССР";

- разработка организационно-методических и нормативных документов, регламентирующих процесс автоматизации, обеспечение единства измерений, создание и постановку на производство приборной продукции, создаваемой по заказу Минсельхозпрода России, поверку, калибровку и зксплуатащ-ш приборов и средств автоматизации, их метрологическое и информационное сопровожденмие (федеральные и ведомственные научно-технические программы, государственные и отраслевые стандарты, разработанные с участием автора);

- использование научных и методических разработок автора, выполненных в творческих коллективах ВШ и НИИ "Агроприбор", при самом позитивном и активном участии специалистов НАТИ, ВИСКОМ, ВЙЭСХ, ВНИПТШЗСХ, УНИШЭСХ, УкрНИСХОМ, ЦНИИМЭСХ, ЧИМЭСХ, МГАУ, С-ПГАУ, ВНИИМС, ВНИИС, УралВНИИМ,.ВНИИ"Агросистема", ЦНШГАСУ агросервис", заводов - ВгТЗ, ХТЗ, ЧТЗ ("Уралтрак"), АлтШ, НП0"Аналитприбор", НП0"Бакприбор" и др., в учебных курсах по приборам и средствам автоматизации при подготовке специалистов электромехаников и агрономов-технологов сельскохозяйственного Производства и научных работников высшей квалификации. 7 "' ■

1.7. Апробация работы и основные публикации

.Основные положения работы доложены на международных, федеральных и региональных совещаниях и конференциях по автоматизации сельскохозяйственного производства, шфорштизащ-ш, электронизации и приборному обеспечению АПК с I960 по 1999 г.г. - ВИМ, ВИЭСХ, ВИ-CXDM, НАТЙ, НИИ "Агроприбор" и его филиалы (Минск, Саратов, Николаев, Симферополь, Барнаул), ЦНЮ5МЭСХ(Минск).УНИШЭСХ (Киев); Укр-НМСХОМ (Харьков), АН Болгарии (София, Албена); СибШЭ(Новосибирск), ВНИПТШЭСХ (Зерноград), ВИР, АФИ, С-ПГАУ (Санкт-Петербург, Конгресс ИФАК (Таллин); Сев.-Зал.МИС (Ленинградская обл.), РАСХН, ВНШШГК, ВИМ (Переславль-Залесский, Тверь, Углич).

В процессе и по результатам исследований подготовлено около 600 научных трудов,- из них опубликовано самостоятельно и в соавторстве более 200, в т.ч. такие брошюры и книги, как:

Автоматизация вождения тракторов, 1961. - 71 е.; Автоматизация в сельском хозяйстве, 1962. - 68 е.; Автоматизация управления тракторами и сельзсозяйственными машинами, 1963.- 85 е.; Проблемы' автоматизации сельскохозяйственного производства (ред.), 1964. - 440 с.; Вычислительные машины и сельскохозяйственная техника, 1965. -160с.; Технологические основы автоматизации сельскохозяйственного производства, 1967.-447 с.¡Автоматизация процессов послеуборочной обработки зерна, 1968.- 101 с. Автоматизация контроля процесса работы посевных машин, 1975.- 62 е.; Основы автоматизации сельскохозяйственных агрегатов, 1375.- 384 е.; Терра-навигация,1981.-208 с. Теранавигация, Болгария, София,1983.-240с. Роботизация полевых работ, Чехословакия, Братислава, 1984.-181с.;. Электроника и автоматика в мобильных сельхозмашинах, 1986.-262с., а также такие публикации в журналах и сборниках, как:

Система контролируемых параметров, приборов и средств автоматизации сельскохозяйственного назначения.- Международный сельскохозяйственный журнал, 1992. № 1; Датчики приборов и авт�