автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Формирование механизированных технологических линий посева зерновых культур методом имитационного моделирования

ив ОЛ

На правах рукописи Агзамов Мухамедолла Сапщулинович

ФОРМИРОВАНИЕ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПОСЕВА ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР МЕТОДОМ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

05.20.03-Эксплуатацня, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Алмпты 1998

Работа выполнена в Казахском научно-исследовательском институте механи зации н -электрификации сельского хозяйства (КазНИИМЭСХ).

11аучпый руководитель -

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ануарбеков М.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор, лауреат премии Совета Министров СССР, академик Соломкин А.П.;

кандидат технических наук, доцент Никитин В.С.

Ведущая организация - Акмолинский аграрный университет

им. С.Сенфуллнна

Защита состоится 24 декабря 1998 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета К 14.37.03 в Казахском государственном аграрном университете по адресу: 480021, г. Алматы, пр. Абая, 8, 1-й корпус, ауд. 84.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан 23 ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

К.К.Конысбаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Улучшение использования средств механизации - одно из решающих направлений повышения эффективности сельскохозяйственного производства и его интенсификации. Важнейшей задачей при эгом является обоснование оптимальных МТА, комплексов машин и составов МТП с учетом конкретных производственных и природно-экономичсских условий. Для хозяйств из всего многообразия технологических и технических решений должны быть выбраны такие варианты, которые обеспечивают максимальную эффективность производства.

Реорганизация сельского хозяйства Казахстана привела к появлению различных организационных форм хозяйствования: крейтьянских хозяйств, производственных кооперативов, коллективных предприятий и др. Вместе с тем крупные агроформирования в основном остались в прежних границах землепользования. Особенно это характерно для хозяйств Северного и Восточного Казахстана, где площади посева зерновых культур составляют 10 и более тысяч гектаров, позволяющие организовать групповую работу МТА.

Исследованиям проблем повышения эффективности использования и оптимизации состава МТП посвящены работы Ф.С. Завалишина, Ю.К. Киртбая, Е.И. Иофинова, М.С. Рунчева, Э.А. Финна, Р.Ш. Хабатова, М.В. Шахмаева, A.A. Зангиева, В.Е. Андрианова, М. Ануарбекова, М.К. Ма-лева, К.К. Конысбаева и многих других авторов.

Характерная особенность современного этапа механизации сельского хозяйства - широкое примените технологических линий для последовательного выполнения взаимосвязанных процессов поточного производства.

В настоящее время определились общие принципы моделирования технологических процессов, в том числе посевных, нашедших отражение в работах В.Д. Саклакова, В.Ф. Скробача, Д.П. Рябцева, K.M. Жукевича. Вместе с тем методы выбора оптимальных параметров механизированных технологических линий (далее - технологическая линия) посева зерновых культур еще недостаточно исследованы. При этом первостепенное значение приобретают вопросы рационального построения технологического процесса посева и оптимизации технологических линий на основе применения современных экономико-математических методов и ЭВМ.

Для решения этих задач наиболее подходит алгоритмическое описание процесса посева и его исследование методом статистического моделирования. Например, имитационное моделирование процесса посева зерновых культур с вероятностной структурой основных элементов времени выполнения технологических операций.

Цель работы заключается в разработке методики формирования технологических линий, обеспечивающих более эффективное выполнение технологического процесса посева зерновых культур в заданные агротехнические сроки.

Работа выполнена в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ КазНИИМЭСХ на 1986-1998 гг. ( 051.11, 20.12, 02.04.05).

Для реализации поставленной цели планируется решение следующих задач:

исследовать процесс функционирования и разработать модель технологического процесса посева зерновых 1сультур;

разработать методику формирования технологических линий посева зерновых культур;

определить законы распределения продолжительности выполнения основных элементов технологического процесса посева зерновых культур;

разработать модель функционирования технологических линии посева зерновых культур;

обосновать параметры технологических линий посева зерновых культур в различных условиях их работы.

Объектом исследования являются технологии посева зерновых культур, машинно-тракторные ахрегаты, комплексы машин и технологические линии.

Научная новизна и практическая ценность диссертации. Разработана имитационная модель процесса посева зерновых культур, представляющая собой две взаимосвязанные системы массового обслуживания, и математическая модель оптимизации технологических линий с учетом конкретных условий эксплуатации машин. Установлены закономерности выполнения основных элементов технологического процесса посева зерновых культур.

Основные теоретические положения и экспериментальные данные позволили обосновать целесообразность в современных условиях формирования технологических линий посева зерновых культур, обеспечивающих максимальную эффективность производства. Результаты реализации имитационной и математической моделей позволили разработать каталог наиболее эффективных технологических линий посева зерновых культур для различных производственных условий.

На защиту выносятся: имитационная и математическая модели формирования оптимальных технологических линий посева зерновых культур; каталог оптимальных технологических линий для различных производственных условий.

Апробация практических результатов работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Казахского государственного аграрного университета (г. Ал паты, 19'19 г.), республиканской конференции молодых ученых и специалистов (г. Алмагы, 1990 г.), ученом совете КазНИИМЭСХ (г. Алматы, 1990-1998 гг.) и техническом совете Восточно-Казахстанского областного управления сельского хозяйства (г. Усть-Каменогорск, 1998 г.).

По теме диссертации имеется 5 научных публикаций, результаты исследований вошли в концепцию инженерно-технического обеспечения сель-

скохозяйственного производства Восточно-Казахстанской области Республики Казахстан.

Расчеты оптимальной технологических линий посева зерновых культур внедрены в АО «Айыртау» и ПК «Уланский» Уланского района Восточно-Казахстанской области.

Структура и объем диссертзцни. Диссертация состоит нз введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Содержание работы изложено на 117 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 17 рисунков и 5 приложений. Список использованных источников включает 98 наименований.

ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВА ДИССЕРТАЦИИ

Состояние исследований по формированию технологических линий по- -сева зерновых культур. Высокопроизводительное использование техники определяется необходимостью выполнять полевые работы в сжатые, оптимальные сроки, за счет чего значительно сокращаются потери продукции. Особое значение этот фактор приобретает на севе зерновых культур. Многочисленные данные показывают, что при задержке с высевом семян по разным причинам на один день против оптимальных сроков недобор зерна на каждом гектаре составляет 20...30 кг, а при задержке на 6...8 дней он возрастает до 3...4 ц. Потерн времени при этом должны быть сокращены до минимума, приняты все меры к рациональной организации полевых работ.

Строгое соблюдение качественного выполнения посевных работ в а1-ро-техннчески обоснованные оптимальные сроки требует высокого уровня их организации. Однако по многих хозяйствах нашей республики они проводятся еще с большими отступлениями от известных принципов рациональной организации рабочих процессов. Необходимая непрерывность выполнения основных технологических операций нередко нарушается, нет должной согласованности (синхронности) отдельных работ во времени, не выдерживаются пропорциональность и заданная ритмичность технологического процесса. Так, результаты хронометражных наблюдений, проведенных в хозяйствах Восточно-Казахстанской области, показывают, что время основной работы на севе составляет 57%. Весьма велик удельный вес простоев. Они превышают 15% продолжительности смены, причем почти 10% их приходятся на простои по организационным причинам.

Основные потери рабочего времени падают на прости в ожидании загрузки посевных агрегатов и технические неисправности. На их долю приходится 12...23% времени смены. Все это, естественно, отрицательно сказывается на сроках проведения посевной кампании, использовании рабочего времени и уровне производительности труда.

Современный уровень технического оснащения сельского хозяйства дает возможность внедрять поточную технологию, которая является основным принципом организации всего сельскохозяйственного производства.

При организации производственного процесса поточным методом создается непрерывность технологического процесса с четким соблюдением оп-

ределенной последовательности качественного выполнения взаимосвязанных операций и максимальным использованием технических возможностей машин и вспомогательного оборудования.

Рациональная организация посевных работ содержит систему мероприятий, призванных обеспечить оптимальное комплектование звеньев посевного комплекса, гарантирующих достижение в заданных условиях максимальной производительности и минимальных затрат материальных, трудовых и финансовых ресурсов. Исследованию проблемы формирования комплексов машин и технологических линий посева зерновых культур посвящены несколько работ.

Проведенный анализ состояния проблемы позволяет заключить, что при этом применяют инженерные методы решения оптимизационных задач, методы и аппараты теории массового обслуживания, основанные на общей теории стационарных марковских процессов, с помощью которых можно описать взаимодействие машин, находящихся в процессе работы в организационно-технической взаимосвязи.

Большинство подобных задач оптимизации решается с помощью детерминированных экономико-математических моделей. Однако, такие модели не учитывают вероятностного характера многочисленных, оказывающих влияние на работу машин н оборудования технологической линии и их производительность, факторов: рйвномерность высева, времени опорожнения сеялок и транспортировки посевного материала и др. В результате неполной согласованности в работе возникают простои, определяющие в конечном счете производительность технологической линии.

Наибольший интерес представляет использование теории массового обслуживания для решения поставленной задачи. Однако, математический аппарат, разработанный для решения классических замкнутых однофазных систем массового обслуживания (СМО), весьма ограниченно применяют при исследовании процессов взаимодействия МТА в растениеводческих поточных линиях. Дело в том, что однофазные замкнутые системы обслуживания относятся к простейшим, вероятности состояний и переходов которых описываются линейными графами.

Вместе с тем даже простейшие поточные линии для механизации процессов растениеводства, состоящие из двух групп машин, представляют собой в большинстве случаев двухфазные СМО, которые описываются плоскими графиками. Что же касается более сложных по структуре поточных линий, то они представляют собой сети массового обслуживания, изображенные плоскими и пространственными графиками, как основы для составления системы линейлых алгебраических уравнений.

Для поточных линий, изображаемых плоскими и пространственными графами, классический аппарат и методы теории массового обслуживания неприемлемы.

Этим объясняегся то, что аналитические методы моделирования и решения прикладных задач по эксплуатации поточных линий в растениеводстве

на основе теории случайных процессов не нашли широкого применения, хотя аналитические методы моделирования имеют существенные преимущества перед другими.

Используются также аналитические зависимости массового обслужива- ' ння. При этом рассматриваются простейшие стационарные потоки событий, осуществляющие перевод системы из одного дискретного состояния в другое. Однако, как показывают исследования, на практике часто функционирование технологических линий посева зерновых культур отличается от упрощенных систем, рассматриваемых в теории массового обслуживания. Поток требований не обязательно является простейшим, а время обслуживания подчиняется любому закону распределения.

Качественно новый уровень исследования процессов в сложных системах массового обслуживания достигается методом имитационного моделирова-ння. Используя этот метод, можно более полно, по сравнению с аналитическими формулами исследовать зависимость показателей эффективности СМО от характеристик потока требований и параметров обслуживающей системы, как для установившегося, так и для неустановившегося режима.

Метод имитационного моделирования позволяет отказаться от проведения длительных и дорогостоящих экспериментов с технологическими линиями. Для него достаточно выполнить экспериментальные исследования работы отдельных машин с целью получения статистической информации по основным элементам процесса: время на один поворот, время одной загрузки посевного агрегата, скорость холостых переездов, скорость транспортно-загрузочных средств (ТЗС) и т.д. Полученная информация по отдельным машинам липни служит для определения законов распределения значений указанных величин, их математических ожиданий и дисперсий, необходимых при моделировании работы технологических линий посева зерновых культур, состоящих из этих отдельных машин.

Теоретические основы формирования технологических линий посева зерновых культур. Работы по посеву зерновых в сжатые агротехнические сроки и с высоким качеством в настоящее время могут быть произведены технологической линией, обеспечивающей комплексную механизацию работ. Эта линия в рассматриваемом случае включает посевные агрегаты (К-700Л + СЗС-2,1, ТЗС (УЗСА-40), пункт подготовки посевного материала (ППМ) со средствами его погрузки в ТЗС (ЗПС-60) и весовую.

Рассматриваемая технологическая линия представлена в виде двух систем массового обслуживания: СМО-1, включающая посевные агрегаты и ТЗС; СМО-2, содержащая те же ТЗС, взаимодействующие с погрузочными средствами ППМ (рис. 1.). Особенностью ее является наличие тесной технологической взаимозависимости между группами машин. Несоответствие состава любой из технологических групп требованиям, вытекающим из обеспечения параметров всей линии, отрицательно сказывается на показателях функционирования как отдельных групп, так и линии в целом. Например, при недостатке ТЗС будут простаивать посевные агрегаты и средства по-

грузки ППМ. Такая линия может обеспечить достижение высоких технико-экономических показателей только в том случае, если ее состав будет оптимальным, и при этом будет обеспечена наиболее рациональная организация всех технологических групп машин.

Схема функционирования технологической линии посева зерновых культур

СМО-1

о6слу**ины* )«яв<и (ТОС)

потоп {МТА)

,-ООЮ ;

I

ру

обслу*е*кы» ээлади (МТА)

кап«л обслу*.и»»н*4в (СП) , -

о......с\ V

® о 4

РУ - рабочий участок СП - етационаримй пмруэчм* В - »«соаая

РУ - рабочий участок, СП - стационарные погрузчики, В - весовая ' Рисунок 1

Исходя из технологической сущности процесса посева зерновых культур, за поток требований в СМО - 1 принят ноток требований на загрузку посевных агрегатов семенами. Следовательно, поток требований в этой системе создают посевные агрегаты и они на поле (рабочем участке) обслуживаются транспортно-загрузочньши средствами. Последние, по прибытии порожняком на склад, создают в СМО-2 поток требований на обслуживание погрузочными средствами ППМ.

Численные значения показателей функционирования СМО зависят от состава-системы (количество посепных агрегатов, ТЗС, погрузчиков), а также от ряда природно-производственных факторов и особенностей технологических параметров. Основными из них являются число сеялок в афегате. рабочая длина участка (Ь), расстояние перевозки семян (Я) и состояние дорог, тип ТЗС и их вместимость, норма высева семян и их насыпная плотность, производительность стационарных погрузчиков.

Технологический процесс посева зерновых культур характеризуется тем, что продолжительность выполнения различных элементов технологических операций является случайными величинами с соответствующими законами распределения, математическими ожиданиями, дисперсиями и т.п. В этой связи согласование работы машин, объединяемых п единую технологическую линию, необходимо выполнить с учетом случайного характера нх взаимодействия. В рассматриваемой линии непосредственному взаимодействию подчиняются посевные агрегаты, ТЗС н стационарные погрузчики ППМ.

К основным показателям формируемых технологических линий посева зерновых культур относятся: производительность за 1 ч основного, технологического и эксплуатационного времени; совокупные, издержки; затраты труда; металлоемкость посевного процесса; удельный расход топлива.

Работа посевного агрегата, как и большинства других сельскохозяйственных машин, характеризуется цикличностью выполнения. Причем циклов работы агрегата может быть выделено несколько. Однако, наиболее важным представляется промежуток времени от одной загрузки сеялок до другой. Важность именно этого цикла определяется тем, что в момент загрузки происходит непосредственное взаимодействие посевного агрегата и ТЗС.

Все составляющие времени цикла и посевных агрегатов, п ТЗС являются случайными величинами, подчиняющимися собственным законам распределения. Построение модели имитационного моделирования технологического процесса посева зерновых культур требует определения математических ожиданий элементов времени цикла и законов их распределения.

Вероятностная структура времени основной работы посевного агрегата в цикле определяется закономерностью высева семян. Возможный высев семян обеспечивает выбор соответствующих значений ширины захвата и рабочей скорости посевного агрегата.

Технологическое время цикла посевного агрегата складывается из времени основной работы ton, времени затрачиваемого на повороты to.n, времени на устранение технологических и технических неисправностей t,„ времени загрузки сеялок семенами tj. Таким образом математическое ожидание времени цикла посевного агрегата без учета времени простоя в ожидании ТЗС определяется математическими ожиданиями

M[U = M[U + M[tno>] + M[t„] + M[t,]. (1)

Наиболее важной величиной, определяемой в процессе имитационного моделирования, являются простои посевных агрегатов из-за отсутствия ТЗС, а также простои ТЗС при неготовности агрегатов к загрузке..

Формирование простоев при моделировании осуществляется следующим образом. Моделируются работы посевных агрегатов и ТЗС (рис. 2 н 3). При наступлении момента времен» опорожнения бункеров очередного агрегата определяется состояние ТЗС. Если ни одного ТЗС, готового к загрузке нет, начинается отсчет времени простоя агрегата до момента прибытия первого из имеющихся ТЗС. С его прибытием про

Зависимость простоев одного посевного агрегата от числа ТЗС

о

X

го т

о .

О Го

о с

- ф е I

Ь о о.

с:

Тп.п

0,75

0,50

0,25

2 3

число ТЗС, шт

(К-700Л+5СЗС-2,1, Ь=1000 м, Г1-10 км, цифры - число агрегатов) Рисунок 2

Зависимость производительности посевного агрегата от числа ТЗС

т

л о? к-

о -

о го

X >-

? й>

2 о.

Wcм.n 4,50

Ч О га п

з: о о. <и г~ о о с

га о о

X ш

•4,00

3,50

[[ /—> / Л^ 10

т 8

\ , ,,/.../ //

2 3

число ТЗС, шт

т

стой агрегата заканчивается и после загрузки сеялок заканчивается очередной рабочий цикл. А рабочий цикл ТЗС начинается загрузкой семян в ящики посевных агрегатов. Если вместимость и грузоподъемность ТЗС позволяет заправить ящики двух и более агрегатов то ко времени цикла ТЗС каждый раз добавляются простои в ожидании готовности к загрузке (при условии, что после очередной загрузки больше нет агрегатов, рабочий цикл которых заканчивается). Таким образом, математическое ожидание времени загрузки посевных агрегатов транспортно-загрузочным средством определяется как сумма времени загрузок ящиков, вмещающихся в кузов, с учетом подъездов под загрузки:

Щ, , (2)

3 п [ 11 I

где t.! m - время, затрачиваемое на загрузку в одном цикле ТЗС, ч.

Плотность распределения значений времени ездок подчиняется нормальному закону, а математическое ожидание определяется в зависимости от состояния, типа ТЗС !! группы дорог, по которым осуществляется транспортировка:

с грузом M[tm.,] = R/Vm.i; (3)

без груза M[tm l] = R/Vm0; (4)

Vm,, Vm0 - скорость движения ТЗС с грузами и без груза в зависимости от группы дорог, км/ч. Для транспортно-загрузочных средств математическое ожидание времени цикла без учета простоев определяется выражением

Mfc.nO = M[tJm] + MfW.] + M[tra0] + MftJ + M[tj], (5)

где t„ - время погрузки семян в ТЗС на ППМ, ч.

Время обслуживания посевного агрегата транспортно-загрузочным средством определяется по формуле

/ + / , (6)

обс.п z 3

где 7- число заправок посевных агрегатов за одну поездку ТЗС.

Описанная стохастическая модель технологического процесса посева ■ зерновых культур использована при разработке программ имитационного моделирования двух технологических схем (без и с бункером-накопителем).

Программа и алгоритм моделирования технологических линий посева зерновых культур. Сущность предлагаемого метода имитационного-моделирования функционирования технологической линии посева зерновых культур состоит в следующем:

1 ) строятся алгоритмы, с помощью которых формируются реализации потоков входящих требований и моделируются процессы функционирования обслуживающих систем; 2) эти алгоритмы используются для многократного воспроизведения случайного процесса обслуживания;

3) полученный в процессе моделирования статистический материал подвергается обработке с целью определенна оценок показателей эффективности смо.

Имитационное моделирование функционирования технологической линии посева зерновых культур включало в себя следующие основные этапы

1. Формулировка пройлс.\ш, постановка задачи и определение цти эксперимента. Проблема сведена к определению такого состава технологической линии, при котором достигаются экстремальные значения выбранных критериев.

Цель имитационного моделирования заключалась в получении, новой информации о влиянии исследуемых фактороз на показатели эффективности работы технологической линии н в дальнейшем оптимизации этих показателен. В результате имитационного эксперимента найдена такая комбинация урозией факторов, которая обеспечивает получение экстремального значения целевой функции.

2. Изучение технологической лшшн. На этом этапе уточнили входные данные н ограничения, а также случайные возмущения. Собрали информацию, характеризующую работу линии.

3. Формулировка математической модели технологической линии. При этом выделили главные и исключили второстепенные. Это позволило построить модель линии в виде уравнения, графиков.

В задачу построения имитационной модели входила структурная и параметрическая идентификация. Структура модели выбрана в зависимости от цели исследования.

4. Планирование машинных экспериментов. Задача исследования состояла в глубоком изучении поведения исслсдусмой линии при наименьших затратах труда и машинного времени. С этой целью осуществлено не только построение модели, но и планирование проведения на ней эксперимента. Планирование эксперимента позволило уменьшить число необходимых испытаний па ЭВМ и послужшю структурной основой процесса исследования.

5. Составление машинной программы и проведение эксперимента на ЭВМ. В соответствии с математической моделью н ее алгоритмом составлена программа для розыгрыша различных вариантов.

6. Проверка адекватности математической модели. Проверка на адекватность произведена статистическими методами с помощью критерия Фишера.

■ Физическое описание процессов в имитационной модели сводится к следующему. В случайные моменты времени в систему поступают заявки на загрузку посевных агрегатов семенами. Промежутки времени между поступлениями распределены по закону Эрланга к-то порядка.

Заявкр выстраиваются в очереди и обслуживаются в порядке поступления/Система кмеетт равноценных ТЗС (каналов), номера которых соответственно 1, 2,.... т,... т*. Заявка, занимающая место в начале очереди, поступает в тот канал, который освобождается ранее других. Длительность обслуживания заявки имеет экспоненциальный закон распределения.

Имитационное моделирование рассматриваемой системы произведено по разработан ному алгоритму. * -

Экспериме;ггальные исследования работы технологических линий посева зерновых культур. Экспериментальные исследования, выполненные в соответствии с темой работы, имели своей «елью:

1. Сбор и обработка статистической информации о работе машин.

2. Определение статистических характеристик основных элементов работы машин.

3. Выполнение экспериментов на машинных моделях по двум технологическим схемам посева зерновых культур.

Экспериментальные исследования выполнялись па полях АО "Аиыртзу" н ПХ "Уланский" Уланского района Восточно-Казахстанской области. На рис. 4 представлена гистограмма времени цикла работы посевного агрегата по результатам наблюдений в АО "Айыртау".

Гистограмма распределения времени цикла работы посевного агрегата

Рисунок 4

Выполненные натурные эксперименты, целью которых было установление или подтверждение основных статистических характеристик Элементов времени работы машин, позволили определить, что продолжительность цикла работы посевного агрегата /,,„ и время оборота ТЗС 1чт подчиняются закону Эрланга к-го порядка, продолжительность загрузки сеялок I, - показатель-

ному закону, время устранения отказа /„ - нормальному закону и время наступления очередного отказа („ - экспоненциальному закону распределения.

Установлены закономерности для формирования соответствующих случайных чисел при имитационном моделировании работы посевных агрегатов, ТЗС и стационарных погрузчиков в технологической линии.

Плотность распределения вероятности высева семян показана в табл. 1. Таблица 1

Показатели закономерности высева семян сеялками

Работая ши-ршы захвата несенного агрегата, Щм) Математическое ожидание, Среднсквадр апиеское отклоие; пю, ор» Диспер «и. Об» Плотность распределения БерОЯГ- НСХЛН 1

7,38 0,093 0,108 0,0117 (ВфГ0-093^ ~оЛз -

9,22 1,014 0,110 1 0,0121 кчуолотеч (ВфГ1-10^2 0,024

11,07 1,023 0,110 0,0121 Я8Ф)=о,ио-тех1А о,о:-'

Для рассматриваемых агрегатов закон распределения значений времени устранения технологических и технических неисправностей имеет вид

(1нГ0,323)2

0,055

с математическим ожиданием Кф,] = 0323 ч.

Плотность распределения времени обслуживания ТЗС подчиняется закону

^'обст>=14'92е~14'92,о6ся 0 математическим ожиданием М^ Л = 0,067 ч.

Полученные модели имитационного моделирования позволяют рассчитывать состав и выходные параметры технологических линии при различных У1' ювиях посева и получить спектр выходных значений в зависимости от изменяемых входных параметров. Для того, чтобы оценить влияние каждого на конечный результат проведено имитационное моделирование по всем пара-»..етрам с определенным шагом .

Ii

Формирование технологических линий посева зерновых культур связано с миогокрнтериальиостыо. При таких условиях трудно выбрать обоснованное компромиссное решение. Метод многокритериальной оптимизации помогает в этом. Задача решена с использованием ЭВМ в диалоговом режиме.

Варьируемыми параметрами разработанных моделей имитационного моделирования являются количество посевных агрегатов, ТЗС и погрузчиков ППМ, число сеялок в агрегате, длина гона, радиус перевозки семян.

Решение задачи включало 4 этапа:

1. Построение статистической модели работы технологической линии.

2. Зондирование многомерного пространства параметров.

3. Построение уравнений связи критериев и параметров.

4. Анализ полученных зависимостей.

Обработка экспериментальных данных позволила определить следующие иаиСочее значимые параметры: X¡ - количество посевных агрегатов; Х2 - количеств TJC; Х4 - количество сеялок в агрегате; X¡ - длина гона; Xj - радиус

перевозки.

Результаты построения уравнений регрессии дали следующий вид анали-чнруечих функций:

совокупные издержки, долл7га

Y, = 11,43 - 2,23 Х?л + 1,25 Х2 + 0,20 X/ +

+ ¡98,9/Х}и + 0,42 Хб-1,74/ Х,Х2-3.44/ Х2Х& (7)

Fx„, = 2,084 > Fs.on""^ =1,94;

затраты труда, чел.-ч/га

Y; = 0,12 - 0,65/ X, + 1,41/Х/ + 0,06/Х, +0,01Хб

- 0,29/X,Х2 - 0,03 /Х6Х4, (8)

Fi.т = 81,742 > F7,ocT^ = 2,01;

металлоемкость процесса, кг/га

Y¡ = 34,51 - 30,42/X, + 1,32 X°J +49,55/X/ +

+ 13,92/Х<и + 0,23XS -14,44 X, X¡, (9)

Fvm = 128,007 > Fioo"a&"' = 2,01;

расход топлива, кг/га

У{ = 4,20 + 11,47/X, + 22,80/X/ + 2,95/X¡ + 0,15Х6 -+ 7,93/Х,Х2 + 0,15/Х2Хе, (20)

Fl996 = 49,569 > Fi.oo™™ - = 2,01.

На рис. 5, 6, 7, 8 представлены зависимости критериев от каждого параметра при фиксированных значениях остальных параметров.

Оценка эффективности технолошческих линий посева зерновых культур. Полученные результаты пксперимекгов на имитационной модели представляют собой возможные для заданных типов машин сочетания посевных arpe

Зависимости критериев оптимальности от количества посевных агрегатов

•

и А &

и

14

12

Т,

кг/гш

«О

13

»

45

у,

зсзл

га Об

аз

е.4

03

02

У, (Ж

2Ш

10 Х|,ыг

п

чГп

М

(4

У,

шН

475

450

ВЦ

0565

Рисунок 5

Зависимости критериев оптимальности от количества ТЗС у.

ази

ам5

0333

Т* « О Ш »24.30

25-12

25-26

ИМ

-У л

л

I • 3

II п

Х2.шт

II

Зависимости критериев оптимальности от количества сеялок в агрегате

ггЛа

Г..З

У,

чт/гп

47

у»ч

0.40

Э.39

8 3!

0.37

V,

дочз

26.90

26.17

25 44

ГМ.71

0.36 23.94

1

Ч /

к И /

У

К 4

7 X.,

Рисунок7

Зависимости кр!ггериео оптимальности от радиуса перевозки семя!

у,

кг/га

У,

гг/га

49«

4!«

47.«

16.«

У,

зал

га

0.42

039

036

7 45.« 0.30 21.*9

У,

27.70

2615

24.79

23.25

9

II

9

8

гатов, ТЗС и погрузчиков по двум технологическим схемам посева при различных значениях длины гона, количества сеялок в агрегате и радиусе перевозки семян. Оптимизация технологических линий осуществлена по алгоритму многокритериальной оценки с учетом приоритетного критерия. В качестве приоритетного критерия оптимизации приняты совокупные издержки технолог ического процесса:

II = ЕЛ) }

где Xj - количество .¡-х машин в технологической линии; Б; - балансовая стоимость .¡-й машины, долл.; А^, Акр}, А^ - коэффициенты отчислений на реновацию, капитальный и текущий ремонты ^й машины; - нормативная годовая загрузка ]-й машины, ч; Р^ - количество обслуживающего персонала на ,)-й машине, чел.; С;к - тарифная ставка к-го разряда на j-й машине, долл./ч; Ыс, - мощность двигателя машины, кВт; ^ - удельный расход топлива 3-й машины, кг/кВт-ч; т^ - степень загрузки двигателя ]-й машинь.; Ц7) - цена топлива ^й машины, долл./кг; ,\УТЛСМ - сменная производительность технологической линии.

Задача решалась при следующих ограничениях:

1. На поле с определенными значениями длины гона и радиуса перевозки семян работает одна технологическая линия, Е X] = 1.

2. Переменные должны принимать соответствующие значения рассматриваемых вариантов технологических линий, X] = (ш,п,с,р).

3. Сравниваемые технологические линия должны иметь производительность, обеспечивающую выполнение заданных объемов работ (0) в оптимальные агротехнические сроки (Т^,), \\ЛЛ Т^, £ О-

4. Не отрицательности переменных X] £ 0.

Результаты расчетов показаны в табл. 2.

Таблица 2

Фрагмент каталога оптимальных технологических линий посева зерновых культур (схема I, Ь = 1000 м)

№ п/п Состав технологической линии Совокупные затраты, додл./га

Радиус перевозки Я = 5 км

1 ' 3(К-700А+4СЗС-2,1 )+У ЗСА-40+ЗПС-60 24,73

2 8(К-700А+4СЗС-2,1)+2УЗСА-40+ЗПС-60 21,78 ■

3 9(К-700А+4СЗС-2,1)+ЗУЗСА-40+ЗПС-60 30,14

4 б(К-700Л+5СЗС-2; 1 )+2УЗС А-40+ЗПС-60 2?,57

5 10(К-700А+5СЗС-2,1 )+ЗУЗСА-40+ЗПС-60 25,01

6 7(К-700А+6СЗС-2,1 )+ЗУЗСА-40+ЗПС-60 26,63

IV

Тл

IV,

Тл

, доля ./га,

№ п/и Состав технологической линии Совокупные за^ траты, доля ./га

7 10(К-700А+6СЗС-2,1 )+4У ЗСА-40+ЗПС-60 27,50

Радиус перевозки Я = 10 км

8 2(К-700А+4СЗС-2,1 )+УЗСА-40+ЗПС-60 30,42

9 4(К-700А+4СЗС-2,1)+2УЗСА-40+ЗПС-60 26,60

10 7(К-700А+4СЗС-2,1)+ЗУЗСА-40+ЗПС-60 25,78

11 10(К-700А+4СЗС-2,1 )+4УЗС А-40+ЗПС-60 20,56

12 4(К-700А+6СЗС-2,1)+ЗУЗСА-40+ЗПС-60 29,10

13 6(К-700А+6СЗС-2,1)+4УЗСА-40+ЗПС-60 29,62

14 8(,С-700А+6СЗС-2,1 )+5УЗСА-40+ЗПС-60 29,88

15 10(К-700А+бСЗС-2,1 )+6У ЗС А-40+ЗПС-60 29,96

Радиус перевозки Л -20 км ■ ,

16 2(К-700Л+4СЗС-2,1)+2УЗСА-40+ЗПС-60 33,51

17 4(К-700А+4СЗС-2,1)+ЗУЗСА-40+ЗПС-60 28,53

18 6(К-700А+4СЗС-2,1)+4УЗСА-40+ЗПС-60 28,89

19 8(К-700А+4СЗС-2,1)+5УЗСА-40+ЗПС-60 29,07

20 10(К-7С0А+4СЗС-2,1 )+6УЗСЛ-40+ЗПС-б0 29,14

21 6(К-700А+5СЗС-2,1 )+5УЗСА-40+ЗПС-60 31,26

22 9(К-700А+5СЗС-2,1)+7УЗСА-40+ЗПС-60 33,03

23 10(К-700А+5СЗС-2,1 )+8У ЗСА-40+ЗПС-60 33,14

24 б(К-700А+6СЗС-2,1)+6УЗСА-40+ЗПС-60 31,83

25 10(К-700А+6СЗС-2,1 )+9 УЗС А-4 О+ЗПС-бО 33,11

Оценка эффективности предлагаемой методики. Предлагаемый каталог оптимальных технологических линий посева зерновых культур представляет практический интерес для руководителей и специалистов хозяйств. Поскольку имитационное моделирование еще не нашло массового применения для планирования, то целесообразно применять уже подготовленные решения различных вариантов. В каталоге представлено более 140 таких вариантов. Данные каталога послужат основой оперативного руководства работой и обеспечит эффективное использование машин и оборудования. Б практическом планировании для получения промежуточных значений длины гона полей, радиуса перевозки семян используется интерполяция.

В условиях хозяйств формирование технологических линий посева зерновых культур начинается с определения необходимого количества посевных агрегатов, исходя из площади посева и агротехнического срока выполнения работы. Полученные значения посевных агрегатов и конкретные условия производства (длина гона, радиус перевозки семян) позволяют по хата-логу последовательно определить наиболее оптимальные технологические линии.

При формировании технологических линий на базе других марок (моделей) машин и оборудования необходимое количество ТЗС можно определить по формулам:

схема I ш = 0,027nOTM- nj0'*69 • bc0,M5 • L0,:" • R0,617 (11)

(R* =0,9812);

схема II m = 0,03In0'"6 n/-301 ■ bc0'416 • L0,332 • R0687 (12)

(R« = 0,8798),

где bc - ширина захвата сеялки, м;

L - длина гона, км.

Оценка эффективности предлагаемой методики формирования технологических линий посева зерновых культур произведена в сравнении с методом, представленным Д.П. Рябцевым (табл. 3). Этот метод является наиболее приемлемым для сравнения. Экономический эффект предлагаемой методики составил 7,62 долл./га.

Таблица 3

Сравнительная эффективность технологических линий посева зерновых культур (схема I, L = 1000 м, R = 5 км)

Количество Совокуп Затраты Метал- Расход

сеялок в посевных ТЗС, погруз- ные из- труда. лоем- топлива,

агрегате, агрегатов, ш чиков, держки, ч-чел/га кость, кг/га

Пс п е доллУга кг/га

По методу Д.П.Рябцсва /29/

4 2 1 1 37,25 0,54 70,87 13,45

5 4 2 1 25,51 0,43 67,30 12,98

5 5 2 1 25,29 0.34 53,60 9,54

5 7 - 3 1 37,08 0,40 69,72 12,06

5 8 3 1 32,44 0,35 61,08 10,28

6 5 3 1 37,08 0,39 68,07 11,65

6 8 4 1 34,53 0,35 63,09 10,63

6 9 4 1 31,22 0,33 58,07 10,20

По предлагаемой методике

4 3 1 1 24,73 0,36 49,02 8,93

4 6 2 1 29,04 0,31 56,93 10,40

4 8 2 1 21,78 0,27 42,69 7,80

4 9 . 3 1 30,14 0,36 58,89 10,70

5 6 2 . 1 23,57 0,29 44,67 7,95

5 10 3 1 26,01 0,28 48,98 8,47

6 7 • 3 1 26,63 0,28 48,79 8.35

6 10 4 1 27,50 0,28 50,12 8,47

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В результате выполненной работы установлены закономерности формирования технологических лнннй посева зерновых культур. Аналитическое описание и практическое приложение позволили вскрыть резервы в уменьшении потери рабочего времени, что является существенной предпосылкой решения важной проблемы—повышения эффективности использования машинно-тракторных агрегатов.

1. Научным результатом выполненной работы являются разработка имитационной модели формирования технологических линий посева зерновых культур, представляющей собой две взаимосвязанные системы массового обслуживания, математическое описание вероятностной структуры основных элементов времени выполнения технологических операций, построение уравнений регрессий, описывающих связь между векторами параметров и критериев.

2. В практическом плане проведенное исследование позволило разработать методику формирования технологических линии посева зерновых культур с учетом конкретных условий эксплуатации машин. Определены оптимальные варианты технологических линий на базе посевных агрегатов К-700А+СЗС-2.1.

3. Установлено, что вероятностная структура работы посевного агрегата п цикле определяется неравномерностью высева семян. Проведенные исследования показывают, что плотность распределения вероятности высева соответствуют закону нормального распределения. Это означает, что высев обеспечивает выбор соответствующих значений ширины захвата и рабочей скорости посевного агрегата. Так, для посевных агрегатов К-700А+СЗС-2.1 разработана номограмма выбора рабочей скорости и ширины захвата.

4. Продолжительности циклов посевного агрегата и ТЗС, как показали исследования, подчиняются закону Эрланга 2-го и 3-го порядка, время обслуживания посевного агрегата и ТЗС - показательному закону.

5. Рабочая скорость является одним из основных параметров посевного агрегата, определяющих производительность посева. В хозяйственной эксплуатации для посевных агрегатов рекомендуется выбирать рабочую скорость в пределах 4,0... 10,0 км/ч, добиваясь загрузки трактора увеличением ширины захвата, что в свою очередь улучшает коэффициент рабочих ходов. Но так как коэффициент рабочих ходов находится в пределах 0,792...0,810, то, следовательно, есть резерв увеличения.

6. Для определения оптимальной технологической линии посева зерновых культур наиболее эффективен алгоритм многокритериальной оценки. Экстремумфункций связи анализируемых критериев оптимальности с изменяемыми параметрами технологических линий определяется регрессионными уравнениями.

7. Реализация имитационной модели формирования технологических линий посева зерновых культур позволяет получить новую информацию о влиянии исследуемых факторов на показатели эффективности работы машин и в дальнейшем оптимизировать эти показатели. Полученные каталога технологических линий являются оптимальными для соответствующих условий юс работы и могут быть использованы на практике.

8. Оценка эффективности предлагаемой методики формирования технологических линий посева зерновых культур показала, что она наиболее соответствует достижешпо поставленной цели. При этом экономический эффект по сравниваемым вариантам составил 7,62 долл/га.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Ануарбеков М.А., Джаншанло P.E., Агзамов М.С. Проблемы обновления машинно-тракторного парка колхозов и совхозов.—Алматы, Каз-НИИНТИ, 1990.—129 с.

2.Ануарбеков М.А., Агзамов М.С, Стохастическая модель посева зерновых культур //Вестник с.-х. науки Казахстана, 1991, № 12, с.96-99.

3.Джаншанло P.E., Агзамов М.С. Динамическая модель оптимизации состава машинно-тракторного парка. Тез. докл. на науч.-практ. конференции. Ч.И. —Алматы: КазСХИ, 1989. с. 115-117. ""

4.Агзамов М.С., Ануарбеков М.А. Влияние сроков службы машин на формирование состава МТП. Тез.докл. на респ. конф. мол. ученых и спец-тов. Ч. I. — Алматы: КазСХИ, 1990. с. 112-113.

5.Ануарбеков М., Агзамов М.С., Жуков В.И. Поточно-цикловой метод организации механизированных работ.—Алматы: Кайнар, 1987.— 7 с.

ТТЙ1Н

Лгзаыов Шхаыедолла Сагидоллатлы.

"Имитациилык иодель эдкммен данд1 дакылдар себудщ механи-каландырылган технологиялык катарын калыптастыру", т. г. к.

Ыамандык: 05. 20.03 - ауыл шаруашылыгы техникаларыи пайдала-пу, калпына келт1ру яэне хвидву.

Кдэ1рп кезевдег1 ауыл шаруакылыгын механикалапдыруга тан ерекшелпс- гзд1кс1з энд1р1сте ваара байланыскан процвстврд1 ке-зопмен атцару тшш технологиялык катарды кед1пвп пайдалану. Б* л мзсвлен! шешуге жакын келет!н1, себу процвс1и алгоритмде яазу жен« они имтацмялы модель вд!с1мви шеиу болып табылады.

Сондиктаи, жхыис ыаксаты - 0ер1лген агротехнккалык ыерзшдс дэнд! дакылдар себудщ технологиялык процео1н едэу1р ТИ1МД1 Ж7рпзуд1 кдмтамаеыз втет1н ыеханикалаидырылган технологиялнк катар калыптастыру ЭД1С1Н яаоау болады.

Орнндалган жтмыстыц гылыми нэти*ес1 дэнд1 дакылдар себудщ технологиялнк катарын калыптастырудыц иыитациялык модел1н яасау, технологиялык операцияларды орындау мерз1м1нщ непзп алемент-тер!н математикалнк *азу болды. Практика дтз1нде лтгрг!з1лген зерттеулер технологиялык катардыц оцтайлы Т1збес1н лсаеауга мтмк1нд1к берд!.

RESUME

Agasmov Muhamedolla Sagidulinovich.

'Torming mechaniaxl technological lines of sowing grain crops by method of imitation designing".

Specialty: 05.20.03 - exploration, reconstruction and repair of agriculture equipment

The distinctive feature of the really agriculture mechanization stage is the wide employment the technological lines fear the consistait fulfilment of the flow-production interconnected processes. For the decision of these tasks is most suitable the algorithmic description of the sowing process and its exploration by method of imitation designing.

Therefore the aim of the work included creation the methodic for forming of mechanized technological lines, that liave to provide more effective fulfilment the technological process for sowing of giuin crops under given ogrotechrrical terms.

The scientific result by the made work is creation the imitation modd for forming the technological line of sowing the grain crops; the mathematical description of basic dements of time for fulfilment the technological operations. At the practical plan the made exploration allowed to create the catalogue of optimal technology cal lines.