автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Обоснование состава и границ эффективности технического оснащения растениеводства

российская академия сельскохозяйственных наук

всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства (вниптимэсх)

ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА И ГРАНИЦ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ

РАСТЕНИЕВОДСТВА

(применительно к условиям юга Ростовской области)

Специальность 05.20.03 - эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной

техники

На правах рукописи

ГОРЯЧЕВ Юрий Олегови

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители -доктор технических наук А.И.Бурьянов,

кандидат экономических наук Ю.И.Бершицкий

Зерноград 1999

Диссертация Горячева Юрия Олеговича защищена на заседании диссертационного совета Д 020.36.01 во Всероссийском научно-исследовательском и проекшснтетологическом институте механизации и эдеггрнфикашш сельского хозяйства "14" мая 1999 г., протокол №75.

Ученый секретарь

дассовета канд. ст. и

В.Ф. Хлыстунов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................4

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПТИМИЗАЦИИ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА.....................6

1.1. Анализ существующей структуры и состава средств механизации растениеводства........................................6

1.2. Методы определения потребности в технике для механизации растениеводства сельских товаропроизводителей..................................................13

1.3. Информационное обеспечение существующих систем проектирования оптимального технического оснащения растениеводства.........................................24

1.4. Цель и задачи исследований..........................................30

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И

АЛГОРИТМНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ОПТИМИЗАЦИИ СОСТАВА МТП СЕЛЬСКИХ ТОВАРОПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ........................................31

2.1. Описание математической модели и алгоритмов ее реализации......................................................................31

2.2. Оценка адекватности и устойчивости результатов оптимизации...................................................................49

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ

ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ...................59

3.1. Формирование исходных данных для проектирования технического оснащения растениеводства....................59

3.2. Информационная идентификация объектов оптимизации....................................................................68

3.3. Системное представление и анализ результатов

оптимизации....................................................................78

ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА И ГРАНИЦ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ РАСТЕНИЕВОДСТВА ДЛЯ УСЛОВИЙ ЮГА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ...............................................84

4.1. Общая характеристика зональных условий с.-х. производства и методика проведения исследований....84

4.2. Результаты оптимизации технического оснащения для условий юга Ростовской области...................................93

4.3. Экономическая эффективность формирования оптимального технического оснащения растениеводства для южной зоны Ростовской области...........................111

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.........................................................120

ЛИТЕРАТУРА....................................................................................124

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Вывод российского АПК из затяжного кризиса и насыщение продовольственного рынка страны отечественной продукцией невозможны без создания прочной материально-технической базы растениеводства. Разрушение существовавшего до начала 90-х годов технического потенциала отрасли требует не только своего незамедлительного восстановления, но во многом и формирования заново. Решение этой важной задачи в условиях многообразия и постоянной трансформации форм собственности, размеров, направлений специализации и зональных особенностей производства сельских товаропроизводителей при остром материальном и финансовом дефиците невозможно без применения научно обоснованных методов индивидуального проектирования их технического оснащения. Низкая эффективность действующей системы механизации растениеводства во многом обусловлена несовершенством методов и систем формирования и системной оценки технического оснащения многочисленных субъектов с.-х. производства.

Цель исследования - снижение материальных и финансовых затрат на производство продукции растениеводства за счет оптимизации составов и обоснования границ эффективности средств механизации отрасли путем разработки системы индивидуального автоматизированного проектирования технического оснащения с.-х. товаропроизводителей.

Объекты исследования - структура, состав и границы эффективности средств механизации растениеводства с.-х. предприятий, методы и системы их оптимизации.

Научная новизна:

метод оптимизации состава МТП на основе целочисленного линейного программирования, отличающийся достаточной

достоверностью, быстродействием и устойчивостью получаемых результатов в процессе машинной реализации;

система информационной идентификации объектов технического оснащения, позволяющая реализовать принцип индивидуального проектирования за счет резкого снижения трудоемкости подготовки и повышения достоверности исходных данных;

структура, состав и границы эффективного применения средств механизации растениеводства для многообразия с.-х. предприятий юга Ростовской области.

Практическая значимость и реализация результатов исследования. Работа выполнялась в рамках федеральной научной проблемы 12 на 1996-2000 гг. Разработанная в результате исследований автоматизированная система индивидуального проектирования используется при определении потребности в технике сельхозтоваропроизводителей и оценке эффективности перспективных средств механизации.

Полученные результаты использованы при подготовке предложений по техническому оснащению растениеводства в системе ведения агропромышленного производства Ростовской области на период 19962000 гг., при разработке общей методики и принципов построения системы технологий и машин для сельскохозяйственного производства России, при определении потребности в средствах механизации растениеводства конкретных с.-х. предприятий.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на ежегодных научно-практических конференциях ВНИПТИМЭСХ в 1996-1998 гг. (Зерноград), на международной конференции "Автоматизация сельскохозяйственного производства" в 1997 г. (Москва). По результатам исследований опубликовано 5 научных работ.

1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПТИМИЗАЦИИ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА

1.1. Анализ существующей структуры и состава средств механизации растениеводства

Технический базис агропромышленного комплекса и отрасли растениеводства как одной из его составляющих представляет собой сложную, многоуровневую, иерархически организованную структуру, существование и развитие которой подчиняются законам функционирования сложных систем.

Методическим основам формирования технического оснащения растениеводства на основе системного подхода посвящены работы Б.Д.Докина /17/, С.В.Жака /24/, Б.И.Кашпуры /39, 40/, Ю.К.Киртбая /41/, В. В. Л азовского /51, 52/, Э.И.Липковича /53, 54/, Г.Г.Маслова /59/, О.А.Пенязева /26/, А.П.Перервы /81/, Л.М.Пилюгина /82/, М.С.Рунчева /90/, Э.А.Финна /102/, Р.Ш.Хабатова /107/, И.Н.Шило /112/, А.Л.Эйдиса /113, 114/ и других ученых.

Обычно выделяются следующие уровни иерархии технического оснащения /102/:

- машинно-тракторный агрегат как базовая структурная и функциональная единица технического оснащения;

группа машин для выполнения взаимосвязанных механизированных операций;

технологический комплекс для реализации законченного производственного процесса (механизированной технологии);

- машинно-тракторный парк как совокупность технологических комплексов для выполнения работ производственного цикла с.-х. товаропроизводителя;

- региональная система машин;

- федеральная система машин.

При технико-экономическое обоснование характеристик "нижних", условно говоря, элементов системы - машинно-тракторных агрегатов, наборов и групп машин, технологических комплексов, - необходимо рассмотрение их взаимодействия в рамках выполняемых ими технологических процессов, с учетом всего разнообразия почвенно-климатических, агроландшафтных, метеорологических, технологических и других условий с.-х. производства /55/. Определение оптимальных технико-экономических показателей оцениваемых средств механизации традиционно производится путем наложения на типичные или модельные хозяйства с последующей оптимизацией структуры машинно-тракторного парка.

С другой стороны, формирование "верхних" уровней - региональных и федеральной систем машин - непосредственно основывается на определении номенклатуры и количественного состава техники для реализации региональных агротехнологий путем определения потребности в технике отдельных объектов-представителей. В основе такого подхода также лежит оптимизация состава МТП отдельных товаропроизводителей с учетом их индивидуальных особенностей.

Таким образом, центральным звеном в системе проектирования технического оснащения растениеводства является определение оптимальной структуры и состава машинно-тракторного парка отдельных с.-х. предприятий.

Среди наиболее важных причин низкой эффективности существующего технического оснащения растениеводства следует назвать неудовлетворительное комплектование МТП с.-х. предприятий средствами механизации как в количественном, так и в структурном отношении. Действовавшая в дореформенный период ведомственная монополия на производство и распределение продукции с.-х.

машиностроения была оторвана от нужд конкретного товаропроизводителя /44, 84, 95/. Структура и объемы выпуска и поставок техники в регионы были слабо взаимоувязаны с реальной потребностью с.-х. предприятий. В результате часто реализовывался принцип комплектования парка машин исходя из доступной для приобретения номенклатуры, а не действительно необходимой. Следствием этого являются нерациональность и диспропорции в структуре МТП многих хозяйств, высокая себестоимость производимой ими продукции, низкая фондоотдача.

В частности, заслуживает внимания анализ существующей (на 1990 год) и рекомендуемой согласно научно обоснованным нормативам структуры парка универсально-пропашных тракторов и тракторов общего назначения, выполненный в исследованиях /47/. Согласно его результатам, современное с.-х. производство России требует значительного увеличения доли энергонасыщенных гусеничных и колесных тракторов общего назначения. Так, доля гусеничных тракторов типа ДТ-175С и Т-150 должна составлять в парке около 33% или в 4.5 раза больше существующей. В 2.5 раза требуется увеличить в парке долю колесных тракторов класса 5 т. Требует также увеличения и доля колесных тракторов класса 3 т. В группе универсально-пропашных тракторов требует увеличения доля энергосредств типа МТЗ различных модификаций.

Помимо негативных структурных диспропорций в составе основных энергосредств имеющегося машинно-тракторного парка, обращают на себя внимание и несоответствия между имеющейся тракторной энергетикой и шлейфом машин к ней /48/.

До настоящего времени промышленность предлагала и продолжает предлагать сельскому хозяйству не законченные технологические комплексы машин, а лишь фрагменты их. Особенно это относится к шлейфам машин для энергонасыщенных тракторов. Так, для тракторов

К-701 освоено в производстве только 60%, а для Т-150К - 75% номенклатуры, предусмотренной системой машин на 1986-95 гг. Системой машин /94/ предусмотрено, но промышленностью не освоено, например, производство противоэрозионных борон БМШ-20 и БМШ-15, паровых культиваторов КШУ-18, выравнивателей почвы ВПШ-8 и ВПШ-6. При этом многие из освоенных промышленностью машин и орудий к энергонасыщенным тракторам выпускаются в явно недостаточном количестве.

Физическая обеспеченность отечественных товаропроизводителей средствами механизации также неудовлетворительна. Анализ показывает ее значительное отставание от передовых стран Запада. Так, приходящаяся на один трактор площадь пашни составляет: в России - еще до начала общего кризиса АПК - 94 га, в США - 28 га, а в странах ЕЭС -всего 11 га. Нагрузка на один зерноуборочный комбайн в России равнялась в среднем 152 га, в США - 59 га, а в странах ЕЭС - 67 га /47/.

Недостатки существующего технического оснащения растениеводства оказывают негативное влияние на экономические показатели производства продукции отрасли. Это прежде всего проявляется в высоких удельных затратах на производство механизированных работ. Резкий рост цен на с.-х. технику и энергоносители обусловили рост доли эксплуатационных затрат в себестоимости продукции растениеводства до 45-50%. При этом затраты на восстановление техники и ее ремонты в общей величине эксплуатационных расходов достигают 60-70%. Диспропорции в структуре МТП хозяйств приводят к существенному снижению загрузки базовых энергосредств, что, в свою очередь, определяет рост прямых эксплуатационных издержек. Падение урожайности возделываемых культур из-за невыполнения необходимых объемов работ в связи с нехваткой техники еще более усугубляет положение. По экспертной оценке специалистов, общие потери товаропроизводителей, связанные с

низким уровнем технической оснащенности, превышают по недобору урожая 30% /69/.

За последние 6 лет выбытие основных производственных фондов отрасли более чем в 5 раз превысило их ввод. С учетом старения техники и разрушения сервисных структур парк работоспособных энергосредств сократился на 65%.

Существующая динамика разрушения технического потенциала отрасли свидетельствует о том, что, при отсутствии действенных мер по ее изменению, в течение ближайших 4-5 лет наличный парк машин сократится еще в 2.5-3 раза, что равносильно прекращению товарного производства основных видов с.-х. продукции /69/.

Изложенное доказывает необходимость незамедлительного решения проблемы оптимального формирования и использования комплексов средств механизации сельских товаропроизводителей.

Централизованная система директивного планирования, распределения поставок и управления в сельском хозяйстве доказала свое качественное и структурное несовершенство и нежизнеспособность. Темпы разрушения технического потенциала АПК и состояние остающихся в хозяйствах средств механизации ставят вопрос уже не об отдельных структурных изменениях машинно-тракторного парка единичных товаропроизводителей, а о полном переформировании технического оснащения отрасли на базе принципов, отвечающих современным условиям.

В условиях радикальной перестройки механизмов хозяйствования, развития рыночных отношений, экономической самостоятельности субъектов АПК требуется кардинальное переосмысление самих основ методологии проектирования и системной оценки технического оснащения - начиная с отдельных машин и агрегатов вплоть до федеральной системы машин для комплексной механизации растениеводства.

В основе определения потребности с.-х. товаропроизводителей в технике в условиях плановой экономики лежало использование нормативных данных, рассчитанных для типовых и модельных хозяйств, укрупненно представляющих условия производства региона по небольшому набору классификационных признаков. В какой-то мере этот подход себя оправдывал при достаточно стабильной и однородной производственно-отраслевой структуре существовавших средних и крупных с.-х. предприятий.

Одним из проявлений изменения экономических отношений в АПК России является возникновение множества субъектов с.-х. производства, резко различающихся направлениями специализации, отраслевой структурой, объемами производимой продукции, формами собственности, обеспеченностью материальными и трудовыми ресурсами. Их группировка с целью выделения "типичных хозяйств" при разрушении системе статистической отчетности становится чрезвычайно затруднительной.

Деятельность товаропроизводителей в новых условиях определяется не директивными указаниями, а исключительно собственными экономическими интересами. Прежде всего это означает ориентированность производства на достижение максимальной прибыли в условиях экономического риска и острой конкуренции, колебаний рыночной конъюнктуры и уровня инфляции, постоянной трансформации организационно-экономической структуры и форм собственности с.-х. предприятий.

Таким образом, в условиях рыночных отношений одним из основополагающих становится индивидуальный подход к проектированию технического оснащения каждого конкретного сельскохозяйственного товаропроизводителя. При этом максимальная эффективность результата может быть достигнута лишь при полном учете всех особенностей производства, присущих данному субъекту.

В настоящее время большинство товаропроизводителей не распо�