автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Оптимизация сезонных процессов заготовки кормов из трав

vVÔ о:.

V7 m w*

Ii« nparas юкмэтгч

on-.illkOR Ккгащй ЛСОГ!-1;еопич

. , и\

АЯ

' 'Л

оитпмшлцня ск'юш;ых процессов здт ст>гисн KOí'Aio'i пзтгл;?

(íül I'pirrcpf HrWP'KKOn ')fî.*l;ic !îl)

Специальность П5.2П.ОЗ - эксплуатация, восстаноьление н ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат

диссертации V!п сочскапиеученой степени кандидата технических наук

Саранск, Н97

Работа выполнена в Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии

Научные руководители -доктор технических нпук,

профессор Важенин А.Н.

- кандидат технических наук, доцент Майоров H.H.

О ^шкальные оппоненты - заслуженный деятель науки и

техники РФ, доктор технических наук, профессор, академия ПАНИ ЛиоуноЕ Е.А.

- кандидат технических наук, доцент ¡Veen Б.И.

Взпущае предприятие - 'Ивановский НИИ сельского хозяйства

Защита диссертации со тоится ^MQ^AtQ. 1997 года

в часов на заседании диссертационногр совета Д-063.72.04 в Мордовском государственное университете1 имени Н.П.Огарева. Отзывы на автореферат в двух экземплярах,| заверенные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 430904, i4. Саранск, п.йлра, ул.Российская 5, институт механики и энергетики. . j

С uiicc.!i.TiäLine!i можно ознакомиться в библиотеке университета.

Аатсч^К-р.г разослан " // " 1997 года.

/,

43if4 счпагь £5}':с'ртани .««»го гоьчм,

Ti.jiinjfcoKK" !(3у ., / //. •

159.'г. / П.В.Се ян

V "¿„Л--—- " V

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Анализ кормопроизводства сельскохозяйственных предприятий показал, что значительная часть потерь при заготовке кормов приходится на биологические потери. Невосполнимые биологические потери качества заготавливаемых кормов увеличиваются при нарушении агротехнических сроков работ. Вынужденные изменения технологий, смещение сроков начала работ и увеличение их продолжительности являются в значительной мере результатом влияния неблагоприятных условий сезонов.

Сократить продолжительность работы можно увеличением количества техники. В действительности ке, с ростом технической оснащенности кормопроизводства продолжительности работ в среднем не уменьшаются. Это свидетельствует о несоответствии технологий, состава техники и методов ее использования складывающимся погодным условиям сезонов.

В связи с отим оптимизация сезонных процессов заготовки кормов из трав является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Работа выполнена по отраслевой программе 0.СХ.108 и государственной проблеме 0.51.II.

Цель работы. Повышение эффективности процессов заготовки кормов из трав на основе учета погодных условий.

Объект исследования. Производственные процессы заготовки кормов из трав.

Научная новизна. Работа является развитием принципиально нового подхода к проектированию состава и использования техники, выдвинутого А.Н.Важениным на основе ситуационных методов производства, более эффективных по сравнению с традиционными детерминированными методами.

Объемы применения технологий заготовки кормов из трав дифференцированы в зависимости от уровня подверженности влиянию погодных условий. Это позволяет приблизить ход производственных процессов к реальному ходу развития биологических процессов в растениях и повысить качество кормов.

Практическая значимость и реализация результатов исследования. Результаты исследований могут стать основой для совершенствования методов оптимизации процессов заготовки кормов из трав. Внедрение результатов исследований осуществлялось в колхозе имени Калинина Родниковского района, где проводился эксперимент, и в других хозяйствах Ивановской области.

Результаты исследований использовались при разработке рекомендаций "Обоснование и расчет календарных темпов работы и состава технологических звеньев", которые одобрены НТО Госагропрома России и применяются во многих хозяйствах Нечерноземья.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследована доложены и одобрены на Всесоюзной научно-технической конференции (Тамбов-1965 г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Нижегородского СХИ и Ивановского СХИ в 1365... 1994 гг, на научно-практических конференциях специалистов сельскохозяйственного производства в 19В9, 1990, 199В г.г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано II печатных работ.

Структура- и объем работы. Диссертация состоит из введения, че тырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 105 наименований. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, включая 14 рисунков и 21 таблицу.

СОДШАНИЁ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность теш, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований описаны существующие технологии, рассмотрены природно-климатические условия Ивановской области, проведен анализ технологий и технологи ческих комплексов полевого кормопроизводства, дана характеристика моделей и методов оптимизации состава и использования техники на заготовке кормов с учетом сроков и источников потерь.

Основой анализа общих принципов исследований по теме диссертации. являются Фундаментальные работы В.П.Горячкина, С.А.ИоФинова, Ю.К.Киртбая, М.П.Сергеева. 3 последующих работах Р.Ш.Хабатова, В.Д.Саклакова, Э.А.Финна, Е.А.Лисунова, И.А.Долгова, В.С.Сечкина и других осуществлялось совершенствование критериев эффективности и поиск методов решения задач проектирования.

В работах Н.В.Гулиновой, Ю.И.Чиркова и других отмечается, что сроки начала и допустимая продолжительность полевых работ в значительной степени определяются текущей теплообеспеченностью.

Анализ исследований"показал, что пдонь мало табот по учету метеорологических факторов в производственных процессах, применяемые критерии эффективности не содержат параметров погодного влияния. Среди немногочисленных работ можно отметить труды В.М.Еейли-

t)

ca, A.B. Процероза и ученых Нижегородской ГСХА.

Существующие метопы решения задач проектирования производственных процессов имеют существенный недостаток: б их математические модели закладываются в лучшем случае математические ожидания показателей погодных характеристик /климатические показатели/. В связи с этим проектируемые технологические уровни по средним условиям неадекватны реальным процессам, что отрицательно сказывается на результатах сельскохозяйственного производства.

На основании вышеизложенного можно говорить о наличии проблемной ситуации, заключающейся в отсутствии знаний о рациональном использовании техники на заготовке кормов из трав в изменяющихся условиях сезона.

В работе поставлены следующие задачи исследования:

1. Обосновать и разработать типовые оценки сезонных условий заготовки кормов из трав.

2. Обосновать методы дифференциации и заблаговременного определения сезонных условий, сроков и способов производства кормов из трав.

3. Разработать якономико-математичеокую модель оптимизации использования .техники при заготовке кормов из трав с учетом складывающихся условий сезона,

4. Провести экспериментальную и производственную проверки при заготовке кормов из трав с учетом складывающихся условий сезона.

Во второй главе "Теоретические предпосылки оптимизации сезонных процессов заготовки кормов из "трав" раскрываются на обобщенной структуре производственного процесса как системы, входом в которую определены векторы среды с известными оценками в каждый момент времени Xt и случайные (погодные) векторы 1*4 , методы учета которых требуют дифференцированных оценок (рис. I).

Xt

пт

yt

CT

ис

Рис. I. Схема модели процесса производства кормов из трав

Производственный процесс рассматривается как технологическая система ТС с совокупностью функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения СТ, предметов производства ПТ и исполнителей ИС для выполнения 2* , Ш , У* в регламентированных условиях производства t заданных технологических процессов и операций.

Погодные условия при выборе технологий, планировании использования техники на заготовке кормов из трав учитываются коэффициентами подобия теплообеспеченности Кт и коэффициентами влияния

метеоусловий Кн1

Л

Л,' (I)

К* -Км £ ' (2)

где - текущая сумма положительных среднесуточных температур

за период от I апреля до текущего момента, °С;

&о - средняя многолетняя теплообеспеченность за тот же период, С;

С» - текущая среднецекадная температура, °С;

Со - средняя многолетняя декадная температура, °С.

""■ С целью типизации складывающихся условий эти коэффициенты предложено дифферениировать по пяти годам-аналогам.

Заблаговременное определение дат начала (окончания) работ по заготовке кормов из трав, календарная и рабочая их продолжительность осуществляется по выражениям

(3)

цЬк - -£о*)//(п1' (4)

¿¿р = А^к'Хт, (5)

где ¿*(к> - сроки начала (окончания) работ по заготовке кормов из трав, сут;

Ьшю - среднемноголетние значения сроков начала (окончания) работ по заготовке кормов из трав, сут;

- календарная продолжительность проведения работ по заготовке кормов из трав, сут;

- рабочая продолжительность проведения работ по заготовке кормов из трав, сут.

Допустимый по условиям темп работы (Й/сут) выразится

0' = тнпзь к>

Принимая в качестве критерия минимум комплексных затрат (ГОСТ 23730-68) и учитывая влияние условий коэффициентами Кт и целевая функции Нормирования оптимального состава и сезонного использования техники на заготовке кормов из трав выразится

Ск=С«р+П**С* (?)

где

Ск - комплексные затпаты на выполнение заданного объема работ, руб;

Сир - приведенные затраты на выполнение заданного объема работ, руб; /7у - стоимость потерь урожая, руб; Си - затраты на трудовые ресурсы, руб. Выбор оптимального решения при производстве кормов из траз вытекает из с/Ск/с1л/= О , с1Ск/с/М=0 , с/Сх/Ж^-О и <^Си/с/Ксм=0

При этом оптимальные техническая оснащенность А/ , трудо-обеспеченность М » длительность работы и коэффициент сменности Кем по годам-аналогам выразятся_

Л* МШа; - Кем Си*] '

^-±г

4. -1 / %Б;(а/ )Г; * С А *

^ршшшш,

(В) и)

(Ю) (и)

где Ну - коэффициент учета потерь при пропорциональном их нарастании, 1/сут; У - биологическая урожайность траз, и/га; Цы - цена продукции, руб/ц;

коэффициент пересчета коэффициентов влияния метеоусловий ВИМ* Км в действительные Км по годам-аналогам; К\V - коэффициент изменения суточной производительности;

- производительность агрегата, га/см; Яу'. - балансовая цена машины, руб; йу - коэффициент отчислений на реновацию;

в

Е - коэффициент эффективности капитальных вложений;

$ ~ доля данной работы в объеме работ;

Кен - коэффициент сменности;

Си - оценка затрат на одного механизатора, необходимых при выполнении объема работ, руб/чел; - доля рабочего времени на данной работе в общем времени работы механизатора в течение расчетного периода;

В третьей главе "Методика экспериментальных исследований" сформулирована цель исследований, представлены программа экспериментов и методические разработки реализации программы.

Целью экспериментальных исследований являг:пея установление влияния различных погодно-производственных условий на оптимальный состав и сезонное использование техники при заготовке кормов из трав. С-учетом ГОСТ 24055-88 составлена программа исследований: сбор и обработка ретроспективной агрометеорологической информации; градация коэффициентов подобия теплообеспеченности и коэффициентов -влияния метеоусловий по типовым годам-аналогам; заблаговременное определение допустимых объемов, сроков, темпов работы и учет потерь продукции; фотохсонометражные наблюдения за процессами заготовки кормов из трав и их обработка; планирование и проведение имитационных испытаний, производственная проверка результатов исследований.

Учитывая различную подверженность технологий заготовки кормов из трав влиянию погодных условий нами предложено выражение по определению допустимых объемов применения каждой из технологий для складывающегося сезона в

¡¡о^Шп) ,(12)

где М , - кондиционная влажность сена полевой сушки и кондиционная влажность заготавливаемого вида корма, %.

С момента агротехнически обоснованного начала работ до их окончания качество корма может пройти 1ыи, 2ой, Зии классы и до некондиционного. Исходя из этого биологические потери от снижения качества в среднем выразятся

п_ о^КпкУйдок^он) .

11 ЙЖ '

где Кпк=Ку;1-Ш - коэффициент биологических потерь качества, пуб/ц сут;

КцИ - коэффициент учета потерь урожая, доля/сут;

Ш - пена продукт;!! руб/ц;

У - урожайность трав, п/га;

(1 - объем работ, га;

начало и окончание работ, пни календарные.

Метод имитационного моделирования применяется в работе как в диалоговое рехт-а "Проектировщик-ЭВМ" с "погружением" в типичные условия годов-аналогов, так и в автоматическом в соответствии с обобщенной блок-схемой (рис. 2).

Четвертая глава "Результаты ¡экспериментальных исследований" содержит результртьг градаций коэффициентов подобия теллообеспечен-ности, дифференциацию коэффициентов влияния метеоусловий по декадам и годам-аналогам, результаты заблаговременного определения сроков начала и оптимизация продолжительности сроков заготовки кормов из трги, результаты распределения допустимых объемов и темпов выполнения работ при сочетании технологий в различных условиях, результаты оптимизации сезонных процессов заготовки кормов из трав, результаты производственной проварки, экономическсэ обоснование эффективности разработок,

Вэзультаты исследований по обоснованию местных значений коэффициентов подобия показал, что в любом месте Ивановской области их значиния по 6 - критерию не расходятся со значениями для всей области в целом (табл. И.

Таблг.ца I

Коэффициенты подобия теплообеспеченности годов-аналогов и границы их содержащие в пределах Ивановской области

Год-аналог > Коэффициент» подобия_) Сравнение

средний границы содержащие ср.коэффициенты Ь te^er

Холг ч.ныГ. 0,82 ^ 0,В? 0,84 ?,57

Умеренно-холодный 0,91 ^,05 2,57

Средний Г,00 0,35... 1,04 0,81 2,57

Умеренно-теплый Г, 06 1,04...1,13 1,02 2,57 •

Теплый 1,17 >1,13 1.03 2,57

Нами дифференцированы по годам-аналогам коэффициенты влиян::я метеоусловий и их использование. Соотношение коэффициентов /Г/г и НN описывается уравнением „

Ц^РЗКг-О^ \ (И)

--;---

спр*

¿еАе/т 'г рыпи /тЬгугя /ОвЛл» яри сеЬьгнамии

Опти^и^циЯ Ха/чуул-УГ'упилМ теплее

й/ллЛНС*иЛ

Опти-ьи^аци? /пег.""-Ьсскцх и /н/УМг&Ы*

рес^дйссЙ

Ас

4 /Ч*хми<е по ^сгусти-¿щи ме^/иц^/ ^а.Угт

Койректи^сё«* ерь*Гг>/ и темпс6 Внъо/НченчЛ рхЯЪт

Рис. 2. Схема опр^пвления состава и календарного

использования технологических .»веньев

Учет глич к'^Ымчичитоз ири проектировании производственных профессор затогонки кормов из трап при онопко их по Ь - критерию объективно отражает реальные планы использования техники.

Результаты анализа сроков начала работ ив заготовке кормов из трав свидетельствуют. что опраплмваеМость заблаговременного их определения состнпллет ГО...07%, с учетом территориальной растянутости по ИваиопокоП области с ига на север, которая составляет опии дет- смоления на каждые 40 км. Различия продолжительности работ но гопан-аналогам с учетом местной растянутости в 4...5 дней составляет 50...100$. Точность определения оптимальной продолжительности по * имимальнмм затратам из эксплуатацию техники и ис? тоилообеспечен-ности оказались практически оДингШоёО (рис. 3, табл.2).

/2СС0 -------

8ссс

4СС0

Рис. 3. Оптимизация продолжительности заготовки сенажа в различи« пбгодн!« условиях

Габлш.т 2

Календарная и ¡ ~>ботп продолжительности заготозки кормов из трап по тенлообг'споченнссти

Продолжителм сти,!

Г о д н - а н а л о г и

дли

1С1.ле|.дармая продолжительность

Рабочая

продолжите льнос.ть

¡холпппыП(умеренно-/средний} умерент- теплый ! (холодный _I теплый _ I__

I Р,2

II; 0

С,7

10.0

9,3

8,?.

6, В

На основании исследований выражения (12) отмечено, что самой чувствительной технологией к погонным условиям является технология заготовки сена (рис. 4).

Хозяйственная проверка объемов применения технологий в ряглич-йые годы в целом пп Ивановской области подтвердила гпрайелливость атих исследований (рис. Ь).

Изменение погодных условий от холодного до теплого геюв-ана-логов повлияло на фактическое распределение объемов заготовки сена от 43 до 76%, силоса - от 44 до 12% при практически неизменных определяемых ,.аличием технических средств и оборудования, объемах производства сенажа и травяной муки соответственно 7 и 6%. Прк втом следует отметить, чт) расхождение допустимых (рис. 4) и фактических (рис. 5) объемов произошло иэ-зг низкого качества заготавливаемого сена в хозяйствах области в холодные годы.

С учетом допустимых объемов технологий по целевой функции (7) мы Провели имитационное моделирование с погружением каждого из пяти оптимальгчх по годам-аналогам составов техники в типичные условия каждого из них (табл. 3).

Таблица 3

Результаты моделирочания при "погружении" оптимальных составов техники по гопам-аналогам в условия каждого из них в комплексных затратах, руб

Оптимальный состав техники для годов-аналогов

Холод.

Условия годов-аналогов

|Умерен-:

■хол. {Средний

Умёр.-тепл

1-!--

|Теплый|Срел'!ее

ЛЬ /»-*

Жр

Уг

6335И

71068

72170

73390

74235

66036 1640511 С5ИЗ 66676 67218

65233 64920 |б3302.| 64825 66067

в дне 9 значение 72303

Среднее значение из

65657 64879 оптимальных решений

63544 63012 65543

63017 62956 65371

.62930 62Р81 65291

|61С66| 62Р06 657<Г

643 2[> [62777 | 66?25

63БТ) 657Ь5

64.13

Выявлено, что стратегическое решение по формированию состава при заготовке кормов иэ трав для условий Ивановской области смещено на одну треть интервала в сторону умеренно-холодного года-ана-йсга я каходйтпя В пределах срецмего года-аналога в значении Ля ■=

0,97. Однако, результаты моделирования свидетельствую!

й%

ао

во. тс 60 ■ 50

ко 30 20 . Мо

0,7 0,8 0,3 {О Ц Кп

Рис. 4. Распределение допустимых объемов заготовки кормов из трав по различным технологиям в зависимости от условий сезона

<2% —!—г-т~гп :

70 _---

£С---( у ---

* / *

50------

40 ____-_____

30 -----

С ило'су \

20--1—^4

сенаж \

/0 —-ТТ^,-^

0 тр.мухс'./ "

0,7 0,3 0,9 1,0 Ц Кп

Рис. 5. Распределение объемов заготозки кормоз из трав по различным технологиям в зависимости от условий

У

се ? "Л/ /

* Ж у *

v.

»

си/ ЮС/ \

\ сенаж 1 л \

к •

тр. муха ь>

стве тактических решений использования техники по годам-аналогам перед стратегическим решением.

При проведении экспериментальна;исследований и производственной проверки по планированию использования техники в колхозе имени Калинина годовой экономический эффект составил 24,от уровня комплексных затрат.

ВЫВОДЫ

1. Для обобщенной оценки интенсивности механизированных работ по заготовке кормов из трав принят допустимый по условиям темп их проведения. Он характеризует минимально возможную интенсивность выполнения суточного объема работы при нормативной ее продолжительности.

2. Установлено, что условия проведения работ должны учитываться дифференцированными нами по пяти годам-аналогам коэффициентами подобия теплообеспеченности и коэффициентах™ влияния метеоусловий. В период заготовки кормов из трав в Ивановской области их соотношение описывается уравнением Км - 0,7# . Определено, что значения этих коэффициентов не выходят за пределы условий года-аналога на протяжении 40___60 суток. Этот ..^^межуток времени

принимается нами за горизонт прогнозирования, период планирования

и принятия решений.

3. Выявлено, что начало и продолжительность использования техники на заготовке кормов из трав каждый год различны и зазисят от складывающихся условий сезонов. Оправдываемость заблаговременного определения дат начала работ находится в пределах 83...87%

с. уровнем значимости 0,05. Различия продолжительности работ по годам-аналогам существенны и составляют 50...100%. При этом точность определения оптимальной продолжительности по минимальным затратам на эксплуатацию техники и по теплообеспеченности практически одинакова.

4. Разработана экономико-математическая модель дая оптимизации сезонной потребности в технике и ее использования в складывающихся условиях эксплуатации. В качестве критерия оптимизации приняты комплексные затраты, которые учитывают приведенные затраты, потери урожая при изменении продолжительности работ и затраты на содержание механизаторов. шипиыпзаццп этого критерия способствует максимизации прибыли.

5. Проведена дифференциация допустимых объемов заготовки кормов из трав без снижения их качества по различным технологиям и годам-аналогам. Выявлено, что самой чувствительной технологией к по-

годным условиям является технология заготовки сена. Анализ наблюдений по кормоппонзподству Ивановской области показал, что изменение объемов заготовки сена от холодного к теплому году составило от 43'до 76% при снижении объемов заготовки силоса от 44 до 12%. При этом в холодные годы заготавливалось сено низкого качества.

6. Установлено, что стратегическое ресение по формированию состава техники .при заготовке кормов из трав для условий Ивановской области сменено на одну треть интерзала в сторону умеренно-холодного года-аналога и находится в значении Кп =0,97. Результаты моделирования свидетельствуют о преимуществе тактических решений использования техники по годам-аналогам перед стратегическим решением.

7. Годовой экономический эффект от внедрения оптимального состава техники на заготовке кормов из трав по многолетним складывающимся условиям в колхозе имени Калинина составит 21,6% от уровня комплексных затрат, а в год проведения эксперимента (умеренно-теплый) - 24,9®.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. К учету текущих условий года при использовании техники ка заготовке грубых кормов //Совершенствование методов организации использования машинно-тракторного парка /Труды Горьковского СХИ.-1965.- с.53...57.

2. Сезонное проектирование использования техники //Повышение эффективности использования техники - важный резерв ускорения научно-технического прогресса в сельском хозяйстве. Тез.докл.Всесо-юз.науч.-техн.конф. - Тамбов, 19Ь5, с.69...71 (соавторы А.Н.Заже-нин, Б.И. Горбунов).

3. Прогноз в сезонном проектировании использования техники на заготовке кормов //Пути интенсификации сельскохозяйственного производства Ивановской области. Тезисы докладов научной конференции.- Иваново, 19Е35, с. 119.

4. К вопросу оптимизации состава машинно-трактор!«х агрегатов

в технологических звеньях поточных линий при заготовке кормов из трав с учетом текущих условий года //Совершенствование эксплуатационных качеств тракторов и автомобилей и использования машинно-тракторного парка /Труды Горьковского СХИ.-1ЧЬ6.- с.120...123 (со-

автор М.Л.Кашникова).

5. Ретроспективный анализ и прогноз текущих условий года при использовании техники на заготоэке кормов. Там же, с.130...133.

6. Оптимизация состава уборочно-транспортных комплексов //Внедрение достижений науки и передового опыта в агропромышленном комплексе Ивановской области. Тезисы докладов научно-практической конференции. - Иваново, 1990, с.132.

7. Обоснование и расчет календарных темпов работы и состава технологических звеньев (рекомендации) /А.П.Важенки и др. - Горький, 1990, - 34 с.

8. Технология заготовки сена из многолетних трав //Технология производства, хранения и переработки сельскохозяйственных культур в Нечерноземной зоне (учебное пособие). - Ленинград, 1991, с. 53...74 (соавтор В.А.Масленников).

9. Моделирование взаимодействия технологических звеньев в поточных линиях производства кормов в складывающихся условиях сезона //Совершенствование методов организации и использования машинно-тракторного парка /Труды МСХИ, - Н.Новгород, 1932, с.66...70.

10. Теоретические основы управления ходом производственного процесса //Актуальные проблемы науки з сельскохозяйственном производстве. Тезисы докладов зональной научно-практической конференции.- Иваново, 19ТВ, с.257.

11. К обоснованию оценок календарного использования техники при заготовке кормов из трав //Совершенствование средств механизации и технологических процессов в сельском хозяйстве /Сб.науч. тр.С. - ПГДУ - ИГСХА.- Санкт-Петербург, 1995.- с.70...72.