Построение машинной технологии возделывания смородины чёрной

Рисунок 6 – Кнопочные формы для адаптации системы к реально существующим на текущий момент производственным условиям

В конечном итоге система даёт возможность технологу скомпоновать машинную технологию по производству смородины из имеющихся возможностей её реализации. Система автоматически просчитывает стоимость выполнения технологии и выдаёт итоговые значения оценочного показателя для принятия пользователем решения о целесообразности и введения в производство выбранного с/х агрегата. Конечным продуктом работы системы является спроектированная технологическая карта возделывания чёрной смородины, в которой приводится анализ стоимости выполнения технологических операций и трудозатрат на эти операции в виде диаграмм (рисунок 7).

Рисунок 7 – Формы для построения технологии и вывода результатов проектирования технологической карты

В четвёртой главе «Экспериментальные исследования при автоматизированном построении машинной технологии производства чёрной смородины» представлены результаты экспериментальных исследований по выявлению параметров контроля исполнения машинной технологии с учётом погодно-климатических факторов на период уборки урожая смородины в 2009-2010гг. и результаты экспертной оценки показателей функциональности системы АРМ «Технолога-ягодовода».

Поиск параметров контроля исполнения уборки чёрной смородины заключается в изучении метеоданных за 2009-2010гг. в процессе сбора ягод, путём наблюдения за влиянием погодно-климатических условий на сроки проведения и продолжительность уборочных работ и изыскании рационального соотношения между различными технологиями уборки, обеспечивающих наименьшие затраты от выбора случайной технологии в сложившихся климатических условиях. В основу эксперимента положены «Методика определения оптимальной продолжительности уборки» [В.И. Мининзон, ВИМ, 1967] и «Методика определения возможной продолжительности работ по метеорологическим условиям» [Бейлис В.М., ВИМ, 2005]. Данные о погоде в период уборки урожая получены по сводкам метеостанции «МК-15 Agro» п. Измайлово Московской области (таблица 5).

Таблица 5 – Погодные условия в период уборки ягод чёрной смородины в 2009-2010гг.

Показатели	2009г.	2010г.
Дата проведения уборки урожая	18.07.09-31.07.09	24.07.10-01.08.10
Общая площадь уборки, га	12	12
Урожайность смородины, ц/га	15	9
Фактическая продолжительность уборки, дней	14	9
Сумма осадков за рассматриваемый период, мм	21	5,3
Количество дней с осадками более 1мм, дни	5	3
Сумма среднесуточных температур за рассматриваеый период, С	262	246,1
Влажность почвы в рассматриваемый период, %	75	60
Коэффициент увлажнения	5,8	0,58
Количество возможных рабочих дней Dp, дни	6	9
Коэффициент использования времени по метеоусловиям	0,43	1
Относительная потеря урожайности из-за погодных условий за рассматриваемый период, %, (ц)	1 (1,8)	2,8 (3,02)

Значительное повышение температуры воздуха с одновременным сокращением количества осадков за 2010 г. в сравнении с 2009 г. повлияло на снижение влажности почвы и общее снижение урожайности культуры в целом. В связи с этим в 2010г. потери урожая за период уборки на всей площади возросли и составили 2,8% (3,02 ц). В 2009г. потери урожая за период уборки составили 1 % (1,8 ц). Для работы уборочной техники в период выполнения процесса в 2009 году отмечены неблагоприятные условия, в сравнении с периодом уборки ягод в 2010 году.

Оценка параметров уборки проведена по расчётному критерию суммарных затрат Аi на проведение двух технологий уборки: Т1-механизированная; Т2-совмещённая по формуле:

(8)

где EH – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;

al – норматив годовых отчислений на реновацию одной машины и трактора;

Бс – балансовая стоимость одной машины и трактора (для рабочих – затраты на оплату труда);

Кn – коэффициент использования машины, трактора на работе относительно годовой загрузки на всех работах, т.е. отношение времени использования одной машины, трактора на i – работе к суммарному времени её годового использования;

Wij – производительность j – агрегата за час эксплуатационного времени;

ti – продолжительность смены на i– работе;

Ксм – сменность i– работы;

Ким – коэффициент использования календарного времени по метеоусловиям при выполнении i – работы;

Тi – продолжительность выполнения i – работы (количество календарных дней);

Пу – потери урожайности по метеоусловиям.

При механизированной уборке использован комбайн сменно-модульный КСМ-5, а при совмещенной уборке этот же комбайн, с совместным проведением ручного сбора (30%).

Оценка рационального соотношения между технологиями проведена с помощью теории вероятности «Игры с природой» (таблица 6). В виде вероятностей Р1 и Р2 выступили неопределённые погодно-климатические условия в соответствии с представленными уравнениями:

А11Р1+А21Р2=v; (9)

А12Р1+А22Р2=v; (10)

Р1+Р2=1, (11)

где Ai,j—стоимость урожая ягод по i-й технологии в j-х условиях;

Р1, Р2,—вероятности использования технологии Т1, Т2; V —возможная цена игры (выигрыш или проигрыш).

Таблица 6 – Матрица эксперимента 22 «технолог-природа»

Технолог	Природа
	Оптимальные условия (П1)	Неблагоприятные условия (П2)
Технология уборки Т1 (механизированная)	А11=1968 руб./ц	А12=2863 руб/ц
Технология уборки Т2 (механизиров.70%+ручная 30%)	А21=2500 руб./ц	А22=2600 руб/ц

В ходе преобразований вероятностей Рi определено искомое решение задачи в виде системы уравнений:

Р1=А22-А21/А11+А22-А12-А21; (12)

Р2=А11-А12/ А11+А22-А12-А21; (13)

V=А22А11-А12А21/А11+А22-А12-А21 (14)

Решение системы позволяет графически отображать задачу (рисунок 8). При Р=0 и Р=1 на осях ординат откладываются стоимостные показатели Ai,j, при неблагоприятных и благоприятных условиях уборки. На оси «благоприятных условий» откладываются стоимости А11 и А21, на оси «неблагоприятных условий» - А21 и А22 и соединяются прямыми, которые пересекаясь, образуют «функцию полезности».

Рисунок 8 – Графическое решение задачи по контролю исполнения машинной технологии на примере учёта погодно-климатических факторов во время уборки урожая в 2009г.

То есть в фактически сложившихся неблагоприятных для комбайновой уборки условиях 2009г. в 78 % случаев технологу рекомендуется использовать совмещённую технологию уборки урожая. В противном случае величина затрат на 1 ц получаемой продукции увеличится до 15 %, за счёт роста потерь урожая, связанного с увеличением продолжительности уборки и роста затрат на обслуживание техники, работающей в условиях переувлажнения плантации.

Оценка показателей качества работы АРМ проведена методом индивидуальной аналитической экспертной оценки, основанного на усреднённой оценке ответов экспертов с учетом их компетентности. Для этого в 2010г. в рамках работы проведён опрос экспертов путём анкетирования.

Коэффициент компетентности эксперта КК определялся по известной формуле:

, (15)

где КЗ - коэффициент степени знакомства эксперта с рассматриваемым вопросом;

Ка - коэффициент аргументированности ответа эксперта;

Для определения величины средневзвешенной оценки экспертов каждого вопроса использовалось выражение:

(16)

где AKi,j-оценка в баллах по i-ому вопросу j-тым экспертом;

kj - коэффициент компетентности j-ого эксперта;

n - количество экспертов.

Ответы экспертов, обработаны с учётом их компетентности и представлены на диаграмме (рисунок 9).

Рисунок 9 – Средневзвешенная оценка экспертами показателей качества функционирования АРМ «Технолога-ягодовода»

По мнению экспертов при построении машинных технологий возделывания чёрной смородины АРМ «Технолога-ягодовода» позволяет на 75,2% снизить трудозатраты. Оценена возможность системы обеспечивать решение поставленных задач, а именно возможность использования в научной деятельности 8,82 балла и решение задач по управлению производственным процессом 8,58 балла, что говорит о целесообразности разработки и перспективности данного научного направления.

По результатам экспериментальной производственной проверки АРМа в условиях ООО «Одоевские сады» Тульской области, были определены затраты машинного времени на обработку информации за год, которые составляют 15-28 ч/год. Оптимальный и достаточный для построения машинных технологий производства смородины объём базы данных, равен 20-40 Мб.

В пятой главе «Энергоэкономический анализ применения автоматизированного построения рациональных машинных технологий возделывания ягод чёрной смородины» представлен расчёт экономической эффективности использования АРМ «Технолога-ягодовода». Эффективность результатов выполненной разработки складывается из экономии средств, связанных с переходом от традиционного способа построения машинной технологии (вручную) к автоматизированному (по средством АРМ), за счет снижения трудозатрат при использовании в деятельности технологов информационных ресурсов, без учёта эффекта от сокращения производственных рисков и потенциального увеличения объёма выходной продукции.

Установлено, что затраты труда на осуществление автоматизированного построения машинной технологии возделывания смородины чёрной сокращаются в 15 раз, с 300 чел.ч. за сезон при ручном проектировании до 20 чел.ч. при автоматизированном. Общая себестоимость АРМ «Технолога-ягодовода» составляет 53623,54 руб. Годовой экономический эффект от внедрения данного продукта без учета технологических эффектов составляет 30723,43 рублей в год, при установленной цене продукта в 69710,6 рублей. Срок окупаемости составляет 2,7 года.

Разработка системы автоматизированного проектирования агротехнологий возделывания ягодных культур на базе СУБД отмечена Дипломом конкурса «За лучшую завершённую научную разработку 2010 года в агроинженерной сфере АПК России», проведенного Отделением механизации, электрификации и автоматизации Россельхозакадемии.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлена востребованность и разработана классификация информационных ресурсов для построения и управления машинных технологий в ягодоводстве, с учётом конкретных условий производства.
2. Выполнен анализ марочного состава технических средств для механизации трудоёмких процессов в ягодоводстве по 13 регионам РФ. Установлено, что при современном производстве чёрной смородины используется до 250 марок техники, из них 70% технических средств отечественного производителя и 30% зарубежных марок. Потребность хозяйств в технике отечественного и иностранного производства составляет соответственно 55% и 45%.
3. Адаптирована математическая модель оптимизации перспективной структуры МТП при производстве смородины, в результате выявлено 11 перспективных марок технических средств, используемых на наиболее трудоёмких технологических операциях, из которых 38% отводится комплексу сменно-модульной техники на базе КСМ-5.
4. Разработан алгоритм функционирования АРМ «Технолога-ягодовода», позволяющий системе из 10-15 возможных вариантов выполнения технологического процесса формировать 3-5 наиболее оптимальных, с точки зрения конечной стоимости процесса, с учётом используемых с/х агрегатов.
5. Созданная компьютерная модель АРМ «Технолога-ягодовода» содержит пополняемую базу данных из 28 таблиц, в которых имеется 160 наименований технических средств, 25 наименований сортов чёрной смородины, рекомендованных для машинной уборки, и позволяет проектировать «гибкие» технологии по закладке плантаций чёрной смородины и уходу за плодоносящими насаждениями, а также может быть адаптирована к производству других ягодных культур в хозяйствах Центрального региона.
6. Установлено, что применение АРМа позволяет сократить затраты труда на построение машинной технологии возделывания смородины чёрной в 15 раз, с 300 чел.ч. за сезон при ручном проектировании до 20 чел.ч. при автоматизированном.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

1. При построении адаптивных машинных технологий ягодных культур рекомендуется использование АРМ «Технолога-ягодовода» или других информационных ресурсов, созданных на основе ведения реляционных СУБД.
2. На основе методики оптимальной организации технологического процесса в машинной технологии возделывания чёрной смородины установлена целесообразность внедрения в уборку ягод на площади 27…32 га прямого комбайнирования, с оптимальным количеством комбайнов на данную площадь 1 шт., продолжительностью уборки 5 дней и потерями урожая 60,17 ц., в противном случае технологу необходимо привлекать один дополнительный комбайн или использовать совмещённую уборку урожая, что влечёт за собой увеличение денежных затрат на выполнение процесса до 20%.
3. Для сокращения многомарочности технических средств при выполнении технологических операций и оптимизации машинной технологии возделывания чёрной смородины рекомендуется использовать комплекс сменно-модульной техники на базе КСМ-5.
4. При выпадении осадков в течении периода уборки более 20 мм рационально использовать совмещённую технологию уборки урожая смородины, в противном случае возможно увеличение конечной стоимости операции до 15%.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Смирнов, И.Г. Особенности применения автоматизированной системы проектирования и управления машинными агротехнологиями в ягодоводстве [Текст] / И.Г. Смирнов, Д.О. Хорт // Информационные технологии, системы и приборы в АПК: материалы 4-ой междунар. науч.-практ. конф., «Агроинфо», 2009г. – Новосибирск: СИБФТИ, 2009. – Ч.1. – С. 118-123.

2. Хорт, Д.О. Контроль и управление процессом производства черной смородины [Текст] / Д.О. Хорт, И.Г. Смирнов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: труды 7-й междунар. науч.-техн. конф., «Нанотехнологии и инфокоммуникационные технологии». – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010. Ч.5. – С. 250-256.

3. Цымбал, А.А. Особенности автоматизированного проектирования машинных агротехнологий в ягодоводстве [Текст] / А.А. Цымбал, И.Г. Смирнов, Д.О. Хорт // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2010. – №5. – С.6-8.

4. Хорт, Д.О. Информационная поддержка технологических решений при производстве черной смородины [Текст] / Д.О. Хорт, И.Г. Смирнов // Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве: сб. док. международной науч.-практ. конф.,2010г. – М.: 2010, Ч.2. – С.110-116.

5. Хорт, Д.О. Эффективное управление агротехнологиями как основа экологически безопасного промышленного ягодоводства [Текст] / Д.О. Хорт, В.Г. Селиванов // Техника и оборудование для села. – 2010. – №11. – С. 24-25.

6. Хорт, Д.О. Оценка эффективности применения автоматизированного рабочего места АРМ «Технолога-ягодовода» при производстве черной смородины [Текст] / Д.О. Хорт // Садоводство и виноградарство. – 2010. – №6. – С. 40-44.

7. Цымбал, А.А. Освоение принципов программирования урожая при автоматизированном проектировании агротехнологий возделывания чёрной смородины [Текст] / А.А. Цымбал, Д.О. Хорт, И.Г. Смирнов // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2011. – №1. – С. 18-21.

8. Свидетельство о государственной регистрации базы данных 2010620642 Российской Федерации. База данных для проектирования машинной технологии возделывания чёрной смородины / Д.О. Хорт, И.Г. Смирнов, А.А. Цымбал; заявитель и правообладатель ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии—2010620503; заявл.31.08.2010; опубл.27.10.2010.