РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ И МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПАХОТНОГО АГРЕГАТА НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЗОНЫ

где qi – относительный показатель эффективности функционирования по i-му единичному показателю; ai – коэффициент весомости i-го единичного показателя (определялся методом экспертных оценок); n – количество единичных показателей эффективности функционирования в частном обобщенном показателе по j-ой оценке.

Комплексный показатель эффективности функционирования пахотного агрегата определяли по формуле:

, (3)

где kj – частный обобщенный показатель эффективности функционирования по j-му виду оценки; bj – коэффициент весомости частного обобщенного показателя по j-му виду оценки (определялся методом экспертных оценок); m – количество видов оценок в комплексном показателе эффективности функционирования.

Комплексная оценка пахотного агрегата по экономическим показателям (экономичности) производилась на стоимостной основе аналогично анализу по комплексному показателю эффективности функционирования. Комплексный показатель экономичности пахотного агрегата имеет вид:

, (4)

где С и Сбаз – цена потребления анализируемого и базового вариантов агрегата, руб.

За базовое значение цены потребления было принято лучшее (наименьшее) значение на множестве оцениваемых агрегатов.

Полные затраты потребителя на приобретение и эксплуатацию пахотного агрегата определяли по формуле:

, (5)

где СЕ – единовременные затраты на приобретение агрегата, руб.; Иi – средние суммарные затраты на эксплуатацию агрегата, относящиеся к i-му году его службы, руб.; Т – срок службы агрегата, лет.

Затраты на эксплуатацию пахотного агрегата представлены в виде суммы издержек по отдельным статьям:

, (6)

где З – затраты на оплату труда обслуживающего персонала, руб./га; Г – затраты на горюче-смазочные материалы, руб./га; Р – затраты на техническое обслуживание и ремонт, руб./га; Э – издержки на охрану окружающей среды, руб./га; B – годовая наработка агрегата в условиях данной природно-климатической зоны, га/год.

Расчет отдельных статей издержек производился по ОСТ 10 2.18-2001.

На основании комплексных показателей эффективности функционирования и экономичности пахотного агрегата предложен комплексный показатель конкурентоспособности пахотного агрегата в виде:

, (7)

где КЭ – комплексный показатель эффективности функционирования агрегата; КС – комплексный показатель экономичности агрегата.

В третьей главе «Проведение экспериментальных исследований пахотного агрегата в условиях северо-западной зоны РФ» приведены обоснование объекта исследований и агротехнические требования, предъявляемые к его работе; выбор зональных условий для проведения экспериментальных исследований; программа и методика проведения экспериментальных исследований; организация экспериментальных исследований; обработка результатов экспериментальных исследований; расчет значений комплексных показателей эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата; оценка эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата по результатам исследований.

При решении задачи соответствия нормативно-технической документации исследуемый агрегат должен был принадлежать к одному классу (типу) с базовым образцом. При оценке конкурентоспособности, в условиях рыночной экономики, появилась конкурентная среда, в которой выбор предпочтительного (конкурентоспособного) варианта агрегата из их возможного множества не требует их строгой однотипности (по конфигурации, параметрам и др.). Поэтому апробация применения критерия конкурентоспособности была выполнена по результатам сравнительных испытаний на примере двух вариантов пахотных агрегатов несколько различной конфигурации: первый в составе трактора Беларус-1523 и плуга ПКМ-6-40Р; второй в составе трактора Джон Дир-7800 и плуга ПГП-5-40А.

Таблица 1. Типичные условия Северо-Западной зоны при проведении зяблевой вспашки стерни зерновых культур.

Наименование показателя	Диапазон значений
	±
Влажность почвы, %	20,7 ± 3,9
Твердость почвы, МПа	2,0 ± 1,0
Масса растительных и пожнивных остатков на 1 м2, г	224,9 ± 217,9
Высота растительных и пожнивных остатков, см	19,5 ± 6,2
Засоренность почвы камнями на 1 м2, шт.	1,25 ± 1,54
Средний размер камней, мм	64,0 ± 63,2

При испытаниях пахотных агрегатов особое внимание уделяли оценке условий работы, в которых выполнялся технологический процесс. Задача заключалась в том, чтобы наиболее точно и объективно зафиксировать значения характеристик работы агрегатов в многофакторном пространстве условий испытаний.

При проведении экспериментальных исследований пахотных агрегатов значения показателей условий испытаний должны быть близкими к типичным (средним) значениям, приведенным в таблице 1 (сформированной по многолетним статистическим данным), характерным для Северо-Западной зоны при проведении зяблевой вспашки стерни зерновых культур.

Экспериментальные исследования пахотных агрегатов проводились в оптимальные для Северо-Западной зоны агросроки (с августа по октябрь 2005 года) методом пассивного эксперимента на базе Северо-Западной МИС.

Программа и методика экспериментальных исследований были разработаны с учетом действующей в системе МИС нормативно-технической документации.

Программа экспериментальных исследований при этом предусматривала:

• настройку агрегата применительно к условиям испытаний в соответствии с инструкцией по эксплуатации;
• проведение необходимых видов оценок с целью определения значений принятых единичных показателей Pс, Pм и Pэ.

Экспериментальные исследования пахотных агрегатов проводились в 16 существенно отличающихся вариантах функционального состояния среды.

Методика экспериментальных исследований предусматривала:

• определение показателей условий испытаний;
• определение эксплуатационных параметров и режимов работы;
• определение единичных показателей эффективности функционирования.

Агрегаты работали одновременно, измерения для каждого из них проводились параллельно, в одних и тех же природно-климатических условиях, которые характеризовались следующими показателями: тип почвы и название по механическому составу – дерново-слабоподзолистые, легкосуглинистые; влажность почвы – 22,18 %; твердость почвы – 2,76 МПа; масса растительных и пожнивных остатков на 1 м2 – 428,25 г; высота растительных и пожнивных остатков – 17,1 см; засоренность почвы камнями на 1 м2 – 5,78 шт.; средний размер камней – 68,37 мм. Данные условия являются характерными (близкими к типичным) для Северо-Западной зоны по всем показателям, кроме засоренности почвы камнями, но при этом в экспериментальных исследованиях использовались плуги с предохранителями.

Для единичных показателей подсистем «среда» и «машина», а так же агротехнической и эксплуатационно-технологической оценок измерения проводились каждую рабочую смену. Это было необходимо для определения характера их изменения в ходе эксперимента и выявления закономерностей между входными и выходными параметрами информационной модели. При этом каждый пахотный агрегат проработал не менее 16 рабочих смен (по 8 часов).

Для оценок надежности, технической экспертизы и совершенства конструкции, условий труда и экологической безопасности значения единичных показателей измерялись вне установленных рабочих смен в соответствии с методикой экспериментальных исследований, либо определялись на основе хронометражных наблюдений за работой испытываемых агрегатов.

Показатели с неметрологической основой определения (качество изготовления, дизайн, удобство работы и т.д.) определялись, как и при формировании номенклатуры единичных показателей, методом экспертных оценок. Каждая оценка и единичный показатель характеризуются коэффициентом весомости, определяемым, также методом экспертных оценок по шкале 01.

Для этого были разработаны две соответствующие анкеты, и опрошена экспертная группа, сформированная из ведущих сотрудников Северо-Западной МИС (испытатели), из сотрудников ГНУ СЗНИИМЭСХ (ученые) и представителей хозяйств, использующих сельскохозяйственную технику (потребители) в составе 5 человек каждая. Таким образом, всего было опрошено 15 человек.

Перед расчетом комплексных показателей эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата результаты измерений единичных показателей Pс, Pм и Pэ обрабатывались вероятностно-статистическими методами на ПЭВМ с использованием электронных таблиц Microsoft Excel и статистических графических систем STATGRAPHICS Plus, SPSS for Windows.

Проведенный статистический анализ результатов эксперимента позволяет отметить следующее: для многих показателей среднее значение и значение медианы примерно равны; коэффициент вариации практически для всех показателей не превышает значения 0,3; многие показатели имеют значения асимметрии и эксцесса близкие к 0; значения выборки всех показателей лежат в доверительном интервале с вероятностью 95,0 %; все показатели имеют распределение, соответствующее нормальному закону распределения. Таким образом, возможно применение регрессионного анализа с целью получения математических моделей на основе результатов экспериментальных исследований.

Анализ проверки на грубые погрешности показал, что грубых погрешностей в экспериментальных данных нет, поэтому для дальнейшей работы использовались все полученные значения выборки.

В результате проведенного регрессионного анализа получили модели, характеризующие зависимость показателей эффективности функционирования пахотного агрегата (агротехнической и эксплуатационно-технологической оценок) от показателей подсистем «среда» и «машина». Регрессионные модели могут быть использованы для описания общего процесса функционирования пахотного агрегата, его системного анализа, а также для определения рациональных эксплуатационных параметров и режимов работы агрегата. Полученные математические зависимости позволяют утверждать, что существует связь между рассматриваемыми единичными показателями. Таким образом, выбранные в результате экспертного опроса единичные показатели подсистем «среда» и «машина» наиболее полно описывают процесс функционирования пахотного агрегата, и оказывают существенное воздействие на единичные показатели эффективности функционирования.

В качестве примера приведены регрессионные модели, характеризующие зависимости:

• глубины заделки растительных и пожнивных остатков (Рэ3) от влажности почвы (Рс2), от твердости почвы (Рс3), от засоренности почвы камнями на 1 м2 (Рс6), от рабочей скорости движения (Рм1) и от глубины обработки (Рм3):

• Беларус-1523 + ПКМ-6-40Р:

Рэ3 = – 0,268·Рс2 + 1,222·Рс3 – 0,385·Рс6 + 4,988·Рм1 – 0,925·Рм3.

• Джон Дир-7800 + ПГП-5-40А:

Рэ3 = – 0,111·Рс2 + 1,292·Рс3 – 0,134·Рс6 + 4,404·Рм1 – 0,914·Рм3.

• гребнистости поверхности почвы (Рэ4) от массы растительных и пожнивных остатков на 1 м2 (Рс4), от высоты растительных и пожнивных остатков (Рс5), от засоренности почвы камнями на 1 м2 (Рс6) и от среднего размера камней (Рс7):

• Беларус-1523 + ПКМ-6-40Р:

Рэ4 = 0,001·Рс4 + 0,125·Рс5 + 0,106·Рс6 + 0,009·Рс7.

• Джон Дир-7800 + ПГП-5-40А:

Рэ4 = 0,002·Рс4 + 0,058·Рс5 + 0,214·Рс6 + 0,008·Рс7.

• производительности в час эксплуатационного времени (Рэ10) от рабочей скорости движения (Рм1), рабочей ширина захвата (Рм2) и глубины обработки (Рм3):

• Беларус-1523 + ПКМ-6-40Р:

Рэ10 = – 1,645 + 0,223·Рм1 + 0,521·Рм2 – 0,004·Рм3.

• Джон Дир-7800 + ПГП-5-40А:

Рэ10 = – 1,639 + 0,317·Рм1 + 0,260·Рм2 – 0,015·Рм3.

• удельного расхода топлива от рабочей скорости движения, от рабочей ширины захвата и от глубины обработки:

• Беларус-1523 + ПКМ-6-40Р:

Рэ14 = 27,577 – 0,943·Рм1 – 4,218·Рм2 + 0,042·Рм3.

• Джон Дир-7800 + ПГП-5-40А:

Рэ14 = 46,341 – 3,574·Рм1 – 3,827·Рм2 + 0,151·Рм3.

Указанные математические зависимости адекватны по критерию Фишера (F) с уровнем вероятности P = 95 %.

Математическая обработка результатов экспертного опроса включала в себя получение следующих статических характеристик:

• средних арифметических;
• средних квадратических отклонений;
• коэффициентов вариации;
• коэффициентов конкордации.

Средние значения коэффициентов весомости частных обобщенных показателей по видам оценок полученные по результатам обработки: агротехническая оценка – 0,262; эксплуатационно-технологическая оценка – 0,184; оценка надежности – 0,199; техническая экспертиза и совершенство конструкции – 0,105; оценка условий труда – 0,153; оценка экологической безопасности – 0,097.

На основании полученных коэффициентов конкордации с вероятностью 99% можно утверждать, что существует неслучайная согласованность во мнениях экспертов.

Таблица 2. Результаты расчетов комплексных показателей эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотных агрегатов.

	Наименование показателей	Значения показателей
		Беларус-1523 + ПКМ-6-40Р	Джон Дир-7800 + ПГП-5-40А
Показатели режимов работы	Рабочая скорость, км/ч	8,11	8,13
	Рабочая ширина захвата, м	2,40	2,04
	Глубина обработки, см	20,70	20,78
	Удельный расход топлива, кг/час (кг/га)	20,77 (10,65)	20,90 (12,59)
	Буксование, %	10,13	9,82
	Тип плуга по способу агрегатирования	полунавесной	навесной
	Тяговое сопротивление плуга, кН	29,5	29,3
Обобщенные показатели	Агротехническая оценка	0,960	0,999
	Эксплуатационно-технологическая оценка	0,987	0,905
	Оценка надежности	0,991	0,869
	Техническая экспертиза и совершенство конструкции	0,901	0,945
	Оценка условий труда	0,869	1,000
	Оценка экологической безопасности	0,985	1,000
Комплексные показатели	Комплексный показатель эффективности функционирования КЭ (от 0 до 1)	0,954	0,950
	Комплексный показатель экономичности КС 1	1,000	1,035
	Комплексный показатель конкурентоспособности К (от 0 до 1)	0,954 ± 0,005	0,918 ± 0,003