CC BY
110
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
УДК 631.171:002
А.М. ВАЛГЕ, д-р техн. наук; Э.А. ПАПУШИН, канд. техн. наук;
С.В. ВТОРЫЙ, канд. техн. наук
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Рассмотрены состояние и перспективы использования информационных технологий в сельскохозяйственном производстве. Для решения проблемы увеличения эффективности производства продукции рассмотрены перспективные задачи, позволяющие оперативно анализировать состояние производства и принимать соответствующие управляющие решения.
В последние 10 лет происходят интенсивные изменения в области вычислительных средств и программирования. В сотни раз увеличилась производительность процессоров, в тысячи раз увеличилась емкость запоминающих устройств. Вместе с тем происходит миниатюризация процессоров. На несколько порядков снизилась стоимость вычислительных систем. Интенсивно развиваются новые технологии приема и передачи информации и, в частности, сетевые технологии и технологии Интернета. С развитием технических средств существенные изменения произошли в программном обеспечении, что также расширило круг использования компьютерных технологий, как в производственных процессах, так и на бытовом уровне. Доступная стоимость основного узла компьютера - процессора - позволяет широко использовать его в различных машинах и механизмах, в том числе и машинах сельскохозяйственного производства для решения различных задач: управления машиной, технологическим процессом, сбора информации о состоянии рабочей среды (почвы), растений, условий работы, урожая.
Опыт ведущих стран с развитой аграрной сферой свидетельствует, что все они прошли своего рода «технологическую революцию». Классическое экстенсивное земледелие вытесняется точным (прецизионным). Широко используются геоинформационные технологии, многооперационные энергосберегающие сельскохозяйственные агрегаты, селекция высокоурожайных сортов растений и выведение высокопро-
186
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.
дуктивных пород животных, создание биологически активных кормовых добавок, новых лекарственных средств для животных, современные методы борьбы с эпизоотиями, карантинными болезнями животных и растений.
Использование информационных технологий в сельскохозяйственном производстве России. Сейчас в России намечены и проводятся мероприятия, направленные на повышение эффективности информационно-консультационного обслуживания агропромышленного комплекса, содействия устойчивому его развитию на основе достижений научно-технического прогресса, создание благоприятных условий для удовлетворения потребности руководителей и специалистов сельскохозяйственных предприятий всех форм собственности, фермеров в получении знаний о новейших достижениях отечественной и мировой сельскохозяйственной науки, технологиях и техники, передовом отечественном и зарубежном опыте.
Успешно развивается такое направление, как предоставление информационных, консультационных, технико-экспертных, организационных и управленческих услуг и помощи в выборе и освоении инновационных технологий, подготовке, разработке и осуществлении инвестиционных проектов, организации производства.
Формируются информационные ресурсы, происходит сбор, обобщение и адаптация баз данных, прикладных программных продуктов и рекомендаций по повышению эффективности сельскохозяйственного производства. Вся эта информация доводится до региональных, районных (межрайонных), сельских информационноконсультационных центров (ИКЦ).
В настоящее время для разрешения проблем с кормами на сайте МСХ есть программа «Оптимизация и анализ рационов сельскохозяйственных животных», базы данных «Состав и питательность кормов», «Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных» (таблица).
Динамичное развитие аграрного производства требует внедрения высокоэффективной системы земледелия, современных технологий сбора и обработки информации, необходимой для решения многочисленных производственных и управленческих задач.
187
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Примеры баз данных и прикладного программного обеспечения сельскохозяйственной направленности на сайте МСХ
Наименование Краткая характеристика Разработчик
Базы данных «Ветеринария и животноводство» Информация о кормлении животных, ветеринарной медицине, вопросы биологической и общественной безопасности ГВЦ Минсельхоза РФ
Программный комплекс «Ветеринария и животноводство» Расчет рационов кормления животных, автоматизация племенного учета и анализ показателей племенной работы на уровне предприятия ГВЦ Минсельхоза РФ
База данных «Механизация» Информация о сельскохозяйственной технике, оборудовании перерабатывающей промышленности и предприятиях, выпускающих и поставляющих данную технику ГВЦ Минсельхоза РФ
Базы данных «Агрохимическое обслуживание и карантин растений» Информация по минеральным, органическим и органоминеральным удобрениям и химическим мелиорантам; по химическим средствам защиты растений; по вопросам карантина растений, а также об организациях-производителях ГВЦ Минсельхоза РФ
База данных «Охрана труда» Правовые и нормативные документы по вопросам охраны труда в сельском хозяйстве ГВЦ Минсельхоза РФ
Программный комплекс «Традиционные и перспективные технологии возделывания сельскохозяйственных культур» Проектирование технологий производств основных видов сельскохозяйственных культур с учетом зональных, производственнотехнических и финансовых условий, размеров производства ГВЦ Минсельхоза РФ
188
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.
Продолжение табл.
Наименование Краткая характеристика Разработчик
Базы данных «Сельское хозяйство России» Информация об удобрениях, семенах сельскохозяйственных культур, о составе и питательности кормов, нормах и рационах кормления животных, нормативных документах по животноводству, карантину растений и ветеринарии, ветеринарных препаратах и др. ГВЦ Минсельхоза РФ
Программный продукт «Планирование хозяйственной деятельности на основе принципа валового дохода» Планирование и анализ хозяйственной деятельности сельскохозяйственных предприятий на основе расчетов условного валового и чистого доходов ГВЦ Минсельхоза РФ
В настоящее время в мировом сельскохозяйственном производстве широко применяются космические информационные технологии такие, как дистанционное зондирование, спутниковая навигация (системы ГЛОНАСС/GPS).
Они обеспечивают потребителей не только данными наблюдений о состоянии сельхозугодий выращиваемых культур, необходимых для оценки почв, тепловлагообеспеченности и так далее, но и высокоточными координатами местоположения обрабатывающих агрегатов и участков поля, нуждающихся в специальной обработке. Все это позволяет применять методы прецизионного (точного) земледелия.
Практически вся информация в сельском хозяйстве имеет пространственную привязку, поэтому географические информационные системы (ГИС) являются наиболее эффективным средством сбора и обработки информации в отрасли. В современных ГИС сосредоточены последние достижения в области пространственных баз данных. Такие системы, включающие в себя методы дистанционного зондирования, широко используются во многих странах мира (в Канаде, США, странах ЕС, Индии, Японии, Китае и др.). Более чем 10-летний зарубежный опыт убедительно подтверждает, что съемки из космоса не только
189
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
дают возможность улучшить качество сельскохозяйственной статистики, повышая точность, однородность, объективность и частоту наблюдений, но и позволяют существенно усовершенствовать методы оперативного контроля состояния посевов и прогноза урожая как в глобальном, так и локальном масштабе. В частности, система MARS (Monitoring Agriculture by Remote Sensing), обслуживающая страны Европейского сообщества, позволяет определять площади посевов и урожайность сельскохозяйственных культур, начиная с государственного уровня и вплоть до отдельных ферм.
Важно отметить, что чем больше территория государства, тем больший экономический эффект имеет применение дистанционных методов. Использование современных методов геоинформационных технологий в сельском хозяйстве позволит оценивать точные размеры пахотных земель в зонах интенсивного и рискованного земледелия, в том числе площади земель, используемых под озимые и яровые посевы. Оценивать динамику сокращения сельскохозяйственных земель и вывода их из разряда сельхозугодий, продуктивность пахотных земель, выявлять негативные почвенные процессы, такие, как изменение механического и химического состава; засоление; снижение содержания гумуса; распространение засух, опустынивания; обнаруживать признаки поражения культур и ареалов распространения вредителей; проводить мониторинги чрезвычайных ситуаций (пожаров, паводков, заморозков).
В результате хозяйствующие субъекты и органы управления АПК всех уровней могут получать с федеральных серверов нового поколения полномасштабную, оперативную информацию о состоянии сельхозугодий и динамике созревания зерновых и иных культур, что позволит повысить эффективность производственной деятельности и качество принимаемых управленческих решений.
В настоящее время на сайте http://www.agrocosmos.gvc.ru размещены данные спутникового мониторинга сельхозугодий основных регионов - производителей растениеводческой продукции. Индекс NDVI, усредненный по областям, обновляется каждые 16 дней для 61 субъекта Федерации.
190
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.
На сайте с данными спутникового мониторинга осуществляется прогнозирование урожайности для 14 видов растениеводческих культур на основе определения года-аналога по указанному индексу. Этот прогноз можно считать первым реализованным шагом в создании новой отраслевой информационно-аналитической системы.
Управление производственными процессами. Основные назначения информационных технологий - повышение эффективности производства, снижение себестоимости и повышение конкурентоспособности производимой продукции. Это достигается разработкой комплекса задач по анализу и управлению производством.
Основные направления использования информационных технологий (ИТ) для решения этих задач представлены на рис. 1. Очевидно, что реально направлений значительно больше, и их количество будет возрастать по мере развития средств передачи и обработки информации. Общая структурная блок-схема ИТ может состоять их трех основных блоков:
- текущего управления производством и реализацией продукции (бухгалтерия);
- технологического управления производством;
- интернет-технологий (получения и передачи информации, сайт хозяйства);
Отдельно представлено подразделение, предназначенное для эксплуатации технических средств, программного обеспечения, интернет-систем информационного обмена.
Связь по вертикали «хозяйство - район - область» может осуществляться по специально выделенному каналу.
Общий подход к использованию ИТ для повышения эффективности производства продукции с.-х. производства приведен на рис. 2. ИТ состоит из ряда взаимосвязанных программ. Основу должна составлять программа анализа эффективности использования ресурсов производства, позволяющая оценивать вклад каждого из производимых продуктов на получаемую прибыль в зависимости от затрат ресурсов и цены реализации полученной продукции. В зависимости от эффективности использования ресурсов система управления ресурсами корректирует объемы производства и распределение ресур-
191
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
сов для производства продукции. Для определенного объема производства продукции проектируются оптимальные технологии по каждому из видов продукции. При проектировании технологий используются базы данных по технологиям и техническим средствам (Федеральный регистр технологий производства с.-х. продукции). Этот процесс работы с программами должен выполняться несколько раз до получения устойчивых результатов, удовлетворяющих оптимуму каждой из задач. После определения оптимальных технологий решается задача оптимизации состава машинотракторного парка. В отдельном блоке определяется эффективность использования в хозяйственных условиях новых технических средств, планируемых к приобретению или аренде.
При реализации технологии также должны решаться задачи управления технологическими процессами выращивания урожая, уборки урожая, хранения и реализации продукции. На данном этапе используются системы оценки состояния посевов (развитее растений и сорняков, борьбы с болезнями и другие). На стадии уборки урожая решаются задачи выбора стратегии уборки, использования технических средств, закладки урожая на хранение.
Отдельным блоком должна быть выделена система управления земельными ресурсами хозяйства (рис. 3), представленная в виде базы данных по земельным угодьям. На этом уровне решаются задачи рационального использования земельных угодий, формирование севооборотов, определение норм внесения органических и минеральных удобрений, управление процессом выращивания урожая. Для решения поставленных задач данная система связывается с базами данных по семенам, удобрений, химических средств защиты.
Рассмотренные выше задачи при их реализации требуют разработки иерархии представления баз данных и программ решения задач на различных представительских уровнях.
192
Рис. 1. Основные направления использования информационных технологий в сельскохозяйственном производстве
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.
Система управления ресурсами хозяйства
Рис. 2. Общая структурная
схема управления технологическими процессами производства сельскохозяйственной
1
St
1
О
съ
а
at
at
о
Й
^з
0
1
о
О/
сь
съ
а
^3
0
1
St
St
продукции
растениеводства и животноводства.
Рис. 3. Общий подход к использованию ИТ на примере производства продукции растениеводства
ил
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для внедрения ИТ в производство должны быть разработано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение для указанных выше задач.
Эффективность использования ИТ в с.-х. производстве будет достигаться за счет:
- повышения эффективности документооборота, снижения погрешностей при выполнении учетных операций, своевременности получения информации и принятия производственных решений;
- оптимизации использования ресурсного обеспечения хозяйства, рационального распределения ресурсов по отраслям производства;
- принятия оптимальных решений при изменении условий производства и рыночной конъюнктуры цен на производимую продукцию;
- оптимального выбора технологий производства;
- оптимизации структуры машинотракторного парка.
Получено 17.03.2008.
УДК 631.531.17-52:633(470.31)
В.Н. БРОВЦИН, д-р техн. наук
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
ПОСРЕДСТВОМ ПРИЛОЖЕНИЯ SIMULINK ПАКЕТА MATLAB
В статье приведен пример идентификации параметров пахотного агрегата по каналу управления положением линии тяги пахотного агрегата, составленного из колесного трактора МТЗ-82 и навесного плуга ПИН-4-35. Идентификация проведена с использование приложения Simulink® Parameter Estimation ППП MATLAB®.
Наиболее часто используемые методы идентификации параметров моделей сельскохозяйственных процессов пригодны, как правило, для линейных по параметрам математических описаний, и, кроме того, распределенных по нормальному закону возмущающих воздействиях [1] (или имеющих специальный вид, например, единичный
196
