CC BY
296
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 88._
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Попов В.Д., Сухопаров А.И. Информационная и структурная модели управления технологиями в растениеводстве // Вестник РАСХН. 2010. №3. С. 7-8.
2. Охтилев М.Ю., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов. М.: Наука, 2006. 409 с.
3. Спесивцев А.В. Управление рисками чрезвычайных ситуаций на основе формализации экспертной информации. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2004. 238 с.
УДК 631.152
Е.В. ТИМОФЕЕВ, канд. техн. наук
КОНТРОЛЬ РАБОТЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ
В статье рассмотрено состояние систем мониторинга для сельскохозяйственного производства. Актуальность этой проблемы вызвана необходимостью повышения конкурентоспособности сельскохозяйственной продукции. А для этого необходимо строго контролировать работу технических средств, выполняющих операции в технологическом процессе сельскохозяйственного производства. На рынке с начала 2000-х годов стали применяться спутниковые навигационные системы. В статье рассмотрены различные аналоги от зарубежных и отечественных производителей. Проанализированы продукты ведущих мировых производителей сельскохозяйственной техники, таких как «Джон Дир» иClaas, а также отечественные разработки от ведущих компаний по производству навигационного оборудования М2М Телематика и ООО «Агронавт» и др. Для оценки их возможностей были проанализированы данные систем по 10 различным критериям. Данный анализ показал, что наиболее точную оценку работы технических средств осуществляет система от фирмы Claas. Однако ее существенным недостатком является высокая стоимость и несовместимость с техническими средствами других производителей.
Чтобы оценить возможности использования системы мониторинга транспортных средств на базе устройства TeltonikaFM-4200, были проведены исследования в одном из хозяйств Ленинградской области. По результатам
122
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_
измерений были рассчитаны показатели работы технического средства. Были определены показатели работы трактора, а именно расход топлива при выполнении технологических операций, удельный расход топлива, коэффициент расхода топлива. Данные показатели рассчитывались автоматически и позволяют эффективно оценивать работу технического средства в режиме реального времени, что позволяет эффективно планировать распределение трудовых и энергетических ресурсов в сельскохозяйственном производстве.
Ключевые слова: Мониторинг, сельскохозяйственный агрегат, технология, эффективность, спутник, сельское хозяйство.
E. V. TIMOFEEV, Cand. Sc. (Engineering)
OPERATION CONTROL OF AGRICULTURAL TRACTOR/IMPLEMENT SETS VIA SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
The article describes the status of monitoring systems for agricultural production. The urgency of this problem is caused by necessity to increase the competitiveness of agricultural products. With this aim in view, it is necessary to provide the strict control over the operation of machines and equipment in the technological process of agricultural production. Since the beginning of 2000-ies the satellite navigation systems have been used for this purpose. Various analogue devices from foreign and domestic manufacturers were reviewed. The products of leading world manufacturers of agricultural machinery such as John Deere and Claas, as well as domestic developments of leading companies specializing in navigation equipment (M2M Telematika, Argonaut Ltd. and others) were analyzed. To understand the potential of these systems they were assessed by 10 different criteria. This analysis showed that most efficiently the operation of machines and equipment is estimated by the Claas system. However, its significant disadvantage is high cost and incompatibility with the hardware of other manufacturers.
To estimate the possibility of using the monitoring system of vehicles on the basis of Teltonika FM 4200 device for the effective control of available technologies, the studies were conducted in one of the farms of Leningrad Region. Based on the measurements the performance indicators of the tractor were calculated, such as fuel consumption when performing technological operations, specific fuel consumption, and fuel consumption factor. These indicators are calculated automatically and allow to evaluate effectively the work of machines in real time, and consequently to plan effectively the allocation of labor and energy resources in agricultural production.
Key words. Monitoring, tractor/implement set, technology, efficiency, satellite, agriculture.
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 88._
Планирование и управление технологическими процессами в сельском хозяйстве является необходимым условием повышения эффективности производства сельхозпродукции, снижения издержек и повышения конкурентоспособности продукции отечественных сельхозпредприятий. Планированием производства на предприятиях занят экономический отдел[4].
На сегодняшний день в сельскохозяйственных предприятиях планирование технологий происходит путем составления технологических карт с использованием номинальной и принятой в хозяйстве производительности используемых машин. При таком планировании не учитывается фактическая производительность машины, которая зависти от ее технического состояния [10].
Контроль и управление технологическими процессами также происходит после проведения работ и расчета затрат, произведенных фактически. Все это в конечном итоге приводит к удорожанию технологий, увеличению трудоёмкости, что в конечном итоге приводит к увеличению себестоимости продукции.
На сегодняшний день в сельскохозяйственном производстве широко внедряются современные технологии отечественных и зарубежных разработок. В сельском хозяйстве Российской Федерации широко представлены практически все мировые лидеры. Почти все они предлагают внедрить технологии собственного производства. При этом обещая очень хорошие финансовые показатели. Однако при этом проведение комплексной оценки этих технологий показывает, что зачастую заявленные показатели не достигаются.
Это зависит от:
- человеческих факторов;
- природно-климатических условий;
- технического состояния машин и оборудования.
На сегодняшний день на рынке широко представлены различные решения для мониторинга технических средств. Большинство этих продуктов рассчитаны на применение в автотранспортных парках. На рынке присутствуют как отечественные так зарубежные производители. Мобильный модуль может быть построен на основе приемников спутникового сигнала, работающих в стандартах NAVSTAR GPS или ГЛОНАСС (рис. 1)[1].
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_
m ■•«■ШИ LtfflONIMHl: «МММ*
-■i-РЯ -—• к
Рис. 1. Решения для сельского хозяйства на основе системы Navstar
Рис.2. Решения для сельского хозяйства на основе системы GLONAS
В настоящее время в России активно продвигается и лоббируется использование сигналов спутников ГЛОНАСС, разработка и производство клиентского оборудования мониторинга для этой системы. Принят ряд законодательных актов, в основе которых лежит указ президента РФ № 638 «Национальная программа возрождения навигационной системы ГЛОНАСС».
Во исполнение указа правительством России принят ряд нормативных документов, которыми определены полномочия федеральных органов исполнительной власти по поддержанию, развитию и использованию системы ГЛОНАСС, а так же определены транспортные, технические средства и системы, подлежащие оборудованию аппаратурой спутниковой навигации. [1]
Также на рынке широко представлены и иностранные разработки. Их отличием от отечественных является применение технологий автоматического вождения и управления техническими средствами систем наиболее распространенных- это AMS от John Deere.
Однако применение средств автоматического вождения и управления применимо только на тех тракторах и комбайнах, где
125
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 88._
установлено соответствующее оборудование. Однако существенным недостатком является высокая стоимость оборудования, где только комплект оборудования стоит 150-450 тысяч рублей в зависимости от комплектации и до 1,5 млн. рублей на программное обеспечение.
В таблице 1 представлены функциональные показатели программного обеспечения для спутникового мониторинга.
Таблица 1
Функциональные показатели программного обеспечения для спутникового _мониторинга[2]._
Наименование показателей Системы мониторинга технических средств
Навигатор Агро Outback MAX Efficient Agriculture Systems by CLAAS APEX 3.2 компании «Джон Дир» IT-Farming от Amazone М2М-Телематика Агронавт
Картографическое отображение перемещений + + + + + + +
Онлайн мониторинг технических средств + - + - - + +
Разбивка полей на полигоны + - + + + - +
Расчет обработанных площадей + + + + + + +
Разбивка времени работы машины - - - - - - +
Контроль времени совместной работы технологической и транспортной систем
Универсальность программного обеспечения (возможность работы со сторонним оборудованием)
Расчет производительности - - + + - - +
Расчет качественных показателей - - + + - - -
Точность определения позиций до 2 см - + + + + - -
Итого 4 3 7 6 4 3 5
Наиболее полную оценку показателей производит система Easyот фирмы CLAAS.Данная система позволяет оценить работу машины с учетом времени поворотов простоев и т.д. Но недостатком
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_
данной системы является также дороговизна и специализация по машинам фирмы CLAAS, ее применение невозможно на других технических средствах и машинах. А как правило в парке в Российской Федерации более 90% сельскохозяйственных предприятий имеют разномарочные машины. Также недостатком этих систем является простейший учетный анализ показателей, что в большинстве случаев не отражает показатели эффективности работы машины[9].
Возможности для получения информации о работе машины имеют практически все системы. Однако из за невостребованности в ней они развиты.
Одним из таких показателей является коэффициент загрузки двигателя который используется для оценки загрузки трактора при выполнении сельхозработ и характеризует правильность агрегатирования трактора, а, следовательно, и производительность агрегата[8].
Для оценки используются следующие показатели:
- время движения агрегата, ^в ;
- время простоя агрегата, Шрос;
- расход топлива при движении, Qдв ;
- общий расход топлива, Qобщ;
Расход топлива на остановках определяется разностью:[5]
Qстоян Qобщ Qдв (1)
Определяем часовой расход топлива при движении (кг/ч): [3,5]
Q
Q*
(0в . (2)
Средняя мощность двигателя при движении определяется отношением часового расхода топлива на паспортный удельный расход топлива на единицу мощности (гр/кВтч):[4]
Qч
NL =
** (3)
Средний коэффициент загрузки двигателя определяется
отношением средней мощности двигателя при движении к паспортной (эффективной )мощности:[4]
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. ИАЭП. 2016. Вып. 88.
N
k = -лв. .100
загР д т
Nэф (4)
Для пробных расчетов были использованы данные о работе двух марок тракторов МТЗ-1221 и МТЗ-82 в мае и июне месяцах 2012 г., полученные по системе GPS (ГЛОНАСС) ОАО «ПЗ Рабитицы» Ленинградской области[3].
Данные тракторов по показателям мощности и удельному расходу топлива приведены в табл.2 .
Таблица 2
Показатели мощности и расхода топлива тракторов МТЗ-1221 и МТЗ-82
Марка трактора Эффективная мощность, кВт (л.с.) Удельный расход топлива,г/кВтч (г/л.с.ч)
МТЗ-1221 98,0 (132,0) 235,0 (180,0)
МТЗ-82 60,0 (80,0) 220,0 (162,0)
Результаты расчетов в графическом виде представлены на рисункеЗ для трактора МТЗ-1221 и на рисунке 4 для трактора МТЗ-82.
Рис. 3. Графики изменения загрузки двигателя трактора МТЗ - 1221 в мае и
июне месяцах 2012 года
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_
Рис.4. Графики изменения загрузки двигателя трактора МТЗ - 82 в мае и июне
месяцах 2012 года
Как видно из полученных графиков, трактор МТЗ-1221 в мае месяце имел среднюю загрузку порядка 80%, в июне месяце трактор выполнял, видимо, другую работу и загрузка его существенно изменилась и составляла в среднем около 50%. Загрузка трактора МТЗ-82 в мае и июне существенно не отличалась и составляла 75 -80%. Но при этом система также позволяет оценить надежность техники, выявляя перерасход топлива, как в случае с МТЗ-1221. Полученные значения мощности и расхода топлива позволяют оценить фактически понесенные затраты на операцию в оперативном режиме[6,7,10].Это позволит более эффективно использовать рессурсы и повысить рентабельность производства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Валге А.М., Тимофеев Е.В., 2009 г. Опыт применения глобальной системы позиционирования GPS для хронометража работы технических средств при заготовке кормов из трав, Сб. науч. тр. -СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2009. Вып. 81. С. 61-66.
2. Валге А.М., Тимофеев Е.В. Компьютерное проектирование технологий производства кормов из трав, Вестник Рос. академии сельскохозяйственных наук. 2009. № 5. С. 7.
3. Валге А.М., Папушин Э.А., Серзин И.Ф.Мониторинг машинно-тракторных агрегатов с использованием спутниковых навигационных систем. В сборникеИАЭП. С-Пб, 2013. №84. С.28-36
129
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 88._
4. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Концепция создания демонстрационной зоны высокой энергоэффективности в Ленинградской области /А.Ф. Эрк, В.Н.Судаченко// Межд. агропромышленная выставка-ярмарка «Агрорусь» СПб, 2015. С. 6-7.
5. Тимофеев Е.В., Яников А.В. Оценка эффективности работы технических средств, выполняющих операции сельскохозяйственного производства в условиях Северо-Запада РФ с использованием спутниковых навигационных систем, В книге: АПК - стратегический ресурс экономического развития государства. XXI международная агропромышленная выставка "АГРОРУСЬ", материалы международного конгресса. 2015. С. 207.
6. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н.Концепция энергосбережения и повышения энергоэффективности сельскохозяйственного производства животноводческого направления Северо-Западного региона России./ А.Ф. Эрк, В.Н.Судаченко // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства/ ИАЭП. С-Пб, 2015. №87. С.225-233
7. Тимофеев Е.В., Повышение эффективности производства кормов из трав в условиях Северо-Запада Российской Федерации путем моделирования процессов кормопроизводства и формировании оптимальных технологий, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. Санкт-Петербург, 2010
8. Тимофеев Е.В. Оценка сроков уборки трав по эффективности кормов, Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2008. № 80. С. 111-115.
9. Валге А.М., Тимофеев Е.В., Задачи принятия решений при производстве кормов из трав, Известия Международной академии аграрного образования. 2008. Т. 1. № 7. С. 63-66.
10. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Методы энергосбережения и повышенияэнергоэффективности сельскохозяйственного производства / А.Ф. Эрк, В.Н.Судаченко // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. С-Пб, 2015. № 87. С.233-239.
