CC BY
26
05.20.01
УДК 637.116+637.115
КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ РОБОТИЗИРОВАННОЙ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ПОЧЕТВЕРТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПРОЦЕССОМ ДОЕНИЯ
© 2018
Владимир Вячеславович Кирсанов, доктор технических наук,
заведующий лабораторией, главный научный сотрудник Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (Россия) Леонид Петрович Кормановский, академик РАН, главный научный сотрудник Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (Россия) Дмитрий Юрьевич Павкин, младший научный сотрудник Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (Россия)
Евгений Александрович Никитин, инженер Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (Россия) Владимир Юрьевич Матвеев, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технический сервис» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение: роботизированные технологии применяются в разных сферах человеческой деятельности: медицина, военное дело, промышленность, сельское хозяйство и др. При этом сельскохозяйственные, в частности, доильные роботы, имеют существенную специфику, связанную с необходимостью обслуживания биологических объектов (травмобезопасность, высокая вариабильность: разброс координат и размеров сосков вымени, возможные перемещения животного в процессе обслуживания и др.), что существенно усложняет алгоритмы функционирования автоматических систем доения по сравнению с промышленными роботами.
Материалы и методы: методология проведения исследований заключается в новых методах и подходах к моделированию и оценке взаимодействия основных элементов роботизированной биомашинной системы «Человек-машина-животное» при доении коров.
Обсуждение: анализ структурных и кинематических схем манипуляторов промыщленного типа показал, что для применения в составе доильных установок лучше всего походят манипуляторы ангулярного и цилиндрического типов. Вместе с тем для удешевления конструкции и особенно ее интеллектуальной части в многобоксовых моделях целесообразно использовать гибридный манипулятор, который как бы состоит из двух механических рук, одна подвижная (подключающая) с датчиком изображения, которая может перемещаться между станками, другая неподвижная, располагается в каждом доильном станке и обеспечивает поддерживание и отключение доильных стаканов.
Результаты: разработан лабораторный образец манипулятора доения с двумя пневмоцилиндрами поддержки и отведения подвесной части (в центре), стенд искусственное вымя, 4 контроллера управления процессом доения по каждой четверти отдельно (вверху) и 4 датчика-счетчика потока молока для каждой четверти (внизу).
Заключение: на основании проведенных исследований был предложен алгоритм контроля и управления потоками молока по отдельным четвертям вымени.
Ключевые слова: алгоритм, ангулярный, антропоморфный, датчик изображения, модуль, погрешность, почет-вертное доение, робот-манипулятор, степень свободы, счетчик-датчик, управление, цилиндрический, элементная база, 3D-камера.
Для цитирования: Кирсанов В. В., Кормановский Л. П., Павкин Д. Ю., Никитин Е. А., Матвеев В. Ю. Концептуальные технико-технологические решения роботизированной доильной установки с почетвертным управлением процессом доения // Вестник НГИЭИ. 2018. № 3 (82). С. 62-73.
CONCEPTUAL TECHNICAL AND TECHNOLOGICAL SOLUTIONS IN ROBOTIC MILKING MACHINES WITH PAKETLERININ CONTROL THE MILKING PROCESS
© 2018
Vladimir Vyacheslavovich Kirsanov, Dr. Sci. (Engineering), the head of laboratory, chief researcher
Federal agricultural research centre VIM (Russia) LeonidPetrovich Karmanovsky, academician of the Russian Academy of Sciences, chief scientific officer
Federal agricultural research centre VIM (Russia)
Dmitry Yuryevich Palkin, junior researcher Federal agricultural research centre VIM (Russia)
Evgeniy Alexandrovich Nikitin, Engineer Federal agricultural research centre VIM (Russia) Vladimir Yuryevich Matveev, Ph. D. (Engineering), associate professor of the chair «Technical service» Nizhny Novgorod state engineering-economic University, Knyaginino (Russia)
Introduction: robotic technologies are applied in different spheres of human activity: medicine, military, industry, agriculture etc. While agriculture, in particular, milking robots have a significant specific related to the maintenance of biological objects (traumatic, high variability: the variation of the coordinates and sizes of udder teats, possible movement of the animal in the process of service, etc.), which significantly complicates the algorithms of automatic milking systems compared with industrial robots.
Materials and Methods: the methodology of research consists in new methods and approaches to modeling and evaluation of interaction of the main elements of the robotic bio machine system «Man-machine-animal» during milking cows. Discussion: analysis of structural and kinematic schemes of industrial-type manipulators showed that angular and cylindrical manipulators are best suited for use in milking machines. However, to reduce the cost of the design and, especially its intellectual part, it is advisable to use a hybrid manipulator in multi box models, which, as it were, consists of two mechanical hands, one movable (connecting) with an image sensor, which can move between the machines, the other stationary, is located in each milking machine and provides support and disconnection of the milking cups. Results: a laboratory sample of milking manipulator with two pneumatic cylinders of support and withdrawal of the hanging part (in the center), artificial udder stand, 4 milking process control controllers for each quarter separately (at the top) and 4 milk flow sensors for each quarter (at the bottom) were developed.
Conclusions: on the basis of their studies proposed a control algorithm and control the flow of milk in separate quarters of the udder.
Key words: algorithm, which restores, anthropomorphic, image sensor, module, error, honorary milking, the robot arm, the degree of freedom, the counter-sensor management, cylindrical, components, 3D-camera.
For citation: Kirsanov V. V., Karmanovsky L. P., Palkin D. Yu.,Nikitin E. A., Matveev V. Yu. Conceptual technical and technological solutions in robotic milking machines with paketlerinin control the milking process // Bulletin NGIEI. 2018. № 3 (82). P. 62-73.
Abstract
Роботизированные технологии применяются в разных сферах человеческой деятельности: медицина, военное дело, промышленность, сельское хозяйство и др. [1]. При этом сельскохозяйственные, в частности, доильные роботы, имеют существенную специфику, связанную с необходимостью обслуживания биологических объектов (травмобезопасность, высокая вариабильность: разброс координат и размеров сосков вымени, возможные перемещения животного в процессе обслуживания и др.), что существенно усложняет алгоритмы функционирования автоматических систем доения по сравнению с промышленными роботами. Важным преимуществом доиль-
Введение
ных роботов является добровольный режим обслуживания животных в течение суток, почетвертное доение с отключением доильных стаканов, контроль качества молока и состояния каждой доли вымени, тщательная пред- и последоильная санитарная обработка сосков вымени и промывка доильной аппаратуры, что позволяет свести к минимуму заболевание животных маститом и повысить качество молока [2; 3]. Необходимо разработать (цель) соответствующие концептуальные и технико-технологические решения для построения эффективных отечественных роботизированных технологий обслуживания животных как в специализированных одноместных и многоместных конструкциях доильных боксов, так и
в составе используемых автоматизированных доильных установок со станками типа «Тандем», «Елочка» и «Карусель» с целью их дальнейшей автоматизации и применения на молочных комплексах [4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12].
Материалы и методы
Заключается в новых методах и подходах к моделированию и оценке взаимодействия основных элементов роботизированной биомашинной системы «Человек-машина-животное» при доении коров [3].
Обсуждение
Анализ структурных и кинематических схем манипуляторов промыщленного типа показал, что для применения в составе доильных установок лучше всего походят манипуляторы ангулярного и цилиндрического типов, приведенные на рисунках 1, 2. Данные манипуляторы относятся к классу 3-х
подвижных [13; 14], то есть обладают тремя степенями свободы, что вполне достаточно для подведения и подключения к вымени доильных стаканов, к тому же они будут располагаться на стойке доильного станка, что также удобно и не требует прокладки специальных направляющих (монорельс и др.). Эти манипуляторы располагаются в каждом станке. Вместе с тем для удешевления конструкции и особенно ее интеллектуальной части в многобоксовых моделях целесообразно использовать гибридный манипулятор, который как бы состоит из двух механических рук, одна подвижная (подключающая) с датчиком изображения, которая может перемещаться между станками, другая неподвижная, располагается в каждом доильном станке и обеспечивает поддерживание и отключение доильных стаканов. На рисунке 3 представлены модульные элементы, необходимые для создания робота.
Рис. 1. Структурная и кинематическая схемы манипулятора ангулярного типа: 1 - поворотная стойка; 2 - модуль линейного перемещения; 3 - поворотное звено; М1-М4 - схваты манипулятора (доильных стаканов) Fig. 1. Structural and kinematic scheme of the manipulator which restores type: 1 - swivel stand, 2 - module of linear movement, 3 - pivot link, M1-M4 - tongs of the manipulator (milking cups)
Рис. 2. Структурная и кинематическая схемы манипулятора цилиндрического типа: 1, 2 - линейно-поворотный модуль; 3 - поворотное звено; М1-М4 - схваты манипулятора (доильных стаканов) Fig. 2. Structural and kinematic scheme of the manipulator with cylindrical type: 1, 2 and linear - rotary module; 3 - pivot link; M1-M4 - tongs of the manipulator (milking cups)
Рис. 3. Модульные элементы для создания робота Fig. 3. Modular elements for creating a robot
Рис. 4. Общий вид манипулятора доения с почетвертным управлением процессом доения, ручным подключением доильных и автоматическим снятием доильных стаканов (1-этап, полуробот) Fig. 4. General view of the manipulator with paketlerinin milking management milking, manual milking and connection automatic removal of teat cups (1-stage, polyroot)
Результаты
На рисунке 4 представлен разработанный лабораторный образец манипулятора доения с двумя пневмоцилиндрами поддержки и отведения подвесной части (в центре), стенд искусственное вымя, 4 контроллера управления процессом доения по каждой четверти отдельно (вверху) и 4 датчика-счетчика потока молока для каждой четверти (внизу). Данное устройство найдет применение в существующих типах автоматизированных доильных установок типа «Елочка» при их модернизации с переходом от общего к почетвертному доению. 2-й и 3-й этапы модернизации будут предусматривать уже модернизацию данного варианта в роботизированный манипулятор на базе многофункционального комплекта прецизионной пневмоавтоматики (фирма Фесто и др. [15; 16]. Таким образом, создается преемственность и поэтапность в модернизации как существующих типов доильного оборудования на качественно новом уровне, так и создание принципиально новых роботизированных одно- и многобоксовых моделей. По сравнению с самыми распространенными роботами фирмы Лели (Голландия) роботизированный манипулятор
будет значительно более компактным (массы и габариты в 5-6 раз меньше), более точный учет надоя молока по каждой четверти (погрешность не более 5 %), предусматривается возможность ручного управления при отказе автоматики, тем самым будет обеспечена возможность обслуживания поголовья до приезда сервисной службы (в существующих системах это невозможно).
Для управления манипулятором доения на 1 -м этапе предполагается схема с ручным подключением доильных стаканов в начале доения, при этом механическая рука поддерживает доильные стаканы, облегчая доярке их подключение к вымени коровы [17]. Далее следует автоматическое почет-вертное доение с контролем качества молока и физиологического состояния животных (по температуре, цвету, электропроводности молока и др. показателям), затем происходит поочередное отключение доильных стаканов на выдоенных долях вымени и отведение всей подвесной части из зоны расположения вымени посредством манипулятора. Структурные и функциональные схемы управления представлены на рисунках 5 и 6.
Рис. 5. Силовая схема управления пневмоцилиндрами манипулятора Fig. 5. Power control circuit for the pneumatic cylinders of the manipulator
Рис. 6. Структурная и функциональная схема почетвертной доильной установки Fig. 6. Structural and functional scheme paketlerini milking machines
На основании проведенных исследований для управления процессом доения, контроля молочной продуктивности отдельных четвертей вымени животных, их физиологического состояния и качества молока необходимо измерять с точностью +5 % текущие значения потока и удоя молока по отдельным четвертям [18]. На основании проведенных исследований был предложен алгоритм контроля и управления потоками молока по отдельным четвертям вымени в доильном аппарате с учетом ранее выполненных разработок [19; 20].
Алгоритм работает следующим образом: вводим количество подключённых доильных стаканов (блок 2), затем в контроллер вводятся основные измеряемые показатели (блок 3: номер коровы, скорость молокоотдачи, удой, режимы стимуляции, основного доения, окончания доения и др.), далее на основании разработанной расчётной формулы (блок 4) измеряется интенсивность молокоотдачи, в блоке 5 происходит сравнение: если по одной четверти уровень молокоотдачи выше 150 гр/мин., то начинается основное доение (блок 6) с заданными параметрами работы, если условие не выполнено, то аппарат дальше работает в режиме машинного додаивания (блок 11) с заданными параметрами. В
блоке 12 опять измеряем интенсивность молокоот-дачи, пока не будет достигнуто условие в блоке 13, после чего доильный стакан отключается, если четверть перешла в режим основного доения 6, то доение и измерение уровня молокоотдачи идёт до тех пор, пока не выполнится условие (блок 9), далее идёт измерение уровня молокоотдачи в блоке 9, если условие принимается, то идёт отключение доильного стакана, если не принимается, то четверть переходит в режим машинного додаивания и работа идет по пути не принятого условия в блоке 5, после отключения каждого стакана идёт регистрация в память 15, когда отключается последний доильный стакана от вакуума, рука манипулятора выводит все четыре стакана 17 из-под вымени животного и доение заканчивается.
Счетчик-датчик потока молока и алгоритм управления процессом доения был экспериметально проверен на учебной ферме РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева. Погрешность измерения в среднем составила от 2,2 до 5,5 %, что соответствует предъявляемым требованиям.
Фото общего вида испытываемого доильного аппарата представленного на ферме РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева (рис. 8).
Рис. 7. Алгоритм контроля и управления потоками молока по отдельным четвертям вымени в доильной установке Fig. 7. Is a control Algorithm and control the flow of milk in separate quarters of the udder in milking area
Рис. 8. Общий вид испытываемого доильного аппарата на ферме РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева
Fig. 8. General view of the test milking machine on the farm, Russian state agrarian University-MTAA named after K. A. Timiryazev
Заключение
Реализация данной концепции позволит создать автоматический доильный модуль (робот), используя отечественный опыт проектирования мани-
пуляторов доения с адаптацией их как к существующим конструкциям доильных установок, так и при создании новых роботизированных доильных установок.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Терентьева Е. И. Анализ современного состояния применения роботов в промышленности // Каика-rastudent.ru. 2015. № 10 (22).
2. Кирсанов В. В., Цой Ю. А., Кормановский Л. П. Концепция создания доильного робота совместимого с отечественным доильным оборудованием // Вестник ВНИИМЖ. 2016. № 3 (23). С. 13-21.
3. Черноиванов В. И. и др. Биомашсистемы. Теория и приложения. М. : ФГБНУ Росинформагротех. 2016.
214 с.
4. Горбачев М. И. Условия эффективного применения доильных роботов // Международный технико-экономический журнал. 2009. № 2. С. 65-68.
5. Горбачев М. И. Технологическое и техническое переоснащение молочных ферм в современных усла-виях // Международный технико-экономический журнал. 2009. № 5. С. 20-24.
6. Хисамов Р. Р., Каюмов Р. Р., Сафиуллин Н. А. Оценка поведенческих реакций коров-первотелок при беспривязно-боксовой системе содержания и доения на роботах // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. 2011. Т. 206. С. 251-255.
7. Хисамов Р. Р. Опыт эксплуатации доильных роботов в Татарстане // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. 2011. Т. 206. С. 255-259.
8. Винницки С., Романюк В., Юговар Е., Артс И., Савиных П. А. Эффективность применения доильных роботов на фермах крупного рогатого скота // Вестник Марийского государственного университета. 2014. № 1 (13). С. 28-35.
9. Щукин С. И., Легеза В. Н. Некоторые аспекты работы доильных роботов // Повышение управленческого, экономического, социального, инновационно-технологического и технического потенциала предприятий и отраслей АПК. Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. 2017. С. 116-117.
10. Щукин С. И., Легеза В. Н. Методика исследования элементов доильных роботов // Повышение управленческого, экономического, социального, инновационно-технологического и технического потенциала предприятий и отраслей АПК. Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. 2017. С. 117-118.
11. Щукин С. И., Легеза В. Н. Результаты лабораторных испытаний элементов доильных роботов // Повышение управленческого, экономического, социального, инновационно-технологического и технического
потенциала предприятий и отраслей АПК. Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. 2017. С. 118-121.
12. Щукин С. И. Тенденции развития доильной техники в Тверской области // Агропродовольственный сектор экономики страны в условиях глобализации и интеграции. Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. 2016. С. 159-163.
13. Белянин П. Н. Промышленные роботы. М. : Машиностроение, 1975. 398 с.
14. Пол Р. «Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота - манипулятора» М. : Наука, 1976.
15. Каталог продукции // Материалы сайта FESTO [Электронный ресурс]. Режим доступа: www .festo.com/catalogue/
16. Кирсанов В. В. Метод создания многофункциональной элементной базы доильного оборудования // Техника и оборудование для села. 2012 г. № 9. С. 16-18.
17. Цой Ю. А., Кирсанов В. В., Петренко А. П. Функционально-стоимостной анализ роботизированных систем и выбор альтернативных вариантов добровольного доения коров // Техника и оборудование для села. 2014. № 8 (206). С. 33-36.
18. Цой. Ю. А., Кирсанов В. В., Павкин Д. Ю. Разработка счетчика индивидуальных надоев молока, удовлетворяющего требованиям международной организации ICAR // Техника и оборудование для села. 2015. № 7. С. 21-23.
19. Кирсанов В. В., Игнаткин И. Ю. Обоснование адаптивного алгоритма измерения молока от доильного аппарата // Агрожурнал МГАУ. 2011. № 16. С. 8-12.
20. Кирсанов В. В., Филонов Р. Ф., Тареева О. А. Алгоритм управления доильными установками типа «Карусель» // Техника и оборудование для села. 2012. № 10. С. 20-22.
Дата поступления статьи в редакцию 12.01.2018, принята к публикации 14.02.2018.
Информация об авторах: Кирсанов Владимир Вячеславович, доктор технических наук, заведующий лабораторией, главный научный сотрудник
Адрес: Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, 109428, Россия, Москва, 1-й Институтский проезд, 5 E-mail: kirvv2014@mail.ru Spin-код: 3983-5253
Кормановский Леонид Петрович, академик РАН, главный научный сотрудник Адрес: Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, 109428, Россия, Москва, 1-й Институтский проезд, 5 E-mail: vim@vim.ru Author ID: 572732
Павкин Дмитрий Юрьевич, младший научный сотрудник
Адрес: Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, 109428, Россия, Москва, 1-й Институтский проезд, 5 E-mail: dimqaqa@mail.ru Spin-код: 7671-5380
Никитин Евгений Александрович, младший научный сотрудник
Адрес: Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, 109428, Россия, Москва,
1-й Институтский проезд, 5
E-mail: evgeniy.nicks@yandex.ru
Spin-код: 7453-6947
Матвеев Владимир Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технический сервис»
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино,
ул. Октябрьская, 22а
E-mail: matveev_ngiei@mail.ru
Spin-код: 6756-1176
Заявленный вклад авторов: Кирсанов Владимир Вячеславович: научное руководство.
Кормановский Леонид Петрович: общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Павкин Дмитрий Юрьевич: анализ полученных результатов, написание основной части текста. Никитин Евгений Александрович: подготовка литературного обзора. Матвеев Владимир Юрьевич: написание окончательного варианта текста.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Terentieva E. I. Analiz sovremennogo sostojanija primenenija robotov v promyshlennosti [Analysis of modern state of the use of robots in industry], Nauka-rastudent.ru. 2015. No. 10 (22).
2. Kirsanov V. V., Choi, Y. A., Karmanovsky L. P. Koncepcija sozdanija doil'nogo robota sovmestimogo s ote-chestvennym doil'nym oborudovaniem [The concept of creating a milking robot compatible with domestic milking equipment], Vestnik VNIIMZh [Bulletin of VNIIMJ], No. 3 (23). 2016. pp. 13-21.
3. Chernoivanov V. I., etc. Biomashsistemy. Teorija i prilozhenija [Biomasseria. Theory and applications], Moscow: FSBSI of Rosinformagrotech. 2016. 214 p.
4. Gorbachev M. I. Uslovija jeffektivnogo primenenija doil'nyh robotov [Conditions for the effective application of milking robots], Mezhdunarodnyj tehniko-jekonomicheskij zhurnal [The international technical-economic journal], 2009. No. 2. pp. 65-68.
5. Gorbachev M. I. Tehnologicheskoe i tehnicheskoe pereosnashhenie molochnyh ferm v sovremennyh uslavi-jah [Technological and technical re-equipment of dairy farms in modern usloviyah], Mezhdunarodnyj tehniko-jekonomicheskij zhurnal [The international technical-economic journal], 2009. No. 5. pp. 20-24.
6. Khisamov R. R., Kayumov R. R., Safiullin N. Ocenka povedencheskih reakcij korov-pervotelok pri bespriv-jazno-boksovoj sisteme soderzhanija i doenija na robotah [Assessment of behavioural reactions of cows, heifers in loose-box housing and milking robots], Uchenye zapiski Kazanskoj gosudarstvennoj akademii veterinarnoj mediciny im. N. Je. Baumana [Scientific notes of the Kazan state Academy of veterinary medicine. N. Uh. Bauman], 2011. Vol. 206.pp.251-255.
7. Khisamov R. R. Opyt jekspluatacii doil'nyh robotov v Tatarstane [Operating Experience of milking robots in Tatarstan Republic], Uchenye zapiski Kazanskoj gosudarstvennoj akademii veterinarnoj mediciny im. N. Je. Baumana [Scientific notes of the Kazan state Academy of veterinary medicine. N. Uh. Bauman], 2011. Vol. 206. pp. 255-259.
8. Vinnitsa S., Romanyuk V., Jugular E., Arts, I., Savinykh P. A. Jeffektivnost' primenenija doil'nyh robotov na fermah krupnogo rogatogo skota [Efficiency of the use of milking robots on farms cattle], VestnikMarijskogo gosu-darstvennogo universiteta [Bulletin of the Mari state University], 2014. No. 1 (13). pp. 28-35.
9. Shchukin S. I., Legesa V. N. Nekotorye aspekty raboty doil'nyh robotov [Some aspects of the milking robots], Povyshenie upravlencheskogo, jekonomicheskogo, social'nogo, innovacionno-tehnologicheskogo i tehnichesko-go potenciala predprijatij i otraslej APK. Sbornik nauchnyh trudov po materialam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Increase the managerial, economic, social, innovative-technological and technical potential of enterprises and agricultural industries. Collection of scientific works on materials of the International scientific-practical conference], 2017. pp. 116-117.
10. Shchukin S. I., Legesa V. N. Metodika issledovanija jelementov doil'nyh robotov [Research methodology elements of the milking robots], Povyshenie upravlencheskogo, jekonomicheskogo, social'nogo, innovacionno-tehnologicheskogo i tehnicheskogo potenciala predprijatij i otraslej APK. Sbornik nauchnyh trudov po materialam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Increase the managerial, economic, social, innovative-technological and technical potential of enterprises and agricultural industries. Collection of scientific works on materials of the International scientific-practical conference], 2017. pp. 117-118.
11. Shchukin S. I., Legesa V. N. Rezul'taty laboratornyh ispytanij jelementov doil'nyh robotov [The results of laboratory tests of the elements of the milking robots], Povyshenie upravlencheskogo, jekonomicheskogo, social'nogo, innovacionno-tehnologicheskogo i tehnicheskogo potenciala predprijatij i otraslej APK. Sbornik nauchnyh trudov po materialam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Increase the managerial, economic, social, innovative-technological and technical potential of enterprises and agricultural industries. Collection of scientific works on materials of the International scientific-practical conference], 2017. pp. 118-121.
12. Shchukin S. I. Tendencii razvitija doil'noj tehniki v Tverskoj oblasti [Trends in the development of milking equipment in Tver region], Agroprodovol'stvennyj sektor jekonomiki strany v uslovijah globalizacii i integracii. Sbor-nik nauchnyh trudov po materialam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [The agricultural and food sector of the economy in conditions of globalization and integration. Collection of scientific works on materials of the International scientific-practical conference], 2016. pp. 159-163.
13. Belyanin P. N. Promyshlennye roboty [Industrial robots], Moscow: Mashinostroenie, 1975. 398 p.
14. Paul R. Modelirovanie, planirovanie traektorij i upravlenie dvizheniem robota - manipuljatora [Modeling, trajectory planning and motion control of a robot manipulator], Moscow: Nauka, 1976.
15. Katalog produkcii // Materialy sajta FESTO [Jelektronnyj resurs]. Available at: www.festo.com/catalogue/
16. Kirsanov V. V. Metod sozdanija mnogofunkcional'noj jelementnoj bazy doil'nogo oborudovanija [The Method of developing multi-element base milking equipment], Tehnika i oborudovanie dlja sela [Machinery and equipment for the village], 2012. No. 9. pp. 16-18.
17. Choi, Y. A., Kirsanov V. V., Petrenko A. P. Funkcional'no-stoimostnoj analiz robotizirovannyh sistem i vy-bor al'ternativnyh variantov dobrovol'nogo doenija korov [The Functional-cost analysis of robotic systems and the range of alternative options for voluntary milking of cows], Tehnika i oborudovanie dlja sela [Machinery and equipment for the village], 2014. No. 8 (206). pp. 33-36.
18. Choi. A. Yu., Kirsanov V. V., Pivkin D. Y. Razrabotka schetchika individual'nyh nadoev moloka, udovlet-vorjajushhego trebovanijam mezhdunarodnoj organizacii ICAR [Development of the milk production meter individual that meets the requirements of the international organization ICAR], Tehnika i oborudovanie dlja sela [Machinery and equipment for the village], 2015. No. 7. pp. 21-23.
19. Kirsanov V. V., Ignatkin I. Y. Obosnovanie adaptivnogo algoritma izmerenija moloka ot doil'nogo apparata [Substantiation of the adaptive algorithm the measurement of milk from milking machine], Agrozhurnal MGAU [AgroruralMGAU], 2011. No. 16. pp. 8-12.
20. Kirsanov V. V., Filonov R. F., Tareeva O. A. Algoritm upravlenija doil'nymi ustanovkami tipa «Karusel'» [Control Algorithm the milking equipment of the type «Carousel»], Tehnika i oborudovanie dlja sela [Machinery and equipment for the village], 2012. No. 10. pp. 20-22.
Submitted 12.01.2018; revised 14.02.2018.
About the authors:
Vladimir V. Kirsanov, Dr.Sci. (Engineering), the head of laboratory, chief researcher Address: Federal agricultural research centre VIM, 109428, Russia, Moscow, 1-st Institutskiy proezd, 5 E-mail: kirvv2014@mail.ru Spin-code: 3983-5253
Leonid P. Karmanovsky, academician of RAS, chief researcher
Address: Federal agricultural research centre VIM, 109428, Russia, Moscow, 1-st Institutskiy proezd, 5 E-mail: vim@vim.ru AuthorID: 572732
Dmitry Y. Pavkin, junior researcher
Address: Federal agricultural research centre VIM, 109428, Russia, Moscow, 1-st Institutskiy proezd, 5
E-mail: dimqaqa@mail.ru
Spin-code: 7671-5380
Evgeny A. Nikitin, Junior researcher
Address: Federal agricultural research centre VIM, 109428, Russia, Moscow, 1-st Institutskiy proezd, 5 E-mail: evgeniy.nicks@yandex.ru Spin-code: 7453-6947
Vladimir Y. Matveev, Ph.D. (Engineering), associate professor of the chair «Technical service»
Address: Nizhny Novgorod state University of engineering and Economics, 606340, Russia, Knyaginino, Ok-
tyabrskaya str., 22A
E-mail: matveev_ngiei@mail.ru
Spin-code: 6756-1176
Contribution of the authors: Vladimir V. Kirsanov, research supervision.
Leonid P. Karmanovsky, managed the research project, analysing and supplementing the text. Dmitry Y. Palvin, analysed data, wrote most parts of the text. Evgeny A. Nikitin, reviewing the relevant literature. Vladimir Y. Matveev, writing the final text.
All authors have read and approved the final manuscript.
05.20.00
УДК 636.085.55:658.5.011
МОДУЛЬНАЯ ТРАНСФОРМИРУЕМАЯ ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СИСТЕМА НА ПРИМЕРЕ МАЛЫХ КОМБИКОРМОВЫХ ЗАВОДОВ
© 2018
Олег Николаевич Бахчевников, кандидат технических наук, научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства Елена Викторовна Бенова, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства
Сергей Валерьевич Брагинец, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства Аграрный научный центр «Донской», Зерноград (Россия)
Аннотация
Введение: в настоящее время существует необходимость преобразования традиционной негибкой системы производства комбикормов в современную реконфигурируемую производственную систему. Для этого необходимо, чтобы она соответствовала базовым принципам: модульности, интегрируемости, трансформируемо-сти и масштабируемости. Основой модульной системы является совместимый технологический модуль, оборудование которого размещается в стандартном контейнере. Целью исследования был синтез модульной трансформируемой производственной системы на примере малых комбикормовых заводов. Материалы и методы: применялись принципы формирования реконфигурируемых производственных систем. Синтез новой производственной системы малых комбикормовых заводов был осуществлен на основе применения модульного принципа построения производственных систем.
Результаты: современная трансформируемая производственная система приготовления комбикормов состоит из совместимых типовых модулей, изготовленных на базе единой конструктивной платформы, которой является стандартный грузовой контейнер. Оборудование, выполняющее каждый из основных фрагментов технологического процесса, образует технологический модуль. Основным является модуль смешивания сырья, к нему присоединяются дополнительные модули. Модули соединяются посредством стандартного интерфейса. Из модулей составляется ряд компоновок предприятий, соответствующих структуре различных технологических схем приготовления комбикорма, что обеспечивает вариабельность производства. Масштабируемость производства обеспечивается путем кратного увеличения числа входящих в него технологических модулей. Модульная производственная система может быть трансформирована путем изменения состава ее модулей. Обсуждение: модульные трансформируемые производственные системы могут эффективно функционировать в форме малых локальных комбикормовых заводов производительностью до 4 т/ч. На основе типовых технологических модулей возможно путем масштабирования создавать комбикормовые заводы мощностью 1, 2, 3 и 4 т/ч, что удовлетворяет потребности сельхозпредприятий в кормах.
Заключение: структура модульной трансформируемой производственной системы создает возможность ее поэтапного совершенствования способом добавления модулей, что обеспечивает переход к более сложным схемам организации приготовления качественных полнорационных комбикормов в условиях сельхозпредприятия. Ключевые слова: грузовой контейнер, комбикорм, комбикормовый завод, локальное предприятие, масштабируемость производства, модульное предприятие, реконфигурируемая производственная система, трансформируемая производственная система, трансформируемость производства, технологический модуль.
Для цитирования: Бахчевников О. Н., Бенова Е. В., Брагинец С. В. Модульная трансформируемая производственная система на примере малых комбикормовых заводов // Вестник НГИЭИ. 2018. № 3 (82). С. 73-87.
