CC BY
47
2. Олешицкий С.В. Применение аддитивной технологии в автомобилестроении // Современные автомобильные материалы и технологии - 2018. Сборник статей 10-й Международной научно-технической конференции. Ответственный редактор: Агеев Е.В. Курск, 2018. С. 178-181.
3. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Труш А.Ю. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник. В 3 кн. Кн.З: Компьютерный практикум. Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1995. 256 с.
4. Широчайшие возможности и существенные ограничения аддитивных технологий на примере ГБЦ спортивного автомобиля [Электронный ресурс] URL: https://www.drive2.ru/b/481740850301239306 (дата обращения 17.05.2022).
Скарятин Дмитрий Андреевич, специалист, старший оператор, era_1@mil.ru, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ «ЭРА»,
Егоров Андрей Владимирович, магистр, старший оператор, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ
«ЭРА»,
Чеченев Максим Романович, специалист, старший оператор, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ
«ЭРА»,
Олешицкий Сергей Вадимович, специалист, старший оператор, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ
«ЭРА»
IMPROVEMENT OF HIGH-SPEED ENGINE PERFORMANCES OF VAZ-21114 BY PRODUCTION OF INLET HEADER WITH CHANGEABLE GEOMETRY
D.A. Skaryatin, M.R. Chechenev, A.V. Egorov, S.V. Oleshitskiy
On the example of the VAZ-21114 engine of cars VAZ we will consider a possibility ofproduction and installation of an inlet header with changeable geometry on the engine which initially did not have this system. Key words: gas distribution phases, inlet header, torsion torque.
Skaryatin Dmitriy Andreevich, specialist, senior operator, era_1@mil.ru, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA»,
Egorov Andrey Vladimirovich, magister, senior operator, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA», Chechenev Maxim Romanovich, specialist, senior operator, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA», Oleshitsky Sergey Vadimovich, specialist,, senior operator, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA»
УДК 62.519
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-210-215
ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
М.А. Антонов, А.А. Анисимов, С.Е. Каширо
Проведено обоснование необходимости внедрения автоматизации процессов в сельское хозяйство, на основании чего предложено решение по устранению фактора дефицита кадров в сельском хозяйстве на местах. Решение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами и заключается в концепции организации автоматизированных машинно-тракторных станций, структура и состав которых предложены в настоящей статье
Ключевые слова: сельское хозяйство, дефицит кадров, автоматизация, автоматические системы, рой.
В настоящее время, несмотря на политику государства, направленную на поддержку сельского хозяйства и фермерства [1], в России насчитывается 44 млн.га сельхозугодий, которые не используются по назначению [2], например, вследствие недостаточного материально-технического обеспечения сельскохозяйственного комплекса, а также дефицита кадров.
Недостаточность материально-технического обеспечения, на текущий момент времени, связана с излишним завышением стоимости инвестиционных ресурсов на модернизацию сельского хозяйства и может быть снижена, за счёт расширения программ по поддержке государством фермерства и сельского хозяйства в целом [2].
Проблема дефицита кадров в сельском хозяйстве особенно остро ощущается в удалённых регионах страны, где плотность населения составляет, в среднем, около 5 чел/км2 [3]. В центральных регионах, где плотность населения, в среднем, составляет 40-50 чел/км2, дефицит кадров в сельском хозяйстве вызван утечкой последних в мегаполисы, с целью повышения собственного уровня жизни, вследствие чего, сельскохозяйственный комплекс развивается недостаточно динамично, что в свою очередь, приводит к снижению объемов выработки сельхозпродукции.
Таким образом, процент неиспользуемых по назначению сельхозугодий может быть снижен, за счёт нейтрализации дефицита кадров, снижения стоимости инвестиционных ресурсов на модернизацию и переоснащение сельского хозяйства, а также с помощью увеличения масштаба государственной поддержки сельского хозяйства.
Стоит отметить, что снижение стоимости инвестиционных ресурсов на модернизацию и переоснащение сельского хозяйства и расширение его государственной поддержки не приведёт к должному результату в отдалённых регионах страны, поскольку, дефицит кадров, в этих регионах, является перманентным явлением, вследствие исконно низкой плотности населения и жёсткого климата.
Учитывая вышесказанное, снижение процента неиспользуемых по назначению сельхозугодий может быть достигнуто с помощью внедрения в сельское хозяйства автоматизации процессов и робототехники, что позволит снизить участие человека в процессе обработки сельхозугодий и выращивания сельхозпродукции.
1. Обзор средств автоматизации сельского хозяйства. На текущий момент времени, автоматизация сельскохозяйственной техники сводится к неразрушающему внедрению в её структуру следующих технических средств:
модули курсоуказания; навигационные модули; модули систем параллельного вождения; модули систем автопилотирования; системы управления орудием; модули систем мониторинга урожайности; беспилотные летательные аппараты; метеостанции.
Модуль курсоуказания - техническое средство, представляющее собой бортовой компьютер, совмещающий в себе функции дисплея и блока принятия решений (рис.1 (а)). С модулем курсоуказания сопрягаются, в частности, навигационный модуль, а также иное бортовое оборудование, которым оснащается единица сельхозтехники [4].
а б в
г д е
Рис. 1. Средства автоматизации сельского хозяйства, в том числе: модуль курсоуказания (а); навигационный модуль (б); модули систем параллельного вождения (в) и автопилотирования (г); системы управления орудием (д); метеостанции (е)
Навигационный модуль - техническое средство, формирующее актуальные измерительные данные о геодезических координатах, скорости и пр.(рис. 1(б)) На основании сформированных навигационным модулем измерительных данных, программное обеспечение, заложенное в модуль курсоуказа-ния, осуществляет принятие решения о генерации команд управления бортовым оборудованием, установленным на борту единицы сельхозтехники [4].
Модули систем параллельного вождения - технические средства, внедряемые в систему рулевого управления и осуществляющие помощь оператору, путём коррекции угла поворота рулевого колеса (рис.1 (в)). Решение о внесении коррекции в управление принимается с помощью модуля курсоуказания, на основании измерительных данных, полученных от навигационного модуля [4].
211
Модули систем автопилотирования - технические средства, внедряемые в систему рулевого управления, трансмиссии и систему управления силовой установкой единицы сельхозтехники, и позволяющие ей функционировать, по заложенной в модуль курсоуказания программе автономно, без участия человека (рис.1 (г)) [4].
Системы управления орудием - технические средства автоматизации сельскохозяйственных орудий, в том числе представляющие собой самостоятельные сельскохозяйственные машины (рис.1 (д)). Предназначены для автоматизации операций обработки почвы, посадке культур сельскохозяйственных растений и их уборке. При оснащении указанными техническими средствами сельскохозяйственных орудий, их функционирование становится автономным и управляется с помощью команд управления, генерируемых с помощью модуля курсоуказания, расположенного на единице сельхозтехники, осуществляющей перемещение сельскохозяйственного орудия [4].
Системы мониторинга урожайности - комплекс программно-аппаратных средств, осуществляющих мониторинг объёмов убранной сельхоз-продукции, в рамках одного поля. Позволяют оценить эффективность модернизации техники, проведённых агрономических и мелиоративных мероприятий [4].
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) - технические средства, осуществляющие комплекс мероприятий по мониторингу местности, занятой сельхозугодиями, распыление удобрений, ядохимикатов и т.д. Функционирование БПЛА, в составе комплексов автоматизации сельского хозяйства, может происходить, как с непосредственным участием человека, так и в автоматическом режиме, на основании ранее заложенной в его бортовой компьютер программы управления [4].
Метеостанции - программно-аппаратный комплекс технических средств, осуществляющих сбор измерительной информации о погодных условиях, на основании которой может быть избран тот или иной алгоритм агро-мелиоративных мероприятий (рис. 1(е)) [4].
2. Концепция автоматизированных парков машинно-тракторных станций. Для сокращения объема неиспользуемых сельхозугодий, которые простаивают вследствие дефицита кадров и собственно высокой удалённости от населённых пунктов, предлагается автоматизировать парки машинно-тракторных станций (МТС), с целью снижения участия человека в процессе функционирования фермерских хозяйств.
Рассмотрим состав предлагаемой автоматизированной МТС (АМТС), который состоит из так называемых «структурных единиц АМТС», под которыми понимаются входящие в комплекс АМТС: диспетчерский пункт управления/связи; рой сельхоз техники; рой техники снабжения; рой БПЛА;
ангарный комплекс АМТС; комплекс хранилищ; комплекс метеостанций;
Рассмотрим подробнее состав и функции, выполняемые каждой указанной структурной единицей АМТС.
2.1. Диспетчерский пункт управления/связи. Располагается на территории АМТС, включает собственно:
диспетчерскую, с рабочими местами смены диспетчеров, каждый из которых осуществляет дистанционный контроль функционирования одной из структурных единиц; центральная ЭВМ АМТС, основная задача которой состоит в:
1) интерпретации команд управления, вводимых диспетчерами, в команды управления для каждой структурной единицы, и передачи их по каналу связи целевым структурным единицам;
2) интерпретации и обработке данных, формируемых структурными единицами АМТС и вывод сообщений на соответствующие терминалы рабочих мест диспетчеров;
полукомплект аппаратуры связи, необходимый для организации двунаправленного обмена данными со структурными единицами АМТС; жилые помещения для персонала;
2.2. Рой сельхоз техники и рой техники снабжения. Рой - множество единиц техники, функционирующих сообща и управляющиеся соответствующим образом со стороны диспетчерского пункта управления/связи.
Функционирование роя сельхоз техники и роя техники снабжения сопровождается явлениями, описанными в [5]. Базирование роёв сельхоз техники и техники снабжения осуществляется в ангарном комплексе АМТС, где также располагается система управления роем техники АМТС и аппаратура связи, обеспечивающая безотказное функционирование техники на всей территории, закреплённой за АМТС.
Круг задач, выполняемых роем сельхоз техники сводится к выполнению агро-мелиоративных мероприятий: культивирование земель, орошение/водоотведение, удобрение, посадка/сборка урожая и т.п.
К задачам, выполняемым роем техники снабжения относятся:
сопровождение сельхоз техники, в процессе решения ею своих непосредственных задач, например задач, опорожнение бункеров комбайнов, подвоз воды для орошения земель и т.д.;
логистика в пределах АМТС, например организация сообщения между комплексом хранилищ и ангарным комплексом и т.д.
2.3. Рой БПЛА. Принципиального различия в функционировании роя БПЛА и роёв сельхоз техники и техники снабжения нет. Разница состоит в круге решаемых задач, среде функционирования и базировании. Базирование роя БПЛА может осуществляется, например, на пусковых подвесах, расположенных в ангарном комплексе, либо под открытым небом. Круг задач, решаемых роем БПЛА, в основном состоит в распылении ядохимикатов, в мелиоративных мероприятиях - распылении удобрений, а также в реализации мероприятий по мониторингу территорий, закреплённых за АМТС.
2.4. Ангарный комплекс АМТС. Располагается на территории АМТС и предназначается для базирования техники, в частности с целью проведения регламентных работ по техническому обслуживанию и работ по аварийному ремонту, дозаправке/подзарядке техники. В состав ангарного комплекса АМТС также могут входить система управления роями техники и БПЛА, аппаратура связи реализующая бесперебойную двунаправленную связь между единицами роёв техники и системой управления роем, а также с диспетчерским пунктом управления, ремонтные мастерские, оснащённые станочным оборудованием.
2.4. Комплекс хранилищ АМТС. Располагается на территории АМТС и представляет собой множество автоматических складов, с собственной системой управления и аппаратурой связи, обеспечивающей двусторонний обмен данными с диспетчерским пунктом управления.
2.4. Комплекс метеостанций АМТС. Представляет собой сеть метеостанций, распределённую по территориям, закреплённым за АМТС. Основная задача комплекса метеостанций состоит в сборе метеоданных, с целью выработки актуальной стратегии функционирования АМТС, в зависимости от погодных условий.
3. Структура АМТС. На основании описанного структурного состава АМТС получена в структура АМТС. На основании обобщённой структуры АМТС может быть получено формальное описание функционирования АМТС. Предлагаемая структура АМТС показана на рис. 2
Предлагаемая структура АМТС работает следующим образом.
В Диспетчерском пункте, работает смена из N диспетчеров, каждый из которых следит за выполнением отведённой ему задачи с помощью личных терминалов. Диспетчеры осуществляют управление функционированием АМТС с помощью ввода команд управления в ЭВМ диспетчерского пункта управления через личные терминалы. Введённые команды интерпретируются ЭВМ диспетчерского пункта управления в вектор, управляющих команд, которые с помощью полукомплекта аппаратуры связи ПКАСо передаются в:
ангарный комплекс, где принимаются с помощью полукомплекта аппаратуры связи ПКАС1;
комплекс хранилищ, где принимаются с помощью полукомплекта аппаратуры связи ПКАС2;
комплекс метеостанций, где принимаются с помощью полукомплекта аппаратуры связи
ПКАСз;
В тоже время, структурные единицы АМТС могут, в ответ на команду управления, полученную со стороны Диспетчерского пункта, выслать данные, которые будут получены полукомплекта аппаратуры связи ПКАС0, интерпретированы ЭВМ и выведены на Терминал 1 - Терминал N.
Полученные на стороне Ангарного комплекса команды управления могут быть адресованы системе управления роем техники СУРТ, системе управления роем БПЛА и системе управления техническим обслуживанием СУТО, которые, в свою очередь, могут отправить в ответ на команду управления информацию о своем текущем состоянии.
Полученные СУРТ команды управления интерпретируются и, с помощью полукомплекта аппаратуры связи ПКАС1.1 передаются единицам ЕТ:-ЕТХ роёв техники, которые, в свою очередь, могут выслать в ответ информацию о своем текущем состоянии.
Полученные СУРБЛА команды управления интерпретируются и, с помощью полукомплекта аппаратуры связи ПКАС1.2 передаются единицам ЕБПЛА:-ЕБПЛАу роя БПЛА, которые, в свою очередь, могут выслать в ответ информацию о своем текущем состоянии.
При передаче в Ангарный комплекс команды управления на техническое обслуживание одной или нескольких из X единиц роёв техники, а также одной или нескольких из у единиц роя БПЛА, эти команды интерпретируются системой управления техническим обслуживанием СУТО, которая водит соответствующие команды управления на места индивидуального базирования ИМБ1 - ИМБх+у.
В свою очередь, ИМБ1 - ИМБх+у может быть сформирована команда на вызов единиц роёв техники или единиц роя БПЛА на техническое обслуживание. Сгенерированный вектор команд вводится через ПКАС1 - ПКАС0 в центральную ЭВМ Диспетчерского пункта, интерпретируется ей, выводится на соответствующий терминал и после подтверждения диспетчером, высылается единицам роёв техники или единиц роя БПЛА по каналу связи ПКАС1 - ПКАСо - СУРТ - ПКАС1.1 и по каналу связи ПКАСо -СУРБПЛА - ПКАС12. Полученный единицами роёв техники или единиц роя БПЛА вызов интерпретируется ими, как вызов «домой», при этом в ответ отправляется команды «принял», техника или БПЛА выдвигается к индивидуальному месту базирования.
Функционирование комплекс хранилищ осуществляется сходным образом в диспетчерском пункте генерируется запрос на пополнение и разгрузку материалалов/сельхоз продукции, в один из j автоматических складов АС1 - АС. После чего, центральная ЭВМ формирует команды управления для
необходимого количества единиц техники снабжения, которые, получив команду, выдвигаются к целевому автоматическому складу, где выполняется их загрузка/выгрузка, после чего, высланные к автоматическим складам единицы техники снабжения получают новую целевую задачу.
Функционирование комплекса метеостанций сводится к получению команд на передачу метеоданных и к, собственно, передаче метеоданных в диспетчерский пункт, где они интерпретируются ЭВМ и выводятся на личные терминалы диспетчеров.
Заключение. Таким образом, проблема дефицита кадров в сельском хозяйстве на местах может быть решена внедрением автоматизации технологических процессов. Внедрение приведённой структуры позволит значительно снизить участие человека в деятельности МТС и собственно при выполнении агро-мелиоративных мероприятих, а также увеличить выработку сельхоз продукции, через увеличение производительности труда и внедрения более совершенных технологий оценки эффективности выполняемых агро-мелиоративных мероприятих и принятых агрономических решений.
В дальнейшем, предполагается оценить эффективность функционировании АМТС, путём оценки времени простоя/функционирования техники, на примере полумарковской модели функционирования АМТС.
Список литературы
1. Заявление министра сельского хозяйства Дмитрия Патрушева на заседании президиума Совета законодателей РФ // Интерфакс: портал новостей, 18 декабря 2020 г. [Электронный ресурс] URL: https://www.interfax.ru/russia/741957 (дата обращения: 13.10.2022).
2. О поддержке сельского хозяйства в 2022 году // Сайт Министерства экономического развития Российской федерации. [Электронный ресурс] URL: https://xn--90aifddrld7a.xn--p 1ai (дата обращения: 5.10.2022).
3. Плотность населения субъектов Российской Федерации // Википедия: электронная энциклопедия, 3.10.2022 г. [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org (дата обращения: 12.10.2022).
4. Каталог средств автоматизации сельского хозяйства // Технологии земледелия: сайт партнёра компании «Trimble» в Беларуси, 2020 г. [Электронный ресурс] URL: https://ttz.bv (дата обращения: 09.10.2022).
5. Antonov M.A. Semi-markov model of a swarm functioning / Larkin E.V., Antonov M.A. // Lecture Notes in Computer Science. 2018. Т. 10941 LNCS. С. 3-13.
Антонов Максим Александрович, аспирант, ассистент, max0594@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский Государственный университет,
Анисимов Андрей Алексеевич, студент, Россия, Тула, Тульский сельскохозяйственный колледж им. И. С. Ефанова,
Каширо Семён Евгеньевич, студент, Россия, Тула, Тульский Государственный университет
ON THE AUTOMATION OF AGRICULTURE M.A. Antonov, A.A. Anisimov
A justification was made for the need to introduce automation of processes in agriculture, on the basis of which a solution was proposed to eliminate the factor of shortage ofpersonnel in agriculture in the field. The solution refers to automated process control systems and consists in the concept of organizing automated machine and tractor stations, the structure and composition of which are proposed in this article.
Key words: agriculture, shortage of personnel, automation, automatic systems, swarm.
Antonov Maxim Alexandrovich, postgraduate, assistant, max0594@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Anisimov Andrew Alexeyevich, student, Russia, Tula, Tula Agricultural College named after I.S. Efanov,
Kashiro Simon Evgenievich, student, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.421.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-215-218
МОДЕРНИЗАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ РАСПИСАНИЯ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ
И.А. Устинов, И.Н. Набродова
Объектами исследования является алгоритм составления расписания занятий, основанный на оценке свободы расположения, и его улучшенная версия - генетический алгоритм для составления расписания занятий. Были подобраны способы модификаций данных алгоритмов, а также проанализированы влияние модификаций на эти алгоритмы. Сделаны выводы о модификациях и о том, в каких случаях их стоит использовать, а в каких случаях они могут создать отрицательный эффект.
Ключевые слова: составление расписания занятий, алгоритмы составления расписания, генетический алгоритм, модернизация алгоритма.
Автоматизация составления расписания - важная проблема. В этой области исследования проводили такие ученые как М. Юнгингер, А.Н. Безгинов и С.Ю. Трегубов, И.С. Семенюта, А.М. Донецков и многие другие. Для формулирования задачи составления расписания применялись методы линейного программирования (1970-1980 гг.), сетевые модели (1980-е), логическое программирование в ограничениях (1990-е) [1].
Модифицируемым алгоритмом является улучшенная версия генетического алгоритма. В основе модифицируемого алгоритма составления расписания была положена идея оценки свободы расположения отдельного занятия в полученном расписании. Модифицируемым алгоритмов является улучшенная версия алгоритма - генетического алгоритма [2].
Рассмотрим возможные модификации алгоритмов и их влияние на них.
1. Условие приоритетности занятий. В основе изменения алгоритма входит добавление нового условия, которое будет влиять на итоговую оценку качества расположения занятия в расписании. Каждая специальность имеет в программе обучения главные дисциплины, которые относятся непосредственно к изучаемой специальности, дисциплины, которые косвенно относятся к специальности и дисциплины, которые никак не относятся к специальности, но дают знания, которые развивают личность человека. Например, группы, которые изучают программирование, имеют в своем расписании занятия по программированию, математике и философии.
215
