CC BY
55
Обоснование принципов формирования системы машин для степных регионов
М.М. Константинов, д.т.н, Оренбургский ГАУ.
Б.Н. Нуралин, к.т.н, Уральская академия труда и социальных отношений.
В современных условиях переходного периода реформирования экономики устойчивое и эффективное функционирование сельскохозяйственных предприятий в основном зависит от рационального формирования технической оснащенности.
Рациональное использование системы машин в аграрном секторе требует научного обоснования технической оснащенности машинно-технологических станций и фермерских хозяйств. Причем расчеты нужно вести как для единого комплекса.
В условиях дефицита техники, высокой цены на ее приобретение создание МТС не полностью решает вопрос технической оснащенности сельскохозяйственного производства. Для улучшения ситуации в этой сфере первостепенное значение имеет совершенствование принципов формирования системы машин сельскохозяйственных предприятий различных размеров.
Система машин сельскохозяйственного предприятия определяется структурой производства, структурой посевных площадей, структурой и объемами технологических и производственных операций, агротехническими требованиями, номенклатурой технических средств и их характеристик, природно-хозяйственными условиями и др.
Сельскохозяйственные предприятия являются сложными кибернетическими системами, при анализе которых центральной задачей является построение математических моделей. Математическая модель должна базироваться на экспериментальных данных элементов систем и учитывать влияние на показатели функционирования воздействующих факторов.
Принципиальной особенностью решения задачи оптимального состава функциональной системы является требование учета в рамках единой математической модели основных характеристик процесса развития и функционирования системы. В этом случае возможно достижение более глубокого оптимума.
В самом общем виде цель развития системы может быть сформулирована достаточно широко. Система машин в течение планируемого периода должна обеспечить получение заданного вида сельскохозяйственной продукции за счет выполнения всего объема механизированных работ в запланированные агротехнические сроки с за-
данным качеством и материальными и денежными затратами. Множество видов работ может быть классифицировано по видам возделываемых культур, срокам выполнения работ, производственно-климатическим условиям и т. д. Полный и конкретный тип всех задач определяется особенностью систем.
В пределах каждого периода времени все работы ориентируются в определенной последовательности в виде так называемого сценария выполнения работ. Сценарий является шагом на пути формализации модели после выявления и классификации задач, стоящих перед системой. Разработка сценария требует привлечения для его обоснования методов прогнозирования и специальных расчетных методик.
Понятно, что объемы работ задать однозначно невозможно, они зависят от множества факторов случайного характера. На объемы работ будут влиять прежде всего потребность рынка в том или ином виде продукции, климатические, погодные и другие факторы.
Для различных условий фиксируются отдельные, наиболее характерные варианты функционирования систем, которые в свою очередь определяют различные варианты объемов и содержание частных работ, а также сценарий их выполнения.
Важнейшей характеристикой элементов систем (МТА) является их производительность, определяемая объемом работы, выполненной агрегатом в единицу времени. От объемов работ, времени, в течение которого они должны быть выполнены, и производительности элементов зависит в конечном счете необходимое число машинно-тракторных агрегатов для выполнения работы. Элементы системы (машинно-тракторные агрегаты) в большинстве своем являются универсальными - способными выполнять работы различных видов. Так, МТА, состоящий из трактора К-701 и плоскореза ПГШ-7, способен выполнять основную обработку почвы как для зерновых культур, так и для силосных.
Типичны случаи, когда для выполнения определенного вида работы требуется привлечение различных машинно-тракторных агрегатов, составляющих единый комплекс. Так, заготовка сенажа, уборка урожая зерновых культур ведется комплексом, состоящим из базовых МТА и вспомогательных. Комплекс в целом характеризуется соответствующей производительностью выполнения работ.
Существенной характеристикой машиннотракторных агрегатов являются отказы, полом-
ки в ходе выполнения работ. В процессе функционирования МТА они могут выходить по тем или иным причинам из строя, терять необходимые качества, что требует планового либо не предусмотренного планом ремонта.
Если же к моменту выполнения последующей работы восстановить работоспособность элемента не удается, то для выполнения работ потребуется привлечение дополнительных машиннотракторных агрегатов. Таким образом, выполнение каждой последующей работы будет осуществляться в общем случае элементами, выполнившими предыдущую работу и дополнительно привлекаемыми к ней. В результате на сценарий работ накладывается сценарий использования МТА с учетом их поломок, износа и восстановления работоспособности. Неверно было бы полагать, что в течение планируемого периода развития системы функционирует только начальный состав системы, а к концу программного срока вдруг происходит скачок в качестве и количестве элементов, включаемых в систему. Развитие системы может происходить эволюционным образом. Это значит, что непрерывно или через некоторые относительно небольшие ин-тервалы времени происходит обновление элементов системы. Одни элементы в силу физического износа или недостаточной эффективности (морального износа) исключаются из состава системы, другие приходят им на смену. Вводимыми в состав в одних случаях являются ранее серийно поставляемые элементы, в других - принципиально новые. Смена элементов системы происходит в связи с изменением технологии производства механизированных работ, развитием сельскохозяйственных машин и появлением новых принципов обработки сельскохозяйственных материалов, т. е. итогом развития науки, техники и производства.
Процесс развития системы машин условно можно разбить на подпериоды. Число подперио-дов и, следовательно, их продолжительность определяются назначением и характером функционирования системы. В частном случае продолжительность периода может приниматься равной времени ввода в строй элементов новых типов.
В каждый подпериод в систему включаются элементы начального состава, за исключением элементов, выбывающих из системы в течение рассматриваемого периода в силу физического износа, и элементов, исключаемых из системы в силу их недостаточной эффективности по причине морального износа.
Начальный состав дополняется вновь создаваемыми элементами системы новых типов. Важной особенностью системы является наличие в ее составе вспомогательных элементов, обеспечивающих при выполнении работ эффективное функционирование основных. Такими элементами являются специализированные средства тех-
нического обслуживания и ремонта МТП.
Необходимо отметить, что если число основных элементов определяется объемом работ, то состав вспомогательных элементов зависит от типов основных элементов и их потребности во вспомогательных элементах.
В качестве критерия оптимизации задачи определение оптимального состава системы принимаются: затраты на эксплуатацию основных и вспомогательных элементов системы, обобщенная эффективность системы.
Неизвестными задачи являются:
- число основных и вспомогательных элементов;
- распределение элементов системы по выполняемым работам.
Формулировка задачи учитывает следующие факторы:
- возможность и целесообразность выполнения работ одновременно агрегатами нескольких различных типов;
- способность агрегатов выполнять различные работы;
- способность агрегатов и вспомогательных элементов после выполнения работ и восстановления их работоспособности выполнять последующие работы;
- наличие существующего на определенный момент времени определенного числа агрегатов и вспомогательных элементов, способных выполнять предстоящие работы;
- необходимость выполнения работ при различных природно-климатических условиях, т.е. выполнение работ по различным технологиям;
- изменение объемов выполняемых
работ и
выделяемого ресурса по последовательным под-периодам в течение всего программного срока;
- производительность основных элементов при выполнении работ;
- нормативы потребности основных элементов во вспомогательных, а также средствах обеспечения;
- заданные объемы работ.
Основными исходными данными задачи являются: исследуемая номенклатура агрегатов, их производительность и ресурсоемкость, технология выполнения работ, начальный состав агрегатов, установленный объем выполнения работ.
Обобщенная математическая формулировка задачи может быть изложена в операторной форме. Каждый оператор является условной записью части полной формулировки задачи, соответствующей учету тех или иных условий сель-скохозяй-ственного производства.
Задача определения состава системы записывается с помощью совокупности следующих операторов:
а) оператора условий выполнения работ; б)
оператора агротехнологической последовательности (технологии) выполнении работ; в) оператора условий развития системы по подпериодам программы; г) оператора условий выполнения вспомогательных работ и потребностей во вспомогательных элементах и средствах обеспечения функционирования МТА; д) оператора потребности в ресурсах.
Смысл операторов заключается в следующем:
а) оператор условий выполнения полного объема работ - оператор В - представляет собой систему условий вида:
Б} = ¥} (М1},Р),.] = 1,2,..., п, (1)
где Bj — объем выполняемой работы /-го вида;
N — вид агрегата /-го типа, выполняюще-
г о
у-ю работу;
Р — совокупность параметров МТА, влияющих на экономические показатели выполнения сельскохозяйственной работы. Оператор В может быть записан в виде В = а ■ Х, где Х — искомое число агрегатов, а — производительность агрегата;
б) оператор условий последовательного выполнения работ - оператор Q - означает, что сумма имеющихся в хозяйстве МТА и новых дополнительно приобретаемых должна быть достаточной для выполнения всех полевых работ в соответствии с технологической картой:
NU1+ 2, • QN, АМг], (г], у + к), (2)
где Nui — имеющиеся агрегаты /-го типа;
— число агрегатов, которое нужно приобрести дополнительно для выполнения заданных работ;
N — распределение машинно-тракторных агрегатов по работам;
DNІJ — число отказавших агрегатов в ходе выполнения работ;
?;у, у+к — данные, характеризующие способность агрегатов /-го типа выполнять (у + к)-ю работу после в последовательности работ
(К = 1, 2, ..., п-]);
в) оператор условий выполнения работ в различных вариантах технологии — оператор F — означает, что работы в заданном объеме должны быть выполнены в любых вариантах (из числа рассматриваемых) технологий:
Nш + 2, > Р(<21Г, Б}), (3)
для каждого f Ъ {^}, где {^} множество вариантов технологии;
г) оператор условий развития системы по под-периодам программы - оператор Р - требует, чтобы в любой подпериод изменения технической оснащенности сельскохозяйственного предприятия за счет замены старых машин новыми моделями тракторов и сельхозмашин с учетом ес-те-
ственной убыли было бы достаточно для выполнения необходимого комплекса сельскохозяйственных работ:
NU, • Губ, + 2 ,1 ■ губб, + ... + 2 ,р • губ,р > Р(Р,Q,Б)
,= /,...,т; Р = 1,...Р, (4)
где г — индекс подпериода;
— число МТА /-го типа, которое необходимо ввести в МТП за р-й подпериод; губ/р — коэффициент физической убыли элементов за р-й подпериод.
Оператор Р означает, что для каждого подпериода должен определяться состав МТП, достаточный для выполнения объема сельско-хозяй-ственных работ в хозяйстве, и что при этом учитывается существующий состав МТП, а также его пополнение и убыль по подперио-дам программы.
Запись ^^,В) означает, что условия, отражающие динамику развития системы, формулируются после выполнения условий операторов F,Q,B;
д) оператор условий выполнения вспомогательных работ по настройке, техническому обслуживанию и устранению отказов МТА и потребности в средствах ТО — оператор L:
и а = иг(2 ,), 1 = 1,...,г, (5)
где и1 — функция потребностей агрегатов в обеспечении 1-го типа необходимых для обеспечения функционирования 11 основных агрегатов /-го типа.
Для определения состава вспомогательных элементов учитываются те же факторы, что и для основных элементов: возможность их последовательного использования, существующий состав, динамика развития по подпериодам.
При формулировке условий, учитывающих эти факторы, используются соответствующие операторы. В результате получим условия, аналогичные условиям:
М о1 ■ Губ1о + ип Г убП + ... + и1р ■ Губ1р > Р1 (Р, Q,Б),
1 = 1,...,к, р = 1,...,т, (6)
гдеМо1 — существующий на начало программного периода состав вспомогательных элементов; и1р — состав вспомогательных элементов Iго типа, вводимый в строй за г-й подпери-од программы.
В качестве критерия оптимизации принимается обобщенная эффективность системы:
Ф = Ф[7;-(Ху или 8у)] ^ тах. (7)
При относительно высокой стоимости техники главной при формировании МТП стала точная оценка влияния сроков и качества выполнения полевых работ на урожайность сельскохозяйственных культур, а следовательно, на количественный состав МТП. Для снижения нагрузки
на технику необходимо определить, на каких полях севооборота можно с минимальным ущербом исключить отдельные технологические операции и определить влияние структуры посевных площадей на экономические показатели работы хозяйства.
Решение проблемы повышения эффективности использования технической оснащенности сельскохозяйственного производства состоит в обосновании следующих вопросов:
1. Снижение влияния погодных условий на производительность МТА и сроки выполнения полевых работ.
2. Повышение надежности используемой техники.
3. Создание ремонтно-обслуживающей базы на кооперативных началах хозяйств.
4. Повышение квалификации механизаторов.
5. Внедрение инновационных мероприятий в сельскохозяйственное производство.
Используя описанный подход, нами была решена задача развития системы машин с учетом вышеуказанных факторов, что позволило повысить эффективность сельскохозяйственного производства на 25...30%.
Литература
1. Андрианов В.Е. Проектирование и формирование систем машин для растениеводства регионов. — Алматы, 2002. —
С.6.
2. Искаков А. Совершенствование организации использования техники в аграрном секторе экономики // Транзитная экономика. — Алматы. — 2003. — №3. — С.47—50.
3. Сатыбалдин А. и др. Состояние и меры по выходу сельского хозяйства из кризиса // Вестник с.-х. науки. — 1999. — №5.
