CC BY
3
УДК 51-74 + 621.878.448 DOI 10.36461/NP.2022.63.3.020
ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ AR-ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ В АПК
Д.А. Соловьев1, доктор техн. наук, доцент, С.В. Чумакова1, кандидат техн. наук, доцент, Р.Д. Гончаров1, Р.В. Чумаков2
1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова», г. Саратов, Россия, e-maiL: soLovevda@bk.ru;
2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов, Россия, e-mail: riml121@yandex.ru,
В данной статье аргументирована актуальность проблемы повышения производительности на примере проведения технического обслуживания машин АПК, а также представлены доводы насущности решения этой задачи. Далее авторами предложен один из способов увеличения производительности за счет применения и внедрения в процесс ТО новых разработок, основанных, в частности, на внедрении AR-технологий. В работе рассмотрен метод оценки эффективности работы во время ТО, основанный на сравнении параметров, по результатам которого были сделаны выводы об эффективности применения AR-технологий при работе с техникой. Для применения указанного метода был разработан новый подход к получению оценки производительности во время осуществления ТО, основанный на использовании выведенной константы, позволяющей получить ответ о её реальном увеличении при наличии AR-технологий. В работе показано, что эта константа помогает контролировать эффективность технического обслуживания. Для расчета производительности ТО были выведены формулы, которые наиболее точно позволяют найти её численное значение. Применяя метод сравнения параметров, о котором говорилось выше, в качестве вспомогательных инструментов использовались графики, отражающие временные затраты на каждую операцию, включая заполнение технологических карт при проведении технического обслуживания без применения AR- технологий и с их включением. Для точности показателей расчеты велись в таблице Excel..
Ключевые слова. ЛК-технологии, техническое обслуживание, агропромышленный комплекс, метод, оценка, эффективность, производительность, функция, график функции, сравнительный анализ, таблица Excel..
Для цитирования: Соловьев Д.А., Чумакова С.В., Гончаров Р.Д., Чумаков Р.В. Обоснование внедрения AR-технологий при проведении ТО сельскохозяйственной техники в АПК. Нива Поволжья, 2022, 3 (63), с. 3006. DOI10.36461/NP.2022.63.3.020
Введение
AR-технологии представляют собой высокотехнологичное пространство, сочетающее в себе элементы реального мира и их представления с использованием компьютерной графики, текста, аудио, других средств, которые используются в режиме реального времени. В настоящее время AR-технологии являются одним из перспективных направлений, применяющихся в различных сферах жизнедеятельности человека, в частности, в АПК, например, при проведении технического обслуживания (ТО). Таким образом, применение AR-технологий в АПК предполагает использование дополненной реальности при введении в эксплуатацию действительных технических средств и изучение влияния
дополненной реальности на результаты их работы, что представляет как научный, так и практический интерес. Цель исследований в представленной работе - обосновать возможность улучшения показателей производительности труда при осуществлении ТО в сфере АПК за счет сокращения времени заполнения технологических карт внедряя AR- технологии.
Методы и материалы
В работе использованы графический и аналитический методы исследования. Был выполнен сравнительный анализ данных, который позволил показать преимущества применения AR-технологий при проведении ТО за счет сокращения времени на заполнение технологических карт после проведения каждой операции. Процесс осуществления ТО был
разбит на временные промежутки, соответствующие проведению каждой отдельной операции.
В процессе сравнительного анализа были рассмотрены система координат Ш^, причем: 1 - время, мин; т] - количество операций, шт. На оси времени - 01 произвольно выбираются значения — ^где ^ — время, которому соответствуют значения ^ на оси Оц, тогда получены опорные точки А^ и Я{р1,
На основании введенных обозначений введены функции, описанные уравнениями:
= кщЪ + Ьк
VI, = к1Мк + Ь
(1)
(2)
Уравнения (1) и (2) показывают связь количества выполненных операций, а, значит, и заполнение технологических карт, за определенное время tí+l\ и способа проводимого ТО, а
именно: с использованием ДЯ-технологии и без ее применения.
Рис. 1. Графики функций ^^(р) и (0 в системе координат Юц и приращения Ац, отражающие разность в количестве выполненных операций с использованием АЯ-технологии и без ее применения
Обозначив время проведения ТО от начала выполнения работы до ее завершения, получили формулу:
г = гг + г2 + - + и + - + гп = Т1=0 к, (3)
Производительность работы при проведении ТО рассматривается как отношение количества выполненных операций Т] за время 1 и определяется соотношением (4):
(4)
При этом производительность № ,шт/ч, увеличивается при повышении показателей Т] (количество выполненных операций) и уменьшении времени Т.
Применяя графический метод исследования и сравнивая показатели ц^) и ^¡(1) при одинаковых значениях переменной С по оси времени, очевидно, преимущество использования виртуальной реальности (рис. 1).
Аналитический подход в сравнительном анализе к оценке производительности выразился в получении константы С, показывающей разницу в количестве выполненных операций ^ в опорных точках графика с одинаковыми показателями времени V.
Сравнительный анализ заключается в следующем: если, при одинаковых значениях времени С из формулы (5), константа С > 0, то в исследуемый момент времени преимущество за техникой с внедренной ДЯ-технологией; если число С <0, то первое слагаемое меньше второго при одинаковых значениях V, если С =0, это говорит о том, что показатели сравниваемых характеристик равны между собой в рассматриваемый момент времени, то есть Цц = в момент времени С.
Применяя элементы интегрального исчисления, была получена суммарная оценка в производительности труда, показывающая преимущество при проведении ТО с использованием АЯ-технологий:
о = — = + Ьп —
(6)
Далее были выведены формулы (7) и (8). уточняющие производительность труда в зависимости от способа его выполнения.
л*, т
№т = —,
ьт
Щп = Т>
(7)
(8)
С = А = чп —
(5)
где - выполнение т операций за 1т минут, шт./мин, при использовании ДЯ-технологий;
и
п
Ж,
выполнение п операций за tn минут,
шт./мин, без использования АК-технологий.
Среднее значение производительности было вычислено по формуле
Wkcp =
Tj=iWi
(9)
где - производительность или Шт или Wn, шт./мин; к - количество операций при рассматриваемом ТО.
Результаты и их обсуждение Практические исследования проводились на базе АО «Муммовское» Саратовской области Аткарского района при осуществлении ежесмен-
ного ТО (ЕТО) трактора John Deere 8430, состоящее из 7 операций, занесены в таблицы (1-2) и отражены графически: рисунки (рис. 2-3).
Эксперимент заключался в измерении времени, затраченном на прохождение ЕТО указанного трактора с момента начала работы и по ее окончании с промежуточными наблюдениями с интервалом в одну минуту с применением AR-технологий и без них.
В качестве AR-технологий выступали очки AR, позволяющие автоматически заносить данные в технологическую карту и, тем самым, сокращать время проведения ЕТО.
Таблица 1
Распределение операций с применением АЯ-технологий - т и без них - п по временной шкале Ь (мин)
к
t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
m 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 4 4 4 5
n 1 1 1 1 ТК 2 2 2 2 ТК 3 3 ТК 4
t 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
m 5 5 5 6 6 7 7 - - - - - - -
n 4 4 ТК 5 5 5 5 ТК 6 6 ТК 7 7 ТК
В таблице 1 ТК - это обозначение, как отдельно выполняемой операции, а именно - заполнение технологической карты.
- время затраченное на ЕТО с использованием ДЯ-очков, мин;
- время затраченное на ЕТО без использования ДЯ-очков, мин;
^^ ^^ 28 21 7 ■
Таблица 2
Значения производительности при различных способах проведения ТО
Ж,,
0,25 0,25 0,5 0,3333 0,25 0,5 0,5
Щг 0,2 0,2 0,3333 0,25 0,2 0,3333 0,3333
Щпср
_ Li=1Wl _ 0,25 + 0,25 + 0,5 + 0,3333 + 0,25 + 0,5 + 0,5 _
2,3333
_ 2"=;^; _ 0,2 + 0,2 + 0,3333 + 0,25+0,2 + 0,3333 + 0,3333 _ "Шф - - - 7 -
1,8499
Во время проведения исследования, были получены следующие результаты:
- проведение ЕТО трактора John Deere 8430 без использования трактора John Deere 8430 -очков в среднем продолжалось 28 минут;
- проведение ЕТО трактора John Deere 8430 использования AR-очков в среднем было выполнено за 21 минуту;
- при использовании AR-очков сокращение времени проведения ЕТО для трактора John Deere 8430 составило 7 минут за счет автоматического заполнения технологической карты ТК;
- с учетом времени, затраченного на прохождение ЕТО производительность при использовании AR-очков в среднем составила 2,3333, а без их использования - 1,8499.
У —
У
У У 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Рис. 2. Графики, отражающие зависимость количества выполняемых операций при проведении ТО с применением AR-технологии m и без неё n в зависимости от времени, затраченного на ЕТО для трактора John Deere 8430.
7
т
m
n
0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00
1
2
3
4
5
Wm Wn
6
7
Рис. 3. Графики, показывающие рост производительности Wm при использованииЛЯ-технологии во время ЕТО для трактора John Deere 8430, по сравнению с производительностью Wn.
Табличные данные подверглись анализу и были использованы для получения графиков (рис. 2-3), отражающих зависимость количества выполняемых операций при проведении ТО с применением ДЯ-технологии и без неё.
Сравнительный анализ при графическом изображении показал, что константа С > 0 , то есть при одинаковом значении времени t количество выполняемых операций с использованием очков ДЯ увеличивается, а общее время прохождения ЕТО уменьшается, что нашло отражение в рисунке.
Заключение
Как показали теоретические и практические исследования, использование ДЯ-технологий
существенно сократило время проведения планового ТО, а, следовательно, повысило производительность при его осуществлении. Для оценки производительности были использованы формулы (1-8), с помощью которых в таблице Ехсе1. были обработаны данные, представленные в таблицах (1-2). Так же были построены графики (рис. 2-3), отражающие реальное сокращение времени выполнения операций ТО при применении ДЯ-технологий и повышение производительности. Таким образом, изучение влияния ДЯ-технологий как дополненной реальности на производительность при проведении ТО представляет практический интерес.
Литература.
1. Кузнецов В.Н., Кузнецова Т.А., Чумакова С.В. Операторные методы в нелинейной механике. Исследования по алгебре, теории чисел, функциональному анализу и смежным вопросам, 2003, № 1, с. 70-80.
2. Кузнецов В.Н., Кузнецова Т.А., Чумакова С.В., Пшенов Д.В., Шабанов Л.Б. Операторный подход в задаче статической потери устойчивости оболочечных конструкций. Исследования по алгебре, теории чисел, функциональному анализу и смежным вопросам, 2003, № 1, с. 59-70.
3. Кузнецов В.Н., Кузнецова Т.А., Чумакова С.В. О численной реализации метода последовательных нагружений при расчете геометрически нелинейных оболочек. Исследования по алгебре, теории чисел, функциональному анализу и смежным вопросам, 2010, № 6, с. 27-43.
4. Чумакова С.В., Попов Д.А. Математические методы и компьютерные технологии в исследовании компонентов природной среды. Специалисты АПК нового поколения: сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2016, с. 872-875.
5. Буйлов В.Н., Люляков И.В., Чумакова С.В. К вопросу о причинах износа рабочих органов культиваторов. Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники: сборник материалов 30-го международного семинара им. В.В. Михайлова, 2017, с. 139-141.
6. Чумакова С.В., Абдразакова Я.Р. Применение математического моделирования к задачам прикладного характера. Современная интеллектуальная трансформация социально-экономических систем: сборник материалов III международной научно-практической конференции, 2020, с. 147-150.
7. Шишурин С.А., Чумакова С.В., Меденко А.А. Повышение эффективности сервисных центров сельскохозяйственной техники JOHN DEERE на территории саратовской области. Аграрный научный журнал, 2018, № 8, с. 65-68.
8. Левченко Г.В., Андреев Н.А., Чумакова С.В. Обоснование конструктивных параметров устройства для обрезки растительных остатков шпалерных овощных культур. Аграрный научный журнал, 2020, № 5, с. 104-106.
9. Левченко Г.В., Чумакова С.В., Рыжкова И.В. Роботизированные системы в закрытом грунте. Актуальные проблемы и перспективы инновационной агроэкономики: сборник статей Национальной (Всероссийской) научно-практической конференции. 2020, с. 201-206.
10. Рыбалкин Д.А., Чумакова С.В., Гончаров Р.Д. Совершенствование технического сервиса с применением визуализации. Научная жизнь, 2021, т. 16 (8), с. 1084- 1094.
11. Соловьёв Д.А., Чумакова С.В., Гончаров Р.Д. Математическая модель аналитического подхода сравнительного анализа производительности сельскохозяйственной техники при использовании технологии визуализации. HeLix, 2021, № 10 (5), с. 114-117.
12. Рыбалкин, Д.А., Гончаров Р.Д., Кабанов О.В. Приложение дополненной реальности (AR) к тренажерному комплексу управления тракторной техникой и сельскохозяйственными агрегатами. Инновации в природообустройстве и защите в чрезвычайных ситуациях. Саратов: Общество с ограниченной ответственностью «Амирит», с. 463-467.
13. Бердникова Р.Г., Криков А.М. Информационная модель технического обслуживания и диагностики тракторов. Современные достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве, экономике: сборник трудов региональной научно-практической конференции. Томск: ТСХИ, 2011, с. 161-165.
14. Кулаков, Ф.М. [и др.] Информационная технология добавления виртуального объекта в реальный мир. Часть 1. Труды СПИИРАН, 2004, т. 1, № 2, с. 236-256.
15. Редреев Г.В., Белая Е.Е., Корнилович С.А. Формирование технического сервиса машинно-тракторных агрегатов. Вестник ОмГАУ, 2016, № 2 (22), с. 217-221.
16. Редреев Г.В., Лучинович А.А., Устьянцев Е.И. Информационная система технического сервиса машинно-тракторного парка. Сборник трудов IX Международной научно-практической конференции.
17. Инновационные технологии в машиностроении. Томск: Юргинский технологический институт, 2018, с. 243-248.
18. Редреев Г.В., Болтовский С.Н. Дистанционный контроль технического состояния материалов сельскохозяйственной техники. Сборник международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию экономического факультета ФГБОУ ВО Омский ГАУ. Омск: ФГБОУ ВО Омский ГАУ, 2019, с. 156-163.
19. Смолин А.А., Жданов Д.Д., Потемин И.С, Меженин А.В., Богатырев В.А. Системы виртуальной, дополненной и смешанной реальности: учебное пособие. Санкт- Петербург: Университет ИТМО, 2018, 59 с.
20. Чумакова С.В., Гончаров Р.Д., Кабанов О.В. [и др.]. Теоретические концепции применения дополненной реальности в поддержании сельскохозяйственных тракторов. Материалы конференции AIP
2661, 110002 (2022 г.); https://doi.org/10.1063A.0109865. 2022.
UDC 51-74 + 621.878.448 DOI 10.36461/NP.2022.63.3.020
JUSTIFICATION FOR THE IMPLEMENTATION OF AR-TECHNOLOGIES IN THE MAINTENANCE OF AGRICULTURAL MACHINERY IN THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
D. А. Solovyov1, Doctor of Technical Sciences, Assistant-Professor;
S. V. Chumakova1, Candidate of Technical Sciences, Assistant-Professor;
R. D. Goncharov1, R. V. Chumakov2
1FederaL State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. VaviLov», Saratov, Russia, e-maiL: soLovevda@bk.ru;
2FederaL State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Yuri Gagarin State Technical University of Saratov», Saratov, Russia, e-maiL: rimL121@yandex.ru
This article substantiates the relevance of the problem of increasing productivity on the example of carrying out maintenance of agricultural machinery, and presents arguments for the urgency of solving this problem. Further, the authors propose one of the ways to increase productivity by applying and implementing new developments in the maintenance process, based, in particular, on the implementation of AR-technologies. The paper considers a method for assessing efficiency during maintenance based on comparison of parameters, the results of which led to conclusions about the effectiveness of AR-technologies when working with machinery. In order to apply this method, a new approach to obtain an assessment of productivity during maintenance was developed based on the use of a derived constant, which allows to get an answer about its real increase in the presence of AR-technologies. The paper shows that this constant helps to control the efficiency of maintenance. Formulas for calculating maintenance efficiency were derived to find its numerical value most accurately. Using the method of parameter comparison discussed above, graphs showing the time spent on each operation, including
filling in technological charts during maintenance without and with the inclusion of AR-technoLogies, were used as auxiliary tools. To ensure the accuracy of the figures, the calculations were carried out in an Excel spreadsheet.
Keywords. AR-technology, maintenance, agro-industrial complex, method, assessment, efficiency, performance, function, function graph, comparative analysis, Excel spreadsheet.
References.
1. Kuznetsov V.N., Kuznetsova T.A., Chumakova S.V. Operator methods in nonlinear mechanics. Research in algebra, number theory, functional analysis and related problems, 2003, №1, p. 70-80.
2. Kuznetsov V.N., Kuznetsova T.A., Chumakova S.V., Pshenov D.V., Shabanov L.B. Operator approach in a problem of static stability loss of shell structures. Research in algebra, number theory, functional analysis and related problems, 2003, № 1, p. 59-70.
3. Kuznetsov V.N., Kuznetsova T.A., Chumakova S.V. About numerical realization of a method of successive loadings in calculation of geometrically nonlinear shells. Research in algebra, number theory, functional analysis and related problems, 2010, № 6, p. 27-43.
4. Chumakova S.V., Popov D.A. Mathematical methods and computer technologies in study of natural environment components. Specialists of agroindustrial complex of new generation: collection of articles of All-Russian scientific-practical conference. Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov, 2016, p. 872-875.
5. Builov V.N., Lyulyakov I.V., Chumakova S.V. On a question about the causes of wear of working tools of cultivators. Problems of cost-effectiveness and operation of motor-tractor machinery: Proceedings of the 30th International Seminar named after V.V. Mikhailov, 2017, p. 139-141.
6. Chumakova S.V., Abdrazakova Y.R. Application of mathematical modelling to applied problems. Modern Intellectual Transformation of Socio-Economic Systems: Proceedings of III International Scientific and Practical Conference, 2020, p. 147-150.
7. Shishurin S.A., Chumakova S.V., Medenko A.A. Increasing efficiency of service centres of agricultural machinery JOHN DEERE in the Saratov region. The Agrarian Scientific Journal, 2018, № 8, p. 65-68.
8. Levchenko G.V., Andreev N.A., Chumakova S.V. Justification of design parameters of the device for trimming vegetable residues of trellised vegetable crops. The Agrarian Scientific Journal, 2020, № 5, p. 104-106.
9. Levchenko G.V., Chumakova S.V., Ryzhkova I.V. Robotic systems in closed ground. Current Problems and Prospects of Innovative Agroeconomics: Collection of Articles of the National (All-Russian) Scientific-Practical Conference. 2020, p. 201-206.
10. Rybalkin D.A., Chumakova S.V., Goncharov R.D. Improvement of technical service using visualization. Nauchnaya Zhizn, 2021, vol. 16 (8), p. 1084- 1094.
11. Solovyov D.A., Chumakova S.V., Goncharov R.D. Mathematical model of analytical approach for comparative analysis of agricultural machinery performance using visualization technology. Helix, 2021, № 10 (5), p. 114-117.
12. Rybalkin D.A., Goncharov R.D., Kabanov O.V. Application of Augmented Reality (AR) to the Simulator Complex of Tractor Machinery and Agricultural Aggregates Control. Innovations in nature management and protection in emergency situations. Saratov: Limited Liability Company "Amirit", p. 463-467.
13. Berdnikova R.G., Krikov A.M. Information model of tractor maintenance and diagnostics. Modern Achievements of Agrarian Science in Animal Husbandry, Crop Production, Economics: Proceedings of the Regional Scientific and Practical Conference. Tomsk: TAI, 2011, p. 161-165.
14. Kulakov, F.M. [et al.] Information technology of adding a virtual object to the real world. Part 1. Proceedings of SPIIRAS, 2004, vol. 1, № 2, p. 236-256.
15. Redreev G.V., Belaya E.E., Kornilovich S.A. Formation of technical service of machine-tractor units. Vestnik OmSAU, 2016, № 2 (22), p. 217-221.
16. Redreev G.V., Luchinovich A.A., Ust'yantsev E.I. Information system of technical service of machine-tractor fleet. Proceedings of IX International Scientific and Practical Conference.
17. Innovative technologies in engineering industry. Tomsk: Yurginsky Technological Institute, 2018, p. 243-248.
18. Redreev G.V., Boltovsky S.N. Remote control of the technical state of materials of agricultural machinery. Collection of international scientific-practical conference, dedicated to the 70th anniversary of the Faculty of Economics of Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education Omsk State Agrarian University. Omsk: FSBEI HE Omsk SAU, 2019, p. 156-163.
19. Smolin A.A., Zhdanov D.D., Potemin I.S., Mezenin A.V., Bogatyrev V.A. Systems of virtual, augmented and mixed reality: textbook. Saint Petersburg: ITMO University, 2018, 59 p.
20. Chumakova S.V., Goncharov R.D., Kabanov O.V. [et al]. Theoretical concepts of augmented reality application in agricultural tractor maintenance. Proceedings of the AIP 2661 Conference, 110002 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0109865. 2022.
