CC BY
68
производства продукции растениеводства и животноводства. -Вып. 39. - Л.: НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, 1983. - С.113-116.
3. Перекопский А.Н., Кузовников М.М., Чугунов С.В. Процесс сушки высоковлажных семян в толстом слое / Известия СПГАУ, №18. - Спб.: СПГАУ, 2010, - С. 242-246.
4. Перекопский А.Н., Чугунов С.В., Власенков А.Н. Повышение эффективности работы камеры карусельной сушилки/ Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: Сб. науч. тр. - СПб.:ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. -Вып. 83. - СПб., 2012. -с. 21-25.
5. Эрк А.Ф. Методы и средства повышения эффективности процесса сушки семян трав и зерновых культур в конвейерной сушилке. Дис. ... канд. техн. наук. - Л.: НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, 1983, 170 с.
6. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф. Определение теплофизических характеристик зерна и семян трав методом цилиндрического зонда/ Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - Л.: НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, 1986. - № 48. - С.104-110.
7.Бровцин В.Н., Эрк А.Ф. Математическая модель процесса сушки зерна и семян трав в конвейерной сушилке / Технологические процессы и технические средства заготовки и использования кормов в условиях Нечерноземной зоны РСФСР. Сб. науч. тр. Вып. 46. - Л.: НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, 1985, - С. 60-64.
8. Патент РФ2456518 Карусельная сушилка / Перекопский А.Н.,Кузовников М.М., Чугунов СВ., Боярчук Ю.И.
9. Перекопский А.Н., Кузовников М.М. Особенности сушки высоковлажного зерна на карусельной сушилке / Инновационные технологии и техника нового поколения - основа модернизации сельского хозяйства. Т. 1. Сб. науч. тр. - М.: ВИМ, 2011, - С. 345-348.
УДК 631.171:55
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВ ИЗ ТРАВ ПО ЭКОНОМИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ
В.Д. ПОПОВ, д-р. техн. наук, академик РАН; А.М. ВАЛГЕ, д-р. техн. наук; А.И. СУХОПАРОВ, канд. техн. наук
Федеральное Государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - ИАЭП», Санкт-Петербург
Приведены основные задачи, требующие решения, перед началом реализации технологического процесса производства кормов из трав, а также общие положения по оценке показателей технологий. Оптимизация расчетов эффективности технологий по определённому критерию осуществляется через многоцелевую функцию, в которой приведено взаимодействие показателей, характеризующих исследуемый процесс производства кормов из трав. Поиск решения оптимизации выполнялся по критерию стоимости кормов, так как он наиболее полно отображает влияние многих факторов на указанный процесс.
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 90._
Рассмотрены особенности технологий производства кормов из трав, как динамических систем, где каждая технологическая операция направлена на преобразовании травы в корм для формирования сбалансированных рационов кормления сельскохозяйственных животных. Процесс развивается как в пределах технологических координат, так и во временном пространстве, так как заготовка должна быть осуществлена за отведённый агротехнический срок с учетом материально-технических ресурсов, потенциала сельскохозяйственных угодий и погодных условий.
Оценку эффективности производства кормов целесообразно осуществлять на компьютере, ввиду необходимости математической обработки большого количества информации. Для этого была разработана компьютерная программ на базе Microsoft Office Access, которая за счет особенности представления информации и реляционного объединения таблиц, позволяет в диалоговом режиме специалисту-пользователю выполнять ввод, редактирование данных и рассчитывать стоимость заготовленного корма из трав.
Ключевые слова: корма; технология; критерий; оценка эффективности; компьютерная программа.
ASSESSMENT OF FORAGE MAKING TECHNOLOGIES BY ECONOMIC CRITERIA
V.D. POPOV, DSc (Engineering), Full Member of RAAS; A.M. VALGE, DSc (Engineering); A.I. SUKHOPAROV, Cand. Sc. (Engineering)
Federal State Budget Scientific Institution "Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - IEEP", Saint Petersburg
The paper outlines the main tasks, which need to be addressed before implementation of the technological process of grass forage production, and general provisions of technology performance evaluation. The technology effectiveness calculation was optimized by a particular criterion through the multipurpose function, which shows the interaction of indicators characterizing the process under investigation. The optimal solution was searched by the forage cost criterion, as it best reflects the influence of many factors on the studied process.
Specific features of grass forage making technology were considered as dynamic systems, where each process is aimed at converting the grass into feed to form the balanced rations for farm animals. The process evolves within both the technological coordinates and the time as the forage making should be accomplished in the allotted agro-technical period with available technical resources, with account for potential of agricultural land and the weather conditions.
It is advisable to estimate the effectiveness of feed production on the computer because large amounts of information need to be processed mathematically. With this aim in view a computer program in Microsoft Office Access was developed. Owing to specific presentation of information and relational joining of tables, this program allows to enter and edit the data and to calculate the harvested grass forage costs in the interactive mode.
Keywords: feed, technology, criterion, efficiency estimation, computer program. ВВЕДЕНИЕ
По данным [1] в себестоимости животноводческой продукции до 70% приходится на корма из трав, поэтому производство собственных кормов высокого качества с минимумом затрат и минимальным негативным воздействием на окружающую среду является актуальной проблемой.
Производство кормов из трав представляет собой комплекс взаимодействующих технико-экономических задач, основными из которых являются:
- оценка природно-климатических и других условий производства кормов из трав;
- определение структуры кормов в хозяйстве, позволяющей получить определенный (заданный, оптимальный, экологически обоснованный) объем животноводческой продукции;
- обоснование в соответствии с необходимой структурой кормов, размера посевной площади для кормовых и зерновых культур;
- выбор и обоснование технологий и комплексов технических средств.
Технологии производства кормов из трав представляют собой целенаправленное воздействие технических средств и объекта производства на получение корма определенного вида и качества [2]. Для сравнения и анализа технико-экономических показателей необходима разработка моделей процессов, происходящих как с травой, так с воздействующими на неё техническими средствами. Взаимодействие технических средств и травы оценивается по некоторому множеству критериев, описываемых системой математических моделей.
Одним из важнейших показателей технологии является продолжительность выполнения работ. Весь объем работ должен быть выполнен за определенный временной интервал, т.е. задача исследования технологий может быть представлена как двухточечная задача, которая формулируется так: необходимо перевести систему из некоторого начального состояния Х0 в конечное состояние ХТ за временной интервал Т при минимальных затратах на вектор управления. При этом в процессе формирования технологии следует ввести некоторые ограничения:
- в технологическом процессе производства кормов из трав на всех его этапах в качестве предмета труда выступает один и тот же продукт - трава, физико-механические и агробиологические свойства которой изменяются целенаправленно в сторону необходимого качественного показателя, характеризующего корм;
- начальное состояние травы Х0 для всех видов корма имеет один и тот же вектор состояния, определяемый уровнем развития растений на момент скашивания и технико-экономическими затратами на получение биомассы травостоя;
- вид получаемого корма в результате использования технологий определяется вектором конечного показателя физико- механических и агробиологических показателей полученного из травы корма ХТ.
Решение двухточечных задач в достаточной степени формализовано в теории систем автоматического управления [3] по различным критериям: максимального быстродействия; минимальных затрат; оценка по компромиссному критерию и др. Наиболее приемлемым вариантом в настоящее время является экономический критерий, на основании которого осуществляется оценка эффективности технологий производства кормов из трав.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В процессе уборки содержание питательных веществ будет сокращаться как из-за увеличения сроков продолжительности уборки, так и из-за воздействия на траву рабочих органов машин. При выполнении технологических операций технические средства оказывают определенное воздействие на траву, переводя ее из некоторого предыдущего i состояния в i+1 состояние. При этом в траве протекают биологические процессы, которые сопровождаются изменением массы и влажности высушиваемой скошенной травы и
потерями как механического, так и биологического характера, а также потерями питательных веществ. Взаимоотношение между объектом технологического процесса и технологическими операциями представлены в таблице 1, в которой знаком «+» помечены состояния травы и технологические операции, требующие количественного определения, и знаком «-» - не требующие такого определения.
Таблица 1
Взаимоотношение между объектом технологического процесса и технологическими
операциями при производстве кормов из трав
Объект технологического процесса Технологические операции
Промежут очные состояния Показатели Наименование Показатели
Изменение влажности, AW Потери, АП Потери обменной энергии, АОЭ Длительность уборки, А Энер-гозат-раты, ЭЗ Трудо затраты, ЗТ Стоимость, СК
Травостой + + - Скашивание + + + +
Скошенная масса + + + Ворошение + + + +
Подвяленная масса + + + Валкование + + + +
Провяленная масса + - - Подбор + + + +
Провяленная масса + - - Подбор с погрузкой + + + +
Провяленная масса + - - Транспортировка + + + +
Провяленная масса + - - Закладка в хранилище + + + +
Провяленная масса + - + Доработка в хранилище + + + +
Для сравнительного анализа и выбора рациональной технологии производства кормов, состояния, описывающие переход травы из одного состояния в другое до получения корма под воздействием соответствующих технологических операций, должны быть формализованы, т.е. представлены в виде определенных математических зависимостей. А выбор оптимальной технологии из множества возможных вариантов производится путем решения экономико-математической задачи.
В соответствии с табл.1 должны быть получены следующие зависимости, описывающие в формализованном виде качественное состояние растительной массы при превращении её из травы в корм:
- динамика изменения влажности скошенной растительной массы;
- потери объёмной массы травы в зависимости от погодных условий, длительности уборки, видов технологических операций и применяемых технических средств;
- динамика изменения потерь питательных веществ корма в зависимости от погодных условий, длительности уборки, видов технологических операций и применяемых технических средств.
Для оценки эффективности выполнения технологических операций должны быть получены математические модели затраченных ресурсов с учётом погодных условий:
- энергозатраты общие и удельные;
- трудозатраты общие и удельные;
- себестоимость полученного корма в суммарном и удельном выражении;
- себестоимость кормовой единицы корма в суммарном и удельном выражении.
В общем случае оптимизационная задача выбора технологий является многовариантной и многокритериальной, причем все критерии взаимосвязаны и изменение одного критерия приводит к изменению всех остальных.
Все технологические варианты производства кормов предполагают получение кормов высокого качества, т.е. в процессе заготовки и хранения кормов нужно как можно меньше допустить потерь обменной энергии (ОЭ) от того максимального количества, которое достигается в травостое в период вегетации:
АОЭ ^ min • (1)
Этому существенно способствует сокращение длительности уборки кормов (А):
АОЭ = f (А) (2)
На длительность же уборки кормов из трав существенную роль оказывают погодные условия, наличие технических средств и их техническое состояние, наличие трудовых ресурсов, конфигурация и удаление полей от хранилищ кормов.
Однако, при этом, соответственно, возрастают энерго- и трудозатраты и, в целом, увеличивается стоимость кормов. Очевидно, что стоимость кормов не может возрастать до бесконечности. Корма из трав являются промежуточным продуктом, и скармливая его животным, получаем конечный продукт животноводства, который подлежит реализации (молоко, мясо и т.п.). Поэтому здесь целесообразно применить комплексный критерий -показатель прибыли, полученный от реализации конечного продукта (П), который для рентабельного производства должен быть больше П>1:
* П
£С'+ 3 , (3)
где Ц - стоимость реализации конечной продукции животноводства, руб;
£Ci - суммарная стоимость всех использованных в рационе кормления животных кормов
(травяных, зерновых, премиксов и т.д.), руб;
З - затраты на получение конечного продукта, руб.
Очевидно, что при такой постановке задачи должна быть использована энергонасыщенная технология и технические средства с высокой производительностью. При ограниченном же составе технических средств оптимизационная задача может быть реализована в другой постановке, а именно, по минимизации стоимости кормов из трав при ограничениях на их качество (содержание обменной энергии) (ДОЭ), энергозатраты (ДЭЗ) и трудозатраты (ДТЗ). Оптимизационная задача, позволяющая определить наиболее эффективное технико-технологическое решение в процессе производства кормов из множества возможных альтернатив с позиции многоцелевой функции, для данного случая будет иметь вид:
Ск ^ min;
А = v&r;
АОЭ < Д0э ;
ЭЗ < Дэ3;
ТЗ < ДТз. . (4)
Поиск решения задачи оптимизации по критерию стоимости кормов из трав осуществляли на ПК на основании расчета технологического процесс заготовки кормов, имеющихся в наличии энергетических и трудовых ресурсов и требуемой классности кормов с учётом погодных условий.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Определение эффективного технологического процесса производства силоса из многолетних злаковых трав по критерию оптимизации стоимости кормов выбор целесообразно осуществлять на ПК по разработанной программе «Корма из трав» на базе Microsoft Office Access. Первоначально осуществляется ввод данных технико-технологических условий уборки трав на силос, а так же коэффициент погодных условий в период заготовки и длительность (срок) уборки, что наглядно продемонстрировано на Рис. 1. Так, осуществим расчет при следующих условиях: период в течение, которого осуществляется процесс уборки при заготовке злаковых трав на силос - 10 дней при не очень благоприятных погодных условиях (вероятностью выпадения осадков P=0,5).
Ш USLÛV
Площадь yäopnt, га m
Урожай 1равы г га is
Высот л сре л травы, см ;
Кратность ворошения 1
Радиус переволот, км 5
Коэфф. груж. пробега 0.5
Коэфф. ut п, гру ЮП4Д. p.s
Влажность травы„ % so
Влажность провяннв. % 70
Конечная влажность. % 70
Длнтельн сиены, ч 10
Длина гона, м | 600
Ко»фф. погод, условий 2
Срок уборки I 10
Запись: H
1 ГПГЩЙЁ] 1
Рис. 1. Форма для открытия и ввода или редактирования данных
Далее уточняется, не ниже какого класса согласно ГОСТ 23638-90, силос следует заготовить (ограничение по содержанию обменной энергии - ДОЭ), а так же вводятся ограничения на энергозатраты (ДЭЗ) и трудозатраты (ДТЗ). В нашем случае была поставлена задача - получить силос не ниже II класса, при этом энергозатраты на тонну силоса должны
быть не выше 2000 МДж/т и трудозатрат не выше 50 чел-ч./т. С учетом ограничений разработанной программой, формируется технологический процесс, подбираются технические средства из имеющихся в наличие, и осуществляется расчет по энергозатратам (см. рис. 2) и трудозатратам.
энергозтпр
1ХЛ1ИО МАНКА кои рго<1о1 зупгеп хупЛп.зу»тш тех сх\р
1 скашивание в прокос ЫЛ-242 4 9.2 12118,8 367,2 2,4 8,1 1,6
2 еорошениев прокосе Ш 6.40/6 2 9,0 3335,2 180,3 1.4 4,0 3,3
3 сгребаниее Балки Ш№ 6.40/6 2 3,3 3663,7 165,3 1,4 4,0 3,3
4 подбор с измепьчениен КПИ-ф- 7 9,8 34084,1 688,6 27,3 0,0 0,0
5 трзнсп.спопя ПИМ-40 к 5 9,5 325Ш,0 476,6 25,0 0,0 0,0
б загрузка и трамбовкатравы т-130 +Д-532 1 9,8 5882,4 98,0 7.0 0,0 13,1
ИТОГО 91687,1 1976,0 64,5 ш 21,3
Рис. 2. Расчётная таблица по энергозатратам
В представленных на рис. 2 данных содержится следующая информация: количество сельскохозяйственных машин необходимое для выполнения технологической операции (koll); расчетная продолжительность выполнения операции, дней (prodol); энергозатраты на выполнение операции, ц. топлива (symen); металлоёмкость машин, кг (symma); механические потери травы, % (mex); потери питательных веществ, % (cxvp). На рис. 3 представлены результаты расчета затрат (стоимость) на производство силоса, а так же в удельном виде на 1 т силоса: стоимость энергетических ресурсов (Ст.эн.); стоимость трудовых ресурсов (Ст.тр.); стоимость основных средств (Ст.м.); стоимость, перенесённая на потери (Ст.п.); суммарная стоимость корма (Ст.оп.).
стоимость
XI Наим-операции Марка .и. Кол. Про д. Ст.эн. Ст.тр. Ст..м. Сот. Л. Ст. о и.
1 скашивание г прокос АМ-242 4 4.5 605Э4.0 9130 9 440,7 56302.0 157017,5
2 ворошение в прокосе }ОЛ' 6.4й'6 2 4.5 16675,9 4507,0 216,3 43000,0 69399,2
3 сгребаниее еап™ КВЛ' 6 40/5 2 Щ 16343,4 4131,4 192,В 43000,0 70657.6
4 подбор сизыепьчением КПИ-ф-2.4пр.тр 7 4,9 170420,5 17214,2 4475,7 0,0 192110,4
5 тр&исп. спопя ПИМ-40 К ПРТ 10 4.6 325950,4 23529,0 7943,0 0,0 357752,4
6 нагрузка итраибовка т-130 +Д-532 2 4,9 £8823,6 4902,0 1709.6 0,0 65435.0
трагы
ИТОГО 650837.7 14978,1 922382,2
Масса корма: 5000т0 63764,4
Уделъныл показатели,руб/т : 150,2 12,3
Рис. 3. Расчётная таблица затрат на заготовку силоса
№802,0 3,0 33,6 184,5
Таким образом в результате поиска оптимального значения по критерию стоимости силоса, который в числовом выражении составил 184 руб./т (см. Рис. 3), была сформирована технологическая карта уборки многолетних трав на силос II класса в течение 10 календарных
дней при вероятности наступления благоприятных погодных условий в период заготовки P=0,5 с формированием рационального количества технических средств.
По выражению (3) осуществляется оценка эффективности применяемой технологии производства кормов из трав через качественные показатели заготовленного корма, на основании которых формируется рацион кормления животных различных групп.
ВЫВОДЫ
1. Основные критерии оценки показателей производства кормов из трав взаимосвязаны, так как зависят от общих факторов, т.е. изменение одного из критериев приводит к изменению всех остальных. Поэтому для выбора решающего правила оптимизации технологии должна решаться многокритериальная задача.
2. Процессы производства кормов из трав трудноформализуемы и в основном являются случайными процессами, поэтому математические модели получают на основе обработки экспериментальных данных.
3. Наиболее приемлемыми в настоящее время для оценки эффективности технологий производства кормов из трав являются экономические критерии.
4. Оценку эффективности технологического процесса производства кормов следует производить по выходу конечного продукта, получаемого от животного и подлежащего реализации.
5. Расчет, на основании которого производится выбор технологии, наиболее рационального технико-технологического решения из существующих вариантов целесообразно осуществлять на ПК, в связи, с чем была разработана компьютерная программа на базе Microsoft Office Access.
ЛИТЕРАТУРА
1. Заготовка и приготовление кормов в Нечерноземье: Справочник / В.С. Сечкин, Л.А. Сулима, В.П.Белов и др. Л.: Агропромиздат, 1988. 480 с.
2. Попов В.Д., Сухопаров А.И. Информационная и структурная модели управления технологиями в растениеводстве // Вестник РАСХН. 2010. №3. С. 7-8.
3. Растригин Л.А. Система экстремального управления. М.: Наука, 1974. 632 с.
УДК 685.382.2
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ И РЕЖИМОВ ИХ РАБОТЫ ИЗ УСЛОВИЯ ЭКОЛОГИЧНОСТИ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ СЕМЕННОГО КАРТОФЕЛЯ
А.В. МАРТЫНОВ1, ГА. ЛОГИНОВ2
1Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (СПбГАУ), г. Санкт-Петербург
Федеральное Государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - ИАЭП», Санкт-Петербург
