CC BY
68
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
УДК 631.171:002
В.Д. ПОПОВ, д-р техн. наук, академик Россельхозакадемии;
А.М. ВАЛГЕ, д-р техн. наук, проф.; Э.А. ПАПУШИН, канд. техн. наук
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В статье рассмотрены особенности использования информационных технологий в растениеводстве.
Для повышения эффективности производства продукции растениеводства большое значение имеет разработка и освоение инновационных технологий, адаптированных к местным природнопроизводственным условиям, обеспечивающих экономию энергетических затрат, снижение отрицательных экологических воздействий.
Актуальной на сегодня является проблема использования в сельскохозяйственном производстве информационных технологий (ИТ) для управления производством, оценки эффективности использования производственных ресурсов и оптимального управления ими для оптимизации структуры и состава технических средств. Решение этих задач наиболее эффективно в режиме «реального времени», т.е. непосредственно в хозяйственных условиях при анализе эффективности производства и принятии управленческих решений. На рис.1 представлена система управления технологией в растениеводстве.
Базовая технология адаптируется к условиям хозяйства. Себестоимость производства продукции, энергозатраты новой технологии должны быть такие же или меньше аналогичных показателей эталонной базовой технологии.
Адаптация базовых технологий требует формализации технологических операций и процессов, решения оптимизационных задач для получения данных о протекании технологии и принятия решения по выбору конкретного варианта.
32
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2009. Вып. 81.
Рис. 1. Система управления технологией в растениеводстве
Технологический процесс осуществляется путем механического воздействия на почву, растения, физико-химического воздействия на сорняки, вредителей, болезни растений. Основным видом управляющего воздействия является механическое воздействие с использованием машин различного назначения.
В результате управляющего воздействия изменяется вектор состояния предмета управления (почвы, растения, урожая), который переходит из некоторого i-го в i +1 состояние. Составляющие вектора состояния - это физико-биологические показатели предмета управления. Схему преобразования можно представить в виде следующей модели (рис. 2). Вектор состояния Xi для каждой из операций имеет свой набор составляющих. Например, почва характеризуется следующими показателями:
- механические: механический состав, плотность, твердость, глубина рыхления, содержание комков по фракциям и другие;
- агробиологические: содержание гумуса, органики, фосфора, азота, калия, микроэлементов, микроорганизмов и другие.
33
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Xi
A
Xi+i
Рис. 2. Схема преобразования вектора состояния предмета управления:
Xi - вектор состояния предмета управления до воздействия на него оператора А; Xi+1 - вектор состояния предмета управления после воздействия на него оператора А
Кроме управляемого воздействия на почву действуют также неуправляемые природно-климатические факторы (осадки, температура, ветер и др.). Растения, в процессе своего развития, также воздействуют на почву, изменяя ее вектор состояния. Вектор состояния самих растений изменяется за счет поступления из почвы минеральных и органических веществ, а так же внешних воздействий: солнечной энергии, влаги, вредителей, препаратов химической защиты, механической обработки почвы и растений в период вегетации. Математические модели развития урожая различных культур в зависимости от действующих факторов получены, в основном, в виде степенных функциональных зависимостей. Такие модели позволяют исследовать влияние на урожай различных факторов, но не характеризуют технологический процесс получения урожая в целом.
Технология растениеводства развивается во временном интервале по определенным конкретным этапам, каждый из которых характеризуется собственным вектором состояния и функцией цели, и имеет начальное и конечное время развития. Схематически интегральная модель представлена на рис. 3.
В каждом состоянии технология развивается в жестко ограниченные временные сроки, и создаются начальные условия для развития технологии в следующем этапе. Каждое из состояний оценивается своей целевой функцией Fi. Первый блок характеризует состояние почвы, подготовленной к посеву. Подготовленная к посеву почва создает начальные условия для прорастания семян и роста растений.
34
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2009. Вып. 81.
Подготовка Посев Выращивание
почвы к посе- ^ (F2) ^ урожая F(3)
ву (F1)
V
Подготовка почвы к посеву будущего года (F5) 1 Уборка урожая (F4)
1
Рис. 3 Интегральная модель технологии растениеводства:
F1, F2, F3, F4, F5 - показатели векторов состояния развития этапов технологии
В первом блоке происходит изменение вектора состояния почвы - механическая обработка почвы и внесение удобрений. Во втором блоке происходит изменение вектора состояния семян: состояние «семена в хранилище» переходит в состояние «семена в почве». В процессе подготовки семян к посеву также происходит изменение их вектора состояния. После посева семян происходит качественное изменение вектора состояния почвы: было «почва без семян» и «семена», после посева получилась система «почва + семена», к вектору состояния почвы добавился вектор состояний семян. После посева технология переходит в состояние 3 - выращивание урожая. В процессе развития растение проходит несколько этапов, основными из которых являются следующие: прорастание; кущение; стеблевание; рост зеленой массы; бутонизация, колошение; цветение; плодоношение; созревание урожая. На каждом из этапов для растения необходимо конкретное управление, направленное на получение максимальной выгоды от полученного урожая. В общем виде все этапы описываются степенными или показательными уравнениями, аргументами которых служат действующие факторы и время. В качестве факторов принимаются интенсивность солнечной радиации данного региона, содержание в почве гумуса, азота, фосфора, натрия, микроэлементов, влагообеспеченность в период вегетации. Накопление биомассы оценивается уравнениями вида:
35
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
П
Y = K • EXP £ К,- X), (1)
i=1
где К0 - нормирующий коэффициент; Кг - коэффициенты влияния факторов X; на урожай.
Вектор управляющих воздействий при работе с землей должен быть ориентирован на повышение плодородия почвы, снижение количества многолетних и однолетних сорняков, улучшение механического состава почвы. Вектор управления растениями должен иметь достаточно точные параметры для того, чтобы состояние и уровень развития растений на каждом из этапов соответствовали фенологическому состоянию природного фактора. С точки зрения теории систем получение урожая можно представить в виде двухточечной динамической задачи на некотором временном интервале, на левом конце которого -семена в почве, на правом - полученный урожай. Математическая модель такой задачи имеет вид:
X = F (X, Y ,U), (2)
где X - вектор состояния развития растения; Y - вектор неуправляемых факторов и помех; U - вектор управляемых факторов.
Уравнение (2) имеет на заданном временном интервале начальные и конечные значения, а общее решение его сводится к определению вектора управления U при минимизации его стоимости.
Качество управления оценивается некоторым показателем:
I = Ф[Х (t), t] ^ extr , (3)
где ф[Х(t), t] - функциональная зависимость оценки вектора состояния; t - точки временного интервала периода вегетации растения; 0 < t < Тв; Тв - продолжительность вегетации.
Поиск экстремума (3) обеспечивает получение эффективных вариантов технологий с более высокими технико-экономическими показателями. Для использования рассмотренного метода должно быть разработано программное и алгоритмическое обеспечение, позволяющее решать основные производственные задачи по выбору наиболее эффективных технологий, соответствующих конкретным производст-
36
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2009. Вып. 81.
венным условиям и управления ими путем мониторинга развития технологии и принятия решений в возникающих ситуациях.
Появление новых информационных технологий, занимающихся обработкой, хранением и передачей информации, является принципиально новой ступенью в организации управления и принятии решений.
Совершенствование и обеспечение эффективности деятельности предприятий в современных условиях является сложной, комплексной и многоцелевой проблемой, решение которой в значительной мере зависит от согласованности и адекватности выполнения ее управленческих функций. Учитывая многоплановость, объем и сложность взаимосвязей информационных объектов, одновременно вовлекаемых в процесс управления, необходимым условием эффективной работы сельскохозяйственной организации становится создание и внедрение в этот процесс информационных систем, построенных на основе применения передовых информационных технологий.
Полное удовлетворение информационной потребности специалистов хозяйств обеспечивает использование корпоративной информационной системы управления, автоматизирующей все бизнеспроцессы управления организацией.
Повышение рентабельности производства и переработки сельскохозяйственной продукции обусловливается наличием информации о затратах на производство продукции, качестве, сроках реализации продукции, а также информации о выгодных рынках ее сбыта.
В ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии разработан комплекс программ проектирования энергоэффективных технологий производства картофеля, кормов из трав, льна. Программы предназначены для сравнительного анализа и выбора рациональной технологии производства картофеля, кормов из трав, льна. В результате выполненного проектирования технологий программа выдает следующую информацию:
1. Оптимальный состав технических средств для выполнения всего объема работ в заданные сроки и в заданных условиях.
2. Технологические показатели получаемой продукции (масса, потери и др.).
3. Технико-экономические показатели по каждой операции и по всей технологии (затраты труда, топлива, материалов и др.), а также удельные показатели на единицу продукции и единицу площади.
4. Экономические показатели по каждой операции и всей технологии в целом - стоимости труда, топлива, предусмотренные норма-
37
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
тивами отчисления на ремонт, реновацию, хранение техники и др., а так же удельные стоимостные показатели на единицу продукции и площади уборки.
В Ленинградской области в ЗАО «Ручьи» [1] для оперативного управления предприятием успешно используется комплексная автоматизированная система управления и связи. Данная система ориентирована на автоматизацию многоуровневой системы оперативного контроля и анализа. За счет использования такой системы к 2015 г. намечен рост прибыли в 56,8 раза по сравнению со средней в 1996-2000 г.
ВЫВОДЫ
В сельхозпредприятиях использование информационных технологий в управлении производством, оценке эффективности использования производственных ресурсов, оптимального управления ими, оптимизации структуры и состава технических средств позволит осуществлять формирование и передачу информационных массивов специалистам для решения задач по:
- материально-техническому обеспечению;
- производственно-техническому обслуживанию;
- учету готовой продукции;
- управлению финансами;
- управлению сбытом продукции;
-управлению производством;
- управлению текущим и капитальным ремонтом оборудования;
- документообороту;
- учету рабочего времени;
- учету загрузки машин и оборудования.
Это позволит оптимизировать все производственные процессы в сельхозпредприятии и снизить затраты на производство продукции, за счет своевременного принятия решений в режиме реального времени.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Трафимов А.Г. Формирование многоукладной экономики сельского хозяйства России в условиях реализации национального проекта АПК / А.Г. Трафимов. - СПб.: Знание, ТРИЭС, 2008.
38
Получено 24.09.2009.
