CC BY
32
УДК 633.1:543.812.08
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУКИ И ПРАКТИКИ В ОБЛАСТИ
ВЛАГОМЕТРИИ КОРМОВ
Ю.П. Секанов
В статье рассмотрены современное состояние науки и практики в области влагометрии кормов. Показано, что имеет место дефицит в полевых приборах. На рынке практически нет влагомеров отечественных производителей. Ключевые слова: метрология, влагомеры, технологии, исследования, корма, рынок.
В достижении конкурентоспособности проблема совершенствования управления технологическими процессами производства сельскохозяйственной продукции на уровне ее производителей приобретает приоритетное значение. Качество без нарушения безопасности, потери продукции, энергозатраты на ее производство обеспечиваются непосредственно у товаропроизводителя.
В настоящее время много пишется и говорится о прорывных, информационных, креативных, инновационных технологиях, однако, примеров, отражающих реальность этих определений, мало прослеживается.
Оценкой, составляющей суть данных определений, является изменение экономических результатов хозяйственной деятельности предприятий, выражающейся в росте урожайности, энергоресурсосбережении, в повышении качества и безопасности продукции, а также процессов ее производства, уборки, обработки и хранения.
Метрологическое обеспечение производства относится к одному из определяющих факторов, влияющих практически на все поименованные результаты работы предприятий, посредством обеспечения необходимого уровня информационной поддержки применяемых управленческих решений. Для отечественного сельского хозяйства характерен низкий уровень такой поддержки. Это является одной из важных причин отставания от развитых стран по ряду факторов производства, влияющих на конкурентоспособность производимой продукции.
Проблема метрологического обеспечения многогранна и требует комплексного подхода к решению организационно-правовых, финансовых, кадровых и научно-технических задач.
В технической части метрологическое обеспечение предусматривает комплексное научно обоснованное оснащение производства средствами измерений и автоматизации. Они должны стать составной частью технических средств, используемых в технологиях производства сельскохозяйственной продукции.
Обеспечение животных кормами с высоким содержанием питательных веществ - главная задача кормопроизводства. При заготовке кормов практически нет операций, оптимальные решения о проведении которых могли бы приниматься без информации об их влажности (рис.).
Различные виды рассыпного сена
0х О
г-
I
«ч 00
ч
03 «
<и «
« «
в
о
0х "Л
I
ич ич
о
ч
<и «
и
л «
л а
о «
<и а <и
а
<и «
И
<и
В
о а о т
Копнение W=35-25%
Скирдование W=18%
Хранение сена рассыпного W=18-17%
Подбор, Активное венти- Активное венти- Хранение сена
погрузка лирование слоя * лирование уклад- рассыпного
W=45-25% W=30-25% ки W=18-17% W=18-17%
Подбор, измель- Активное вен- Активное венти- Хранение сена
чение, погрузка тилирование > лирование уклад- > измельченного
W=45-25% слоя W=30-25% ки W=18-17% W=18-17%
Подбор, измельчение, погрузка W=25-20%
Закладка в траншеи W=20%
Хранение сена в траншеях W=20%
Прессованное сено
Прессование в тюк;и Полевая сушка Хранение тюков
W=24-20% W=18-17% W=18-17%
Прессование в Активное вентилирование Хранение тюков
тюки W=35-30% —► укладки W=18-17% W=18-17%
Прессование в Полевая сушка Хранение рулонов
рулоны У/=35-30%^> —► W=18-17% —► W=18-17%
Сочные корма
Ворошение и переворачивание до W=65-50%
Подбор с измельчением и погрузка в транспорт до W=60-45%
Закладка в емкость W=55-40% (сенаж)
Хранение
сенажа W=55-40%
Ворошение и переворачивание до W=75-70%
Подбор с измельчением и погрузка в транспорт W=70-65%
Закладка в емкость W=70-60%
Хранение
силоса W=55-40%
Рис. Технологические требования к содержанию влаги при заготовке кормов из трав
Отклонение от рекомендуемых требований к влажности приводит к большим потерям и снижению качества корма. По этой причине потери питательных веществ составляют по данным разных источников от 10 до 25% [1,2,3,4,5,6]. В кормовом балансе животноводства России на объемистые корма (сено, силос, сенаж) приходится более 60%. Их качество согласно [7] считается невысоким.
Алгоритм управления в технологиях заготовки кормов сводится к определениям влажности, при которых следует проводить операции ворошения, сгребания, копнения, прессования при заготовке сена или подбору и измельчению подвяленной травы при заготовке силоса и сенажа. В практике еще довольно широко используются субъективные оценки влажностного состояния материала [3,5,6].
В качестве таких оценок находят применение органолептические признаки, отражающие состояние трав в связи с содержанием влаги. К числу таких признаков относятся: ломкость, треск или выделение влаги при скручивании стеблей и черешков и ряд других. Эти показатели есть результат большого опыта, традиций и интуиции работников, занимающихся кормопроизводством. Они формировались в течение длительного времени в отсутствие доступных средств измерений. Следует заметить, что органолептические способы находят применение и в настоящее время [8,9].
Очевидно, что субъективность экспертной оценки является отражением личности эксперта. Поставленный нами эксперимент позволяет оценить ошибки определений влажности экспертами. В эксперименте участвовали 7 квалифицированных специалистов, имеющие опыт работы в области влагометрии кормов. Из исходного образца травы люцерны с известной влажностью эксперт выделял пробу и путем сжатия, скручивания и излома давал оценку влажности. Результаты эксперимента представлены в таблице.
Таблица. Органолептическая оценка влажности люцерны
Влажность травы по ГОСТ,% Среднее значение влажности, % Статистические оценки влажности экспертами
Я, % Д, % V, % о, %
83,5 77,58 15,0 5,92 5,26 4,08
66,3 58,80 25,0 7,50 15,70 9,22
47,9 43,60 20,0 4,30 18,70 8,14
23,0 24,50 10,0 1,50 15,60 3,83
Я-размах оценок влажности; Д-средняя абсолютная ошибка определений влажности;
V - коэффициент вариации; о -стандартное отклонение.
Из приведенных данных следует, что вариация оценок влажности экспертами (Я, %) лежит в интервале 10...25%. Наибольшие ошибки в определении влажности имели место на подвяленной траве люцерны. Оценки определения влажности на разных этапах сушки есть величины случайные, следовательно, случайным образом будут назначаться и сроки проведения технологических
операций. Принятие ошибочного решения связано с риском снижения качества и безопасности кормов. Данные нашего эксперимента позволяют усомниться в объективности оценки влажности органолептическими методами (5 -6%), приведенной в работе [3].
Изучение развития методов и средств определения влажности трав позволяет проследить, как осуществляется переход от субъективных ее оценок к моделям прогнозирования и все усложняющимся техническим средствам. В 70 -80е годы прошлого столетия закладывались основы управления технологиями с применением ЭВМ. Это в значительной степени способствовало росту внимания к фундаментальным исследованиям в целях формализации биологических и физических процессов, сопровождающих развитие растений, и построению моделей, обеспечивающих принятие адаптивных к климатическим условиям и оптимальных для хозяйственной деятельности решений.
Накопление научного потенциала обеспечивало реализацию технических средств с использованием достижений в области биологии, физики, математики, электроники и других научных дисциплин. В кормопроизводстве большое значение имеет прогнозирование текущей влажности и продолжительности сушки трав, поскольку позволяет принимать превентивные меры при управлении заготовкой кормов. Для пользователей модели прогноза не должны вызывать трудностей при реализации и обеспечивать приемлемую точность оценок влажности.
Попытки установить связь между содержанием влаги той или иной культуры и параметрами окружающей среды предпринимались неоднократно: Kemp J.G. и др. - 1972г.; Jerry D.H., Ross I.J., Barfield B.J. - 1976г; Thompson N. -1981г.; Rotz C.A., Chen Y.I. - 1985г.; Smith E.A. - 1988г.; Бальчунас Т. - 1988г.; Gupta M.J. - 1989г. и др. Однако, задача отыскания аналитической функции, которая описывает изменение влажности в широком диапазоне внешних условий и отвечает отмеченным требованиям, пока не решена.
Известные модели не могут рассматриваться как рекомендации, пригодные для использования в хозяйствах, ввиду недостаточной точности или сложного программно-вычислительного обеспечения. С высоким уровнем развития средств реализации моделей (средств сбора, накопления, обработки и передачи информации) и их финансовой доступности для сельских пользователей, задачи науки в разработке моделей приобретают одно из приоритетных направлений, поскольку позволяют использовать современные информационные технологии управления производственными процессами.
В настоящее время, в отечественной практике, принятие решений о проведении операций при заготовке кормов из трав все большее значение приобретают непосредственные измерения фактической влажности с использованием влагомеров. Этому способствуют растущие требования к качеству и безопасности кормов, процессам их производства и хранения. Во второй половине предыдущего столетия в Советском Союзе был накоплен значительный науч-
ный потенциал и практический опыт в области влагометрии сыпучих и волокнистых растительных материалов.
Создание средств измерений, разработка нормативных методических основ их применения и метрологического обеспечения требуют фундаментальных знаний свойств объекта контроля. В 60-80е годы на пространстве бывшего СССР вели исследования электрофизических свойств зерна, кормов, льна, хлопка ВИЭСХ, ВИМ, ВНИИЗ, ЧИМЭСХ, ОТИПП им. М.В. Ломоносова, МИ-ИСП им.В.П.Горячкина, ЛСХИ, ЦНИИМЭСХ, УСХА, УНИИМ, РИСХМ, ВНИИАП г. Киев, ЦНИИ «Инфракон» г. Винница, СКБ Проектприбор г. Кутаиси, Институт автоматики АН Кирг. ССР. Было опубликовано несколько монографий отечественных и зарубежных исследователей, посвященных влагомет-рии широкого спектра материалов [10,11,12,13,14]. Обобщение и анализ результатов исследований показал, что проблему влагометрии сельскохозяйственных материалов в силу их специфических особенностей, следует рассматривать как самостоятельное научное направление - «Влагометрия сельскохозяйственных материалов». Вопросы теории и практики этого направления получили отражение в работах [15,16,17].
Приобретаемые научные знания об объектах исследования, как правило, реализовывались в экспериментальных образцах приборов. В результате были созданы влагомеры, работающие по принципу косвенного определения влажности: СВЧ, ЯМР, резистивные, емкостные, оптические, акустические, радиометрические, механические и др. Однако, создаваемые средства измерений имели ограниченные функциональные возможности и не высокие метрологические характеристики. К началу 70-х годов прошлого столетия работы по созданию влагомеров проводились инициативно, малыми силами, при участии промышленных предприятий с невысоким уровнем технологий, в отсутствие обоснованных требований к их метрологическим и эксплуатационным параметрам и метрологическому обеспечению. Следствием отмеченного стал не высокий технический уровень создаваемых средств измерений. В 1972 г. Постановлением Государственного Комитета Совета Министров СССР по науке и технике (ГКНТ) утверждается первый координационный план работ по проблеме «Создать комплексы унифицированных приборов и средств автоматизации для сельского хозяйства». Тем самым, проблеме оснащения сельского хозяйства приборами и средствами автоматизации был придан государственной статус. В дальнейшем координационные планы разрабатывались для каждой пятилетки. Это способствовало консолидации научных и производственных коллективов по решению наиболее актуальных задач в области приборостроения и автоматизации. Ведущие предприятия приборостроительной и электронной промышленности стали участниками решения проблемы. В результате были разработаны технологические приборы, лабораторное оборудование для оценки качества зерна, кормов, льна, почв, а также ряд систем автоматического контроля и управления стационарными и мобильными объектами.
Следует отметить, что 70-80-е г. прошедшего столетия были весьма плодотворными в развитии приборостроения и автоматизации в сельском хозяйстве. Об этом говорит наш анализ научно-технической литературы, государственных и ведомственных программ, авторских свидетельств. Заметный вклад в этот период сделан и в развитие влагометрии кормов. Для экспрессного определения влажности травяных кормов в лабораторных условиях были разработаны влагомеры зеленой массы ВЗМ 4М, травяной муки ВТМ-1 и технологический (полевой) влагомер «Электроника ВЛК-01». Первые два прибора производило по заявкам пользователей Кутаисское СКБ Проектприбор. Влагомер «Электроника ВЛК-01» является совместной разработкой ВИМа и ЦНИИ «Ин-фракон» (г. Винница). Это был первый серийно выпускаемый электронной промышленностью прибор, получивший широкое признание сельских специалистов практически на всей территории Советского Союза. Этому в огромной степени способствовала просветительская работа по технико-экономическим основам применения, проводимая на разных уровнях управления сельским хозяйством центрами научно-технической информации, научно-техническими обществами. Выпуск влагомера был прекращен в начале 90 -х годов с распадом страны. Всего было произведено более 30 тыс. приборов. Необходимость измельчения травы и считывание результатов измерений по таблицам создавали определенные неудобства при использовании прибора. Эти недостатки были учтены в разработанных теми же организациями влагомерах: «Электроника -200» и ЭЛИВС-100. В первом приборе, являющимся модификацией влагомера «Электроника ВЛК-01», применение микропроцессорной техники позволило перейти к непосредственному отсчету влажности, обеспечить самодиагностику работоспособности, ввести осреднение ряда последовательных измерений.
Влагомер ЭЛИВС-100 создавался для измерения влажности при заготовке силоса, сенажа, рассыпного и прессованного сена без отбора и специальной подготовки проб. Он представляет собой измерительный комплекс, выполненный по блочно-модульному принципу, включающий в себя микропроцессорный измерительный блок и набор первичных измерительных преобразователей (ПИП): компланарный - для измерения влажности трав в валках и прокосах и зондовый - для измерения в паковках. В приборе реализована оригинальная система компенсации влияния плотности материала, защищенная патентом. Она обеспечивает коррекцию результата измерения влажности в зависимости от плотности материала, исключает измерение при неполном заглублении зонда и подпрессовку материала оператором. По результатам хозяйственных испытаний, подтвердившим метрологические параметры и эксплуатационные достоинства разработки, была выпущена партия приборов. Все созданные образцы влагомеров защищены патентами и не имеют аналогов.
В связи с ростом цен на топливо и электроэнергию важное значение при производстве кормов с использованием высокотемпературной сушки трав на базе агрегатов АВМ (травяная мука, гранулы, сечка, брикеты) получила задача
создания поточных влагомеров. Отсутствие таких средств не позволяло оптимизировать процесс сушки. Вместе с тем, в исследованиях ВИМ, ЦНИИМЭСХ, ТСХА, ЛитНИИМЭСХ, ЛСХИ, ВНИИКОМЖ и др. оптимизация процесса сушки среди технических задач рассматривается как определяющий фактор повышения качества кормов и снижения энергозатрат. Исследования применяемых сушильных агрегатов как объектов управления позволили обосновать требования и разработать поточные влагомеры [20,21].
В рассматриваемый период была разработана вся нормативно-техническая и методическая документация (ГОСТы, МИ, ТПр, РД, методические рекомендации), позволяющие обеспечить качественное производство, метрологию и эффективное применение приборов при эксплуатации. Разрыв связей между научными и производственными коллективами разработчиков в начале 90-х годов не позволил наладить производство созданных приборов.
В настоящее время на рынке фактически нет влагомеров кормов отечественных производителей. Ограничена и номенклатура приборов зарубежных фирм. В основном, это влагомеры с зондовыми датчиками, что ограничивает их применение только определением влажности в различного рода паковках [18]. Влагомеры для кормов зарубежных производителей не отличаются высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками. Их показания подвержены большому влиянию плотности контролируемых материалов и действиям пользователя [15,19]. Очевидно, что следствием их применения являются риски в обеспечении качества и безопасности заготавливаемых кормов.В отсутствие средств для оперативного определения влажности трав в прокосах и валках без отбора и подготовки проб на практике продолжают широко использовать субъективные способы оценки их влажностного состояния.
Накопленный научный потенциал в области электрофизических свойств растительных материалов, современных технологий заготовки кормов, опыт разработки, метрологического обеспечения и практического применения средств измерений влажности, включая зарубежных, позволяют определить основные требования к конструктивным и функциональным возможностям перспективного отечественного универсального влагомера для кормов. Основные требования следующие: блочно-модульный принцип построения прибора, выполнение измерений без отбора и подготовки проб материала, автоматическая компенсация основных мешающих факторов (плотности и температуры), самодиагностика работоспособности по всем каналам измерений, возможность смещения градуировочных характеристик и усреднения результатов измерений, интерфейс связи с персональным компьютером.
Разработку такого прибора следует рассматривать в непосредственной связи с состоянием метрологического обеспечения отрасли. За годы реформ сложившаяся система ликвидирована, а системы, отвечающей требованиям рыночной экономики, не создано, несмотря на то, что метрологическое обеспечение сельского хозяйства есть сфера ответственности министерства.
В результате формирование технической базы для контроля и управления технологическими процессами осуществляется стихийно и определяется компетенцией и финансовым состоянием предприятий. Применение средств измерений в отсутствие прослеживаемости проверок, поверок, калибровок не обеспечивает доверия к получаемым результатам.
Литература:
1. Зафрен С.Я. Технология приготовления кормов. М.: Колос,1977.
2. Благовещенский Г.В. Сено и сенаж. М.: Московский рабочий, 1971.
3. Бойко И.И. Консервирование кормов. М.: Россельхозиздат, 1980.
4. Гросс Ф. Пути предотвращения потерь при силосовании кукурузы // DLZ-Deutsche landtechnische Zeitschrift. 1983. Т.34.
5. Потери питательных веществ в процессе производства сенажа из люцерны различной влажности / Вернигор В.А. и др. // Вестник с.-х. науки Казахстана. 1985. вып. 4.
6. Смурыгин М.А. Справочник по кормопроизводству. М.: Агропромиздат, 1985.
7. Иванов Ю.А, Скоркин В.К., Цой Л.М. Современные технологии заготовки, хранения и раздачи кормов на животноводческих фермах // Техника и оборудование для села. 2008. №11.
8. Определение качества сена // www.dachin/ru
9. Грачев В.П. От травостоя до скирды. О правилах заготовки // Нива Кубани. 2008. №1(1).
10. Берлинер М.А. Измерения влажности. М.: Энергия, 1973.
11. Бензарь В.К. Техника СВЧ-влагометрии. Минск: Вышэйшая школа, 1974.
12. Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия. М.: Химия, 1980.
13. Романов В.Г. Поверка влагомеров твердых веществ. М.: Издательство стандартов,1983.
14. Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов / под ред. Е.С.Кричевского. М.: Энергия, 1980.
15. Секанов Ю.П. Влагометрия сельскохозяйственных материалов. М.: Агропромиздат,1985.
16. Секанов Ю.П. Научные и технические решения проблемы влагометрии зерна и кормов в процессе их производства: дис. ... докт. техн. наук. М., 2000.
17. Секанов Ю.П. Влагометрия сыпучих и волокнистых растительных материалов. М., 2001.
18. Секанов Ю.П., Андреева Н.В., Колесников Д.С. Особенности применения инфракрасных установок для определения влажности кормов // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №2(6). С.134-144.
19. Секанов Ю.П., Пугачев П.М., Левина Н.С. О состоянии влагометрии волокнистых материалов // Автоматизация с.-х. производства: сб. докл. межд. науч.-техн. конф. Ч.2. М., 2004.
20. Николаев С.А., Адамов Ю.И., Куприянов А.К. Измерение влажности волокнистых материалов в потоке // Труды ВИМ. 1985. Т.122.
21. А.с. 1746279. Устройство для измерения влажности волокнистых материалов. Бюл. №25. Секанов Юрий Петрович, доктор технических наук, академик
ОАО «Российский научно - исследовательский институт сельскохозяйственных приборов» Тел. (499)257-37-40 E-mail: info@agropribor.com
The article considers the current state of science and practice in the field of moisture metering feed. It is shown that there is a shortage offield devices. On the market there are practically no moisture meters of domestic producers. Keywords: metrology, moisture meters, technologists, research, food, market.
