CC BY
98
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства
4. Datasheets DHT22. RL:http://www.adafruit.com/datasheets/ DHT22.pdf (дата обращения: 05.03.2015).
5. 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.
УДК 631.1
А.А. УСТРОЕВ, канд. техн. наук; Е.Е. ОРЕШИН, канд. техн. наук
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОЕИИ ПРЕДРЕАЛИЗАЦИОННОЙ ПОДЕОТОВКИ КАРТОФЕЛЯ РАЗЛИЧНОЕО НАЗНАЧЕНИЯ
Представлена структура многовариантной технологии предреализационной подготовки картофеля, необходимая для моделирования и оптимизации параметров технологических процессов и технических средств.
Ключевые слова, картофель, технология подготовки, моделирование
А.А. USTROEY, Cand Sc (Eng); Е.Е. ORESHIN, Cand Sc (Eng)
STRUCTURAL AND FUNCTIONAL ANALYSIS OF PRE-SALE TREATMENT TECHNOLOGY OF DIFFERENT KINDS OF POTATO
The paper presents the scheme of a many-variant technology of pre-sale treatment of potato, which helps to simulate and optimize the parameters of technological processes, machines and equipment.
Keywords, potato, pre-sale treatment, simulation
Картофелеводство является одной из важнейших отраслей сельскохозяйственного производства в Северо-Западном регионе РФ. Картофель занимает особое место среди продуктов питания,
39
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. ИАЭП. 2015. Вып. 86.
составляющих основу продовольственного рынка практически всех территориальных образований региона и оказывает существенное влияние на их продовольственную безопасность. Картофель для региона - это не только «второй хлеб», но и социально значимая культура, способствующая развитию сельских территорий и повышению ресурсов крестьянских (фермерских) хозяйств (КФХ), личных подсобных и дачных хозяйств.
Площадь посадок и валовый сбор картофеля в хозяйствах всех категорий в 2012 году составили соответственно 106 тыс. га и 1490 тыс. тонн. Уровень же самообеспечения при этом составил 82-86%, что требует дальнейшего развития отрасли [1].
Средняя урожайность картофеля в хозяйствах всех категорий в 2012 году составила 142,3 ц/га, в т.ч. в СХП - 187,5 ц/га, что соответствует средним значениям этого показателя по РФ в целом и значительно ниже урожайности картофеля в западноевропейских странах - 250-300 ц/га. Низкая урожайность картофеля является главной причиной его высокой себестоимости (4,5-5,0 тыс.руб./т).
Одним из условий высокой эффективности производства картофеля, наряду с урожайностью является качество товарного картофеля. В настоящее время на региональном рынке картофеля предложение значительно превышает спрос. Конкурентоспособность же товарного картофеля определяется его качеством и ценой. Покупатели хотят видеть на прилавках чистый (помытый), фасованный в потребительскую тару картофель 1-го класса качества или «экстра». Цена такого картофеля в 2-3 раза превышает цену картофеля 2-го класса качества (неочищенного в сетках). Производители же картофеля, как правило, ориентируются на достижении высокой урожайности, оставляя вопросы качества на втором месте.
Качество продовольственного картофеля определяется его сортом, качеством семенного материала, технологией возделывания, а также способами его послеуборочной доработки и предреализационной подготовки.
40
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства
Вместе с тем технико-технологическое обеспечение предреализационной подготовки картофеля как в сельхозпредприятиях, так и в крестьянских и фермерских хозяйствах является недостаточным - отсутствуют рекомендации по оптимальным технологиям подготовки картофеля, а номенклатура необходимого при этом оборудования широко представлена на российском рынке дорогостоящей импортной техникой, и отсутствует методология выбора рациональных технических средств для условий конкретных хозяйств.
этой связи актуальной научной задачей является разработка алгоритма и методологии построения технологии и обоснования набора и параметров технических средств предреализационной подготовки картофеля.
Исходя из вышеизложенного, технология предреализационной подготовки картофеля является важным самостоятельным объектом исследования.
Первым этапом методологии проектирования технологии является ее структурное представление и анализ.
Правильная постановка задач научных исследований, в том числе и по оптимизации параметров технологии и оборудования для предреализационной подготовки картофеля, предполагает обоснование общей схемы исследований, отражающей современные научные достижения. Исходя из этого положения методической основой при реализации всех этапов разработки методологии выступает системный подход. В рамках системного подхода объект исследования представляется в виде некоторой системы. В нашем случае принимается следующий инвариант значения термина «система» [2]:
- она представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов;
- образует особое единство со средой;
- как правило, исследуемая система представляет собой элемент системы более высокого порядка;
41
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. ИАЭП. 2015. Вып. 86.
- элементы исследуемой системы в свою очередь, обычно могут выступать как системы более низкого порядка.
На этом основании технология предреализационной подготовки картофеля представляет собой сложную многопараметрическую систему. Для описания такой системы она представляется в виде информационной модели (рис. 1).
х
di Г.. ^ d2 < > | dn : i ] t
Л1 > Хг > Технология (технологическая линия)
-ч *
' А 1 А А А А А м А А А А
fl Ъ fk Т-1 тг Zr \х |2 |s
v
V
F
а ^
V
Z
а V.
V
L
■~Ч
Г Y
а
U
Рис. 1. Информационная структурно- параметрическая модель функционирования технологии предреализационной подготовки картофеля
Входами модели являются:
- группа неуправляемых факторов - условия функционирования (засоренность вороха, количество больных, загнивших клубней и др.),
Х = (Х1-ХЛ
- группа неконтролируемых факторов процесса - возмущающие воздействия (состояние вороха), D = (dx...dn)\
- группа управляемых факторов процесса (U), включающая:
■ вариантный состав технологических операций F = (fv..fk);
■ вариантный состав технологических комплексов машин и оборудования для каждой операции Z = (zv..zr);
42
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства
■ технологические параметры и режимы работы машин и оборудования, входящих в линию L = (ll...ls).
Выходами модели являются критерии качества функционирования (эффективности) системы (энергетические, технико-экономические) Y = (yl...yt)
Можно предположить, что каждому сочетанию факторов X и D соответствует сочетание значений факторов L, вырабатываемых оператором линии или автоматическим устройством, то есть в рамках заданной структуры технологической линии, повышение эффективности системы связано с варьированием факторов L.
Нахождение оптимальных параметров и режимов работы линии и оборудования, реализующих технологическую линию, позволяет повысить эффективность системы только в ограниченных пределах.
Существенное улучшение функционального совершенства системы возможно путем изменения структуры технологической линии с учетом производственных условий.
Таким образом повышение эффективности технологической линии будем рассматривать как задачу структурной оптимизации, что сводиться к комбинаторной задаче выбора наилучшей структуры факторов F и Z из числа заданных.
В работе [3] приведены термины и определения, используемые в литературе по технологическому проектированию, как в промышленности, так и в сельском хозяйстве.
Интерпретация указанной терминологии для исследуемой технологии предреализационной подготовки картофеля может быть представлена в следующем виде.
Технология (Т) - это логическая совокупность технологических процессов, обеспечивающих доработку вороха картофеля (ВК) с определенными исходными характеристиками качества до товарного картофеля (ТК) с характеристиками качества, соответствующими требованиями стандартов.
Технологический процесс (ТП) - логически упорядоченная совокупность технологических операций, преобразующая одно
43
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. ИАЭП. 2015. Вып. 86.
состояние картофеля в другое, которые в определенном смысле можно считать конечным (сортирование вороха картофеля, мойка клубней и т.д.).
Технологическая операция (ТО) - процесс изменения состояния картофеля под воздействием постоянного орудия при неизменном характере воздействия (погрузка, транспортировка, калибрование клубней).
Исходя из этих определений технология предреализационной подготовки картофеля включает в себя следующие технологические процессы и технологические операции:
А) Общие для всех сфер назначения картофеля тп01- выемка картофеля из хранилища
При хранении навалом то011 - подбор вороха картофеля то012 - транспортировка к месту сортирования
При контейнерном хранении то011 - подъем и транспортировка контейнеров то012 - выгрузка картофеля из контейнера тп02- сортирование вороха картофеля
то021 - отделение свободной почвы, мелких клубней и примесей то022 - калибрование клубней тп03 - инспекция клубней
Б) Дополнительно для продовольственного картофеля класса качества «экстра»
тп04 - мойка клубней
то04Л - замачивание клубней
то042 - активная мойка клубней
то043 - полировка клубней
тп05 - съем влаги с клубней (сушка)
тп06 - фасовка в потребительскую тару
то06Л - взвешивание
то062 - затаривание
44
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства
то063 - маркировка
то064 - укладка продукции на паллеты
1- го класса качества
тп01 - сухая очистка
тп06 - фасовка в потребительскую тару
2- го класса качества 77708 - фасовка в тару без взвешивания то0НЛ - затаривание
rom2 - укладка на паллеты
В) Дополнительно для семенного картофеля тп09 - защитно-стимулирующая обработка
Таким образом, технологические схемы системы предреализационной подготовки картофеля могут быть представлены в виде:
I Продовольственный картофель класса «экстра»:
777 _> 777 _> 777 _> 777 _> 777 _> 777 _> 777
II Продовольственный картофель 1-го класса качества:
тп __> тп _> тп _> тп _> тп _> тп
1110\ ^ 11102 ^ 111оъ ^ 111оч ^ 111оъ ^ 111ов
III Продовольственный картофель 2-го класса качества:
ТП __> тп _> тп __> тп
1110\ ' 11102
IV Семенной картофель
ТП —± / / / —± / / / —± / / /
11101 ^ 11102 ^12103 ^11109
Структурная схема технологии при этом может быть представлена в следующем виде (рис. 2):
Технология предреализационной подготовки картофеля является многовариантной г е {т}. Многовариантность обеспечивается широкой номенклатурой способов и технических средств и выражается в возможности доработки картофеля до требуемого уровня качества при различном состоянии исходного вороха, способе его хранения, способе очистки картофеля от поверхностной почвы. Как следует из рис. 2, каждый вариант технологии состоит из следующих друг за другом технологических процессов (ТП).
45
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. ИАЭП. 2015. Вып. 86.
Рис. 2. Структурная схема многовариантной технологии предреализационной подготовки картофеля
Номенклатура ТП входящих с состав технологии зависит от назначения картофеля и заданного класса качества. Например, сортирование вороха картофеля и инспекция клубней - ТП общие для всех сфер использования картофеля, а протравливание семенного картофеля или мойка продовольственного картофеля - ТП характерные для соответствующих сфер потребления.
Каждый технологический процесс каждого варианта технологии состоит из альтернативных технологических операций (ТО), вследствие чего также характеризуется множественностью вариантов: тп}, например, ТП- сортирование вороха картофеля
включает такие альтернативные варианты технологических операций, как калибрование сетчатой сортировкой, калибрование грохотной сортировкой, калибрование роликовой сортировкой и другие.
Каждый из альтернативных вариантов оказывает соответствующее влияние на качество картофеля после доработки и затраты ресурсов.
Каждая технологическая операция выполняется технологическим оборудованием - техническими средствами (ТС). Современный рынок технических средств обеспечивает многовариантность каждой технологической операции: ще{го), вследствие того, что /г, е {тс:}.
46
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства
Например, калибрование клубней роликовыми сортировками может быть выполнен следующими техническими средствами:
- ПКСП-6-10 - ГНУ СЗНИИМЭСХ (Россия);
- С6РК15ПБС - Агротехресурс (Россия);
- YS6 - GRIMME (Германия).
ВЫВОДЫ
1. Технология предреализационной подготовки картофеля
представляет из себя сложную многопараметрическую систему.
2. Установлена многовариантность технологии, которая обеспечивается широкой номенклатурой способов (технологических операций) и технических средств для их реализации.
3. Значительное повышение эффективности технологии
возможно на основе ее структурной оптимизации, которая сводится к комбинаторной задаче выбора наилучших вариантов технологических операций и технических средств из числа заданных.
4. Системное структурное представление технологии
является основой для последующей разработки ее математической модели и оптимизации параметров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРА
Г Индустрия картофеля (справочник). Под ред. В.И. Старовойтова. Изд. 2-е, дополнен. / ВНИИКХ, Россельхозакадемии.: Москва, 2013 г.
2. Устроев А.А. Исследование и разработка методов оптимизации эксплуатационных параметров и режимов работы машиннотракторных агрегатов при их испытаниях (на примере картофелеуборочного агрегата). Дис... канд. техн. наук / А.А. Устроев, - Ленинград-Пушкин, 1982. 199 с.
3. Логинов Е.А., Фомин И.М. и др. Оптимизация техникотехнологических решений в картофелеводстве / Е.А. Логинов, И.М. Фомин, В.Ф. Клейн, и др. - СПб-Павловск: ЕНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2009. ISBN 978-5-88890-062-8.
47
