Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из основных путей интенсификации сельскохозяйственного производства является применение новых информационных технологий, создание и внедрение эффективных методов и технических средств контроля технологических параметров, внедрение алгоритмов управления производственными процессами В настоящее время особенно остро стоит эта проблема в связи с принятием национального проекта «Развитие АПК», федеральной целевой программы "Повышение плодородия почв России на 2005-2010 годы", а также созданием крупных производственных комплексов в животноводстве и в отраслях переработки сельхозпродукции
В области информатизации технологических процессов в развитых странах широко используются методы управления, основанные на использовании точных технологий в животноводстве и растениеводстве, систем датчиков, автоматов, компьютерного оборудования, обеспечивающие оптимизацию выполнения технологических процессов при минимизации затрачиваемых средств в АПК
Традиционные методы контроля параметров технологических процессов в АПК (например, концентрации углекислого газа, аммиака, влажности и др) трудоемки, требуют сложного лабораторного оборудования, значительных затрат времени, такие методы имеют большие погрешности измерений и высокую стоимость
Весьма перспективным направлением представляется применение ультразвуковых технологий и программно-инструментальных средств, обеспечивающих принятие оптимальных управленческих решений на основе объективной информации о технологических процессах растениеводства, тепличного хозяйства и в отраслях их переработки
Широкое применение ультразвуковых технологий в настоящее время сдерживается недостаточностью научно-методической базы Поэтому научная проблема состоит в развитии основ общей теории, обосновании и разработке системных требований к средствам ультразвукового контроля параметров технологических процессов для предприятий агропромышленного комплекса
Приведенные в диссертации материалы являются итогом многолетних исследований автора, выполненных в соответствии с государственной научно-технической программой 0 5121 «Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства», «Концепцией энергетического обеспечения сельскохозяйственного производства в условиях многоукладной экономики (РАСХН)», а также «Концепцией автоматизации технологических процессов сельскохозяйственного производства на период до 2010 года»
Целью диссертационной работы является разработка методов и средств ультразвукового контроля параметров технологических процессов, обеспечивающих снижение себестоимости сельскохозяйственной продукции и повышение экологической безопасности производства
Объект исследования - технологические процессы АПК
Предмет исследования - функциональные связи между параметрами технологических процессов сельскохозяйственного производства и физическими явлениями распространения ультразвуковых колебаний в объектах технологического контроля
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
1 Провести системный анализ применяемых в сельском хозяйстве
методов и средств ультразвукового контроля, разработать автоматизированную базу данных, обосновать объем и номенклатуру параметров технологических процессов в растениеводстве, в тепличных хозяйствах и в перерабатывающей отрасли
2 Провести синтез структуры систем ультразвукового контроля
параметров технологических процессов АПК, установить функциональные
связи между технологическими параметрами и характеристиками,
отражающими процессы распространения ультразвуковых колебаний в
объектах контроля, а также обосновать требования к системам ультразвукового
контроля
-
Провести структурное совершенствование существующих методов и средств ультразвукового контроля параметров технологических процессов
-
Разработать методы расчета и проектирования систем ультразвукового контроля технологических параметров сельскохозяйственных объектов
-
Разработать ультразвуковые приборы для контроля концентрации аммиака и углекислого газа на сельскохозяйственных предприятиях, уровня и наличия вредных веществ в воздухе рабочей зоны на перерабатывающих предприятиях, влажности продукции растениеводства и др
-
Провести технико-экономическую оценку эффективности систем ультразвукового контроля технологических параметров объектов АПК
Методы исследования. В работе использованы методы линейной и нелинейной акустики, вероятностей и математической статистики, нечетких множеств и нечеткой логики, анализ и синтез передаточных функций пьезоэлектрических преобразователей, имитационное моделирование, методы группового выбора и экспертных оценок теории систем, теории инвариантности и автоматического управления
Научную новизну исследований представляют
концепция повышения эффективности управления технологическими процессами на основе создания системы ультразвукового контроля, обеспечивающей автоматизированный мониторинг технологических процессов АПК,
синтез структуры систем ультразвукового контроля на основе теории нечетких множеств,
методы имитационного моделирования, расчета и проектирования пьезоэлектрических преобразователей, измерителей концентрации аммиака в воздухе рабочей зоны предприятий АПК, углекислого газа в атмосфере теплиц, уровня аммиака в циркуляционном ресивере, влажности сена и индикатора наличия вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятий АПК,
новые ультразвуковые способы и технические средства измерения и контроля параметров технологических процессов АПК
Новизна разработок подтверждена 24 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения РФ
Практическая значимость работы. Разработанные научные основы проектирования системы ультразвукового контроля являются базой для создания семейства ультразвуковых приборов с возможностью автоматизации сбора и обработки информации, характеризующей технологические процессы Такие приборы позволяют снизить себестоимость продукции и существенно повысить экологическую безопасность при производстве и переработке
Реализация результатов работы. Результаты исследований позволили разработать методические рекомендации, которые переданы для их практического использования в Сибирский физико-технический институт аграрных проблем СО РАСХН («Новые приборы контроля и диагностики
параметров технологических процессов в АПК»), Сибирский научно-исследовательский и проектно-технологический институт переработки сельскохозяйственной продукции СО РАСХН («Акустические методы и средства контроля технологических параметров в сельском хозяйстве»), Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства СО РАСХН («Контроль параметров технологических процессов сельского хозяйства — средство повышения качества продукции и устранения сверхнормативных потерь»), Главное управление сельского хозяйства администрации Алтайского края («Применение ультразвука в сельском хозяйстве»), а также применяются в учебном процессе АлтГТУ при проведении лекционных и лабораторных работ по дисциплине «Автоматизация технологических процессов АПК»
Созданные приборы ультразвукового контроля используются в хозяйствах Алтайского края, на Барнаульском гормолкомбинате, а также в учебном процессе АлтГТУ при постановке лабораторных работ по курсу «Автоматизация технологических процессов АПК» В результате использования новой ультразвуковой аппаратуры в АООТ «Барнаульский гормолкомбинат», в Кемеровском научно-исследовательском институте химической промышленности (Автоматизированная система контроля загрязнения воздуха (АСКЗВ) г Кемерово) и на других предприятиях АПК расчетный годовой экономический эффект составил около 198 млн рублей
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на ежегодных научно-технических конференциях АлтГТУ (Барнаул 1972-2006 гг), 3-й межвузовской конференции по электронике (Томск, 1974 г), региональной научно-практической конференции «Интенсификация работы водопроводных сооружений и автоматизация технологических процессов» (Барнаул, 1976 г), региональной научно-практической конференции «Проблемы охраны окружающей среды региона с интенсивно развивающейся промышленностью» (Кемерово, 1977 г), 4-ой Всесоюзной конференции «Методика и техника ультразвуковой спектроскопии» (Каунас, КПИ, 1980 г), региональной конференции «Научно-организационные и прикладные вопросы охраны окружающей среды в Алтайском крае» (Барнаул, 1980 г), Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии обеспечения качества образования» (2006 г - Барнаул), а также на заседании ученых советов в Главной геофизической обсерватории им Воейкова (С-Петербург, 1979 г), Всесоюзного научно-исследовательского института аналитического приборостроения (Киев, 1979 г), Уральского научно-исследовательского института химической промышленности (Екатеринбург, 1979 г), Всесоюзного научно-исследовательского института токов высокой частоты им Бонч-Бруевича (С -Петербург, 1979 г), Томского политехнического института им С М Кирова (Томск, 1980 г), ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет», 2007 г
На защиту выносятся:
-
Системный анализ методов и средств ультразвукового контроля, автоматизированная база данных, объем и номенклатура параметров технологических процессов на объектах растениеводства, тепличных хозяйств и перерабатывающей отрасли
-
Синтез структуры системы ультразвукового контроля параметров технологических процессов АПК, функциональные связи между технологическими параметрами и характеристиками распространения ультразвуковых колебаний в объектах контроля, требования к системе ультразвукового контроля
-
Структурное совершенствование методов и устройств ультразвукового контроля параметров технологических процессов
-
Методы расчета и проектирования системы ультразвукового контроля с учетом установления функциональных связей между технологическими параметрами и характеристиками распространения ультразвуковых колебаний в объектах контроля
5 Ультразвуковые приборы для контроля концентрации аммиака и
углекислого газа на сельскохозяйственных предприятиях, уровня и наличия
вредных веществ в воздухе рабочей зоны на перерабатывающих предприятиях,
влажности продукции растениеводства
6 Методика определения технико-экономической эффективности
системы ультразвукового контроля технологических параметров в
сельскохозяйственном производстве и отрасли переработки
сельскохозяйственной продукции
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 76 печатных работах, в том числе в 2 монографиях и в 24 авторских свидетельствах и патентах на изобретения
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, выводов по диссертации, списка литературы из 289 наименований Приложения к работе оформлены в виде отдельного тома Диссертационная работа изложена на 333 страницах, объем приложения составляет 145 страниц
