Введение к работе
Актуальность проблемы. Для производства кормов в России используется около 75% всех сельскохозяйственных угодий и более половины валового сбора зерна. Однако отсутствие эффективных методов прогнозирования в отрасли, применение несовершенных технологий и техники привело к значительному снижению продуктивности кормовых культур и качества производимых кормов. Кроме того, рационы кормления животных во многих хозяйствах не сбалансированы по белку, что приводит к перерасходу кормов и снижению эффективности производства животноводческой продукции.
В этих условиях поиск системных решений вывода отрасли из кризисного положения а повышения эффективности кормопроизводства, как одной из основных отраслей агропромышленного комплекса, требует новых подходов. Следует отметить также, что процессы производства кормов тесно связаны с окружающей средой: с одной стороны они зависят от природных условий (наличия и качества земель, водных ресурсов и т.д.), а с другой стороны могут существенно влиять на окружающую среду - изменять качество почвы, поверхностных и грунтовых вод и даже изменять экосистемы и микроклимат территории, что усложняет решение и повышает сложность решаемых задач.
В настоящее время разработаны и рекомендованы к внедрению многочисленные научные разработки по повышению эффективности и устойчивости кормопроизводства.
ТВ. Благовещенский, А.А, Зотов, Н.И. Кашеваров, ВЛ. Кирсев, Н.А. Корнеев, А.Л, Кутузова, Г.П. Кутузов, А.Н. Кшникаткина, А.Ф. Ларин, Н.С. Лебедев, А.С. Новоселова, Ю.К. Новоселов, Л,С. Трофимова, Н.А. Трофимов, А.С. Образцов, Ю.М. Писковацкий, М.И. Рубцов, И.В. Савченко, Д.М. Тебердиев, Г.Д. Харьков, З.Ш. Шамсутдинов, И.С. Шатилов и А.С. Шпаков предложили ресурсосберегающие технологии рационального использования сенокосов и пастбищ, перспективные севообороты и технологии возделывания многолетних трав, зернобобовых и других кормовых культур.
НГ. Андреев, Г.В. Благовещенский, И.С. Дмитриева, С.Д. Комарова, А.А. Кутузова, Г.Е. Мерзлая, СМ. Нечушкина, А.Д. Прудников, В.В. Тельбиз, В.А. Тюлин, В.А, Тюльдкжов, Г.Д. Харьков и B.C. Юшак разработали приемы многоукосного использования травостоев.
Ю.Д. Ахламов, В.А, Бондарев, В.М. Дуборезов, А.А, Панов, BJC. Скоркин, В.М. Соколов и А В. Шевцов предложили новые высокоэффективные технологии заготовки и хранения высокопротсиновых, энергонасыщенных, объемистых кормов.
А.А. Алиев, Н.Г. Григорьев, В Л. Дегтярев, А.П. Калашников, Б.Д. Кальницкий, Н.Н. Скоробогатых, Н.И. Стрекозов, АЛ. Фицев и В.В. Щеглов разработали современные нормы, рационы и системы кормления животных, ориентированные на наиболее полное обеспечение потребностей животных в энергетической и протеиновой питательности, витаминах и других биологически активных веществах.
Большой вклад в разработку математических моделей и методов решения разнообразных задач агропромышленного производства внесли многие отечественные ученые: ГЛ. Агасандян, Г.В. Беспахотный, М.Е. Браславец, AM. Гатаулин, Ф,И. Ерешко, В Г. Киселев, В.И. Киселев, Р.Г. Кравченко, Э.Н. Крылатых, А.В, Лотов, В.В. Милосердое, В.П. Можин, Н.М. Морозов, Н.Н. Моисеев, А.С. Образцов, СБ. Огнивцев, И.Г. Попов, СО. Сиптиц и ВЛ. Узун. Анализ их работ показал, что совершенствование технологических процессов на основе оптимизационных моделей
может быть очень важным инструментом по научному обеспечению и организации эффективных способов ведения кормопроизводства.
Вышеизложенное подтверждает актуальность исследований по совершенствованию технологических процессов в кормопроизводстве на основе математических моделей и методов, направленных на оптимизацию основных параметров системы кормопроизводства, включая соотношение полевых и лугопастбищных угодий, структуры посевных площадей и размещение культур в системе севооборотов, технологии приготовления объемистых кормов, рациональное использование удобрений и известковых материалов, с целью снижения затрат на производство кормов, улучшения их качества и повышения эффективности производства животноводческой продукции.
Настоящая работа устраняет существующий пробел в системных исследованиях по совершенство вани» технологических процессов в кормопроизводстве на основе оптимизационных моделей.
Целью исследований являлось совершенствование на основе оптимизационных моделей технологических процессов и параметров в кормопроизводстве, направленное на повышение эффективности использования земельных ресурсов, выращенного урожая кормовых культур, производства животноводческой продукции в зависимости от уровня материально-технического обеспечения предприятий.
В задачу исследований входило:
разработать основные положения оптимизации создания кормовой базы в АПК, как основы производства продукции животноводства;
на основе математического моделирования провести оптимизацию технологий производства кормов заданного количества и качества в зависимости от наличия пашни и естественных кормовых угодий;
разработать систему математических моделей рационального использования удобрений в сельскохозяйственном производстве, в том числе в кормопроизводстве;
предложить математические модели формирования научной структуры и конкурсного отбора научно-технических и инновационных проектов и оперативного управления ими с целью совершенствования научного обеспечения кормопроизводства.
Научная новизна исследований. На основании проведенных исследований впервые разработана совокупность математических моделей оптимизации кормовой базы и структуры производства в животноводческих хозяйствах в зависимости от ночвенно- климатических условий возделывания кормовых культур, наличия материально-технических средств и других факторов.
Предложены экспертно-математнческие методы сравнительной оценки технологий заготовки объемистых кормов, использование которых дает возможность, с высокой долей достоверности, определять наиболее эффективные из них.
Разработана система математических моделей рационального использования удобрений всех видов, включая органические и известковые материалы, в кормопроизводстве.
Предложены математические модели формирования научной структуры и конкурсного отбора научно-технических и инновационных проектов организации и оперативного управления ими для проведения многовариангных расчетов, направленных на повышение эффективности инновационной деятельности в кормопроизводстве.
Теоретической и методологической основой исследований явились анализ и
обобщение разработок отечественных к зарубежных ученых в области ЛПК, включая кормопроизводство, и ряде других научных дисциплин, в том числе экономику, математическую статистику, теорию графов и исследования операций.
В качестве методологической основы исследований был принят системный анализ. Широкий круг и разнообразность задач исследований предопределили целесообразность применения экономико-статистического, расчетно-нормативного и экономико-математического методов, а также экспертных оценок в кормопроизводстве и других отраслях АПК.
Агроэнергетическая и экономическая оценка технологий в кормопроизводстве проводилась по методикам ВНИИ кормов имени В.Р. Вильямса [Б.П. Михайличенко, А .А. Кутузова, Ю.К, Новоселов и др., 1995; Б.П.Михайличенко, А. С, Шпаков, АЛ. Кутузова, 2000; А. С. Шпаков, 2004].
Информационной базой исследований послужили действующие нормативные и правовые документы, разработанные Министерством сельского хозяйства Российской Федерации, ВНИИ кормов имени В.Р. Вильямса, Всероссийским государственным научно-исследовательским институтом животноводства, ВНИИ агрохимии и другими организациями РАСХН, по возделыванию кормовых культур, технологиям заготовки и хранения кормов, кормлению животных, внесению удобрений под сельскохозяйственные культуры.
Обоснованность и достоверность положений диссертации обеспечиваются большим фактическим материалом, полученным в результате многолетних исследований, основанных иа системном анализе, применением современной вычислительной техники и экономико-математических методов, идентичностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также тестовыми расчетами.
Концептуальная направленность работы состоит в разработке математических моделей и методов оптимизации технологических процессов, направленных на повышения эффективности в кормопроизводстве.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Применение разработанных математических моделей и методов оптимизации технологических процессов в кормопроизводстве позволит обеспечить:
оптимальное соотношение площадей кормовых культур и выбор технологий их возделывания в хозяйстве;
надежность и пригодность вновь разработанных технологий приготовления различных видов кормов при уборке трав в оптимальные сроки;
качественную заготовку кормов высокой энергетической и протеиновой питательности при различных условиях материально-технического обеспечения хозяйства и взаимозаменяемости технологий, а также оптимизацию рационов для животных;
сравнительную технико-экономическую оценку различных технологий заготовки объемистых кормов из многолетних трав.
Математические модели формирования научной структуры и отбора научно-технических и инновационных проектов н оперативного управления ими предназначены для проведения многовариантных расчетов, направленных на повышение эффективности инновационной деятельности в кормопроизводстве.
Разработанная система математических моделей применения удобрений была апробирована на общесоюзном уровне в 1986-1987 гг. для комплексной оценки их использования в сельском хозяйстве.
Внедрение результатов исследований подтверждено документами Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (№ 13-02-4/599 от 22.03.2005), Федерального агентства по науке и инновациям Министерства образования и науки Российской Федерации (№ 01-236 от 14.03,2005) и ряда всероссийских научно-исследовательских институтов РАСХН.
Результаты исследований были использованы при подготовке:
методики по анализу и оценке информационно-аналитического обеспечения перерабатывающих отраслей (подотраслей) АПК (одобрена Миннауки России в 1996 г.);
методических рекомендаций по экономическому обоснованию научных проектов в отраслях АПК (одобрены РАСХН и Миннауки России в 1999 г.);
методических рекомендаций по определению, оценке и использованию результатов научно-технической деятельности и объектов интеллектуальной собственности в перерабатывающих отраслях АПК (одобрены Минпромнауки России в 2000 Г.).
Апробация результатов исследований. Основные исследования, выполненные автором в период 1977-2004 гг., проводились в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ Института кибернетики НАН Республики Азербайджан по теме «Разработка и внедрение АСУ в сельском хозяйстве Азербайджанской ССР» (1977 г.), ВНИГГШ кибернетики ВАСХНИЛ по теме «Разработка и внедрение систем электронизации сельского хозяйства» Комплексной программы научно-технического прогресса стран членов СЭВ (1986 г.), ООО «Научно-производственное объединение СоюзИнТеП» и ООО «Научно-исследовательский институт информационных технологий в АПК» - в рамках государственных научно-технических программ «Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК» и «Перспективные процессы производства сельскохозяйственной продукции» (1991-1997 гг.), федеральных целевых научно-технических программ «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» (1998-2001 гг.) и «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» (2002-2006 гг.).
Результаты исследований докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных и всероссийских научных и научно-практических конференциях: Москва (1996, 1998, 2003), Углич (1986, 1987, 1995, 2001), Латвия (1986), Республика Азербайджан (1995, 1998, 2000), Болгария (1995), Италия (1996), Швейцария (1998, 2002). Ливан (2О03Х Египет (2004), на выездных заседаниях коллегии Миннауки России (1993, 1994, 1995, 1996), а также на семинарах и заседаниях ученых советов Института кибернетики НАН Республики Азербайджан, Вычислительного центра РАН, ВШШТИ кибернетики ВАСХНИЛ, Всероссийского института удобрений и агропоч-воведения ВАСХНИЛ, Центрального института агрохимического обслуживания сельского хозяйства ВАСХНИЛ, ООО «Научно-производственное объединение СоюзИнТеП» и ООО «Научно-исследовательский институт информационных технологий в АПК».
Личный вклад автора:
обоснование актуальности постановки исследований по теме диссертации;
идея и направленность работы, постановка задач исследований, разработка методов их решения;
организация, плакирование и проведение исследований;
формулирование и обоснование основных направлении и концепции совершенствования технологических процессов в кормопроизводстве;
обоснование и разработка математических моделей и методов совершенствования технологических процессов в кормопроизводстве;
разработка программного обеспечения математических моделей н методов для проведения расчетов на тестовых примерах на разных стадиях управления процессами в кормопроизводстве;
научное обобщение результатов исследований и подготовка рекомендаций по применению математических моделей совершенствования технологических процессов в кормопроизводстве.
Долевое участие автора в выполненной работе превышает 80%.
Основные положения, выносимые на защиту. Совокупность результатов исследований, позволяющих обосновать и рекомендовать для практического использования математические модели и методы совершенствования технологических процессов в кормопроизводстве, в том числе;
-
Математизация технологических процессов в кормопроизводстве и животноводстве с целью их оптимизации.
-
Экспертно-математические методы сравнительной оценки различных технологий в кормопроизводстве.
-
Система математических моделей рационального использования удобрений в сельскохозяйственном производстве, в том числе и в кормопроизводстве.
-
Математические модели научного обеспечения кормопроизводства, включая формирование научной структуры и конкурсного отбора научно-технических и инновационных проектов организации и оперативного управления ими.
Публикации, По теме диссертации опубликована 51 научная работа, в том числе 1 монография объемом 25,25 печатных листов.
Структура и объем диссертации. Работа опубликована в виде монографии на 404 страницах, состоит из введения, 9 глав, заключения, проиллюстрирована 75 таблицами и 7 рисунками. Список использованной литературы включает 272 источника, в том числе 18 на иностранных языках.