Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цели и задачи исследовний 17
1.1. Характеристика сельскохозяйственного производства Республики Марий Эл 17
1.1.1. Природно-климатические условия выполнения сельскохозяйственных операций 17
1.1.2. Размещение отраслей сельскохозяйственного производства по зонам республики 21
1.1.3. Анализ хозяйственной деятельности сельскохозяйственных предприятий по зонам их расположения 29
1.2. Анализ обеспеченности техническими средствами сельскохозяйственного производства республики 37
1.2.1. Анализ машиноиспользования в хозяйствах республики 37
1.2.2. Анализ состояния обеспеченности технологическим оборудованием АПК республики 44
1.2.3. Состояние организации технического обслуживания и обеспечения эксплуатационной надежности средств технической оснащенности сельскохозяйственного производства республики Марий Эл 50
1.2.4. Организация диагностирования технического состояния сельскохозяйственных агрегатов 58
1.2.5. Отечественные и зарубежные методы и средства диагностирования технических средств в АПК 62
1.3. Цели и задачи исследования 73
2. Критерии и методы формирования технической оснащенности машинно-технологических станций с учетом вероятностных условий их работы в республике Марий Эл 81
2.1. Концептуальная и информационная модели технической оснащенности сельскохозяйственного производства 81
2.2. Оценка качества технической оснащенности машинно-технологических станций с учетом их зональной принадлежности 90
2.3. Математическая модель и алгоритм задачи оптимизации средств технической оснащенности растениеводства 113
2.4. Программный комплекс системы расчетов технической оснащенности земледелия 135
3. Формализация методов обеспечения эксплуатационной и технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов и формирование оценок качества их функционирования 148
1. Модели функционирования энергетических и технологических процессов сельскохозяйственных машин и агрегатов 148
2. Оценки эксплуатационной и технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов 158
3. Допускаемые значения оценок показателей эффективности рабочих процессов сельскохозяйственных машин и агрегатов 165
4. Расчет эффективности функционирования процессов сельскохозяйственных агрегатов при отсчете фиксированных допусков от среднего значения показателя эффективности 168
5. Расчет оценок эффективности процессов сельскохозяйственных агрегатов при отсчете фиксированных допусков от настроечного значения показателя эффективности 175
6. Расчет оценок эффективности процессов сельскохозяйственных агрегатов при отсчете фиксированных допусков от текущего среднего значения показателя эффективности 183
7. Расчет оценок надежности сельскохозяйственных агрегатов... 186
Экспериментальные исследования по установлению условий функционирования сельскохозяйственных агрегатов и технологических комплексов 190
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований 190
4.2. Алгоритм обработки результатов экспериментальных исследований 193
4.3. Характеристика нормативно-справочной информации 197
4.4. Характеристика объекта проведения эксперимента 206
4.5. Анализ результатов расчетов 211
5. Показатели технической оснащенности земледелия республики Марий Эл и функциональное назначение машинно-тех-нологических станций в зонах республики Марий Эл 225
5.1. Методы учета вероятностных характеристик условий работы сельскохозяйственных агрегатов 225
5.2. Оценки вероятностных характеристик распределения сроков начала и продолжительности проведения технологических операций в моделях функционирования технической оснащенности 235
5.3. Анализ показателей технической оснащенности сельскохозяйственных зон республики 252
5.4. Функциональное назначение и размещение машинно-технологических станций на территории Республики Марий Эл 260
6. Формирование параметров технической оснащенности послеуборочной обработки зерна 283
6.1. Общие положения 283
6.2. Методика построения имитационных расчетов и характеристика информационной подсистемы 285
6.3. Дискретная имитационная модель функционирования средств технической оснащенности для уборки и послеуборочной обработки зерна 296
6.4. Анализ функционирования зерноуборочного комплекса как многопараметрической вероятностной системы 306
6.5. Результаты формирования технической оснащенности уборки и послеуборочной обработки зерна 315
7. Методология обеспечения и эксплуатационной надежности средств механизации трудоемких процессов в АПК 321
7.1. Общие положения 321
7.2. Обеспечение технологической и эксплуатационной надежности технических средств АПК посредством управления их техническим состоянием 332
7.3. Основные задачи управления техническим состоянием машин 337
7.4. Способы управления техническим состоянием машин 343
7.5. Оптимизация технических средств и периодичности технического обслуживания и ремонта машин 347
7.6. Предупреждение внезапных отказов машин 356
8. Методы спектрального анализа для технического состояния машины 361
8.1. Общие положения 361
8.2. Формализация вибрационного процесса в подшипниках качения сельскохозяйственных агрегатов 373
8.3. Особенности диагностирования и балансировки роторных рабо-
чих органов машин при неравномерности их вращения 385
8.4. Современные средства диагностирования машин на основе применения цифровых методов анализа сигнала при реализации вибрационного диагностирования 391
8.5. Архитектура универсальной диагностической платформы 399
8.6. Архитектура программного обеспечения универсальной диагностической платформы 404
9. Региональные особенности управления техническим состоянием средств технической оснащенности 410
9.1. Основные положения 410
9.2. Обоснование специфического режима ТОР машин для данного региона 416
9.3. Характеристика мобильных и стационарных технических средств диагностирования и обслуживания машин 422
9.3.1. Средства диагностирования в растениеводстве 422
9.3.2. Рекомендации по организации диагностирования машин 433
9.4. Рекомендации по компоновке и оснащению стационарных и пе
редвижных средств диагностирования 436
9.4.1. Определение остаточного ресурса смазочного материала 440
9.5. Обоснование и выбор диагностических параметров новых сельскохозяйственных машин 442
Выводы и предложения 445
Библиографический список 449
Приложения 492
Справки о внедрении 658
- Природно-климатические условия выполнения сельскохозяйственных операций
- Концептуальная и информационная модели технической оснащенности сельскохозяйственного производства
- Модели функционирования энергетических и технологических процессов сельскохозяйственных машин и агрегатов
- Алгоритм обработки результатов экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства зависит от качества его технической оснащенности, которая формируется в зависимости от специализации хозяйств, зональных природно-климатических особенностей, а также от качества организации системы, предназначенной для обеспечения товаропроизводителей техникой, при необходимости её восстановления и поддержания в работоспособном состоянии.
Реорганизация сельскохозяйственного производства страны, которая повлекла за собой акционирование предприятий АПК и закрепление за ними технических средств, сделала практически неэффективным сохранение в них предприятий, отвечающих за обеспечение средствами механизации трудоемких процессов. Анализ основных показателей хозяйственной деятельности АПК Республики Марий Эл свидетельствует о неудовлетворительном её состоянии, необходимости создания здесь системы для обеспечения АПК техническими средствами, а также повышения их технологической и эксплуатационной надежности.
Переход к рыночным отношениям остро ставит проблему повышения эффективности использования технических средств АПК в Республике Марий Эл. Отмеченное является следствием высокой себестоимости механизированных работ. При этом необходимо иметь в виду и отсутствие у товаропроизводителей средств на приобретение новой техники из-за резкого роста стоимости сельскохозяйственной техники и диспаритета цен на неё и сельскохозяйственную продукцию.
Перечисленное выше характеризует в целом снижение технического потенциала предприятий АПК, что сказывается на своевременности выполнения технологических операций в соответствии с агротехническими требованиями, снижении качества работы мобильных и стационарных агрегатов, а следовательно, и на недополучении сельскохозяйственной продукции отраслей растениеводства и животноводства.
Таким образом актуальность решения сложной проблемы повышения качества и своевременного выполнения механизированных работ заключается в практической реализации проблемных вопросов, имеющих непосредственное отношение к методологии оснащения и использования в сельхоз-производстве технических средств в условиях создания развитой сети машинно-технологических станций (МТС), использования алгоритмических и микропроцессорных средств оценки качества функционирования сельскохозяйственных агрегатов (СХА) и технологических комплексов, а также организации управления их техническим состоянием.
Цель работы - способствовать повышению эффективности сельскохо
зяйственного производства на основе формирования нормативной базы ос
нащения МТС средствами механизации АПК и обеспечения их работоспо
собности. ..^ „,:;jii/wibHAM і
j БИБЛИОТЕКА j
Научную новизну работы составляют:
концептуальная и информационная модели объекта исследования, учитывающие формирование средств технической оснащенности сельскохозяйственного производства во взаимодействии с производственно-техническими системами, обеспечивающими восстановление работоспособности, технологическую и эксплуатационную надежность технических средств АПК, своевременное выполнение трудоёмких процессов в земледелии, послеуборочной обработке сельскохозяйственной продукции и животноводстве;
критерии и методы оценки качества технической оснащенности сельскохозяйственного производства как многоуровневой системы с учётом вероятностных характеристик и условий её эксплуатации;
методологии размещения машинно-технологических станций в зонах республики с учётом специализации хозяйств и вероятностных нормативов их оснащения энергетическими средствами, сельскохозяйственными машинами и технологическим оборудованием;
приёмы и методы оценки качества технологических и энергетических процессов мобильных и стационарных агрегатов с целью обеспечения их эксплуатационной надежности;
методология управления техническим состоянием машин и агрегатов посредством разработки методов и технических средств, обеспечивающих их работоспособность;
комплексное решение проблемы технической оснащенности сельскохозяйственного производства путем создания технологических станций и их нормативного оснащения машинами и агрегатами, предназначенными для выполнения механизированных работ в технологиях возделывания и переработки сельскохозяйственных культур и технологического оборудования.
Практическую значимость работы представляют:
алгоритмы и программы для установления вероятностных нормативов технической оснащенности машинно-технологических станций, предназначенных для выполнения трудоемких механизированных процессов у товаропроизводителей;
алгоритмы и программное обеспечение для расчета технологических карт и оптимизации состава, структуры и использования технических средств для производства сельскохозяйственной продукции в Республике Марий Эл;
методы формирования технической оснащенности послеуборочной обработки зернового вороха;
алгоритмы и программы контроля качества энергетических и технологических процессов работы сельскохозяйственных средств;
методы спектрального анализа вибраций узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин;
универсальные микропроцессорные устройства для диагностирования технического состояния энергетических средств сельскохозяйственных ма
шин и агрегатов с целью обеспечения их технологической и эксплуатационной надёжности;
- алгоритмы и программное обеспечение оптимизации технических тре
бований для обоснования периодичности технического обслуживания и ре
монта машин и оборудования с учётом региональных особенностей органи
зации ТО и ремонта по результатам диагностирования.
Объекты исследований составили технологические процессы и технологии возделывания сельскохозяйственных культур (на примере зерновых и зернобобовых культур, картофеля), осуществляемые мобильными СХА, послеуборочной обработки зерна и производства продукции животноводства, реализуемые стационарными машинами и агрегатами; процедуры обеспечения технологической и эксплуатационной надежности средств механизации процессов в земледелии; методы и средства имитационного моделирования.
Реализация результатов исследования. Они составили:
результаты исследований, включенные в книгу «Ресурсосбережение при технической эксплуатации сельскохозяйственной техники» (в соавторстве), допущенную Департаментом технической политики Минсельхоза РФ в качестве справочного пособия для специалистов сельскохозяйственных предприятий, научно-исследовательских, проектно-конструкторских организаций и учебных заведений;
вибрационный метод и технологию диагностирования узлов и агрегатов сложных уборочных машин и машин послеуборочной обработки зерна;
разработанные и внедренные в производство комплекты переходных устройств, используемых в диагностической установке КИ-13950 ГОСНИТИ, малогабаритных электронных приборах КИ-28062-ГОСНИТИ-СПГАУ (модернизированный) и «Вибронавигаторе» (а.с. №1653596, патент №2020428);
алгоритмы и программное обеспечение установления вероятностных нормативов технической оснащенности машинно-технологических станций средствами механизации, контроля качества энергетических и технологических процессов работы СХА, микропроцессорные устройства диагностирования технического состояния машин сельскохозяйственного назначения, бизнес-план для финансирования создания и работы МТС и технологические карты возделывания сельхозкультур, рекомендованные Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Марий Эл для широкого внедрения в хозяйствах республики и на предприятиях ОАО «Ма-рагропромтехснаб»;
результаты исследований по диагностированию технического состояния сложных уборочных машин и энергетических средств, принципиальные схемы микропроцессорных устройств, алгоритмы и программное обеспечение по оценке эксплуатационной надежности, переданные в головные сельскохозяйственные научно-исследовательские учреждения.
Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Всесоюзной научно-технической конференции «Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве» (г. Минск, 1989); постоянно действующем научно-техническом семинаре стран СНГ «Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей» (г. Санкт-Петербург, 1993 и 1994 гг.); 3-ей Международной научно-технической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника» (СЗ НИИМЭСХ, г. Санкт-Петербург, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России - проблемы развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции (ГНУ ВИМ, г. Москва, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы технического сервиса в агропромышленном комплексе» (МГАУ, г. Москва, 2002г.); 8-ой Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы измерений» (МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, 2002 г.);. Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении» (МГТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва, 2002 г.); научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (1987-2003 г.г.).
Результаты научно-исследовательской работы были также представлены на ВВЦ и постановлением № 13 от 19.02.2002г. и № 109 от 19.12.2002г. отмечены медалями «Лауреат ВВЦ».
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 68 опубликованных работах, трех монографиях (объёмом 7 п.л., 48 п.л. и 28 п.л.), 13 статьях в центральных научных журналах.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти разделов, обших выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 663 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка и 69 таблиц. Список литературы включает 422 наименования, 47 из которых на иностранных языках. В приложении приведены таблицы, тексты исходных программ для ЭВМ, документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований, копии авторского свидетельства и патента.
Природно-климатические условия выполнения сельскохозяйственных операций
Республика Марий Эл (РМЭ) расположена в центре европейской части Российской Федерации в средней части бассейна реки Волги, преимущественно на левом берегу. Северная граница ее достигает 5720 северной широты, южная -555Г северной широты, западная достигает 4540 восточной долготы, а восточная - 50 15 восточной долготы от Гринвича. На севере и востоке Республика Марий Эл граничит с Кировской областью, на юго-востоке - с Республиками Татарстан и Чувашией, а на западе и северо-западе - с Нижегородской областью.
Территория республики - 23,2 тыс. кв. км, что составляет 0,1% от общей территории Российской Федерации (РФ). Полезные ископаемые, которыми располагает республика: - торф, глина, строительный камень, известняки, стекольные и силикатные пески; минеральные источники.
РМЭ входит в состав Волго-Вятского экономического района РФ. Республика разделена на 14 административно-территориальных районов: Волжский, Горномарийский, Звениговский, Килемарский, Куженерский, Мари-Турекский, Медведевский, Моркинский, Новоторъяльский, Оршанский, Параньгинский, Сернурский, Советский, Юринский [324].
Находясь в значительном удалении от океанов, республика характеризуется умеренно-континентальным климатом с относительным постоянством погод зимой и летом и большой изменчивостью весной и осенью. Сравнительно небольшая протяженность республики с юга на север обуславливает примерно равное распределение тепла на всей ее территории, и она получает тепла от солнца за год около 91ккал на 1 кв. см. Наиболее холодный месяц - январь имеет среднюю температуру -13,4С с колебаниями от -7,7С до -20,5С. Атмосферные осадки республика получает, главным образом, за счет влаги, которую приносят циклоны с Атлантического океана. На распределение осадков влияют характер рельефа и направление ветров. В связи с этим, больше осадков в республике выпадает на западных и юго-западных склонах водоразделов и возвышенностей. Количество осадков зависит и от наличия лесных массивов. Так, в лесном Моркинском районе осадков выпадает больше, чем в безлесных Новоторъяльском и Сернурском районах. Годовая сумма осадков, по среднемноголетним данным, составляет 540 мм. Из них около 75% выпадает в теплое время года в виде дождей. Большинство почв республики пригодны для развития сельского хозяйства. В табл. 1.1 показано распределение почвенных разновидностей Республики Марий Эл. По материалам последних почвенных обследований (1987г.) на землях республики выделено 160 почвенных разновидностей (с учетом смытости и раз-мываемости почв). Как видно из табл. 1.1, на территории республики преобладают дерново-подзолистые почвы (для анализа взяты только сельскохозяйственные угодья), на их долю приходится 81,77% от всей площади земельных угодий. Среди дерново-подзолистых преобладают малогумусные почвы - 70,06%. Наименьший удельный вес имеют серые лесные земли - 0,08%, причем только под пашней. Важным показателем, характеризующим качественную сторону земли, является механический состав почв (табл. 1.2).
Таким образом, наиболее распространенными почвенными разно вид ностя ми являются дерново-подзолистые среднесуглинистые почвы. При прочих равных условиях они являются наиболее плодородными в районах избыточного увлажнения, вследствие их заплывания. В северо-восточных и восточных районах республики, а также на правобережье Волги мелкими участками встречаются типичные дерново-карбонатные суглинистые почвы. В лесостепной части республики, на правобережье Волги, имеют небольшое распространение серые лесные почвы на лессовидных суглинках. Естественные кормовые угодья - сенокосы и пастбища, расположены в основном на дерновых (пойменных) почвах на современных (чаще слоистых) аллювиальных накосах, дерновоглеева-тых суглинистых и на эродированных почвах балок и балочных склонов.
К землям первой категории отнесены наиболее окультуренные, пригодные для возделывания самых требовательных к плодородию культур (овощи, картофель, кукуруза, кормовые корнеплоды, семенники многолетних трав, лен). К землям этой категории относятся среднесуглинистые дерново-подзолистые суглинки нормального увлажнения с содержанием гумуса 2-25 процента. Мощность пахотного слоя не менее 22 см. Степень насыщенности не менее 60-75 процента, сумма поглощающих оснований 9-11 мг на ЮОг почвы, рН -4,5...5.
Земли второй категории менее окультуренные, нормального увлажнения, пригодные для возделывания большинства сельскохозяйственных культур. Они также представлены в основном дерново-подзолистыми почвами среднего увлажнения. Наличие гумуса от 1,5 до 2,0 процентов, глубина пахотного слоя не менее 20 см. Степень насыщенности не менее 55-70 процентов, сумма поглощающих оснований О 8-Ю мг на 100 г почвы, рН - 4,5-5.
Земли третьей категории слабоокультуренные или неокультуренные, переувлажненные, а также с неустойчивым водным режимом. Почвы здесь дерново-подзолистые, супесчаные. Глубина пахотного слоя 15-18 см, подзолистый горизонт от 6 до 18 см. Содержание гумуса 1,2 процента, степень насыщенности основаниями 50 процентов, кислотность ниже 4-4,56. Земли четвертой категории в основном песчаные и осушенные торфяники. Малоплодородные, требующие специальных мероприятий по их окультуриванию. Наличие гумуса менее одного процента. Степень насыщенности основаниями 45-50 процентов, реакция почвенной среды от 3 до 3,5.
Концептуальная и информационная модели технической оснащенности сельскохозяйственного производства
Анализируя в целом уровень и качество технической оснащенности сельскохозяйственного производства Республики Марий Эл, мы вынуждены отметить его неудовлетворительное состояние. Аналогичной оценки заслуживает и организация обеспечения технологической и эксплуатационной надежности мобильных и стационарных машин и агрегатов.
Вполне естественно, что в повышении эффективности использования технических средств, обеспечивающих результативное функционирование аграрного производства, существенную роль играют своевременное техническое обслуживание и ремонт, базирующиеся на современных методах и средствах технического диагностирования.
В данном случае приходится констатировать, что разработки в этом плане, сделанные в 80-х и 90-х годах прошлого столетия и успешно реализованные в структурах "Сельхозтехники", в настоящее время практически не используются, нет также и соответствующего обученного персонала, средств диагностики и методик их использования для получения оценочных показателей работоспо собности средств механизации трудоемких процессов в отрасли [10, 11, 23, 43, 51, 53, 70, 84, 85, 107,109, 127, 134, 136].
Как следует из анализа марочного состава энергетических средств, парка комбайнов, сельскохозяйственных машин и стационарных технических средств послеуборочной обработки сельскохозяйственной продукции, он не претерпел существенных изменений по сравнению с 90 годами, а следовательно, не изменились методы его диагностирования на предмет оценки остаточного ресурса работоспособности машин и агрегатов.
Прежде всего это относится к методам диагностирования, набору диагностируемых параметров и используемым физическим процессам, для оценки которых и был разработан перечень приборов и приспособлений [3, 4, 105, 192, 194, 196, 197].
Несмотря на достаточно высокий уровень проработки задачи и установок повышения технологической и эксплуатационной надежности машин и агрегатов посредством использования средств и методов диагностирования при техническом обслуживании сельскохозяйственных машин, комбайнов, тракторов, различных стационарных комплексов, необходимо отметить, что оснащение ремонтных мастерских самими средствами диагностики тоже крайне низко, что сказывается на удовлетворительной эффективности эксплуатации машин и агрегатов [4,10, 191, 197, 361, 362, 363, 364].
Необходимо также отметить, что в АПК республики, как и в Российской Федерации в целом в настоящее время прекращено или отсутствует серийное производство диагностических средств. Выпускаемые различными предприятиями малые средства диагностики, как правило, используются для экологического контроля и для оснащения выпускаемых в незначительном количестве ремонтно-диагностических мастерских [105, 192, 109, ПО].
Если в области диагностирования технического состояния мобильных и стационарных средств механизации трудоемких процессов в АПК наметился незначительный прогресс, а для оценки ресурса работоспособности машин и агрегатов земледелия в первом приближении проработаны основные приемы и уже имеются технические решения для их реализации, то для решения аналогичных задач в животноводстве эта работа требует существенных вложений как методологического, так и схемотехнического характера [107, ПО, 131, 192]. К наиболее важным объектам механизации животноводства относятся такие энергоемкие машины, как вакуумные насосы, холодильные и доильные установки, паровые котлы, транспортеры и т.д. Однако для повышения работоспособности этих машин и качества организационных мероприятий, направленных на совершенствование форм использования средств их диагностики, как следует из анализа, не было приложено соответствующих усилий [192]. В республике на сегодняшний день практически отсутствуют службы, отвечающие за сохранение надлежащей работоспособности средств механизации животноводческих ферм, отмечается отсутствие организационных форм, на которые возложены функции диспетчеризации и информационного обеспечения технического обслуживания оборудования животноводческих ферм.
Задача оценки качества работы МТП, которые являются составляющей задачи обеспечения технологической надежности МТП, даже в постановочном плане не рассматривалась в последние 10-15 лет при функционировании АПК республики. Причиной этому явилось, во-первых, отсутствие соответствующих методологических разработок, а во-вторых, отсутствие устройств и систем, которые позволяли бы контролировать и управлять качеством работы мобильных и стационарных сельскохозяйственных агрегатов.
Если подобные разработки методологических положений и методических указаний в течение 70-х и 80-х годов прошлого столетия в ряде научно-исследовательских и учебных институтов Советского Союза, стран дальнего и ближнего зарубежья были выполнены, то о их практической реализации не могло быть и речи из-за отсутствия соответствующей элементной базы. Первые устройства, работающие по принципу "да" или "нет" и способные регистрировать и информировать механизатора о выполнении технологических операций агрегатами в соответствии с агротехническими требованиями, стали устанавливаться на посевных и посадочных агрегатах еще в 50 годы прошлого столетия [3, 109]. Дальнейшее развитие таких систем было сделано в направлении их оснащения контроллерами на микропроцессорной основе, позволяющей осуществлять допусковый контроль качества на выполнении технологических операций и использовать соответствующее алгоритмическое обеспечение [14, 15, 16, 17, 18, 19,20,215,216,217,218,237,311,312,315].
С учетом отмеченного контроль качества выполнения технологических операций был реализован на отечественных зерноуборочных комбайнах, а так же на целом ряде посевных машин для внесения минеральных удобрений.
Тем не менее, необходимо отметить следующее: сложные устройства и системы контроля качества работы мобильных агрегатов, в составе которых лежит микропроцессорное программируемое устройство, не может само по себе быть работоспособным и оценивать работоспособность машины без соответствующего обслуживания. Причем, для обслуживания таких интеллектуальных устройств требуется высококвалифицированный персонал, который в настоящее время не имеет большинство АПК регионов Российской Федерации.
Модели функционирования энергетических и технологических процессов сельскохозяйственных машин и агрегатов
Повышение эффективности сельскохозяйственного производства непосредственно зависит от качества технической оснащенности, которая формируется в зависимости от специализации сельскохозяйственного производства региона, его природно-климатических особенностей, организационных форм сельскохозяйственных предприятий, а также от качества организации системы, обеспечивающей функции обеспечения товаропроизводителей техникой, при необходимости ее восстановления и поддержания в работоспособном состоянии.
На современном этапе реформирования аграрного сектора Российской Федерации, основные черты которого нашли отражение в низкой эффективности сельскохозяйственного производства, на повестке дня вновь возникают вопросы, которые в той или иной мере были решены 10-15 лет тому назад в период функционирования в аграрном производстве Советского Союза системы "Сельхозтехника".
В перечне задач обеспечения сельскохозяйственного производства страны техническими средствами в системе мероприятий и организационных форм, обеспечивающих выполнение трудоемких процессов в АПК в качестве основополагающей рассматривалась задача обоснования нормативов оснащения техническими средствами сельскохозяйственных предприятий, расположенных в природно-климатических зонах страны. Решению этой задачи были посвящены исследования С.А. Иоффинова [107, 108, 110], Д.Ш. Хабатова [354, 355, 356, 357], В.Г. Еникеева [78, 81, 83, 84, 85], О.А. Пенязева [219], Э.А. Финна [350]. Результаты решения этих задач, несмотря на ограниченные возможности средств вычислительной техники, позволили осуществить при известных допущениях обоснование нормативной базы для рационального оснащения сельскохозяйственных предприятий тракторами, сельскохозяйственными машинами, комплексами послеуборочной обработки зерна, средствами механизации животноводческих ферм и т.д. [247, 300].
Основным недостатком в этом подходе явилось то, что задача оснащения средствами технической оснащенности сельскохозяйственного производства велась в отрыве от подсистемы, реализующей организационные и технические мероприятия, направленные на обеспечение технологической и эксплуатационной надежности мобильных и стационарных машин и агрегатов АПК.
Реорганизация сельскохозяйственного производства страны, которая повлекла за собой акционирование сельскохозяйственных предприятий, создание крестьянских, фермерских хозяйств и, как следствие, закрепление за ними технических средств, сделала практически неэффективным сохранение крупных предприятий, отвечающих за работоспособность средств механизации трудоемких процессов в аграрном секторе.
При этом необходимо отметить, что марочный состав технических средств, которыми в основном оснащены сельскохозяйственные предприятия республики Марий Эл в настоящее время, устарел не только морально, но и физически, и это, естественно, сказывается на эффективности производства практически всех отраслей сельского хозяйства [324].
Анализ основных показателей хозяйственной деятельности сельскохозяйственного производства республики свидетельствует о крайне неудовлетворительном ее состоянии, развал аграрного сектора явился следствием неуправляемой директивными органами реконструкции всего хозяйственного механизма АПК и в частности, системы его технического обеспечения.
Отмеченное и определяет в первую очередь создание в республике системы, предназначенной для обеспечения агропромышленного комплекса техническими средствами, позволяющими выполнить все механизированные работы в сфере производства сельскохозяйственной продукции, ее послеуборочной переработки, механизации трудоемких процессов на животноводческих фермах, а также обеспечения их технологической и эксплуатационной надежности.
Поскольку сфера производства сельскохозяйственной продукции в республике зарекомендовала себя как одна из технически оснащенных и созданной еще в доперестроечный период, представляет интерес ее оценки с позиций концентрации технических средств в сельскохозяйственных предприятиях с указанием их состава и структуры. Такой подход позволит оценить ее состояние, интенсивность использования, возрастные характеристики и необходимость восстановления или замены с целью сохранения возможности своевременного выполнения технологических операций.
Работы в области разработки нормативов технической оснащенности сельскохозяйственного производства республики Марий Эл, выполненные в прошлые годы, не носили, как следует из анализа сложившейся в республике ситуации, комплексного характера и, в основном, были предназначены только для земледелия. В такой постановке не предполагалось обоснование параметров обслуживающей системы, предназначенной для обеспечения технологической и эксплуатационной надежности всего комплекса технических средств, используемых в растениеводстве, животноводстве, а также и в послеуборочной обработке продукции.
При этом необходимо учитывать и то, что процессы в земледелии и послеуборочной обработке продукции существенно зависят от природно-климатических условий, существенно влияющих на сроки начала и продолжительность проведения технологических операций, а следовательно, и на марочный и количественный состав технических средств.
В этом же отношении средства технической оснащенности животноводческих ферм функционируют как стационарные системы, состав, структура и режим использования которых не зависят от природно-климатических условий и их технологическая и эксплуатационная надежность не зависит от природно-климатических условий их использования.
Существенное значение в обеспечении работоспособности технических средств приобретает и анализ состояния и организация выполнения ремонтных работ на специализированных предприятиях, поскольку от качества восстановления технических средств, их узлов и отдельных деталей , выполнения работ по настройке и регулировке во многом зависит качество функционирования всей системы средств технической оснащенности отрасли.
Как следует из анализа специальной литературы, положительный опыт в организации системы, предназначенной для обеспечения технической оснащенности отрасли, был получен посредством создания так называемых машинно-тракторных станций (МТС), хорошо зарекомендовавших себя в период коллективизации сельскохозяйственного производства страны и расформированных в конце 50-60 годов прошлого столетия [193, 220, 226, 352, 360, 365].
Алгоритм обработки результатов экспериментальных исследований
Для оценки качества технической оснащенности производственных процессов на базе комплексов машин и агрегатов должны использоваться те же показатели, что и для оценки технологий возделывания сельхозкультур. При этом в качестве стоимостных абсолютных показателей могут выступать приведенные затраты и затраты на восстановление и эксплуатацию комплекса машин, стоимостные и натуральные показатели, характеризующие энергоемкость, металлоемкость, потребность в обслуживающем персонале, и удельные - относительные стоимостные и натуральные оценки также должны рассчитываться путем составления отношения абсолютных показателей к единице измерения количества конечного продукта или к единице измерения площади ее возделывания.
Оценочные показатели нижнего уровня иерархии, т.е. оценки качества работы сельскохозяйственных агрегатов (мобильных и стационарных), как уже отмечалось, предназначены для оценки их приспособленности выполнять конкретную операцию в соответствии с агротехническими требованиями и установленной производительностью.
В качестве таких оценочных характеристик выходных технологических и энергетических процессов сельскохозяйственных агрегатов могут выступать оценки их статистических характеристик в виде тх- математического ожидания, JX- среднего квадратического отклонения, V% - коэффициента вариации, Rx(r)- корреляционной функции и её спектральной плотности, а также система допусков на оценки текущих значений выходных процессов, которые не должны превышаться в процессе работы агрегатов в нормальных эксплуатационных условиях [160, 166, 167].
Приведенная система показателей позволяет проводить оценку технической оснащенности как многоуровневой системы, в основе дезагрегирования которой лежит технологический принцип построения подсистем. Однако существенной в данной постановке вопроса является необходимость оценки возможности средств технической оснащенности выполнять механизированные объемы работ в условиях некоторой неопределенности, обусловливаемой природно-климатическими, организационными и другими условиями, имевшими стохастическую природу и по существу оказывающими влияние на процесс формирования механизированных объемов работ в процессе производства сельхозпродукции, а также определяющими требования к качеству выполнения технологических операций. В такой постановке вопроса любой из оценочных показателей на любом из уровней может рассматриваться как случайная величина, имеющая свои оценки статистических характеристик, такие как математическое ожидание тп, дисперсия DQ, среднее квадратическое отклонение ад, коэффициент вариации V% , плотность f(Q)n функция F(Q) распределения, что определяет необходимость разработки методов статистической оптимизации параметров технической оснащенности земледелия.
Как уже отмечалось, особое значение при формировании оценок качества технической оснащенности сельского хозяйства имеет обоснование критерия оптимальности.
Процесс оптимизации технической оснащенности сельского хозяйства как многоуровневой системы в первую очередь требует обоснования критерия оптимальности задачи верхнего координирующего уровня, который обуславливает согласованное функционирование всех подсистем, предназначенных для выполнения механизированных объемов работ в земледелии и животноводстве, а также в подсистемах, обеспечивающих технологическую и эксплуатационную надежность машин и агрегатов, восстановление их первоначальных свойств в результате эксплуатации в производственных условиях.
Такая постановка вопроса, рассматривающая в качестве первоочередной задачу обоснования критерия оптимальности верхнего координирующего уровня, объясняется тем, что функционирование всех остальных подсистем должно происходить в рамках обеспечения оптимального режима функционирования верхнего уровня.
Кроме того, критерий оптимальности верхнего уровня в процессе оптимизации параметров технической оснащенности или доведения управляющих воздействий верхним уровнем (управляющей системой) до управляемых подсистем любого уровня непосредственно влияет на формирование оценок качества функционирования этих подсистем, приспособленность системы машин выполнять механизированные объемы работ в агротехнические сроки и определять оценку качества работы мобильных и стационарных сельскохозяйственных агрегатов, а также функционирование производственных систем, обеспечивающих восстановление эксплуатационных свойств машин и агрегатов.
При разработке долгосрочного плана-прогноза технической оснащенности отрасли наиболее приемлемыми являются натурально-вещественные критерии оптимальности из-за необъективности прогнозных стоимостных показателей на длительную перспективу.
Предположим, что известны демографические прогнозы населения страны, известны научно обоснованные нормы питания и определена потребность промышленности в сырье. Тогда с учетом перспективных технологий возделывания сельхозкультур и роста производительности труда в отрасли можно с некоторыми допущениями рассчитать потребность сельскохозяйственного производства в технических средствах, необходимых для выполнения механизированных объемов работ по производству сельхозпродукции.
