Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования . 10
1.1. Условия возделывания зерновых культур в Северо-Западном регионе Российской Федерации . 10
1.2. Технология уборки и послеуборочной обработки семенного зерна. Характеристики комплексов машин для уборки и послеуборочной обработки семенного зерна. 14
1.3. Цели и задачи исследования. 29
2. Формализованные процедуры количественной оценки условий функционирования технических средств для уборки и послеуборочной обработки семенного зерна . 36
2.1. Информационная модель процесса уборки и послеуборочной обработки зерна . 36
2.2. Характеристики природно-климатических условий. 42
2.3. Характеристики физико-механических свойств зернового вороха. 50
2.4. Процедура расчета статистических оценок характеристик вероятностных условий функционирования комплексов машин для уборки и послеуборочной обработки семенного зерна. 57
2.5. Математическая модель процесса учета вероятностных условий. 68
3. Формализация процесса выбора рационального состава комплекса технических средств для послеуборочной обработки зерна . 79
3.1. Структуризация технологического процесса уборки и послеуборочной обработки семенного зерна . 79
3.2, Формализация процедур рациональной загрузки машин послеуборочной обработки зерна. 81
3.3. Функционирование пункта послеуборочной обработки зерна как объекта массового обслуживания. 88
4. Формализация процедур рациональной загрузки комплексов машин для уборки и послеуборочной обработки зерна и анализ результатов решения . 99
4.1. Математическая модель оптимизации параметров технических средств уборки зерновых культур на семена . 99
4.2. Обоснование критерия оптимальности функционирования технической оснащенности. Математическая модель состава и структуры технических средств уборки и послеуборочной обработки зерна. 102
4.3. Алгоритм оптимизации структуры и состава технической оснащенности. 110
4.4. Описание входных и выходных форм представления исходной информации. 114
4.5. Характеристика программного обеспечения оптимизации средств технической оснащенности. 118
4.6. Анализ результатов моделирования и разработка рекомендаций. 121
Выводы и предложения. 135
Список использованной литературы 137
Приложения. 149
- Условия возделывания зерновых культур в Северо-Западном регионе Российской Федерации
- Информационная модель процесса уборки и послеуборочной обработки зерна
- Структуризация технологического процесса уборки и послеуборочной обработки семенного зерна
- Математическая модель оптимизации параметров технических средств уборки зерновых культур на семена
Введение к работе
Приоритетное значение зернового производства определяется его социальной значимостью в решении проблемы надежного обеспечения населения продовольствием. С учетом расхода зерна на производство продуктов животноводства его доля в энергетическом содержании Пищевого рациона населения составляет не менее 50-60%. Минимальная прогнозная потребность России в зерне к 2005 г. составит 95-100, а к 2010 г. — 105-110 млн. т. В связи с этим Минсельхоз Российской Федерации подготовил «Программу обеспечения устойчивого производства и развития рынка зерна в Российской Федерации на 2001-2005 гг. и на период до 2010 г.» (программа «Зерно»).
Для сельского хозяйства, как Северо-Западного района, так и России в целом, переход к новым организационно-экономическим формам хозяйствования был связан с резким падением уровня производства. В наибольшей степени это коснулось зерновой отрасли, где снижение производства составило в 1991 - 1995 гг. до 30 %.
Одним из направлений увеличения производства зерна является постепенное замещение существующих производственных систем с их физически изношенным парком машин и отсталым технологическим уровнем возделывания зерновых культур улучшенными и новыми производственными системами. В рамках поэтапного освоения новых производственных систем предусматривается применение высокоэффективных технологий в полном объеме на основе использования современных комплектов техники, удобрений, средств защиты растений.
С другой стороны, опыт ведущих зернопроизводящих стран показывает, что одним из главных условий получения высоких урожаев зерновых культур является использование для посева свыше 90 % первоклассных семян районированных сортов. За последние годы доля семян 1 и 2 классов, высеваемых на полях России, не превышала в среднем 40 %. В увлажненных зонах Северо-Западного региона России этот показатель
5 составляет лишь 20 %. Применение для посева некондиционных семян является причиной низкой урожайности зерновых. Так, по данным академика РАСХН В.И. Анискина, в 1991 г. сев на площади 13,7 млн. га был проведен семенами, не отвечающими базисным кондициям. В результате этого недобор зерна составил 14... 15 млн. т.
Кроме того, рост урожайности за счет увеличения доли семян 1 класса до 100 % позволяет снизить и расход топлива на 6-8 кг на получение одной т зерна.
Низкое качество посевного материала приводит к завышению норм высева, а, следовательно, к нерациональному использованию зерна.
Все это говорит о необходимости повышения эффективности производства семенного зерна, увеличении выхода высокопродуктивного семенного материала при проведении технологических операций уборки и послеуборочной обработки зерна.
Процесс уборки зерновых культур включает в себя следующие подпроцессы: собственно уборку (на корню), транспортировку зернового вороха и его обработку на стационаре. Совокупность машин и оборудования для осуществления технологических операций уборки зерновых культур на семена называется технической оснащенностью технологий уборки зерновых культур.
Определяющая роль в формировании показателей свойств посевного материала принадлежит, по мнению большинства специалистов, именно качеству проведения процессов уборки и послеуборочной обработки семян зерновых культур. Но существующие и используемые методы формирования технической оснащенности Fie учитывают в достаточной мере особенности функционирования современных комплексов машин.
Технология возделывания сельскохозяйственных культур предполагает выполнение технологических операций во вполне определённые агротехнические сроки. При формировании технической оснащенности в обычной, детерминированной постаїїовке в качестве технико-экономических показателей, а
также дат начала работ и их продолжительностей предполагаются усредненные значения без учета того, что сфера производства во многом зависит от случайно сложившихся условий.
Однако в реальных условиях эти сроки, как правило, нарушаются, происходит задержка в выполнении ряда работ по сравнению с запланированным графиком и возникает необходимость их выполнения в более поздние сроки с сохранением качества проведения операции. Таким образом, происходит увеличение механизированных объёмов работ, для выполнения которых необходимы дополнительные технические средства.
В связи с тем, что большинство хозяйств в настоящее время не располагают средствами для закупки или аренды необходимых технических средств, необходим поиск резервов, позволяющих наиболее полно использовать технические средства, находящиеся на балансе предприятия. Одним из возможных путей является учет топографических особенностей территории хозяйства. Микроклиматические условия отдельных полей хозяйства, зависящие от рельефа территории и почвенного покрова, влияют на сроки созревания зерновых культур. Это приводит к смещению сроков начала уборочных работ на разных полях хозяйства, увеличению продолжительности работ. Избирательная уборка зерновых позволяет повысить качество получаемого семенного зерна, уменьшить количество необходимых технических средств для уборки. Кроме того, поток зерна на пункт послеуборочной обработки становится более разреженным, что уменьшает загрузку пункта послеуборочной обработки зерна.
В связи с этим, возникает потребность разработки математических
моделей технологий и состава технических средств уборки зерновых,
адекватно описывающих процесс уборки семенного зерна,
обеспечивающих рассмотрение и анализ отдельных процессов и технологических операций с помощью современных вычислительных средств. Кроме того, математические модели должны обеспечить проведеЕше сравнительной оценки уборочно-транспортных комплексов и
7 машин послеуборочной обработки зерна, получение и анализ множества допустимых вариантов технической оснащенности и выбор варианта наиболее предпочтительного при заданных условиях.
Решение задачи оптимизации функционирования технической
оснащенности в вероятностной постановке, учитывающей реальные условия,
требует разработки процедур статистических обоснований состава, структуры и
режима использования технических средств, расчёта вероятностных оценок,
характеризующих их способность решать задачи механизации производствен
ных процессов. Это в свою очередь связано с разработкой численных методов
и алгоритмов оптимизации, с необходимостью формирования
информации о природно-климатических явлениях и условиях работы агрегатов, технологиях уборки и послеуборочной обработке зерна, информации о средствах механизации технологических процессов.
Отмеченное выше определяет актуальность поставленной задачи и ее практической реализации с целью совершенствования технологии производства семенного зерна в Северо-западном регионе Российской Федерации.
Работа выполнена в соответствии с подготовленной Минсельхозом Российской Федерации «Программой обеспечения устойчивого производства и развития рынка зерна в Российской федерации на 2001-2005 гг. и на период до 2010 г», предусматривающей создание системы машин для получения семян высших репродукций, а также планами НИР СПбГАУ.
Цель исследования. Разработка и формализация процедур совместного функционирования уборочно-гранспортных комплексов и машин послеуборочной обработки зерна с учетом неравномерности созревания зерна, обусловленной микроклиматическими особенностями и топологией полей.
Объект исследования. Технологический процесс уборки,
транспортировки и послеуборочной обработки зерна.
Предмет исследования. Определение рациональной загрузки
сельскохозяйственных машин, обеспечивающих производство семенного зерна с учетом агротехнических требований на их качество.
Научную новизну разработки составляют математические модели, обеспечивающие рациональную структуру состава технических средств уборки, транспортировки и послеуборочной обработки семенного зерна в зависимости от вероятностных характеристик условий функционирования технологического процесса. На основе разработанных моделей предложены схемотехнологическое решение и программное обеспечение, позволяющее формировать вероятностные нормативы средств технической оснащенности производства семенного зерна и схем загрузки машин послеуборочной обработки, обеспечивающих заданное качество получаемой продукции.
Практическую ценность работы составляют математические модели и
программное обеспечение, позволяющие формировать рациональную
структуру технических средств производства семенного зерна, а также
вероятностные нормативы технической оснащенности данного
технологического процесса.
Реализация результатов работы осуществлена при заготовке семенного зерна в учебно-опытном хозяйстве «Пушкинское» и ОПХ «Каложицы» Ленинградской области.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-практических конференциях СПбГАУ (2002-2004 гг.), межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов в Пермском государственном техническом университете в 2004 году.
Публикации. По результатам исследования 4 научных статьи.
На защиту выносятся:
математические модели процесса совместного функционирования машин уборки, транспортировки и послеуборочной обработки зерна, обеспечивающих получение семенного зерна в соответствии с агротехническими требованиями;
формализация процедур учета вероятностных характеристик фенологических явлений, корректирующих сроки начала и продолжительности технологических операций;
формализация процедур учета топологии полей, влияющих на своевременность и последовательность выполнения уборочных работ;
нормативы технической оснащенности технологий уборки, транспортировки и послеуборочной обработки семенного зерна.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций, список использованной литературы и приложения.
10 1. Обзор литературных источников. Цели и задачи исследования.
1.1. Условия возделывания зерновых культур в Северо-
Западном регионе Российской Федерации.
Эффективность функционирования комплекса средств технической оснащенности уборки и послеуборочной обработки зерна находится, как известно, в существенной зависимости от условий функционирования, и в первую очередь - от состояния убираемой хлебной массы. Наиболее сильное влияние на показатели эффективности работы уборочных машин оказывает такие ее характеристики, как влажность зерна, влажность соломы, засоренность, полеглость, соломистость и пр. Состояние растительной массы, в свою очередь, зависит от особенностей почвенного фона и рельефа местности и формируется под воздействием метеорологических факторов.
Природно-климатические условия функционирования
сельскохозяйственных предприятий на Северо-Западе России во многом зависят от агроклиматических ресурсов территории [1]. Рассмотрим этот вопрос применительно к Ленинградской области, которая занимает территорию площадью 86000 кв.км и имеет протяженность с запада на восток 500 км, а с севера на юг в пределах от 100 до 350 км. Рельеф территории области представляет собой всхолмленную равнину. Перепады высот в некоторых случаях достигают 250 м. Так вблизи реки Ояти наибольшая абсолютная высота находится у отметки 290 м, а высоты Тихвинской гряды достигают 200 м. На Карельском перешейке между Финским заливом и Ладожским озером расположены Лемболовские высоты с абсолютными высотами у отметки 260 м. Такие же колебания в высотах отмечаются на Ижорской возвышенности, в районе реки Волхов.
Отмеченное сказывается на рельефе территории хозяйств области, возделывающих зерно и, следовательно, определяет необходимость учета сроков его созревания на полях, расположенных на различных высотах.
На сроки созревания зерновых культур существенное влияние оказывает и почвенный покров территории, влагосодержание ^в котором также во многом зависит от рельефа территории хозяйства. Широкое распространение имеют почвы с различной степенью заболоченности, которая наблюдается в низинах и плоских водоразделах.
Значительную часть пахотных земель занимают песчаные и суглинистые подзолистые почвы. Следует отметить, что даже в пределах одной территории могут встречаться все разновидности подзолистых почв с различным механическим составом: на песках и супесях в условиях грядового холмистого рельефа - слабо подзоленные почвы; на низких песчаных террасах и равнинах при избыточном увлажнении поверхностными водами - аллювеально-гумусовые подзолы. Особую группу представляют дерново-карбонатные почвы.
Большое количество почв, зависящих от форм рельефа, механического состава почв и почвообразующих пород на территории, а также температурно-влажностные режимы, зависящие от рельефа почвы по высотам и содержания в них влаги, сказывается на условиях произрастания сельскохозяйственных культур и, особенно на сроках созревания зерновых, как озимых, так и яровых.
Северо-Западный район России характеризуется крайне
неблагоприятными условиями для уборки зерна. К числу важнейших особенностей этого района относится сравнительно короткий безморозный период (75-160 дней) и обусловленное этим совпадение сроков проведения уборочных работ на многих культурах. Это влечет за собой повышенную потребность в трудовых и технических ресурсах. Дополнительную трудность создает и неопределенность сроков наступления уборочной спелости: в зависимости от погодных условий в период развития растений они сильно меняются от года к году, усложняя тем самым определение этой потребности.
Характеристики природно-климатических условий, приведенные в литературных источниках [1,2], показывают, что климат Северо-
12 Западного района России умеренный с затяжными зимами и повышенным (400,..700 мм в год) количеством осадков. Годовое испарение влаги составляет 200 ...500 мм. Осадков во время уборки выпадает в среднем в два раза больше, чем за аналогичный период в южных и юго-восточных районах страны. При этом более половины общего количества календарных дней уборочного периода составляют дни дождливые, когда выход комбайнов в поле невозможен. Возможная продолжительность рабочего дня комбайна, а, следовательно, и возможная дневная выработка в ясные дни существенно снижается из-за обильных рос. Все это влечет за собой увеличение продолжительности уборки и связанное с этим возрастание потерь урожая.
Большое количество осадков и высокая влажность воздуха при низких температурах приводят к высокой влажности зерна и соломы. Так, для озимых влажность свежеубранного зерна и стеблей составляют, соответственно, 25...30% и 40...50%, для яровых - 30...40% и 50...60%. Вероятность получения зерна кондиционной влажности в районе составляет приблизительно ОД и является самой низкой среда всех хлебосеящих районов страны [1].
Характеризуя Северо-Западный Район России с точки зрения влажности
свежеубранного зерна, необходимо указать и на такую особенность, как
большие колебания ее среднесезонных значений. Согласно [26],
среднеквадратическое отклонение уборочной влажности зерна Архангельской области составляет 4,5%.
Повышенным увлажнением района обусловлен и ряд других, неблагоприятных для проведения уборочных работ обстоятельств. Это, во-первых, активное развитие вегетативных частей растений, и во-вторых, появление и интенсивный рост сорняков. Первое является причиной высокой соломистости хлебостоя (отношения массы срезанных влажных стеблей к массе зерна): ее значение достигает 3...4, тогда как в южных районах - лишь 1 ...1,5; второе - причиной большой засоренности вороха. Пределы изменения
засоренности вороха различных зерновых культур неодинаковы и существенно зависят от уровня агротехники. Обычно значение засоренности вороха находится в пределах 4...8%, хотя при неблагоприятных обстоятельствах может достигать 10 и даже 15% по массе [22]. Высокая засоренность, очевидно, требует повышения производительности зерноочистительных машин и, кроме того, снижает вероятность сохранения зерна от порчи: засорители, как правило, служат источниками инфекции, ускоряют заражение плесневым грибом и пр.
Другая группа факторов, определявших условия проведения уборочных работ, связана с особенностями почвенного фона, рельефа местности и размещения полей.
Как уже отмечалось, рельеф местности Северо-Западного района Российской Федерации весьма сложен и неровен, поля раздроблены, разбросаны, имеют сложные очертания и подчас находятся на значительном удалении друг от друга. Влияние рельефа сказывается, прежде всего, на темпах развития растений. Как правило, зерновые культуры на положительных формах рельефа ускоряют темпы развития, и созревает в среднем на 5-10 дней быстрее, чем на равнине. Но высота роста, качество и урожай в большинстве случаев оказываются выше в пониженных формах рельефа [85].
Следствием всего этого является большая неравномерность развития и созревания растений, как на различных полях, так и в пределах одного и того же поля.
Размер полевых участков в хозяйствах района колеблется в довольно широких пределах, причем значительный удельный вес в структуре площадей имеют мелкие и даже очень мелкие участки. Около 30% площадей сельскохозяйственных угодий занимают участки размером до 3 га, свыше 60% -от 3 до 35 га. Средняя длина гонов 300...800 м.
14 Отличительная особенность зоны - сильная засоренность почвы камнями. Местами камнями засорено 60...70% общей площади сельскохозяйственных угодий.
Все это затрудняет работу уборочных машин, снижает их
производительность и препятствует применению прогрессивных форм
транспортного обслуживания. В соответствии с [6,22], дневная нагрузка на
комбайн в районе вдвое меньше, чем в среднем по РСФСР, в 2,5..3 раза
меньше, чем в южных и юго-восточных районах и составляет 3,4.. 4,1 га, а
сезонная нагрузка - 108...124 га. Среднее значение этого показателя в
хозяйствах Ленинградской области, согласно данным статистической
отчетности, составляет 75 га. Широкий диапазон изменения дневной
нагрузки на комбайн в какой-то мере обусловлен различной
урожайностью зерновых в разных хозяйствах.
Перечисленные особенности природно-климатических условий района предопределяют, таким образом, не только выбор технологии и организации проведения уборочной кампании, но также и выбор методов расчета состава средств технической оснащенности уборки и послеуборочной обработки семенного зерна.
1.2. Технология уборки и послеуборочной обработки семенного
зерна. Характеристики комплексов машин для уборки и
послеуборочной обработке семенного зерна.
При уборке зерновых культур на семена традиционно используется прямое и раздельное комбайнирование.
Уборка может проводиться комбайнами СКП-5 «Нива», «Дон-1200Н», «Дон-1500», «Енисей-1200Н», «Кедр-1200Н». Наиболее перспективными для проведения уборочных работ в хозяйствах зоны являются зерноуборочные комбайны класса 3 кг/с, а также комбайны класса 5 кг/с типа «Кедр-1200Н» и типа «Дон-15ООН» (класс S...9 кг/с).
15 В условиях Северо-Западного района России средняя влажность зерна составляет 26%. Поэтому выполнить главное условие получения биологически полноценных семян - убрать зерновые при W <
28% удается лишь в половине уборочных сезонов. В этих условиях вероятность получения кондиционных семян при уборке прямым комбайнированием с обычными регулировками молотильного аппарата не превышает 55...60%.
Для сохранения посевных качеств зерна при уборке разработаны следующие варианты уборки зерновых на семена [61], в зависимости от погодных условий, состояния посевов, долгосрочных и краткосрочных агро и фенологических прогнозов.
В благоприятные годы семенные участки следует убирать прямым комбайнированием при влажности зерна не выше 22...28%. Так как влажность воздуха изменяется в течение суток, то соответственно, имеет суточный ход и влажность зерна. Утром и вечером применяются "мягкие" режимы обмолота: снижается частота вращения барабана, увеличивается зазор и подбарабапье. Если по прогнозу ожидается хорошая погода, то лучше пускать комбайны в работу, когда влажность близка к кондиционной.
В годы с низкой теплообеспеченностыо, когда созревание зерновых и восковая спелость наступает в конце 3 декады августа - 1 декаде сентября, семенные участки целесообразно убирать в ранние сроки (с учетом агро и фенологических прогнозов) раздельным способом в тонкослойные валки. При этом происходит быстрое высыхание семян и ускоренное дозревание зерна в колосе. Раздельная уборка в условиях Северо-Запада связана с определенным риском. Поэтому запас валков не должен превышать более чем в 3... 4 раза суточную производительность комбайнов. Однако этот риск в большинстве случаев оправдан. В августе погода, как правило, еще хорошая, поэтому есть условия для подбора и обмолота валков при невысокой влажности зерна. В плохие годы ожидать, когда
зерновые достигнут конца восковой спелости, начала полной спелости зерна (влажность 24... 18), не следует. Погода в сентябре ухудшается, процессы созревания замедляются, происходит "истекание" зерна вследствие дыхания. Вероятность получения кондиционных семян резко снижается.
В неблагоприятные уборочные сезоны, когда продолжительное время
(1,2 декады) стоит плохая погода, и средняя влажность зерна за сезон
составляет более 30 %, использование раздельной уборки недопустимо.
Малоэффективно также прямое комбайнирование с обычными
регулировками молотильного аппарата. В этих условиях особое значение необходимо обратить на тщательность настройки комбайна.
Для транспортировки зернового вороха от комбайнов могут использоваться автомобили ГАЗ-САЗ-53, ЗИЛ-ММЗ-506, КАМАЗ-5505 и Другие.
При комбайновом методе уборки зерновых остро стоит задача обработки больших масс зерна в короткий уборочный период. Особую актуальность эта задача приобретает в зонах повышенного увлажнения.
Поточные линии послеуборочной обработки зерна должны иметь высокую надежность. Учитывая короткий агротехнический срок уборки зерновых, следует помнить, что простои уборочно-транспортного комплекса из-за низкой надежности работы поточной линии могут привести к большим потерям урожая. Зерноочистительно-сушильные пункты хозяйств должны обеспечить прием и обработку зерна от комбайнов в экстремальных условиях, т.е. в годы с самыми неблагоприятными условиями.
Производственная мощность уборочно-транспортного комплекса и
зерноочистительно-сушильного пункта должна быть согласована. Поточные
технологические линии, которые обрабатывают поступивший
урожай, должны работать в установившемся режиме с равномерной подачей обрабатываемого сырья. Перерывы в подаче сырья приводят к сбою в работе машин и даже к порче продукции.
В создании предприятий по производству семенного зерна сложились два направления. Первое - это агрегатный тип цехов, экономичный, с высокой степенью заводской готовности (ЗАВ, КЗС, ОБВ, СП). Второе направление - это линейный тип цехов из разрозненных машин. Машины и оборудование в линиях могут применяться те же, что и в агрегатах, однако возможно и нестандартное оборудование. Эти поточно-технологические линии компонуются в зданиях из сборного железобетона, В поточной линии все машины увязаны по производительности, выходной поток предыдущей машины является входным потоком для последующей, что позволяет свести к минимуму затраты ручного труда и количество вспомогательных операций. Появившись в начале 60-х годов, эти два направления были предусмотрены в системе машин до 1990г.
Процесс послеуборочной обработки зерна состоит из нескольких операций (предварительная и первичная очистка, сушка, вторичная очистка, специальная обработка), выполняемых последовательно на отдельных машинах или поточных линиях (см. рис. 1.1).
Для послеуборочной обработки семенного зерна используют зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ и зерно очистительно-сушильные комплексы типа КЗС.
Зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ рассчитаны на послеуборочную обработку зерна и семян различных культур влажностью до 16%. За однократный пропуск через машины качество зерна доводится до норм базисных кондиций на продовольственное зерно. Поэтому их рекомендуют для районов с невысокой уборочной влажностью зерна.
Зерноочистительно-сушильный комплекс состоит из зерноочистительного агрегата и шахтной или барабанной зерносушильной установки. Комплексы типа КЗС рассчитаны для работы в районах умеренного увлажнения с уборочной влажностью зерна до 20%.
Сушка зерна
Прием
зернового
вороха
Предварительная очистка
Временное хранение,
активное вентилирование семян
Рис. 1.1. Традиционная схема послеуборочной обработки зерна.
В районах с большой уборочной влажностью зерна применяют зерноочистительно-сушильные комплексы КЗС-20Ш, КЗС-25Ш. На таком комплексе можно производить послеуборочную обработку зерна с начальной влажностью до 35% [5,22].
Главной причиной, по которой происходит снижение качества (всхожести) семян с высокой влажностью (не учитывая травмирование в комбайнах), является накопление углекислого газа СОг в межзерновом пространстве, которое начинается уже в бункере зернового комбайна и достигает 0,5-5,0 %. При влажности озимой ржи 30 % уже при поступлении на пункт обработки зерновая масса содержит С02 около 5-7 %. Высокая концентрация углекислого газа и недостаток кислорода приводят к анаэробному дыханию зерна, продукты которого резко снижают всхожесть семян, вплоть до ее полной потери.
Следовательно, поступивший от комбайнов зерновой ворох необходимо активно вентилировать с целью:
а) исключения анаэробного дыхания зерна;
б) удаления поверхностной влаги для предотвращения развития вредных микроорганизмов.
Реально решить эту задачу способны отделения приёма с аэрожелобами [47] или крытые площадки активного вентилирования (ПАВ) [45]. Налажен выпуск бункеров активного вентилирования БВ-25, БВ-40, БВ-40А, которые предназначены для накопления и временной консервации зерна влажностью до 30 %. Эти бункеры могут использоваться самостоятельно или в составе отделений ОБВ-100, ОЕВ-160, ОБВ-160А, ОБВ-200 и ОБВ-400. Бункеры и отделения временного хранения играют роль компенсаторов "возмущений", вызванных неравномерностью суточного поступления зернового вороха. Их задача - компенсировать часовые и суточные колебания потоков зерна с поля и создать условия для его послеуборочного дозревания и безопасного хранения в ожидании предварительной очистки и сушки.
Для предварительной очистки используются машины МПО-50, ОВС-25С, К-247А (ЗМ-10), которые воздушным потоком и решетами очищают ворох от легких и крупных примесей, облегчая работу последующих машин. Их номинальная производительность в режиме предварительной очистки в 1,5...2 раза превышает производительность машин первичной очистки.
В зерноочистительно-сушильных комплексах для сушки семенного зерна
применяются шахтные сушилки (СЗШ-8, СЗШ-16, СЗШ-16А). В
зерноочистительно-сушильных комплексах K3C-20IH шахтная зерносушилка СЗШ-16А снабжена комплектом дополнительного оборудования КШС-20 для предварительного нагрева зерна и частичной его рециркуляции. Это позволяет обрабатывать зерно с начальной влажностью до 35 % [50]. Для сушки зерна с высокой исходной влажностью (до 35 %) могут быть использованы и шахтные сушилки С-10, С-20, а также колонковые СК-5, СК-10 . На семенном режиме производительность сушилки снижается вдвое. Для предотвращения растрескивания семенного зерна при сушке в шахтных сушилках приходится ограничивать разовый съем влаги в пределах 4-6 %
20 [50]. В зависимости от исходной влажности сушильные камеры (шахты) в шахтных сушилках могут работать либо параллельно, либо последовательно.
Первичная очистка зерна или семян на поточных линиях осуществляется на машинах ОВС-25С, К-527 (ЗМ-10) и ЗВС-20А. Принцип работы этих машин заключается в следующем: часть легких примесей удаляется воздушным потоком, а битые, щуплые и мелкие семена после решетной очистки формируют фуражную фракцию. Отдельной фракцией идет очищенное зерно.
Зерновой поток после первичной очистки поступает на сортировку (триерование), основной задачей которого является выделение из зерновых смесей длинных и коротких примесей (овсюга, куколя, дробленых зерен, соломки). В поточных линиях для этого используется стационарный триерный блок ЗАВ-10.90000А.
При обработке семенного зерна с поточно-технологическими линиями
блокируются семяочистительные приставки СП-10А. Приставки
представляют собой набор машин и оборудования для вторичной и специальной очистки семян после их обработки на зерноочистительных агрегатах и очистительно-сушильных комплексах, а также для порционного взвешивания, затаривания и зашивки мешков.
В состав приставок входят машины вторичной очистки СВУ-5А, пневмостолы СПС-5. Машины СВУ-5 предназначены для вторичной очистки и сортирования семян. Очистка и сортирование осуществляется по парусности - воздушным потоком, по размерам - решетами. Пневмостолы СПС-5 используют для очистки семенного зерна от трудноотделимых примесей, отличающихся от основной культуры удельным весом.
Для хранения семенного зерна используется механизированный модуль семенного хранилища МС-50. Он может быть увязан с зерноочистительным агрегатом и с зерноочистительно-сушильным комплексом.
Поточно-технологические линии могут комплектоваться и зарубежными машинами для послеуборочной обработки зерна. Для предварительной и первичной обработки зерна могут использоваться универсальная
21 зерноочистительная машина К 547 А 12, воздушно-решетный сепаратор К-527. Для вторичной очистки семян может применяться машина К 547 А 12 и триерные блоки К-236. Все эти машины производит фирма «Petkus Wutha».
В нашей стране продолжаются работы по созданию новых машин для послеуборочной обработки зерна и реконструкции оборудования старых ЗАВ и КЗС. В новых комплексах используются машины с улучшенными технико-экономическими показателями: МПО-50, МЗП-50, ЗВС-20А, СЗШ-16А, СЗСБ-8А и др.
Разработан пункт послеуборочной обработки зерна для фермерских хозяйств ПОЗ-200. Он предназначен для приема, временного хранения влажного зернового вороха, сушки, очистки от примесей и длительного хранения семенного и продовольственного зерна влажностью до 35 % без ухудшения семенных качеств.
Пункт послеуборочной обработки зерна базируется на серийном оборудовании, может обрабатывать зерно по поточной и двухсгадийной технологиям, имеет возможность сушки зерна с использованием твердого топлива (дров).
Опыт эксплуатации поточных линий выявил и некоторые их недостатки. В первую очередь, это низкая производительность отдельных машин и поточных линий в целом.
Всё зерно, поступившее с поля, должно быть принято и обработано в режимах, соответствующих его параметрам (влажности, засорённости). Существующие комплексы рассчитаны на работу при начальной влажности вороха до 26%, а выбросы влажности в большую сторону приводят к тому, что поток прерывается. Влажность зерна влияет, прежде всего, на работу сушилок. При влажности зерна 20...22 % получить кондиционные семена по всхожести на традиционных комплексах КЗС и ЗАВ с шахтными сушилками не вызывает трудностей. Однако при влажности 28...30 % и более пропускная способность сушилок снижается в 2 раза, в то время как сортировальное отделение работает в режиме W =13-14% = const и постоянной пропускной
способности, соответствующей паспорту зерноочистительной машины. Это
22 приводит к накапливанию зерна перед поточными линиями, остановке комбайнов и, как следствие, к снижению качества семян.
Кроме того, приходится увеличивать количество однотипных машин или же неоднократно пропускать одну и ту же партию зерна через сортировальное отделение, чтобы получить семена высоких репродукций и требуемого качества по чистоте. С экономической точки зрения это не выгодно и нередко вызывает несогласованность в работе всей поточной линии. Кроме того, многократный пропуск семян через машину ведет к повышенному травмированию семян. Так, по данным А.Н.Пугачева [35], каждый пропуск зернового материала через машину вторичной очистки ведет к увеличению повреждений семян на 2...3%. Снижение всхожести, которое наблюдается при этом, означает, что на каждом гектаре посевной площади мы теряем в среднем 30.,.40 кг зерна [15].
При выращивании семенного зерна в семеноводческих хозяйствах необходимо вести его обработку партиями в зависимости от репродукции и сорта. Для хранения каждой партии зерна требуются отдельные емкости. Следовательно, для обеспечения поточности технологического процесса необходимо иметь значительное количество складских помещений, что не всегда рационально с экономической точки зрения.
Наличие в зерновом ворохе трудноотделимых примесей требует времени для оценки характера засорителей и настройки зерноочистительных машин на конкретную партию зерна. Однако в неблагоприятные годы высока вероятность низкой всхожести семян после сушки. Поэтому без оценки партий зерна на всхожесть проводить его сортирование неоправданно.
Исходя из этого, технологию послеуборочной обработки высоковлажного зерна на семена целесообразно разделить на 2 этапа [36]:
1-ый этап - приём зерна с поля, предварительная очистка, сушка и временное хранение;
2-ой - проведение очистки и сортирования (после оценки качества высушенного семенного материала на всхожесть и наличие примесей).
Условия возделывания зерновых культур в Северо-Западном регионе Российской Федерации
Эффективность функционирования комплекса средств технической оснащенности уборки и послеуборочной обработки зерна находится, как известно, в существенной зависимости от условий функционирования, и в первую очередь - от состояния убираемой хлебной массы. Наиболее сильное влияние на показатели эффективности работы уборочных машин оказывает такие ее характеристики, как влажность зерна, влажность соломы, засоренность, полеглость, соломистость и пр. Состояние растительной массы, в свою очередь, зависит от особенностей почвенного фона и рельефа местности и формируется под воздействием метеорологических факторов.
Природно-климатические условия функционирования сельскохозяйственных предприятий на Северо-Западе России во многом зависят от агроклиматических ресурсов территории [1]. Рассмотрим этот вопрос применительно к Ленинградской области, которая занимает территорию площадью 86000 кв.км и имеет протяженность с запада на восток 500 км, а с севера на юг в пределах от 100 до 350 км. Рельеф территории области представляет собой всхолмленную равнину. Перепады высот в некоторых случаях достигают 250 м. Так вблизи реки Ояти наибольшая абсолютная высота находится у отметки 290 м, а высоты Тихвинской гряды достигают 200 м. На Карельском перешейке между Финским заливом и Ладожским озером расположены Лемболовские высоты с абсолютными высотами у отметки 260 м. Такие же колебания в высотах отмечаются на Ижорской возвышенности, в районе реки Волхов.
Отмеченное сказывается на рельефе территории хозяйств области, возделывающих зерно и, следовательно, определяет необходимость учета сроков его созревания на полях, расположенных на различных высотах.
На сроки созревания зерновых культур существенное влияние оказывает и почвенный покров территории, влагосодержание в котором также во многом зависит от рельефа территории хозяйства. Широкое распространение имеют почвы с различной степенью заболоченности, которая наблюдается в низинах и плоских водоразделах.
Значительную часть пахотных земель занимают песчаные и суглинистые подзолистые почвы. Следует отметить, что даже в пределах одной территории могут встречаться все разновидности подзолистых почв с различным механическим составом: на песках и супесях в условиях грядового холмистого рельефа - слабо подзоленные почвы; на низких песчаных террасах и равнинах при избыточном увлажнении поверхностными водами - аллювеально-гумусовые подзолы. Особую группу представляют дерново-карбонатные почвы.
Большое количество почв, зависящих от форм рельефа, механического состава почв и почвообразующих пород на территории, а также температурно-влажностные режимы, зависящие от рельефа почвы по высотам и содержания в них влаги, сказывается на условиях произрастания сельскохозяйственных культур и, особенно на сроках созревания зерновых, как озимых, так и яровых.
Северо-Западный район России характеризуется крайне неблагоприятными условиями для уборки зерна. К числу важнейших особенностей этого района относится сравнительно короткий безморозный период (75-160 дней) и обусловленное этим совпадение сроков проведения уборочных работ на многих культурах. Это влечет за собой повышенную потребность в трудовых и технических ресурсах. Дополнительную трудность создает и неопределенность сроков наступления уборочной спелости: в зависимости от погодных условий в период развития растений они сильно меняются от года к году, усложняя тем самым определение этой потребности.
Характеристики природно-климатических условий, приведенные в литературных источниках [1,2], показывают, что климат Северо Западного района России умеренный с затяжными зимами и повышенным (400,..700 мм в год) количеством осадков. Годовое испарение влаги составляет 200 ...500 мм. Осадков во время уборки выпадает в среднем в два раза больше, чем за аналогичный период в южных и юго-восточных районах страны. При этом более половины общего количества календарных дней уборочного периода составляют дни дождливые, когда выход комбайнов в поле невозможен. Возможная продолжительность рабочего дня комбайна, а, следовательно, и возможная дневная выработка в ясные дни существенно снижается из-за обильных рос. Все это влечет за собой увеличение продолжительности уборки и связанное с этим возрастание потерь урожая.
Большое количество осадков и высокая влажность воздуха при низких температурах приводят к высокой влажности зерна и соломы. Так, для озимых влажность свежеубранного зерна и стеблей составляют, соответственно, 25...30% и 40...50%, для яровых - 30...40% и 50...60%. Вероятность получения зерна кондиционной влажности в районе составляет приблизительно ОД и является самой низкой среда всех хлебосеящих районов страны [1].
Характеризуя Северо-Западный Район России с точки зрения влажности свежеубранного зерна, необходимо указать и на такую особенность, как большие колебания ее среднесезонных значений. Согласно [26], среднеквадратическое отклонение уборочной влажности зерна Архангельской области составляет 4,5%.
Повышенным увлажнением района обусловлен и ряд других, неблагоприятных для проведения уборочных работ обстоятельств. Это, во-первых, активное развитие вегетативных частей растений, и во-вторых, появление и интенсивный рост сорняков. Первое является причиной высокой соломистости хлебостоя (отношения массы срезанных влажных стеблей к массе зерна): ее значение достигает 3...4, тогда как в южных районах - лишь 1 ...1,5; второе - причиной большой засоренности вороха. Пределы изменения засоренности вороха различных зерновых культур неодинаковы и существенно зависят от уровня агротехники. Обычно значение засоренности вороха находится в пределах 4...8%, хотя при неблагоприятных обстоятельствах может достигать 10 и даже 15% по массе [22]. Высокая засоренность, очевидно, требует повышения производительности зерноочистительных машин и, кроме того, снижает вероятность сохранения зерна от порчи: засорители, как правило, служат источниками инфекции, ускоряют заражение плесневым грибом и пр.
Другая группа факторов, определявших условия проведения уборочных работ, связана с особенностями почвенного фона, рельефа местности и размещения полей.
Как уже отмечалось, рельеф местности Северо-Западного района Российской Федерации весьма сложен и неровен, поля раздроблены, разбросаны, имеют сложные очертания и подчас находятся на значительном удалении друг от друга. Влияние рельефа сказывается, прежде всего, на темпах развития растений. Как правило, зерновые культуры на положительных формах рельефа ускоряют темпы развития, и созревает в среднем на 5-10 дней быстрее, чем на равнине. Но высота роста, качество и урожай в большинстве случаев оказываются выше в пониженных формах рельефа [85]. Следствием всего этого является большая неравномерность развития и созревания растений, как на различных полях, так и в пределах одного и того же поля.
Информационная модель процесса уборки и послеуборочной обработки зерна
Процесс формирования технической оснащенности уборки и послеуборочной обработки зерна вместе с теми операциями, которые выполняют составляющие ее технические средства рассматривается как многопараметрическая система [38]. Как известно, процесс функционирования объекта любой природы может быть описан с помощью некоторой совокупности параметров, образующих в общем случае следующие группы [17]: воздействия внешней среды; внутренние параметры объекта; выходные характеристики объекта.
При этом воздействия внешней среды и внутренние параметры являются независимыми, а выходные характеристики - зависимыми параметрами.
Непосредственным объектом нашего исследования является процесс уборки и послеуборочной обработки зерна. С точки зрения структуры, как отмечалось ранее, этот процесс может быть разделен на следующие этапы: уборку, транспортировку зернового вороха, послеуборочную обработку семенного зерна. Выделить и описать все этапы технологического процесса удобно, обращаясь к укрупненной схеме связей, представленной на рис. 2.1. Согласно этой схеме, одним из элементов внешней среды является убираемая хлебная масса. Подсистема уборки непосредственно контактирует с ней, превращая ее в продуктопотоки. Подсистема транспортировки связывает подсистему уборки с приемником продуктопотока, в качестве которого
выступает пункт послеуборочной обработки зерна. Процесс уборки и послеуборочной обработки зерна осуществляется в условиях конкретного хозяйства с определенной структурой посевных площадей и дорожной сетью (топографией угодий), рельефом местности и почвенным фоном. Влияние этих факторов учтено введением в схему элемента "топографические условия". И, наконец, еще один элемент схемы учитывает влияние на процесс уборки и послеуборочной обработки зерна погодных условий.
Приведенная схема не отражает всей сложности взаимных влияний различных сторон рассматриваемого процесса, но позволяет выделить и детально рассмотреть отдельные связи процесса уборки и послеуборочной обработки зерновых культур на семена. Каждому технологическому этапу процесса уборки и послеуборочной обработки зерна соответствуют различные наборы сельскохозяйственных машин, агрегатов и транспортных средств, обеспечивающие проведение механизированных работ по уборке и послеуборочной обработке зерна в оптимальные агротехнические сроки с необходимым качеством. Эти наборы технических средств отличаются друг от друга технико-экономическими и технико-эксплуатационными показателями.
В качестве выходной характеристики системы целесообразно рассматривать показатель эффективности ее работы Q.
Наиболее распространенными критериями оценки технологии, состава и структуры технической оснащенности уборки и послеуборочной обработки семенного зерна являются: минимум затрат на единицу продукции средств, труда, энергии, максимум производительности, минимальные потери продукции, качественные показатели конечного продукта и др.
В зависимости от решаемой задачи и условий в качестве критериев оптимизации выступает один из них, или несколько. Последнее время, в связи с ростом цен на энергоносители и обострением конкурентной борьбы за рынок сбыта продукции, все большее значение придается таким критериям как энергоемкость и суммарные затраты средств на единицу продукции [94].
При оптимизации структуры и состава технической оснащенности уборки семенного зерна следует помнить о том, что при ориентации каждой из подсистем уборки на максимальную собственную производительность при минимуме собственных затрат неизбежно возникают противоположные интересы в стыковых вопросах. Так, для исключения простоев комбайнов (т.е. для увеличения производительности уборочной подсистемы) необходимо увеличение количества транспортных средств, что означает уменьшение производительности транспортной подсистемы. И наоборот, исключение (или уменьшение) простоев транспорта в ожидании выгрузки зерна может быть достигнуто путем увеличения числа комбайнов, что уменьшит производительность уборочной подсистемы.
Исходя из выше сказанного, информационная модель функционирования технической оснащенности уборки и послеуборочной обработки зерна имеет 1 = п + р + т входных и j = s + l + k выходных параметров.
Часть входных параметров управляема и определяется л-мерным вектором BQ(bybl,..;ЬП) и р-мерным вектором Ха(х ,х1)...,хар ). Вектор #„( 1% b\ ,—,bl) задает объемы механизированных работ, которые необходимо провести в заданные агротехнические сроки. Вектор АГ0(Л:,Л:,...,.Х) представляет собой наборы необходимых для этого сельскохозяйственных машин и агрегатов и позволяет составлять альтернативные варианты технической оснащенности технологий уборки и послеуборочной обработки зерна.
Другая часть входных параметров, которая представлена 111-мерным вектором E(ei,e1,...,em) и q-мерным вектором Г(/15 ,..., ), неуправляема и непосредственно не изменяется. Вектор Е является помехой и его составляющие е,,е2 ,.. ,?„, могут обладать корреляционными свойствами и однозначно оцениваться своими плотностями распределения /t Jj/Cej),...,/(е„). Он характеризует зональные природно-климатические условия. Вектор Г характеризует структуру посевных площадей хозяйства, топографию угодий (дорожную сеть), рельеф местности и почвенный фон. Входные параметры Е и Т влияют на объем механизированных работ, производительность технических средств, а, следовательно, и их состав, структуру и режим использования, обеспечивающие заданное качество выполнения технологической операции.
Структуризация технологического процесса уборки и послеуборочной обработки семенного зерна
При обосновании методики выбора оптимальных параметров функционирования технической оснащенности для уборки и послеуборочной обработки семенного зерна необходимо решить две систематические задачи: анализа и синтеза системы. В общем случае задача синтеза заключается в формировании совокупности оценок, характеризующих наилучшие значения качества функционирования технической оснащенности. Задача анализа возникает при исследовании функционирования системы и оценке несовпадения реального хода технологического процесса его заданному значению.
Совместное решение указанных задач применительно к функционированию технической оснащенности можно характеризовать как процесс управления.
Каждая подсистема технологической системы должна выполнять предписанные функции с заданным уровнем надежности. Указанные функции в общем виде задаются агротехническими допусками на выполнение технологических операций.
Например, при работе шахтных зерносушилок в семенном режиме температура теплоносителя для ржи и пшеницы 70 С, для ячменя 75 С, для овса 80-85С. Температура зерна на выходе из зоны сушилки - 38 С для всех культур. Максимальный съем влаги - 6%.
На выходе из машин вторичной очистки семенное зерно должно содержать примесей не более 1 %. При этом в 1 кг семенного зерна допускается не более 10 семян других растений, из них семян сорных растений - не более 5 штук (для семян первого класса) [11].
Задача оптимизации технической оснащенности состоит в том, чтобы установить рациональные параметры технических средств технологий уборки и послеуборочной обработки, обеспечивающие выполнение требуемых объемов механизированных работ в конкретных природно-климатических условиях в соответствии с агротехническими требованиями и заданной экономической эффективностью. Формализация процедур рациональной загрузки машин послеуборочной обработки зерна.
Процесс уборки и послеуборочной обработки зерна характеризуется функционированием потока транспортных средств с зерновым ворохом. Поступление зерна к поточным линиям, как по номенклатуре, так и по массе в значительной степени определяется сложившейся структурой посевных площадей, сроками созревания и уборки, урожайностью, мощностью убор очно-транспортного комплекса. Такие показатели, как влажность и засоренность зернового вороха, также существенно варьируют во времени и по территории. Их величина зависит от многочисленных факторов: уровня агротехники, почвенно-климатических условий, температуры и влажности воздуха, количества осадков, спелости зерновых культур, продолжительности работы зерноуборочных комбайнов за сутки, тщательности их регулировки [6,75]. Случайный характер изменения перечисленных факторов затрудняет получение количественных зависимостей и математических моделей исследуемых явлений, которые являются основой инженерного проектирования и технического расчета производственных процессов.
Под качеством технической оснащенности послеуборочной обработки зерна будем подразумевать приспособленность машин выполнять требуемый объем работ на заданном уровне и в соответствии с агротехническими сроками. Задача оценки качества технической оснащенности заключается в обосновании состава, структуры, режимов работы зерноочистительных машин и оборудования, функционирующих в условиях неопределенности внешней среды.
Зерноуборочный комплекс - это целенаправленная совокупность машин, последовательно выполняющих набор конкретных технологических операций по уборке зерна (в широком смысле). Эта совокупность машин формируетсяна базе общих требований, имеет единство цели и агротехнических ограничений и характеризуется согласованностью параметров по производительности.
При проектировании рациональных вариантов зерноуборочных комплексов надо учитывать следующие технологические требования: проведение работ по уборке и послеуборочной обработке зерна в оптимальные агротехнические сроки, что снижает до минимума потери зерна из-за перестоя хлебной массы в поле; проведение своевременной обработки свежеубранного зернового вороха с целью предотвращения его самосогревания; обеспечение поточности технологического процесса уборки и послеуборочной обработки зерна.
Расчету отдельных машин, их рабочих органов или поточной линии в целом всегда предшествует решение ряда принципиальных вопросов, касающихся организации производственного процесса, режимов работы, возможных типов машин, уровня автоматизации и т.д. Технологическая схема работы поточной линии определяется ее назначением, параметрами сырья и готовой продукции, перспективами развития хозяйства, необходимой производительностью оборудования в час, смену, сезон. Производительность машин для послеуборочной обработки зерна зависит от многих факторов, таких, как обрабатываемая культура и ее назначение, начальная влажность и засоренность поступающего на обработку зерна и т.д. [22, 31,67].
Математическая модель оптимизации параметров технических средств уборки зерновых культур на семена
Математическая модель оптимизации должна предусматривать оргшшзацию такого вычислительного процесса на ЭВМ, который автоматизирует выполнение всех условий, содержащихся в модели.
Задача оптимизации функции многих переменных может быть решена методом покоординатного спуска. Это позволяет перейти от многопараметрической оптимизации к однопараметрической, что существенно упрощает процесс оптимизации. Смысл такого подхода сводится к последовательной циклической оптимизации по каждому из оптимизируемых параметров на основе использования только значений целевой функции.
При этом предполагается, что целевая функция Q(x) и ее первая и вторая производные по всем переменным существуют и непрерывны, а компоненты градиента могут быть записаны в аналитическом виде или с достаточной точностью найдены с помощью численных методов.
Градиент скалярной функции направлен в сторону наискорейшего увеличения функции Q(x), т.е. наискорейшего подъема. Он перпендикулярен линии уровня функции Q(х) в данной точке. Вектор, противоположный этому градиенту (отрицательный градиент, антиградиент) направлен в сторону наискорейшего спуска. На рисунке 4.1. (а и б) представлены графические схемы реализации алгоритма наискорейшего спуска. На каждом шаге итерации в точке х вычисляется градиент функции VQ(xik)). Далее в направлении антиградиента -V(?(;c(A)) ищется точка x«+l) = xw-aVQ(x(k)), (4.4) в которой значение критерия оптимальности было бы наименьшим (наибольшим) в заданном направлении.
Количество итераций при нахождении оптимального состава технической оснащенности должно обеспечивать достаточную точность вычислений. Процесс оптимизации заканчивается, если относительная погрешность вычислений составит 1-2 %.
В детерминированной постановке без учета вероятностной природы условий функционирования решение задачи оптимизации параметров технической оснащенности уборки зерновых (при жесткой конкретизации сроков проведения механизированных работ и их объемов) позволят находить оптимальные параметры технической оснащенности с учетом выбранного критерия оптимальности.
При учете внешних условий функционирования, в общем случае представленных многомерными векторами Е и Г, задача поиска оптимальных параметров технической оснащенности уборки семенного зерна становится практически не разрешимой. В этом случае можно вести речь только о рациональных параметрах технической оснащенности, позволяющих с учетом выбранного критерия оптимальности сформировать комплекс технических средств и обеспечить выполнение механизированных работ в прогнозируемых эксплуатационных условиях с некоторой вероятностью.
Система оценочных показателей позволяет проводить количественную оценку свойств системы с позиции её приспособленности к решению производственных задач. В системе оценочных показателей в процессе оптимизации параметров объекта, а в данном случае состава и структуры технической оснащенности уборки и послеуборочной обработки семенного зерна, экстремального значения достигают не все оценки, хотя они также характеризуют эффективность функционирования системы.
Для оценки качества технической оснащенности технологических процессов на базе комплексов машин и агрегатов могут использоваться абсолютные стоимостные показатели, например, приведенные затраты и затраты на восстановление и эксплуатацию комплекса машин. Кроме того, могут использоваться стоимостные и натурально-вещественные показатели, характеризующие потребность в обслуживающем персонале, в горючесмазочных материалах, затраты энергии на уборку и послеуборочную обработку семенного зерна и т.д.
Результаты сравнения абсолютных показателей с фактическими позволяют судить о качестве функционирования технической оснащенности уборки зерновых. Однако абсолютные показатели не дают возможности установить нормативы или допускаемые значения параметров технической оснащенности. Для этого используются удельные показатели (оценки) качества ее функционирования.
Удельные относительные стоимостные и натуральные оценки должны рассчитываться путем составления отношения абсолютных показателей к единице измерения количества конечного продукта или к единице измерения площади её возделывания. В качестве таких показателей могут использоваться, например, такие показатели технической оснащенности уборки и послеуборочной обработки семенного зерна как энергоемкость полученного продукта, удельная металлоемкость, удельные затраты горюче-смазочных материалов.
Оптимизация технической оснащенности требует обоснования критерия оптимальности, так как функционирование всех подсистем процесса уборки зерновых должно происходить в рамках обеспечения оптимального режима ее функционирования. Критерий оптимальности в процессе оптимизации параметров технической оснащенности 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.
Выбор критерия оптимальности определяется тем, на какой период времени решается задача оценки качества, но в любом случае он должен наилучшим образом отвечать требованиям процесса производства семян зерновых культур. Из-за необъективности прогнозных стоимостных показателей на длительную перспективу при разработке технической оснащенности наиболее приемлемыми являются натурально-вещественные показатели.
Все возрастающие затраты энергии на получение единицы продукции, ограниченность ископаемых видов топлива и постоянный рост инвестиций на их добычу указывают на то, что сельское хозяйство превратилось в энергоемкую отрасль производства [91]. Универсальность энергетической оценки заключается в том, что для любой деятельности во всех сферах приложения труда происходят затраты энергии с единой физической сутью. Как бы не колебались цены, какие бы темпы инфляции не складывались, энергетический критерии остается неизменным и не подверженным субъективным факторам.
