Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 8
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 43
2.1. Основные принципы статистического моделирования процесса доения коров 43
2.2. Формализация процесса 49
2.3. Моделирующие алгоритмы 58
3. ПРОГРАММА. И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 76
3.1. Программа исследований 76
3.2. Методика исследований 77
3.2.1. Методика экспериментальных работ . 77
3.2.2. Методика исследования процесса доения коров на имитационных моделях 84
3.2.3. Методика обоснования потребности в средствах механизации доения коров на перспективу . 88
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 92
4.1. Результаты экспериментальных работ 92
4.2. Результаты исследований процесса доения коров на
имитационных моделях 10З
4.2.1. Проверка адекватности моделей 103
4.2.2. Исследование условий функционирования доильных машин 105
4.3. Исследование эффективности функционирования и обоснование основных параметров доильных машин 135
5. НОРМАТИВЫ ПОТРЕБНОСТИ КАЗАХСКОЙ ССР В ДОИЛЬНЫХ МЖИНАХ 159
ВЫВОДЫ 162
ЛИТЕРАТУРА 165
ПРИЛОЖЕНИЯ
- СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
- Основные принципы статистического моделирования процесса доения коров
- Программа исследований
- Результаты экспериментальных работ
Состояние вопроса
В системе Министерства сельского хозяйства Казахской ССР основное производство молока сосредоточено в 1376 хозяйствах, на фермах которых содержится 1223,6 тыс, дойных коров (табл.1.1). Как следует из таблицы I.I, молочное скотоводство в республике распространено, практически, повсеместно за исключением Мангыш-лакской области, В хозяйствах содержатся от 200 до 2405 коров, в среднем на одно хозяйство приходится 889 коров.
В последние годы в республике, как и по всей стране, осуществляются мероприятия по дальнейшему развитию молочного скотоводства и повышению эффективности производства молока. Проводится концентрация и специализация отрасли, строительство комплексов с индустриальными методами производства, развивается кормовая база, внедряются новые технологии и средства механизации. Однако, еще длительное время основное производство молока в республике будет сосредоточено на существующих фермах при сложившихся технологиях содержания животных.
Современное состояние механизации молочных ферм характеризуется следующими данными. Уровень механизации производственных процессов составляет: поение - 75, , раздача кормов - 58,1$, уборка навоза - 70,&$, доение коров - 84,8$. Уровень комплексной механизации составляет 55,2$.
Как следует из приведенных данных, оснащенность молочных ферм республики средствами механизации неудовлетворительна. Также низка и экономическая эффективность производства молока: затраты труда на I центнер молока составляют 7,76 чел.-ч., себестоимость -- 29,32 рубля.
Повышение эффективности производства молока, в значительной мере определяется совершенствованием наиболее трудоемкого на молочных фермах процесса доения коров.
Основные принципы статистического моделирования процесса доения коров
Сущность метода статистического моделирования состоит в построении специального алгоритма, позволяющего имитировать с помощью вычислительных операций на ЭЦВМ функционирование исследуемой системы в течение определенного периода времени. В соответствии с этим алгоритмом в ЭЦВМ вырабатывается информация, описывающая элементарные явления исследуемого процесса с учетом их связей и взаимных влияний. Определенная часть информации выводится "на печать" и используется для установления искомых характеристик процесса.
При правильном методическом подходе к разработке моделирующего алгоритма имитация процесса на ЭЦВМ адекватна проведению натурного эксперимента. В том и другом случаях имеется возможность использовать для решения поставленных задач любую информацию о состояниях процесса, если только она доступна соответствующей регистрации. Вместе с тем очевидны преимущества метода статистического моделирования при исследовании сложных систем, поскольку его применение требует значительно меньших затрат времени, труда и средств и позволяет изучать процесс при всевозможных вариантах его организации и различном варьировании значений влияющих факторов.
По разработанной Н.П.Бусленко теории метода статистического моделирования /26,27,28/ при построении алгоритмов для исследования сложных систем рекомендуется применять один из трех принципов моделирования - по "особым состояниям" системы, принципДІ, принцип последовательной проводки заявок - или их комбинаций. Оценка применимости этих принципов показала, что для исследования процесса доения коров целесообразно разрабатывать алгоритм по принципу моделирования по "особым состояниям" системы.
Под "особым" понимается состояние, в котором находится система в моменты времени, совпадающие с моментами поступления в систему входных сигналов от внешней среды, выхода одной из характеристик на границу области существования и т.д., то есть состояние системы в моменты времени окончания - начала выполнения операций: впуск коров в станки, окончание времени машинного доения коровы, выпуск коров и др.
"Особые аостояния" системы характеризуются тем обстоятельством, что в эти моменты времени характеристики процесса изменяются скачкообразно, а между "особыми состояниями" изменение характеристик происходит плавно и непрерывно.
В этом случае функционирование системы рассматривается как изменение характеристик процесса в моменты времени, соответствующие "особым состояниям" системы.
В данной работе при исследовании процесса доения коров в качестве характеристик процесса приняты основные показатели, определяющие параметры и эффективность работы доильных машин: производительность W , количество коров, выдоенных с передержками ftfl , общее время передержек аппаратов за процесс ІПА » общее время простоев доярки ТЛР Функционирование системы рассматривается как изменение характеристик во времени в зависимости от регулируемых параметров процесса - варианта организации процесса, распределения коров в стаде по продуктивности и скорости молокоотдачи, количества закрепленных за дояркой аппаратов . (станков) - и нерегулируемых параметров - продолжительности выполнения производственных операций (впуск коров в отанки, обмы-вание и массаж вымени, подключение аппарата и др.)
Программа исследований
В соответствии с целью и задачами работы поставлены следующие программные вопросы:
1. Исследование технологических характеристик процесса доения коров на установках различных типов.:
1.1. Распределения времени впуска коров в станки.
1.2. Распределения времени подготовительных операций (обмывания и массажа вымени, сдаивания первых струек молока)
1.3. Распределения времени подключения аппарата.
1.4. Распределения времени машинного доения коров.
1.5. Распределения времени заключительных операций (додой коровы и снятие аппарата).
1.6. Распределения времени выпуска коров из станков.
1.7. Распределения времени переходов доярки.
2. Разработка статистических моделей, имитирующих процесс доения коров на ЭЦВМ.
2.1. Содержательное описание процесса.
2.2. Разработка формализованной схемы процесса.
2.3. Разработка моделирующих алгоритмов и программ вычислений на ЭЦШ.
2.4. Проверка адекватности моделей.
3. Исследование процесса доения коров на имитационных моделях.
3.1. Исследование влияния продуктивности коров на параметры процесса доения.
3.2. Установление производительности доильных машин в различных типах производственных условий.
3.3. Обоснование наиболее эффективных вариантов организации процесса доения коров для каждого типа доильной машины. 4. Выбор и обоснование параметров доильных машин для условий производства молочных ферм Казахской ССР.
5. Обоснование качественной и численной потребности Казахской ССР в доильных машинах на перспективу,
5.1. Группировка молочных ферм Казахской ССР по типам производственных условий.
5.2. Обоснование типов доильных машин и их потребности для каждого типоразмера ферм.
5.3. Разработка нормативов потребности в доильных машинах для Казахской ССР на период I98I-I985 гг.
3.2. Методика исследований Выбранное направление работ обусловило разработку нового методического подхода: определение системы доильных машин для региона проводилось на основе технико-экономической оценки предварительно обоснованных типоразмеров технических средств применительно к различным производственным условиям.
При обосновании параметров и формировании возможных типоразмеров доильных машин применялся метод статистического моделирования. Корректность результатов исследования процесса с использованием метода статистического моделирования определяется объемами и качеством проведения экспериментальных исследований.
Необходимой исходной информацией для исследования процесса доения коров на имитационных статистических моделях являются сведения о характере распределения и продолжительности выполнения всех технологических операций, составляющих процесс. С учетом многообразия вариантов организации процесса, обусловливаемых технологическими возможностями технических средств для доения коров, устанавливались распределения продолжительности выполнения следующих операций: впуск коров в станки, стимулирование молокоотда-чи и сдаивание первых струек молока, подключение аппарата, собственное машинное доение коровы, машинный додой и снятие аппарата, выпуск коров из станков, переходы доярки во время выполнения процесса, слив молока из доильного ведра во фляги, транспортировка фляг в молочную.
Статистические данные, характеризующие искомые случайные величины, были получены из материалов хрономегражных наблюдений за процессом доения коров, проведенных ЦРНИС МОК КазССР в 127 хозяйствах республики и по результатам собственных экспериментальных работ на молочных фермах совхоза "Голубиновский" Талды-Курганской области, "Иртышский" Восточно-Казахстанской области и колхоза "Победа" Чимкентской области.
Хронометраж проводили одновременно два работника. Один фиксировал продолжительность машинного доения каждой коровы, определял время простоев доярки или передержек аппарата на вымени коровы и по индивидуальным счетчикам фиксировал количество надоенного молока. Полученная информация заносилась в предварительно подготовленные формы.
Результаты экспериментальных работ
В соответствии с вышеизложенными методическими положениями осуществлялись сбор и обработка статистического материала по технологическим показателям процесса доения коров на установках различных типов.
При анализе экспериментальных данных, характеризующих продолжительность подготовки коровы к доению (обмывание и массаж вымени, сдаивание первых струек молока), было выявлено, что значения показателя распределяются по нормальному закону, причем средние значения по группам данных (отдельным наблюдениям) колеблются в значительных пределах -от 8 до 65 с. Вместе с тем, правилами машинного доения /108/ регламентировано, что время между началом подготовительных операций и подключением аппарата не должно превышать 60 с, а специальными исследованиями Л.П.Карта-шова, З.П.Кокориной, А.А.Аверкиева /66/ установлена оптимальная продолжительность стимуляции молокоотдачи у коров перед доением - 40 с. Следовательно в ряде обследованных ферм данная операция выполняется .некачественно с нарушением зоотехнических требований, что значительно снижает интенсивность молокоотдачи и продуктивность коров.
Поскольку полученные экспериментальные данные не соответствовали зоотехнически обоснованному времени выполнения операции, для характеристики продолжительности подготовительных операций были построены теоретические кривые распределений на основе данных вышеупомянутых рекомендаций. Продолжительность обмывания и массажа вымени принята постоянной, равной 40 с, время выполнения остальных элементов операции (подготовка оборудования к обмыванию вымени и его отключение, сдаивание первых струек молока) ус-. тановлены хронометрированием. При этом было принято, что общая продолжительность подготовки коровы к доению не должна превышать 60 с. По характеру выполнения операции и однотипности оборудования рабочих мест распределения продолжительности подготовки коров к доению построены для двух групп доильных установок (рис.4.1 и 4.2).
Продолжительность подготовительных операций на установках для доения коров в переносные ведра и в стойлах в молокопровод несколько больше, чем на установках для доения в станках, из-за выполнения дополнительных операций - подключения распылителя для обмывания вымени к трубопроводу и его последующего отключения.
Время подключения аппарата при работе на установках различных типов аппроксимируется с нормальным законом распределения (рис.4.3...4.7), при этом вероятность согласия составляет от 0,885 для установок с. доением коров в переносные ведра до 0,9626 для установок со станками типа "Тандем" и "Елочка". Математические ожидания и среднеквадратичные отклонения в зависимости от типов доильных машин составляют: установки для доения коров в переносные ведра -/й=/&67с и б 2,02с установки для доения в стойлах в молокопровод -т=М,81си б=-4,7Ьс ; установки с параллельно - проходными станками -Л1=Ц52с ц 6-і,№с ; установки со станками типа "Тандем" -M dftc 6-0,71с - установки со станками типа "Елочка" - 01= Ю,Мг и G = 0,38с .
При анализе статистических данных по продолжительности выполнения заключительных операций (машинный додой, снятие и отключение аппарата) было выявлено, что значения показателя распределяются практически одинаково для всех типов доильных машин. Поэтому было построено обобщенное эмпирическое распределение-(рис.4.8) по данным выполнения операций на всех рассматриваемых типах доильных машин.
