Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Методы повышения эффективности механизированных производственных процессов по условиям их функционирования в растениеводстве: Учебное пособие

Арютов Б. А., Важенин А. Н., Пасин А. В.,

5.2. Многокритериальная модель структурной оптимизации производственных процессов в условиях растениеводства

На примере типового технологического процесса посева яровых зерновых культур составим технико-экономическую модель решения традиционных в эксплуатации сельскохозяйственной техники вопросов: можно ли улучшить производственный процесс, каковы ресурсы улучшения, за счет чего можно это сделать?

Современное производство ориентировано на интенсивные технологии с целью повышения эффективности использования машинно-тракторного парка и увеличения выхода продукции с единицы земельной площади. Необходимым условием интенсивных технологий возделывания и уборки сельскохозяйственных культур является поточность производства.

Учитывая условие поточности предпосевная обработка, внесение удобрений и посев яровых зерновых культур по передовой агротехнике в хозяйствах Нижегородской области [70] могут быть представлены структурной схемой рисунке 5.3.

На схеме штриховыми линиями объединены работы, которые могут выполняться комбинированными агрегатами. Например, культивация с боронованием и прикатывание с выравниванием могут выполняться за один проход агрегатом ДТ-75М + РВК-3,6 или культивация с боронованием, прикатывание с выравниванием и посев с внесением минеральных удобрений - Т-150К + КА-3,6.

Исследуемая часть выделена на схеме основной линией. Погрузочные и транспортные работы при структурной оптимизации рассматриваемого производственного процесса не включены нами в область исследования по следующим причинам.

Условие поточности предполагает равенство производительностей агрегатов. Производительность МТЗ-80 + ПФ-0,75 около  при норме внесения удобрений . При этом наиболее производительный из рекомендуемых для условий области агрегат Т-150К + МВУ-8 имеет производительность около . Таким образом на три агрегата для внесения удобрений нужен один погрузчик. Дневная выработка трех агрегатов для внесения минеральных удобрений составляет около 240 га. Более высокий темп посевных работ в погодно-производственных условиях Нижегородской области неэффективен [27], т.е. целесообразно в поточной линии иметь один погрузчик.

Из транспортных транспортно-загрузочных агрегатов к условиям Нижегородской области наилучшим образом адаптированы САЗ-3502 и УЗСА-40 соответственно [70]. Таким образом погрузочные и транспортные работы производственного процесса посева яровых зерновых культур в нашем случае имеют постоянную структуру.

По условию поточности все работы начинаются и заканчиваются одновременно. Однако в условиях производства полевых механизированных работ это не так. Чаще всего только один вид работ может производиться полный рабочий день, другие работы вынужденно начинаются позднее или заканчиваются раньше. При этом обязательно должно соблюдаться условие неразрывности технологического процесса.

Варьируя количеством агрегатов на различных видах работ можно составить систему заданий структурной оптимизации производственного процесса. Система заданий значительно расширится при включении в нее тракторов и сельскохозяйственных машин различных марок.

Введем обозначения: W₁ - производительность внесения минеральных удобрений, W₂ - производительность культивации с боронованием, W₃ - производительность выравнивания с прикатыванием, W₄ - производительность посева с внесением минеральных удобрений и составим возможные схемы соблюдения условий поточности поточных линий в пределах фонда сменности Ф_см (рисунок 5.4).

По схеме а только посевные агрегаты работают полный световой день, все виды работ начинаются одновременно, но заканчиваются раньше посева и не одновременно. При этом (условие неразрывности технологического процесса для данной схемы).

По схеме б все работы заканчиваются одновременно, но внесение удобрений начинается раньше культивации, культивация - раньше прикатывания, прикатывание - раньше посева. Полный световой день работают только разбрасыватели минеральных удобрений ( ).

По схеме в все работы за исключением посева начинаются одновременно. Полный световой день проводится только прикатывание с выравниванием, которые заканчиваются одновременно с посевом. Внесение удобрений заканчивается раньше культивации. Условие неразрывности технологического процесса для данной схемы: .

По схеме г все работы за исключением внесения удобрений заканчиваются одновременно. Внесение удобрений и культивация начинаются одновременно, но только культивация проводится полный световой день. Прикатывание с выравниванием начинаются раньше посева. Условие неразрывности технологического процесса для данной схемы: .

Из рисунка 5.4 видно, что схемы в и г являются комбинациями базовых схем а и б. Число вариантов структурных построений технологических схем определяется количественным и марочным составами агрегатов на различных видах работ и ограничениями по производительностям, накладываемы ми в соответствии с принятыми схемами. Приведем примеры некоторых из множества вариантов структурных построений.

По схеме а:

2(МТЗ-82 + МВУ-5) → 2(Т-150 + СП-11 + 2КПС-4 + 8БЗСС-1,0) → МТЗ-82 + СП-11 + 2ВИП-5,6 + 2∙3ККШ-6 → Т-150 + СП-11 + 3СЗА-3,6.

По схеме б:

Т-150К + МВУ-8 → 2(Т-150 + КШУ-12) → 2(МТЗ-82 + СП-11 + 2ВИП-5,6 + 2∙3ККШ-6) → 3(Т-150К + СП-11 + 3СЗТ-3,6).

Оптимальное проектирование [223] предполагает построение допустимого, а затем и паретовского множества решений и выделение на последнем оптимальной модели. Допустимое множество решений E - это модели, которые одновременно удовлетворяют параметрическим и критериальным ограничениям. Модель  называется паретовской (оптимальной по Парето), если не существует модели , такой, что  для , и хотя бы для одного значения  получим . Множество называется паретовским, если оно состоит из всех оптимальных по Парето моделей.

При достаточно большом числе испытаний N сложность и трудоемкость решаемой задачи в определенной степени характеризуются обобщенными и функциональными коэффициентами эффективности отбора  и , где  и  - r-мерные объемы множеств в пространстве параметров, первое из которых удовлетворяет функциональным и критериальным ограничениям одновременно, второе - только функциональным;  и  - число моделей, попавших соответственно в и ; V - r- мерный объем зондируемого пространства параметров. Случай, когда, например, , соответствует очень сильным ограничениям, когда сформулированы жесткие условия или поставлена цель улучшить и без того хорошую поточную линию; если при этом отсутствует информация о связности областей поиска, определение допустимого множества представляет сложную проблему.

Диапазоны изменения значений исходных параметров  улучшения технологического процесса задаются неравенствами:

                     (5.3)

где   - число обслуживающего персонала, чел.;

 - производительность за час чистой работы, ;

 - часовой расход топлива, ;

 - оптовая цена, руб.

,

где n_i  - число трактористов-машинистов на i работе, чел.;

m_i - число вспомогательных рабочих на i работе, чел.

,

где  - часовая производительность чистой i работы, .

,

где  - часовой расход топлива одним машинно-тракторным агрегатом на i работе, .

,

где  , ,  - оптовые цены соответственно трактора, сельскохозяйственной машины, сцепки на i работе, руб.;

 - соответственно число сцепок, сельскохозяйственных машин в машинно-тракторном агрегате на i работе.

Технико-экономическая модель структурной оптимизации технологического процесса посева яровых зерновых культур включает в себя функциональные ограничения , где .

Ограничения  характеризуют техническую производительность, рассчитанную при технически допустимых условиях использования ширины захвата, теоретической скорости и времени смены, :

,                                 (5.4)

где  - нормированные для производственных условий Нижегородской области коэффициенты использования ширины захвата, теоретической скорости и времени смены соответственно.

Ограничения  характеризуют расход топлива на единицу выполненной работы, :

.                 (5.5)

где  - коэффициент непроизводительного расхода топлива на i работе.

Ограничения  характеризуют затраты труда на единицу выполненной работы, :

.                         (5.6)

Ограничения  характеризуют эксплуатационные затраты на единицу выполненной работы, :

.                    (5.7)

где   - тарифные ставки соответственно трактористов-машинистов и вспомогательных рабочих на i работе, ;

a₁ - коэффициент, учитывающий доплату за продукцию после сбора урожая;

a₂ - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату (за отпуск, выполнение общественных обязанностей и т.д.);

 - годовая норма аммортизационных отчислений на реновацию соответственно по трактору, сцепке, сельскохозяйственной машине на i работе, %;

 - годовая норма аммортизационных отчислений на капитальный ремонт соответственно по трактору, сцепке, сельскохозяйственной машине на i работе, %;

 - процент ежегодных отчислений на текущий ремонт и техническое обслуживание соответственно по трактору, сцепке, сельскохозяйственной машине на i работе, %;

 - процент ежегодных отчислений на хранение соответственно по трактору, сцепке, сельскохозяйственной машине на i работе, %;

 - годовая загрузка соответственно по трактору, сцепке, сельскохозяйственной машине на i работе, ч;

Ц - комплексная цена 1 кг топлива, включающая расходы на основное и пусковое топливо, а так же смазочные материалы, .

Ограничения  характеризуют удельные приведенные затраты, :

.            (5.8)

,

где  Е - коэффициент эффективности капитальных вложений;

O_i - объем i работы, га.

Свойства проектируемого технологического процесса оценивались по четырем локальным критериям. Локальные критерии качества представляются в следующем виде:

 - характеризует ритм работ;

 - характеризует топливную экономичность поточной линии;

 - характеризует трудоемкость выполнения работ;

 - характеризует стоимость выполнения работ.

Анализ корреляционной связи между локальными критериями показал, что между  и  существует зависимость, близкая к функциональной (коэффициент корреляции 0,997). Поэтому q₅(α) переведен в псевдокритерий качества.

Все указанные локальные критерии желательно минимизировать. Исследование пространства исходных параметров потребовало разработки алгоритма.