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.,

2.6. Обоснование задачи повышения эффективности производственных процессов в растениеводстве

Объемы товарного производства отдельного хозяйства и в целом страны при прочих равных условиях зависят от применяемых машинных технологий и машинно-тракторного парка. Структурная схема формирования и развития тракторного парка в общем виде включает системы определяющих, ограничивающих факторов и оптимизируемых характеристик.

Современное состояние агропроизводства характеризуется глубоким кризисом. Парк тракторов и машин деградирует, технологический регламент из-за нехватки техники не выполняется, объем производимой продукции недостаточен для обеспечения продовольственной независимости страны. В период преодоления кризиса и при дальнейшем развитии сельскохозяйственного производства в качестве основных направлений совершенствования технологий можно считать [220]: повышение эффективности использования биологических возможностей сельскохозяйственных культур, агроклиматического потенциала (интенсификация производства); минимизацию затрат материально-технических, в первую очередь энергетических, ресурсов (ресурсосберегающие технологии); трудосбережение путем комплексной механизации производственного процесса.

Оптимизация механизированных производственных процессов по условиям функционирования в растениеводстве сводится к решению задачи вида (2.10), где оценку их эффективности проводят по значениям переменных состояния x. Однако цель управления производственным процессом выражается через переменные состояния достаточно сложным образом. Поэтому наряду с переменными состояния  удобно ввести в рассмотрение выходные переменные, выражающие цели управления в явном виде:

,                                     (2.32)

где   - экстремизируемый функционал (в многокритериальной модели - главный вектор);

 - условия функционирования производственной системы;

X - исследуемые технико-технологические параметры;

 - ограничения.

При этом ограничения  связаны с удовлетворением требований, предъявляемых к производственному процессу. Эти требования обычно носят характер равенств или неравенств, что отражено в структуре множества (2.8).

В процессе оптимизации определяются структура производственного процесса (например в виде графа) и его параметры. Будем обозначать структуру вектором

,

а параметры - вектором

,

компонентами которого могут быть значения весов, задержек, коэффициентов усиления, постоянных времени и других параметров.

Таким образом определяется пара

,

образованная структурой A процесса и его параметров X. Само определение структуры параметров системы производственного процесса происходит путем решения оптимизационной задачи:

,                  (2.43)

где ,  - соответственно оптимальные структура и параметры в условиях Θ.

На рис. 2.4 цель поставленной задачи определяет критерий оптимизации Q (2.32) и структуру ограничений (2.8). Два контура оптимизации соответствуют двум видам оптимизации - параметрической (по X) и структурной (по A), где  - множества допустимых параметров и структур, в рамках которых происходит оптимальное исследование или проектирование.

Декомпозицию технологии по мнению А.К. Нанаенко и др. лучше всего выполнить по календарным периодам проведения сельскохозяйственных работ и протекания естественных процессов. В составе технологии имеют место следующие комплексы: осенний машинный почвообрабатывающе-удобрительный, зимний естественный, весенний машинный почвообрабатывающе-защитный, весенний естественный, почвообрабатывающе-посевной-машинный, вегетационный естественный, почвообрабатывающе-оросительный машинно-естественный, защитный машинный, уборочно-транспортно-обрабатываюший машинный [238].

Каждый из комплексов, в свою очередь, представляет собой совокупность технологических операций, выполняемых машинами, или естественных процессов в почве, растениях и приземном слое воздуха.

При создании пригодной для практического использования математической модели технологии определяется предел ее расчленения, задаваемый видом конечных элементов. За конечные элементы принимаются технологические операции, выполняемые поодиночно работающими машинами и агрегатами, группами однородных машин и агрегатов по функционированию машин и агрегатов (машинными комплексами).

 

 

Система целей прогрессивной технологии, определяющая ее содержание, зависит от вида технологии (интенсивная, индустриальная, почвозащитная, энергосберегающая и т. д.), культуры и сорта, а также от местных природно-производственных условий [8, 9, 27, 30, 45, и др.]. Так, основная цель интенсивной технологии - получение наибольшей урожайности, сокращение затрат труда (до минимума или полного исключения) и средств. Условия производства в конкретном хозяйстве могут диктовать и другие цели.

Перечень технологических операций, входящих в комплекс прогрессивной технологии в системном ее представлении, может выбираться в соответствии с наиболее эффективными рекомендациями отраслевых и зональных научных учреждений и соответствовать целям технологии. По каждой операции намечается состав технических средств: работающая машина или агрегат, группа однотипных или разнородных машин. На основании этого составляется математическая модель технологии. Для сложной системы математическая модель состоит из моделей элементов и модели взаимодействия между ними [216].

Основой расчета основных параметров технологических систем служит программа (объем) производства продукции или выполнения работ. Прямые показатели объема производства для технологии возделывания сельскохозяйственной культуры - количество полученной продукции или урожайность. Однако эти показатели из-за особенностей сельскохозяйственного производства, где основная работа совершается главным образом благодаря естественным факторам, подвержены значительным изменениям независимо от количества выполненных механизированных работ. Единственный стабильный показатель, от которого зависят количество продукции и объем механизированных работ,- площадь посева. Главный показатель любого элемента технической системы - его пропускная способность (производительность). Смысл этого показателя для машинных элементов технологии ясен. Для элементов, которые функционируют в разрывах между машинными, он характеризует интенсивность естественных процессов.

Алгоритм решения задачи (2.43) при многоэкстремальности функционалов Q представляет собой последовательную процедуру, имеющую рекуррентный характер. Это означает, что процесс поиска состоит из повторяющихся этапов, каждый из которых представляет собой переход от одного решения к другому, лучшему, что и образует процедуру последовательного улучшения решения (пока не будем различать структуру A и параметр X):

              (2.44)

В этой последовательности каждое последующее решение в определенном смысле лучше, предпочтительнее предыдущего, т.е.

                         (2.45)

Здесь смысл знака предпочтения « » может быть различным. Например, если , , то (2.44) означает, что . Если , то предпочтение (2.44) естественно связать с выполнением условия .

Алгоритм поиска оптимального решения, таким образом связывает следующие друг за другом решения. В простейшем случае

,                    (2.46)

где F - алгоритм поиска.

Стандартный алгоритм F указывает, какие операции следует сделать при u[N], чтобы получить решение u[N+1], более предпочтительное, чем u[N], выполняет две функции: сбора информации и принятия решения. Возможны и отклонения от этой схемы, когда обе функции совмещены и неразделимы, но они обязательно сохраняются.