Применение численных методов и математическое моделирование оптимального использования технологических комплексов на базе зерноуборочных комбайнов в Амурской области

Размещено на http://allbest.ru

Дальневосточный государственный аграрный университет

УДК 631.354.2

Применение численных методов и математическое моделирование оптимального использования технологических комплексов на базе зерноуборочных комбайнов в Амурской области

Щитов С.В., Кидяева Н.П.,

Митрохина О.П., Кузнецов Е.Е.

Оптимальная организация и применение машинного труда при использовании технологических комплексов, предназначенных для уборки зерновых культур, является одной из важнейших задач, возникающих в процессе растениеводства. Зерноуборочный комбайн служит основным звеном технологического комплекса, от правильного выбора конструктивно-режимных и эксплуатационных параметров которого во многом зависит результативность применения выбранной технологии производства.

Однако решение задачи оптимизации ресурсов средств механизации, находящихся в распоряжении предприятий, зависит от определённого количества взаимодействующих факторов и условий, которые необходимо учитывать в процессе эффективного растениеводства.

Во-первых, на проведение жатвы отводится ограниченный временной период и, если не выдержать сроки уборки, возникают повышенные потери урожая от осыпания зерна при перезревании; во-вторых, особенность этого этапа заключается в том, что в Амурской области он проходит в сложных естественно-производственных условиях, зависящих от создавшихся климатических факторов; в-третьих, происходит устойчивое значительное списание устаревшего парка техники, а ему на смену приходит, хоть и в меньшем количестве, новое поколение высокопроизводительных комбайнов.

Современный ряд выпускаемых зерноуборочных комбайнов предлагает достаточно разнообразную продукцию с высокими эксплуатационными характеристиками, различных ценовых категорий и используемых ходовых систем. зерноуборочный комбайн энергетический топливо

Предлагаемый научно-обоснованный методологический подход при выборе марки, модели зерноуборочных комбайнов и многофакторное моделирование их оптимального использования в технологических комплексах поможет минимизировать финансовые затраты сельхозпроизводителей и снизить энергозатраты средств механизации. Общепринято при определении оптимального состава парка зерноуборочных комбайнов использовать два способа: по расчетным таблицам (на основе технологических карт) и на основе математических методов. В научных исследованиях [1-3], проведённых в условиях Амурской области, были рассмотрены технологические процессы работы зерноуборочных комбайнов, а также получены закономерности влияния конструктивно-технических и технологических параметров на эффективность их использования и энергозатраты. По результатам теоретических и экспериментальных работ предложена аналитическая схема, позволяющая реализовать поставленные условия и наиболее точно определить пути снижения энергетических затрат (рис. 1).

Рис. 1. Аналитическая схема определения эффективности использования зерноуборочной техники

Рассмотрим вопрос влияния расхода топлива и погодных условий на оптимальное использование парка зерноуборочных комбайнов с использованием численных методов и многофакторных математических моделей.

Проведенные аналитические исследования позволяют осуществить выбор зерноуборочных комбайнов по производительности в зависимости от объема работ. Для уборки посевных площадей с заданным объёмом работ в хозяйстве имеются в наличии комбайны видов в количестве . Себестоимость работы -м комбайном равна . Зная, что производительность -го комбайна равна за смену, требуется определить оптимальный вариант количества комбайнов каждой марки, обеспечивающих выполнение всего объёма работ в кратчайшие сроки с минимальными энергозатратами.

Математическую модель задачи можно записать следующим образом. Пусть , ,…, - количество комбайнов -го вида, необходимых для выполнения заданного объёма работ. Тогда общие затраты поставленной задачи определяются функцией вида

(1)

при ограничениях:

- полное выполнение заданного объёма работ

при , (2)

 - соблюдение агротехнических сроков

при , (3)

- количество используемых зерноуборочных комбайнов каждой марки не должно превышать их имеющегося количества

. (4)

По своему содержанию переменные , ,…, могут принимать лишь целые неотрицательные значения, то есть

, (5)

где - целые числа.

Одним из важных факторов уборочного процесса, влияющих на получение прибыли, является расход топлива. Рассмотрим транспортную задачу по критерию минимального расхода топлива, которую можно сформулировать следующим образом. Пусть имеется различных работ объёмом и видов зерноуборочных комбайнов в количестве . Удельный расход топлива при выполнении -й работы -м зерноуборочным комбайном обозначим . Требуется так распределить комбайны по работам, чтобы при выполнении всего объёма работ общая сумма расхода топлива была минимальной. В общем виде модель транспортной задачи может быть представлена матрицей, приведённой в таблице 1.

Таблица 1. Общий вид транспортной матрицы

Переменными являются - количества зерноуборочных комбайнов каждого вида на определённую работу.

Общая сумма расхода топлива на выполнение всего объёма работ равна:

(6)

ограничения:

- весь объём работ выполняется имеющимися в наличии комбайнами

, . (7)

- проведение полностью работы

, . (8)

Другим не менее важным показателем, влияющим на распределение и выбор комбайнов, являются погодные условия.

Имея данные о структуре парка зерноуборочных комбайнов и производительности комбайна, можно определить оптимальное сочетание комбайнов для выполнения запланированных работ с учетом погодных условий и техногенных показателей [4, 5].

Оптимальное сочетание комбайнов для выполнения запланированных работ с учетом погодных условий и техногенных показателей можно получить, используя теорию статистических решений.

Пусть имеет m возможных решений распределения зерноуборочных комбайнов по объектам, которые обозначим (), а располагает n условиями (). В результате выбора любой пары и определяется решение задачи.

Так, для двух состояний погоды: «без осадков» и «временами дождь» - матрица эффективности будет иметь размерность . Решение задачи данной размерности показано на рис. 2.

Ломаная , отмеченная на чертеже жирной линией, позволяет определить оптимальное решение при любом состоянии .

Точка определяет оптимальное решение. Правильность выбора решения подтверждается рядом критериев: Вальда, Сэвиджа, Лапласа, Гурвица и других.

Рис. 2. Графическая интерпретация решения матрицы эффективности

Таким образом, решив поставленную задачу и проанализировав все критерии, подтверждающие объективность решения, можно осуществить выбор оптимального зерноуборочного комбайна с учетом сложных естественно-производственных условий.

Задачу выбора зерноуборочного комбайна рассмотрим для четырех критериев с использованием метода иерархий: - производительность комбайна, - удельный расход топлива, - техногенное воздействие на почву и - погодные условия (рис. 3).

Рис. 3. Иерархия выбора зерноуборочного комбайна

После представления проблемы в виде иерархии необходимо установить приоритеты и оценить каждый из комбайнов по предложенным критериям, определив наиболее значимый из них. Основой будет матрица чисел, представляющих суждения о парных сравнениях.

Количественные суждения о парах критериев представляются матрицей размера , которая, в свою очередь, должна являться согласованной.

Оценку степени отклонения от согласованности показывает индекс согласованности (ИС), который выражается величиной

, (9)

где n - число сравниваемых элементов.

Степень отличия согласованности составленной матрицы от случайной согласованности показывается отношением согласованности (ОС)

(10)

Значение ОС считается допустимым, если оно не превышает 10%.

Применение предлагаемого способа оптимизации парка зерноуборочных комбайнов с использованием численных методов и многофакторных математических моделей по выделенным критериям позволит найти оптимальное и эффективное решение по распределению уборочных агрегатов технологических комплексов с минимальными энергозатратами.

Список использованных источников

1. Кидяева Н.П., Щитов С.В. Распределение зерноуборочных комбайнов по коэффициентам значимости // Научное обозрение. - 2014, № 2. - С. 41-43.

2. Щитов С.В., Кидяева Н.П. Выбор комбайнов по коэффициентам значимости // Техника и оборудование для села. - 2014, № 5. - С. 24-27.

3. Щитов С.В., Кидяева Н.П., Митрохина О.П., Тихончук П.В. Пути оптимизации энергозатрат в технологии возделывания сельскохозяйственных культур // Достижения науки и техники АПК. - 2015, №6, т. 29. - С. 72-74.

4. Щитов С.В., Евдокимов В.Г., Кидяева Н.П. Обоснование эффективности использования зерноуборочных комбайнов на основе математических методов // Вестник КрасГАУ. - 2013, №12. - С. 203-207.

5. Щитов С.В., Кидяева Н.П. Применение математических методов при оценке эффективности использования зерноуборочных комбайнов // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии имени В.Р. Филиппова. - 2014, №3(36). - С. 140-145.

Аннотация

УДК 631.354.2

Применение численных методов и математическое моделирование оптимального использования технологических комплексов на базе зерноуборочных комбайнов в Амурской области. Щитов С.В., Кидяева Н.П., Митрохина О.П., Кузнецов Е.Е.. Дальневосточный государственный аграрный университет

Разработанная в Амурской области система технологий и машин для земледелия, учитывающая климатические особенности и рекомендовавшая научно-обоснованные предложения по рациональному соотношению средств механизации на данном этапе развития государства не соблюдается, так как сельхозпредприятия не обладают должным финансовым обеспечением и свободными ресурсами.

Анализ современного состояния средств механизации в агропромышленном комплексе позволяет сделать вывод о его несбалансированности как по применяемым ходовым системам, так и по мощностным и эксплуатационным характеристикам.

В этих условиях возрастает значение правильного выбора наиболее эффективных технологий и машин, рационального использования имеющегося производственного потенциала, направленных на стабилизацию и развитие растениеводства, экономической оценки и анализа при выборе марки, модели приобретаемой высокоэффективной техники.

В связи с этим оптимизация при эксплуатации технологических комплексов на базе зерноуборочных комбайнов является рациональным методом повышения производительности и эффективности используемой и закупаемой техники.

В статье предлагается способ оптимизации парка зерноуборочных комбайнов с использованием многофакторных математических численных методов и моделей по выделенным критериям, что позволит найти оптимальное и эффективное решение по распределению уборочных агрегатов технологических комплексов с минимальными энергозатратами.

Ключевые слова: оптимизация, зерноуборочный комбайн, эксплуатация, энергозатраты, многофакторные модели, численные методы

Цитирование: Щитов С.В., Кидяева Н.П., Митрохина О.П., Кузнецов Е.Е. Применение численных методов и математическое моделирование оптимального использования технологических комплексов на базе зерноуборочных комбайнов в Амурской области // АгроЭкоИнфо. - 2017, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2017/2/st_218.doc.

Размещено на Allbest.ru