Применение иерархической системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений на предприятиях Ростовской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение иерархической системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений на предприятиях Ростовской области

Л. С. Качанова

Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева, Москва, Российская Федерация

Целью исследования является оптимизация перевозок органических удобрений с управлением размещением пунктов переработки сырья (навоза, помета) для сельскохозяйственных организаций Кагальницкого района Ростовской области при помощи иерархической системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений. Система многопродуктовых моделей реализуется через информационно-аналитическую систему поддержки принятия решений и систему экономико-математических моделей линейного программирования транспортного типа. Для оптимизации межхозяйственных связей и размещения пунктов переработки навоза в органические удобрения в Кагальницком районе выделены три кластера. Предложенные схемы межкластерных связей и выбора мест переработки показали, что совокупные затраты для 1-го кластера составили 23,88 млн руб., для 2-го - 19,27 млн руб., для 3-го - 8,21 млн руб. Общая сумма издержек по Кагальницкому району на транспортировку и производство сырья и органических удобрений при переработке навоза в местах его получения составила 51,36 млн руб. При полной переработке навоза в двух пунктах переработки затраты составили 69,37 и 73,96 млн руб. соответственно. При переработке навоза частично в местах его получения и частично на площадках переработки сырья затраты составили 54,18 и 65,98 млн руб. Наименее затратной для условий Кагальницкого района является переработка навоза в местах его получения. Самым затратным оказался вариант с полной переработкой в пунктах переработки, и промежуточным по затратности оказался вариант с частичной переработкой в местах получения и в пунктах переработки. Иерархическая система многопродуктовых моделей оптимизации перевозок позволяет на районном и областном уровнях определить органообеспеченность сельскохозяйственных площадей, потребность в органических удобрениях, оптимизировать межхозяйственные связи по производству и транспортировке навоза для переработки и получения готовых органических удобрений.

Ключевые слова: навоз, органические удобрения, система многопродуктовых моделей, оптимизация грузоперевозок, пункты переработки сырья (навоза, помета), уровень органообеспеченности сельскохозяйственных площадей.

перевозка удобрение органический навоз

L. S. Kachanova

Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K. A. Timiryazev, Moscow, Russian Federation

APPLICATION OF HIERARCHY SYSTEM OF MULTI-COMMODITY MODELS FOR OPTIMIZING TRANSPORTATION OF ORGANIC FERTILIZERS AT THE ENTERPRISES OF THE ROSTOV REGION

The aim of the research is to optimize transportation of organic fertilizers with control placement of processing points of raw materials (manure, dung) for agricultural organizations of Kagalnik district of the Rostov region by hierarchy system of multi-commodity models for optimizing transportation of organic fertilizers. The system of multi-commodity models was realized through info-analytical decision making support system and system of economic and math models of linear programming for transport type. To optimize inter-farm relations and placement of points for manure processing in organic fertilizer in Kagalnik district three clusters were separated. The proposed schemes of inter-cluster relations and selection the places for processing showed that total costs for the 1st cluster were 23.88 million rubles, for the 2nd - 19.27 million rubles, and for the 3rd - 8.21 million rubles. Total sum of costs on Kagalnik district for transportation and production of raw materials and organic fertilizers when manure processing is situated in places of manure receiving was 51.36 million rubles. At complete manure processing in two processing points the costs were 69.37 and 73.96 million rubles respectively. When manure processing was done partly in places of manure receiving and partly at the plots of raw materials processing the costs were 54.18 and 65.98 million rubles. The least expensive manure processing for the conditions of Kagalnik district is manure processing in the places of manure receiving. The most expensive was the variant with total processing in the processing points. Intermediate variant was the variant with partial processing in the places of manure receiving and in processing points. Hierarchy system of multi-commodity models for optimizing transportation allows on district and region levels defining organic provision of agricultural areas, requirements of organic fertilizers, optimizing inter-farm relations on manure production and transportation for processing and obtaining the prepared organic fertilizers.

Keywords: manure, organic fertilizers, system of multi-commodity models, optimization of transportation, processing points of raw materials (manure, dung), level of organic provision for agricultural areas.

Введение

Для сохранения и повышения почвенного плодородия сельскохозяйственных площадей Ростовской области предлагается в практической деятельности сельскохозяйственных организаций использовать иерархическую систему многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений с управлением размещения пунктов переработки сырья (навоза, помета) [1-6].

Для реализации разработанной системы многопродуктовых моделей используются следующие средства: информационно-аналитическая система поддержки принятия решений (ИАСППР); система экономико-математических моделей (ЭММ) транспортного типа [7, 8].

Целью исследования является оптимизация перевозок органических удобрений с управлением размещением пунктов переработки сырья (навоза, помета) для сельскохозяйственных организаций Кагальницкого района Ростовской области при помощи иерархической системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений.

Материалы и методы исследований

Применение ИАСППР о межхозяйственных перевозках и размещении пунктов переработки органики (ППО) начинается с формирования блока исходных данных. Для этих целей необходимо в отношении каждой из анализируемых сельскохозяйственных организаций знать ее местонахождение, поголовье животных, а также перечень возделываемых сельскохозяйственных культур и площадь их посева.

Данная информация вносится в соответствующие справочники ИАСППР. Программа имеет семь справочников: зоны (представлены шесть природно-сельскохозяйственных зон Ростовской области), районы [показаны все 43 района области с присвоением идентификационного номера (для отображения на картах)], культуры (перечень выращиваемых сельскохозяйственных культур), группы культур (производится формирование перечня сельскохозяйственных культур по групповой принадлежности), животные (перечень основных видов сельскохозяйственных животных, выращиваемых в хозяйствах области, с указанием ежедневного выхода навоза), организации (перечень анализируемых сельскохозяйственных организаций с указанием фактического и юридического адреса), удобрения (перечень производимых органических удобрений).

Внешний вид главной формы ИАСППР представлен на рисунке 1, на котором показаны перечисленные справочники.

Рисунок 1 - Внешний вид главной формы ИАСППР о межхозяйственных перевозках и размещении ППО

Далее в меню Производство - Ввод данных по организациям заносятся данные в разрезе организаций (рисунок 2).

Рисунок 2 - Диалоговое окно «Ввод данных»

Данные экспортируются в MS Excel, где формируются в таблицу, представленную на рисунке 3. В таблице на примере Кагальницкого района показаны сельскохозяйственные организации, культуры, которые они выращивают, с занимаемыми площадями и урожайностью, в целом площадь пашни организации, площади под парами, а также вид и поголовье сельскохозяйственных животных.

Перейдя в расчетный блок ИАСППР в меню Расчеты - Отчеты по ОУ, получаем расчетные данные об уровне органообеспеченности, объемах выхода навоза и производства органических удобрений, сформированные в виде файла MS Excel (рисунок 4).

Рисунок 3 - Фрагмент массива информации о выращиваемых сельскохозяйственных культурах, площадях посева, поголовье скота по сельскохозяйственным организациям Кагальницкого района

Рисунок 4 - Пример выходной формы по показателям уровня органообеспеченности, объемам навоза и органических удобрений для сельскохозяйственных организаций Кагальницкого района

Меню Карты - Выход навоза позволяет получать иллюстрированную информацию о выходе навоза трех типов как в разрезе районов, так и по зонам в целом.

Район (зона) окрашивается в цвет, соответствующий в легенде цветов преобладающему типу навоза. После выбора района всплывает диалоговое окно с информацией об объемах производимого навоза в данной местности (рисунок 5).

Рисунок 5 - Визуализация выхода навоза по Кагальницкому району Ростовской области

Аналогичная визуализация показывает потенциальные объемы производства органических удобрений. На основе расчетных данных формируются карты по районам (зонам), которые окрашиваются в цвет, соответствующий в легенде цветов преобладающему типу органических удобрений. При выделении территории всплывает окно с информацией о производимых объемах органических удобрений.

Визуализация выбранной территории по расчетному значению уровня органообеспеченности показывает долю ее обеспеченности производимыми органическими удобрениями [9].

Для оптимизации производства и использования органических удобрений в данном модуле программы содержится опция Результат по решению модели, которая связана с файлом MS Excel, содержащим шаблоны ЭММ. В соответствии с методологией сельскохозяйственные организации группируются по ряду признаков в кластеры [10].

Для Кагальницкого района Ростовской области оптимальным будет выделение трех кластеров. Для примера на рисунках 6 и 7 представлены результаты решения ЭММ по 1-му кластеру. Внутри кластеров установлены межхозяйственные связи (1-й уровень иерархии), определены внутренние поставщики навоза и (или) готового органического удобрения (рисунок 6). На рисунке 7 представлен фрагмент ЭММ по 1-му кластеру для сельскохозяйственных организаций Кагальницкого района, где в качестве поставщика органических удобрений выступит ОАО «АФ «Кагальницкая».

В левой части таблицы 1 представлена информация об объемах и видах получаемого навоза, в левой - об ассортиментном ряде готовой продукции - органических удобрений, в числителе - произведенное количество удобрений, в знаменателе - требуемое.

Таким образом, решение ЭММ по 1-му кластеру позволило сформировать оптимальный результат, при котором ОАО «АФ «Кагальницкая» как внутренний поставщик обеспечивает себя органическими удобрениями на 100 %, из них 75 % за счет твердых концентрированных органических удобрений (КОУ) и 25 % за счет концентрированных жидких органических удобрений (ЖОУ), потребность СПК им. Калинина обеспечивает на 100 % за счет ЖОУ и частично обеспечивает ООО «Кагальник-Агро» (22 % потребности за счет ЖОУ) (таблицы 1, 2).

Рисунок 6 - Фрагмент ЭММ по данным 1-го кластера с внутренним поставщиком ОАО «АФ «Кагальницкая»

Рисунок 7 - Фрагмент ЭММ по данным 1-го кластера с внешним поставщиком: поставщик сырья ОАО «АФ «Приазовская»

Таблица 1 - Результат оптимизации ЭММ 1-го кластера в ресурсно-продуктовом ассортименте

Таблица 2 - Анализ результатов оптимизации ЭММ 1-го кластера в ресурсно-продуктовом ассортименте

Так как потребность в органических удобрениях сельскохозяйственных организаций данного кластера обеспечена не полностью, то рассматривается возможность получения сырья для производства удобрений от внешнего поставщика, в роли которого выступает ОАО «АФ «Приазовская».

Результаты моделирования, приведенные в таблицах 1 и 2, наглядно показывают, что ОАО «АФ «Приазовская» обеспечивает потребность в органических удобрениях СПК «Рассвет» на 100 % за счет ЖОУ и частично - ООО «Кагальник-Агро» (78 % потребности за счет ЖОУ).

Таким образом, при разработке межкластерных связей формируется 2-й уровень иерархии системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений с управлением размещением площадок переработки сырья (навоза, помета).

Сводные совокупные затраты на производство и транспортировку каждого вида органических удобрений, сформированные по всем кластерам Кагальницкого района, приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты оптимизации 2-го уровня иерархии системы ЭММ ресурсно-сырьевой базы Кагальницкого района

В тыс. руб.

Для расчета совокупных затрат, в частности затрат на транспортировку как сырья, так и готового продукта, применяется ИАСППР в рамках использования онлайн-сервиса «Яндекс.Карты», при помощи которого определяются расстояния между организациями.

Диалоговое окно Карты позволяет сформировать маршруты перевозки для сельскохозяйственных организаций, поставщиков и потребителей, при этом на экране отражаются объемы перевозимого сырья и (или) готового продукта и совокупные затраты на производство органических удобрений и транспортировку (рисунок 8).

Рисунок 8 - Результат оптимизации объемов перевозки от ППО - ОАО «АФ «Кагальницкая» до потребителя - СПК им. Калинина

Выполнение расчетов по шести районам Южной природно-сельскохозяйственной зоны позволило получить результат оптимизации 3-го уровня, который показывает, что в Кагальницком районе остались невостребованными 15 тыс. т твердого навоза и 51 тыс. т полужидкого, в Зерноградском районе не востребованы 10 тыс. т твердого навоза, в Целинском районе не переработана 21,0 тыс. т твердого и 1,6 тыс. т полужидкого навоза, в Сальском районе - 28,0 тыс. т твердого, 0,5 тыс. т полужидкого и 0,9 тыс. т жидкого навоза (таблица 4). Эти объемы исходного сырья для производства органических удобрений послужат ресурсом для районов (природно-сельскохозяйственных зон), в которых выявлен дефицит данного сырья.

В частности, при оптимизации обеспечения сельскохозяйственных организаций Егорлыкского района органическими удобрениями в рамках установления межрайонных связей использовались ресурсы сельскохозяйственных организаций Зерноградского района, а именно СЗАО «СКВО» выступило поставщиком 10,9 тыс. т твердого навоза.

Таблица 4 - Результаты оптимизации 3-го уровня иерархии системы ЭММ ресурсно-сырьевой базы районов Южной природно-сельскохозяйственной зоны

В виду отсутствия животноводческой базы в Целинском районе, он полностью попал в зависимость от внешних ресурсов. Донорами выступили сельскохозяйственные организации Сальского района. Так, СПК (СА) «Русь» для переработки на нужды организаций Целинского района переориентировал 12,5 тыс. т твердого навоза и 9,5 тыс. т полужидкого навоза; ООО «Лайвсток» переориентировало 3,1 тыс. т жидкого навоза.

В целом по Южной природно-сельскохозяйственной зоне выявлены в профиците 77 тыс. т твердого, 53 тыс. т полужидкого и 0,9 тыс. т жидкого навоза. Данные ресурсы могут быть использованы на 4-м уровне иерархии системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений с управлением размещением площадок переработки сырья при установлении межзональных связей.

Результат разработки предложенных трех модификаций в рамках размещения ППО для Кагальницкого района представлен в таблице 5.

Таблица 5 - Результат оптимизации по модификациям системы
ЭММ на примере Кагальницкого района Южной природно-сельскохозяйственной зоны

В тыс. руб.

Результаты и обсуждение

При разработке по 1-й модификации в качестве ППО приняты сельскохозяйственные организации животноводческой либо смешанной специализации, т. е. переработка ведется в местах получения навоза. Тогда совокупные затраты по всем сельскохозяйственным организациям Кагальницкого района на переработку навоза и транспортировку составят 51,36 млн руб.

По 2-й модификации переработка навоза в полном объеме производится в ППО. В качестве ППО выделили предприятие смешанной специализации - ОАО «АФ «Кагальницкая». По оптимальным расстояниям перевозки переориентируем ресурсы 3-го кластера и 1-го для целей переработки в ППО.

Тогда затраты 1-го кластера составят 50,09 млн руб., полные затраты по району - 69,37 млн руб. Приняв в качестве ППО сельскохозяйственную организацию растениеводческой специализации - ООО «Кагальник-Агро» (предположительно без оснащения техникой для переработки навоза), получили совокупные затраты в размере 73,96 млн руб.

По 3-й модификации переработка частично осуществляется в местах получения навоза (в основном для собственных нужд), частично - в ППО.

Оптимизировав процесс переработки и транспортировки с теми же ППО, что и во 2-й модификации, получили следующее: при частичной переработке в местах получения навоза и частичной переработке излишков навоза в ОАО «АФ «Кагальницкая» совокупные затраты составили 54,18 млн руб.; при частичной переработке в местах получения навоза и частичной переработке излишков навоза в ООО «Кагальник-Агро» совокупные затраты равнялись 65,98 млн руб.

Таким образом, из предложенных трех модификаций наименее затратным является первый вариант с переработкой навоза в местах его получения, дальнейшим применением готового органического удобрения в сельскохозяйственной организации - производителе и переориентированием излишков в сельскохозяйственные организации с дефицитом органических удобрений.

Самым затратным оказался вариант с полной переработкой в ППО, при котором сырой навоз транспортируется к месту его переработки, а далее готовые удобрения перевозятся потребителю. Данный вариант переработки применим для сельскохозяйственных организаций животноводческой специализации, которые не располагают сельскохозяйственными площадями, а следовательно, не испытывают нужды в органических удобрениях. На практике данным организациям проще избавиться от навоза, нежели организовывать процесс его переработки. Также этот вариант приемлем для сельскохозяйственных организаций растениеводческой направленности, которые испытывают острую необходимость в органических удобрениях, однако не имеют ресурсно-сырьевой базы для их производства. На практике данные организации могут наладить линию по переработке навоза в высококачественные органические удобрения и транспортировать сырой навоз от животноводческих предприятий.

Промежуточным по затратности оказался вариант по 3-й модификации, при котором сельскохозяйственные организации смешанной специализации перерабатывают часть собственного навоза с целью обеспечить свои сельскохозяйственные площади органическими удобрениями, а излишки навоза транспортируют на ППО для дальнейшей переработки.

Выводы

Результаты расчетов по оптимизации межхозяйственных перевозок органического сырья (навоза, помета) и размещения пунктов его переработки в органические удобрения для сельскохозяйственных организаций Кагальницкого района Ростовской области с использованием иерархической системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений подтвердили целесообразность применения данной системы по Ростовской области в целом.

Иерархическая система многопродуктовых моделей оптимизации перевозок позволяет рассчитать на уровне сельскохозяйственных организаций, районов, природно-сельскохозяйственных зон и Ростовской области в целом общий выход навоза, потенциальный объем производства различных видов органических удобрений, определить уровень органообеспеченности сельскохозяйственных площадей, потребность в органических удобрениях для обеспечения 100%-го уровня органообеспеченности сельскохозяйственных площадей, установить и оптимизировать межхозяйственные связи с определением затрат на производство и транспортировку сырья и (или) готового продукта - органических удобрений.

Проделанная работа служит основанием для разработки стратегии размещения ППО в сельскохозяйственных организациях различной специализации с учетом их особенностей при минимальных издержках на транспортировку навоза и органических удобрений.

Список литературы

1 Зональные системы земледелия Ростовской области на 2013-2020 гг. Ч. 1 / А. П. Авдеенко [и др.]; под ред. В. Н. Василенко. - Ростов н/Д.: Донской издат. дом, 2013. - 248 с.

2 Зональные системы земледелия Ростовской области на 2013-2020 гг. Ч. 2 / С. Г. Бондаренко [и др.]; под ред. В. Н. Василенко. - Ростов н/Д.: Донской издат. дом, 2013. - 272 с.

3 Система ведения животноводства Ростовской области на 2014-2020 годы / Н. Ф. Илларионова [и др.]; под ред. В. Н. Василенко, А. И. Клименко. - Ростов н/Д., 2013. - 498 с.

4 Волков, С. Н. Землеустройство / С. Н. Волков. - М.: ГУЗ, 2013. - 992 с.

5 Липкович, Э. И. Органическая система земледелия / Э. И. Липкович, Л. П. Бельтюков, А. М. Бондаренко // Техника и оборудование для села: науч.-практ. журн. - 2014. - Вып. 8(206) - С. 2-7. - ISSN 2072-9642.

6 Липкович, Э. И. Экономические проблемы технического и технологического перевооружения сельского хозяйства России / Э. И. Липкович // АПК: Экономика и управление: науч.-практ. журн. - 2014. - Вып. 5 - С. 12-20. - ISSN 0235-2443.

7 Качанова, Л. С. Технико-экономическое обоснование систем производства и применения удобрений в условиях ЮФО: монография / Л. С. Качанова, А. М. Бондаренко. - Зерноград: Азово-Черном. инженер. ин-т Дон. гос. аграр. ун-та, 2014. - 221 с.

8 Качанова, Л. С. Методология разработки иерархической системы многопродуктовых моделей оптимизации перевозок органических удобрений с управлением размещением пунктов переработки сырья [Электронный ресурс] / А. М. Бондаренко, Л. С. Качанова // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2015. - № 1(17). - 13 с. - Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/archive?n=318&id=331.

9 Бондаренко, А. М. Уровень органообеспеченности сельскохозяйственных площадей как технико-экономический критерий эффективности применения органических удобрений [Электронный ресурс] / А. М. Бондаренко, Л. С. Качанова // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2015. - № 2(18). - 11 с. - Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/archive?n=334&id=347.

10 Kachanova, L. S. Application of the hierarchical system of the multi-product models of optimization of organic fertilizers transportation with the management of the process of organics sites processing placement [Electronic resource] / L. S. Kachanova, A. M. Bondarenko // Applied and Fundamental Studies: Proceedings of the 8th International Academic Conference, April 29-30, 2015, St. Louis, Missouri, USA. - Publishing House Science and Innovation Center, 2015. - P. 124-135. - ISBN 978-0-615-67152-9. - Mode of access: http:conf-afs.com/download/ 2015/april/afs.pdf.

Размещено на Allbest.ru