Оптимізація комплексів машин і структури машинно-тракторного парку

Знаючи годинні обсяги робіт і продуктивність машинних агрегатів, можна визначити необхідну цілочислову кількість машинних агрегатів для виконання кожної технологічної операції:

Оцінку роботи машинних агрегатів проводимо за показниками приведених витрат, затрат робочого часу, витрати палива на гектар обробітку, тощо.

Одним з основних критеріїв економічної ефективності механізованого вирощування та збирання сільськогосподарських культур є собівартість. Вона включає в себе прямі експлуатаційні затрати, вартість витрачених матеріалів (насіння, добрива, пестициди тощо) та затрати на управління виробництвом.

Прямі експлуатаційні затрати коштів на одиницю виконаної роботи розраховують на кожній окремій операції для кожного з можливих машинних агрегатів.

Прямі експлуатаційні затрати на одиницю виконаної агрегатом роботи визначають за формулою:

грн/га , (1.60.)

Оплата праці персоналу, що обслуговує певний агрегат, становить:

грн/га , (т, т·км)

Вартість паливо-мастильних матеріалів визначають за формулою:

, грн/га,

Відрахування на амортизацію машин в агрегаті визначають за формулою:

, грн/га,

Відрахування на поточний ремонт та технічне обслуговування визначають за формулою:

, грн/га,

Приведені затрати, що виникають при роботі машинних агрегатів, визначаємо за такою формулою:

, грн/га,

грн/га.

Прямі затрати на вирощування та збирання певної сільськогосподарської культури дорівнюють сумі прямих експлуатаційних затрат і вартості витрачених матеріалів М.

, грн/га.

Вартість насіннєвого матеріалу визначається з розрахунку норми висіву Н_н т/га і ціни Ц_н грн/т. Отже вона становитиме:

, грн/га.

Прямі експлуатаційні затрати визначаються за формулою:

, грн/га.

Затрати по управлінню виробництвом складають у розмірі 12…15% від прямих затрат (без вартості насіння):

, грн/га.

, грн/га.

Сумарні витрати дорівнюють сумі прямих витрат і витрат по управлінню виробництвом.

, грн/га.

Поділивши сумарні витрати на урожайність сільськогосподарської культури знаходять собівартість виробництва продукції:

, грн./т,

За умови збирання побічної продукції (гички, листостеблової маси, соломи) необхідно визначити урожайність умовної продукції:

, грн./га,

Собівартість виробництва основної продукції дорівнює:

. грн/т.

Витрати виробництва на основну продукцію складають:

. грн./га .

Витрати виробництва на побічну продукцію дорівнюють:

. грн./га ,

Собівартість виробництва побічної продукції:

, грн./га

Ступінь зниження собівартості продукції при впровадженні проектованої технології складає:

,

Вартість валової продукції знайдемо за такою формулою:

, грн/га,

Валова продукція визначається множенням урожайності основної продукції на площу її вирощування:

, т ,

Основні капіталовкладення на виробництво продукції дорівнюють питомим капіталовкладенням, помноженим на посівну площу:

, грн.

Капіталовкладення додаткові:

, грн. ,

.

Прибуток (чистий доход) визначаємо як різницю між вартістю валової продукції і собівартістю:

грн.

Собівартість всієї продукції дорівнює добутку собівартості одиниці продукції на її валовий збір.

Рентабельність виробництва продукції визначаємо відношенням умовного чистого доходу (прибутку) до витрат виробництва (собівартості):

.

Віддача капіталовкладень визначається як відношення вартості валової продукції до капіталовкладень:

,грн./грн.

Річний економічний ефект за рахунок впровадження проектованої технології складає:

, грн.

Затрати робочого часу при виконанні технологічної операції визначаємо за формулою:

год/га.

Ступінь зменшення затрат робочого часу при впровадженні проектованої технології складе:

.

Тоді затрати на загальний обсяг робіт будуть рівні:

.

Послідовно збільшуючи обсяги обробітку ґрунту S_О = S_н + ДS_О можна досягнути стану системи, коли при збільшенні площі критерій ефективності істотно не змінюватиме свого значення (або змінюється в незначних межах). Знайдена таким чином площа буде оптимальна для завантаження машинного агрегату, а кількісні і якісні типи енергетичних засобів і сільськогосподарських машин, що входять до складу машинних агрегатів, являє собою вихідний комплекс машин, який забезпечує виконання запланованого обсягу.

Моделювання структури комплексів машин. Обґрунтування набору техніки та її ефективне використання на сучасному рівні агропромислового виробництва необхідно розглядати окремо для кожного сільськогосподарського підприємства з його особливими природнокліматичним умовами та наявними ресурсами у єдиному системному взаємозв'язку: набір сільськогосподарських культур > система сівозмін > попередник > культура > технологія > механізована технологічна операція > сільськогосподарська машина чи знаряддя > енергетичний засіб > машинний агрегат > комплекс машин > парк машин.

Визначення раціональної площі вирощування сільськогосподарських культур, що забезпечить ефективне використання комплексів машин також входить у завдання побудови математичної моделі (за даними проф. Крамарова В.С. рекомендоване значення коефіцієнта використання комплексів машин повинно становити 0,7...0,9). Тому питання визначення складу комплексів машин і їх використання у структурі загального машинного парку конкретного сільськогосподарського підприємства має велике значення для продуктивного господарювання.

За розрахунками, проведеними на кафедрі експлуатації техніки та інженерного менеджменту Національного аграрного університету, раціональна (мінімально необхідна) площа вирощування кожної сільськогосподарської культури в рослинництві повинна орієнтовно дорівнювати: в зоні Полісся - 130 га, Лісостепу - 150 га, Степу - 170 га.

Технологічний процес вирощування, збирання та переробки сільськогосподарських культур складається із основних, допоміжних і суміжних операцій.

Основні операції - це ведучі операції закінченого циклу робіт.

Допоміжні операції - це операції без виконання яких не можуть виконуватись основні операції.

Суміжні операції - це операції, які не впливають на протікання технологічного процесу, але їх виконання поліпшує технологічний процес.

Основні, допоміжні та суміжні операції технологічного процесу виконуються різними за складом машинними агрегатами, які мають різну продуктивність. Тому тривалість виконання операцій залежить від складу агрегатів, їх кількості та продуктивності.

Основні операції циклу взаємозв'язаних робіт визначають тривалість виконання циклу.

Тривалість виконання основної операції циклу механізованих робіт визначається із залежності:

.

а кількість агрегатів для виконання основної операції становитиме:

.

Тривалість виконання допоміжної операції повинна бути рівною тривалості виконання основної операції, тобто:

,

тоді кількість агрегатів для виконання допоміжної операції становитиме:

.

Тривалість виконання суміжної операції не може перевищувати тривалості основної операції, тобто:

,

Тоді кількість агрегатів, які необхідно мати для виконання суміжної операції, буде:

,

Важливим показником при виборі кількості агрегатів для виконання механізованих робіт є коефіцієнт використання агрегату K^a_ij, який визначається із залежності:

, (5.)

Аналіз залежності показує, що при K^a_ij 1 величина x_ij збільшує своє значення, тобто зменшення до деякого значення d_j не призводить до зміни x_ij. Тобто, за менш тривалий час можливо виконати той же обсяг робіт тією ж кількістю агрегатів.

Із наведених залежностей видно, що збільшення кількості машинних агрегатів на основних операціях приведе до збільшення кількості агрегатів на допоміжних операціях при незначному зменшенні тривалості їх виконання.

Разом з тим аналіз залежності (5) показує також і те, що тільки при переході межі W^с_ijn' = щ_j , де n' = 1, 2, …, n, величина х_ij змінює своє значення. Оскільки це справедливо, то при зменшенні до деякого значення d_j величина х_ij не змінюватиме свого значення. Тобто, за менш тривалий час можна виконати роботу тією ж кількістю агрегатів, за умови, якщо правильно розподілити машинні агрегати за переліком операцій технологічного процесу.

Відомо, що одну і ту ж операцію можуть виконувати різні за складом машинні агрегати із властивими тільки їм показниками роботи. На виконанні кожної операції може бути використано m варіантів агрегатування. Технологічний процес виробництва продукції рослинництва складається із закінченого числа операцій, кількість яких виражається числом n. Тоді прямокутна матриця розміром являє собою множину можливих варіантів використання машинних агрегатів.

Критеріями оптимізації можуть бути приведені витрати (C>min), затрати робочого часу (H>min), витрата палива (П>min), а також коефіцієнт використання парку машин (K_п>mах), матеріаломісткість (М>min), капітальні вкладення (K_в>min). Показники використання машинних агрегатів виражаються через a_ij (і = 1, 2, …, m; j = 1, 2, …, n).

Множина варіантів використання машинних агрегатів у річному періоді виконання механізованих робіт виражається матрицею:

.

У свою чергу підмножина x_ij S включає елементи, у які входять типи енергетичних засобів t (t = 1, 2, … , T), сільськогосподарських машин о (о = 1, 2, …, О) та їх кількість у агрегаті z_о, тобто:

Застосувавши один із критеріїв ефективності, можна визначити найбільш “вигідні” машинні агрегати для виконання кожної із операцій. Для цього необхідно перетворити прямокутну матрицю nЧm у матрицю-вектор А так, що:

.

Очевидно, що матриця А являє собою систему машинних агрегатів, які можуть виконувати відповідні механізовані операції загального технологічного процесу. З метою пошуку раціонального складу комплексів машин для кожної сільськогосподарської культури необхідно розглянути дану систему у загальній структурі машинного парку за строками виконання робіт і загальному річному завантаженні машин.

Почергово розглядаючи операції з врахуванням тривалості їх виконання за основною операцією у межах j = 1, 2, …, n , визначається реальна тривалість виконання кожного циклу. При цьому уточнюється необхідна кількість машинних агрегатів як на основних операціях, так і на допоміжних і суміжних операціях. Знаючи початок D_j і тривалість d_j, виконання j-ої операції, визначаються терміни закінчення механізованих робіт D^k_j:

.

Оскільки x_ij залежить від тривалості виконання операції, то знайшовши суму кількості агрегатів за строками виконання робіт l (l = D_j, D_j+1, …, 365) і операціях j (j = 1, 2, …, n) по кожному енергетичному засобу t (t = 1, 2, …, T), одержимо:

 . (6.)

Досліджуючи матрицю на максимум для кожного t по l , одержимо матрицю-вектор кількості енергетичних засобів t -го типу:

.

Загальна кількість годин роботи енергетичних засобів типу t протягом річного періоду виконання робіт знаходиться за такою залежністю:

.

Тоді річне завантаження одиничного енергетичного засобу кожного типу становитиме:

.

Аналіз залежності свідчить, що зменшення кількості енергетичних засобів x_t^max за рахунок перерозподілу робіт між ними призведе до збільшення їх річного завантаження і відповідно до зменшення приведених затрат на виконання механізованих робіт комплексами машин, а також зниження капітальних вкладень.

Для пошуку шляхів зменшення значення x_t^max необхідно ввести поняття “відсікаючої перемінної” -- д_t, початкове значення якої рівне:

Розглядаючи елементи матриці по кожному t (t = 1, 2, …, T), знаходять значення l, для якого x_tl > д_t. У цьому випадку із множини x_tl для даного t і l знаходять таке значення, (тобто таку механізовану операцію), для якого справедлива нерівність:

. (7.)

Такий пошук проводиться для всіх t по всіх l. Якщо нерівність не підтверджується, то перемінна д_t для всіх t зменшується на 1 до того моменту, поки нерівність (7.) буде справедлива.

У цьому випадку для одержаного j планується використання іншого машинного агрегату, близького за критерієм ефективності до вибраного раніше за умови, що тип енергетичного засобу t цього агрегату ввійшов у склад машинних агрегатів на інших технологічних операціях. Тоді тимчасово знявши з j-тої механізованої роботи попередній агрегат, тобто частково звільнивши матрицю (6.) від раніш прийнятого значення t по D_j, D_j+1, …, D^k_j, перевіряють її стан з новим t.

Якщо при певних умовах нерівність справджується, то перебудовується матриця А із урахуванням нововведеного машинного агрегату.

Кожний перерозподіл стану системи, яка розглядається, викликає нове значення матриці А. Тому на кожному етапі перерозподілу аналізується ця матриця для визначення випадку збільшення Н_t. При цьому тимчасово зняті машинні агрегати повністю виключаються із системи. У іншому випадку, вони залишаються для продовження корегування згаданої матриці.

Слід відмітити, що при умові, коли знімається один із типів агрегатів із основної операції і призначається інший, то визначаються нові строки виконання робіт і уточнюється кількість агрегатів на допоміжних і суміжних операціях, незалежно від того, якими вони були до моменту заміни агрегатів.

При заміні агрегатів на допоміжних і суміжних операціях одночасно визначається їх необхідна кількість.

Процес перерозподілу робіт продовжується до того моменту, поки “відсікаюча перемінна” д_t для всіх t прийме значення д_t = 0.

Кінцеве значення елементів матриці (1.108.) являє собою матрицю використання раціонального складу парку енергетичних засобів по днях календарного періоду робіт.

Кількість енергетичних засобів раціонального комплексу машин визначається із залежності:

. (8.)