Методология формирования нормативной базы оснащения машинно-технологических станций средствами механизации процессов в земледелии и обеспечения их технологической и эксплуатационной надежности

Повышение эффективности сельскохозяйственного производства зависит от качества её технической оснащенности, которая формируется в зависимости от специализации хозяйств, зональных природно-климатических особенностей, а также от качества организации системы, которая предназначена для обеспечения товаропроизводителей техникой, при необходимости её восстановления и поддержания в работоспособном состоянии.

Реорганизация сельскохозяйственного производства страны, которая повлекла за собой акционирование предприятий АПК и закрепление за ними технических средств, сделала практически неэффективным сохранение в них предприятий, отвечающих за обеспечение средствами механизации трудоемких процессов. Анализ основных показателей хозяйственной деятельности производства АПК республики свидетельствует о неудовлетворительном её состоянии, необходимости создания в республике системы для обеспечения АПК техническими средствами, позволяющими выполнить все механизированные работы в сфере производства сельскохозяйственной продукции и её послеуборочной переработки, механизации трудоемких процессов на животноводческих фермах, а также обеспечения их технологической и эксплуатационной надежности.

Работы, выполненные в прошлые годы в области разработки нормативов технической оснащенности сельскохозяйственного производства Республики Марий Эл, не носили, как следует из анализа сложившейся в республике ситуации, комплексного характера и, в основном, были предназначены только для земледелия. В такой постановке не предполагалось обоснование параметров обслуживающей системы, предназначенной для обеспечения технологической и эксплуатационной надежности всего комплекса технических средств, используемых в растениеводстве, животноводстве, а так же и в послеуборочной обработке продукции.

Переход к рыночным отношениям остро ставит проблему повышения эффективности использования технических средств АПК в Республике Марий Эл. Отмеченное является следствием высокой себестоимости механизированных работ, которая обуславливает высокую стоимость сельскохозяйственной продукции и в целом низкую эффективность хозяйственной деятельности большинства реформированных сельскохозяйственных предприятий республики. При этом необходимо иметь в виду и отсутствие у товаропроизводителей средств на приобретение новой техники из-за резкого роста стоимости сельскохозяйственной техники и диспаритета цен на неё и сельскохозяйственную продукцию.

Перечисленное выше характеризует в целом снижение технического потенциала предприятий АПК, что сказывается на своевременности выполнения технологических операций в соответствии с агротехническими требованиями, снижении качества работы мобильных и стационарных агрегатов, а, следовательно, и на недополучении сельскохозяйственной продукции отраслей растениеводства и животноводства.

Из анализа исследований в области повышения эффективности использования машинно-тракторного парка в АПК, и организации его технического обслуживания и ремонта следует, что в производстве основных видов сельскохозяйственной продукции затраты, относимые на использование машинно-тракторного парка и технологических комплексов составляют более половины всех производственных затрат.

Следует так же иметь в виду, что в разработках, выполненных в до перестроечные годы в ведущих научно-исследовательских институтах в области повышения эффективности использования средств механизации трудоемких процессов в АПК, не предполагалось снижение эффективности сельхозпроизводства в результате его реформирования и появление 10.12 кратного диспаритета цен на сельскохозяйственную продукцию и продукцию промышленности, а также снижение технического потенциала реформированных сельскохозяйственных предприятий республики более чем в 2,5.3 раза.

Отмеченное ставит актуальной решение сложной проблемы повышения качества и своевременного выполнения механизированных работ в сельскохозяйственном производстве посредством практической реализации проблемных вопросов, имеющих непосредственное отношение к методологии оснащения и использования в сельскохозяйственном производстве технических средств в условиях создания развитой сети машинно-технологических станций (МТС), использования алгоритмических и микропроцессорных средств оценки качества функционирования технологических и энергетических процессов машинно-тракторных агрегатов и технологических комплексов, а так же организации управления техническим состоянием мобильных и стационарных машин и технологических комплексов АПК Республики Марий Эл.

Целью работы является повышение эффективности сельскохозяйственного производства на основе формирования нормативной базы оснащения машинно-технологических станций (МТС) средствами механизации АПК и обеспечения их работоспособности.

В соответствии с целью работы и на основе научного анализа результатов предыдущих исследований были поставлены следующие основные задачи:

— провести анализ текущего состояния сельскохозяйственного производства объекта исследования, его технической оснащенности и ремонтной производственно-технической базы;

— разработать концептуальную и информационную модели объекта исследования, учитывающая формирование средств технической оснащенности сельскохозяйственного производства во взаимодействии с производственно-техническими системами, обеспечивающими восстановление работоспособности, технологическую и эксплуатационную надёжность технических средств АПК и обеспечивающих своевременное выполнение трудоёмких процессов в земледелии, послеуборочной обработке сельскохозяйственной продукции и животноводстве;

— разработать критерии и методы оценки качества технической оснащённости сельскохозяйственного производства как многоуровневой системы с учётом вероятностных характеристик и условий её эксплуатации;

— разработать алгоритмическое и программное обеспечение для расчёта технологических карт и оптимизации состава, структуры и использования технических средств для производства сельскохозяйственной продукции в республике;

— разработать методологию размещения машинно-технологических станций в зонах республики с учётом специализации хозяйств и вероятностных нормативов их оснащения энергетическими средствами, сельскохозяйственными машинами и технологическим оборудованием;

— разработать методы и приёмы оценки качества технологических и энергетических процессов мобильных и стационарных агрегатов с целью обеспечения их технологической и эксплуатационной надёжности;

— разработать процедуры и средства диагностирования технического состояния машин и агрегатов и формирования нормативов для комплектования диагностическими средствами мобильных и стационарных диагностических центров и пунктов;

— разработать центры, пункты и системы диспетчеризации, обеспечивающие повышение эффективности использования технических средств у товаропроизводителей и повышающих и технологическую и эксплуатационную надёжность технических средств в АПК республики.

На защиту выносятся следующие научные положения:

— концептуальная и информационная модели объекта исследования, учитывающие формирование средств технической оснащенности сельскохозяйственного производства во взаимодействии с производственно-техническими системами, обеспечивающими восстановление работоспособности, технологическую и эксплуатационную надежность технических средств АПК, своевременное выполнение трудоёмких процессов в земледелии, послеуборочной обработке сельскохозяйственной продукции и животноводстве;

— критерии и методы оценки качества технической оснащенности сельскохозяйственного производства как многоуровневой системы с учётом вероятностных характеристик и условий её эксплуатации;

— методологии размещения машинно-технологических станций в зонах республики с учётом специализации хозяйств и вероятностных нормативов их оснащения энергетическими средствами, сельскохозяйственными машинами и технологическим оборудованием;

— приёмы и методы оценки качества технологических и энергетических процессов мобильных и стационарных агрегатов с целью обеспечения их эксплуатационной надежности;

— методология управления техническим состоянием машин и агрегатов посредством разработки методов и технических средств, обеспечивающих их работоспособность;

— комплексное решение проблемы технической оснащенности сельскохозяйственного производства посредством создания технологических станций и их нормативного оснащения машинами и агрегатами, предназначенными для выполнения механизированных работ в технологиях возделывания и переработки сельскохозяйственных культур и технологического оборудования.

Практическую значимость работы представляют:

— алгоритмы и программы для установления вероятностных нормативов технической оснащенности машинно-технологических станций, предназначенных для выполнения трудоемких механизированных процессов у товаропроизводителей;

— алгоритмы и программное обеспечение для расчета технологических карт и оптимизации состава, структуры и использования технических средств для производства сельскохозяйственной продукции в Республике Марий Эл;

— методы формирования технической оснащенности послеуборочной обработки зернового вороха;

— алгоритмы и программы контроля качества энергетических и технологических процессов работы сельскохозяйственных средств;

— методы спектрального анализа вибраций узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин;

— универсальные микропроцессорные устройства для диагностирования технического состояния энергетических средств сельскохозяйственных машин и агрегатов с целью обеспечения их технологической и эксплуатационной надёжности;

— алгоритмы и программное обеспечение оптимизации технических требований для обоснования периодичности технического обслуживания и ремонта машин и оборудования с учётом региональных особенностей организации ТО и ремонта по результатам диагностирования.

Объекты исследований составили технологии и технологические процессы возделывания сельскохозяйственных культур (на примере технологий возделывания зерновых и зернобобовых культур, картофеля), осуществляемые мобильными сельскохозяйственными агрегатами, технологии и технологические процессы послеуборочной обработки зерна и животноводческих ферм, реализуемые стационарными машинами и агрегатами, процедуры обеспечения технологической и эксплуатационной надежности средств механизации процессов в земледелии, методы и средства имитационного моделирования и обеспечения технологической и эксплуатационной надежности в новых организационных условиях, их реализующих.

Материалы исследований включены в книгу «Ресурсосбережение при технической эксплуатации сельскохозяйственной техники» (в соавторстве), допущенную Департаментом технической политики Минсельхоза РФ как справочное пособие для специалистов сельскохозяйственных предприятий, научно-исследовательских, проектно-конструкторских организаций и учебных заведений. Результаты научной работы использованы ФГНУ «Росинформагро-тех» для подготовки аналитических материалов по вопросам развития механизации сельскохозяйственного производства и технического сервиса для специалистов Департамента технической политики Минсельхоза России.

Разработан вибрационный метод, комплект переходных устройств и технология диагностирования узлов и агрегатов сложных уборочных машин и машин послеуборочной обработки зерна и реализован в диагностической установке КИ-13 950 ГОСНИТИ, малогабаритном электронном приборе КИ-28 062 ГОСНИТИ (модернизированный), микропроцессорном диагностическом приборе «Вибронавигатор» (а.с. № 1 653 596, патент № 2 020 428).

Алгоритмы и программное обеспечение установления вероятностных нормативов технической оснащенности машинно-технологических станций средствами механизации, контроля качества энергетических и технологических процессов работы СХА, микропроцессорные устройства диагностирования технического состояния машин сельскохозяйственного назначения, бизнес-план для финансирования создания и работы МТС и технологические карты возделывания сельхозкультур рекомендованы Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Марий Эл для широкого внедрения в хозяйствах республики и на предприятиях ОАО «Марагропромтехснаб».

Программное обеспечение для расчета технологических карт и оптимизация количественного и качественного состава МТП машинно-технологических станций переданы и используются ГОСНИТИ при разработке МТС субъектов Российской Федерации и повышения эффективности их функционирования.

Результаты исследований по диагностированию технического состояния сложных уборочных машин и энергетических средств, принципиальные схемы микропроцессорных устройств, алгоритмы и программное обеспечение по оценке эксплуатационной надежности переданы в головные с.-х. научно-исследовательские учреждения для реализации при построении топоориенти-рованных технологий растениеводства, основанных на использовании спутниковых навигационных систем.

Результаты научно-исследовательской работы были так же представлены на ВВЦ и постановлением № 13 от 19.02.2002 г. и № 109 от 19.12.2002 г. отмечены медалями «Лауреат ВВЦ».

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции «Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве» (г. Минск, 1989) — постоянно действующем научно-техническом семинаре стран СНГ «Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей» (г. Санкт-Петербург, 1993 и 1994 г. г.) — 3-ей Международной научно-технической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника» (СЗНИИМЭСХ, г. Санкт-Петербург, 2002 г.) — Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России — проблемы развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции (ГНУ ВИМ, г. Москва, 2002 г.) — 8-й Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы измерений» (МГТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва, 2002 г.), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы технического сервиса в агропромышленном комплексе» (МГАУ, г. Москва, 2002 г.) — Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборои машиностроении» (МГТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва, 2002 г.) — научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (19 872 003 г. г.), Костромской государственной сельскохозяйственной академии (2002г.), Марийского государственного технического университета (1990;2003 г. г.).

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному консультанту работы д.т.н., профессору В. Г. Еникееву, а также д.т.н., профессору В. А. Аллилуеву (СЗНИИМЭСХ), д.т.н., профессору М. А. Новикову (СПГАУ), д.т.н., профессору В. М. Михлину (ГОСНИТИ) за неоценимую помощь и содействие в решении некоторых вопросов настоящего исследования.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. В результате анализа хозяйственной деятельности сельскохозяйственного производства Республики Марий Эл установлено, что в настоящее время оно все еще находится в крайне тяжелом состоянии, что явилось следствием износа сельхозмашин и оборудования, отсутствия у товаропроизводителей средств на их приобретение и восстановление. За время реформ резко сократился технический потенциал агропромышленного комплекса (АПК). Наблюдается резкое снижение инвестиционной деятельности в АПК, из-за чего снижается ассортимент и объем сельхозпродукции, выпускаемой предприятиями различных форм собственности. Нарушаются технологии производства и переработки сельхозпродукции из-за несвоевременного выполнения трудоемких механизированных работ в соответствии с агротехническими требованиями, допускаемым качеством технологических и энергетических процессов.

2. Начавшаяся в последнее время стабилизация агропромышленного производства в РФ и в Республике Марий Эл, заключающаяся в прекращении спада производства товарной продукции при признаках превращения сельского хозяйства в мелкотоварное производство и использования примитивных технологий, ставит в качестве одной из актуальнейших проблем развитие технического оснащения сельхозпроизводства и ее инфраструктуры, совершенствование на базе использования современных технологий и организационных форм, уровня и качества эксплуатации технических средств и своевременного восстановления, что в последующем обеспечит масштабное, эффективное развитие сельского хозяйства и, в конечном итоге, продовольственную безопасность страны.

3. Систематизация опыта использования средств технической оснащенности сельхозпроизводства в обеспечении его технологической и эксплуатационной надежности подтверждает необходимость разрешения вопросов, имеющих непосредственное отношение к методологии оснащения и использования технических средств АПК, через создание развитой сети машиннотехнологических станций (МТС), предназначенных для организации выполнения трудоемких процессов в сельскохозяйственных предприятиях различных форм собственности и обеспечения работоспособности. всех технических средств АПК.

4. Разработанные концептуальная и информационная модели технической оснащенности сельхозпроизводства, учитывающие ее формирование во взаимодействии с производственно-техническими системами, обеспечивающими восстановление работоспособности технических средств, их технологическую и эксплуатационную надежность, позволили наметить основные направления совершенствования и развития процедур технического оснащения АПК на современном этапе общественного развития страны.

Критерии и методы оценки технической оснащенности сельхозпроизводства с учетом вероятностных условий их функционирования, разработанное программное и алгоритмическое обеспечение позволяют устанавливать региональные, вероятностные нормативы технической оснащенности сельхозпредприятий и обосновать нормативную базу оснащения машинно-технологических станций средствами механизации трудоемких процессов и их размещения в зависимости от специализации сельхозпроизводства.

5. Результаты исследований в области обеспечения технологической надежности мобильных и стационарных сельхозагрегатов и условий их функционирования посредством структуризации функций управления их работой позволили предложить ряд схем технических решений, существенно повышающих качество выполнения ими технологических процессов.

Математические модели управления работой сельхозагрегатов и соответствующее программное обеспечение дают возможность создавать и использовать микропроцессорные устройства и системы контроля качества выполнения технологических процессов в растениеводстве.

6. В результате анализа условий функционирования технических средств установлена функциональная зависимость нормативов технической оснащенности сельхозпроизводства от эксплуатационных и природно-климатических условий работы мобильных и стационарных агрегатов. Методами имитационного моделирования установлена нормативная загрузка средств механизации послеуборочной обработки зерна в зависимости от влажности и засоренности зернового вороха.

7. Процедуры управления техническим состоянием машин и агрегатов в организационных условиях, обеспечиваемых машинно-технологическими станциями, определяют необходимость набора современных методов и технических средств, а также учета периодичности обслуживания и ремонта машин и агрегатов посредством создания соответствующего информационного обеспечения процесса управления техническим состоянием в режиме своевременной обработки информации в условиях работы МТС.

8. Для установления уровня и качества технического состояния мобильных и стационарных сельхозагрегатов, используемых в растениеводстве и животноводстве, установлена эффективность использования спектрального анализа для определения остаточной работоспособности узлов и агрегатов сельхозмашин.

Формализованные процедуры оценки вибрационного процесса в подшипниках качения, учета особенностей диагностирования балансировки рабочих органов машин при наличии неравномерности их вращения позволили существенно улучшить эксплуатационные возможности зерноуборочных, кормоубо-рочных и льноуборочных комбайнов, что сказалось на увеличении их сезонной производительности до 30%.

9. Разработка совершенных средств диагностирования, базирующихся на цифровых методах анализа сигналов, а также использование универсальной микропроцессорной платформы, оснащенной перспективным для диагностики узлов и механизмов программным обеспечением, дает возможность проведения в режиме реального времени контроля качества технологических и энергетических процессов сельхозагрегатов и обеспечения тем самым их эксплуатационной и технологической надежности.

10. Выполненные в данном исследовании методологические разработки в области совершенствования технической оснащенности сельхозпроизводства позволили установить основные принципы и методы учета региональных особенностей управления техническим состоянием средств технической оснащенности отдельных регионов РФ.

11. Комплексный подход к решению задачи технической оснащенности сельхозпроизводства, учитывающий необходимость нормативной оптимальной обеспеченности его средствами технической оснащенности и обеспечения ее технологической и эксплуатационной надежности через организационные условия машинно-технологических станций, позволяет прогнозировать повышение эффективности сельскохозяйственного производства на 30−40% в ближайшие 5−7 лет, по сравнению с современным его состоянием.