Обзор и анализ методов оптимизации и компьютерных программ для повышения эффективности МТП

Введение. Современное сельскохозяйственное производство России как система с ограниченными ресурсами характеризуется продуктивностью ниже способности самовосстановления в годовом цикле таких видов ресурсов, как парк тракторов, пашня и трудовой потенциал. В настоящее время, в отличие от периода устойчивого развития (1990 г.), в тракторном парке значительная часть машин эксплуатируется сверх срока амортизации с увеличени ем предельного возраста с 9 до 17 лет при одновременном общем сокращении парка тракторов, площади пашни и количества занятых работников [1]. Использование техники за сроком амортизации в условиях устойчивого развития системы убыточно из-за возрастающих затрат на поддержание техники в работоспособном состоянии и увеличения расхода топлива на единицу выполненной работы. Техника, отработавшая амортизационный срок, списывалась, ее убыль восполнялась превышающими по количеству закупками новой техники, и парк тракторов постоянно увеличивался [2]. Под контролем государства находились площадь пашни, количество рабочих мест.

Эффективность сельскохозяйственного производства зависит от многих факторов: используемых технологий и технологических процессов, рациональности выбора технических средств, оптимальности использования имеющихся производственных ресурсов и др.

Новые возможности для выбора рационального состава машинно-тракторного парка (МТП) предоставляют современные системы программирования, включающие в себя базы данных (БД). Программные средства предоставляют широкие возможности для манипуляции имеющимися данными в хозяйстве.

Целью представляемой работы является проведение анализа существующих методов оптимизации, мероприятий по повышению производительности и программных средств, направленных на решение задач повышения эффективности использования МТП.

Результаты и их обсуждение. Анализ и контроль использования МТП является эффективным средством управления процессами применения техники в сельскохозяйственном производстве. Для повышения уровня механизации сельскохозяйственных работ, обеспечения выполнения их в оптимальные сроки и с высоким качеством существует много задач. Например, задачи по ускорению темпов развития механизации, по автоматизации производственных процессов, а также задачи по улучшению эффективности использования сельскохозяйственной техники. На рисунке 1 представлена схема проведения различных организационно-управленческих мероприятий для повышения производительности МТП.

Рисунок 1 - Мероприятия по повышению производительности МТП

Также для оценки эффективности работы МТП необходимо проведение анализа затрат на работу и содержание МТА. К ним относятся затраты на амортизацию техники, затраты на ре монт, техническое обслуживание и хранение, затраты на топливо и смазочные материалы затраты на заработную плату.

Вопросами определения оптимального состава МТП и обоснования его структуры начали заниматься еще в 70-е годы прошлого века. Работы по этой теме вели известные ученые и исследователи В.А. Булавский, С.В. Жак, Г.Е. Журавлев. Р.Ш. Хабатов, Ю.К. Киртбай, Б.Д. Докин, В.И. Миминзон и другие [3]. Оптимальный состав может быть определен только с помощью оптимизационных методов, поскольку состав тракторов и других сельскохозяйственных машин и их возможное сочетание имеют такое большое количество вариантов, что выбор наилучшего практически невозможен [4].

Существующие методы оптимизации состава МТП можно разбить на группы (рисунок 2).

Методы оптимизации состава МТП

Методы обоснования оптимального состава определенного класса технических средств в хозяйстве

Методы оптимизации МТП для определенного периода работ в хозяйстве

Методы обоснования состава МТП для отдельного технологического комплекса операций

Методы обоснования состава МТП для всего объема работ

Рисунок 2 - Методы оптимизации состава МТП

Основное отличие разработанных моделей оптимизации структуры МТП заключается в выборе критерия оптимальности. На рисунке 3 представлены критерии оптимальности, которые получили широкое распространение (рисунок 3).

Анализировать огромное количество информации о работе МТП и применить эту информацию для повышения эффективности использования машин в технологических процессах производства продукции сельского хозяйства невозможно без компьютерных технологий [5]. В настоящее время широкое внедрение таких программ позволяет не только хранить информацию о работе предприятий агропромышленного комплекса, но и формировать опти мальный состав МТП в автоматизированном режиме для выбранной технологии производства.

Существует множество различных зарегистрированных патентов, компьютерных программ, в которых применяются различные подходы к выбору оптимального состава машиннотракторного парка. Например, программный комплекс «AGRO» [6] разработан на основе метода сквозного просмотра вариантов годовых комплексов работ. Он предназначен для проведения расчетов как вновь формируемого состава машинно-тракторного парка сельскохозяйственного предприятия, так и с учетом имеющейся техники на доукомплектование МТП сельхозпредприятия.

Рисунок 3 - Критерии оптимальности МТП

Выходными данными программы является количество тракторов и комбайнов по маркам, сцепов и сельскохозяйственных машин, а также количество механизаторов и вспомогательных рабочих. По каждой возделываемой сельскохозяйственной культуре приводится перечень операций машинно-тракторных агрегатов, закрепленных за ними, с указанием сроков и объемов работ, информации по эксплуатационным и экономическим показателям машин. Выдается информация по распределению техники в течение календарного года по полям в заданные периоды проведения работ. Определяется доход и рентабельность для заданной структуры посевных площадей и технологий возделывания и уборки сельскохозяйственных культур.

Компьютерный комплекс МТП-2011 [7] позволяет решать задачи, связанные с составом и использованием МТП: составление плана использования МТП, рационализация использования МТП, оперативная корректировка планов с учетом сложившихся обстоятельств, оперативный учет выполненных работ, обоснование состава МТП как следствие его использования, обоснование разнообразных управленческих решений (рисунок 4).

Рисунок 4 - Компьютерный комплекс МТП-2011

Основные преимущества программы «Расчет технико-экономических показателей оптимальной работы сельхозтехники» [8] -удобный механизм расчета технико-экономических показателей оптимальной работы сельхозтехники и принятие на основе полученной информации управленческих решений по эффективному использованию машиннотракторного парка. Встроенный модуль в про грамме обеспечивает индивидуальные настройки под специфику работы сельхозтехники и распределение затрат.

Автоматизированная система формирования агротехнологий и оптимизации состава машинно-тракторного парка хозяйства [9] позволяет формировать и рассчитывать технологии применительно к конкретным производственным условиям (рисунок 5).

Оптиндл»,™ пдрк (энаргомдокны)

; Екфр : ;кджккы:	К*рк* калмны	хм,: р-акаши	Стоим гксру»	Касса (кг.)	Загрузка: ; (чШШН
:    25 :	ДТ-75И	1$	125«		:  768.1 :
I 16 I	Т-150Х	2:	300.		: 193,5 :
:     49 :	мтз-ео	13:	780.		: 232,9 ;
: 145 :	СХ*5-Циеі"	1:	240.		:    55.2 :
ИТОГО :		35.:	2044«		s                 :

Оптхндлью* парк (іруппы әперген*» н1

: Дифр : Ндииркодаиис груягх : Коя.: Стода. : Идсы :грушш: тиергондиин           : ат. : тис.руб. г кг.

S : Тракторы.кисе  3 т.;	Зл	425.:
1 : Тракторы,класс 11 т.1	16.:	990.:
10 : Азтокобили ЗИЛ-ЖЗ 1	1.:	42.:
11 : а»то№я5или газ-олз :	1л	40.:
11 : Зтрхоубороч коий ех-5*:	1.:	240.:

Рисунок 5 - Автоматизированная система формирования агротехнологий и оптимизации состава машинно-тракторного парка хозяйства

Система выполняет расчеты по оптимизации состава МТП с использованием методического подхода к построению как единого целого процесса обработки информации по формированию технологий возделывания и уборке урожая сельскохозяйственных культур.

Программа ЭВМ «Оптимизация машиннотракторного парка с использованием СУБД на основе теории множеств» [10] позволяет выполнять оптимизационные расчеты по суммарным показателям затрат на выполнение годового объема работ, таких как расход топлива, трудозатраты, оплата труда, суммарные затраты в денежном эквиваленте (рисунок 6). Задача оптимизации сводится к тому, чтобы из всего множества агрегатов с разными энергетическими средствами выбрать такие трактора, которые обеспечивали бы выполнение всех работ по всем агротехническим срокам с минимальными затратами некоторых ресурсов (приведенных затрат, трудовых затрат, топлива). Для решения оптимизационной задачи необходимо сформировать множество конкурирующих агрегатов, из которого блок оптимизации выберет оптимальный состав МТП.

Главная кнопочная форма                         - в х

Оптимизация МТП

1 Веси даты* и редактирование таблиц J Вывод результатов расчетов ] Выход из программы

Рисунок 6 - Программа «Оптимизация машинно-тракторного парка с использованием СУБД на основе теории множеств»

Разрабатываемая веб-система планирования управления использования МТП [11] содержит разделы по созданию оптимальных планов машиноиспользования и разделы по выбору способа и критерия оптимизации в ре жиме реального времени по сети Интернет (рисунок 7). Основной задачей данной системы является решение организационных вопросов подбора и рационального использования МТП.

Рисунок 7 - Система планирования и оперативного управления использования машинно-тракторного парка

В современных условиях рациональное использование техники тракторного парка является одним из важнейших способов обеспечения эффективного функционирования каждого сельскохозяйственного производителя. Актуальность этого вопроса все более возрастает в связи с большой степенью изношенности мобильных средств (по данным Минсельхоза до 60% тракторов в парке имеют возраст старше 10 лет) и дороговизны приобретения новой техники. Задача определения оптимального использования МТП столь сложна, что ее невозможно достаточно полно формализовать с помощью уравнений и неравенств, имеющих линейную природу.

Выводы. В настоящее время существует большое количество различных методов оптимизации тракторного парка, но все они связаны со стопроцентным обеспечением техникой. Рассмотренные выше методы и критерии базируются на затратном подходе и не учитывают процессы невосстановления тракторного парка, площади пашни и количества рабочих мест.

В связи с большим снижением количества тракторов в России требуется разработка новых методов, учитывающих возраст техники и её технологическую потребность. Необходимы новые разработки с использованием современных средств программирования. Разрабатываемые программы должны быть надежны и удобны в обращении, они должны обеспечивать накопление, хранение и систематизацию информации о технологических основах производства, а также учитывать такие факторы, как ресурсный подход, недобор и потери урожая, связанные с отклонением агросрока.

Для наглядного отражения загрузки машин, выявления их максимальной потребности для выполнения запланированного объема работ в оптимальные агротехнические сроки необходимо автоматизированное, программное построение графиков машиноиспользования. Ни одна из рассмотренных программ не позволяет формировать агротехнологии, не использует графики машиноиспользования, имеет большое количество усредненных показателей и недостаточно высокий уровень автоматизации расчетов.