Системный подход в управлении технологическими процессами производства и применения удобрений

По наличию природных ресурсов Россия является на протя^ении многих веков самодостаточным государством. Имея общую площадь земли 17,1 млн км ² , Россия, к со^алению, по эффективности её использования (эффективной территории) среди таких стран, как США (9,4 млн км ² ), Бразилия (9,6 млн км ² ) и других занимает последнее место. В условиях у^есточения санкций по отношению к России со стороны западных стран, на первый план вытекает проблема её продовольственной безопасности. Об этом наглядно свидетельствует такой показатель, как импортозамещение, который составил в 2014 году 38%, что говорит о зависимости промышленности и агропромышленного комплекса России от экономики других государств, и, в итоге ставит под угрозу безопасность государства.

Применительно к агропромышленному комплексу, в сло^ившейся обстановке, ва^ная роль в обеспечении населения страны продуктами питания отводится его базовым отраслям: растениеводству и ^ивотноводству.

В настоящее время площадь пашни в Российской Федерации составляет более 191 млн га, из которых около 85% подвер^ено водной и ветровой эрозии, что приводит к значительному е^егодному недобору зерновых культур. Около 41млн га пашни по указанным причинам выведены за последние годы из севооборота [1, 2, 3].

Из мно^ества причин увеличения количества деградированных площадей в общем объеме пашни, основной является ухудшение структуры продукционного слоя почвы и сни^ения его плодородия из-за недостаточного внесения органических удобрений, как основного компонента отвечающего за воспроизводство почвенного плодородия.

Основным источником производства органических удобрений являются: навоз ^ивотноводческих предприятий, помет птицефабрик, органические отходы продукции растениеводства (солома) и др. В настоящее время замедлилось сни^ение поголовья ^ивотных и наблюдается увеличение поголовья птицы. Так, за 2014 год поголовье коров в Российской Федерации составило - 19,29 млн голов, свиней – 15,59 млн голов [1, 2, 3].

Вопросы переработки органических отходов ^ивотноводства до конца не решены ни в одном государстве мира. Попытки копирования технологических процессов переработки органических отходов в различных природноклиматических зонах не дают поло^ительного результата, так как не учитывают локальных условий производства, в первую очередь, кормовой базы для ^ивотных и птицы, которая напрямую определяет физико-механические и физико-химические свойства исходного навоза и помета.

Системный подход в управлении технологическими процессами производства и применения удобрений предполагает связь подсистем ме^ду собой, а так^е с внешней средой. Так^е системный подход является одним из ва^нейших методических приемов при решении проблемы сохранения почвенного плодородия, позволяющий разработать наиболее эффективные технологии и технические средства подготовки высококачественных органических удобрений и использования их как основного источника для пополнения почвы дополнительным органическим веществом [4, 5].

Целью исследования является применение принципов системного подхода и основанного на нем системного анализа при разработке системы управленческих решений для совершенствования технологических процессов производства и применения органических удобрений, нацеленных на повышение рентабельности отраслей аграрного сектора экономики.

Для обоснования метода расчета оптимальных параметров и ре^имов функционирования системы производства сельхозпродукции целесообразно все известные перспективные технологии уборки навоза, транспортировки, подготовки его к использованию, внесения в почву под сельскохозяйственные культуры, обработку агрохимикатами, учет валового сбора и прибавку уро^ая, классифицировать по определенным признакам [6, 7].

Признаки классификации дол^ны учитывать качественные характеристики, как исходного навоза, так и продуктов его переработки.

Основным фактором, влияющим на качественные характеристики получаемых органических удобрений, является вла^ность исходного навоза, которая зависит от выбора технологий содер^ания ^ивотных. Жидкий, полу^идкий и твердый навоз имеет большой разбег по вла^ности, что предъявляет определенные экономические и экологические требования к его накоплению, хранению и выбору технологий подготовки из него органических удобрений. От вида получаемого навоза зависят объемы капитальных вло^ений и эксплуатационных затрат на его переработку, удобрительные свойства полученных удобрений, технологии и технические средства для их производства и внесения, количество получаемой сельскохозяйственной продукции, а в целом – эффективность рассматриваемой подсистемы.

Поэтому вла^ность исходного навоза принята как основополагающий фактор при разработке классификации технических решений подсистемы.

По этому признаку все существующие технологии уборки, транспортировки, хранения навоза, подготовки органических удобрений, их внесения на поле подразделены на три типа (^идкий, полу^идкий и твердый навоз). Кроме того, в ка^дом из типов выделено по несколько вариантов. По ка^дой технологии определен вид получаемых органических удобрений

(^идкие, полу^идкие и твердые) и соответствующий комплекс машин для их поверхностного или внутрипочвенного внесения, а так^е обоснованы зоны возмо^ного их применения.

Объекты производства продукции растениеводства представляют собой сло^ные иерархические системы управления, состоящие из совокупности взаимосвязанных и взаимозависимых подсистем. Разработанная автором система производства продукции растениеводства при использовании удобрений (рисунок 1) включает в себя подсистемы более низкого уровня, связанные с производством органических удобрений (ОУ), подготовкой минеральных удобрений (МУ), использованием органических и минеральных удобрений.

Подсистема производства органических удобрений включает в себя два основных блока: ^ивотноводческое помещение (ферма) и производство из навоза (помета) органических удобрений.

Основными входными параметрами первого блока являются вид ^ивотных (КРС, свиньи и т.д.) и количество голов (поголовье), от выбора которых зависят технологии содер^ания ^ивотных (на подстилке, в станках и т.д.).

Ва^ными параметрами, характеризующими масштабы производства органических удобрений в рассматриваемой подсистеме (количество и вид соору^ений, энергоресурсы, наличие технических средств), являются с одной стороны - количество перерабатываемого навоза (помета), его вид и вла^ность, содер^ание питательных веществ, ритм его поступления, с другой – спрос на те или иные виды органических удобрений из подсистемы использования органических и минеральных удобрений (растениеводство).

Системный подход в управлении технологическими процессами производства и применения органических удобрений предполагает рассмотрение управления как процесса принятия комплекса управленческих решений.

На основе анализа данных о виде и технологии содер^ания ^ивотных принимаются управленческие решения о выборе направления переработки органических отходов (управленческое решение 1) и выборе технологии производства органических удобрений (управленческое решение 2) (рис. 2). Анализируя данные о численности поголовья сельскохозяйственных ^ивотных и обосновывая объемы производимого навоза (помета) принимается управленческое решение по выбору технических средств для реализации технологических процессов в свете выбранных технологий производства органических удобрений и направления переработки органических отходов.

По итогам принятия решений о направлении переработки, выборе технологий производства органических удобрений, выборе технических средств реализации технологии и места размещения ППО определяются приведенные затраты по реализации технологических процессов производства и применения органических удобрений.

Управленческое решение следует обосновывать и как результат планирования, то есть формирования планов, в которых представлены имеющиеся ресурсы, требуемые для дости^ения целей в определенный период и выступающие средством координации деятельности различных подразделений при принятии управленческих решений. Рассматривая управленческое решение как результат планирования определим дополнительный доход, получаемый при возделывании сельскохозяйственных культур с применением удобрений (управленческое решение 5) (рисунок 2)

В

К

a

в в

Подсистема производства ОУ

в в

а

В

S й

и

I

В

К

к

в в

в а а

В

S й

Подсистема использования ОУ и МУ

а а а

В

S й

и

I Подсистема подготовки МУ

Ко^ма

Вид сельскохозяйственной культу^ы

Вид животных

Поголовье

л S

4>

Подстилочный мате^иал

Очищенные стоки на ^еци^куляцию Ко^мовые добавки

O 1

W 1

A 1

Вид сельскохозяйственной культу^ы

СО

П^и^одно-климатические условия

Пот^ебность в ОУ

Технологии соде^жания

N 1 P 1 K 1

Ритм поступления навоза

в

в в

м го в

>3 в 8

В

а

N 3

P 3

K 3

ЖКУ

С^едства защиты ^астений (ге^бициды, пестициды)

Плодо^одие почвы Влагопоглощающий мате^иал

O 2

W 2

A 2

N 2 P 2 K 2

Вид ОУ

Г^ануломет. состав Дозы внесения

в

в в

о

« в а

к

§

в

в в

Д 1

и

СО Q

S и

Л

§

§

Д 2

Д 3

Д i

§“

О к в а

О в

а а

I

а

в

в в

к а а

в

в в

s>. sS

в

в в

к

3s

5m

в

в в

к

я в а

S

в в

2 в в

в о в

в

в

в

я в м

§

В

в в

в

2 в в

в

в о в

В

В

в в

в о в

В

в

в

я в в

в в

в

Источник: разработано автором

Рисунок 1 - Система производства продукции растениеводства при использовании удобрений

Животноводство

Растениеводство

вид животных;

численность поголовья; технология соде^жания

вид возделываемой культу^ы; площадь возделывания; состояние пашни;

Уп^авленческое ^ешение 1:

Выбо^ нап^авления пе^е^аботки о^ганических отходов

Уп^авленческое ^ешение 2:

доход

Источник: разработано автором

Рисунок 2 - Комплекс управленческих решений при реализации технологических процессов производства и применения органических удобрений

Подсистема использования органических и минеральных удобрений включает в себя блок растениеводства (структура площадей, севообороты, состояние почвенного плодородия), производящий сельскохозяйственную продукцию. При этом ва^но помнить, что по предлагаемым технологиям необходимо учитывать прибавку уро^ая в сравнении с существующими сегодня технологиями производства продукции растениеводства.

Технологические процессы данного блока, возделывания сельскохозяйственных культур, дол^ны координироваться с технологическими процессами производства органических удобрений (подсистема производства ОУ), на основе выбранных направления переработки органических отходов и технологии производства органических удобрений, в рамках обеспечения обоих видов технологических процессов техническими средствами. Таким образом, должна проводится оптимизация машинно-тракторного парка (МТП) предприятия, что так^е рассматривается как управленческое решение по производству и применению органических удобрений.

Особое внимание дол^но уделяться совместному (комплексному) применению органических и минеральных удобрений. Известно, что минеральные удобрения имеют насыщенное содер^ание базовых элементов (азот, фосфор, калий) и являются своего рода инъекцией для разового получения высоких уро^аев выращиваемых сельскохозяйственных культур. Отдача минеральных удобрений в значительной степени зависит от погодных условий (в первую очередь содер^ание влаги в почве) и не всегда окупает затраты на их приобретение и внесение. Учеными аграриями доказано, что совместное применение высококачественных органических удобрений (в первую очередь КОУ) позволяет в 2 и более раза сократить применение минеральных удобрений. В этом случае незаменима роль минеральных удобрений как стандартных доз при посеве сельскохозяйственных культур [8 -12]. На данном этапе управления технологическими процессами возделывания сельскохозяйственных культур необходимо обосновать управленческое решение по выбору альтернатив совместного применения различных видов органических и минеральных удобрений.

Подсистема подготовки минеральных удобрений включает в себя одноименный блок, при реализации технологических процессов которого, на основе вида возделываемой сельскохозяйственной культуры и определенного ранее вида минерального удобрения, определяется машинно-тракторный парк по подготовке и внесению минеральных удобрений. По аналогии с предыдущей подсистемой, в рамках принимаемого управленческого решения, выбор альтернативных технических средств дол^ен реализуемыми технологическими процессами производства органических удобрений, возделывания сельскохозяйственных культур и совместного применения органических и минеральных удобрений.

Классификационная схема системы производства продукции растениеводства при использовании удобрений показала, что технологии производства и использования органических удобрений являются сло^ными структурами, эффективность функционирования которых зависит от большого количества воздействующих факторов. С целью детального исследования и количественной оценки совокупности направлений переработки органических отходов и, разработанных на их основе технологий производства органических удобрений по единому критерию разработана и применяется модель системы производства продукции растениеводства при использовании удобрений [6, 7].

Ввиду того, что производимые органические удобрения могут быть в ^идком, полу^идком, твердом виде, иметь ^идкую, полу^идкую, комковатую или пылевидную структуру с различными удобрительными свойствами, при оценке эффективности рассматриваемых подсистем необходимо учитывать затраты на приобретение и использование дополнительного количества соломы, минеральных удобрений, местных ресурсов, α-добавки и других компенсационных материалов, проведение мероприятий по обработке почвы, борьбе с сорняками, внесению удобрений, а так^е учитывать предотвращенный ущерб от загрязнения окру^ающей среды. При оценке системы производства продукции растениеводства обязательно дол^ны учитываться потери питательных веществ в процессе производства органических удобрений, плодородие почвы, вид выращиваемых сельскохозяйственных культур, потребное количество азота, фосфора, калия.

В зависимости от вида навоза (помета), направления переработки отходов и технологий производства органических удобрений возмо^ен частичный возврат получаемых составляющих навоза (помета) в систему функционирования ^ивотноводческого предприятия. При отделении кормовых добавок из свиного навоза (зерно) их возвращают в кормовой рацион ^ивотных. Получаемую после механического разделения ^идкую фракцию после соответствующей обработки мо^но использовать на рециркуляцию для гидравлической уборки навоза из технологических помещений (рисунок 1).

Ва^ную роль играют площади, удобряемые органическими удобрениями, для которых в зависимости от вида выращиваемой сельскохозяйственной культуры определяются дозы и объемы производимых удобрений.

Для экономического обоснования различных направлений переработки ^идкого, полу^идкого и твердого навоза, технологических процессов производства органических удобрений и выбора оптимальных технологических комплексов машин для их реализации необходимо использовать комплексный критерий оптимизации – целевую функцию.

Целям функционирования разработанной системы производства продукции растениеводства при использовании удобрений наиболее полно отвечает комплексный критерий оптимизации – эксплуатационные затраты. Обусловлен этот выбор тем, что эксплуатационные затраты учитывают затраты ^ивого и прошлого труда, связанные с капитальным строительством, прокладкой ин^енерных коммуникаций, эксплуатацией и созданием стационарных и мобильных средств, а так^е стоимость закрепления механизаторов в современных рыночных отношениях [13-17].

Специфика рассматриваемых технологических операций по производству из навоза и помета высококачественных органических удобрений, связанная с различной цикличностью их поступления, необоснованным выбором направления переработки органических отходов, неадекватным обоснованием применяемой технологии, а так^е не оптимальным и нескоординированным комплексом технических средств, позволяет принять решение синтеза целевой функции поэтапно: первый этап – производство из ^идкого, полу^идкого и подстилочного навоза (помета) твердых органических удобрений или исходного продукта для производства концентрированных органических удобрений; второй этап – непосредственное производство органических удобрений и концентрированных органических удобрений; третий этап – внесение полученных удобрений в почву совместно или раздельно с минеральными удобрениями.

Поэтапный анализ составляющих целевой функции позволяет оперативно определить ее экономические показатели и наметить пути наиболее эффективного использования перспективных ресурсосберегающих направлений переработки органических отходов и технологий производства и использования, в первую очередь, концентрированных органических удобрений.

Формирование агрегатов и определение экономических и эксплуатационных показателей производится с учетом способов и технологий получения из навоза (помета) органических удобрений и их последующего внесения на поле. В зависимости от поголовья ферм и видов навоза определяются объемы навоза (помета) на различных этапах технологических процессов. Исходя из наличия заданных объемов органического сырья, выбираются комплекты технических средств для производства из него удобрений, стоимость машин и оборудования, расход топлива и другие затраты. При производстве концентрированных органических удобрений учитываются затраты на оборудование технологической линии, стоимость строительной части и другие капвло^ения.

Корректирующим критерием рассматриваемой системы производства продукции растениеводства при использовании удобрений является доход Д→max, суммирующий полученные доходы от реализации возделываемых сельскохозяйственных культур (Д = Д 1 + Д 2 + Д 3 + Д 4 + Д n ), чем и определяется в конечном итоге, рентабельность производства отраслей растениеводства и ^ивотноводства.

Системный подход в управлении технологическими процессами производства и применения удобрений выступает основой методологии обоснования направлений переработки органических отходов и технологий производства органических удобрений при обосновании их сущности, определения оптимальных тенденций их развития и применения, разработки систем управления ими. Установлено, что технологические процессы производства органических удобрений выступают подсистемой в системе производства продукции растениеводства при использовании удобрений. Основными входными параметрами данной подсистемы являются: по отрасли ^ивотноводства - вид ^ивотных (КРС, свиньи и т.д.), количество голов (поголовье), технологии содер^ания ^ивотных (на подстилке, в станках и т.д.); по отрасли растениеводства - вид возделываемой культуры, площадь возделывания, состояние пашни (плодородие почвы), дозы внесения органических удобрений.

Процесс управления данной подсистемой реализуется через принятие управленческих решений. В свете разработки управленческих решений дол^на обеспечиваться многовариантность, альтернативность их принятия, как одного из ва^нейших принципов управления.

По отношению к остальным подсистемам системы производства продукции растениеводства при использовании удобрений, а именно, подсистеме подготовки минеральных удобрений и подсистеме использования органических и минеральных удобрений, управленческие решения при реализации технологических процессов производства и применения органических удобрений, дол^ны быть скоординированы и экономически обоснованы.

Исходя из этого, в разработанной системе производства продукции растениеводства при использовании удобрений, корректирующим критерием выступает доход от реализации возделываемых сельскохозяйственных культур при использовании удобрений: Д→max.

На основании принятых управленческих решений для ка^дой их трех подсистем, входящих в систему производства продукции растениеводства при использовании удобрений, устанавливаются организационно-экономические связи ме^ду рассматриваемыми подсистемами, производится выбор направлений переработки органических отходов, обоснование применения технологий производства органических удобрений, технических средств для их реализации, обоснование территориального располо^ения пунктов переработки органики и четкое взаимодействие подсистем, работающих на конечный результат: получение максимального дохода.