Информационные технологии как средство повышения эффективности сельскохозяйственного производства

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

УДК 631.171:002

А.М. ВАЛГЕ, д-р техн. наук; Э.А. ПАПУШИН, канд. техн. наук;

С.В. ВТОРЫЙ, канд. техн. наук

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Рассмотрены состояние и перспективы использования информационных технологий в сельскохозяйственном производстве. Для решения проблемы увеличения эффективности производства продукции рассмотрены перспективные задачи, позволяющие оперативно анализировать состояние производства и принимать соответствующие управляющие решения.

В последние 10 лет происходят интенсивные изменения в области вычислительных средств и программирования. В сотни раз увеличилась производительность процессоров, в тысячи раз увеличилась емкость запоминающих устройств. Вместе с тем происходит миниатюризация процессоров. На несколько порядков снизилась стоимость вычислительных систем. Интенсивно развиваются новые технологии приема и передачи информации и, в частности, сетевые технологии и технологии Интернета. С развитием технических средств существенные изменения произошли в программном обеспечении, что также расширило круг использования компьютерных технологий, как в производственных процессах, так и на бытовом уровне. Доступная стоимость основного узла компьютера - процессора - позволяет широко использовать его в различных машинах и механизмах, в том числе и машинах сельскохозяйственного производства для решения различных задач: управления машиной, технологическим процессом, сбора информации о состоянии рабочей среды (почвы), растений, условий работы, урожая.

Опыт ведущих стран с развитой аграрной сферой свидетельствует, что все они прошли своего рода «технологическую революцию». Классическое экстенсивное земледелие вытесняется точным (прецизионным). Широко используются геоинформационные технологии, многооперационные энергосберегающие сельскохозяйственные агрегаты, селекция высокоурожайных сортов растений и выведение высокопро-

186

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.

дуктивных пород животных, создание биологически активных кормовых добавок, новых лекарственных средств для животных, современные методы борьбы с эпизоотиями, карантинными болезнями животных и растений.

Использование информационных технологий в сельскохозяйственном производстве России. Сейчас в России намечены и проводятся мероприятия, направленные на повышение эффективности информационно-консультационного обслуживания агропромышленного комплекса, содействия устойчивому его развитию на основе достижений научно-технического прогресса, создание благоприятных условий для удовлетворения потребности руководителей и специалистов сельскохозяйственных предприятий всех форм собственности, фермеров в получении знаний о новейших достижениях отечественной и мировой сельскохозяйственной науки, технологиях и техники, передовом отечественном и зарубежном опыте.

Успешно развивается такое направление, как предоставление информационных, консультационных, технико-экспертных, организационных и управленческих услуг и помощи в выборе и освоении инновационных технологий, подготовке, разработке и осуществлении инвестиционных проектов, организации производства.

Формируются информационные ресурсы, происходит сбор, обобщение и адаптация баз данных, прикладных программных продуктов и рекомендаций по повышению эффективности сельскохозяйственного производства. Вся эта информация доводится до региональных, районных (межрайонных), сельских информационноконсультационных центров (ИКЦ).

В настоящее время для разрешения проблем с кормами на сайте МСХ есть программа «Оптимизация и анализ рационов сельскохозяйственных животных», базы данных «Состав и питательность кормов», «Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных» (таблица).

Динамичное развитие аграрного производства требует внедрения высокоэффективной системы земледелия, современных технологий сбора и обработки информации, необходимой для решения многочисленных производственных и управленческих задач.

187

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

Примеры баз данных и прикладного программного обеспечения сельскохозяйственной направленности на сайте МСХ

Наименование Краткая характеристика Разработчик

Базы данных «Ветеринария и животноводство» Информация о кормлении животных, ветеринарной медицине, вопросы биологической и общественной безопасности ГВЦ Минсельхоза РФ

Программный комплекс «Ветеринария и животноводство» Расчет рационов кормления животных, автоматизация племенного учета и анализ показателей племенной работы на уровне предприятия ГВЦ Минсельхоза РФ

База данных «Механизация» Информация о сельскохозяйственной технике, оборудовании перерабатывающей промышленности и предприятиях, выпускающих и поставляющих данную технику ГВЦ Минсельхоза РФ

Базы данных «Агрохимическое обслуживание и карантин растений» Информация по минеральным, органическим и органоминеральным удобрениям и химическим мелиорантам; по химическим средствам защиты растений; по вопросам карантина растений, а также об организациях-производителях ГВЦ Минсельхоза РФ

База данных «Охрана труда» Правовые и нормативные документы по вопросам охраны труда в сельском хозяйстве ГВЦ Минсельхоза РФ

Программный комплекс «Традиционные и перспективные технологии возделывания сельскохозяйственных культур» Проектирование технологий производств основных видов сельскохозяйственных культур с учетом зональных, производственнотехнических и финансовых условий, размеров производства ГВЦ Минсельхоза РФ

188

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.

Продолжение табл.

Наименование Краткая характеристика Разработчик

Базы данных «Сельское хозяйство России» Информация об удобрениях, семенах сельскохозяйственных культур, о составе и питательности кормов, нормах и рационах кормления животных, нормативных документах по животноводству, карантину растений и ветеринарии, ветеринарных препаратах и др. ГВЦ Минсельхоза РФ

Программный продукт «Планирование хозяйственной деятельности на основе принципа валового дохода» Планирование и анализ хозяйственной деятельности сельскохозяйственных предприятий на основе расчетов условного валового и чистого доходов ГВЦ Минсельхоза РФ

В настоящее время в мировом сельскохозяйственном производстве широко применяются космические информационные технологии такие, как дистанционное зондирование, спутниковая навигация (системы ГЛОНАСС/GPS).

Они обеспечивают потребителей не только данными наблюдений о состоянии сельхозугодий выращиваемых культур, необходимых для оценки почв, тепловлагообеспеченности и так далее, но и высокоточными координатами местоположения обрабатывающих агрегатов и участков поля, нуждающихся в специальной обработке. Все это позволяет применять методы прецизионного (точного) земледелия.

Практически вся информация в сельском хозяйстве имеет пространственную привязку, поэтому географические информационные системы (ГИС) являются наиболее эффективным средством сбора и обработки информации в отрасли. В современных ГИС сосредоточены последние достижения в области пространственных баз данных. Такие системы, включающие в себя методы дистанционного зондирования, широко используются во многих странах мира (в Канаде, США, странах ЕС, Индии, Японии, Китае и др.). Более чем 10-летний зарубежный опыт убедительно подтверждает, что съемки из космоса не только

189

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

дают возможность улучшить качество сельскохозяйственной статистики, повышая точность, однородность, объективность и частоту наблюдений, но и позволяют существенно усовершенствовать методы оперативного контроля состояния посевов и прогноза урожая как в глобальном, так и локальном масштабе. В частности, система MARS (Monitoring Agriculture by Remote Sensing), обслуживающая страны Европейского сообщества, позволяет определять площади посевов и урожайность сельскохозяйственных культур, начиная с государственного уровня и вплоть до отдельных ферм.

Важно отметить, что чем больше территория государства, тем больший экономический эффект имеет применение дистанционных методов. Использование современных методов геоинформационных технологий в сельском хозяйстве позволит оценивать точные размеры пахотных земель в зонах интенсивного и рискованного земледелия, в том числе площади земель, используемых под озимые и яровые посевы. Оценивать динамику сокращения сельскохозяйственных земель и вывода их из разряда сельхозугодий, продуктивность пахотных земель, выявлять негативные почвенные процессы, такие, как изменение механического и химического состава; засоление; снижение содержания гумуса; распространение засух, опустынивания; обнаруживать признаки поражения культур и ареалов распространения вредителей; проводить мониторинги чрезвычайных ситуаций (пожаров, паводков, заморозков).

В результате хозяйствующие субъекты и органы управления АПК всех уровней могут получать с федеральных серверов нового поколения полномасштабную, оперативную информацию о состоянии сельхозугодий и динамике созревания зерновых и иных культур, что позволит повысить эффективность производственной деятельности и качество принимаемых управленческих решений.

В настоящее время на сайте http://www.agrocosmos.gvc.ru размещены данные спутникового мониторинга сельхозугодий основных регионов - производителей растениеводческой продукции. Индекс NDVI, усредненный по областям, обновляется каждые 16 дней для 61 субъекта Федерации.

190

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.

На сайте с данными спутникового мониторинга осуществляется прогнозирование урожайности для 14 видов растениеводческих культур на основе определения года-аналога по указанному индексу. Этот прогноз можно считать первым реализованным шагом в создании новой отраслевой информационно-аналитической системы.

Управление производственными процессами. Основные назначения информационных технологий - повышение эффективности производства, снижение себестоимости и повышение конкурентоспособности производимой продукции. Это достигается разработкой комплекса задач по анализу и управлению производством.

Основные направления использования информационных технологий (ИТ) для решения этих задач представлены на рис. 1. Очевидно, что реально направлений значительно больше, и их количество будет возрастать по мере развития средств передачи и обработки информации. Общая структурная блок-схема ИТ может состоять их трех основных блоков:

- текущего управления производством и реализацией продукции (бухгалтерия);

- технологического управления производством;

- интернет-технологий (получения и передачи информации, сайт хозяйства);

Отдельно представлено подразделение, предназначенное для эксплуатации технических средств, программного обеспечения, интернет-систем информационного обмена.

Связь по вертикали «хозяйство - район - область» может осуществляться по специально выделенному каналу.

Общий подход к использованию ИТ для повышения эффективности производства продукции с.-х. производства приведен на рис. 2. ИТ состоит из ряда взаимосвязанных программ. Основу должна составлять программа анализа эффективности использования ресурсов производства, позволяющая оценивать вклад каждого из производимых продуктов на получаемую прибыль в зависимости от затрат ресурсов и цены реализации полученной продукции. В зависимости от эффективности использования ресурсов система управления ресурсами корректирует объемы производства и распределение ресур-

191

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

сов для производства продукции. Для определенного объема производства продукции проектируются оптимальные технологии по каждому из видов продукции. При проектировании технологий используются базы данных по технологиям и техническим средствам (Федеральный регистр технологий производства с.-х. продукции). Этот процесс работы с программами должен выполняться несколько раз до получения устойчивых результатов, удовлетворяющих оптимуму каждой из задач. После определения оптимальных технологий решается задача оптимизации состава машинотракторного парка. В отдельном блоке определяется эффективность использования в хозяйственных условиях новых технических средств, планируемых к приобретению или аренде.

При реализации технологии также должны решаться задачи управления технологическими процессами выращивания урожая, уборки урожая, хранения и реализации продукции. На данном этапе используются системы оценки состояния посевов (развитее растений и сорняков, борьбы с болезнями и другие). На стадии уборки урожая решаются задачи выбора стратегии уборки, использования технических средств, закладки урожая на хранение.

Отдельным блоком должна быть выделена система управления земельными ресурсами хозяйства (рис. 3), представленная в виде базы данных по земельным угодьям. На этом уровне решаются задачи рационального использования земельных угодий, формирование севооборотов, определение норм внесения органических и минеральных удобрений, управление процессом выращивания урожая. Для решения поставленных задач данная система связывается с базами данных по семенам, удобрений, химических средств защиты.

Рассмотренные выше задачи при их реализации требуют разработки иерархии представления баз данных и программ решения задач на различных представительских уровнях.

192

Рис. 1. Основные направления использования информационных технологий в сельскохозяйственном производстве

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.

Система управления ресурсами хозяйства

Рис. 2. Общая структурная

схема управления технологическими процессами производства сельскохозяйственной

1

St

1

О

съ

а

at

at

о

Й

^з

0

1

о

О/

сь

съ

а

^3

0

1

St

St

продукции

растениеводства и животноводства.

Рис. 3. Общий подход к использованию ИТ на примере производства продукции растениеводства

ил

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2008. Вып. 80.

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для внедрения ИТ в производство должны быть разработано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение для указанных выше задач.

Эффективность использования ИТ в с.-х. производстве будет достигаться за счет:

- повышения эффективности документооборота, снижения погрешностей при выполнении учетных операций, своевременности получения информации и принятия производственных решений;

- оптимизации использования ресурсного обеспечения хозяйства, рационального распределения ресурсов по отраслям производства;

- принятия оптимальных решений при изменении условий производства и рыночной конъюнктуры цен на производимую продукцию;

- оптимального выбора технологий производства;

- оптимизации структуры машинотракторного парка.

Получено 17.03.2008.

УДК 631.531.17-52:633

В.Н. БРОВЦИН, д-р техн. наук

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

ПОСРЕДСТВОМ ПРИЛОЖЕНИЯ SIMULINK ПАКЕТА MATLAB

В статье приведен пример идентификации параметров пахотного агрегата по каналу управления положением линии тяги пахотного агрегата, составленного из колесного трактора МТЗ-82 и навесного плуга ПИН-4-35. Идентификация проведена с использование приложения Simulink Parameter Estimation ППП MATLAB.

Наиболее часто используемые методы идентификации параметров моделей сельскохозяйственных процессов пригодны, как правило, для линейных по параметрам математических описаний, и, кроме того, распределенных по нормальному закону возмущающих воздействиях [1] (или имеющих специальный вид, например, единичный

196