ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К ИНФОРМАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ УПРАВЛЕНИЯ МЕЛИОРАТИВНЫМ РЕЖИМОМ АГРОЭКОСИСТЕМ

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

The results of theoretical studies of the dependence of rapeseed oil coking capacity on the physical parameters of its production technology

Priorov Igor Evgenievich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Blazhenko Evgeniy Sergeevich, Masters student

Lavrov Alexander Alexandrovich, research worker

Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina

13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia

E-mail: ya.krip10@ya.ru; mail@kubsau.ru

Vegetable-based fuel, compared to diesel, reduces the toxicity of exhaust gases with comparable energy and environmental indicators of motor-tractor diesels.The most affordable for diesel engines is biofuel obtained from oilseeds (mainly rapeseed, since rapeseed oil has similar physical and chemical properties to diesel fuel). Rapeseed oil has a number of advantages compared to diesel fuel: the oil is not toxic or flammable, does not contain sulfur compounds, is a renewable fuel, the use of rapeseed oil does not disrupt the balance of carbon dioxide (greenhouse gas) in nature. The use of rapeseed oil in its pure form is difficult due to the difference in the properties of oil and vegetable fuels. The difference in these properties determines the features of the engine operation on pure rapeseed oil and its mixtures with diesel fuel. Researchers of this problem note that the indicators of the working process of the engine are associated with the features of the processes of evaporation, mixing and combustion of rapeseed oil. The purpose of the research is to improve the properties of mixed fuels based on rapeseed oil. Based on the correlation and regression analysis of the influence of physical parameters on the cokingability of rapeseed oil, their relationship was established. As a result of mathematical modeling of the coking capacity of rapeseed oil, depending on the physical parameters of its production technology, expressions were obtained that allow improving the properties of mixed fuels based on rapeseed oil by changing their parameters.

Key words: coking properties, rapeseed oil, diesel fuel, correlation and regression analysis, Kramer's method, properties of mixed fuels.

-♦-

УДК 631.1

Принципы создания и требования к информационным технологиям управления мелиоративным режимом агроэкосистем

И.Ф. Юрченко, д-р техн. наук ФГБНУ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова

Актуальность исследования обусловлена возрастающей ролью автоматизации агротехнологий и становлением в агропроизводстве бизнес-моделей и технологии Интернета вещей (1оТ). Цель работы - анализ и оценка применяющихся и формирование новых успешных задач цифровизации управления мелиоративным режимом агроэкосистем РФ, а также планирование в связи с этим необходимых мероприятий российского правительства и частно-государственного партнёрства, обеспечивающих эколого-экономическую эффективность отечественного АПК. Теория и методология НИР базировалась на общенаучных методах и способах, включающих системный подход, сравнение, экспертную оценку, обобщение данных, анализ и синтез. Представлены результаты анализа этапов автоматизации технологических процессов и производства российской экономики, предшествующие цифровизации, которые выявили необходимость их совершенствования. Показаны приоритетные направления действенности и внедрения цифровизации мелиоративного водохозяйственного комплекса. В качестве принципиально нового подхода к цифровизаии агропроизводства рассматривается формирование мобильных и стационарных робототехнических платформ, реализующих конкретные агротехнологии и необходимую инфраструктуру возделывания мелиорируемых агроценозов. Сформулирована концептуальная направленность мероприятий по созданию таких платформ. Принципы и требования к автоматизации управления мелиоративным режимом агроэкосистем ориентированы на контроль и учёт мелиоративной ситуации агроэкосистем в режиме онлайн, интеллектуальную обработку и анализ больших объёмов информации, формирование вариантов готовых решений и реализацию управляющих агромелиоративных воздействий, по большей мере без участия человека.

Ключевые слова: мелиоративный режим, агроэкосистема, автоматизация, цифровизация, принципы, требования.

Успешность стратегического развития мирового агропромышленного комплекса в значительной мере связывается с автоматизацией и цифрови-

зацией технологических процессов, обусловленных объёмами накопленной информации и достигнутым уровнем управления данными [1].

По оценкам J'son&Partners Consulting, автоматизация агротехнологий обеспечивает регулирование до 70 % параметров, влияющих на потерю урожая, и формирует ожидаемый экономический эффект в размере более 4,8 триллиона руб. за год (5,6 %) за счёт перехода сельских хозяйств на цифровые бизнес-модели и технологии Интернета вещей (IoT).

Согласно национальной программе «Цифровая экономика Российской Федерации» мероприятия по автоматизации технологий в экономике и социальной сфере становятся приоритетными в развитии России на период с 2018 до 2024 г. Это требует взвешенного подхода к стратегии их становления на очередном этапе технической и технологической эволюции производства.

Начало автоматизации отечественного сельского хозяйства и АПК было положено в 70-е годы XX в. разработкой Минсельхозом ССР автоматизированной системы управления (АСУ-Минсельхоз). Её функционирование способствовало решению учётных задач, процессу оптимизации размещения сельскохозяйственного производства и реализации транспортных задач на основе компьютерных технологий. В середине 1980-х гг. принимается связанная с появлением персональных компьютеров и портативных электронных датчиков Программа электронизации стран-членов СЭВ, полноценной реализации которой помешали распад СЭВ и Советского Союза. Развитие в 1990-е гг. Интернета и сетевых технологий инициировало информатизацию отраслей экономики на основе государственных геоинформационных систем (ГИС-технологий) по оказанию услуг населению и выполнению социально-правовых функций. Возможности указанных ГИС используются в объёме 1 - 2 %, а их поддержка и эксплуатация обходятся существенно дороже полученного результата [1, 2].

Грядущая цифровизация экономики во многом базируется на возможностях широкополосного Интернета и использовании смартфонов, кардинально изменяющих круг пользователей и обеспечивающих модернизацию способов передачи и приёма информации. К сожалению, приходится отмечать, что все предшествующие цифровизации этапы автоматизации производства и производственных процессов не оправдали возлагаемых на них надежд по прорывному совершенствованию управления отечественной экономикой и самой социально-экономической системы. Вместе с тем им присуща одна объединяющая черта - в целом задачи модернизации ориентировались на автоматизацию традиционных процессов управления, без совершенствования и трансформации его принципов, стратегии и моделей [2].

Анализ, осознание и учёт негативного опыта прошлых этапов автоматизации агропроизводства

повышают актуальность реализации в составе мероприятий цифровизации новых экономических моделей и принципиально новых систем управления, которые появились или приобрели необходимую эффективность и прибыльность только после революционного изменения цифровых технологий.

Цель настоящего исследования - анализ и оценка применяющихся и формирование новых успешных задач цифровизации управления мелиоративным режимом агроэкосистем РФ, планирование в связи с этим необходимых мероприятий российского правительства и частно-государственного партнёрства, обеспечивающих эколого-экономическую эффективность отечественного АПК.

Материал и методы исследования. Нормативно-методическую основу исследования составляли правила и правовые документы, методические и аналитические материалы по развитию цифрового агропроизводства, труды отечественных и зарубежных учёных в части анализа и оценки значения цифровизации в АПК. Теория и методология НИР базировались на общенаучных методах и способах, включающих системный подход, сравнение, экспертную оценку, обобщение данных, анализ и синтез.

Результаты исследования. Ожидаемая высокая действенность цифровизации в АПК обусловлена спецификой агропроизводства, которая вызвана рядом факторов [3 - 5]:

- неопределённостью процессов управления из-за случайного характера изменчивости его параметров от участия в технологическом процессе живых организмов (растений, животных, людей);

- множественностью, высоким уровнем вариабельности и сложности автоматизируемых операций, процедур, процессов;

- широкой пространственной и временной распределённостью регулируемых параметров.

Теория и практика современного инновационного отечественного сельскохозяйственного производства рассматривает цифровизацию в качестве приоритетного инструментария решения ключевых задач [6,7]:

1) увеличение объёмов производства и повышение качества продуктов питания;

2) снижение удельных (на единицу производимой продукции) затрат труда, капитала, земли, воды и других материальных и природных ресурсов;

3) рост производительности;

4) повышение устойчивости и экологической безопасности агропроизводства;

5) минимизация участия человека в технологическом процессе.

По мнению специалистов, наибольшую действенность и распространение цифровизация

мелиоративного комплекса АПК должна получить в таких направлениях, как [8 - 11]: оптимизация водопользования; формирование и точное регулирование мелиоративного режима; реализация целенаправленного и дифференцированного полива, внесения удобрений и других управляющих воздействий на точное регулирование мелиоративного режима; контроль, учёт, прогнозирование и/или программирование урожая; сохранение и воспроизводство почвенного плодородия; создание датчиков для измерения температуры и влажности почвы/воздуха/продукции, системы мониторинга сельскохозяйственной техники и персонала; агроскаутинг мелиорируемых агро-ценозов, учёт, управление сельскохозяйственным предприятием через мобильные устройства; аэрокосмические снимки, картографирование с беспилотных летающих аппаратов; разработка компьютерных приложений и облачных сервисов; ERP-системы: интеграция разрозненных данных в единой системе.

В качестве принципиально нового подхода к цифровизаии агропроизводства можно рассматривать формирование мобильных и стационарных робототехнических платформ, реализующих конкретные агротехнологии и необходимую инфраструктуру возделывания мелиорируемых агроце-нозов, обеспечивающих эколого-экономический эффект АПК. Концептуальная направленность мероприятий по созданию таких платформ, как минимум, включает [18 - 22]:

- разработку ГИС-мониторинга агропромышленного производства;

- создание инновационной, базирующейся на интеллектуальных технологиях и нейросетях системы поддержки решений сельхозтоваропроизводителей;

- разработку и создание умных роботизированных средств агропромышленного производства;

- всесторонние испытания и апробацию полученных результатов реализации вышеуказанных мероприятий в составе региональных агрокомплексов;

- подготовку кадров для становления и эксплуатации цифрового агропромышленного производства.

В соответствии с изменяющейся постановкой решаемых задач цифровизации предлагаются базовые требования к автоматизации управления агротехнологиями мелиорируемых земель, обеспечивающие:

- автоматическое управление объектом в обычном, предаварийном и аварийном периодах работы:

- оперативность за счёт централизованного сбора и обработки текущей информации с помощью контактных (наземных) и дистанционных средств и методов контроля и учёта мелиоративного режима агроэкосистем;

- разработку цифровых систем прецизионного регулирования водного, питательного, теплового, газового и др. мелиоративных режимов агроэко-систем, гарантирующих контроль и формирование почвенного плодородия, микробиологического состояния, потребности в ремидиации и т. п. показателей почв [4], при снижении вплоть до исключения участия человека в технологических процессах;

- внедрение точных технологий, основанных на автоматическом управлении процессами ухода за растениями и использовании технических средств точного позиционирования техники на поле с помощью навигационных и спутниковых систем и т. п. новаций [12 - 14];

- соответствие многоуровневой блочно-модульной структуры автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), допускающей её масштабирование и расширение функциональных возможностей, технологической структуре агросистемы [15 - 17];

- усиление роли аналитических методов в процедурах подготовки решений и реализации мероприятий по формированию мелиоративного режима;

- реализацию системы управления мелиоративным режимом в качестве единой системы, интегрирующей комплекс технических и программных средств для решения задач контроля и регулирования мелиоративного режима агро-ценозов, а также основного и вспомогательного оборудования, технологических процессов и инструментальных систем для цифрового управления гидромелиоративными системами;

- формирование информационного обеспечения автоматизированной технологии регулирования мелиоративного режима на основе баз данных (БД) и систем управления базами данных (СУБД), географических информационных систем (ГИС), моделей и инфраструктуры сред аналитического, статистического, имитационного, оптимизационного и т. п. моделирования;

- использование в качестве технологического обеспечения системы управления мелиоративным режимом фрагментов сетевой службы: Web-сервер, облачные хранилища данных и пр.;

- соответствие цифровых систем управления агромелиоративными процедурами и операциями действующим технологическим стандартам к облачным технологиям и технологиям больших данных (Big Data) [18 - 22];

- возможность коллективного использования автоматизированной системы каждым участником производственного процесса;

- формирование архитектуры АСУ ТП на основе технических средства для получения и передачи информации, характеризующей состояние объекта управления; устройств для автоматической обра-

ботки данных (регуляторы-контроллеры); исполнительных устройств, реализующих управляющие воздействия; организующих и транслирующих программ и других элементов программного обеспечения; систем хранения справочной, оперативной, технологической информации; технологий учёта и визуализации данных (экраны, табло и др. носители), состав и функции которых определяются целями АСУ ТП.

Безопасность функционирования автоматизированной системы управления мелиоративным режимом (АСУ ТПмр) обеспечивается на программном и технологическом уровне защитой от несанкционированного доступа, разрушения и/или использования накопленной информации, компьютерных вирусов, остановки и/или поломки в результате ошибки оператора.

Требования к надёжности определяются способностью автоматизированной системы выполнять запланированные функции как в штатном, так и в аварийном режимах, наличием дублирующих технологий функциональной структуры, средств для восстановления данных и др. возможностей. Критерий надёжности - объём потерь из-за отказов АСУ ТПмр в сравнении их с прогнозируемым объёмом в случае аварийных ситуаций.

Требования к эффективности автоматизированной системы устанавливают ограничения в части использования для своих собственных нужд её аппаратных ресурсов, большая часть которых должна оставаться в распоряжении пользователей, и к максимуму загруженности ресурса, исключающего несанкционированные простои.

Предсказуемость отклика системы в процессе её эксплуатации обеспечивается прозрачностью обслуживания на основе предыдущего опыта. Так, используя компьютерную программу, пользователь должен знать период ожидания результатов.

Чрезвычайно высокой остаётся роль оперативного персонала, требования к составу и взаимоотношению обязанностей которого формируются в составе организационного обеспечения автоматизированной системы управления мелиоративным режимом агроэкосистемы.

К реальным препятствиям развития цифрови-зации агропроизводства относятся: зависимость компонентной и приборной базы автоматизированных систем (более чем на 70 - 80 %) от импортного производства; отсутствие унифицированной единой программной платформы и протокола обмена для соответствующих программных и структурно-функциональных единиц автоматизированных систем; низкий уровень кадрового состава агропредприятий; трудности в обеспечении качественного (в части устойчивости) навигационного и сотового сигнала

по всей территории РФ в связи с масштабами покрываемых территорий и разнообразием почвенно-климатических зон [1, 2].

Вместе с тем признание потенциала цифро-визации российского АПК переходит на государственный уровень, свидетельством чего стала разработанная в 2018 г. программа «Цифровое сельское хозяйство», установившая приоритетные области применения новаций в агропроизводстве. Представляется правильным, что создание системы оптимального нормативного регулирования развития цифровизации и её применения прежде всего в сфере защиты данных, патентного права и им подобных сферах нормативно-правового регулирования должно стать задачей государства номер один. К важным факторам государственного стимулирования цифровизации относятся также целенаправленная поддержка предприятий, внедряющих инновации и ориентированных на практику исследований по развитию системы подготовки и повышения квалификации кадров; мероприятий по созданию действенной инфраструктуры данных.

Выводы. Разработку креативных систем управления агропроизводством на мелиорируемых землях следует ориентировать в первую очередь на контроль и учёт мелиоративной ситуации агроэкосистем в режиме онлайн, интеллектуальную обработку и анализ больших объёмов информации, формирование вариантов готовых решений и реализацию управляющих агромелиоративных воздействий, по большей мере без участия человека. Для эффективной работы службы эксплуатации АСУ ТПмр должна иметь гибкую и адаптивную структуру, возможность изменения алгоритмов работы, обладать дружественным веб-интерфейсом, ориентированным на персональный компьютер, планшет и смартфон, располагать развитой системой запросов, обеспечивать сортировку данных и диалоговый режим взаимодействия с пользователем. Кроме того, программное обеспечение должно обладать несколькими уровнями доступа для выполнения каждым специалистом непосредственно своей части работы.

Литература

1. Цифровизация сельскохозяйственного производства России на период 2018 - 2025 гг. М.: Изд-во Проект «Германо-Российский аграрно-политический диалог», 2018. 35с.

2. Огнивцев С.Б. Цифровизация экономики и экономика цифровизация АПК //International Agricultural Journal. 2019. № 2 (368). С. 77 - 80.

3. Новые технологии проектирования, обоснования строительства, эксплуатации и управления мелиоративными системами / под ред. д-ра техн. наук, профессора Л.В. Кирейчевой. М., 2010. 240 с.

4. Научные основы создания и управления мелиоративными системами в России / под ред. Л.В. Кирейчевой. М: «ФГБНУ ВНИИ агрохимии», 2017. 296 с.

5. Эколого-экономическая эффективность комплексных мелио-раций Барабинской низменности / под ред. Л.В. Кирейчевой. М.: ВНИИА, 2009. 312 с.

6. Иноземцев В.К. Экспертиза и мониторинг урбанизированных территорий и строительных объектов. Саратов: Саратовский гос. технический ун-т, 2017. 471 с.

7. Савичев О.Г. Эксплуатация и мониторинг систем и сооружений природообустройства и водопользования. Томск: Изд-во Томского политехнического ун-та, 2014. 109 с.

8. Волосухин Я. В., Бандурин М.А. Применение неразрушающих методов при проведении эксплуатационного мониторинга технического состояния каналов обводнительно-оросительных систем // Мониторинг. Наука и безопасность.2012. № 2. С. 102 - 106.

9. Юрченко И.Ф. Водосберегающая технология планирования технической эксплуатации мелиоративных систем // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2016. № 5. С. 76 - 88.

10. Волосухин Я.В., Бандурин М.А. Вопросы моделирования технического состояния водопроводящих каналов при проведении эксплуатационного мониторинга // Мониторинг. Наука и безопасность. 2012. № 1. С. 70 - 74.

11. Юрченко И.Ф., Носов А.К. Нормативно-правовая база обеспечения безопасности гидротехнических сооружений // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2015. 2015. № 4 (20). С. 262 - 277.

12. Юрченко И.Ф. Наукоёмкие информационные технологии в мелиоративной деятельности // Управление экономическими системами: электронный научный журнал. 2005. № 3. С. 9 - 13.

13. Юрченко И.Ф., Носов А.К. Оценка рисков мелиоративных инвестиционных проектов // Мелиорация и водное хозяйство. 2014. № 2. С. 6 - 10.

14. Волосухин Я.В., Бандурин М.А., Проведение эксплуатационного мониторинга с применением неразрушающих методов контроля и автоматизация моделирования технического состояния гидротехнических сооружений // Мониторинг. Наука и безопасность.2011. № 3. C. 88 - 93.

15. Reclamation measures to ensure the reliability of soil fertility / I.F. Yurchenko, M.A. Bandurin, V.A. Volosukhin, V.V. Vanzha, A.V. Mikheyev // Advances in Engineering Research. 2018. P. 62 - 66.

16. Bandurin M.A., Volosukhin V.A., Yurchenko I.F. The efficiency of impervious protection of hydraulic structures of irrigation systems // Advances in Engineering Research. 2018. P. 56 - 61.

17. Yusupbekov N., Adilov F., Ergashev F. Development and Improvement of Systems of Automation and Management of Technological Processes and Manufactures // Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems. 2017. V. 11. № 3. P. 53 - 57.

18. Lindsay Corporation. Plug & Play Add-Ons. [Electronic resource]. URL: http://www.growsmart.com.

19. John Deer eField Connect. [Electronic resource]. URL: https:// www.deere.com/en/technology-products/precision-ag-technology/ field-and-water-anagement.

20. Acromag. SM-Autonomous Irrigation Control. [Electronic resource]. URL: https://www.acromag.com/content/sm-autonomous-irrigation-control.

21. Save and Grow. A policymaker's guide to the sustainable intensification of smallholder crop production. Romе: FAO, 2011. 112 pp.

22. Tevatronic. Autonomous Irrigation. [Electronic resource]. URL: http://tevatronic.net.

Юрченко Ирина Фёдоровна, доктор технических наук, доцент, главный научный сотрудник ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костякова»

Россия, 127 550, г. Москва, ул. Большая Академическая, д. 44, стр. 2 E-mail: irina.507@mail.ru

Approaches to creation and requirements to information technologies of the reclamation mode management within agroecosystems

Yurchenko Irina Fedorovna, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Chief Researcher All-Russian Research Institute of Hydraulic Engineering and Melioration named after A. N. Kostyakov 2 bldg., 44, Bolshaya Akademicheskaya, St., Moscow,127 550, Russia E-mail: irina.507@mail.ru

The relevance of the research is proved by the increasing importance of the agricultural technologies' automation as well as the development of business models and Internet of things (IoT) technologies in agriculture. The purpose of the work is to analyze and to estimate the applied new tasks for digitalization management of the reclamation modes within agroecosystems in the Russian Federation, a to ground the necessary measures both governmental and public - private which provide environmental and economic efficiency of the domestic agro - industrial complex. The theory and methodology of research were based on the General scientific methods including: systematic approach, comparison, expert evaluation, data generalization, analysis and synthesis. The results of the analysis of automation of technological processes in the Russian economy digitalization showed the demand for the improvement. Priority directions of the reclamation water management digitalization are shown. As a fundamentally new approach to the digitalization of agricultural production the mobile and stationary robotic platforms to implement specific agricultural technologies as well as infrastructure of reclaimed agrocenoses are considered. The conceptual activities to create the above platforms are given. The requirements reclamation mode management which is focused on reclamation results monitoring and accounting on the base of the online mode, as well as intelligent processing and analysis of the large amounts of information, options formation for the ready solutions and agro-reclamation impacts management without human participation are developed.

Key words: reclamation mode, agroecosystem, automation, digitalization, principles, requirements. DOI 10.37670/2073-0853-2020-85-5-125-129

-Ф-