Глава 3. Аспекты проектирования технологических процессов в земледелии

3.1. Системные принципы проектирования агротехнологий

Целью современного сельскохозяйственного производства является создание условий для стабильного конкурентоспособного функционирования предприятий. На результат производства оказывает влияние совокупность природных, биологических, технологических, демографических, технических, экономических и организационных факторов. «…Познание предмета как целого, как системы, как комплекса всегда имеет в качестве центральной задачи познания раскрытие того, что делает его системой и составляет его интегральные свойства и закономерности» [35]. Под системой следует рассматривать … «совокупность объектов различной материальной природы, связанных регулярным взаимодействием и существенной взаимной зависимостью, исходя из рассматриваемых целей» [36]. Известно, что эффективность производства зависит от стоимости выхода продукции и затрат на ее производство [25].

Из классической экономической теории известно, что в реализации производственных процессов участвуют предмет труда, средства труда и живой труд. С позиций влияния на конечный результат производства наиболее значимым фактором является потенциал плодородия земли, т.е. система технологических мероприятий должна предусматривать наращивание продуктивного потенциала пашни. По выражению В.Р. Вильямса: «Система земледелия – это способ восстановления, сохранения и повышения плодородия почвы» [37]. В условиях ограниченного увлажнения, характерного для зоны Урала и Сибири, потенциал урожайности возделываемых культур в значительной мере зависит от реализации комплекса мероприятий по накоплению, сохранению и рациональному использованию влаги зимних и летних осадков. Уровень затрат производства зависит от стоимости затрат энергии и уровня реализации потенциала трудовых и технических ресурсов. Проблема энергоэффективности определяется подбором энергосредств с рациональными параметрами, типом движителей и энергоэффективных рабочих органов [38].

63

В целях ресурсосбережения структура севооборотов должна решать задачу плодосмены и увеличения рабочих периодов использования техники, в т.ч. и на основе увеличения универсальности машинных комплексов [1, 39].

Таким образом, при проектировании технологических процессов следует учитывать их влияние на поддержание плодородия почвы и формирование ее структуры, комплекс мероприятий по накоплению, сохранению и рациональному использованию влаги, способов защиты растений, энергоемкости процессов и динамик потребности в трудовых и технических ресурсах (рис. 3.1).

Развитие системы технологических процессов по возделыванию сельскохозяйственных культур подчиняется жизненным циклам природы и общества и включает периоды адаптации, стабилизации и деградации. В начальный период новая система функционирует в сочетании с процессами существующих технологий, постепенно их замещая и находя с ней рациональное сочетание. По мере целенаправленного переоснащения производства новая система технологий становится определяющей в производственной деятельности предприятий, т.е. наступает период ее адаптации. Учитывая, что научно-технический прогресс постоянно развивается, то с появлением новых материалов, технических

итехнологических решений появляются условия для реализации новой системы технологий, а предыдущая постепенно деградирует, уступая позиции более совершенной системе (рис. 3.2).

Таким образом, рассматривая процесс развития технологических процессов в земледелии, следует учитывать, что новые решения должны формироваться в совокупности всех элементов системы, т.к. упущение того или иного фактора или технологического приема может негативно отразиться на эффективности производства

ипривести к отрицанию новой системы земледелия. Так, при реализации системы «No-Till» возникают вопросы борьбы с сорной растительностью, болезнями и вредителями растений, а также создания условий интенсификации переработки растительных остатков в усвояемую органику. Для решения этих вопросов необходимы определенные знания и ресурсы, чего зачастую не хватает. В результате упущений переход на нолевую технологию приводит к снижению урожайности, нарушению биологических процессов в почве, а в ряде случаев к увеличению химических воздействий на поле

иполучению продукта, порой не пригодного к употреблению.

64

65

Рис. 3.1. Структурная схема функционирования технологических процессов при возделывании сельскохозяйственных культур

66

Рис. 3.2. Процессуальное рассмотрение процессов развития технологий возделывания с.х. культур

Процесс системного исследования включает: комплексный подход к анализу проблемы и ее возможных решений; системный подход к исследованию проблемы; системный анализ вариантов решения проблемы имеющимся ресурсным обеспечением. Важным принципом подготовки, оценки и принятия решения является комплексный подход к анализу проблемы и системный подход к оценке ее возможных решений. Он предполагает учет основных факторов, прямо или косвенно влияющих на решение проблемы для принятия решения, на какие цели следует использовать имеющиеся ресурсы [26].

Рассматривая проблему проектирования технологических процессов по возделыванию определенного набора сельскохозяйственных культур, следует исходить из общей системы машин, т.е. чем в идеале можно располагать при решении данной задачи. При этом рассматриваемое предприятие располагает определенным набором техники и технологий, что необходимо учитывать при проектировании технологических процессов и обосновании технического оснащения производства и выбору конкретных машинно-тракторных агрегатов. Выбор технологий и параметров агрегатов зависит от достигнутых решений по совершенствованию рабочих органов, оказывающих определяющее влияние на качество технологических процессов и их энергоэффективность. Таким образом, перспективная система технологий должна учитывать современные достижения на- учно-технического прогресса, реальные условия производства предприятий, эффективные методы реализации потенциала машинных комплексов, согласование возможностей рабочих органов технологическим условиям, обеспечение требований энергоэффективности и надежности машинных комплексов [40, 3].

Система земледелия применительно к конкретным условиям производства должна решать комплекс взаимосвязанных вопросов, обеспечивающих решение следующих задач.

Наиболее полное использование земельных ресурсов с целью увеличения объемов производства достигается замещением парового поля на основе рациональной плодосмены возделываемых культур, а также бинарных посевов – смеси технических культур со стержневой корневой системой и бобовых, обеспечивающих не только взаимную подпитку и стабилизацию урожая, но и формирование улучшенного агрофона для последующих культур.

67

Формирование технологических приемов, обеспечивающих поддержание плодородия почвы идет за счет формирования растительных остатков на поверхности поля и создания условий для их разложения в усвояемую растениями органику, в том числе и использованием покровных культур на полях с ранними сроками уборки, атакже за счет применения и чередования способов обработки почвы.

Реализация комплекса мероприятий по накоплению, сохранению и рациональному использованию влаги летних и зимних осадков использованием очесывающих жаток, формированием мульчирующего слоя из растительных остатков, реализацией комплекса мероприятий по сохранению и консервации влаги в почве, а также углубленной заделкой семян, в т.ч. и создание условий в период развития растений для использования капиллярной влаги из подпахотного горизонта и конденсации влаги из воздуха.

На основе многопольной структуры севооборотов, подбора культур с несовпадающими сроками посева и уборки обеспечить расширение диапазона использования техники и реализации потенциала, заложенного в машинах, в т.ч. и с учетом максимально возможной загрузки в течение суток.

Внедрение комплексной системы защиты растений на основе рациональной плодосмены, покровных посевов биологически активных сидеральных культур в определенном сочетании с механическими способами обработки почвы и использованием химических средств защиты растений.

Обоснование и выбор машинных комплексов с рациональными параметрами с учетом их последействия на почву, выровненной потребности в затратах энергии и труда в течение сезона полевых работ для обеспечения необходимого уровня эффективности в конкретных условиях производства.

Системное представление о влиянии различных факторов на эффективность производства дает морфологическая схема комплекса технологических процессов, выходные показатели которых зависят от множества переменных элементов системы, подвергающихся воздействию управляемых факторов и параметров окружающей среды (рис. 3.3). Оптимальные комплексы машин, опираясь на оптимальные агротехнические процессы, образуют рациональные управляемые организационно-технологические структуры.

68

69

Рис. 3.3. Морфологическая схема системы функционирования отрасли растениеводства предприятия