Автоматизация производства сельскохозяйственной продукции на современном этапе

Особо важную роль автоматические системы вентиляции играют в овоще-, плодохранилищах и элеваторах. Благодаря им, значительно снижены потери при хранении сельхозпродукции. В тепличных хозяйствах при помощи компьютеризированных автоматических установок искусственного климата в парниках поддерживается постоянный уровень влажности, температура почвы – это дает возможность выращивать овощи и фрукты даже в северных районах нашей страны.

В управленческой деятельности сельского  хозяйства так же используются компьютеры. Полностью автоматизирована система  бухгалтерского учета, а сервер терминального доступа, установленный на сельхозпредприятии обеспечивает быструю и бесперебойную работу компьютерных программ.

Выводом к данной главе можно  сделать то, что автоматизация - одно из основных направлений научно-технического прогресса. Механизация и автоматизация сельского хозяйства повышает производительность труда, способствуют увеличению выпуска сельскохозяйственной продукции, росту ее качества. Эти процессы тесно связаны с применением индустриальной технологии производства в сельском хозяйстве, совершенствованием планирования и управления. Машины, механизмы, компьютеры, автоматические системы облегчают труд людей, улучшают условия труда.

Комплексная автоматизация  в сельском хозяйстве позволила существенно сократить затраты на оплату труда. Поскольку там, где раньше требовались целые бригады, сейчас может справиться один человек- оператор автоматизированной системы. Такая экономия позволят направить средства на дальнейшее развитие этой отрасли.

 

 

 

2 Технологии автоматизации производства сельскохозяйственной продукции

 

При автоматизации производства применяются автоматизированные и автоматические устройства, а также системы для частичного или полного освобождения людей от выполняемых ранее ими работ по контролю и управлению при получении, обработке, использовании и передаче энергии, информации, материалов и др.

Автоматизация является главным направлением научно-технического прогресса. В сельском хозяйстве механизация и автоматизация увеличивают производительность труда, способствуют росту качества сельскохозяйственной продукции и увеличению её выпуска. Эти процессы связаны с использованием индустриальной технологии производства в сфере сельского хозяйства, совершенствованием управления и планирования. Компьютеры, машины, механизмы, автоматические системы улучшают условия труда и облегчают труд людей.

В России были созданы  большие специализированные животноводческие комплексы, зверофермы, птицефабрики, тепличные комбинаты, где всё  производство сформировано на промышленной основе, это позволяет на все 100% использовать технические средства автоматики. Возьмём, к примеру, современные птицефабрики, где для вывода утят, цыплят и других птиц используются автоматизированные инкубаторы, в которых в автоматическом режиме поддерживается постоянная влажность воздуха, температура и через определённые интервалы времени с помощью специального аппарата яйца переворачиваются с одного бока на другой. Птичники оборудованы автоматическими устройствами искусственного освещения, которые нужны для увеличения длительности светового дня. Это освещение включается зимой и осенью до рассвета, днем, если стоит пасмурная погода, а также вечером при нехватке реального освещения.

Птицы также питаются из автоматизированных кормушек. Ещё  в России существуют опытные птицефабрики-автоматы, где всё полностью механизировано. На этих фабриках выполнена комплексная  автоматизация установками и  машинами под управлением программных устройств и компьютеров.

На животноводческих фермах доение коров, обработка молока, раздача и приготовление кормов осуществляется с помощью различных  автоматизированных установок. В животноводческих помещениях оптимальный климат поддерживается автоматически. В большем количестве животноводческих ферм системы вентиляции, водоснабжения и отопления помещения полностью автоматизированы.

Использование автоматизированных вентиляционных систем в плодо- и  овощехранилищах помогает намного  сократить потери при хранении сельскохозяйственной продукции. Наличие комплексных автоматических линий и установок, которыми сегодня оснащены почти все предприятия по переработке скоропортящейся сельскохозяйственной продукции, резко уменьшают потери, лучше поддерживают качество производимых продуктов питания.

В северных районах России круглый год выращивают цветы, овощи  и фрукты, в теплицах создавая искусственный  климат. В этих теплицах поддерживают температуру и влажность почвы  и воздуха на постоянном уровне при  помощи компьютеризированных устройств искусственного климата. Дополнительное освещение и вентиляция включается автоматически, обеспечивая оптимальную чистоту воздуха и световой режим. В России почти во всех теплицах установлены автоматические дождевые установки.

Автоматизация отдельных процессов и комплексная автоматизация целого производства с использованием АСУ (Автоматизированных Систем Управления) является главным направлением научно-технического прогресса в сфере сельского хозяйства.

 

2.1 Автоматизация в полеводстве

 

К обобщенным объектам автоматизации в растениеводстве относятся технологии получения сельскохозяйственной растениеводческой продукции. В качестве примера на рис. 1 показаны упрощенные блоксхемы технологий выращивания зерновых, технических (на примере свеклы), овощных культур и картофеля. Большинство технологических процессов и операций в этих технологиях механизировано, т.е. осуществляется с помощью сельскохозяйственных машин и их комплексов, что позволяет их считать частными объектами автоматизации. Однако сведение автоматизации технологий к автоматизации частных объектов допустимо лишь при системном подходе к автоматизации этих объектов, т.е. при учете взаимосвязи их в той или иной технологии.

 

 

 

 

 

 

 

Вся сельскохозяйственная техника, рассматриваемая как объекты автоматизации, может быть разделена на три большие группы:

• отдельные сельскохозяйственные машины;
• агрегаты;
• поточные линии.

Вывод, в первом пункте данной главы  можно сказать о том, что переход к автоматизации технологических процессов в полеводстве благоприятно способствуют, во-первых, внедрение промышленных индустриальных методов и поточной технологии возделывания, уборки и обработки урожая, во-вторых, широкое распространение в сельском хозяйстве достижений науки и передовой практики и, в-третьих, разработка и массовый выпуск широкого класса высоконадежных, с малым собственным потреблением энергии, малогабаритных и относительно дешевых электронных, гидравлических и пневматических элементов автоматики.

 

2.2 Автоматизация в животноводстве

 

Для животноводства и птицеводства так же характерны все группы объектов автоматизации: автоматизируемые технологии и непосредственно объекты автоматизации. Автоматизируемые технологии (рис. 2) под разделяются на три группы:

• производство молока, яиц и мяса (откорм животных);
• выращивание молодняка для ремонта (воспроизводства) стада;
• заготовка, хранение, подработка, раздача кормов.

                           

Технологии животноводства имеют ряд общих технологических  процессов - отопление и вентиляция, уборка и переработка биоотходов, освещение и облучение животных, приготовление и раздача кормов и др. Заготовка и хранение кормов включают в себя технологические процессы посева, ухода за культурами, уборки, сушки и вентилирования, химической консервации. Объекты автоматизации включают в себя машины, агрегаты и поточные линии, характеризующиеся большим разнообразием, но по ряду операций они довольно схожи (регулирование микроклимата, водопотребление, раздача кормов и др.).

Выводом во втором пункте данной главы будет являться то, что автоматизация в животноводстве развивается, разрабатываются новые  технологии и системы, которые активно  используются на предприятиях страны.

 

3 Автоматизация управления производством продукции сельского хозяйства на примере ГИС «Точный фермер»

 

Точный фермер - геоинформационная система (ГИС), посредством которой автоматизируются процессы в сельском хозяйстве, а именно в области земледелия. Автоматизация сельского хозяйства с применением технологии точного земледелия («precision farming») инновационная область на стыке информационных технологий и сельского хозяйства.

Для эффективного управления сельскохозяйственным процессом подготовки, посева и сбора урожая необходимо использовать специальное современное оборудование, такое как системы спутниковой навигации, дозаторы, измерительные датчики и другое, которое позволяет при взаимодействии со специальным программным обеспечением получить точные расчеты различных сельскохозяйственных показателей и получить экспертную поддержку, тем самым поднять качество и количество урожая. Важным элементом процесса сбора и анализа, является программное и аппаратное обеспечение и их взаимосвязь. В процессе НИОКР должны быть апробированы и доработаны новые авторские алгоритмы обработки и анализа сельскохозяйственных данных, а так же схемотехнических решений нового оборудования для установки на сельскохозяйственную технику.

Экспертная система точного  земледелия «Точный фермер» состоит из Программы точного земледелия и аппаратного модуля для анализа и мониторинга данных. Устанавливаемые на сельскохозяйственную технику приборы точного земледелия осуществляют сбор необходимой информации для последующего обработки на компьютере.

Основными возможностями программной системы точного земледелия являются:

• обработка и анализ данных, полученных в процессе работы сельскохозяйственных машин;
• построение карт урожая;
• создание карт дифференцированного распыления удобрений;
• получение граничных карт поля;
• расчет статистических характеристик карты сельхоз угодья и  проведение сравнительного анализа карт

Применение систем точного земледелия способствует эффективному использованию сельскохозяйственной техники, повышению производительности сельскохозяйственных работ и соблюдение агротехнических сроков сева, устранению огрехов, уменьшение перекрытий, возможность использования техники в ночное время и при плохой видимости, а так же экономия семян, химикатов и ГСМ. Такой подход, как показывает международный опыт, обеспечивает гораздо больший экономический эффект и, самое главное, позволяет повысить воспроизводство почвенного плодородия и уровень экологической чистоты сельскохозяйственной продукции.

Основной задачей системы «Точный  Фермер» является сбор, преобразование, хранение и анализ данных о собранном  урожае, и аналитические функции для планирования будущей деятельности. На основании этих данных фермером принимаются решения об обработке и засевах тех или иных полей, частоте использования и количестве удобрений, применяемых на различных участках поля.

Аппаратная часть состоит из миникомпьютера и серии датчиков. Миникомьютер вместе с датчиками устанавливается на сельхозтехнику.

В зависимости от типа сельхозмашины и, соответственно, выполняемой функции, применяется следующий миникомпьютер:

• для сельхозмашин, выполняющих сбор зерновых культур (пшеницы) применяется миникомпьютер с модулем хранения и обработки информации
• для сельхозмашин, выполняющих функции распыления удобрений  применяется миникомпьютер с модулем управления

В задачу датчиков входит сбор статистической информации и передача её в модуль сбора.

Программная часть - это экспертная геоинформационная система. В её задачу входит обработка и анализ данных, полученных в процессе функционирования сельскохозяйственных машин, а также программирование их работы при помощи графического интерфейса. Программная часть дает пользователю следующие возможности:

• построение карт урожая с цветовой градацией в зависимости от количества собранного урожая на том или ином участке поля на основании данных, полученных с модуля сбора и обработки информации;
• построение карт распыления удобрений для переноса на миникомпьютер с модулем управления;
• построение граничных карт поля (при установке на ноутбука с подсоединенным GPS-устройством);
• получение наглядных отчетов высокой точности;
• построение карт сельхозугодий на основе аэрофотосъемки;
• расчет статистических характеристик карты сельхозугодия;
• проведение сравнительного анализа нескольких карт сельхозугодий.

          Это основные возможности программной части. 

Также программный комплекс обладает следующим функционалом:

• получение и обработка карт возвышенностей (высот над уровнем моря) поля;
• построение и обработка карт образцов почвы поля содержащих информацию о химическом составе;
• построение и обработка карт верификации (необходимы для проверки корректности выполнения работ по удобрению полей).

Для работы программного комплекса разработаны и разрабатываются собственные (внутрисистемные) форматы данных, по сути – правила представления информации в модуле сбора и хранения миникомпьютера. Наряду с этим поддерживаются следующие общеизвестные для геоинформационных систем способы представления информации как “Agleader 2000“ и “ESRI Shape Files“. Предусмотрены функции экспорта/импорта данных.