Учредители журнала
Партнеры
Вы здесь: Главная 
Архив номеров № 1.2020 Методологические основы оптимизации ресурсов в производстве продукции земледелия
Архив номеров № 1.2020 Методологические основы оптимизации ресурсов в производстве продукции земледелияМетодологические основы оптимизации ресурсов в производстве продукции земледелия
doi: 10.24411/0044-3913-2020-10108
УДК 631/635
И. И. ГУРЕЕВ, доктор технических наук, зав. лабораторией (e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
Курский федеральный аграрный научный центр, ул. Карла Маркса, 70 б, Курск, 305021, Российская Федерация
Цель исследований – совершенствование методологии оптимизации расходования производственных ресурсов (факторов) в земледелии на основе математического моделирования и цифровизации. Достижение цели контролируется по параметрам оптимизации, зависимым от факторов. Многокритериальная задача сводится к однокритериальной путем выделения главного параметра оптимизации, обращая его в максимум (минимум). На все остальные параметры накладываются ограничения. Стационарные значения функции главного параметра оптимизации определются после её формализации совместно с дополнительными условиями в виде уравнений связи с использованием метода неопределённых множителей Лагранжа. Для демонстрации практической целесообразности и универсальности метода рассмотрены конкретные разноплановые примеры. В модельном примере агротехнологической направленности стационарные значения функции урожайности озимой пшеницы определены с ограничениями по функции содержания белка в зерне в зависимости от факторов азотных, фосфорных и калийных удобрений. Таким образом учитывали, что урожайность и качественные показатели зерна определяют не только количественные значения каждого из факторов, но и их взаимосвязи. В примере технической направленности оптимизированы конструктивные параметры роторного щелевателя почвы, оснащённого активнопассивными рабочими органами. Верхнюю часть щели формирует узкая фреза, нижнюю – пассивный щелерез. В качестве параметра оптимизации приняли функцию удельной энергоёмкости нарезания 1 погонного метра щели. Уравнение связи ориентировано на сумму мощностей привода фрезы и протаскивания щелереза, ограниченных мощностью двигателя трактора Т-150К. Формализация процесса щелевания проведена путём синтеза теоретических решений и эксперимента. Расчёты выполнены для стерневого фона после уборки озимой пшеницы. В слое 0…30 см влажность почвы составляла 21,3 %, твёрдость 2,4 МПа. Результаты исследования позволили оптимизировать параметры машины и провести углубленный анализ взаимосвязи оптимизированных параметров с общей глубиной щели. Установлено опережающее нарастание энергозатрат на протаскивание щелереза, в сравнении с энергозатратами на привод фрезы.
Ключевые слова: методологические основы, земледелие, затраты, оптимизация ресурсов, математическое моделирование, метод Лагранжа.
Для цитирования: Гуреев И. И. Методологические основы оптимизации ресурсов в производстве продукции земледелия // Земледелие. 2020. №1. С. 30–32. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10108.
Methodological bases of resource optimization in agricultural production
I. I. Gureev
Kursk Federal Agrarian Scientific Center, ul. Karla Marksa, 70 b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. The research aimed at optimizing the expenditure of production resources (factors) in farming based on mathematical modelling. The achievement of the goal is monitored by optimization parameters, dependent on factors. The multicriteria problem is reduced to a single-criterion one by the allocation of the main optimization parameter, turning it to a maximum (minimum). All other parameters are limited. It is proposed to determine the stationary values of the function of the main optimization parameter after its formalization together with additional conditions in the form of coupling equations using the method of uncertain Lagrange multipliers. In the model example of an agrotechnological orientation, stationary values of the winter wheat yield function are determined with restrictions on the function of protein content in grain, depending on factors of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers. Thus, it is taken into account that the yield and quality indicators of grain are determined not only by the quantitative values of each of the factors but also by their relationships. In a technical example, the design parameters of a rotary soil paraplough equipped with active-passive working bodies have been optimized. The upper part of a slit is formed by a narrow mill, and the lower part is formed by a passive paraplough. As a parameter of optimization, we took the function of the specific energy consumption for cutting 1 running meter of the slit. The coupling equation is focused on the sum of the drive power of the mill and the pulling of the paraplough, limited by the engine power of T-150K tractor. The formalization of the praploughing is carried out by a synthesis of theoretical solutions and the experimental results. The calculations were performed for the stubble background after harvesting winter wheat. In the 0–30 cm layer, soil moisture was 21.3%, the hardness was 2.4 MPa. The data obtained made it possible to optimize the machine parameters and perform an in-depth analysis of the relationship between the optimized parameters and the total slit depth. The anticipated increase in energy consumption for pulling the paraplough has been established in comparison with the energy consumption for driving the mill.
Keywords: methodological foundations; farming; costs; resource optimization; mathematical modelling; Lagrange method.
Author details: I. I. Gureev, D. Sc. (Tech.), head of laboratory (e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.).
For citation: Gureev II. [Methodological bases of resource optimization in agricultural production]. Zemledelie. 2020;(1):30-2. Russian. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10108.
