Моделирование технологических процессов по уборке фруктов в условиях предгорного и горного садоводства

№57-3,

технические науки

В данной статье рассматривается решения взаимосвязанных задач на базе многоуровневого системного подхода с учетом вероятностного характера изменения внешних факторов.

Похожие материалы

Садоводство в Горной и Предгорной зонах отличаются рядом специфических особенностей. Чаще площади садов отличаются сравнительно небольшими размерами. Из-за большой крутизны склонов в садах в сочетания со сложными дорожными условиями затруднено или вообще исключено использование высокопроизводительной техники, вследствие чего возрастает доля ручного труда. Значительно выше и расход горюче-смазочных материалов, а так же износ деталей и узлов при работе соответствующих машин – примерно на 25-30% по сравнению с равнинным садоводством /4/.

Особой напряженностью и высокой трудоемкостью отличаются работы, связанные с уборкой фруктов, на долю которых приходится в среднем до 40-60% от общих затрат труда для получения урожая /1,5/.

Подавляющая часть указанных затрат труда при этом приходится на долю ручного труда.

Напряженный характер работ по уборке фруктов обусловлен ограниченными биологическими сроками съема плодов в пределах нескольких дней. Преждевременное снятие плодов неприемлемо, так как такие фрукты непригодны для длительного хранения и не имеют требуемого хорошего вкуса. С другой стороны, задержка со съемом плодов ведет к их осыпанию при одновременном ухудшении вкусовых качеств. Дополнительные сложности связаны и с неравномерным созреванием плодов как отдельных сортов, так и в пределах каждого сорта.

Планируемая интенсификация предгорного и горного садоводства при сжатых сроках уборки плодов и ограниченных возможностях применения высокопроизводительных машин в сложных демографических условиях горных районов КБР может быть реализована только на основе современных научных методов оптимального проектирования ресурсосберегающих технологических процессов.

Соответствующие исследования при этом должны носить комплексный характер с позиций современного системного подхода, при котором во взаимосвязи рассматриваются уборочные погрузочно-разгрузочные и транспортные процессы, а так же процессы реализация и закладки на хранение собранного урожая. Только на основе такого подхода в современных рыночных условиях возможно получение максимальной прибыли.

Изложенные общие закономерности характерны для всех видов регионов, занятых садоводством, поэтому основные результаты исследований применимы практически в любых садоводческих хозяйствах.

Рассмотрим основные способы и технологические схемы уборки в условиях предгорного и горного садоводства.

На основании данных анализа, установлено, что основные площади предгорных и горных садов КБР приходятся на долю яблок и груш – из семечковых культур, а также на долю сливы, алычи, абрикоса, персика, вишни и черешни – из косточковых культур.

Соответственно все последующие исследования проводятся в основном применительно к указанным плодовым культурам.

Применительно к указанным плодовым культурам различают три основных способа уборки плодов: ручной; полумеханизированный; механизированный /1/.

При ручном способе уборки плодов используются только такие подручные средства, как садовые лестницы, плодосъемники и др. Погрузка и перевозка фруктов при этом осуществляется механизированными средствами.

Полумеханизированный способ уборки отличается от ручного способа применением передвижных садовых платформ для снятия плодов и других средств механизации, за исключением плодоуборочных машин.

Механизированный способ уборки осуществляется с использованием различных плодоуборочных машин и комбайнов.

На данном этапе в условиях горного и предгорного садоводства КБР в основном применяется ручной способ уборки плодов. Однако, исключение полумеханизированного и механизированного способов уборки не всегда связано со сложными условиями работы.

Чаще это объясняется отсутствием современных уборочных средств в хозяйствах или недостаточной приспособленностью выпускаемых средств механизации уборочных работ к горным условиям.

В перспективе с учетом создания приспособленных к горным условиям плодоуборочных машин в условиях КБР возможно применение в определенных пропорциях всех трех способов уборки плодов.

Исходя из этого, в последующих исследованиях в той или иной степени рассматриваются все три способа уборки плодов: ручной, полумеханизированный и механизированный.

Основной формой организации работы при всех трех способах уборки плодов является бригадная или звеньевая.

Эта форма организации труда характерна для всех видов работ в садоводстве.

Непосредственно для уборки плодов в зависимости от объема работы создаются уборочные бригады, которые, в свою очередь, подразделяются на отдельные звенья, за которыми закрепляются соответствующие уборочные, а также погрузочные и транспортные средства.

Указанная бригадно-звеньевая форма организации труда соответственно рассматривается и в последующих исследованиях.

Технология уборки фруктов в целом складывается из следующих основных элементов: съем плодов и их сбор в соответствующую тару; погрузка в транспортные средства; перевозка к местам назначения, включая сортировальные пункты; фруктохранилища и предприятия торговли; закладка на кратковременное или длительное хранение; реализация.

На основании анализа всех основных вариантов уборки фруктов в условиях КБР разработана для удобства последующих исследований обобщенная технологическая схема, представленная на рис.1.

Под плодосборными средствами в зависимости от условий уборки подразумеваются плодосборные сумки, ведра, корзины и т.д.

При механизированном способе уборки фруктов в зависимости от типа машин в качестве тары используются ящики или контейнеры. Перегрузка в транспортную тару предусматривает выгрузку фруктов из ручных плодосборных средств в ящики или в контейнеры. Возможна как прямая погрузка ящиков в кузов транспортного средства, так и погрузка после их пакетирования на поддонах. Если порожние контейнеры заранее установлены на передвижных платформах, то операция погрузки исключается.

Для транспортировки из сада наиболее часто используются грузовые автомобили средней грузоподъемности типа ГАЗ-53, тракторные прицепы типа 2ПТС-4М с трактором типа МТЗ-80, а также прицепы контейнеровозы с трактором типа МТЗ-80.

Под товарной обработкой фруктов в соответствии с /2/ подразумевается комплекс работ по подготовке плодов к хранению и реализации, включая сортирование, калибровку, упаковку и т.д.

Закладка фруктов на хранение предусматривает как кратковременное (в пределах нескольких дней), так и наиболее длительный период.

Обобщенная технологическая схема уборки и реализации фруктов
Рисунок 1. Обобщенная технологическая схема уборки и реализации фруктов

Реализация фруктов на рисунке 1 понимается в широком смысле, включая реализацию через торговую сеть, переработку в различные виды продуктов, отправка в другие регионы страны и т.д.

На рисунке 1 с учетом специфических хозяйственных условий КБР предусмотрены также варианты реализации фруктов как без товарной обработки (например, продажа населению непосредственно из кузова транспортного средства), так и непосредственно после товарной обработки части фруктов без закладки на хранение. Обоснование режимов хранения или переработки фруктов в другие продукты на перерабатывающих предприятиях не входит в задачу данного исследования. Предусматривается лишь согласование потоков транспортных средств и режимов работы линии товарной обработки плодов, а также приемных перерабатывающих предприятий.

Обоснование общих научных принципов исследования

Высокоэффективная уборка урожая фруктов с высоким качеством при наименьших затратах возможна лишь в том случае, если будут во взаимосвязи исследованы все производственные процессы от снятия плодов с дерева до их закладки на хранение и реализацию через торговые предприятия.

Однако все производственные процессы по уборке фруктов отличаются большим разнообразием и не могут быть охвачены одной математической моделью.

Наиболее эффективным методом решения подобных задач является многоуровневый системный подход. Общие принципы применения такого подхода разработаны в /3/, они применимы и в данном случае.

Следует учесть также, что факторы, влияющие на ход производственных процессов по уборке фруктов в подавляющем большинстве случаев имеют вероятностный характер изменения.

Другой характерной особенностью рассматриваемых производственных процессов является то, что на каждом этапе имеет место взаимосвязанная работа различных уборочных, транспортных и погрузочно-разгрузочных средств, из которых одни являются обслуживаемыми, а другие обслуживающими звеньями общей технологической линии уборки фруктов. Возникающие при этом вероятностные потоки требований на обслуживание часто близки к распределению Пуассона.

Эффективным методом решения подобных задач является теория массового обслуживания, которая широко применяется в последующих исследованиях.

Разработанная с учетом изложенных особенностей общая структурная схема многоуровневого системного подхода к решению задач исследования представлена на рисунке 2.

Как видно из представленной структурной схемы, решение задач повышения эффективности использования средств для уборки фруктов осуществляется на 8 взаимосвязанных уровнях.

Первый уровень исследования предусматривает выбор перспективных технологических схем для уборки фруктов в условиях предгорного и горного садоводства.

На втором уровне решается задача обоснования общего потребного количества уборочных средств.

Общая структурная схема многоуровневого системного подхода
Рисунок 2. Общая структурная схема многоуровневого системного подхода

Предполагается, что фруктовые деревья разных видов и сортов, с созревшими плодами, в пределах всего сада образуют пуассоновский поток требований, а плодоуборочные звенья обслуживают эти требования. Путем исследования соответствующей системы массового обслуживания (СМО) можно обосновать общее потребное количество плодоуборочных звеньев с учетом конкретных условий работы.

Третий уровень предусматривает обоснование состава каждого уборочно-транспортного звена (УТЗ).

Плодоуборочными средства УТЗ создается пуассововский поток требований на обслуживание в виде заполненных фруктами ящиков или контейнеров. Обслуживание этих требований заключается в погрузке этих ящиков или контейнеров к местам назначения.

Методами теории массового обслуживания (ТМО) предлагается установление рациональных количественных соотношений между сборочными и транспортными средствами в звене при высоком качестве уборки фруктов.

На четвертом уровне предусматривается оптимизация режимов работы приемных пунктов, на которые доставляются фрукты из садов транспортными средствами. Предлагается и в данном случае, что прибывающие на приемный пункт транспортные средства образуют пуассоновский поток требований на обслуживание, состоящее из комплекса операций по приему фруктов (взвешивание, определение сортности и т.д.).

Задача при этом заключается в установлении оптимальных количественных соотношений между плотностью потока транспортных средств и пропускной способностью приемного пункта, а так же другими показателями его работы.

Пятый уровень связан с обоснованием рациональных режимов работы средств для товарной обработки фруктов. Под такими средствами понимаются все виды используемых средств, от ручного перебора фруктов до технологической линии товарной обработки.

При этом решаются задачи установления рациональных количественных соотношений между плотностью прибывающего потока фруктов и сортировщиками, а также общей пропускной способностью для обеспечения безостановочной эффективной работы всей линии товарной обработки фруктов.

Решение задачи также осуществляется методами ТМО, так как предлагается, что на линию товарной обработки фруктов прибывает пуассоновский поток требований.

Шестой и седьмой уровни посвящены обоснованию рациональных режимов работы фруктохранилищ и предприятий торговли фруктами. Технологические процессы на обоих объектах протекают по идентичным схемам, поэтому теоретическая часть исследования для них будет общая. Предполагается, что на оба объекта прибывают на транспортных средствах пуассоновские потоки требований в виде отдельных порций фруктов. Обслуживание этих требований в одном случае в реализации потребителям. При этом в обоих случаях решаются идентичные задачи установления рациональных соотношений между плотностью потока требований и количеством соответственно постов для подготовки фруктов к хранению и торговых для реализации фруктов населению.

Решение указанных задач также осуществляется методами теории массового обслуживания.

На заключительном восьмом уровне предусматривается обоснование рационального режима работы системы технического обслуживания и устранения отказов средств механизации уборки и товарной обработки фруктов. В данном случае имеется в виду обслуживание ограниченного количества машин и агрегатов в масштабе одного хозяйства или звена. Он используемых на уборке и товарной обработке фруктов машин и агрегатов исходит пуассоновский поток требований на техническое обслуживание и устранение отказов. Задача при этом заключается в обосновании методами ТМО рационального режима работы соответствующих средств обслуживания.

Комплексное взаимосвязанное решение задач всех рассмотренных уровней обеспечивает высокоэффективную работу средств для уборки, транспортировки, товарной обработки, хранения и реализации фруктов.

Список литературы

  1. Аниферов Ф.Е., Ерошенко Л.И., Теплинский И.З. Машины для садоводства. – Л.: Агропромиздат, Ленингр. Отд-е, 1990. – 304с.
  2. Варламов Г.П., Четвертаков А.В. Механизация уборки и товарной обработки фруктов. М.: Колос, 1984.-287с.
  3. Зангиев А.А. Комплектование ресурсосберегающих машинно-тракторных агрегатов. – М.: МИИСП, 199. – 87с.
  4. Лучков П.Г. Садовоство на склонах. – М.: Россельхозиздат, 1985. – 151 с.
  5. Черепахин В.И., Бубук В.И., Карпенчук Г.К. Плодоводство. – М.: Агропромиздат, 1991.-271с.