Rational compositions of the machine and tractor fleet on the basis of a universal power facility

Full Text

Введение Развитие агропромышленного комплекса страны предполагает максимально широкое внедрение в сельскохозяйственных (с.-х.) предприятиях (СХП) перспективных технологических и технических разработок и решений. В конструкциях агрегатов с.-х. техники преобладает развитие универсализации и комбинирования машин-орудий, в том числе шасси-энергоносителей в виде мобильных и универсальных энергетических средств (МЭС и УЭС). Одним из наиболее перспективных направлений в настоящее время, по нашему мнению, является создание МЭС (УЭС) и агрегатов на его базе, способных выполнять максимально широкий спектр работ - от операций по обработке почвы до уборки основных с.-х. культур. При этом выравнивается использование агрегатов и отдельных машин в течение полевого сезона, улучшается их годовая загрузка и повышается эффективность. Такие разработки ведутся фирмами Clas и Holmer (Германия), ОАО «Гомсельмаш» совместно с СКНИИМЭСХ. В свою очередь, такие разработки и решения нуждаются во всесторонней экономической оценке на всех этапах проектирования и во всем диапазоне условий возможного применения. Это обусловлено разнообразием природно-климатических условий, структурой производства товаропроизводителей, применяемыми севооборотами, номенклатурой и параметрами производимой с.-х. техники (как энергетики, так и шлейфа машин и орудий), ценовой динамикой и пр. Ранее нами [1] были выполнены расчеты, показывающие эффективность машинотрактор-ного парка (МТП) на основе агрегатов УЭС по сравнению с агрегатами из серийной энергетики (тракторов и комбайнов). Результаты расчетов показали, что составление МТП с применением проектируемой техники с заданными параметрами является более эффективным для выбранных моделей СХП. В то же время целесообразность комплектования парка мобильной энергетики только из проектируемых УЭС не является очевидной. Цель исследования Целью исследования является оценка эффективности МТП типовых модельных хозяйств с включением УЭС нового поколения и различных сочетаний альтернативных, серийно выпускаемых средств мобильной энергетики производства РФ и стран ближнего зарубежья. Материалы и методы исследования Проводимыми исследованиями следовало установить рациональное соотношение между потребностью в комплектации МТП СХП из вновь проектируемых агрегатов УЭС и серийно выпускаемой энергетики. Шлейф агрегати-руемых машин и орудий - практически один и тот же по номенклатуре. Различие состояло в разработке к УЭС сменяемых технологических адаптеров для уборки зерновых колосовых и кормовых культур. Такие расчеты предназначены для производителей с.-х. техники с целью: определения стратегии развития производства и материальной базы; определения направлений совершенствования материально-технического, кадрового и социального обеспечения. Основой исследований послужил расчет оптимальных составов МТП для ряда модельных хозяйств СХП, а для каждого из них - ряд вариантов комплектования составов МТП с различными наборами альтернатив МЭС. Расчеты проводились для условий основных зер-нопроизводящих регионов юга РФ, а внутри них - для подзон, обеспечивающих наибольший валовой объем производимой полеводческой продукции, в первую очередь - зерна. Как объекты наложения, рассматривались СХП с тремя типовыми севооборотами - по одному от Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев. Сравнительные расчеты проводились с определением оптимальных составов МТП для всего объема механизированных работ в моделях СХП. Регионы Юга России представлены тремя типовыми хозяйствами-моделями: - южная зона Ростовской области, типовой 10-польный севооборот, площадь - 5000 га (далее - модель «Р») [2]; - центральная зона Краснодарского края, типовой 12-польный севооборот, площадь -5000 га (далее - модель «К») [3]; - зерново-скотоводческая зона Ставропольского края, типовой 8-польный севооборот, площадь - 5000 га (далее - модель «С») [4]. Рассматривались следующие альтернативные наборы мобильной энергетики: Вариант 1 - только УЭС; Вариант 2 - вариант 1 + Беларус-952; Вариант 3 - вариант 2 + Беларус-1221; Вариант 4 - вариант 3 + Беларус-1523; Вариант 5 - вариант 4 + Агромаш-90ТГ; Вариант 6 - базовый (УЭС не задействовано). Такой порядок рассмотрения альтернатив связан с тем, что целесообразно вводить в первую очередь самую дешевую технику, которая на легких работах (с малой энергонасыщенностью) заменяет производительные, но весьма дорогие УЭС. Современный рынок с.-х. техники в России представлен крайнее разнообразными моделями и марками машин - энергетических средств и шлейфа орудий. Однако в большинстве случаев они поставляются ограниченными партиями, по преимуществу имеют несоизмеримо высокую стоимость при сравнимой производительности, а также сложности с сопровождением и сервисом. В связи с этим в качестве альтернативных энергетических средств задействованы тракторы и комбайны производства России и ближнего зарубежья, наиболее широко распространенные в современном аграрном производстве и поставляемые производителями в настоящее время. Как основной инструментарий, использовалась ранее разработанная «Автоматизированная система проектирования технологий и технического оснащения растениеводства» (АСПТОР) [5, 6]. Основными ее элементами являются модуль целочисленной оптимизации МТП и блок информационного обеспечения. Целевая функция включает в себя два типа слагаемых: зависящие от объемов работ -использование в течение полевого сезона (прямые эксплуатационные) и не зависящие от них (реновация). Кроме того, в нее входят затраты на закрепление механизаторов (создание инфраструктуры жизнеобеспечения). Такая структура обусловливает желательность обеспечения максимальной годовой загрузки задействованной техники, поскольку затраты на капитальный и текущий ремонты напрямую зависят от годовой загрузки машин - согласно ГОСТ Р 53056.-2008 [7], они обратно пропорциональны величине «годовой зональной фактической загрузке техники». Сравнение осуществлялось по основным технико-экономическим показателям различных вариантов комплектования МТП, в числе которых прямые эксплуатационные затраты на выполнение механизированных работ, стоимость парка машин, расход ТСМ, затраты труда (механизаторов и подсобных рабочих), а также чистый дисконтированный доход хозяйства за срок эксплуатации техники. Следует особо подчеркнуть, что перечисленные показатели могут выступать в ряде случаев как критерии отбора при выборе того или иного варианта комплектования МТП, превалирующие над собственно критерием оптимизации (в частности, при отсутствии достаточного количества квалифицированных механизаторских кадров имеет смысл ориентироваться на варианты с минимумом трудозатрат и рабочей силы). Результаты исследования В табл. 1-3 приведены технико-экономические показатели эффективности по трем модельным хозяйствам южной степной зоны России. В табл. 4-6 представлены оптимальные составы парка мобильной энергетики по рассматривавшимся хозяйствам. Та6лица 2 Показатели эффективности различных вариантов МТП - Модель «К» Эксплуатационные затраты, тыс. руб. Стоимость МТП, тыс. руб. Расход ТСМ, т Затраты труда, чел.-час ЧДД, тыс. руб. Вариант 1 42144 199126 359 18669 447330 Вариант 2 39830 189193 300 19752 499724 Вариант 3 40037 188775 297 19998 499740 Вариант 4 40133 180080 296 19900 499040 Вариант 5 40229 192322 295 19835 496922 Вариант 6 43575 193842 295 22812 425113 Та6лица 3 Показатели эффективности различных вариантов МТП - Модель «С» Эксплуатационные затраты, тыс. руб. Стоимость МТП, тыс. руб. Расход ТСМ, т Затраты труда, чел.-час ЧДД, тыс. руб. Вариант 1 36757 184828 311 12922 328214 Вариант 2 34990 167432 267 14146 364410 Вариант 3 34345 156095 266 14213 374813 Вариант 4 34005 157989 255 14398 373567 Вариант 5 33756 160502 249 14815 371787 Вариант 6 40494 183542 254 18266 317181 Та6лица 4 Составы парка энергомашин по вариантам - Модель «Р», шт. УЭС Беларус-952 Беларус-1221 Беларус-1523 Агромаш-90ТГ Acros Всего Вариант 1 13 13 Вариант 2 13 5 18 Вариант 3 10 6 4 20 Вариант 4 10 6 3 1 20 Вариант 5 10 5 2 2 19 Вариант 6 4 7 2 5 10 28 Та6лица 5 Составы парка энергомашин по вариантам - Модель «К» , шт. УЭС Беларус-952 Беларус-1221 Беларус-1523 Агромаш-90ТГ Acros Всего Вариант 1 15 15 Вариант 2 12 8 20 Вариант 3 11 8 4 23 Вариант 4 11 8 4 23 Вариант 5 11 8 2 21 Вариант 6 8 7 5 11 31 Та6лица 6 Составы парка энергомашин по вариантам - Модель «С» , шт. УЭС Беларус-952 Беларус-1221 Беларус-1523 Агромаш-90ТГ Acros Всего Вариант 1 12 12 Вариант 2 12 6 18 Вариант 3 10 4 4 18 Вариант 4 10 5 3 18 Вариант 5 10 4 2 2 18 Вариант 6 6 10 6 10 32 Из таблиц видно, что прослеживается следующая тенденция. «Опорным» можно принять вариант 1 (только УЭС). Далее по мере добавления альтернатив - варианты 2-5 - наблюдается устойчивое снижение затратных показателей по моделям «Р» и «С» - прямых эксплуатационных затрат и капитальных вложений в формирование МТП (стоимости парка). Наихудшим по этим параметрам оказывается вариант 6 - только серийные машины. Это имеет место по всем трем моделям. Так, для модели «Р» использование МТП на базе только УЭС позволяет снизить величину эксплуатационных затрат (критерий оптимизации) на 16,9 % по сравнению с комплектацией парка только серийной техникой; в оптимальном варианте - на 27,2 %. Для модели «К» эти значения равны соответственно 3,3 и 8,6 %, для модели «С» - 9,2 и 16,6 %. Такое различие обусловлено существенной разницей в структуре посевных площадей рассматриваемых моделей. Так, например, доля общего размера пашни, для которого предусмотрена осенняя обработка почвы - одна из наиболее энергоемких операций в напряженный период по использованию техники - составляет для моделей «Р», «К» и «С» соответственно 60, 42 и 50 %, что, в свою очередь, сказывается на уровне изменения затратных показателей. Можно видеть, что во всех случаях формирование парка мобильной энергетики только из УЭС оказывается эффективным. Рост чистого дисконтированного дохода по различным моделям и вариантам составляет 11-13 %. Варьирование - достаточно небольшое, поскольку уровень прямых затрат изменяется в незначительных пределах. В то же время имеет место устойчивое снижение расхода топлива для «гибридных» вариантов по сравнению с «чистым» 1-м (только УЭС). Это связано с большой мощностью двигателя проектируемого энергосредства (187 кВт), которая, в свою очередь, обусловлена необходимостью выполнения им уборочных операций. Наименьшая величина затрат труда по всем моделям имеет место в варианте 1 - комплектование только УЭС. В отношении стоимости парка машин (величина капитальных вложений) наблюдаются некоторые флуктуации, слабо коррелированные с номенклатурным составом МТП. Это связано с тем, что потребное количество машин и агрегатов определяется в целочисленных величинах. В табл. 7 приведены данные о максимальной потребности в механизаторских кадрах по моделям и альтернативным вариантам комплектования парка машин. Из табл. 7 видно, что потребность в механизаторах возрастает по мере добавления альтернативных энергомашин. Наименьшее количество механизаторов имеет место при комплектовании МТП только многофункциональными УЭС. При этом, анализируя табл. 4-6, можно увидеть, что одновременно сокращается количество мобильных энергомашин -в 1,5...2,5 раза. Это имеет следствием: - снижение остроты проблемы содержания квалифицированных механизаторских кадров. Они интенсивно заняты на полевых работах преимущественно в период уборки колосовых, а в прочее время напрямую не задействованы в производстве. При этом им необходимо обеспечивать круглогодичную занятость, что не всегда возможно в сельских условиях; - сокращение многомарочности машин, приводящей к увеличению затрат на ремонты агрегатов, вызванной неоправданно расширенной номенклатурой и количеством запасных частей. Также при этом повышаются требования к квалификации персонала ремонтных бригад; - улучшение технико-экономических показателей использования МТП за счет снижения отчислений на капитальный и текущий ремонты, вызванного увеличением годовой загрузки. Еще одним немаловажным моментом является недостаток соответствующего шлейфа агрегатируемых машин к многофункциональным УЭС такого класса. Так, посевные и уходные работы по возделыванию пропашных культур осуществляются с использованием агрегатов, соответствующих текущему отечественному техническому и технологическому уровню. В то же время использование широкозахватных и согласованных по ширине (посев, междурядная культивация) машин может дать положительный эффект от улучшения использования техники, поскольку увеличивается интенсивность выполнения технологических процессов. Анализ применения УЭС на всех технологических циклах - по всем культурам и группам механизированных работ - является комплексной задачей, предусматривающей рассмотрение как сопряженных во времени процессов, так и операций, принадлежащих различным технологиям, но накладывающимся друг на друга по времени выполнения. Так, например, в севообороте: в модели «К» присутствуют многолетние травы, их уборка накладывается по времени на междурядную обработку пропашных и обработку почвы после зернобобовых. Поэтому, в связи с высокой мощностью двигателя УЭС, имеют место перерасход топлива и избыточная потребность в мобильной энергетике. Необходимость выполнения легких работ вынуждает (в варианте 1) использовать УЭС не вполне свойственным ему образом. Компенсировать это предполагается применением двигателя с изменяемой мощностью - использованием полной мощности на тяжелых операциях по обработке почвы и уборке, а на более легких - только части. Технологиями предусмотрено проведение основной обработки почвы (лущение стерни) одновременно с уборкой предшествующих культур, в частности зерновых колосовых. Такую обработку осуществляют УЭС, а в случае наличия соответствующих альтернатив -тракторы общего назначения тягового класса 20 кН и более. Таким образом, в вариантах 1 и 2 потребность в УЭС возрастает, а по причине невозможности догрузить их в остальные периоды эффективность функционирования МТП несколько снижается. Анализ полученных результатов показывает, что универсальное энергосредство в вариантах 1-5, т.е. когда оно присутствует в списках альтернатив на выполнении операций, полностью заменяет зерноуборочные комбайны (типа Acros как наиболее распространенные). Это имеет место, поскольку серийные комбайны предназначены только для выполнения уборочных работ, УЭС же, несмотря на более высокую стоимость, способно реали-зовывать практически все полевые операции. Заменяются также тракторы общего назначения на определенных видах работ. Так, например, во всех моделях основной объем работ по осенней обработке почвы выполняют именно УЭС. В любом случае универсально-пропашные тракторы выполняют работы малой энергоемкости - погрузку и внесение удобрений, междурядную культивацию, химическую обработку посевов и пр. То же относится к операциям, не критичным к срокам выполнения в связи с незначительностью объемов работ, которые, в свою очередь, обусловливаются структурой посевных площадей (например, посев кормовых культур). Рабочие периоды, в которые выполняются такие операции, не являются пиковыми ни по использованию техники, ни по потребности в механизаторах и, следовательно, могут быть реализованы агрегатами на базе любой мобильной энергетики. Следует особо отметить, что при переходе от варианта к варианту нет прямого и однозначного замещения одной марки трактора другой. Математическая модель оптимизации состава МТП сельского товаропроизводителя, например [8], предполагает не только расчет оптимального количества и номенклатуры средств механизации, но и их использование в течение полевого периода, т.е. распределение агрегатов (энергетика + шлейф) по всему множеству механизированных работ, предполагаемых технологиями производства продукции. При изменении же набора возможных альтернатив происходит перераспределение объемов выполняемых работ между различными агрегатами Кроме того, расчеты показывают, что практически во всех случаях выбора альтернатив на операциях высокопроизводительные, на дорогие агрегаты «проигрывают» сравнительно дешевым МТА. Практика также показывает, что такое «положение вещей» практически не зависит от выбора критерия оптимизации, будь то прямые эксплуатационные затраты, интегральные затраты, чистая прибыль, чистый дисконтированный доход и пр. Расчеты показывают, что в случае наличия в парке УЭС потребность в гусеничных тракторах класса 30 кН составляет 2 шт. на 5000 га пашни по всем рассматривавшимся моделям 11 подзон южной степной зоны РФ. Связано это с тем, что в типовых севооборотах (кроме 2-3-польных) почти обязательно присутствуют силосные культуры (обычно кукуруза). Это предполагает выполнение операции трамбовки силоса, которую могут выполнять только гусеничные тракторы. В остальное время полевого сезона они могут эффективно использоваться на других работах, в первую очередь на глубокой обработке почвы. Отсутствие же в оптимальных МТП по моделям «К» и «С» колесных тракторов класса 30 кН объясняется тем, что гусеничные тракторы такого же класса при более высокой производительности и меньших удельных затратах.«закрывают» объемы работ, которые потенциально выполняют их аналоги, Потребность в колесных тракторах других классов определяется: - зональностью, которой обусловлены по-чвенно-климатические условия и сроки проведения полевых работ; - структурой посевных площадей, которая в значительной степени обусловливается упомянутой зональностью, но не детерминируется ею (в различных зонах могут использоваться эквивалентные севообороты); - применяемыми технологиями возделывания и уборки с.-х. культур. Решающим показателем (параметром) является величина удельных затрат агрегата на единицу его производительности; - технико-эксплуатационными параметрами собственно технических средств. В «базовом» же варианте основную нагрузку несут именно гусеничные тракторы класса 30 кН, а также колесные класса 20 и 14 кН. Практически во всех модельных хозяйствах Юга России явно выраженным пиковым периодом является уборка колосовых, поскольку не менее 50 % посевной площади составляют именно зерновые колосовые. Следует отметить, что пиковая потребность в тракторах общего назначения не совпадает с пиковой потребностью по механизаторам. Так, пик потребности в тракторах класса 20 кН приходится на прикорневую подкормку озимых, дисковую обработку почвы, сев колосовых (яровых и озимых). Потребность в тракторах класса 30 кН определяется на осенней обработке почвы. Потребность же в УЭС совпадает с пиком по использованию механизаторов -уборкой колосовых. По той же причине априорно предполагается, что различные марки тракторов закрепляются за одними и теми же механизаторами: пиковые потребности приходятся на различные группы работ. В качестве резервов для повышения эффективности УЭС (за счет улучшения использования его потенциальных возможностей) необходимо отметить следующие направления: - рационализация структуры посевных площадей товаропроизводителей с целью выравнивания пиков потребности в УЭС, увеличения доли высокорентабельных, востребованных на рынке культур, например, рапса, масличного льна и пр.; - применение современных высокоэффективных технологий и машин производства с-х. продукции наилучшим образом соответствующих потенциальным тягово-технологическим возможностям УЭС. К таковым относятся широкозахватные орудия для посева и междурядной обработки пропашных, машины для возделывания и уборки сахарной свеклы, что весьма актуально для Краснодарского края и других регионов с развитым производством свеклы, картофеля. Перечисленные аспекты требуют дальнейшего исследования. Расчеты, выполненные в процессе данного исследования, предполагали формирование МТП хозяйства «с нуля», т.е. приобретение всего парка машин. В реальности же в подавляющем большинстве случаев некоторое количество техники имеется. При этом количество вариантов сочетаний номенклатурного, количественного и возрастного состава наличного парка техники, в принципе, сложно прогнозируемо. Поэтому предполагается проведение индивидуальных расчетов с учетом всех особенностей - экзогенных и внутренних -исследуемых объектов. Таким образом, полученные результаты могут рассматриваться как пример, иллюстрирующий применение данного методического подхода к обоснованию эффективного комплектования МТП хозяйства в конкретных производственных условиях. Выводы 1. Установлены рациональные составы МТП СХП с применением агрегатов на базе УЭС и серийно выпускаемой мобильной энергетики. Определяющим фактором при обосновании оптимального состава МТП является структура посевных площадей объекта-представителя. Рациональное комплектование парка машин с применением УЭС позволяет снизить прямые эксплуатационные затраты на 8,6...27,2 %, а при составлении МТП только из УЭС - на 3,3...16,9 %. Рост чистого дисконтированного дохода при этом составляет 11...13 % по различным модельным хозяйствам. 2. Формирование МТП с использованием УЭС, кроме того, имеет следующие результаты: - снижение остроты проблемы содержания квалифицированных механизаторских кадров; - сокращение многомарочности машин; - улучшение технико-экономических показателей использования МТП. Резервами для повышения эффективности УЭС являются: - рационализация структуры посевных площадей товаропроизводителей с целью выравнивания пиков потребности в УЭС, увеличения доли высокорентабельных, востребованных на рынке культур; - применение современных высокоэффективных технологий и машин производства с.х. продукции, наилучшим образом соответствующих потенциальным тягово-технологиче-ским возможностям УЭС.

About the authors

Yu. O Goryachev

The Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

PhD in Engineering

A. I Bur'yanov

The Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

Email: burjanov 2015@yandex.ru
DSc in Engineering

A. I Dmitrenko

The Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

PhD in Engineering

References

Supplementary files