Научно-технические достижения агроинженерной науки в условиях цифровизации сельского хозяйства

Полный текст

Необходимость повышения конкурентоспособности продукции агропромышленного комплекса обозначена на государственном уровне и на современном этапе и активно решается в соответствии с приоритетными и перспективными направлениями научно-технологического развития Российской Федерации [1, 2, 3]. Преодоление технологических рисков в сфере продовольственной безопасности, вызванных отставанием в уровне технологического развития от производственной базы развитых стран [4, 5, 6], подразумевает переход к высокопродуктивному и экологически чистому производству качественной сельскохозяйственной продукции с применением передовых машинных технологий, разработкой и внедрением в аграрную отрасль современных цифровых технологий, роботизированных систем [7, 8, 9], возобновляемой и ресурсосберегающей энергетики [10, 11, 12].

Цель исследований – анализ результатов исследований по механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства в рамках Программы фундаментальных научных исследований Российской Федерации в РФ на 2021–2030 годы (в дальнейшем Программа).

Методика. Поэтапное выполнение научно-исследовательских работ (НИР) снижает риски и создает базу для перехода к более высокому уровню готовности разрабатываемых технологий и технических средств. В 2024 г. исследования по механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства в рамках раздела «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство» Программы фундаментальных научных исследований (ПФНИ) в Российской Федерации на долгосрочный период (2021–2030 гг.) выполняли 5 федеральных государственных бюджетных научных учреждений, подведомственных Министерству науки и высшего образования Российской Федерации (ФНАЦ ВИМ, ФНЦ ЛК, ВНИИТиН, СФНЦА РАН, АНЦ Донской) с участием 456 научных работников (исследователей), в том числе 81 доктор и 167 кандидатов наук, 11 академиков и 8 членов-корреспондентов РАН. Для выполнения НИР были задействованы имеющееся в научных организациях лаборатории и обновленное и современное инфраструктурное оборудование для достижения запланированных результатов по тематикам научных планов и проектов. В исследованиях задействованы современные и разработанные методики постановки и проведения фундаментальных, поисковых фундаментально ориентированных прикладных научных изысканий, в том числе междисциплинарного характера в области агроинженерии. За отчетный период 2024 г. число молодых ученых и специалистов в возрасте до 39 лет составило 241 человек, или 52,9 % от общего числа исследователей, что превысило на 13,1 % предыдущий отчетный период (2023 г.). При этом численность научных сотрудников по агроинженерной специальности снизилось на 0,9 %. Полученные научно-технические разработки в результате научных изысканий представлены в рамках отчетности научными учреждениями ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, ФГБНУ ФНЦ ЛК, ФГБНУ ВНИИТиН, ФГБНУ СФНЦА РАН, ФГБНУ АНЦ Донской и вузами агроинжерной направленности в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-2017. Для проведения исследований использовались информационные ресурсы научной электронной библиотеки elibrary.ru, результаты интеллектуальной деятельности, научно-исследовательские работы научных и образовательных учреждений Минобрнауки РФ и Минсельхоза РФ, в том числе электронные информационные ресурсы, которые создаются и ведутся в ФГБНУ ФНАЦ ВИМ и ФГБНУ «Росинформагротех», публикации ведущих ученых и специалистов отрасли по тематике исследований.

Результаты и обсуждение. По разделу «Развитие энергообеспечения, энергосбережения, возобновляемой и альтернативной энергетики в агропромышленном комплексе Российской Федерации» ПФНИ продолжены работы по изучению процессов энергообеспечения, энергоресурсосбережения, возобновляемых и альтернативных источников энергии, разработке экологически безопасных машинных технологий, роботизированной техники и цифровых систем для производства конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции. В 2024 г. в этом направлении получена следующая научно-техническая продукция:

методика определения сокращения потерь электроэнергии и повышения надежности электроснабжения потребителей с использованием двух трансформаторов сезонно вместо одного на трансформаторных подстанциях 10/0,4 кВ, позволяющая определять рациональные мощности трансформаторов на основе оценки потерь электроэнергии и надежности электроснабжения (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

методика сравнения систем локального обеспечения электроэнергией от солнечных панелей и электросети, позволяющая определить эффективную систему обеспечения электрической энергией для конкретного объекта с учетом его требований и условий эксплуатации (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

технологическая схема и методика расчета комбинированного электрического теплоаккумуляционного обогревателя при его работе с потолочным вентилятором, позволяющая определять теплоэнергетические, электрические и конструкционные параметры агрегатов, входящих в систему отопления (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

способ сезонного резервирования электроснабжения потребителей, подключенных к одной сети, позволяющий осуществлять подключение к резервному источнику только ответственных потребителей, исключая риск его перегрузки. Патент РФ № 2828477 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

способ согласования волноводов, позволяющий повысить эффективность передачи микроволновой мощности по щелевым волноводам и ее рассеивание в объеме обрабатываемого материала, что приводит к повышению тепловой обработки зерна (сушка, обеззараживание, подготовка к скармливанию). Патент РФ № 2813853 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

способ повышения коэффициента использования установленной мощности ветроэлектрической станции, позволяющий увеличить коэффициент использования с 10 % до 53 % в условиях малых среднегодовых скоростей ветра (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

способ сезонного сокращения потерь электрической энергии и повышения надежности в электрической сети, включающий замену одного трансформатора на два трансформатора (для трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ), позволяющий сократить потери электроэнергии на 6…15 % и время перерывов в электроснабжении потребителей с 9,44 до 0,613 ч/год. Патент РФ № 2813851 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

способ и устройство для передачи электрической энергии, обеспечивающие передачу электроэнергии по однопроводной резонансной линии в режиме полуволны на любые расстояния, начиная с 3 км, с высоким КПД передачи электрической мощности. Патент РФ № 2819862 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

излучающий волновод электромагнитного поля СВЧ для повышения энергоэффективности установок СВЧ-конвективной сушки за счет охлаждающего магнетрон воздуха в качестве агента сушки. Патент РФ № 2821062 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

автономное зарядное устройство мобильного транспортного средства с электроприводом от солнечной энергии, обеспечивающее до 30 % дополнительной энергии в солнечный день (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

способ и устройство для нейтрализации и дезодорации вентиляционных выбросов крупных животноводческих и птицеводческих предприятий с использованием газоразрядной плазмы атмосферного давления, обеспечивающие нейтрализацию до 95 % газообразных вредных веществ, содержащихся в вентиляционных выбросах крупных животноводческих комплексов, при экономическом эффекте 5 млн р/год для свинооткормочного комплекса на 108 тыс. голов и электрической мощности устройства 2 кВт. Патент РФ № 2809452 (СФНЦА РАН);

модернизированный источник бесперебойного питания для применения в автономных и гибридных системах электроснабжения с использованием солнечных фотоэлектрических модулей. (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

сетевая солнечная фотоэлектрическая установка мощностью 1,6 кВт для снижения потребления электроэнергии из централизованной сети. Патенты РФ № 2024663109, 2024661664 (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

мобильный автономный источник энергии на базе литийионных вторичных аккумуляторов с возможностью зарядки от солнечных фотоэлектрических модулей. Патенты РФ № 2022667930, 2022667166 (РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева);

электроозонатор «Норма-15» для дезинфекции воздушной среды (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

программа для ЭВМ «Цифровой свинокомплекс. Учет данных» автоматизации учета свойств свиного бесподстилочного навоза и создания цифрового двойника свинокомплекса для получения рекомендации по корректности/некорректности взаимодействия с пользователем. Патент РФ № 2024684861 (ФГБОУ ВО РГАТУ);

программа для ЭВМ «Искусственная нейронная сеть прогноза массы животных в зависимости от рациона их питания», Патент РФ № 2024686716 (ФГБОУ ВО РГАТУ);

программа для ЭВМ «Визуализация эффективности выращивания сои в зависимости от ее белковости» для визуализации и автоматизации расчета с элементами прогнозирования. Патент РФ № 2024684878 (ФГБОУ ВО РГАТУ);

программа для ЭВМ «Цифровой ассистент ведения журнала обращения с отходами и побочными продуктами животноводческих предприятий» для автоматизации всего процесса. Патент РФ № 2024680124 (ФГБОУ ВО РГАТУ);

биометановая установка для анаэробного эффективного сбраживания органических отходов, позволяющая получать биогаз и качественные органические удобрения при температуре сбраживания 30…36 °C. Патенты РФ № 230368, 2813442 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

устройство для автоматизированной подачи кормов для животных с одновременным перемешиванием и дозированной подачей кормовых добавок. Патент № 227092 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

программа для статистической экспресс-обработки данных научных экспериментов. Патент РФ № 2024664857 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

программа оценки эффективности конструктивных разработок и параметрам технико-экономических показателей (годовой экономический эффект, срок окупаемости и коэффициент эффективности капитальных вложений). Патент РФ № 2024664856 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

установка СВЧ для сушки растительного материала, позволяющая снизить энергетические затраты за счет более равномерного распределения электромагнитного поля и повысить качество сушки растительного материала при снижении энергопотребления с 7 до 3 мДж/кг. Патент № 226801 (ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ);

По разделу «Энергоресурсосберегающие экологически безопасные машинные технологии, роботизированная техника и цифровые системы для производства высококачественной сельскохозяйственной продукции» научные изыскания проводили ФНАЦ ВИМ, ФНЦ ЛК, ВНИИТиН, СФНЦА РАН, АНЦ Донской, ФГБНУ ФНЦ ВНИИ сои и др.

По результатам НИР в 2024 г. получена следующая научно-техническая продукция:

методика проектирования фронтальных плужных корпусов для прецизионной обработки почвы со сложной пространственной поверхностью, позволяющая на черноземной почве снизить тяговое сопротивление на 15 % ниже показателя серийного плуга ПЛН-8-40. Патент РФ № 2828845 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

методология формирования системы машин для комплексной механизации, автоматизации и роботизации сельскохозяйственного производства при использовании альтернативных энергоносителей, источников и накопителей энергии (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

автоматизированная машина закладки на хранение картофеля и овощных культур с цифровой системой управления, обеспечивающая снижение механических повреждений клубней до 5 % с годовым экономическим эффектом 87 000 руб. от внедрения разработки (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

закономерности идентификации биологических объектов цифровой системой управления для закладки на хранение картофеля и овощных культур, позволяющие обосновать конструктивные и технологические параметры машины: длину и ширину подпорного питателя, скорость движения машины и выгрузного транспортера, а также потребляемую мощность 2,14…2,55 кВт. Патент РФ № 2024624359 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

роботизированное кассетное загрузочное устройство подачи высеваемого материала (семян) к высевающему аппарату сеялки для селекционных работ. Патент РФ № 2806909 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

конструкция фитооблучателя с иммерсионным типом охлаждения со светоотдачей которого на 10 % выше облучателей с естественным воздушным охлаждением. Патент РФ № 2829989 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

климатическая камера СК-ВИМ-1.2 для клонирования растений, выращивания зеленных и овощных культур за счет точного моделирования климатических условий при снижении расходов на электроэнергию за счет применения светодиодного освещения. Патент РФ № 2022611514 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

климатическая камера СК-ВИМ-8.8 для ведения селекционных работ, выращивания зеленных, зерновых и овощных культур, способствующая сокращению времени проведения селекционных работ при круглогодичном выращивании Патент РФ № 2023663174 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

компоновочная, пневматическая и электрическая схемы системы регулирования давления воздуха в шинах (СРДВШ) мобильных энергетических средств сельскохозяйственного назначения для повышения энергоэффективности МЭС и снижения динамической нагруженности элементов конструкции и переуплотнения почвы (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

концепция применения роевых технологий в мультиагентных системах сельскохозяйственных мобильных средствах с использованием алгоритма оптимизации PSO для повышения эффективности механизации, автоматизации и роботизации технологических операций (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

система проектирования и управления технологиями, комплексами машин и оборудованием рециклинга сельскохозяйственных отходов, обеспечивающих экологическую устойчивость агроэкосистем при интегрированном использовании современных методов оценки влияния агротехнологий на окружающую среду (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

исходные требования на экспериментальный образец биофильтра для очистки выбросов при интенсивных технологиях переработки побочной продукции животноводства с системой контроля технологического процесса улавливания из газовой смеси при биоферментации аммиака до 1,4 кг/т (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

исходные требования на опытный образец мобильного технического средства для очистки стоков при мытье групповых поилок для КРС, позволяющие на ферме с поголовьем 1200 голов дойного стада со шлейфом снизить выход стоков до 12,5 % в сутки при производительности не менее 75 л/мин и давлении в системе 0,2…0,8 МПа (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

система управления манипулятором робототехнического комплекса для поточной уборки плодов яблони, обеспечивающая быстродействие рабочих циклов манипулятора на съем одного плода не более 12 секунд и точность распознавания плодов на кроне дерева с помощью модели сверточной нейронной сети на изображениях/видео в режиме реального времени не менее 96 % (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

программно-аппаратные средства для цифрового мониторинга биологических объектов и управления процессом роботизированной уборки, позволяющие распознавать и классифицировать плоды и листья яблони, цветки и завязи, определять их размеры, степень поражения болезнями в режиме реального времени с точностью 78…96 % в зависимости от условий окружающей среды и объекта распознавания. Патенты РФ №№ 2022680343 и 2024685179 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

способ определения полегания посевов зерновых культур с помощью нейронной сети, позволяющий сократить временные ресурсы и автоматизировать процессы оценки посевов зерновых культур. Патент РФ № 2024682640 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

алгоритм управления движением роботизированной платформы с использованием методов компьютерного зрения и кластеризации, позволяющий определять границы каждого ряда и позиционировать рабочие органы, обеспечивая точность внесения СЗР в рабочую зону не менее 96 % (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

имитационная модель энергетических показателей процесса вспашки, обеспечивающая оценку зависимости усилия вспашки от технологических и геометрических параметров корпуса плуга (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

методология создания цифровых двойников сельскохозяйственных биологических объектов и рабочих органов сельскохозяйственных машин с учетом технологических особенностей, обеспечивающая комплексный подход к созданию цифрового двойника (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

методика виртуальных испытаний цифровых двойников рабочих органов сельскохозяйственных машин в процессе их функционирования, позволяющая выстроить технологический процесс их проведения (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

универсальное оборудование для переработки растительного сырья, позволяющее повысить биодоступность компонентов получаемого кормового продукта на 25…50 % при снижении уровня загрязнения окружающей среды при переработке ингредиентов (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

безотходная технологическая линия по производству комбикорма с применением гидролизата, полученного путем глубокой переработки растительного сырья при сокращении времени обработки сырья на 38 % (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

научные основы для создания технологий и технических средств, обеспечивающих механизацию и автоматизацию процессов в племенном животноводстве (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

система автоматической бесконтактной оценки хромоты для ранней диагностики развивающихся и существующих заболеваний КРС (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

метод построения магнитного подвеса доильной платформы Карусель, включающая горизонтальные магнитные сборки левитации и вертикальные магнитные сборки боковой стабилизации для повышения долговечности платформы до 2,5 раза за счет отсутствия трения и колесных движителей системы «рельс–колесо» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

технологические схемы ресурсосберегающей левитирующей доильной платформы Карусель, обеспечивающая снижение капитальных затрат на монтаж, техническое обслуживание и ремонт до 30 % при снижении потребляемой мощности привода платформы до 2,5 раза (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

математические модели для определения силы магнитной левитации и боковой стабилизации вращающейся доильной платформы карусель с использованием неодимовых магнитов, обеспечивающих левитационный зазор не менее 0,05 м (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

технологическая схема линии первичной обработки молока на базе термоэлектрических модулей, позволяющая проводить дифференцированную тепловую обработка молока на роботизированных молочных фермах (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

аэродинамический расчет и гидравлические параметры гибкого воздуховода для системы местной вентиляции коровника, обеспечивающие снижение теплового стресса у животных до 35 % (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

технологические схемы и методики для оптимизации состава технических средств и повышения производительности поточно-технологических линий приготовления и раздачи кормов до 20 % на фермах и комплексах КРС (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

вспушивающее устройство с повышенной плавностью хода и увеличенной прочностью зубьев, обеспечивающее полноту вспушивания лент льна не менее 98,8 % и снижение повреждений стеблей, влияющих на выход длинного волокна, на 1,5 % (ФГБНУ ФНЦ ЛК);

инновационная клеверотерка для механизированной послеуборочной и предпосевной подготовки семян многолетних бобовых трав (для селекции многолетних трав и кормовых культур, например, клевера ползучего) на современной элементной базе и программное обеспечение, обеспечивающие точную настройку параметров работы механического привода (время перетирания настраивается с точностью до ±1 секунды, скорость вращения шпинделя с точностью до ±25 об/мин) при общем объеме терочного стакана 700 см³ (ФНЦ ЛК);

параметры и режимы эффективности работы подбирающего аппарата льноуборочной машины, обеспечивающие производительность работы до 1,2 га/час, чистоту очеса семенных коробочек до 99,8 %, минимальный отход стеблей в путанину 0,52 % (ФГБНУ ФНЦ ЛК);

конструктивно-технологическая схема и режимы работы инновационного самоходного оборачивателя лент льна на электроприводе с дистанционным управлением, обеспечивающие снижение энергоемкости машины до 3,5 кВт и экологичность ее работы (ФГБНУ ФНЦ ЛК);

опытный образец универсального технического средства, обеспечивающего измельчение неиспользуемых остатков стеблей лубяных культур в полевых условиях, сокращение количества технологических операций в 2 раза и экономию топлива (ФГБНУ ФНЦ ЛК);

параметры очесывающей гребенки и экспериментальные данные режимов работы однороторного очесывающего барабана, обеспечивающие чистоту очеса семенных коробочек со стеблей льна на корню не менее 99,2 % (пат. № 2816766) (ФГБНУ ФНЦ ЛК);

параметры многофункционального устройства для уборки технической конопли с плющением стеблей и разрезанием на отрезки заданной длины, позволяющая сократить сроки получения тресты и повысить ее однородность (ФГБНУ ФНЦ ЛК);

инновационные технологии возделывания пропашных культур и хранения корнеплодов сахарной свеклы модернизированными техническими средствами с использованием цифровых систем управления, обеспечивающие снижение рисков потери качества сахарной свеклы в период хранения. Патенты РФ № 2024616636; 2024616645; 2024616861 (ФГБНУ ВНИИТиН);

компьютерная программа оценки эффективности использования зерноуборочных комбайнов на уборке сои в сельхозпредприятии, применение которой способствует повышению эффективности уборки сельскохозяйственной культуры с экономическим эффектом 1100…1800 руб/га убираемой площади. Производственная апробация разработки проведена в сельхозпредприятиях Тамбовской области: МФП «Нива» и СПК «Русь». Патент РФ № 2024618832 (ФГБНУ ВНИИТиН);

технологические регламенты и система управления качеством технологических процессов производства кормов для высокопродуктивного молочного скота, обеспечивающая повышение эффективности функционирования звеньев биотехнических систем в животноводстве за счет улучшения качества технологических процессов (ФГБНУ ВНИИТиН);

метод усовершенствования технологических процессов в молочном скотоводстве и способ повышения резистентности и продуктивности крупного рогатого скота за счет использования кормовой добавки из кипрея узколистного, способствующие повышению в молоке массовой доли жира до 13,3 %. Патент РФ № 2816330 (ФГБНУ ВНИИТиН);

комплекс технических средств при поверхностном внесении жидких форм минеральных удобрений, обеспечивающих распределение удобрений по подстилающей поверхности и активное смешивание их с поверхностным слоем почвы (СибИМЭ СФНЦА РАН);

пневмогидромеханические распылители лепесткового и тарельчатого типов, обеспечивающих равномерность распределения не менее 92 % (СибИМЭ СФНЦА РАН);

оптимальные параметры и режимы очистки зерна при форсированных режимах колебаний решетного стана в зависимости от засоренности зернового вороха (СибИМЭ СФНЦА РАН);

способ и устройство для нейтрализации и дезодорации вентиляционных выбросов биореакторов с использованием газоразрядной плазмы атмосферного давления, обеспечивающих нейтрализацию до 95 % газообразных вредных веществ, содержащихся в отходящих газах биореакторов. Патент РФ № 2809452 (СибИМЭ СФНЦА РАН);

рациональные параметры процесса гранулирования влажных кормов для рыб, включающих зерновое сырье ранней спелости (влажность сырья – 38…42 %, температура 46…49,5 °C, модуль помола сырья 1,4…1,7 мм, частота вращения рабочих органов 48…50 мин^-1), обеспечивающие удельную энергоемкость процесса – 2,2…2,7 кВт·ч/т (ФГБНУ АНЦ Донской);

опытный образец навесной сеялки прямого посева в дернину и многофункциональный почвообрабатывающий агрегат, обеспечивающие высокое качество почвообработки и посева при отклонении фактического высева от заданного (8,0 кг/га) на высеве козлятника восточного до 4,8 %. Диапазон передаточных отношений обеспечивает норму высева в интервале 3,5…207,4 кг/га. Патент РФ № 2772128 (ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока);

клеверотерка-скарификатор КС-0,3П, обеспечивающий степень вытирания 95,4…95,6 % при дроблении семян до 0,1…1,0 % с эффектом очистки от легких примесей до 73,6…77,7 %, а также с производительностью при скарификации 0,37…0,49 т/ч, обеспечивающий степень скарификации 95,8…96,5 % при дроблении 0,3…0,8 % (ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока);

технические средства технологических линий и конструкторская документация кормоцеха для производства концентрированных полнорационных комбикормов для крестьянских и фермерских хозяйств. Патенты РФ № 2813484 2812431, 2813794, 2813897, 2813908, 2812431, 2814234, 2815106, 2819163, 2829230. Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ №№ 2024615007, 2024615456, 20246660939, 2024685530 (ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока);

модернизированный комбинированный стерневой агрегат КСА-3,8М, предназначенный для подрезания стерни, рыхления слоя почвы на глубину заделки семян, выравнивания поверхности поля, двухфазного разрушения планчатыми почворежущими катками почвенных агрегатов до мелких фракций и их уплотнения с шириной захвата 3,8 м, глубине обработки 0,05…0,15 м и скорости движения 8…12 км/ч (ФГБУН НИИСХ Крыма).

регулируемая вентиляционная решетка с защищенным приводом для систем микроклимата свиноводческих предприятий, обеспечивающая механическое регулирование направления вектора потока струи приточного воздуха. Патент RU 228091 U1 (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

методика обеспечения экологической безопасной утилизации животноводческих стоков на земледельческих полях орошения с применением численных алгоритмов расчета на ЭВМ процессов миграции влаги и азотных соединений и их трансформаций в почвах и подстилающих (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

технологический прием и опытный образец машины для химической обработки приствольных полос в садах интенсивного типа (ГербиСК-2000), обеспечивающей повышение эффективности интенсивного садоводства путем гербицидной обработки приствольных полос двух полурядов многолетних насаждений. Патент РФ № 2824205 (ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ и ФГБНУ СКНИИГПС);

опытный образец инновационной комбинированной двухроторной садовой фрезы для эффективной обработки области приствольной полосы плодовых деревьев. Патент РФ № 229082 (ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ);

математические модели формирования поверхностного стока, процесса фильтрации воды в почве, взаимодействия капель дождя с поверхностью почвы, позволяющие установить глубину стока в произвольный момент времени, анализировать режимы функционирования гидросооружений и эффективно управлять водными ресурсами (ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ);

установка для обработки материалов СВЧ-полем, включающую одновременную обработку нескольких полимерных материалов для улучшения технологических качеств и свойств, обеспечивающая относительное разрывное удлинение поликапроамидных нитей на 48,2 %, увеличение разрывной нагрузки на 27,6 %, по сравнению с контрольными образцами (без обработки СВЧ). Патент № 226896 (ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ);

привод режущего аппарата для скашивания сельскохозяйственных растений, обеспечивающий качественную работу ножей режущего аппарата жатки сельскохозяйственной машины и повышение надежности режущего аппарата за счет сокращения числа кинематических звеньев. Патент № 225821 (ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ);

пульсатор доильного аппарата, включающий корпус, вакуумную камеру, камеры атмосферного давления и переменного вакуума, обеспечивающий стабилизацию частоты пульсаций и величины вакуума под сосками вымени при доении коров. Патент РФ № 2824211 (ФГБОУ ВО РГАТУ);

устройство для измерения корневых систем растений в полевых и лабораторных условиях, определяющее характер распределения в почве извлеченных корневых систем зерновых растений семейства злаковых, а также размеры почвенного пространства корневых систем. Патент РФ № 227557 (ФГБОУ ВО РГАТУ);

пневматический распылитель для получения мелкодисперсных капель и охлаждения в сельскохозяйственном производстве, позволяющий снизить энергоемкость диспергирования жидкости в сравнении с существующими распылителями и получать газожидкостный мелкодисперсный поток. Патент РФ № 223575 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

устройство для извлечения перги из перговых сот до отдельных гранул и очистки их от восковых примесей, позволяющее повысить эффективность работы устройства за счет увеличения выхода цельных и чистых качественных перговых гранул при снижения их повреждаемости. Патент РФ № RU 2824568 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

устройство для смешивания и транспортирования полужидких кормов по трубам, предназначенное для наглядной демонстрации в учебной лаборатории по кормораздаточным агрегатам и в научно-исследовательских центрах. Патент РФ № 229126 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

пространственный смеситель барабанного типа с дифференциальным шестизвенным шарнирно-рычажным механизмом, обеспечивающий увеличение эффективности процесса смешения. Патент РФ № 2812926 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

смеситель сыпучих кормов, обеспечивающий требуемое качество смешивания компонентов корма с высоким уровнем производительности установки. Патент РФ № 223960 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

спирально-винтовая дробилка, обеспечивающая непрерывность процесса и качество дробления измельчаемого материала при повышении эффективности и производительности процесса дробления. Патент РФ № 230909 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

измельчитель-смеситель кормов, обеспечивающий высокую эффективность технологического процесса по измельчению кормов при эксплуатационной надежности оборудования. Патент № 229533 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

опытный образец измельчителя фуражного зерна, обеспечивающий равномерное распределение и прохождение в камере зернового материала. Патент РФ № 230337 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

конструктивно-технологическая схема водяной воскотопки для переработки пчелиного воска, обеспечивающая автоматизированный процесс вытопки воска из рамок с воскосырьем за счет применения ленточного транспортера с максимальным выходом воска из сырья. Патент РФ № 227112 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

ротор кустореза для осветления рядковых лесных культур с защитой от препятствий рубящих ножей с высокой эксплуатационной надежностью и долговечностью ножей и качественным измельчением кустарниковой растительности. Патент РФ № 229930 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

спирально-винтовой почвообрабатывающий каток, обеспечивающий надежность и качество технологических процессов интенсивного крошения почвы, уничтожения сорняков и снижение энергоемкости процесса обработки. Патент РФ № 225723 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

ротационный почвообрабатывающий орган для внесения жидких и сыпучих удобрений, обеспечивающий совмещение операции безотвальной обработки с одновременной подкормкой почвы сыпучими и жидкими удобрениями. Патент РФ № 230908 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

экспериментальный комбинированный сошник применительно к сеялке-культиватору СКП-2.1 для посева и разноуровневого внесения минеральных удобрений с разгребающим устройством и оборудованный телеметрической аппаратурой, обеспечивающий снижение тягового сопротивления сеялки-культиватора на 13 % в сравнении с контролем (при глубине посева 0,06 м и скорости 9 км/ч), раздельное полосное распределение семян в правую часть подлапового пространства, минеральных удобрений – в левую часть подлапового пространства. Урожайность зерна на делянках, засеянных экспериментальными сошниками, в сравнении с контрольным дало прибавку зерна 11 %, а экономическая эффективность использования сеялки, оборудованной комбинированными сошниками, составила 1 265 096 руб/год в расчете на одну сеялку. Патент РФ № 224117 (ФГБНУ Омский АНЦ);

конструкция прицепного накопителя-питателя корнеклубнеплодов, позволяющая осуществлять более качественную их очистку от посторонних примесей, а также предусматривающая возвращение плодородного слоя почвы обратно на поля (ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ);

конструкция пневматического высевающего аппарата, включающая вращающийся вакуумный барабан, установленный на полой цапфе с патрубком для присоединения к источнику разряжения и оборудованный присасывающими ниппелями, зону сбрасывания семени с минимальным зазором, обеспечивающая повышение качества посева семян сельскохозяйственных культур. Патент РФ № 224084 (ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ).

По разделу «Технологии и автоматизированные средства технического сервиса, восстановления и повышения надежности техники, создание и применение нанотехнологий, поликомпозитных и наноматериалов» научные изыскания проводили ФНАЦ ВИМ, ФНЦ ЛК, ВНИИТиН, СФНЦА РАН, АНЦ Донской, ФГБНУ ФНЦ ВНИИ сои и др.

По результатам НИР в 2024 г. получена следующая научно-техническая продукция:

метод цифрового мониторинга по сбору информации о техническом состоянии МЭС с электронным блоком управления, обеспечивающий снижение финансовых затрат на 10…12 % при проведении диагностических операций (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

способ дистанционного диагностирования технического состояния ДВС энергонасыщенной техники с электронным блоком управления с использованием нейронных сетей, позволяющий получать параметры технического состояния основных узлов и агрегатов в онлайн-режиме, прогнозировать отказы, снизить простои техники до 17 % (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

технология восстановления деталей оборудования животноводства, работающего в агрессивной среде, наплавкой хромистыми вторичными электроэрозионными диспергированными материалами с легирующими присадками, обеспечивающая снижение себестоимости процесса на 10…20 % за счет рециклинга дорогих материалов (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

устройство для безразборной диагностики технического состояния механических КПП с гидравлической системой управления гидроподжимными муфтами энергонасыщенных тракторов и получения данных для проведения ремонтно-обслуживающих мероприятий и снижения риска отказов I–III групп сложности. Патент РФ № 2828999 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ);

газоиспользующий парогенератор с плавным регулированием теплового потока по температуре смеси конденсата для снабжения группы потребителей паром (приготовление кормов, пищи, отопление, горячее водоснабжение) в личных подсобных, крестьянских хозяйствах со сроком окупаемости 1,1 года при годовом экономическом эффекте более 230 тыс. руб. (ФГБНУ ВНИИТиН);

рациональный состав наноразмерных добавок к моторному маслу, обеспечивающий повышение противоизносных и антифрикционных свойств масел с использованием углеродных и металлосодержащих наноматериалов, увеличение сроков службы сельскохозяйственной техники и снижение затрат на ее обслуживание до 20 %. Патент РФ № 2818564 (ФГБНУ ВНИИТиН);

технология утилизации и вторичного использования теплоты двигателя внутреннего сгорания в условиях Сибири (СибИМЭ СФНЦА РАН);

металлополимерный подшипник скольжения, включающий металлическую втулку с металлополимерной рабочей частью, обеспечивающий повышение долговечности узла трения за счет формирования винтовых поверхностей полимерной и металлической частей подшипника. Патент РФ № 229206 (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

установка для упрочнения шнеков экструдеров диффузионным борированием в обмазках нагревом токами высокой частоты, обеспечивающая увеличение ресурса работы шнека за счет получения износостойкого упрочняющего покрытия на его рабочей кромке. Патенты РФ №№ 2820894, 2024669388 (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

программно-вычислительный комплекс «Сапфир», предназначенный для рационального распределения и контроля целевого использования производственных ресурсов в АПК. Патент РФ № 2024667321. (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

программа для ЭВМ для составления баз данных и анализа наличия на складах запасных частей и контроля остатков, позволяющая сократить время деталей и в автоматическом режиме проводить статистический анализ изменения позиций на складе. Патент РФ № 2024661414 (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

программа для ЭВМ для построения графиков спроса дилерских автозапчастей с дальнейшим их исследованием, которая позволяет сократить время анализа потребности в запчастях. Патент РФ № 2024661400 (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

методика оценки тягового потенциала энергонасыщенных тракторов мощностью от 500 л. с., позволяющая сократить время получения расчетных тяговых характеристик энергонасыщенных тракторов и провести их сопоставление с аналогами по основным показателям (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

автоматическая система регулирования давления воздуха в шинах сельскохозяйственных тракторов для изменения тягово-сцепных свойств колесного движителя сельскохозяйственного трактора и давления на почву в зависимости от почвенно-климатических условий. Патент РФ № 2024137700 (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

стенд для исследования прочности шнековых рабочих органов, позволяющий сократить процесс исследования путем имитации производственных условий работы. Заявка на патент № 2024135837 (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева);

инновационное устройство для оценки технического состояния дозаторов газа. Патент на полезную модель RU 229118 (ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ);

программы для ЭВМ, обеспечивающие экспресс-расчет норм расхода топлива на транспортную работу. Патент РФ № 2024686883, № 2024669507 (ФГБОУ ВО РГАТУ);

устройство для галтовки деталей и поверхностной, безразмерной обработки деталей, обеспечивающее снижение динамических нагрузок на его конструкцию, интенсификацию процесса обработки деталей и изготовления металлической порошковой смеси. Патент РФ № 2813522 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

устройство для вибродиагностики КПП тракторов и автомобилей при обкатке, позволяющее повысить достоверность данных о работе подвижных сопряжений КПП по параметрам их предельных зазоров. Патент № 57904 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

устройство для электролитического нанесения покрытий методом натирания на внутренние цилиндрические поверхности, обеспечивающее стабильные условия для электролиза, устранение дендритообразование, максимальную прочность сцепления, повышение надежности и эффективность работы разработки. Патент РФ № 2715584 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

комбинированная ванна для нанесения гальванических покрытий электролитическим натиранием, позволяющее применять высокую плотность тока на единицу площади детали и увеличить эффективность технологического процесса осаждения металла на поверхность. Патент РФ № 2811319 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

устройство электролитического осаждения металлов с использованием роликовых анодов, обеспечивающее получение качественных износостойких покрытий при стабильном процессе электролиза. Патент РФ № 2769383 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ);

устройство для полирования наружных цилиндрических поверхностей различного диаметра, позволяющее повысить производительность обработки наружных цилиндрических поверхностей за счет магнитных полирующих сегментов, плотно обхватывающих обрабатываемую. Патент РФ № 2827719 (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ).

Фундаментальные исследования, проведенные в 2024 году, позволили разработать:

автоматизированную машину для загрузки овощных культур и картофеля в хранилище/контейнеры, обеспечивающую повышение равномерности распределения корнеклубнеплодов по объему хранилища и в контейнеры при формировании требуемого контура загрузки исполнительными элементами цифровой системы автоматизированного контроля и управления. Позволяет повысить степень равномерности заполнения хранилищ продукцией террасным способом до 98…99 % при общем количестве потерь при хранении до 1 %. Патенты РФ № 224422, № 2024102303, № 2024612899 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ).

универсальную систему (комплекс) машин для первичной переработки лубяных культур (технической конопли, льна-долгунца, льна масличного, джута и других лубяных культур в спутанной массе), осенней и весенней уборки в однотипное неориентированное волокно высокой степени очистки производительностью до 800 кг/ч при выходе волокна 28…35 % (ФНЦ ЛК);

высокопроизводительную машину вспушиватель лент льна ВЛН-3А для отрыва от земли и вспушивания лент льна, прибитых к почве дождями или проросших сорняками, с целью сохранения качества льнотресты в период вылежки стеблей льна, ускоряет их сушку в лентах и создает благоприятные условия для работы рулонных пресс-подборщиков, обеспечивает качественное вспушивание лент льнотресты на высокой скорости 17…25 км/ч. Заявка на патент РФ № 2024121441 (ФНЦ ЛК);

систему диагностики для управления техническим состоянием ДВС сельскохозяйственной техники, обеспечивающую оптимизацию ее работы в процессе эксплуатации путем контролирования параметров технического состояния машины, выявления на ранней стадии неисправностей и прогнозирования отказов в режиме реального времени и снижение затрат при проведении диагностических операций до 1,5 раза. Патент РФ № 2024615125 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ).

К разработкам мирового уровня относится:

роботизированная платформа с манипулятором позволяет проводить технологическую операцию поточной уборки плодов яблони с использованием мехатронных систем затаривания контейнеров, обеспечивает уборку плодов семечковых культур в поточном режиме без участия человека. Система технического зрения на основе сверточной нейронной сети глубокого обучения позволяет распознавать и классифицировать плоды яблони на кроне дерева, определять их координаты в режиме реального времени Патент РФ № 2024688354 (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ).

Выводы. В целом по секции МЭиА ОСХН РАН повышение уровня научно-методической работы по обеспечению проведения научных исследований позволило в 2024 г. разработать 10 машинных технологий, 24 новые и усовершенствованные технологии, 41 технологический способ и прием, 58 машин, рабочих органов, приборов и оборудования. В целях совершенствования проведения исследований разработано 57 методов и методик, а также 29 комплекта нормативной документации. Научная и техническая новизна разработок защищена 94 патентами и авторскими свидетельствами. Передано для освоения в производство 18 технологий, 16 разработок.

По результатам научных исследований учеными в 2024 году изданы 9 книг и монографий, опубликовано 577 статей и размещены в базе данных РИНЦ, в том числе 406 в рецензируемых журналах ВАК, 38 – в реферативной базе научных публикаций Web of Science и 81 – в реферативной базе данных Scopus. По секции МЭиА Отделения сельскохозяйственных наук РАН международное научно-техническое сотрудничество осуществлялось с научными и образовательными учреждениями Китайской Народной Республики, Республики Индия, Республики Беларусь, Республики Казахстан, Республики Узбекистан.

В 2024 году ученые НИУ в отчетном году приняли участие в 65 конференциях, 12 выставках, 34 семинарах, 5 конгрессах. Научная продукция НИУ награждена 13 медалями (из которых 7 золотых, 6 серебряных медалей), дипломами и почетными грамотами. В рамках соглашений и договоров научные исследования проводились по широкому спектру направлений, в том числе в сфере инноваций и промышленного развития технологий сельскохозяйственного оборудования, разработки и создания оригинальных технологий и технических средств, применения роботизированных машин, оборудования и цифровых систем для производства качественной сельскохозяйственной продукции.

На современном этапе развития АПК возникает необходимость цифрового профилирования научных учреждений, учитывающего количество и качество высококвалифицированных ученых и специалистов, оценку научно-технической материальной, современных лабораторий, наличие современных приборов и оборудования, позволяющего оценить возможности научного учреждения для проведения научных исследований на высоком научно-технологическом уровне. Цифровые коммуникации способствуют формированию карьерного роста современных молодых ученых и специалистов в сельском хозяйстве и способствуют расширению промышленной революции в сельскохозяйственной отрасли страны.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ.

Данная работа финансировалась за счет субсидий государственного задания. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ.

В данной работе отсутствуют исследования человека или животных.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ.

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Об авторах

Я. П. Лобачевский

Российская академия наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: lobachevsky@yandex.ru

доктор технических наук, академик РАН

Россия, Москва

Ю. Ф. Лачуга

Российская академия наук

Email: lobachevsky@yandex.ru

доктор технических наук, академик РАН

Россия, Москва

А. Ю. Измайлов

Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ

Email: lobachevsky@yandex.ru

доктор технических наук, академик РАН

Россия, Москва

Ю. Х. Шогенов

Российская академия наук

Email: lobachevsky@yandex.ru

доктор технических наук, академик РАН

Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы