Informatyczny system zarządzania eksploatacją maszyn rolniczych użytkowanych kampanijnie

Transkrypt

1 Piotr Szczyglak 1, Jerzy Napiórkowski 2 Uniwersytet Warmińska-Mazurski w Olsztynie Informatyczny system zarządzania eksploatacją maszyn rolniczych użytkowanych kampanijnie 1. Wprowadzenie W okresie dynamicznego rozwoju informatyki i telekomunikacji można zaobserwować rozwój oprogramowania narzędziowego do wspomagania procesu zarządzania gospodarstwem rolnym. Coraz częściej, z tego rodzaju wsparcia korzystają rolnicy, z gospodarstw małoobszarowych. Przeprowadzone badania w 83 gospodarstwach o powierzchni od 1 do 20 ha wykazały, iż rolnicy są gotowi na przyjęcie rozwiązań informatycznych wspomagających zarządzanie procesami produkcyjnymi, w ich gospodarstwie [5]. Na rynku oferowane są programy wspomagające zarządzanie zarówno produkcją roślinną, jak i zwierzęcą. Do programów wspomagających proces zarządzania produkcją roślinną zaliczyć można: Bitfarma [12], Agroasystent [10], Agrar-Office [9], Agrospot [11], elmidr AgrarGIS [15], egospodarstwo [7], OTR-7 [4, 6], Nawozy-2 [2], Agregat-2 [3], Bilenero [13], Dozem-2 [1], NawSald [16], MacroBil [16], Plano RSN [16], InfoPlant [16], Agrosystem [14]. Analiza wymienionego oprogramowania wykazała, iż większość programów przeznaczona jest do wspierania produkcji roślinnej w gospodarstwie, ma charakter sprawozdawczy i wykorzystywane jest do sterowania jego bieżącą działalnością. Mamy możliwość analizy kosztów produkcji, na podstawie zarejestrowanych danych, w czasie procesu produkcyjnego. W przypadku zmiany profilu produkcyjnego gospodarstwa nie mamy możliwości prognozowania kosztów procesów roboczych, ze względu na brak danych do analizy. Narzędzia do prognozowania kosztów związanych z użytkowaniem maszyn pozwoliłyby zminimalizować koszty produkcji już w pierwszym roku, po zmianie profilu produkcyjnego w gospodarstwie. Kolejnym nierozwiązanym problemem jest optymalny dobór parku maszynowego do wymogów produkcji roślinnej. Często, po zakupie drogich maszyn okazuje się, że są one nieekonomiczne w eksploatacji lub w przypadku agregatów maszynowych, niewłaściwie dobrane. Problem ten można by rozwiązany dzięki wykorzystaniu symulatorów pracy maszyn rolniczych. Oprogramowanie tego typu powinno umożliwiać dowolną konfigurację agregatów maszynowych stosowanych w rolnictwie, w celu porównania ich parametrów roboczych. Dodatkowo programy tego typu muszą uwzględniać w swej strukturze charakterystyki funkcjonalne poszczególnych maszyn. Przeprowadzane obliczenia powinny pozwolić oszacować koszty zużycia paliwa i wydajność maszyn. Bardzo często operatorzy maszyn mają niewielką wiedzę na temat ich własności funkcjonalnych. Oprogramowanie narzędziowe powinno umożliwiać optymalne dobranie parametrów sterowania maszyną (wybór przełożenia i prędkości obrotowej wału korbowego silnika), tak by uzyskać najniższe zużycie paliwa, przy akceptowalnej wydajności. Tego typu programy narzędziowe mogą funkcjonować jako niezależne aplikacje lub jako moduły programowe już istniejących aplikacji (jak w przypadku współpracy programu Bilenero, z aplikacją OTR- 7 ). Z wyżej wymienionych powodów opracowano aplikację o nazwie Sym-paliwo, która posiadać będzie w swej strukturze opcje, niedostępne w oprogramowaniu wykorzystywanym obecnie przez rolników. 1 Dr inż., P. Szczyglak, adiunkt, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk Technicznych, Katedra Budowy Eksploatacji Pojazdów i Maszyn 2 Dr hab. inż. prof. UWM, J. Napiórkowski, adiunkt, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk Technicznych, Katedra Budowy Eksploatacji Pojazdów i Maszyn 4101

2 2. Właściwości funkcjonalne programu Sym-paliwo Program Sym-paliwo umożliwia prognozowanie kosztów związanych z zużyciem paliwa podczas produkcji roślinnej. W jego bazach wiedzy istnieje możliwość przechowywania danych dotyczących: charakterystyk użytkowych maszyn (np. charakterystyki mocy, charakterystyki jednostkowego zużycia paliwa, przełożenia w układzie przeniesienia napędu, itp.), właściwości roślin (np. plon, stosunek słomy do ziarna, itp.) i parametrów charakteryzujących proces roboczy (np. jednostkowe zapotrzebowanie na moc, moc odbierana od WOM-u, itp.). Komponowanie procesu technologicznego związanego z uprawą roślin realizowane jest w następującej kolejności: dobór maszyny lub agregatu maszynowego; przeprowadzenie obliczeń, których wynikiem jest przyjęcie optymalnego przełożenia i prędkości roboczej, z uwzględnieniem uwarunkowań środowiskowych i właściwości procesu roboczego; zadeklarowanie upraw; zadeklarowanie zabiegów agrotechnicznych; wygenerowanie raportu zawierającego zużycie paliwa dla zadeklarowanych zabiegów agrotechnicznych. W programie, zużycie paliwa szacowane jest w oparciu o bilans mocy użytkowanej maszyny. W odróżnieniu od algorytmu funkcjonowania programu Bilenero opartego o statyczny bilans mocy ciągnika, aplikacja Sym-paliwo oblicza moc potrzebną do wykonania zabiegu na drodze symulacji czasu rzeczywistego, a zmienność warunków roboczych, wyznaczana jest przez generator liczb losowych. Zużycie paliwa w czasie wykonywania zabiegów agrotechnicznych obliczana jest na podstawie trzech algorytmów: szacowania zużycia paliwa w procesie zbioru nasion kombajnem, który oparty został o badania przeprowadzone przez Cepый Г. Ф. i innych [18], a szczegółowo opisany w pracy [19]; szacowania zużycia paliwa w procesie orki opisany w pracy [17]; szacowania zużycia paliwa w procesach agrotechnicznych i transportowych z wyłączeniem orki, opartego na danych zawartych w pracy [8]. Opracowane algorytmy zapisano cyfrowo w programie Delphi. Interfejs graficzny programu Sym-paliwo (okna do obsługi symulacji przeprowadzanych w czasie rzeczywistym) przedstawiono na rysunku

3 Rys. 1 Interfejs graficzny programu Syn-paliwo (moduł symulacji pracy agregatu). 3. Wyniki obliczeń wygenerowane w programie Sym-paliwo W celu przedstawienia wybranych możliwości funkcjonalnych programu Sym-paliwo przeprowadzono obliczenia zużycia paliwa dla dwóch agregatów maszynowych (agregat nr 1 ciągnik Fend Favorit 512C 4WD + pług Tur U137, agregat nr 2 ciągnik Ursus pług Tur U137), dla różnych nastawów prędkości obrotowej wału korbowego silnika n s i przyjętego przełożenia. W czasie symulacji przyjęto następujące parametry charakteryzujące proces roboczy: realizowany zabieg (orka), rodzaj podłoża (ściernisko suche), typ gleby (średniozwięzła glinkowata), współczynnik tarcia pługa o podłoże ( =0,37-0,38), nachylenie terenu ( =0 ), poślizg kół napędowych ( =0,03-0,05), sprawność układu przeniesienia napędu ( =0,85), masa operatora (m o =80kg), wskaźnik wydajności operacyjnej (W 02 =0,98), współczynnik wykorzystania szerokości roboczej (k w =0,93-0,95), głębokość orki (b=0,25m). Na rysunku 2 przedstawiono wizualizację wyników obliczeń wygenerowanych w programie Syn-paliwo. 4103

4 Rys. 2. Wizualizacja wyników obliczeń przeprowadzonych w programie Syn-paliwo. Po analizie obliczonych wartości stwierdzono, że agregat maszynowy nr 1 zużył mniej paliwa od agregatu nr 2, dla orki o tych samych parametrach (tab. 1). Tabela 1. Zestawienie wyników z badań symulacyjnych Parametry procesu roboczego Agregat nr 1 (ciągnik Fend Favorit 512C 4WD + pług Tur U137) Agregat nr 2 (ciągnik Ursus pług Tur U137) Minimalne zużycie paliwa 14,89 [dm 3 /ha] 21,62 [dm 3 /ha] Zużycie paliwa przy największej wydajności 18,87 [dm 3 /ha] 29,6 [dm 3 /ha] Wydajność przy minimalnym zużyciu paliwa 0,47 [ha/h] 0,49 [ha/h] Maksymalna wydajność 1,08 [ha/h] 1,06 [ha/h] Nastawy przy minimalnym zużyciu paliwa Bieg nr 4, n s =1400 [obr/min] Bieg nr 4, n s =2000 [obr/min] Nastawy przy największej wydajności Bieg nr 7, n s =2200 [obr/min] Bieg nr 9, n s =2300 [obr/min] 4104

5 W przypadku nastaw dla minimalnego zużycia paliwa, agregat nr 1 zużył go o 31% mniej, natomiast przy nastawach dla maksymalnej wydajności, zużycie paliwa było mniejsze o 36%. Obliczone wartości zużycia paliwa w obu przypadkach uzyskano przy zbliżonej wydajności. Przeprowadzone badania symulacyjne umożliwiają podjęcie decyzji o optymalnych nastawach agregatu, jakie wymagane są, by uzyskać minimalne zużycie paliwa lub maksymalną wydajność. Mogą być też przeprowadzone, w celu doboru optymalnego parku maszynowego w gospodarstwie rolnym, pod względem wydajności i kosztów eksploatacji. Dodatkowo program Sym-paliwo ma możliwość prognozowania zużycia paliwa w procesie uprawy roślin. Interfejs graficzny programu, z przyjętą listą zabiegów agrotechnicznych i raportem zużycia paliwa przedstawiono na rysunku 3. Przeprowadzona analiza dotyczyła uprawy pszenicy ozimej o areale 10 ha. W czasie symulacji prac agrotechnicznych używano ciągnika Fend Favorit 512C 4WD zagregowanego z maszynami i narzędziami. Do zbioru nasion użyto kombajnu Claas Tucano 470. Przeprowadzone obliczenia uwzględniały: orkę przedsiewną (głębokość 20 cm), siew, uprawę przedsiewną agregatem uprawowym, trzykrotne nawożenie nawozami mineralnymi, dwukrotny oprysk, zbiór kombajnem z rozdrobnieniem słomy, transport nasion do miejsca składowania, podorywkę (7 cm) i bronowanie. Rys. 3. Interfejs graficzny programu Syn-paliwo (moduł szacowania zużycia paliwa w procesie agrotechnicznym). Dla tak przyjętych założeń program obliczył prognozowane zużycie paliwa na poziomie 416,85 dm 3, o łącznym koszcie zakupu 2251,01 PLN (przy cenie ON 5,4 PLN/dm 3 ). 4105

6 4. Podsumowanie Przeprowadzone analizy wykazały, że oprogramowanie narzędziowe do wspomagania procesu zarządzania gospodarstwem rolnym mają charakter sprawozdawczy i przeznaczone są głównie do sterowania jego bieżącą działalnością. Brakuje narzędzi przeznaczonych do symulowania procesów roboczych, z uwzględnieniem uwarunkowań środowiskowych, charakterystyk maszyn i ich nastaw. Program Sym-paliwo pod względem funkcjonalnym jest uzupełnieniem już stosowanych programów narzędziowych dedykowanych sektorowi rolniczemu. Umożliwia on obliczenia wartości parametrów roboczych maszyn, realizujących zabiegi agrotechniczne. Uzyskane w ten sposób wyniki mogą zostać wykorzystane podczas doboru optymalnego parku maszynowego pod względem minimalizacji kosztów eksploatacji i uzyskiwanej wydajności. Przeprowadzone obliczenia wykazały na przykładzie dwóch agregatów maszynowych, że możliwe jest zminimalizowanie zużycia paliwa podczas wykonywania zabiegu agrotechnicznego, poprzez odpowiednie jego nastawy (różnica między minimalnym i maksymalnym zużyciem paliwa, obliczonym dla różnych nastaw: agregat nr 1 6,73 dm 3, agregat nr 2 10,73 dm 3 ). W przypadku doboru agregatu obliczenia wykonane z programie wykazały zmniejszenie zużycia paliwa podczas orki nawet o 36% na korzyść agregatu nr 1. Dodatkowo program Sym-paliwo umożliwia prognozowanie kosztów zużycia paliwa w procesie uprawy roślin oraz generowanie jego terminarza. Dzięki temu rolnik może dokładniej planować wydatki związane z produkcją w gospodarstwie rolnym, a w przypadku zmiany profilu produkcji, prognozować zużycie paliwa na podstawie bazy wiedzy zapisanej w programie Syn-paliwo. Streszczenie W pracy przeanalizowano pod względem funkcjonalnym, oprogramowanie narzędziowe wspomagające proces zarządzania gospodarstwem rolnym. Zidentyfikowano problematykę związaną z prognozowaniem zużycia paliwa w procesach agrotechnicznych. Opracowano algorytmy zużycia paliwa uwzględniające charakterystyki techniczne maszyn, uwarunkowania środowiskowe i właściwości procesów agrotechnicznych. Opracowane algorytmy zapisano cyfrowo w środowisku Delphi. Na podstawie wykonanego oprogramowania wygenerowano prognozy zużycia paliwa dla przykładowych procesów produkcyjnych. It system for managing the operation of agricultural machinery used in harvest campaigns Abstract This paper analyzes the functionality of a utility software program supporting the farm management process. The problems connected with predicting fuel consumption in agricultural processes are identified. Fuel consumption algorithms were developed taking into account the technical characteristics of machinery, environmental conditions and features of agricultural processes. The developed algorithms were recorded digitally in the Delphi environment. Fuel consumption predictions for production processes were generated based on the created software program. 5. Literatura [1] Cupiał M., Tabor S.: Program wspomagający ocenę inwestycji mechanizacyjnych Dozem 2, Inżynieria Rolnicza 6/2005, str [2] Cupiał M.: Program wspomagający nawożenie mineralne Nawozy 2, Inżynieria Rolnicza 14/2005, str [3] Cupiał M., Kuboń M.: Dobór środków transportowych dla gospodarstwa przy pomocy programu Agregat-2, Inżynieria Rolnicza 14/2005, str [4] Cupiał M.: System wspomagania decyzji w gospodarstwie rolnym. Rozprawa habilitacyjna. Inżynieria Rolnicza 9(84)/2006. [5] Cupiał M.: Zapotrzebowanie na programy komputerowe w rolnictwie na przykładzie gospodarstw województwa małopolskiego, Inżynieria Rolnicza 9(107)/

7 [6] Cupiał M., Kobuszewski M.: Optymalizacja wyposażenia technicznego wybranych gospodarstw przy pomocy programu OTR-7, Inżynieria Rolnicza 8(133)/2011, str [7] Kozakiewicz J.: Informatyczny system zarządzania grupą maszyn w gospodarstwie rolnym, Praca magisterska napisana pod kierunkiem dr inż. Piotra Szczyglaka, Olsztyn [8] Kuczewski J.: Podstawy użytkowania maszyn w pracach polowych, PWRiL, Warszawa [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Michalski R., Szczyglak P.: Model diagnostyczny pracy agregatu maszynowego, III Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Motoryzacja i Energetyka Rolnictwa, Lublin 2001, s [18] Cepый Г. Ф., Косилов Н. И. I inni: Зерноуборочные комбайны, ГРОПРОМИЗДАТ, Москва [19] Szczyglak P., Szkolmowski R.: Model pokładowego układu kontroli stanu i funkcjonowania zespołów roboczych kombajnu zbożowego Bizon, Praca magisterska napisana pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Ryszarda Michalskiego, Olsztyn