Логические основы формализации технологий заготовки кормов из трав с операцией провяливания Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства_

4. Popov V.D., Perekopskiy A.N., Gornak V.N. Novye tekhnologii zagotovki kormov [New technologies of fodder making]. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaistva. 2004. N 12: 16-17. (In Russian)

5.Shlapunov V.N. Raigras odnoletnii [Annual ryegrass]. Kormoproizvodstvo. 1982. N 10: 1719. (In Russian)

6. Precision Harvesting Ltd - Silage 2016. Available at: https ://lsdmusi c. ru/downl oad/bD4othi aEQA/pre cision-harvesting-ltd-silage-2016 (accessed 05.11.2018)

7. Raigras odnoletnii na kormovuyu i semennuyu produktivnost' [Annual ryegrass for feed and seed productivity]. ( Krug A.D.,

Golosova O.T.(compilers). Syktyvkar. 1988: 3. (In Russian)

8. Popov V.D. et al. Puti razvitiya kormovoi bazy v Severo-Zapadnom regione Rossii [Ways to develop forage resources in the North-West region of Russia]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2001. N 72: 22-27. (In Russian)

9. Truzina L.A. Gerbitsidy na posevakh raigrasa odnoletnego s podsevom mnogoletnikh zlakovykh trav [Herbicides on the crops of annual ryegrass with under-seeding of perennial cereal grasses]. Proc. VIII Int. Sc. Prac. Conf. Krasnodar: KubGAU. 2017: 428-431. (In Russian)

УДК 631 171:55 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10095

ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЙ ЗАГОТОВКИ КОРМОВ ИЗ

ТРАВ С ОПЕРАЦИЕЙ ПРОВЯЛИВАНИЯ

В.Д. Попов, д-р техн. наук, академик РАН; А.И. Сухопаров, канд. техн. наук A.M. Валге, д-р техн наук;

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

При заготовке кормов из трав связь между видами кормов, технологическими операциями, процессами и техническими средствами имеет множественно-логический характер. Каждому виду корма соответствует некоторое множество технологий, множеству технологий соответствует множество выполняемых операций, последовательность выполнения которых соответствует физическим процессам изменения состояния травы. Каждая из операций характеризуется состоянием физических процессов в траве и может быть выполнена некоторым множеством технических средств. Для формализации технологий с целью последующей компьютерной реализации предлагается использовать математический аппарат логической алгебры. Рассмотрена общая логическая схема производства кормов из трав с операцией провяливания, на основании которой разработаны логические модели, как отдельных операций, так и всей технологии. Для компьютерной реализации разработанных моделей предлагается использовать реляционные системы управления базами данных.

Ключевые слова: корма из трав, технологический процесс, технологическая операция, провяливание, логические основания, формализация, пересекающиеся множества.

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2018. Вып. 97_

Для цитирования: Попов В.Д., Валге A.M., Сухопаров А.И. Логические основы формализации технологий заготовки кормов из трав с операцией провяливания // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 4(97). С.107-115

LOGICAL FRAMEWORK FOR FORMALISATION OF GRASS FODDER MAKING TECHNOLOGIES WITH AN AIR-CURING OPERATION

V.D. Popov, DSc (Engineering); A.I. Sukhoparov, Cand. Sc (Engineering)

A.M. Valge, DSc (Engineering);

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia

In grass fodder making, the relationship between the types of fodder, technological operations, processes and technical means has a multiple logic nature. Each type of fodder may be produced by a defined set of technologies; the defined set of technologies includes the set of operations performed, the sequence of which is governed by the physical processes of grass state change. Each operation is characterized by the state of physical processes in the grass and can be performed by a variety of technical means. To formalize the technologies for subsequent computer implementation, the use of mathematical apparatus of logical algebra is suggested. The general logical framework of grass fodder production with an air-curing operation was considered, which formed the basis to create the logic models of both separate operations and the whole technology. For computer implementation of created models, the use of relational database management systems is suggested.

Key words: grass, forage production, technological process, technological operation, air-curing, logical foundations, formalisation , overlapping sets.

For citation: Popov V.D., Valge A.M., Sukhoparov A.I. Logical framework for formalization of grass fodder making technologies with an air-curing operation. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. 4(97): 107-115(In Russian)

Введение

Основной задачей производства кормов из трав является преобразование выращенной травы в корм определенного вида с заданными количественными и качественными показателями. Вид корма и его характеристики зависят от тех процессов, и операций, которые выполняются с травой на всех стадиях заготовки. Каждый из видов кормов может быть получен множеством вариантов, отличающихся как

совокупностью операций, так и технико-экономическими показателями [1, 2]. Связь между видами кормов, технологическими

операциями, процессами, техническими средствами носит сложный, множественно-логический характер, обусловленный особенностями выполнения операций и их взаимоотношениям. Особое значение имеет операция провяливания травы [3], так как от конечной влажности провяливания зависит вид получаемого корма (подвяленный силос, сенаж, сено).

Каждому виду корма соответствует некоторое множество технологий, множеству технологий соответствует множество выполняемых операций, последовательность выполнения которых

соответствует как физическим процессам изменения состояния травы, так и предшествующим операциям [4].

Материалы и методы

При проектировании технологий производства кормов из трав возникает множество задач, обусловленных

множественным характером, как исходных ситуаций, так и возможных решений. Широкий выбор способов и технических средств обеспечивает многовариантность технологий. В связи с этим в условиях современных технологических и

технических возможностей оптимальное решение может быть найдено из множества

проектировании [5, 6].

Технология реализуется в определенных почвенно-климатических и

производственных условиях, каждое из которых можно представить в виде некоторого множества. В общем случае их взаимодействие можно представить в виде произведения Эйлера [7].

Любая технология, как и технологический процесс, характеризуется сложными взаимодействиями

пересекающихся множеств и осуществима, если свойства объектов совместимы между собой.

ВТ- технологии (традиционная, интенсивная, высокая) взаимодействуют множества: ПУ - почвенно-климатические условия (механический состав, степень увлажнения, степень окультуренности почвы, степень каменистости полей и др.); ПР - производственные условия (площади посадки, сорт травы, использованные удобрения и др.); ТП - технологические процессы; ТО - технологические операции; КМ - комплексы машин (отечественные или зарубежные фирмы: БежецкСельМаш, Claas, KRONE, и др.).

Варианты реализации технологий -^ваРз могут быть представлены в виде системы уравнений соотношения множеств:

{ПУ х ПР) гл ПР = П (ПхТ)глП = ТХ {Тх х ТП) глТх -Т2 (Т2 х ТО) гл Т2 - Т3 Тъ хКМ)глТъ = Т4

N ВАР - П + Тх+Т2+Т3+Т4 где П -

2 1 ^ 3 ' * 4 ,

число возможных вариантов взаимодействий ПУ и ПР; Т1...Т4 - число возможных вариантов взаимодействий

множеств; X _ знак произведения Эйлера для множеств; П - пересечение соответствующих множеств.

В различных ситуационных условиях возможны различные варианты реализации технологического процесса.

Технологические процессы, операции, состояния травы при производстве кормов связаны сложными отношениями объектов, которые, используя символику логики, можно выразить в виде следующих представлений.

Между технологическими объектами существует отношение принадлежности, его можно выразить одноместным предикатом Р1:(х). Областью изменения предметной переменной - х является множество всех технологических объектов - Т, а в качестве имени одноместного предиката - Р1 используется имя какого-либо свойства технологического объекта. Имя

одноместного предиката является переменной величиной.

Кроме отношения принадлежности среди технологических процессов и их свойств, существует отношение

совместимости. Для обозначения отношения совместимости используется символ "•«-»■". Используя <31:1 - в качестве отношения совместимости, получим следующее утверждение - для каждого

(1)

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал _ИАЭП. 2018. Вып. 97_

технологического объекта найдётся другой технологический объект, который совместим с первым в процессе обработки: у х или 011 (х, у).

Используя символику логики предикатов [3] (V- квантор всеобщности, 3 - квантор существования), можно записать:

\/хЗу(х у)шиV(2)

для любого объекта - х из множества Г всегда найдётся другой технологический объект — у из этого множества либо другого подмножества, который совместим с первым в процессе проектирования технологии.

Между технологическими объектами существует отношение следования, для каждого технологического объекта найдётся другой технологический объект, связанный с первым отношением следования. Все технологические объекты должны быть упорядоченными. Для обозначения этого отношения используется знак "-<" : х-<у или (^2 (х, у), где х, у - символы каких либо технологических объектов. Используя символику предикатов отношение (^2 (х, у) можно отобразить как:

У хЗу(х-< у)или\/хЗу^12(х,у)\^ (з)

для каждого технологического объекта - х из множества Т существует другой технологический объект - у, связанный с первым отношением следования.

В технологии существуют ситуации, когда один объект предопределяет другой. Для обозначения предопределения употребляется символ "—х—>у Qtз (х, у). Используя логику предикатов отношение предопределения можно отобразить в следующем виде:

\/хЗу(х у)ши\/хЗу^1ъ{х,у)\^ (4)

существует технологический объект - х из множества Г, который предопределяет другой технологический объект — у из того же множества, либо подмножества. Отношение предопределения, как и

отношение совместимости, существуют между различными объектами.

Используя операции математики логики и теории множества - дизъюнкция, а -конъюнкция, - импликация, V - квантор всеобщности можно описать зависимости между технологическими объектами и их свойствами.

Результаты и обсуждение

провяливания занимают важное место в животноводстве крупного рогатого скота в Ленинградской области и Северо-Западной зоне России. В зависимости от конечной влажности провяливания получаются различные виды кормов (сено, сенаж, подвяленный силос). Для производства таких кормов используются различные технологии, технологические процессы и комплексы машин [8].

Основные варианты процессов и технологических операций производства кормов с операцией провяливания приведены в таблице 1. В графическом виде соотношения между технологическими процессами и операциями представлены на рисунке 1.

Для формализации технологии производства кормов из провяленных трав используются логические функции и построенные на их основе модели.

Используя данные из таблицы и операции математической логики и теории множеств можно записать технологические процессы, входящие в состав технологии производства кормов из трав в виде математических моделей. Для представления логических моделей используются следующие символы операций [9]:

V - дизъюнкция (логическое «или»);

Л - конъюнкция (логическое «и»); => - импликация («влечёт»);

V - квантор всеобщности («для любых, для всех»);

квантор

существования

{ | } - множество элементов, удовлетворяющих условию;

- принадлежность к множеству.

Таблица 1

Варианты технологических процессов и операций заготовки кормов из подвяленных трав

Технологический процесс и его обозначение Варианты выполнения технологического процесса Обозначение технологического процесса Технологические операции, входящие в технологический процесс Обозначение технологической операции

1 2 3 4 5

Скашивание травы (ТП1) 1. В прокос 2. В валок 11 12 1. Без обработки till, t121

2. Плющение t112, t122

3. Кондиционирование t113, t123

Провяливание травы (ТП2) 1.В прокосе 2. В валке 21 1. Ворошение в прокосах t211

22 2. Оборачивание валков t222

Подбор провяленной травы (ТПЗ) 1. Рассыпное (сено) 31 1. Сгребание в валки 2. Сдваивание валков t311 t312

2. В тюках (сено) 32 1. Сгребание в валки 2. Сдваивание валков 3. Прессование в тюки с погрузкой t311 t312 t322

3.В рулонах (сено, сенаж) 33 1. Сгребание в валки 2. Сдваивание валков 3. Прессование в рулоны t311 t312 t333

4. Измельченное (сено, сенаж, силос) 34 1. Сгребание в валки 2. Сдваивание валков 3. Измельчение с погрузкой t311 t312 t342

Погрузка корма (ТП4) 1.Погрузка рассыпного сена 41 1. Погрузчик рассыпного сена t411

2. Погрузка рулонов 42 2. Погрузчик рулонов t412

Транспортиро вка корма (ТП5) 1. Автомобилем 51 1. Автомобиль t511

2. Тракторным прицепом 52 2. Тракторный прицеп t512

Доработка корма в хранилище (ТП6) 1. Укладка в хранилище 61 1. Погрузчик t611

2. Досушивание в хранилище 62 2. Система досушивания t612

3. Трамбовка с внесением консерванта 63 3. Система трамбовки с внесением консерванта t613

Используя логическую символику, основные технологические операции, можно представить в виде следующих логических уравнений:

- технологическая операция скашивание травы:

\/(7771)Э => (11 л12) е ({ЮЦ | [Й11]} V . {юц | [ащ^юу^ | [а 13]»

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ПАЭП. 2018. Вып. 97_'

- технологическая операция провяливания травы:

У(7772)3 => ((21) е ({КМ1 | [1211]})) V ((22) е ({КЧ | [1222]}))

технологическая операция подбора провяленной травы:

¥(ГЛЗ)3 => ((31) е ({КМ; [1311]^ {КМ; | [11312]} \/((32) е ({КМ; |[t311]}v{KMi 1312]} л {КМ; | [И322]}Ж((33) ^ е ({КМ; |[t311]}v{KM¡ 1312]} л {КМ; | [И333]}ж((34) е ({КМ; |[t311]}v{KM¡ 1312]} л {КМ; [И342]}))

- технологическая операция погрузки:

(8)

транспор-

У(Ш4)3^>((41)е({КМ1 |[t411]}))v ((42)e({KMi|[t412]})) ^ технологическая операция тировки:

V(7775)3=>((51)e({KM; |[t511]}))v

((52) ^{КМ^^]}))

^уехнологическая операция доработки корма в хранилище:

V(7776)3 => ((61) е ({КМ; | [t611]})) v ((62)e({KMI|[t612]}))

(9)

(10)

Рис. 1. Графическое представление соотношений между технологическими процессами и операциями при заготовке кормов с провяливанием в условиях Северо-Запада России

На основании формул (5)-(10) и графа (см. рис. 1) и используя символику математической логики и теории множеств, запишем один из вариантов выполнения технологии механизированного

производства подвяленного корма в рулонах {ТЗЗ) в виде математической модели:

(77733)3 =>[11е{КМ; |[till]}]л [21e{KMi|[t211]}]A[33e{Ei t | [t311]}]/\

A [33 e {KM; I [t 1333]}] A

[42 e {KM; | [t412]} ] л [52 e {КМ; | [t512]} ] a

(И)

A [61 G {KM; | [t61 1]}] .

Используя свойство совместимости (2) для производства рулонного корма (ТЗЗ)

можно составить ещё несколько уравнений, отличающихся технологическими

операциями и техническими средствами, т.е. для производства рулонного корма, как и других видов кормов, имеется определенное множество возможных вариантов реализации технологии.

Множественно-логическое описание совокупностей технологических вариантов, операций и технических средств подразумевает, что оно содержит конечное множество вариантов, среди которых, обязательно должны быть один или несколько, удовлетворяющих заданным технико-экономическим требованиям. Такой подход позволяет использовать возможности реляционной системы управления базами

фильтрации данных из некоторой

совокупности для выбора оптимальных вариантов.

Реляционные СУБД позволяют реализовать множественно-логические

уравнения путём связи по ключевым полям таблиц используя следующие правила:

-объединение тех полей, которые в связанных таблицах совпадают;

-объединение всех полей первой таблицы и только тех полей, которые во второй таблице совпадают с полями первой;

-объединение всех полей второй таблицы и только тех полей, которые в первой таблице совпадают с полями второй.

В результате объединения таблиц по ключевым полям образуется многомерное пространство, содержащее всю возможную информацию по многовариантному

представлению проектируемой технологии соответствующей заданным условиям и требованиям.

Для выбора оптимального варианта, соответствующего конкретным, природно-климатическим, погодным и хозяйственным условиям, должны быть выполнены сравнительные технологические и технико-экономические расчеты.

Выводы

1. Природно-климатические, погодные, производственно-хозяйственные условия и технологии производства кормов из подвяленных трав представляют собой многомерные совокупности пересекающихся множеств содержащих множество вариантов возможных реализаций технологий для конкретных природно-климатических, погодных и хозяйственных условий.

2. Технологии производства кормов из подвяленных трав представляют собой логически взаимосвязанные процессы технологий, операций, технических средств, объединённых свойствами совместимости, следования, предопределения и образуют множества вариантов реализации технологий, отличающихся свойствами и технико-экономическими показателями.

3. Для реализации множественно-логических совокупностей технологических вариантов, операций и технических средств при проектировании технологий возможно использование реляционных СУБД путём использования реляционных логических связей по ключевым полям взаимодействующих таблиц.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Попов В.Д., Валге A.M., Сухопаров А.И. Оценка эффективности технологий производства кормов из трав по экономическим критериям // Технологии и технические средства механизированного

производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. №90. С. 83-90. 2. Валге A.M., Сухопаров А.И. Оценка эффективности технологических процессов заготовки кормов из трав // Технологии и

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал _ИАЭП. 2018. Вып. 97_

технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 3(96). С. 129-138.

3. Валге A.M., Сухопаров А.И., Ерохин И.В., Гайдидей C.B. Определение компонент уравнения сушки травы по

Молочнохозяйственный вестник. 2017. №1 (№25). С.77-83.

4. Сухопаров А.И. Условия и показатели управления технологиями заготовки кормов из трав и зерна // Технологии и технические средства механизированного производства

животноводства. 2010. №82. С. 17-24.

Информационная и структурная модели управления технологиями в растениеводстве // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2010. №3. С. 78.

6. Попов В.Д., Валге A.M. Моделирование и оптимизация процессов и технологий заготовки кормов из трав в условиях Северо-Запада России. СПб.: СЗНИИМЭСХ. 2005. 176 с.

исследованию операций / Под общей

Воениздат. 1979. 386 с.

8. Попов В.Д., Максимов Д.А., Морозов Ю.Л. и др. Технологическая модернизация отраслей растениеводства АПК СевероЗападного федерального округа. СПб. : ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. 2014. 288 с.

9. Болдина О.Б. Математические основы теории конечных автоматов. СПб.: СПбГМТУ 2006. 76 с.

10. Король В.И. Разработка приложений в MS Access. M.: ПРИОР. 1998. 274 с.

REFERECES

1. Popov V.D., Valge A.M., Sukhoparov A.I. Otsenka effektivnosti tekhnologii proizvodstva kormov iz trav po ekonomicheskim kriteriyam [Assessment of forage making technologies by economic criteria]. Tehnologii i tehnicheskie sredstva mehanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016. N 90: 83-90. (In Russian)

2. Valge A.M., Sukhoparov A.I. Otsenka effektivnosti tekhnologicheskikh protsessov zagotovki kormov iz trav [Efficiency assessment of technological processes of grass fodder making]. Tehnologii i tehnicheskie sredstva mehanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. N 3(96): 129-138. (In Russian)

3. Valge A.M., Sukhoparov A.I. Erokhin I.V., Gaididei S.V. Opredelenie komponent uravneniya sushki travy po eksperimental'nym dannym [Defining component equations of drying herbs on experimental data].

Molochnokonservnyi vestnik, 2017. N 1 (25): 77-83. (In Russian)

4. Sukhoparov A.I. Usloviya i pokazateli upravleniya tekhnologiyami zagotovki kormov iz trav i zerna [Grass and grain fodder production control]. Tehnologii i tehnicheskie sredstva mehanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2010. N 82: 17-24. (In Russian)

5. Popov V.D., Sukhoparov A.I. Informatsionnaja i strukturnaja modeli upravlenija tehnologijami v rastenievodstve [Information and structural models of technology management in crop production]. Vestnik Rossijskoj akademii sel'skohozjajstvennyh nauk. 2010; N 3: 7-8. (In Russian)

6. Popov V. D., Valge A.M. Modelirovanie i optimizatsiya protsessov i tekhnologii zagotovki kormov iz trav v usloviyakh Severo-Zapada Rossii [Modeling and optimization of processes

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства_

and technologies of grass forage making in the North-West of Russia]. Saint-Petersburg: SZNIIMESH. 2005: 176. (In Russian)

7. Abchuk V.A. et al. Spravochnik po issledovaniyu operatsii [Handbook of operations research. F.A. Matveichuk (ed.)]. Moscow: Voenizdat Publ. 1979: 386. (In Russian)

8. Popov V.D., Maksimov D.A., Morozov Yu.L. et al. Tehnologicheskaja modernizatsija otraslej rastenievodstva APK Severo-Zapadnogo federal'nogo okruga [Technological modernization of crop production sectors in the

agro-industrial complex of the North-Western Federal District]. Saint-Petersburg:

SZNIIMESH. 2014: 288. (In Russian)

9. Boldina O. B. Matematicheskie osnovy teorii konechnykh avtomatov [Mathematical foundations of the theory of finite automata]. Saint-Petersburg: SPbGMTU, 2006: 76. (In Russian)

10. Korol V.I. Razrabotka prilozhenii v MS Access [Application Development in MS Access]. Moscow: PRIOR, 1998. 274. (In Russian)

УДК 631 171:55 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10096

МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЗАГОТОВКИ

КОРМОВ ИЗ ТРАВ

A.M. Валге, д-р техн. наук; А.И. Сухопаров, канд. техн. наук

М.А. Ерёмин, канд. техн. наук;

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

В статье представлена методика моделирования технологического процесса заготовки кормов из трав. Новизна работы заключается в том, что моделирование технологического процесса заготовки кормов осуществляется на базе разработанной многоуровневой модели заготовки кормов из трав, имеющей многоступенчатую иерархическую структуру. Моделирование технологии целесообразно осуществлять на уровне отдельных операций и из них уже непосредственно формировать саму технологию заготовки определённого вида корма, и в целом процесс заготовки кормов из трав. Разработка методики производилась на основании учёта потенциала кормовых угодий, погодно-климатических и экономико-хозяйственных условий, технико-технологических параметров кормозаготовительных машин и сравнительной оценки по выходным параметрам экономического и энергетического характера. Основным показателем, относительно которого производится анализ технологического процесса, является качественный показатель корма - содержание обменной энергии. Моделирование технологий заготовки кормов из трав включает в себя ряд этапов: учёт природно-климатических и экономико-хозяйственных условий заготовки кормов из трав; оценка потенциала кормовых угодий; выявление для реализации существующих вариантов технологий заготовки кормов с оценкой их технико-экономических показателей применительно для рассматриваемых условий; сравнительный анализ технологических альтернатив; принятие решения при реализации смоделированных технологий. Моделирование технологий производства кормов содержит достаточно большое количество расчётов, ввиду огромного количества факторов, обуславливающих протекание технологического процесса заготовки кормов из трав. Поэтому моделирование целесообразно осуществлять на базе информационных технологий, чему будет