CC BY
25
10. Medvedev V. I., Kazakov Ju. F., Maka-rov V. S., Akimov A. P., Fadeev A. F. A. S. № 858589 (SSSR) A01B 15/20. Sel'skohozjajstvennyj agrégat dlja raboty na sklonah (The agricultural unit for work on slopes), № 2763803/30-15; zajavl. 10.05.79; opubl. 30.08.81. Bjul. 32.
11. Dubrovskij A. A. Vibratsionnaja tehnika v sel'skom hozjajstve (The vibration equipment in agriculture) [Tekst]. M. : Mashinostroenie, 1968. 204 p.
12. Babitskij L. F. Teoreticheskie osnovy vibrou-darno-kontaktnogo vzaimodejstvija rabochih organov s pochvoj (Theoretical bases vibration-contact interaction of working bodies with the soil), Tehnika v sel'skom hozjajstve, 1994, № 5. pp. 17-18.
13. Vasil'ev A. G., Kazakov Ju. F., Maksi-mov A. V. Pat. 2544622 RF, MPK A01V 13/16, A01V 13/08, A01V 15/00, E02V 11/02. Podpokrovnyj ry-hlitel' pochvy (Subintegumentary ripper of the soil). № 2014109204; Zajavl. 11.03.2014; Opubl. 20.03.15. Bjul. 8.
14. Kazakov Ju. F., Agenosova T. Ju., Ageno-sov D. I., Ivanov V. N., Petrov A. P. Pat. 2410859 RF, A01C 7/00, A01B 49/06. Sejalka polosnogo poseva (Seeder of band crops). № 2009110642; zajavl. 23.03.2009. Opubl. 10.02.11. Bjul. 4.
15. Kazakov Ju. F., Maksimov A. V. Rabochie organy-mehanizmy dlja pochvoobrabotki (Working bodies-gears for processing of the soil), Materialy Vse-rossijskoj nauchno-prakticheskoj konferentsii «Sov-remennoe sostojanie prikladnoj nauki v oblasti mehani-ki i Genergetiki». Cheboksary. FGBOU VO Chuvash-skaja GSHA, 2016. pp. 98-103.
16. Chatkin M. N. Obosnovanie skorosti vozdej-stvija rotatsionnyh rabochih organov pochvoobraba-tyvajuschih frez na pochvu (Justification of speed of impact of rotational working bodies of soil-cultivating mills on the soil), Mehanizatsija i 'elektrifikatsija sel'skogo hozjajstva, 2008, № 3. pp. 39-40.
17. Medvedev V. I., Kazakov Ju. F. Vybor konst-ruktivnyh parametrov i rezhimov raboty borozdovskry-vatelej derninnyh sejalok (The choice of design data and operating modes of disk furrows on meadows for seeders), Traktory i sel'hozmashiny, 1984, № 9. pp.21-22.
18. Kazakov Ju. F. Obosnovanie pochvoobraba-tyvajuschih rabochih organov s vintovoj poverhnost'ju ( J ustification of soil-cultivating working bodies with a screw surface), Mehanizatsija i 'elektrifikatsija sel'skogo hozjajstva. 2005, № 1. pp. 8-9.
19. Kazakov Ju. F. Analiz raboty lopastnyh pochovoobrabatyvajuschih rabochih organov na osnove godografa skorostej (The analysis of work bladed of working bodies on the basis of a godograf of speeds), VestnikKrasnojarskogo GAU, 2005, № 7. pp. 179-183.
20. Medvedev V. I., Chegulov V. V., Maka-rov V. S. , Mazjarov V. P., Kazakov Ju. F. Pat. 2057411 RF A01B 13/16, A01B 23/06. Sposob poverhnostnoj obrabotki i ustrojstvo dlja ego osuschestvlenija (Way of surface treatment of the soil and the device for his implementation), № 5045878/15. Zajavl. 06.04.1992, opubl. 10.04.96. Bjul. 10.
Дата поступления статьи в редакцию 10.02.2017, принята к публикации 14.04.2017.
05.20.00 УДК 636.085.55
ПРИНЦИП МОДУЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННЫХ КОМБИКОРМОВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
© 2017
Брагинец Сергей Валерьевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела механизации животноводства
Аграрный научный центр «Донской», «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации
и электрификации сельского хозяйства», Зерноград (Россия) Бахчевников Олег Николаевич, кандидат технических наук, научный сотрудник отдела механизации животноводства Аграрный научный центр «Донской», «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации
и электрификации сельского хозяйства»,Зерноград (Россия)
Аннотация
Введение. В настоящее время понятие «модульный принцип построения» применительно к комбикормовому производству отчетливо не сформулировано и нуждается в уточнении.
Материалы и методы. Исследования выполнены в «Аграрном научном центре «Донской», «СевероКавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства», Ростовская область, Россия. Методами исследования являлись системный анализ и синтез.
Результаты. Особенность существующих контейнерных модульных заводов состоит в том, что модули являются не технологическими, а конструктивными. На основе проведенного анализа был сделан вывод о
33
необходимости совмещения конструктивного и технологического модуля при проектировании модульных комбикормовых предприятий. Применение модульного принципа эффективно при оформлении технологического модуля в качестве конструктивно законченной единицы предприятия. В качестве структурной единицы комбикормового завода необходимо принять конструктивно законченный и функционально самостоятельный технологический модуль, а сами модули унифицировать на основе единой платформы. Под модульным принципом формирования внутрихозяйственных комбикормовых предприятий нами понимается принцип формирования заводов путем их компоновки из типовых конструктивных технологических модулей ограниченной номенклатуры. Такое предприятие как технологическая система формируется из подсистем - технологических модулей, а как конструктивная система - из структурных единиц - стандартных конструктивных модулей, причем конструктивный модуль совпадает с технологическим. Создание комбикормового предприятия в виде комплекса автономных конструктивных технологических модулей позволит осуществлять поэтапное изменение структуры технологического процесса без приостановки производства, увеличивать или снижать производительность, удовлетворять запросы потребителей кормов.
Обсуждение. Модульные комбикормовые предприятия на основе технологических модулей оптимальны при малой мощности и внутрихозяйственном размещении.
Заключение. Реализация результатов исследования позволяет создавать производящие полнорационные корма комбикормовые заводы на основе унифицированных технологических модулей.
Ключевые слова: внутрихозяйственное предприятие, комбикорм, комбикормовый завод, модуль, модульный завод, модульный принцип, структура предприятия, технологическая схема.
Для цитирования: Брагинец С. В., Бахчевников О. Н. Принцип модульного построения внутрихозяйственных комбикормовых предприятий // Вестник НГИЭИ. 2017. № 5 (72). С. 33-45.
PRINCIPLE OF MODULAR CREATION OF THE INTRA ECONOMIC FEED MILL ENTERPRISES
© 2017
Braginets Sergey Valerievich, the candidate of technical sciences, the leading scientific worker of the Department Mechanization of Animal Husbandry
Agricultural Scientific Centre «Donskoy», North-Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture, Zernograd (Russia) Bakhchevnikov Oleg Nikolaevich, the candidate of technical sciences, the scientific worker of the Department Mechanization of Animal Husbandry
Agricultural Scientific Centre «Donskoy», North-Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture, Zernograd (Russia)
Annotation
Introduction. The term Modular Principle of Creation in relation to compound feed production is clearly not formulated now, it needs to be specified.
Materials and Methods. Researchers are carried out at Agricultural Scientific Centre «Donskoy», North-Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture, Rostov Region, Russia. Systems analysis and synthesis were research methods.
Results. Feature of the existing container modular plants the fact that modules are not technological, but constructive. The output about need of combination of the constructive and technological module in case of design of the modular compound feed enterprises on the basis of the carried-out analysis was made. Use of the modular principle effectively in case of design of the technological module in quality is constructive the finished unit of the enterprise. It is constructive the finished and functionally independent technological module it is necessary to accept as structural unit of feed mill, and modules need to be unified on the basis of a uniform platform. By us the modular principle of formation of the intra economic compound feed enterprises as the principle of formation of the plants by their configuration from standard constructive technological modules of the limited nomenclature is understood. Such enterprise as technological system is created of subsystems of technological modules and as constructive system from structural units of standard constructive modules, and the constructive module matches technological. Creation of the compound feed enterprise in the form of a complex of independent constructive technological modules will allow realizing step-by-step change of structure of technological process without production suspension, to increase or reduce productivity, to satisfy requests of customers of forages.
Discussion. The modular compound feed enterprises on the basis of technological modules are optimum at the low power and intra economic placement.
Conclusion. Implementation of results of a research allows creating the feed mill making adequate ration forages on the basis of the unified technological modules.
Keywords: compound feed, feed mill, module, modular principle, modular plant, intra economic enterprise, structure of enterprise, manufacturing scheme.
Введение
В последнее время на российском рынке появились коммерческие предложения модульных комбикормовых заводов малой и средней мощности. Опубликованы посвященные им статьи, например [1, с. 32-34; 2, с. 57-59], которые в основном имеют рекламный характер. Необходимо провести научный анализ этих предложений, в частности, оценить их соответствие модульному принципу построения технических систем.
Как известно, «модульный принцип построения» технических систем состоит в создании сложных (модульных) систем из некоторого набора подсистем, что дает возможность изготавливать сложные изделия различной конфигурации из ограниченного набора унифицированных компонентов (модулей) путем их соединения [3, с. 65; 4, с. 62-63]. В данном случае модули являются конструктивными (конструкционными).
Впоследствии появилось понятие «технологический модуль», под которым понимают набор взаимосвязанного оборудования, необходимого для выполнения одной или нескольких тесно связанных технологических операций в рамках общего технологического процесса [5, с. 1151], т. е. это «технологическая структурная единица производства» [6, с. 4].
«Модульный принцип» в последнее время активно начали применять в промышленном строительстве, в том числе при сооружении комбикормовых заводов [7, с. 1-4]. В качестве габаритов такого строительного модуля приняты размеры стандартного 20-футового грузового контейнера, что объясняется удобством транспортировки. Однако, как будет показано ниже, модуль при этом понимается лишь как конструктивная единица производственного здания.
Проведенный обзор литературы показал, что понятие «модульный принцип построения» применительно к комбикормовому производству отчетливо не сформулировано и нуждается в уточнении. Предварительный анализ публикаций по этой теме выявил, что различные производители понимают его по-разному.
Целью исследования являлись изучение и оценка конструкции модулей и структуры существующих модульных комбикормовых предприя-
тий, формулирование понятия «модуль» применительно к комбикормовому производству и определение оптимальной структуры и способа формирования модульного производства комбикормов.
Материалы и методы
Объектом исследования являлись внутрихозяйственные модульные комбикормовые заводы малой (1-2 т/ч) и средней мощности (3-6 т/ч).
Методами исследования являлись системный анализ и синтез [8, с. 133-137; 9, с. 146-150]. Был осуществлен системный анализ существующих модульных производств, определены их достоинства и недостатки. Объект исследования изучался с учетом того, что он обладает не только технологическими, но и системными качествами и закономерностями. В настоящей работе были применены следующие системные закономерности: комплексность, поэтапность преобразования объекта, организационная гибкость объекта, многофункциональность организации объекта. Был произведен синтез новой рациональной модульной структуры комбикормового завода, лишенной выявленных недостатков.
Результаты
Фирма «Ottevanger Milling Engineers» с 80-х годов XX века строит модульные комбикормовые заводы производительностью от 1 до 45 т/ч [7, с. 1-4]. В качестве конструктивного модуля принята объемная рамная конструкция с габаритами двадцатифутового контейнера, внутри которой на заводе-изготовителе монтируются технологическое оборудование и коммуникации (рисунок 1). Модули с установленным в них оборудованием перевозятся контейнеровозами. При размещении у заказчика модули устанавливаются и соединяются между собой как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости, образуя единую конструкцию с общей транспортной системой. Для этого в конструкции модулей используются унифицированные соединительные элементы и точки входа и выхода. Заводы «Ottevanger» имеют вертикальную компоновку, в горизонтальной плоскости соседние модули соединяются лишь для устойчивости конструкции.
Аналогичную конструкцию имеют и предлагаемые на российском рынке модульные комбикормовые заводы финской фирмы «JPT-Industria» [2, с. 58; 10, с. 30-31].
Рисунок 1 - Модульные комбикормовые заводы «Ottevanger»: а - общий вид; б - схематичное изображение
Достоинства модульных контейнерных заводов: быстрый ввод в эксплуатацию благодаря минимальному времени монтажа, минимум строительных работ, установка и настройка оборудования на предприятии-изготовителе, низкая стоимость по сравнению с традиционными заводами.
Главной особенностью таких контейнерных модульных заводов является то, что модули являются не технологическими, а конструктивными, т. е. рама модуля используется для транспортировки как опора для установки оборудования, а также в качестве металлоконструкции производственного здания [7, с. 2]. Технологическое оборудование, выполняющее группы взаимосвязанных операций, может находиться в разных модулях и не объединяется в производственные участки. Технологический процесс строится, а оборудование размещается по схеме «сверху - вниз». Все это затрудняет реконструкцию и расширение таких заводов. Установка в модуле неоднородного оборудования, а также его размещение в вертикальной конструкции препятствует возможности простой замены модуля при реконструкции предприятия. Производители заявляют о возможности расширения модульных заводов путем присоединения новых модулей, однако их конструкция явно не способствует этому.
Модульные комбикормовые заводы, предлагаемые ОАО «ВНИИКП», сходны по концепции построения и отличаются тем, что часть конструк-
тивных модулей имеет размеры, не совпадающие с габаритами грузового контейнера [11, с. 27-29; 12, с. 49-50].
Ранее была разработана концепция формирования внутрихозяйственного предприятия по производству комбикормов из оборудования, объединенного в технологические блоки, объединяемые, в свою очередь, в функциональные (технологические) модули, причем основным из них является модуль, включающий блоки измельчения, дозирования и смешивания компонентов [13, с. 85-90; 14, с. 35-36]. Модули формируются на этапе проектирования путем выделения из общей схемы технологического процесса завершенных групп операций и их оформления на машинно-аппаратном уровне. Достоинством этой концепции является концентрирование разрозненных технологических операций в подсистемах (блоках), составляющих единый комплекс, что повышает целостность и эффективность технологического процесса. Блочно-модульное построение наиболее подходит для создания внутрихозяйственных комбикормовых заводов, но его недостатком является то, что оборудование объединяется в блоки лишь по принципу общности выполняемых технологических операций без его компоновки в едином каркасе, а сами блоки не унифицированы. Это же можно сказать о соединении таких технологических блоков в модули. Все это затрудняет применение модульного принципа при проектировании новых и реконструкции су-
ществующих комбикормовых предприятий. Тем не менее на основе этой концепции был построен ряд комбикормовых заводов, опыт эксплуатации которых показал, что создание предприятий из технологических блоков (модулей), центральным из которых служит блок (модуль) дозирования и смешивания, является эффективным [14, с. 36].
На основе проведенного анализа был сделан вывод о необходимости совмещения конструктивного и технологического модуля при проектировании и создании модульных комбикормовых предприятий. Применение модульного принципа при строительстве комбикормовых заводов эффективно при условии оформления технологического модуля в качестве цельной структурной конструктивно законченной единицы предприятия.
Нами был сделан вывод о том, что в качестве структурной единицы комбикормового завода необходимо принять конструктивно законченный и функционально самостоятельный (автономный) технологический модуль, а сами модули унифицировать на основе единого несущего элемента (платформы) с универсальными соединительными элементами и несущими конструкциями. При таком подходе технологический (функциональный) модуль совпадает с конструктивным модулем (рисунок 2). Это позволит увеличить количество вариантов компоновки модульного предприятия при ограниченной номенклатуре модулей, сократить сроки и трудоемкость его проектирования на основе применения ранее обоснованных компоновок, повысить удобство и скорость монтажа и демонтажа.
Функциональный уровень
Функционально завершенная структурная единица технологической системы
N
т/
Конструктивно завершенная структурная единица технологической системы
Уровень синтеза
Структурная единица при проектировании (синтезе) модульного предприятия
Технический уровень
Единое конструктивное исполнение на основе стандартной платформы
Возможность соединения
с другими модулями в единой технологической схеме
N
т/
Возможность автономного функционирования
Рисунок 2 - Содержание понятия «Модуль» применительно к внутрихозяйственному производству комбикормов
В качестве платформы для создания конструктивных модулей нами также принята конструкция из металлических рам с габаритами морского двадцатифутового грузового контейнера, как наиболее удобная для транспортировки, и позволя-
ющая без проблем размещать внутри нее оборудование для производства комбикормов.
Таким образом, под модульным принципом формирования внутрихозяйственных комбикормовых предприятий нами понимается принцип фор-
мирования комбикормовых заводов путем их компоновки из типовых конструктивных технологических (функциональных) модулей ограниченной номенклатуры. Такое предприятие как технологическая система формируется из подсистем - технологических модулей, а как конструктивная система -из структурных единиц - стандартных конструктивных модулей, причем конструктивный модуль совпадает с технологическим (рисунок 2).
Сам «модуль» - это функционально и конструктивно завершенная структурная единица общей технологической системы производства комбикормов. Модуль характеризуется наличием стандартного конструктивного исполнения каркаса и соединительных элементов для связи с другими модулями. Он может включать более мелкие структурные единицы - технологические блоки. Следует отметить, что технологический модуль может, в случае необходимости (значительное количество единиц оборудования или его большие габариты), состоять из нескольких соединенных конструктив-
ных модулей, технологически и конструктивно образующих единое целое.
Важным условием эффективного функционирования модуля является его автономность в рамках предприятия. Под автономностью понимается способность модуля самостоятельно осуществлять комплекс взаимосвязанных операций, входящих в соответствующую технологическую подсистему. Модуль в рамках общего технологического процесса предприятия получает сырье или полуфабрикат из прочих модулей, обрабатывает его и передает в другой модуль для дальнейшей обработки, но в рамках собственного технологического процесса с остальными модулями не взаимодействует.
Внутрихозяйственное комбикормовое предприятие малой мощности (1 т/ч) может состоять из единственного основного модуля, обеспечивающего выполнение операций очистки, измельчения, дозирования и смешивания ограниченного числа видов сырья для получения рассыпного комбикорма (рисунок 3) [15, с. 49].
Рисунок 3 - Основной технологический модуль для производства комбикормов производительностью 1 т/ч (общий вид)
Создание комбикормового предприятия в виде комплекса автономных конструктивных технологических модулей, образующих при соединении единое целое, позволит осуществлять поэтапное изменение структуры технологического процесса без приостановки производства, увеличивать или снижать производительность при изменении функциональных задач, удовлетворять специфические запросы потребителей кормов. Использование модульного принципа при проектировании позволит формировать функциональные модули, обеспечивающие эффективное выполнение технологических задач вместо приспособления структуры технологического процесса к имеющемуся оборудованию.
Для эффективного применения модульного принципа необходимо определить оптимальную структуру комбикормового завода. Была определена общая структурная схема технологического процесса внутрихозяйственного комбикормового производства (рисунок 4).
В ходе проведенного анализа были выявлены составляющие ее подсистемы: А - подсистема получения готового комбикорма, включающая технологические операции окончательной обработки рассыпного комбикорма, такие как экспандирование и гранулирование; В1 - подсистема получения рассыпного комбикорма, включающая операции дозирования и смешивания предварительно подготов-
ленных компонентов; С1...Сп - подсистемы подготовки компонентов к смешиванию (операции очистки, измельчения и др.). Система производства комбикорма может включать подсистемы получе-
ния полуфабрикатов В2 (экструдаты, премиксы) путем соединения некоторых компонентов, которые затем смешиваются с прочим подготовленным сырьем.
Рисунок 4 - Структурная схема технологического процесса внутрихозяйственного производства комбикормов: А - подсистема получения готового комбикорма; В1 - центральная подсистема получения рассыпного комбикорма; В2 - подсистема получения полуфабриката; С1... Сп - подсистемы подготовки различных видов сырья
Особенностью системы производства комбикормов является наличие нескольких «входов», число которых определяется количеством используемых видов сырья, и одного «выхода» - выпуска готового комбикорма. Морфологически технологический поток производства комбикорма представляет собой разветвленный сходящийся поток, в котором из нескольких видов сырья производится путем смешивания один вид продукции. Основной ветвью потока является ветвь, проходящая через подсистему производства рассыпного комбикорма В и связывающая ее с подсистемой получения готового комбикорма А, а остальные ветви, проходящие через подсистемы С1.Сп, являются вспомогательными. При этом, как видно из структурной схемы (рисунок 4), вспомогательные ветви потока являются параллельными, т. е. для системы производства комбикорма характерно параллельное выполнение групп операций подготовки различных видов сырья к смешиванию, образующих соответствующие подсистемы С1... Сп.
Технологический поток внутрихозяйственного производства комбикорма следует отнести к потокам с полужесткой связью, т. е. он содержит группы операций, имеющие жесткие связи внутри подсистем, а между собой эти группы имеют гибкие связи, представляющие собой операции промежуточного хране-
ния (накопления) подготовленного сырья и полуфабрикатов [16, с. 20]. Выделенные подсистемы представляют собой блоки операций внутри технологического потока, поэтому и на машинно-аппаратном уровне выполняющее их оборудование объединяется в автономные технологические модули.
Подсистема получения рассыпного комбикорма В, содержащая операции дозирования и смешивания компонентов, является центральной частью технологической системы. Подсистемы, включающие подготовительные и заключительные (по отношению к центральной операции смешивания) операции, являются вспомогательными и, при необходимости, присоединяются к этой центральной подсистеме.
Таким образом, для построения модульного комбикормового производства рациональна централизованная структурная схема, включающая «жесткий» центр (подсистема дозирования и смешивания компонентов), связывающий относительно независимые друг от друга периферийные подсистемы, и оказывающий на них координирующее воздействие. Такая структура обеспечит адаптируемость технологической системы, возможность комбинирования периферийных подсистем при сохранении централизованной координации параметров функционирования предприятия.
При формировании технологических модулей необходимо учесть еще одну особенность комбикормового производства - наличие среди технологических операций подготовки различных видов сырья общей почти для всех из них операции измельчения, осуществляемой на едином оборудовании (молотковые дробилки). По этой причине целесообразно операции измельчения различных видов сырья на машинно-аппаратном уровне производить в единственном блоке (модуле) измельчения. Ранее было установлено, что для внутрихозяйственных предприятий малой и средней мощности оптимальным является формирование основного технологического модуля, включающего блоки измельчения и дозирования-смешивания компонентов (рисунок 3) [15, с. 49; 17, с. 30]. Он служит центром технологической системы, в котором сходятся потоки подготавливаемого сырья. Модули, отвечающие за выполнение технологических операций подготовки компонентов к смешиванию, получения полуфабри-
катов и окончательной обработки комбикорма, являются дополнительными и присоединяются к основному. Были разработаны основные технологические модули для предприятий производительностью 1, 2 и 3 т/ч.
Такой основной модуль может работать автономно, вырабатывая рассыпной комбикорм из ограниченного числа компонентов. Таким образом, ранее размещенный в сельхозпредприятии основной автономный модуль измельчения, дозирования и смешивания, обеспечивающий производство рассыпного корма, может стать основой современного производства высококачественного полнорационного гранулированного комбикорма, образуемого путем присоединения к нему дополнительных автономных технологических модулей, обеспечивающих внедрение прогрессивных технологии обработки сырья и полуфабриката, а также введение в состав кормов недорого местного сырья (рисунок 5).
Рисунок 5 - Схема процесса формирования внутрихозяйственного модульного комбикормового предприятия
Формирование технологического процесса дополнительных автономных модулей осуществляется путем выделения из общей технологической системы подсистем, осуществляющих завершенные циклы операций подготовки сырья.
Номенклатура дополнительных модулей внутрихозяйственного комбикормового предприятия включает модули очистки сырья, обеззаражива-
ния, экструдирования, производства премикса, мик-ронизации зерна, гранулирования и др. Ранее были разработаны автономные технологические модули экструдирования [18, с. 13-14], приготовления пре-микса [19, с. 27-28], обеззараживания сырья [20, с. 14-15] и др. В качестве примера на рисунке 6 показан дополнительный автономный технологический модуль экструдирования сырья.
Проектирование внутрихозяйственного модульного завода начинается с определения его производительности и подбора обеспечивающего ее типового основного технологического модуля. Затем осуществляется анализ используемых видов сырья, требований потребителя к его подготовке, а также к
последующей обработке рассыпного комбикорма, выявление необходимых для их осуществления технологических операций и подбор соответствующего состава дополнительных модулей из ранее разработанной номенклатуры. Пример возможной структуры такого предприятия представлен на рисунке 7.
Рисунок 6 - Дополнительный автономный технологический модуль экструдирования
I
II
IV
V
VI
Рисунок 7 - Блок-схема внутрихозяйственного модульного комбикормового завода: Технологические модули: I - очистки сырья; II - обеззараживания; III - измельчения, дозирования и смешивания (основной); IV - экструдирования; V - приготовления премикса; VI - гранулирования комбикорма
Из приведенной схемы следует, что благодаря модульному построению, применяемая на внутрихозяйственных предприятиях малой мощности неэффективная прямоточная технологическая схема с последовательным направлением потока сырья преобразуется в схему с параллельными сходящимися его потоками. Разделение общего потока подготавливаемого сырья на параллельные потоки повышает стабильность технологического процесса производства комбикормов [21, с. 41].
Обоснованная нами структура модульного предприятия требует использования горизонтальной планировки, при которой модули размещаются на производственной площадке в одной горизонтальной плоскости. При этом стыковка модулей в вертикальной плоскости возможна максимум в два яруса.
Пример планировки модульного комбикормового завода мощностью 2 т/ч приведен на рисунке 8.
Функциональные свойства модульной структуры предприятия обуславливают периодический (непрерывно-дискретный) характер выполнения его технологического процесса. Важным моментом при этом является согласование циклов работы основного и дополнительных технологических модулей. Между собой модули внутрихозяйственного комбикормового производства должны быть связаны полужесткой связью, т. е. выполняемые в них операции должны иметь жесткие связи внутри модуля, а между собой эти группы должны иметь гибкие связи, представляющие собой операции промежуточного хранения подготовленного сырья, что повышает стабильность производства.
Модульная структура предприятия позволяет постепенно усложнять ее, адаптируя к изменяющимся внешним условиям. В частности, при необходимости ввода в состав комбикорма нового вида сырья производится формирование из соответствующего оборудования и включение в состав завода (присоединение к основному модулю) без остановки производства дополнительного автономного технологического модуля, обеспечивающего выполнение необходимых операций подготовки сырья. Таким способом возможно организовать обработку и ввод в состав комбикорма местных видов сырья, например, зеленой массы кормовых трав [22, с. 155].
Рисунок 8 - Внутрихозяйственное модульное предприятие по производству комбикормов производительностью 2 т/ч (компоновочная схема): I - основной модуль измельчения, дозирования и смешивания; дополнительные: II - модуль обеззараживания сырья; III - модуль экструдирования сырья; IV - модуль экспандирования комбикорма
При добавлении нового модуля к действующему заводу группа выполняемых в нем операций образует ответвление в общем технологическом потоке производства комбикорма и выполняется
параллельно с операциями подготовки других компонентов, соединяясь затем вновь в единый поток в основном модуле. При общем увеличении количества технологических операций это сокращает число последовательно выполняемых операций, что положительно сказывается на стабильности функционирования предприятия.
При необходимости дополнительные модули могут включаться в общий технологический поток последовательно с уже имеющимися. Примером может служить технологические модули обеззараживания сырья и гранулирования комбикорма. Таким способом возможно осуществлять постепенное преобразование простой непрерывной технологической схемы, включающей раздельную последовательную подготовку компонентов и их последующее дозирование и смешивание, в сложную, предусматривающую получение из подготовленного сырья промежуточных полуфабрикатов, в частности, премиксов, а также экструдатов растительного сырья, реализуемое в соответствующих модулях параллельно основному потоку зернового сырья, с последующим дозированием и смешиванием полуфабрикатов и прочих компонентов, а также дальнейшую обработку рассыпного комбикорма, такую как экспандирование и гранулирование.
В результате применения модульного принципа возможно создать комплексную адаптивную систему внутрихозяйственного производства комбикормов на основе унифицированных автономных технологических модулей, обеспечивающую производство качественных полнорационных кормов. Структура таких модульных предприятий будет адекватна наличию местных видов сырья, его качеству и требованиям, предъявляемым к его подготовке. Возможность поэтапного совершенствования производства путем присоединения к нему дополнительных модулей позволит перейти к более сложным схемам организации технологического процесса, позволяющим производить качественный полнорационный комбикорм в условиях сельхозпредприятия.
Обсуждение
Предложенная концепция создания модульных комбикормовых заводов из совмещенных технологических и конструктивных модулей является перспективной. Но способ построения контейнерных комбикормовых предприятий из конструктивных модулей с успехом применяется уже много лет. Совместить их использование можно следующим образом. Контейнерные комбикормовые заводы с вертикальным расположением конструктивных модулей оптимальны при большой мощности производства (более 5 т/ч) и тогда, когда внешние условия стабильны, и не планируется в будущем менять структуру технологического процесса. Модульные
комбикормовые предприятия на основе технологических модулей оптимальны при малой мощности (до 5 т/ч) и внутрихозяйственном размещении в сельхозпредприятии, т. е. в нестабильных внешних условиях, когда вероятна потребность в изменении схемы технологического процесса.
Заключение
Реализация результатов исследования позволяет создавать внутрихозяйственные комбикормовые заводы на основе унифицированных автономных технологических модулей, производящие полнорационные корма. Структура таких модульных предприятий адекватна наличию местных видов сырья, качеству и требованиям, предъявляемым к их обработке, дает возможность поэтапного совершенствования путем присоединения дополнительных модулей с переходом к более сложным схемам организации технологического процесса, позволяющим производить качественный полнорационный комбикорм в условиях сельхозпредприятия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Идеи. Технологии. Ответственность // Комбикорма. 2014. № 6. С. 32-34.
2. Финские технологии: низкие энергозатраты и высокий уровень гигиены // Комбикорма. 2014. № 3. С. 57-60.
3. Sanchez R., Mahoney J.T. Modularity, flexibility, and knowledge management in product and organization design // Strategic management journal. 1996. Vol. 17. S2. pp. 63-76.
4. Salerno M. S., Dias A. V. C. Product design modularity, modular production, modular organization: the evolution of modular concepts // Automotive Industries. 1999. Vol. 3. pp. 61-73.
5. Schilling M. A., Steensma H. K. The use of modular organizational forms: An industry-level analysis // Academy of Management Journal. 2001. Vol. 44 (6). pp.1149-1168.
6. Базров Б. М. Модульная технология // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2011. № 4. С. 3-10.
7. Eijmberts P. Containerized plants as concept in feedmill design / Australasian Milling Conference Proceedings, 2014. URL: http://nzfma.org.nz/nzfma/ wp-content/uploads/2014/06/Containerized-plants-as-a-concept-in-feedmill-design-P-Eijmberts.pdf (дата обращения 14.02.2017).
8. Винограй Э. Г. Методологический аппарат системной оптимизации сложных объектов // Со-циогуманитарный вестник. 2014. № 1 (13). С. 124141.
9. Винограй Э. Г. Учет системных закономерностей в инженерном мышлении и проектировании
// Социогуманитарный вестник. 2014. № 1 (13). С.141-154.
10. Модульные заводы: практичные решения // Комбикорма. 2016. № 7-8. С. 28-34.
11. Афанасьев В. А., Орлов Е., Богомолов И. Современные комбикормовые заводы // Комбикорма. 2011. № 1. С. 27-29.
12. Афанасьев В. А., Орлов Е., Богомолов И. Отечественные технические решения в производстве комбикормов // Комбикорма. 2016. № 12. С. 47-52.
13. Пахомов В. И. Организационно-технологические основы создания блочно-модульных внутрихозяйственных комбикормовых предприятий. Зерноград : ВНИПТИМЭСХ, 2001. 259 с.
14. Пахомов В. И. Проектирование внутрихозяйственных комбикормовых предприятий // Комбикорма. 2005. № 2. С. 35-36.
15. Пахомов В. И., Брагинец С. В., Бахчевников О. Н. Принципы создания внутрихозяйственных комбикормовых предприятий и их практическая реализация // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2015. № 4 (20). С. 48-52.
16. Сыроватка В. И. Анализ надежности работы комбикормовых цехов // Труды ГОСНИТИ. 2016. № 122. С. 18-25.
17. Пахомов В. И., Брагинец С. В., Бахчевников О. Н., Рухляда А. И. Эффективное внутрихозяйственное производство комбикормов на основе автономных технологических модулей // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2015. № 87. С. 26-35.
18. Брагинец С. В., Алфёров А. С., Бахчевников О. Н. Технологический модуль производства экструдированного комбикорма с включением растительной массы // Техника и оборудование для села. 2016. № 4. С. 26-28.
19. Пахомов В. И., Брагинец С. В., Смоленский А. В., Бахчевников О. Н. Технологический блок и автономный модуль для приготовления пре-микса в структуре внутрихозяйственных комбикормовых предприятий // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2016. № 4 (24). С. 10-14.
20. Брагинец С. В., Бахчевников О. Н., Рухля-да А. И. Технологический модуль обеззараживания СВЧ-излучением зернового сырья для производства комбикорма // Матерiали V-i Науково-технiчноi конференцп «Техшчний прогрес у тваринницга та кормовиробнищга». Глеваха, 2017. С. 14-15.
21. Егоров Б. В., Макаринская А. В. К вопросу об оптимизации структуры комбикормовых технологических систем // Зерновые продукты и комбикорма. 2009. № 3. С. 40-44.
22. Пахомов В. И., Брагинец С. В., Алфёров А. С., Гайдаш М. В., Степанова Ю. В. Исследования процесса экструдирования смеси зерновых концентратов с измельченной зеленой массой бобовых трав // Вестник Донского государственного технического университета. 2016. № 2 (85). С. 154-159.
REFERENCES
1. Idei. Tekhnologii. Otvetstvennost' (Ideas. Technologies. Responsibility), Kombikorma, 2014, No. 6, pp. 32-34.
2. Finskie tekhnologii: nizkie ehnergozatraty i vysokij uroven' gigieny (Finnish technologies: low energy consumption and high level of hygiene), Kombikorma, 2014, No. 3, pp. 57-60.
3. Sanchez R., Mahoney J. T. Modularity, flexibility, and knowledge management in product and organization design, Strategic management journal, 1996, Vol. 17.S2, pp. 63-76.
4. Salerno M. S., Dias A. V. C. Product design modularity, modular production, modular organization: the evolution of modular concepts, Automotive Industries, 1999, Vol. 3, pp. 61-73.
5. Schilling M. A., Steensma H. K. The use of modular organizational forms: An industry-level analysis, Academy of Management Journal, 2001, Vol. 44 (6), pp.1149-1168.
6. Bazrov B. M. Modul'naja tekhnologija (Modular technology), Naukoemkie tekhnologii v mashino-stroenii, 2011, No. 4, pp. 3-10.
7. Eijmberts P. Containerized plants as concept in feedmill design, Australasian Milling Conference Proceedings, 2014. URL: http://nzfma.org.nz/nzfma/ wp-content/uploads/2014/06/Containerized-plants-as-a-concept-in-feedmill-design-P-Eijmberts.pdf (date view 14.02.2017).
8. Vinograj EH. G. Metodologicheskij apparat sistemnoj optimizacii slozhnykh ob"ektov (Methodological apparatus of system optimization of difficult objects), Sociogumanitarnyj vestnik, 2014, No. 1 (13), pp.124-141.
9. Vinograj EH. G. Uchet sistemnykh za-konomernostej v inzhenernom myshlenii i proektiro-vanii (The accounting of system regularities in engineering thinking and design), Sociogumanitarnyj vestnik, 2014, No. 1 (13), pp. 141-154.
10. Modul'nye zavody: praktichnye reshenija (Modular plants: practical decisions), Kombikorma, 2016, No. 7-8, pp. 28-34.
11. Afanas'ev V. A., Orlov E., Bogomolov I. Sovremennye kombikormovye zavody (The modern feed mills), Kombikorma, 2011, No. 1, pp. 27-29.
12. Afanas'ev V. A., Orlov E., Bogomolov I. Otechestvennye tekhnicheskie reshenija v proizvodstve kombikormov (Domestic technical solutions in produc-
tion of compound feeds), Kombikorma, 2016, No. 12, pp.47-52.
13. Pakhomov V. I. Organizacionno-tekhno-logicheskie osnovy sozdanija blochno-modul'nykh vnu-trikhozjajstvennykh kombikormovykh predprijatij (Organisation and technological design basis of blockmodule intraeconomic feed-milling enterprises), Zernograd : VNIPTIMEHSKH, 2001, 259 p.
14. Pakhomov V. I. Proektirovanie vnutrikho-zjajstvennykh kombikormovykh predprijatij (Design of the intraeconomic feed mill enterprises), Kombikorma, 2005, No. 2, pp. 35-36.
15. Pakhomov V. I., Braginets S. V., Bakh-chevnikov O. N. Principy sozdanija vnutrikhozjajst-vennykh kombikormovykh predprijatij i ikh prakti-cheskaja realizacija (Principles of creation of intraeco-nomic feed-milling enterprises and their practical implementation), Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizacii zhivotno-vodstva, 2015, No. 4 (20), pp. 48-52.
16. Syrovatka V. I. Analiz nadezhnosti raboty kombikormovykh cekhov (Reliability analysis of operation of feed-mill shops), Trudy GOSNITI, 2016, No. 122, pp. 18-25.
17. Pakhomov V. I., Braginets S. V., Bakhchev-nikov O. N., Rukhljada A. I. Ehffektivnoe vnutrikho-zjajstvennoe proizvodstvo kombikormov na osnove avtonomnykh tekhnologicheskikh modulej (Effective intraeconomic production of compound feeds on the basis of independent technological modules), Tekhno-logii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo pro-izvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotno-vodstva, 2015, No. 87, pp. 26-35.
18. Braginets S. V., Alferov A. S., Bakhchev-nikov O. N. Tekhnologicheskij modul' proizvodstva ehkstrudirovannogo kombikorma s vkljucheniem ras-titel'noj massy (Technological module for production of extruded mixed feed with addition of vegetable mass), Tekhnika i oborudovanie dlja sela, 2016, No. 4, pp.26-28.
19. Pakhomov V. I., Braginec S. V., Smolensky A. V., Bakhchevnikov O. N. Tekhnologicheskij blok i avtonomnyj modul' dlja prigotovlenija premiksa v strukture vnutrikhozjajstvennykh kombikormovykh predprijatij (The technological unit and the independent module for preparation of premix in structure of the intraeconomic feed mill enterprises), Vestnik Vseros-sijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizacii zhivotnovodstva, 2016, No. 4 (24), pp. 10-14.
20. Braginets S. V., Bakhchevnikov O. N., Rukhljada A. I. Tekhnologicheskij modul' obezzarazhivanija SVCH-izlucheniem zernovogo syr'ja dlja proizvodstva kombikorma (The technological module of disinfecting of a microwave radiation of grain raw materials for production of compound feed), Materiali V-i Naukovo-
tekhnichnoi konferencii Tekhnichnij progres u tvarinnictvi ta kormovirobnictvi, 2017, pp. 14-15.
21. Egorov B. V., Makarinskaja A. V. K voprosu ob optimizacii struktury kombikormovykh tekhnolo-gicheskikh sistem (To a question of optimization of structure of feed mill technological systems), Zernovye produkty i kombikorma, 2009, No. 3, pp. 40-44.
22. Pakhomov V. I., Braginec S. V., Alfjo-rov A. S., Gajdash M. V., Stepanova JU. V. Issledova-
nija processa ehkstrudirovanija smesi zernovykh kon-centratov s izmel'chennoj zelenoj massoj bobovykh trav (Researches of process of extruding of a compound of grain concentrates with the crushed green material of bean herbs), Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tek-hnicheskogo universiteta, 2016, No. 2 (85), pp. 154-159.
Дата поступления статьи в редакцию 16.02.2017, принята к публикации 17.04.2017.
05.20.01
УДК 637.116-83
ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ВРАЩЕНИЯ КОНВЕЙЕРНО-КОЛЬЦЕВЫХ ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
© 2017
Кирсанов Владимир Вячеславович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Автоматизация и механизация животноводства» РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева. ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, Москва (Россия) Стребуляев Сергей Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Прикладная математика» Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского, Нижний Новгород (Россия) Тареева Оксана Александровна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Технические и биологические системы» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия) Матвеев Владимир Юрьевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Технический сервис» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение. Статья посвящена разработке и программной реализации алгоритма управления скоростью вращения платформы конвейерно-кольцевой доильной установки.
О преимуществах доильного конвейера говорилось еще с момента появления первой доильной установки типа «карусель» на базе доильного кольцевого конвейера «Ротолактор», созданной в США в 1929 году.
В работе рассматриваются алгоритм управления работой доильной «карусели» и программная его реализации, позволяющие обеспечить пульсирующий режим работы подобных доильных систем, при котором происходит останов платформы для впуска животных.
Материалы и методы. На основе анализа процесса доения для указанного типа систем разработана блок-схема расчета времени доения стада из N коров. Для программной реализации используется система
аналитических вычислений Maple, версия 15, с совокупностью ее стандартных библиотек и функций. Анализ зависимостей времени выдаивания от большого количества входных параметров производится в режиме мультипликации.
Результаты. Разработана математическая модель циклограммы обслуживания отдельных животных на конвейерно-кольцевой доильной установке. Получены предпосылки для разработки адаптивного алгоритма управления рассматриваемым процессом.
Обсуждение. В течение многих лет ученые и конструкторы пытались приблизить процесс доения по характеру протекания к технологическим линиям промышленных предприятий. Эта задача частично решена при разработке и эксплуатации конвейерно-кольцевых доильных установок. При этом возникает задача повышения производительности этих установок. При разработке алгоритмического и программного обеспечения удалось повысить производительность за счет учета времени доения за предыдущую дойку. Дальнейшее уменьшение времени доения на конвейерно-кольцевых установках будет связано с включением в операционную систему и миникомпьютер таких установок физиологических особенностей и жизненного цикла каждой коровы из стада.
Заключение. Полученные в работе математические модели, блок-схемы алгоритма управления и программное обеспечение могут составить основу для проектирования новых высокопроизводительных роторно-конвейерных доильных систем.
