Совершенствование управления внутрихозяйственным производством комбикормов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Зудин, Валерий Александрович

• Зудин, Валерий Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зудин, Валерий Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Типовая структура комбикормового цеха.

1.2. Состояние вопроса автоматизации комбикормовых цехов

1.3. Структура аппаратного состава системы управления.

Глава 2. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВЫМИ ПРОИЗВОДСТВАМИ.

2.1. Роль системы в хозяйственной деятельности.

2.2. Структура разработанного комплекса программного обеспечения.

2.3. Структура взаимодействия функциональных классов системы.

2.4. Теоретическая основа динамической настройки последовательности выполнения технологических операций

Глава 3. АНАЛИЗ ТРАДИЦИОННОГО СПОСОБА

УПРАВЛЕНИЯ ПОРЦИОННЫМ ВЕСОВЫМ ДОЗАТОРОМ.

3.1. Описание традиционного способа управления порционным дозатором.

3.2. Исследование возможности снижения погрешности дозирования в рамках традиционного подхода.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА

ВЕСОВОГО ПОРЦИОННОГО ДОЗИРОВАНИЯ.

4.1. Методика сбора экспериментальных данных.

4.2. Метод обработки экспериментальных данных.

4.3. Анализ результатов исследования связи оценок состояния процесса загрузки дозатора с величиной досыпки.

Глава 5. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ДОЗИРОВАНИЯ.

5.1. Концепция управления процессом дозирования.

5.2. Прогнозирование величины досыпки с использованием линейной регрессионной модели.

5.3. Принцип построения моделей прогнозирования с использованием нечетких систем.

5.4. Программная реализация нечетких моделей.

5.5. Метод обучения нечетких моделей.

5.6. Прогнозирование величины досыпки с использованием нейронной сети.

5.7. Прогнозирование величины досыпки с использованием системы нечеткого вывода Сугено.

Практический результат внедрения разработанного программного комплекса.

Основные научно-технические результаты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование управления внутрихозяйственным производством комбикормов»

Полноценное кормление поголовья является одной из главных проблем развития животноводства и птицеводства. Продуктивные качества животных на две трети зависят от состояния кормовой базы и организации кормления. Применение концентрированных добавок позволяет повысить усвоение кор-мосмесей в целом и обеспечить нужды животноводства в кормах минимальным количеством растительной продукции. Содержание современных высокопродуктивных пород требует не только тщательно сбалансированного по питательности комбикорма, но и оптимального соотношения в нем обменной энергии и протеина, незаменимых аминокислот, макро- и микроэлементов, витаминов и других биологически активных веществ. При этом весьма актуальной проблемой, имеющей большое народнохозяйственно значение, становится проблема повышения точности соблюдения зоотехнически обоснованных рецептов комбикормов.

Производство комбикормов в мире достигает около 500 млн. т. в год, в том числе 120 млн. т. в год приходится на страны ЕС. Мощности комбикормовых предприятий России составляют около 10 % от мировых и 37 % от стран ЕС. В США производится 120 млн. т., в Китае - 40, в Германии - 20, в Голландии и во Франции - около 17, в Англии - 11 млн. т. комбикормов в год [6, 12, 56].

На нужды животноводства во всех категориях хозяйств в России расходуется порядка 14 млн. т рассыпных кормов в год. Из них 40 % используется для крупного рогатого скота, 26 % - для свиней, 30 % - для птицы.

Приведенные данные иллюстрируют отмеченную выше важную роль производства комбикормов.

В последние годы животноводческие и птицеводческие предприятия все большее значение придают внутрихозяйственному производству комбикормов, добиваясь получения качественной продукции с меньшими затратами, чем в случае приобретения аналогичной продукции у промышленных производителей.

Успех сопутствует тем предприятиям, которые делают ставку на оснащение своих производств современными средствами промышленной автоматики с учетом специфики построения технологических схем и организации информационных потоков, обеспечивающих функционирование комбикормового производства как части сельскохозяйственного предприятия.

Вопросами создания сельскохозяйственных производств комбикормов занимались специалисты многих учебных и научно-исследовательских институтов. Ими были проведены работы по созданию технологий, агрегатов, рациональных технологических схем. Ведущую роль в этих исследованиях принадлежит работам таких институтов, как ВИЭСХ, ВНИИМЖ, ВНИП-ТИМЭСХ и др. При этом разрабатывались системы автоматизированного управления, на базе соответствующих на тот момент технических средств.

В настоящее время появилась возможность применять в системах управления сельскохозяйственными технологическими объектами компьютерную технику. Однако реализация открывающихся при этом возможностей требует проведения специальных исследований, которые и стали предметом настоящей работы применительно к управлению внутрихозяйственными производствами комбикормов.

При современном уровне платежеспособности и доходности сельскохозяйственных производителей компьютерные системы могут быть конкурентно способными по отношению к существующим системам, построенным на основе релейной и микропроцессорной техники, только при условии, что они обеспечивают повышение эффективности производства без изменения его технологического оборудования и максимальном использовании комплекса периферийных аппаратных устройств (измерительных преобразователей, исполнительных устройств и т.д.) действующих систем управления. В связи с этим, при создании компьютерных систем управления внутрихозяйственными комбикормовыми производствами, на первый план вышла разработка программных комплексов, позволяющих обеспечить повышение эффективности производства только за счет формирования принципиально новых алгоритмов управления при отмеченных выше ограничениях. Изложенное определило цель и задачи настоящего диссертационного исследования.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

В последние годы сложилась явная тенденция к созданию в птицеводческих и животноводческих хозяйствах собственных цехов по производству комбинированных кормов. Это связано, в первую очередь, с очевидными экономическими выгодами для данных категорий предприятий: существенное уменьшение транспортных перевозок, снижение налоговых платежей, использование побочных продуктов переработки близлежащих мельниц и маслоцехов, собственного фуражного зерна и других имеющихся в распоряжении компонентов комбикормов, позволяют значительно снизить их стоимость, а значит увеличить рентабельность своей основной продукции. Отдельно следует отметить возможность быстрого изменения на таких предприятиях технологического регламента работы оборудования при смене рецептуры приготавливаемого комбикорма, в зависимости от требований зоотехнических служб. На ряде предприятий в нашей стране построены собственные небольшие комбикормовые заводы, цеха и установки, которые суммарно производят 2.5-3.0 млн. т. комбикормов в год.

При проектировании комбикормовых заводов учитывается специализация конкретного региона на том или ином виде животноводства, а также плотность размещения скота и птицы. Так, более крупные комбикормовые заводы производительностью 30-50 т/ч и выше построены в тех регионах, где наиболее развиты птицеводство и промышленный откорм скота. В свиноводческих зонах и зонах молочного скотоводства производительность внутрихозяйственных заводов составляет 10-15 т/ч [84].

Можно считать, что на сегодняшний день в животноводческих и птицеводческих хозяйствах сформировалась подотрасль в виде комбикормовых цехов производительностью до 15 т/ч, которые обеспечивают комбикормом одно или несколько хозяйств.

Производство комбикормов базируется на типовых технологических приемах: очистке сырья от примесей при приеме, гранулометрической подготовке сырья (измельчении), дозировании сырьевых компонентов в соответствии с рецептурой, смешивании и гранулировании (при наличии соответствующего оборудования) готовой продукции. В зависимости от конкретной технологической схемы, измельчение компонентов производится индивидуально или в составе смеси. На заводах производительностью до 15 т/ч, заключительным этапом приготовления комбикорма, как правило, является смешивание всех компонентов и доставка их в выгрузные бункера. На ряде заводов отсутствует оборудование для дальнейшей обработки готовой продукции, такое как грануляторы или экструдеры. [26, 54, 68, 69, 87, 89, 90, 97]

Организация технологического процесса приготовления комбикормов должна обеспечивать оперативную подачу сырья, требуемую его технологическую подготовку и ввод всех компонентов в соответствии с рецептом, эффективное смешивание и выпуск продукции высокого качества, с соблюдением ритмичной работы оборудования, обеспечивающего полное использование производственной мощности.

Из всех технологических операций при приготовлении комбикорма дозирование компонентов является одной из самых важных технологических операций. Дозирующие устройства (дозаторы) классифицируются по структуре технологического процесса и по принципу работы. По принципу работы выделяют дозаторы объемного и весового типа. В соответствии со структурой технологического процесса, выделяют дозаторы дискретного (периодического или порционного) и непрерывного действия. На сегодняшний день, наибольшее распространение получили порционные весовые дозаторы. Такая тенденция связана с целым рядом причин. В первую очередь, следует отметить широкое распространение тензорезистивных датчиков веса с высокой точностью измерения. Отечественная и зарубежная промышленность выпускает большой ассортимент датчиков, отличающихся по типу измерения нагрузки (измерения нагрузки сжатия или растяжения), по наибольшему пределу взвешивания (от 200 г до 100 т) и по классу точности. В зависимости от устройства установки дозирования, максимального предела порции и необходимой точности измерения может быть выбран тот или иной тип датчиков. Другой причиной, послужившей переходом на весовые порционные дозаторы, является повышение требований к точности дозирования и большой разброс процента ввода компонента в комбикорм. По сравнению с объемным, весовой метод дозирования позволяет формировать комбикорм с большей степенью соответствия рецепту. При циклическом характере производства использование дозаторов дискретного типа действия более оправданно. Достоинства технологических схем с явно выраженной порционной работой - в малой инерционности, быстрой реакции на управляющее воздействие, отсутствии неучтенных остатков сырья, в возможности перехода на выработку комбикорма по новому рецепту с минимальными потерями времени.

Технологическая схема, в зависимости от типа и варианта построения, может иметь один или несколько линий дозирования, отличающиеся между собой наименованием и количеством дозируемых компонентов. Дозирование бывает предварительным и заключительным. Каждый узел дозирования может характеризоваться количеством и типом весовых дозаторов, установленных в одном линии, количеством наддозаторных емкостей, которое определяется в зависимости от максимального количества компонентов в рецепте, способом дозирования, количеством и типом установленных смесителей.

В отечественной практике встречаются варианты комбинированных технологических схем, когда зерновое, гранулированное сырье и шроты готовятся одним способом, а белково-минеральное сырье другим. Подготовка белково-минеральных компонентов, в некоторых вариантах, проводится в отдельном цехе или на отдельной линии в производственном цехе и ведется традиционным способом, т.е. раздельно, либо в составе порции, либо в составе смеси.

Многокомпонентное дозирование, в зависимости от количества установленных в одном узле дозаторов, может быть последовательным, параллельным, либо параллельно-последовательным.

При последовательном дозировании каждый компонент подается из отдельного бункера с помощью питателей и направляется последовательно в приемный бункер дозатора, в котором происходит измерение массы. Система может настраиваться на взвешивание нескольких навесок подряд. Эта схема дозирования имеет следующие недостатки. Поскольку дозирование отдельных компонентов производится последовательно, то при большом их числе снижается производительность дозаторов и, безусловно, увеличивается время технологического цикла: дозирование-смешивание. Кроме того, вследствие колебаний содержания компонентов в рецептах от долей до десятков процентов, установка одного дозатора не обеспечит требуемой точности дозирования компонентов. В свою очередь такая схема имеет и преимущества: она проста и экономична с точки зрения затрат на оборудование и управление установкой.

При параллельном дозировании используют дозирующие устройства по числу составляющих смеси. Данная схема, по сравнению с установкой одного дозатора для всех компонентов, имеет ряд преимуществ: при одновременном взвешивании всех компонентов в требуемом технологией соотношении сокращается продолжительность рабочего цикла, увеличивается точность дозирования, поскольку в данном случае имеется возможность подбора дозаторов для каждого компонента в соответствии с его физико-механическими свойствами и процентом ввода в приготавливаемую смесь. Недостатком схемы является наличие большого числа дозирующего оборудования, что делает эту установку громоздкой, ухудшает ее эксплуатационные показатели (особенно технико-экономические) и усложняет управление установкой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зудин, Валерий Александрович, 2006 год

1. " Авернин А.Н., Батыршин И.З. Нечеткие множества в моделях управ-ления и искусственного интеллекта-М.: Мир, 1986.

2. Айвазян CA., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы экономики. -М. «ЮНИТИ», 1998.

3. Алиев Р. А., Абдикеев Н. М., Шахназаров М. М. Производственные системы с искусственным интеллектом. М.: Радио и связь, 1990.

4. Алипов С., Федоренко В. Автоматизированные комплексы для комбикормового производства. / Комбикорма. 2001. - №1. - с.30.

5. Арефьева Е.А. Объектно-ориентированная система моделирования в автоматизированном управлении. Дис. канд. техн. наук, Тула 1999.

6. Ахкозов Л., Рыбин А. Как работали комбикормовые предприятия в 2000 году. / Комбикорма. 2001. - №3. - с.6.

7. Баас Р., Фервай М., Гюнтер X. Delphi 4 : полное руководство: Пер. с нем. К.: Издательская группа BHV 1998. - 800 с.

8. Бадд Т. Объектно-ориентированное программирование в действии: Пер. с англ. СПб.: Питер, 1997. - 464 с.

9. Базы данных в Delphi 4. Руководство разработчика: Пер. с англ. К.: Издательство «ДиаСофт», 1999. - 464 с.

10. Бессонова Л.П. Структурный и параметрический синтез технологических систем многокомпонентного дозирования (на примере комбикормового производства). Дис. канд. техн. наук.

11. Борисов А.Н., Крумберг O.A., Федоров И.А. Принятие решений на основе нечетких моделей. Примеры использования. Рига: «Зинатне», 1990.

12. Булатов Д.С. Производственная дипломатия. США и интересы России. -М. 1996.

13. Васильев С. Н. Обоснование конструктивно-кинематических параметров многокомпонентного вибродозатора сыпучих кормов. Дис. канд. техн. наук, Барнаул 1992.

14. Васильев В. И., Ильясов Б. Г., Интеллектуальные системы управления с использованием нечеткой логики: Учеб. пособие. — Уфа: УГАТУ, 1997.

15. Гатаулин А. М. Система прикладных статистико-математических методов обработки экспериментальных данных в сельском хозяйстве. — М.: Изд-во МСХА, 1992. Ч. 1. 160 с.

16. Гатаулин А. М. Система прикладных статистико-математических методов обработки экспериментальных данных в сельском хозяйстве. — М.: Изд-во МСХА, 1992. Ч. 2. 192 с.

17. Горбань А.Н. Обучение нейронных сетей. М.: СП «ParaGraph», 1990. - 160 с.

18. Горбань А. Н., Россиев Д. А. Нейронные сети на персональном компьютере. Новосибирск: Наука, 1996.

19. Горбенко В., Галушкевич. Р., Ваньчик Я., Пичугин Э. Опыт автоматизации в комбикормовом производстве. / Комбикорма. 2001. - №1. — с.37-38.

20. Горев А., Ахаян Р., Макашарипов С. Эффективная работа с СУБД. -Спбю: Питер, 1997. 704с.

21. Горшков А.Ф. Компьютерное моделирование менеджмента. М. 2002.

22. ГОСТ 10223-97 . Дозаторы весовые дискретного действия. М.: Изд-во стандартов, 1999.

23. Гультяев А. К., Машин В. А. Проектирование и дизайн пользовательского интерфейса. М. 2001.

24. Дарахвалидзе П. Г., Марков Е. П. Программирование в Delphi 7. -СПб.: БХВ-Петербург, 2003. 784 с.

25. Джонс М. Т. Программирование искусственного интеллекта в приложениях / Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2004. - 312 с.

26. Егоров Г.А. Технология и оборудование мукомольной, крупяной и комбикормовой промышленности. М. 1996.

27. Елисеев В. Комплекс технических средств для автоматизации процессов взвешивания и дозирования. / СТА, №1 1999. с. 36-38.

28. Ефремов С.А. Повышение эффективност и управления дискретными дозаторами сыпучих материалов. Дис. канд. техн. наук, Ярославль 2000.

29. Заде Л. А. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений. — М.: Знание, 1974.

30. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных значений. — М.: Мир, 1976.

31. Закотенко В., Панин И., Щеблыкин В. Автоматизированная система дозирования и смешивания на птицефабрике. / Комбикорма. 2001. -№2. - с.32-33.

32. Зозуля В.А. Речевая коммуникация в системах ввода сообщений для автоматизации рабочих мест оперативно-диспетчерского персонала. Дис. канд. техн. наук, Ростов-на-Дону 2000.

33. Программа управления процессом приготовления комбикорма с весовым порционным дозированием. РОСПАТЕНТ, свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005612579.

34. Зудин В.А. Нейронная сеть корректора величины досыпки. Объединенный научный журнал, №22, М.: 2005 г.

35. Зудин В.А. Структура программного обеспечения АСУ ТП внутрихозяйственного производства комбикормов. Объединенный научный журнал, №22, М.: 2005 г.

36. Зудин В.А., Шеповалов В.Д., Еременко C.B. «Способ управления од-нокомпонентным порционным весовым дозатором». РОСПАТЕНТ №2006114027.

37. Ивахненко А.Г. Юрачковский Ю.Г. Моделирование сложных систем по экспериментальным данным. М.: Ради и связь, 1987. - 120 с.

38. Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте. -М.: Наука, 2001.

39. Комарцова JI. Г., Максимов А. В. Нейрокомпьютеры: Учеб. пособие. -М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2002.

40. Концепция автоматизации агропромышленного комплекса. Зерно-град 1996.

41. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982.

42. Краснов М.В. DirectX. Графика в проектах Delphi. Спб.: БХВ-Петербург, 2003. - 416 с.

43. Курейчик В. М. Генетические алгоритмы. Таганрог: Изд-во ТРТУ,1998.

44. Леоненков A.B. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuz-zyTech. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 736 с.

45. Леоненков А. В. Самоучитель UML. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -304 с.

46. Лукьянов П.Б. Система поддержки принятия решения при управлении кормоприготовлением. Дис. канд. техн. наук.

47. Львовский E.H. Статистические методы построение эмпирических формул: Учеб. пособие для втузов. 2-е изд. - М.: Высшая школа. -1988.-239 с.

48. Максименко A.A. Советующая система с нечеткой логикой по управлению мельницей помола клинкера. Дис. канд. техн. наук, Белгород 2000.

49. Мелихов А.Н., Берштейн Л. С., Коровин С. Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. -М.: Наука, 1990.

50. Методические рекомендации по технико-экономическому обоснованию с использованием ЭВМ комплектов технических средств для технологических процессов приготовления кормов. М. 1991.

51. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под ред. Н.Д. Егупова; издание 2-ое, стереотипное. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 744 с.

52. Миончинский П.Н., Кожарова Л.С. Производство комбикормов. М.1999.

53. Нейросетевые системы управления / В.А. Терехов, Д.В. Ефимов, И.Ю. Тюкин и др. — СПб: Изд-во С.-Петербургского университета, 1999. — 264 с.

54. Нестеров Н. Состояние и стратегия развития отрасли. / Комбикорма. -2001. №1. - с.2-3.57