Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Иванов Юрий Григорьевич. Методы и технические средства контроля и управления технологическими процессами в молочном животноводстве : диссертация ... доктора технических наук : 05.20.01, 05.13.06.- Москва, 2005.- 340 с.: ил. РГБ ОД, 71 06-5/332

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 11

  1. Проблемы механизации и автоматизации в животноводстве 11

  2. Анализ существующих методов и технических средств контроля и управления доением 22

  3. Анализ методов и технических средств контроля и управления кормлением концентратами и поения животных 29

1.4. Обзор систем идентификации, выделения из потока, опреде
ления местонахождения и выявления половой охоты животных 42

  1. Обзор современных систем управления и роботизации технологических процессов в животноводстве 59

  2. Предпосылки создания программно-технического комплекса контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных 76

1.7. Цель и задачи исследования 78

Выводы по первой главе 79

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЖИВОТ
НЫХ НА МОЛОЧНЫХ ФЕРМАХ 82

  1. Математическая модель биотехнической системы «животное-техника-оператор» 82

  2. Математическая модель индивидуального учета надоев молока 88

  3. Математическая модель индивидуального порционного дозирования сухих концентратов 104

  4. Математическая модель дистанционного определения трехмерных координат местонахождения, двигательной активности и половой охоты животных 116

Выводы по второй главе 135

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И УСТАНОВОК ДЛЯ ПРОВЕ
ДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 136

  1. Методика и установка для проведения исследований системы учета индивидуальных надоев молока 136

  2. Методика и установка для проведения исследований по порционному дозированию сухих концентратов 143

  3. Методика и установка для определения трехмерных координат и выявления половой охоты животных 146

3.4. Юстировка радиотехнической системы 148

Выводы по третьей главе 151

ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕ
НИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ ЖИВОТНЫХ 153

4.1. Технические средства учета индивидуальных надоев молока

и управления процессом доения 153

4.2. Технические средства для автоматизированного дозирования

сухих концентратов 168

  1. Универсальные электронные весы 179

  2. Технические средства определения трехмерных координат местонахождения животных, их двигательной активности и выявления половой охоты 182

  3. Программно-технический комплекс контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных... 195

Выводы по четвертой главе 200

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВА
НИЙ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
ИНДИВИДУАЛЬНЫМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ ЖИВОТНЫХ 202

5.1. Результаты исследований учета индивидуальных надоев

молока 202

  1. Результаты исследований порционного дозирования сухих концентратов 213

  2. Результаты экспериментальных исследований определения местонахождения и выявления половой охоты коров 227

  3. Экспериментальные исследования универсальных электронных весов для взвешивания животных 233

  4. Результаты испытаний программно-технического комплекса для контроля и управления технологическими процессами 233

Выводы по пятой главе 241

ГЛАВА 6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРИМЕ
НЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОБСЛУ
ЖИВАНИЯ ЖИВОТНЫХ 242

  1. Оценка технико-экономических показателей применения технических средств индивидуального обслуживания животных 242

  2. Пути совершенствования систем контроля и управления индивидуальным обслуживанием животных 247

Выводы по шестой главе 249

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 250

ЛИТЕРАТУРА 252

ПРИЛОЖЕНИЯ 276

Введение к работе:

Животноводство - наиболее сложная и трудоемкая область сельскохозяйственного производства. В последнее время для повышения эффективности выполнения основных технологических операций все большее применение находят интенсивные технологии в животноводстве, где важнейшими процессами являются машинное доение, приготовление и раздача кормов и обработка молочной продукции, на которые приходится до 60% всех трудозатрат. Машинное доение сельскохозяйственных животных сформировалось в приоритетную научную проблему по следующим основным четырем направлениям: интенсивные технологии, механизация, автоматизация, физиологические аспекты доения и обработка молока. Наряду с созданием интенсивных технологий в животноводстве важное место занимает автоматизация технологических процессов. Учитывая, что доля валовой продукции животноводства составляет свыше 54% в сельском хозяйстве, то основным источником получения денежных средств хозяйств становится молочная продукция. Известно, что внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) в животноводстве позволяет повысить производительность труда в 1,2...2 раза, снизить энергозатраты на 30...40%, увеличить продуктивность животных до 20%, существенно улучшить условия труда животноводов.

На 2004 год Россия уступает развитым за рубежом фирмам по уровню трудоемкости производства основных продуктов животноводства в 6...15 раз, по энергоемкости технических средств в животноводстве в 2,5...3 раза. Затраты кормов на одну голову животного больше в 1,5...2 раза. При таких показателях невозможно противостоять широкой интервенции продукции животноводства зарубежных стран на российском рынке. Кардинальная перестройка технологий и техническое перевооружение ферм на основе совершенной техники, в т.ч. зарубежной, а также средств автоматизации позволит снизить затраты труда, энергии, кормов и других ресурсов. Рост эф-

фективности животноводства и достижение конкурентоспособности национальной продукции животноводства возможно путем создания оптимальных условий содержания животных и повышения их продуктивности. Следует иметь ввиду, что автоматизация животноводства наиболее эффективна на животноводческих комплексах, но внедрение автоматизированных систем управления требует существенных капитальных вложений, составляющих до 40% всех капитальных вложений этих комплексов. Для мелких и средних фермерских товаропроизводителей, для которых текущие доходы являются главным источником существования, внедрение сложных систем управления малоперспективно. Для фермеров применимы локальные автоматизированные системы с применением дешевого наемного рабочего труда.

Структурные преобразования в сельском хозяйстве последних лет, резкое сокращение материально-технической базы, финансовых ресурсов привели к невостребованности большинства разработок в области автоматизации животноводства. Нынешнее сельское хозяйство в стране оказалось неспособно к использованию наукоемких разработок, в том числе и автоматизированных систем управления. Ряд отечественных животноводческих и фермерских хозяйств вынуждены пользоваться зарубежной рекламой иностранных экспортеров и приобретать случайное разрекламируемое зарубежное оборудование, которое не всегда успешно эксплуатируется в специфических условиях ведения отечественного сельскохозяйственного производства.

Анализ отечественного и зарубежного опыта развития животноводства показывает, что от рациональной оснащенности ферм современными техническими средствами контроля и управления технологическими процессами зависит уровень реализации биологического потенциала каждого животного, определяемый максимальным производством молока при минимальных затратах кормов, энергии и труда.

В принятых Россельхозакадемией направлениях развития механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства на период до 2010 года отмечено, что для животноводства развитие техники и технологий должно идти на основе создания принципиально новой инженерной базы. При этом, одной из важнейших задач повышения эффективности молочного животноводства является увеличение до 22% удельного веса доения коров в залах на автоматизированных установках, оборудованных средствами управления и индивидуального учета молока, а также манипуляторами доения при нормированной выдаче комбикормов, определяемой индивидуальными показателями животных.

Существующие методы и технические средства реализации таких задач не достаточно эффективны и не отвечают современным требованиям. Поэтому разработка и совершенствование методов, алгоритмов, систем контроля и управления технологическими процессами обслуживания животных с учетом их индивидуальных особенностей является актуальной и практически значимой проблемой сегодняшнего дня.

Проведенные в работе исследования выполнены в соответствии с решениями научной сессии Россельхозакадемии по направлениям механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства на период до 2010 года, а также планами НИР ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.

Целью работы является разработка методов и технических средств контроля и управления технологическими процессами в молочном животноводстве, обеспечивающих повышение уровня реализации биологического потенциала животных.

Для достижения этой цели определены следующие задачи исследования.

  1. Анализ научных предпосылок и тенденций развития технологий, методов и технических средств индивидуального обслуживания животных на молочных фермах и комплексах.

  2. Разработка математической модели биотехнической системы «животное - техника — оператор», учитывающей необходимость индивидуального обслуживания животного и применение прецизионных (высокоточных) технологий.

  3. Разработка метода и математической модели учета индивидуальных надоев молока, обеспечивающих повышение точности измерения.

  4. Разработка метода и математической модели индивидуального порционного дозирования сухих концентратов, обеспечивающих контроль количества съеденного корма и автоматизированную его выдачу по мере съедания животным. 2*

  5. Разработка метода и математической модели дистанционного определения трехмерных координат местонахождения животных, обеспечи- г вающих непрерывное наблюдение (мониторинг) с контролем двигательной активности (половой охоты), необходимых для управления стадом, оптимизации воспроизводства и организации индивидуального обслуживания коров на основе компьютеризированных технологий.

6. Разработка и производственная проверка технических средств кон
троля и управления технологическими процессами индивидуального об
служивания животных, а также оценка экономической эффективности
применения созданных технических средств.

Объект исследования. Технологии и технические средства контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных на молочных фермах.

Предмет исследования. Методы и математические модели для контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных.

Методы исследования. Решение поставленных задач проведено с использованием системного и математического анализа, математической статистики, дифференциального и интегрального исчислений, математического моделирования, программирования с применением средств микропроцессорной и компьютерной техники.

Научная новизна. Выполненные исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов, заключающихся в разработке:

- усовершенствованной математической модели биотехнической системы
«животное - техника - оператор», учитывающей необходимость индивиду
ального обслуживания животного и применение прецизионных технологий
и технических средств;

- метода и математической модели учета индивидуальных надоев моло
ка, обеспечивающих повышение точности измерения и устанавливающих
зависимости параметров датчика от интенсивности молокоотдачи, состава
молоковоздушной смеси и колебаний вакуума;

метода и математической модели индивидуальной порционной выдачи сухих концентратов, обеспечивающих контроль количества съеденного корма и устанавливающих зависимости размеров порций и параметров весового дозатора от скорости поедания корма животным;

метода и математической модели дистанционного определения трехмерных координат местонахождения животных, обеспечивающих непрерывный мониторинг с контролем двигательной активности (половой охоты), необходимых для управления стадом, оптимизации воспроизводства и организации индивидуального обслуживания коров, основанного на компьютеризированных технологиях;

- программно - технического комплекса, позволяющего системно использовать разработанные технические средства для контроля и управления технологическими процессами на молочных фермах различных типов и размеров.

Новизна разработанных методов, технических средств и программы для ЭВМ подтверждена авторскими свидетельствами, патентами и свидетельством РФ об официальной регистрации.

Практическая ценность работы. Разработан программно - технический комплекс и новые технические средства индивидуального обслуживания животных, которые на основе улучшенных метрологических характеристик (учет индивидуальных надоев) и новых возможностей (контроль количества съеденного корма, определение местонахождения, двигательной активности и половой охоты) обеспечивают повышение эффективности выполнения технологических процессов на молочных фермах.

Реализация результатов исследований. Для реализации предложенных методов и математических моделей разработаны и прошли производственную проверку технические средства: система учета индивидуальных надоев молока, автоматизированный порционный дозатор сухих концентратов, комплект средств дистанционного определения местонахождения животных и выявления половой охоты, универсальные электронные весы для взвешивания животных, а также программно-технический комплекс контроля и управления технологическими процессами индивидуального обслуживания животных.

Результаты проведенных исследований внедрены в производство, используются в научно-исследовательских институтах, машинно-испытательных станциях и ряде хозяйств. Разработанные учебно-методические пособия и учебно-исследовательский стенд, используются в учебном процессе РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, МГАУ им. В.П. Го-рячкина, РГАЗУ, Великолукской ГСХА и др. Результаты исследований, испытаний разработанных технических средств, использования основных положений и выводов исследования подтверждены соответствующими документами, приведенными в приложении к работе.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- математическая модель биотехнической системы «животное - тех
ника - оператор»;

математические модели индивидуального учета надоев молока и порционного весового дозирования сухих концентратов;

математическая модель и метод дистанционного определения трехмерных координат местонахождения коров и выявления их половой охоты;

технические средства и программно - технический комплекс для контроля и управления технологическими процессами доения, индивидуального кормления, определения местонахождения и выявления половой охоты животных на молочных фермах.

Подобные работы
Макевнин Александр Васильевич
Совершенствование методов и средств контроля и учета энергопотребления мобильными сельскохозяйственными агрегатами
Поздняков Василий Дмитриевич
Повышение надежности и эффективности функционирования операторов механизированных процессов животноводства
Туваев Владимир Николаевич
Повышение эффективности производства молока путем обоснования и разработки прогрессивных технологических процессов для летнего животноводства
Никольский Андрей Евгеньевич
Повышение эффективности процесса производства удобрений из отходов животноводства аэробной ферментацией в установках закрытого типа путем разработки технологии и технических средств утилизации газовых выбросов
Трутнев Николай Васильевич
Совершенствование рабочего процесса и обоснование основных параметров устройства для дозированной раздачи комбикормов в животноводстве
Челядинов Валентин Дмитриевич
Методы и средства повышения эффективности работы системы испарительного охлаждения и доувлажнения воздуха в теплице
Лучинский Александр Романович
Методы и средства подготовки семян к предпосевной обработке низкоэнергетическими электромагнитными полями.
Зазуля Александр Николаевич
Разработка методов и средств повышения устойчивости движения пахотного агрегата (на примере трактора К-701 с плугом ПТК 9-35)
Михайлов Евгений Владимирович
Методы и средства интенсификации процесса предварительной очистки зерна повышенной влажности
Шемняков Денис Валерьевич
Разработка методов и средств изучения процесса формирования тягового сопротивления машинно-тракторных агрегатов на базе малогабаритных энергосредств с целью улучшения их эксплуатационных свойств

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net