Как удивительно быстро меняется технический мир вокруг нас, в том числе и агропромышленный комплекс! То, что еще недавно было мечтой, сейчас уже повседневность.
Но главное в том, что в тех странах, где четко, системно и последовательно внедряются все технические новинки, совершенствуются организационные, управленческие и кадровые процессы, происходит сверхпроизводство сельхозпродукции и она становится предметом экспорта, для нее ищутся дополнительные рынки сбыта.
Однако жизнь показывает: кто развивается сегодня, тот со временем начинает развиваться еще быстрее и масштабнее. В результате создаются новые технические точки опоры, новые возможности, новые направления активной творческой и производственной деятельности.
Сейчас уже можно с уверенностью сказать, что мир стоит на пороге массовой реализации новых тенденций технологического и технического прогресса в области агропромышленного комплекса. Свидетельством этому могут служить публикации многих известных ученых, организаторов производства, а также прошедшие в 2015 году международные сельскохозяйственные выставки во Франции (SIMA), в Германии (Agritechnika), а также в других странах, на которых были представлены некоторые новейшие образцы сельхозтехники.
Мониторинг последних публикаций многих зарубежных и отечественных специалистов, а также международных выставок сельскохозяйственной техники дает возможность выделить десять самых актуальных направлений технического прогресса в области совершенствования мирового агропромышленного комплекса, которые, безусловно, надо учитывать в ходе развития отечественного сельскохозяйственного производства.
Попытаемся кратко изложить смысл этих десяти направлений мирового агротехнического прогресса.
1. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ МАШИНЫ
В последние годы в печати все чаще стало применяться новое понятие – интеллектуальное сельское хозяйство. С ним связывают будущее развитие агропромышленного сектора экономики. Это обусловлено тремя объективными обстоятельствами:
- традиционные технологические и технические решения уже не могут обеспечить требуемый рост производительности труда и качества продукции;
- концепция пооперационной оптимизации исчерпала себя, и нужны более системные методологические и технологические решения создания техники;
- глобальная компьютеризация производства обязывает применять высокоавтоматизированные процессы.
Главными исполнителями интеллектуального сельскохозяйственного производства являются интеллектуальные машины и комплексы машин – высокоавтоматизированные технические средства, которые оптимизируют свое внутреннее и внешнее состояние (расположение в пространстве) по специальным компьютерным программам, в которых производительность и качество работы машины являются функциями от изменяющихся параметров агрофона.
Рассмотрим концепцию создания таких машин на примере зерноуборочного комбайна.
Анализ работы современных сельскохозяйственных машин, особенно таких сложных мобильных технологических агрегатов, как комбайн, выявляет следующие три объективные особенности.
1. По сей день многие сельхозмашины, в том числе и комбайны, разрабатываются с ориентацией в основном на профессионализм оператора (механизатора, комбайнера) и большинство функций управления рабочими органами машины переданы ему. Это приводит к тому, что одна и та же машина, управляемая разными операторами, показывает разную производительность, причем иногда разница бывает кратной. В итоге общий хозяйственный парк машин работает ниже своих потенциальных возможностей. Недоиспользование этого потенциала в целом по парку машин составляет 20–30%, а в ряде хозяйств доходит до 40%. Это приводит к большим производственным затратам и увеличению себестоимости продукции. Сроки окупаемости техники увеличиваются.
2. Во время работы зерноуборочного комбайна объективно возникают такие сочетания природно-климатических, агроландшафтных и технологических факторов, оптимизировать которые комбайнер не может ввиду их быстротечности и многообразия. Поэтому комбайнер только с какой-то вероятностью выбирает оптимальное решение и работает чаще всего на неоптимальных режимах управляемого им агрегата.
К примеру, известно, что оптимальная подача хлебной массы в комбайн должна примерно соответствовать паспортной пропускной способности комбайна (не ниже 95%). Однако подача хлебной массы зависит от трех факторов: ширины захвата жатки, урожайности убираемой культуры и скорости движения комбайна. Комбайнер, выбирая скорость движения комбайна, ориентируется примерно на среднюю урожайность, которая имеет коэффициент вариации 20–30% от среднего значения. Таким образом, чтобы не перегрузить молотилку хлебной массой, комбайнер вынужден работать на скоростях ниже паспортных. Никаких средств контроля за величиной подачи массы в комбайне нет. Средняя скорость движения комбайна равна примерно 2 м/с. Среднее время срабатывания зрительной и нервной системы комбайнера на внешний сигнал-раздражитель составляет около 5 секунд. То есть пока комбайнер получит сигнал и примет решение, комбайн пройдет 10 метров. Но команда комбайнера не выполняется мгновенно. Любой механизм имеет время запаздывания – 1,5–2 секунды. За это время комбайн пройдет еще 3–4 метра, итого 13–14 метров. При этом комбайн будет работать уже на другом агрофоне, который может потребовать новых режимов работы и так далее. Поэтому комбайнер настройкой комбайна на его рабочем ходу в принципе не занимается, а работает с меньшим захватом жатки, на скоростях ниже оптимальной, лишь бы не перегрузить молотилку хлебной массой. Отсюда и снижение производительности комбайна ниже паспортной.
Таким образом, если первое обстоятельство обусловлено привязкой конструкции комбайна к оператору как управленцу, то второе – его индивидуальными психологическими особенностями.
3. Во многих крупнотоварных хозяйствах урожайность зерновых культур растет. Новые сорта, передовые технологии производства, оптимальные севообороты и т.п. привели к тому, что в ряде хозяйств на больших площадях (6–8 тыс. га) средняя урожайность зерна доходит до 6 т/га, а на отдельных полях до 8–10 т/га. Для уборки хлебов с такой урожайностью нужны комбайны высокой производительности – не менее 12–14 кг/с. Эти комбайны дорогие. Позволить им работать с недогрузкой нельзя, они тогда себя не оправдают по критерию «цена–прибыль». Эффективность использования их пропускной способности должна быть не ниже 0,90–0,95. Этого не может обеспечить комбайнер по естественным ограничениям на реакцию, работоспособность, продолжительность рабочего дня и т.п. Таким образом, чем более производителен и более дорогой комбайн (трактор), тем он должен быть более «интеллектуален», то есть насыщен автоматическими устройствами и его работа должна менее всего зависеть от квалификации комбайнера (оператора).
Вышеназванные объективные особенности работы комбайнов (сельхозмашин) в целом характерны для сельскохозяйственного производства из-за инвариантности параметров агрофона. К примеру, на железнодорожном транспорте и авиаперевозках расписание движения поездов и самолетов не зависит от квалификации машиниста или авиатора – выход найден в автоматизации управления. На этот путь должно встать и отечественное сельхозмашиностроение.
Первые шаги сделаны. К примеру, на комбайны ростовского завода «Ростсельмаш» устанавливается система электронных блоков контроля и фиксации параметров и режимов работы двигателя, молотилки комбайна и скорости его движения. Система Adviser контролирует до 40 параметров.
Тематический раздел «интеллектуальных тракторов и комбайнов» представляют компании более чем из 20 стран мира: John Deere (США), Deutz-Fahr (Германия), New Holland (Италия), Challenger (США), Fendt, Mc-Cormick (Франция), Valpadana (Италия), Ferrari (Италия), Same Tiger, Lamborghini, Claas (Германия), Case (США), Valtra (Германия), Lindner GmbH (Австрия), Kioti (Юж. Корея), «Беларус» и др.
Компании представляют тракторы высокого интеллектуального технического уровня различной мощности – от 20 кВт до 150 кВт. Например, DEUTZ-FAHR представила тракторы 9-й серии, на которые устанавливается шестицилиндровый двигатель DEUTZ TCD объемом 7,8 л, стандарт TIER 4 Interim с 4 клапанами на цилиндр, системой впрыска DCR (Deutz Common Rail) с интегрированной электронной системой управления, двойным турбокомпрессором и системой промежуточного охлаждения воздуха. Одним из представителей этой серии является трактор DEUTZ-FAHR-9340 TTV, который на выставке SIMA в Париже был награжден титулом «Лучший дизайн трактора» 2015 года (фото 1).
В качестве основных перспективных технических решений в тракторостроении можно отметить: два ведущих управляемых моста трансмиссии, что обеспечивает агрегату высокую проходимость, маневренность и уменьшает ширину поворотных полос; использование коробок передач с электрическим переключением передач (тракторы John Deere) и электроприводных мостов; автоматически регулируемое положение навески относительно продольной оси направления движения трактора.
Компания Flieg- разработала систему распознавания транспортных средств Flieg- Tracker при уборке урожая зерна. Данная система работает с использованием маячков Fliegl-Beacon. При уборке урожая зерновых установленные на комбайн и на прицепы маячки позволяют с большой точностью опознать каждое из этих транспортных средств. Связующим звеном является промежуточная станция, а именно – перегружающий прицеп. Оснащенный весовой системой FWS, данный прицеп ASW способен распознать с помощью коммуникации передатчика Beacon и антенны, какой комбайн его заполнил и на какое транспортное средство произведена дальнейшая разгрузка.
Одним из инновационных решений в разделе «Интеллектуальные комбайны» является система John Deere ProCu. Система без остановки машины осуществляет мониторинг и автоматическую регулировку расстояния между противорежущим брусом и ножами режущего барабана кормоуборочного комбайна. Высокоточные датчики, встроенные в противорежущий брус, непрерывно измеряют расстояние между ножами и противорежущим брусом и контролируют остроту ножей. При затуплении ножей включается автомат заточки ножей.
В недалеком будущем ожидается внедрение электропривода трансмиссии, основных рабочих органов и автоматизация основных технологических процессов в мобильных сельхозмашинах.
2. РОБОТОТЕХНИКА
Сельскохозяйственные машины для выполнения отдельных операций или их совокупности без участия оператора становятся уже неотъемлемой частью интеллектуализации машин. Не будем сейчас говорить об известных преимуществах роботов, но отметим всё расширяющийся диапазон областей их применения.
Из последних достижений в области сельскохозяйственной робототехники следует отметить следующие.
1. Интеллектуальный робот-культиватор, предназначенный для выполнения операций по уходу за молодыми посадками картофеля, земляники и других культур. Робот оснащен полностью автоматической системой управления позиционированием, движением и выполнением операций с использованием существующих систем оптического зрения (разработка французской компании Garre Anatis – фото 2 и 3).
2. Культиваторы с электронными следящими системами для обработки почвы и уничтожения сорняков в междурядьях и рядах растений (фирма Garford, Великобритания).
Необходимо отметить актуальность и перспективность исследований по разработке отечественной конструкции «оптического глаза», умеющего распознавать образцы культурных растений и сорной растительности, что очень важно при прополочных работах.
3. Семейство роботизированных машин с системой дистанционного управления в агрегате с целым шлейфом сельскохозяйственных машин: буры, опрыскиватели для низкорастущих культур, косилки-измельчители, снегоуборщики, вильчатые погрузчики, бульдозерные лопаты и др. (разработка итальянских компаний ENERGREEN, Robo-Eco, FERRY, ETT Loaders).
Можно ожидать, что через 3–4 года номенклатура сельскохозяйственных роботов будет значительно расширена благодаря применению систем точного земледелия, механотроники, компьютерного и программного обеспечения.
3. ТОЧНОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ
Принято считать, что сама концепция точного земледелия появилась в конце семидесятых годов прошлого века, когда на околоземную орбиту была выведена система навигационных спутников (правда, сначала в военных целях), которая позволяла определять место расположения любого наземного объекта. Потом научились распознавать многие характеристики наземной флоры и по ним оценивать фазы ее развития и конечную урожайность. Предвестником всей этой системы спутников был, конечно, первый советский спутник 1957 года.
В 1980–1990 гг. и в начале этого века сначала в США, а потом и в других странах началась с разной степенью интенсивности реализация технических аспектов точного земледелия с использованием американской спутниковой системы GPS, а затем отечественной Глонасс и европейского проекта «Галилео».
Но это только часть общей идеологии точного земледелия, только ее технический раздел, названный нами координатной агротехникой. Она базируется на трех экспериментально-вычислительно-организационных операциях:
1. урожайный мониторинг с применением системы позиционирования на базе глобальных навигационных спутников (NAVSTAR-GPS в США, Глонасс в России);
2. картирование поля по урожайности убираемой культуры, наличию в почве химических элементов, влажности и засоренности посевов;
3. практическая реализация принятых решений, выполняемых машинно-тракторными агрегатами согласно программам в аппликационных картах, вложенных в бортовые компьютеры: по координатной обработке почв, посеву, адресно-дозированному внесению удобрений и другим операциям.
На рисунке 1 представлена циклограмма точного (координатного) растениеводства. Главным техническим средством в этой циклограмме является комбайн, а главной операцией, проводимой с его помощью, мониторинг урожайности по координатам поля. Для выполнения этой операции комбайн оборудуется специальной навигационной системой (рисунок 2). В результате проведения названных операций составляются несколько видов операционных карт: урожайности (распределения урожайности по участкам поля), почвенных (наличие и распределение калия, азота, фосфора и т.п. по участкам поля), агрофитоклиматограмм, а также карт засоренности и влажности растений, зерна, почвы.
Полученные операционные карты являются предписывающими. Они дают возможность агрономической и инженерной службам хозяйства проводить последующие технологические операции почвообработки, посева, внесения удобрений, защиты растений и т.д. дифференцированно – с учетом реального состояния любого участка поля.
Длительный мониторинг хозяйственных полей с составлением операционных карт позволяет уточнить севообороты, оптимально скомплектовать машинно-тракторный парк, выбрать режимы работы машин.
Особенно большой эффект замечен от экономии минеральных и органических удобрений, так как на каждый участок поля (координаты его содержатся в операционной карте) вносится в конкретном количестве то удобрение, которого недостает на этом участке.
То же самое касается и посевного (посадочного) материала, средств химзащиты и т.п., которые дифференцированно вносятся в зависимости от состояния агрофона.
То есть при координатном растениеводстве осуществляется отход от концепции внесения средней по полю нормы внесения удобрений, семян, гербицидов и т.п. и осуществляется переход к дифференцированному и даже индивидуальному обеспечению конкретного участка поля всем необходимым для успешного развития растений. Оказывается, это дает весьма существенную экономию всех расходных материалов. Для этого технологические полевые машины снабжены компьютерами с программным обеспечением для дифференцированного воздействия на почву и растения.
Массовое внедрение системы точного земледелия (координатной агротехники) станет возможным благодаря созданию адаптированных к полевым условиям измерительных и вычислительных средств, устанавливаемых на мобильной технике. Это позволит определить в пределах одного поля координаты участков с неоднородными условиями выращивания растений и оказывать корректирующие воздействия на эти участки, меняя режимы выполняемой технологической операции – глубину обработки почвы, норму высева, виды и дозы вносимых удобрений и т.д. Этим достигается экономия затрат на производство сельхозпродукции и минимизация ущерба окружающей среде.
Но координатная агротехника – это важная, но только часть общей идеологии точного земледелия. На самом деле корни и основные принципы точного земледелия уходят далеко в историческое прошлое земледелия.
С незапамятных времен крестьянин заметил неоднородность почвы, растений и климата по многим характеристикам. Действительно, все движется и все изменяется. Вариабельность основных агроклиматических и производственных факторов, определяющих конечный результат – урожай, бывала настолько большой, что земледелец не знал, как поступить, и был вынужден ориентироваться на какие-то средние значения. Потом появились варианты избирательного и дифференцированного подхода. Затем появились идеи программированных урожаев и т.п. как предвестников точного земледелия.
Современная наука об изменчивости мира накопила уже большой теоретический и практический опыт анализа, оценки, контроля и использования многих факторов изменчивой среды в интересах человека. Применительно к точному земледелию это позволило значительно расширить границы этого понятия, придав ему более комплексное содержание.
По различным аспектам точного земледелия известны сотни публикаций научного и практического содержания, патентов, практических рекомендаций, сообщений ряда фермеров. В 1980–1990 годах в США разработку систем урожайного картирования вели 20 компаний и университетов. Проблемами координатного земледелия активно занимались и продолжают вести исследования ученые и практики в США, Англии, Германии, Чехии, Франции, Австралии, России и других странах. Обзор проведенных ими исследований достоин отдельной монографии.
Однако появилось много работ, которые выходят за рамки координатной агротехники на базе урожайного мониторинга и посвящены точному земледелию как прогрессивной доктрине земледелия, как мировоззренческому направлению, гарантирующему высокие урожаи с минимальными затратами при соблюдении экологических требований и экономии ресурсов. Эти работы придали точному земледелию фундаментальный мировоззренческий характер.
У истоков такого понимания точного земледелия стояли и российские исследователи и практики разных времен: А.Т. Болотов, А.А. Стебут, В.В. Докучаев, К.А. Тимирязев, Т.С. Мальцев, А.И. Бараев и другие. В наше время большой вклад в мировоззренческое понимание точного земледелия внес академик РАН А.А. Жученко, который убедительно доказал, что точное земледелие нельзя сводить только к проблеме дифференцированного внесения удобрений, средств защиты растений и т.п.
Обобщение содержания мировоззренческих работ отечественных и зарубежных авторов позволяет сформулировать следующие пять принципов точного земледелия на данном этапе развития этого направления сельскохозяйственного производства. Во многом эти принципы основаны на идеях А.А. Жученко, хотя он сам их так не называл.
1. Принцип информативности. Точное земледелие – это постоянный количественный и качественный мониторинг (длительный сбор статистической информации) местных почвенно-климатических, погодных, производственных и социальных особенностей производства сельхозпродукции.
Этот принцип означает, что для каждого участка, поля, хозяйства, района, области и т.п. должны составляться подробные статистические характеристики их развития, то есть разрабатываться своеобразные родословные карты среды: какие были раньше почвы, растения, культуры, предшественники, какова была агротехника и т.д. Это позволяет познать свой регион в динамике, определить его современное положение, установить имеющиеся проблемы и наметить программу новых осмысленных действий. Речь также идет о возможности количественно и качественно оценить, что и в какое время нужно почве, растению, чем и как осуществлять необходимое техническое воздействие, как правильно организовать весь процесс производства сельхозпродукции. Мониторинг агросреды – это информационная база точного земледелия.
2. Принцип комплексности. Точное земледелие – это дифференцированное использование всех природных, биологических, техногенных и экономических ресурсов конкретного региона, зоны, участка поля для высокорентабельного производства сельхозпродукции.
Этот принцип означает, что конечный результат земледельца, хлебороба, животновода – это итог решения комплексной проблемы использования имеющих у него ресурсов, каждый из которых вносит свой вклад в полученный урожай или уменьшает его, если этот вид ресурса не учтен или использован не полностью. Таким образом, только благодаря использованию какого-то одного-двух факторов добиться успеха невозможно.
3. Принцип агротехнической адаптивности. Точное земледелие – это реализация классических положений мировой агрономии по севооборотам применительно к конкретным почвенно-климатическим и другим условиям.
Этот принцип означает, что главное в продуктивном земледелии – учитывать индивидуальность каждого участка агрофона в данной местности и дифференцированно на них воздействовать. Все проводимые агрохимические операции, применяемые технические средства, сорта и культуры, агротехнологии в целом – от организации работ до переработки сельхозпродукции – должны быть строго адаптивны к местным агроклиматическим условиям. На основе этого принципа выбираются севообороты, технологии сельхозработ, определяются условия их максимальной эффективности и режимы их выполнения.
Спектр применения понятия «точное земледелие» в настоящее время очень широк. Подобрали к своим условиям районированные культуры и сорта, определили конкретную агротехнологию их производства, составили технологические карты, выбрали тип удобрений и установили нормы их внесения, применили координатную агротехнику, обосновали парк машин по структуре и количеству, подготовили кадры к конкретной работе и т.п. – это все примеры реализации третьего принципа точного земледелия.
4. Принцип потенциальных возможностей. Точное земледелие – это выявление в каждом месте производства сельскохозяйственной продукции критических факторов, лимитирующих урожай по количеству и качеству, характеризующих потенциальные возможности почвы и растения, технологий и техники при условии их максимального использования.
Этот принцип означает, что для каждого места производства сельхозпродукции с учетом проведенного мониторинга должна быть разработана конкретная программа действий для любого варианта сложившихся условий. Когда выявлены критические условия для формирования урожая (температура, влажность, плодородие и т.п.), оценены потенциальные возможности для получения высокого урожая в этих условиях, то можно определить и мероприятия по их учету, использованию, а при необходимости и нивелированию негативных факторов.
Этот принцип устанавливает степень соответствия между тем, что надо бы сделать для получения больших урожаев в данных условиях, и тем, что реально можем сделать.
Реализация этого принципа может проходить и в таком направлении: для определенного уровня урожайности сельхозкультур может быть определена и соответствующая машинная агротехнология. Хотите получить урожайность сахарной свеклы 400 ц/га – применяйте технологию, к примеру, №1, хотите 600 ц/га – технологию №2, а если хотите 1000 ц/га, то – №3 с совершенно другими технологическими операциями и машинами.
5. Принцип управления. Точное земледелие – это управление продукционным процессом с помощью карт урожайности, почвенных карт, фитоклиматограмм, системы спутниковой навигации, адаптивных технических средств с дифференцированным воздействием на среду обитания растений и на сами растения в нужном месте, в нужное время, с оптимальной интенсивностью и оптимальным ресурсосбережением при соблюдении экологических требований.
Практическим воплощением пятого принципа точного земледелия является уже рассмотренное координатное растениеводство с мониторингом урожайности, системой спутниковой навигации, операционными картами, сельхозмашинами, оборудованными компьютерами, и т.д.
Частичное внедрение точного земледелия идет давно во многих странах. Что касается России, то имеются хорошие примеры внедрения систем точного земледелия в Краснодарском и Ставропольском краях, в Курской, Белгородской, Самарской и других областях. Этот опыт показывает, что достигается большая экономия удобрений, посевного материала и средств защиты растений (ядохимикатов).
Однако для российского массового сельхозтоваропроизводителя с его низкой платежеспособностью система точного земледелия пока недоступна. Оснащение одного комбайна урожайным мониторингом обходится более чем в 500 тыс. рублей. Кстати, за рубежом все элементы системы спутниковой навигации и мониторинга стоят также дорого. Но правительства многих стран (США, Германии, Англии и др.) дополнительно финансирует работы по внедрению элементов точного земледелия. Можно надеяться, что это произойдет и в России, особенно применительно к крупнотоварному производству продукции.
На данном этапе продвижения идей точного земледелия в жизнь нашему сельхозтоваропроизводителю сначала надо проникнуться принципами точного земледелия, носящими мировоззренческий характер, а затем своими заявками на оборудование подтвердить их практическую востребованность. Тот, кто применяет принципы точного земледелия, всегда работает с прибылью.
4. БИОЛОГИЗАЦИЯ (БИОЗЕМЛЕДЕЛИЕ)
Биологизация – неотъемлемая часть интеллектуального (разумного) сельскохозяйственного производства. Техногенные способы производства сельскохозяйственной продукции все больше и больше выявляют свои ограниченные возможности. Их потенциальные ресурсы почти исчерпаны или близки к полной реализации, а проблема увеличения производства сельхозпродукции остается актуальной. Идут поиски новых путей реализации разумного сельскохозяйственного производства. На помощь приходит «многострадальное», неоднократно отвергавшееся, но настойчиво пробивающее себе дорогу в будущее – биологизация сельскохозяйственного производства.
Биологизация в настоящее время означает проверку человека на интеллектуальность, на комплексное знание законов природы и развития общества. К сожалению, не все люди, особенно сильные мира сего, да и рядовые сельхозтоваропроизводители соответствовали и соответствуют этому требованию. Известный ученый В.Р. Вильямс утверждал, что плохих почв нет, есть плохие хозяева. Но многим не хотелось чувствовать себя плохими хозяевами и они ругали во всем почвы: низкое плодородие, плохой ландшафт, рельеф и т.п. Известный агроном-практик Т.С. Мальцев утверждал, что «земледелие дело творческое, оно особенно не терпит шаблона». Однако многие не хотели проявлять творчество и, по выражению Я.Н. Прянишникова, «недостаток знаний заменяли избытком удобрений».
С современных позиций как насмешка над здравым биологизационным смыслом звучит очень популярный лозунг 1960–1980-х годов прошлого века: дурную траву с поля вон! Были забыты не только многолетние травы, бобовые, но и сидератные культуры. Результат – за последние десятилетия почти во всех европейских странах средняя урожайность зерновых выросла в 3–4 раза, а в России едва в 1,5–1,8 раза и остановилась на уровне 20–24 ц/га.
Но сейчас ситуация круто меняется и к биологизации интерес возрастает. Современная политическая обстановка в мире и принятый Россией курс на импортозамещение заставили вспомнить высказывание французского философа Ж.-Ж. Руссо, что развитие сельского хозяйства является единственным средством удержать государство в независимости от кого-либо и что сельское хозяйство обеспечивает свободу.
В прошлые годы активными отечественными теоретиками и практиками биологизации были А.Г. Болотов, Н.И. Вавилов, В.Р. Вильямс, В.В. Докучаев, И.М. Комов, Я.Н. Прянишников, К.А. Тимирязев и другие. В последние десятилетия большую роль в развитии биологизации сыграли А.А. Жученко, А.Н. Каштанов, В.И. Кирюшин, В.В. Коринец, В.Б. Беляк и другие.
В целом биологизация – это оптимизация многокомпонентной системы: человек (руководитель, сельхозпроизводитель) – внешняя среда – почва – растение – животные – экология – сельхозпродукция. Оптимизация этой системы, как отмечает член-корреспондент РАН В.Б. Беляк, «требует высокой образованности сельхозтоваропроизводителя, глубоких знаний ресурсов растительного и животного мира, использования законов почвоведения, земледелия и рынка. Конечно, не каждому это дано…».
Главные особенности биологизации можно выразить следующими тезисами, основанными на исследованиях наших классиков почвоведения и земледелия в целом:
- Включение в севооборот клевера, бобовых культур, сидератов – это благодеятельное открытие для человека.
- Плодородие почв – не абстрактное понятие, оно конкретно к определенному виду растения.
- Любая почва является плодородной по отношению к растению, которое на ней хорошо развивается.
- Земле надо возвращать обратно все то, что она отдала растению.
- Все растения берут из почвы азот, а бобовые культуры возвращают.
- Вносить в почву органику – это закон биологизации.
- Жизнь почвы поддерживают бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли; дождевые черви, моллюски.
- Не надо выравнивать плодородие по полям; надо менять возделываемые на них культуры.
- Нет плодородия земли вообще, есть неправильно подобранные культуры.
- Чем меньше образованность земледельца, тем он больше зависит от погоды.
- Многолетние травы оптимизируют севооборот.
- В биологизации нет второстепенных факторов.
- В биологизации земледелия недопустимы фрагментальность подходов, фетишизация определенных факторов, отсутствие комплексности решений.
- На любой земле надо выращивать те растения, которые к ней наиболее приспособлены.
- Регулярный, через каждые 5–7–10 лет перевод пашни в пастбище и обратно – эффективный способ оздоровления почвы.
По В.Б. Беляку, в перечень обязательных факторов биологизации входит:
- человеческий фактор;
- ресурс почвы в масштабе от конкретного поля до региона в целом;
- зональный набор культур;
- введение нетрадиционных культур (интродукция);
- селекция и сортовые особенности;
- севообороты с участием многолетних трав и бобовых;
- система удобрений;
- гетерогенность (неоднородность) культур, сортов с разными сроками созревания (сочетание разнотипных факторов, смешанных посевов и т.п.), разнообразные породы и типы животных с их генетическими особенностями.
Безусловно, трудно сразу освоить всю премудрость биологизации. Не всем это удается. Но осваивать придется всем. Тогда мы и наши потомки будем независимы от продовольственного импорта и поля будут приносить полезный урожай, а не сорняки и подлески.
5. МАЛАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АВИАЦИЯ
Можно смело утверждать, что за последние 5–6 лет в деле развития малой сельскохозяйственной авиации сделано во много раз больше, чем за все предыдущие годы. Это позволяет считать эту отрасль бурно развивающейся, с большими перспективами и разнообразием конструкторских решений (фото 4).
Особенно обращает на себя внимание создание большой гаммы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) – от портативных, размером менее 1 кв. м дронов до дельтапланов. Большой успех наблюдается и в развитии малой авиации с размахом крыльев от 2 до 5 м. Функциональные возможности БПЛА и малой авиации постоянно расширяются. Сейчас они используются для:
- мониторинга состояния посевов;
- мониторинга урожайности сельскохозяйственных культур и составления электронных карт урожайности;
- мониторинга развития болезней и вредителей сельскохозяйственных культур с целью составления электронных карт-заданий для дифференцированного применения средств химической защиты (СХЗ);
- контроля использования земли в различных целях;
- создания карт плодородия почв;
- осуществления охраны сельскохозяйственных насаждений, управления работой растениеводческих бригад при проведении сельскохозяйственных работ и контроля за этими бригадами.
Ведущими фирмами по разработке и выпуску малой авиации являются:
1. AeroHarvest (США);
2. Leading Edge Technologies (США);
3. Wilbur-Ellis (США);
4. AgWorx (США);
5. Precision Hawk (США);
6. SenseFly (Швейцария);
7. DJI (Китай);
8. ООО Научно-производственное предприятие «Автономные аэрокосмические системы – ГеоСервис» (Россия);
9. Группа компаний «Геоскан» (Россия);
10. Группа компаний ZALA AERO (Россия).
6. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ РЕЗИНОАРМИРОВАННЫЕ ГУСЕНИЧНЫЕ ДВИЖИТЕЛИ
В создании движителей мобильной сельскохозяйственной техники назревает настоящая техническая революция.
Традиционно привыкли различать колесный тип движителей и гусеничный. Первый тип в исполнении 2х2, 2х4 и т.п., в единичном или спаренном виде, является самым распространенным. Он обеспечивает необходимую тягу, позволяет работать на большой рабочей и транспортной скорости, не повреждает дорожные покрытия, прост в эксплуатации, надежен в работе. Но имеются два существенных недостатка: трудно обеспечить оптимальную площадь контакта колеса с поверхностью почвы, что приводит к повышенному на нее воздействию, и наличие буксования колес с вытекающими отсюда отрицательными экологическими последствиями.
Обычный (типовой) металлический гусеничный ход не имеет этих недостатков, но весьма металлоемок, рабочие скорости ограничены до 6–8 км/ч, менее надежен в эксплуатации, повреждает дорожное покрытие, при поворотах и разворотах сгребает верхний почвенный слой, неэффективен на транспортных работах. Зато давление на почву у него в 2–3 раза меньше, чем у колесного хода.
Так и сложилось естественное разграничение сфер применения типов движителей: там, где нужна хорошая проходимость агрегата, применяют гусеничные движители, в других случаях – колесные.
Но вот появились новые гусеницы – резиноармированные. Пусть они еще не отработаны в деталях, но уже сейчас можно сказать, что они вобрали все лучшее, что есть у колесного хода и обыкновенного гусеничного. Скорость агрегата на резиноармированном гусеничном движителе от 0 до 60 км/ч, гарантируется минимальное давление на почву, гусеницы не повреждают дороги, бесшумны в работе. Оборудование такими гусеницами всей мобильной сельхозтехники значительно повысит ее общий технический уровень и оптимизирует все эксплуатационные характеристики. В сочетании с независимым реверсивным электро- или гидроприводом левой и правой гусеницы достигается колоссальный эффект по мобильности агрегата, маневренности, сокращению ширины поворотных полос, уменьшению времени на транспортные переезды и т.п.
Такого не было еще каких-то 5–6 лет назад, чтобы десятки фирм представили на различных выставках зерноуборочные и кормоуборочные комбайны, тракторы, прицепные тележки, энергосредства на резиноармированных гусеницах (фото 5). Это действительно прорыв в развитии сельскохозяйственной техники, это пример скачка в техническом прогрессе.
Нет сомнения, что со временем улучшится их конструкция. Найден будет оптимальный состав технической резины или ее заменителя, модернизируют привод и т.п., и они во многих случаях заменят пневматические колеса и металлические гусеницы. Полевые с/х машины станут высокоскоростными, высокоманевренными, с минимальным давлением на почву и повышенными тяговыми свойствами.
7. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОДУКЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ
В настоящее время широко демонстрируются инновационные разработки по моделированию и автоматизированному управлению процессами жизнедеятельности крупных растительных биосистем, агрофитоцентров и агротехнологий с соблюдением норм экологической безопасности конечной продукции. К таким разработкам относятся интеллектуальные системы управления продукционными процессами и реализации генетического потенциала сельскохозяйственных культур, структурно состоящие из трех блоков: информационного, блока контроля параметров жизнедеятельности растений, блока реализации управляющих воздействий.
Так, например, компания John Deere разработала и представляет инновационную технологию управления продукционными процессами в растениеводстве (фото 6).
Система работает в условиях открытого грунта с комплектом оборудования: датчики влажности, температуры и электропроводности почвы для различных глубин, блок анализа информации о параметрах растений, датчики для измерения метеорологических параметров, датчики влажности листвы.
При этом реализуется переход от традиционного управления отдельными технологическими операциями к управлению целым комплексом операций, обеспечивающих достижение заданного уровня рентабельности путем реализации многовариантных решений и технологий автоматизированного управления. Безусловно, такая организация работ возможна только на крупных продукционных предприятиях с высокой степенью доходности, получаемой в большей мере от масштабов производства, чем от цены конечной продукции. И конечно, такие предприятия не допускают наиболее типичных глупостей, когда закупается большая партия высокоудойных коров, а кормовая база для них и условия содержания используются традиционные, в результате чего коровы просто дохнут.
Высокодоходные специализированные крупнотоварные предприятия широко распространены во многих странах мира (США, Германия, Франция, Англия, Израиль, Китай и т.п.). На этих предприятиях четко работает система в составе: автоматизированно управляемое производство – хранение продукции – экология – реализация.
Причем звено «производство» включает селекцию и семеноводство культур, племенное дело с подбором районированных пород животных, с соответствующей кормовой базой, утилизацию отходов производства и т.п. Обычному фермеру с такой системой, конечно, не совладать.
Во многих странах весьма успешно работают мясо-молочные продукционные предприятия, птицефабрики, садоводческие и овощеводческие комплексы, и спектр этих предприятий постоянно расширяется. Хорошим отечественным примером реализации этого направления технического прогресса является колхоз «Россия» Новоалександровского района Ставропольского края.
8. ОПТИМИЗАЦИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАШИН
До настоящего времени вопрос повышения производительности полевых технологических машин решался в основном посредством увеличения их габаритов, массы, энергообеспечения и рабочей скорости передвижения. По многим машинам, особенно по комбайнам и тракторам, этот ресурс, можно сказать, почти исчерпан. Комбайны с эксплуатационной массой свыше 25 т и мощностью двигателя 600 л.с. и больше стали неэкологичны, громоздки, маломаневрены, требуют специфических условий для реализации своих потенциальных возможностей. Поэтому доля их в хозяйственном парке машин, как правило, небольшая. К тому же они дорогие, с большими сроками окупаемости.
Большой резерв увеличения производительности сельхозмашин находится в оптимизации машиноиспользования, увеличении коэффициента полезного использования техники, в сокращении разницы между чистой производительностью и эксплуатационной. Раньше этот резерв использовался слабо. Для оценки технического уровня машин он не был определяющим. Все гнались за увеличением ширины захвата, скорости движения, мощности двигателя и т.п. и мало задумывались о конечном результате – а сколько за время смены комбайн фактически уберет гектаров, а трактор вспашет. Сейчас ситуация меняется. Выяснилось, что методы реализации высокой производительности по традиционному варианту и по второму значительно отличаются. И конструкторы сельхозмашин стали приобретать навыки эксплуатационников. Их стали интересовать причины простоев техники, и сразу же возник вопрос: как сократить время простоев по разным причинам и максимально увеличить рабочее время смены, когда комбайн собирает зерно, а трактор, к примеру, пашет или культивирует, а не простаивает?
Коэффициент использования рабочего времени любых сельскохозяйственных агрегатов становится главным критерием их технического уровня. Что с того, если мощный и дорогой комбайн работает некоторое время, а затем тратит много времени на развороты, повороты, выгрузку из бункера, устранение различных поломок и т.п. День прошел, а результат получился не пропорциональным потенциальным возможностям техники. Повышение производительности комбайна за час чистого времени (традиционный путь), к примеру, на 20–25% требует больших капитальных затрат и оказывается в итоге менее значимо по сравнению с повышением коэффициента использования рабочего времени смены, так как этот коэффициент представляет собой отношение рабочего времени к общей продолжительности смены. Мощный, большой, тяжелый, маломаневренный комбайн с большим радиусом поворота бывает менее эффективен, чем средний, высокоманевренный с малым радиусом поворота. Для реализации принципов оптимального машиноиспользования выработался ряд принципиальных концептуальных положений:
- Чем дороже и потенциально (исходя из параметров) производительнее машина, тем более эффективно она должна использоваться с минимальными простоями.
- Для разных агроклиматических и агроландшафтных условий должны быть предусмотрены разные по классу машины, то есть нужен типоразмерный ряд с разумным сочетанием базовых моделей и их модификаций.
- Условия высокоэффективного использования техники в реальных условиях ее эксплуатации должны быть заложены в конструкцию машин на стадии их создания.
- Чем больше в наличии разнообразных автоматизированных систем и чем меньше оперативно-контрольных операций выполняет оператор (механизатор), тем производительнее машина.
- Для каждой машины в хозяйстве должны быть созданы условия для высокоэффективного использования ее потенциальных возможностей.
Практическая реализация этих положений обязывает делать высоконадежные, высокоманевренные машины с высокой наработкой на один отказ (для комбайнов – не менее 200 часов). Время выгрузки зерна из бункера комбайна не более 2–2,5 мин, длина выгрузного шнека должна позволять выгружать зерно на ходу в параллельно движущийся транспортер и т.п.
Оптимизация машиноиспользования (по-старому – эксплуатации) – это целая фундаментальная наука, которая сочетает в себе знания в области сельскохозяйственного производства, агросреды, применяемой системы машин, производимой продукции, моделирования процессов, решения многофакторных и многовариантных задач.
Чем больше мы будет осваивать основы этой науки, тем более производительными будут наши машины в реальных условиях сельскохозяйственного производства.
9. СИСТЕМНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ
Исторически это должно было случиться. И вот случилось. Принципы научной организации труда, экономико-математическое и организационное моделирование производственных процессов, системный мониторинг баз статистических данных, многоуровневые компьютерно-вычислительные программные комплексы и системы автоматизированных процессов соединились вместе и позволили создать новый вид интеллектуального управления производством – системно-аналитический.
Образ сильного, твердого, волевого, умного, дальновидного руководителя любого уровня, который все знает, всегда и во всем прав, в общем, эдакий интуитивный генератор руководящих решений и действий – такой образ уходит в прошлое. Такой руководитель, конечно, нужен, но у него появляется возможность оценить количественно и качественно свои решения. Мир усложняется, и упрощать его, сводя до уровня собственного понимания событий, нельзя. В масштабе предприятия это неэффективно, а страны в целом – преступно. Что мы и видим на примере сегодняшней России: время идет, а в стране ничего к лучшему не меняется. То дефолт, то кризис, то непрофессиональные упущения, то наивные недоработки и т.п.
Немецкий математик Гедель в 1930-х годах доказал теорему о неполноте наших знаний. Из нее можно сделать очень важные следствия: знать все нельзя; как бы мы хорошо ни изучали какой-либо объект, всегда имеется что-то, чего мы о нем не знаем; человек должен знать, что он выбирает решения в условиях неполноты знаний; как бы отдельный человек хорошо ни разбирался бы в каком-то вопросе, он должен знать, что обязательно есть кто-то, кто разбирается в этом вопросе лучше.
Знание этих следствий исключит для многих руководителей объективные условия для категоричности, самодовольства, себялюбства, пренебрежения мнением других.
Системно-аналитический метод управления и принятия решений тоже действует в условиях неполноты знаний, но он значительно сужает «круг незнаний» и дает возможность количественно оценить последствия от каждого альтернативного решения. Его девиз – все считать, сравнивать и оценивать последствия каждого решения. Окончательное решение принимается по максимальной эффективности и минимуму ущерба из альтернативных вариантов.
Реализация системно-аналитического метода руководства требует глубоких преобразований в воспитании, образовании людей, специализации их знаний. Нам надо ускоренно заниматься такими преобразованиями на всех уровнях производства, начиная от коллектива малого предприятия и до экономики страны в целом. Понадобятся аналитики, системщики, математики, программисты, технологии высокого уровня, которые в совокупности должны составлять основу системно-аналитического центра применительно к конкретному объекту управления.
В США, Германии, Канаде, Франции, Италии, Японии таких центров создано уже немало по многим направлениям. В Италии, например, министерство сельского хозяйства берется оптимизировать севооборот для фермера, подобрать ему оптимальный машинно-тракторный парк и т.п. Попробуйте попросить это сделать наш Минсельхоз!
За рубежом многие военные, промышленные, сельскохозяйственные и общие экономические проблемы решаются через специализированные независимые системно-аналитические центры. Мы же еще по-прежнему надеемся на умного лидера, талантливого руководителя и часто топчемся на месте, постоянно исправляя «грехи» бывшего руководителя.
Нам надо повсеместно прививать навыки цивилизованного управления, которые исключают случаи руководства под лозунгом: «Я сказал, и делайте, что я сказал».
XXI век – век деловых, инициативных, креативных коллективов, а не только отдельных личностей. Главное теперь – все надо считать, находить альтернативные варианты, оценивать возможные последствия от реализации каждого из них, выбирать лучший вариант из серии возможных.
Отсутствие системно-аналитических навыков оценки любых решений порождает множество политических партий, которые больше на эмоциональном уровне формируют свои программы без аналитического осмысления тысячи сопутствующих факторов и обстоятельств. Всего этого можно избежать, разумно осваивая системно-аналитические методы управления. Многие крупные народно-хозяйственные проблемы и социально-экономические задачи мы в России решали бы более разумно, если бы применяли системно-аналитические методы управления.
10. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ВИДЫ ЭНЕРГИИ И ТОПЛИВА
Точно не установлено, сколько лет существует на Земле человечество. Некоторые ученые уверяют – не менее миллиона. Но большинство полагают, что Homo Sapiens – разумный человек – возник в результате эволюции где-то 200–400 тысяч лет назад. И с тех пор человечество для своего жизнеобеспечения использовало природные виды топлива. Сначала в мелких количествах, практически не влияющих на экологию планеты, затем все больше и больше, и особенно интенсивно – последние 100 лет. И казалось, что природных видов топлива в земле бесконечно много. И вдруг выяснилось, что накапливавшиеся миллионы лет ресурсы в виде угля, нефти и газа уже в нашем веке могут кончиться. Ученые опять спорят: кто говорит, что осталось еще на 20–40 лет, кто – на 50. Но в любом случае в этом веке. И всё. Катастрофа? Человечество только вступило в активную фазу технической цивилизации, впереди – ее активный рост, а топлива – природной энергии – все меньше и меньше. То есть через одно-два поколения дефицит природных невозобновляемых энергоресурсов может быть очень острым, а для некоторых стран, где нет от природы таких ресурсов, просто катастрофическим. А без энергоресурсов невозможно развитие цивилизации.
Атомная энергетика, гидро- и ветроэнергетика, древесная энергетика имеют большое будущее, но они пригодны в основном для стационарных объектов. Для мобильной техники, той, которая движется по земле или летает в воздухе, они пока бесполезны. Но жить без мобильной техники современное человечество не может.
В связи с этим на наших глазах идут настоящие сражения за оставшиеся ископаемые ресурсы. Почти в любом межгосударственном конфликте сегодня заложены энергетические интересы. Политические интриги, тайные дипломатические переговоры, военные действия, эмбарго, санкции, смена власти, «цветные революции», лесть, подкупы, информационные войны и многое другое – все направлено на получение преимуществ в использовании чужих природных энергоресурсов – и в основном невозобновляемых.
В то же время во многих развитых странах активно ведется работа по возобновляемым источникам энергии – биоэнергетике. Новые технологии позволяют трансформировать заложенную в биологическом сырье естественную энергию в искусственную, то есть в ту, которой в природе нет. Эти энергоносители стали называться биотопливом: биоэтанол для двигателей с искровым зажиганием, биодизельное топливо с зажиганием от сжатия, биогаз, биометанон, биодиметин, эфир, биоводород, натуральное растительное масло и т.п.
Биотопливо имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными видами топлива: возобновляемость, безотходность, экологичность, сокращение транспортных перевозок, так как может приготавливаться на месте производства, автономность.
Биотопливо может производиться почти из 60 видов растительных (масленичных) культур. Наиболее ценные в этом случае – топинамбур, рапс, подсолнечник, кукуруза, соя. Заменитель бензина – биоэтанол получают после переработки зерна кукурузы, сахарной свеклы, картофеля, топинамбура, сахарного сорго, тростника, отходов продукции лесопереработки. С каждого гектара под названными культурами можно получать не менее 300 литров топлива.
По данным Минэнерго РФ, сельское хозяйство страны потребляет 1,5 млн тонн бензина. С 1,5 млн га посадок топинамбура можно получить 1,15 млн тонн биоэтанола – заменителя бензина и, таким образом, всего с 2 млн га посадок топинамбура можно обеспечить годовую потребность сельского хозяйства в бензине. Приходится сожалеть, что у нас это не делается. Пафосные решения есть, конкретного масштабного результата нет.
Между тем, во многих странах мира (Германии, США, Франции, Швеции, Австралии, Бразилии, Белоруссии и др.) приняты государственные программы развития биоэнергетики. За последние 30 лет производство биодизельного топлива в странах ЕС выросло более чем в 1,5 тыс. раз. В США регулярно строятся и вступают в действие новые биотопливые заводы. Примером могут служить представленные на международной выставке сельскохозяйственного оборудования Agritechnica-2015 первые тракторы с двигателями серии Natura- Fue- Engines компании Deutz (Германия), работающие на неочищенном растительном масле.
По мнению специалистов НИУ «Высшая школа экономики», в систему глобальных вызовов АПК, на которые мы обязаны отвечать, входит фактор истощения природных ресурсов. Ответить на этот вызов можно посредством развития работ по возобновляемым источникам энергии.
По уровню развития возобновляемой энергетики Россия пока отстает от многих ведущих стран мира, хотя потенциальные ресурсы для развития этой отрасли у нас намного больше, чем в других странах.
Развитие биоэнергетики признано одним из главных приоритетов национальной политики во многих странах мира. Это спасет мир от грядущего дефицита естественных энергоресурсов.
Авторы:
Эдуард Жалнин, доктор технических наук, профессор
Дмитрий Хорт, кандидат технических наук
ФГБНУ «Всероссийский институт механизации»
Источник: журнал «Аграрное обозрение», №3 за 2016 год
