Понятие о процессе сельскохозяйственного производства и комплексной механизации в сельском хозяйстве

1.1. Понятие о процессе сельскохозяйственного производства

Процесс сельскохозяйственного производства — это последовательность операций, в результате которых создается определенный вид продукции (хлеб, овощи, мясо, молоко, яйцо, шерсть, кожа и др.), необходимой человеку для удовлетворения его потребностей.
В сельском хозяйстве, где главным средством производства является земля с ее плодородием и наряду с трудом участвуют силы природы, рабочий период не совпадает с периодом производства. Такое производство уже не может быть непрерывным, оно имеет определенный ритм, т. е. трудовые операции выполняются в строго определенные интервалы, поэтому необходимо предъявлять особые требования к точности планирования, срокам проведения работ, численности рабочей силы и обеспеченности техникой.
Производство сельскохозяйственной продукции складывается из рабочих и естественных процессов.
Рабочие процессы характеризуются тем, что на производимый продукт воздействует труд человека.
К рабочим процессам в животноводстве относятся поение животных, подвоз, приготовление и раздача кормов, доение коров, стрижка овец, очистка помещений и др.
Естественные процессы представляют собой те физические, химические и биологические изменения, которые протекают в течение периода производства продуктов без затрат труда. В животноводстве естественным процессом является усвоение кормов организмом животных, рост животных, образование молока и др.
В сельском хозяйстве, как в полеводстве, так и в животноводстве, процессы производства разных продуктов имеют различную продолжительность.
Рабочие процессы в сельском хозяйстве не выполняются один за другим непрерывно, а разрываются по времени естественными процессами. В полеводстве такие разрывы больше, в животноводстве — меньше. В животноводстве в распорядок дня включается период отдыха животных, вызванный их физиологическими особенностями. В этот период человек не оказывает непосредственного воздействия на животных.
Общее время выполнения рабочих процессов в таком производстве составляет рабочий период. Между рабочими процессами протекают естественные, поэтому рабочий период всегда короче периода производства. Это затрудняет создание поточной технологии производства.

1.2. Общая характеристика производственного процесса

Технология производства животноводческой продукции на современных механизированных фермах включает в себя условия и способы содержания животных, водоснабжение, кормоприготовление, обработку и переработку материалов, уход за скотом, создание оптимального микроклимата в помещениях, выбор технических средств и режимов их работы, контроль качества продукции.
Любая технология неразрывно связана с комплексом производственных процессов и зависит от вида и возраста животных и птицы, наличия кормов, строительных материалов, конструкции помещений, технической и энергетической оснащенности, уровня технического прогресса, а также передового опыта.
Производственный процесс — это совокупность операций, связанных между собой по времени, месту и назначению, последовательное выполнение которых превращает исходный предмет труда в конечный продукт.
Операции можно разделить на основные, вспомогательные и обслуживающие. При комплексной (полной) механизации все производственные процессы на ферме целиком выполняются системой (комплексом) машин. При частичной механизации машины выполняют основные операции производственных процессов или отдельные производственные процессы.
Под комплексной механизацией в животноводстве следует понимать систему таких инженерно-технических и связанных с ними организационно-технологических мероприятий, в результате внедрения которых повышается производительность труда обслуживающего персонала, увеличивается продуктивность животных, облегчается труд рабочих, снижается себестоимость продукции.
При машинном способе получения животноводческой продукции все последовательные операции объединяются в неразрывный технологический поток, т. е. создаются поточные производственные механизированные и автоматизированные линии.
В животноводстве в отличие от полеводства применяют, как правило, стационарные машины, монтируя их на фундаментах в животноводческих помещениях. Для эффективной эксплуатации таких машин требуется устройство коммуникаций (электросиловой, водопроводной и канализационной сетей, тепловых магистралей и др.). Необходимо также учитывать, что машины обслуживают живые организмы (животных и птицу) и это создает большие трудности при внедрении комплексной механизации.
В современном животноводстве для механизации рабочих процессов в основном используется электрическая энергия. В зависимости от технического уровня применяемых механических и технических средств различают процессы: немеханизированные (выполняемые вручную), механизированные (с использованием машин и механизмов), электрифицированные (с применением электропривода), автоматизированные (с использованием средств автоматики).

1.3. Особенности структуры производства продуктов животноводства

В развитом промышленном производстве функции человека все более сводятся к управлению механизированными средствами труда и контролю качества вырабатываемых изделий или выпол­няемой работы.
Животноводство по своей организационно-экономической струк­туре близко подходит к промышленному производству: круглого­довой производственный процесс, строгая ритмичность в работе, определенный распорядок дня на ферме, постоянный штат обслу­живающего персонала, стационарное оборудование, установлен­ное на фундаментах внутри зданий, электричество как основной вид энергии. Все это свидетельствует о больших потенциальных возможностях роста производительности труда в животноводстве, успешно реализуемых по мере перевода его на промышленную основу. Однако, несмотря на ряд общих черт промышленного пред­приятия и крупного животноводческого комплекса промышленно­го типа, между ними имеются существенные различия.
Если промышленное предприятие представляет собой замкну­тую динамическую инженерно-техническую систему «человек—ма­шина» с детерминированной обратной связью, то животноводчес­кий комплекс (ферма) является биотехнической системой «чело­век—машина—животное» с независимым активно действующим биологическим звеном. Такая система значительно усложнена тем, что включает в себя «живые фабрики», которые в процессе проду­цирования подчинены своим внутренним физиологическим и био­химическим законам. Этими законами человек еще не научился управлять так полно и оперативно, как того требуют условия про­мышленного производства, построенного на основе законов физи­ки, механики и математики.
Человек-оператор — ведущее звено в системе «человек—маши­на—животное». Алгоритмы управления в такой системе, как пра­вило, носят вероятностный характер. Эффективность работы системы в целом зависит прежде всего от того, насколько оптималь­ны связи и взаимодействия между ее звеньями.
На рисунке 1.1 представлена структурно-технологическая схема процесса производства продуктов животноводства. Предмет труда (корма, вода и некоторые другие материалы) перерабатывается животными в готовые продукты (изделия).
В фабрично-заводском производстве человек (рабочая сила) в процессе труда через средства труда (технику, здания, сооруже­ния) воздействует непосредственно на предмет труда (сырье, ма­териалы). В животноводстве он может воздействовать на кормо­вое сырье только лишь через животное, которое в данном произ­водстве выполняет одновременно две функции, будучи одновре­менно предметом труда (выращивание, откорм) и средством тру­да (продуцирование молока, живой массы, мяса). Это отличие имеет принципиальное значение и дает основание технологию про­изводства продуктов животноводства условно разделить на две части — зооинженерную (биологическую) и инженерно-техничес­кую (машинную).

Рис. 1.1. Структурно-технологическая схема процесса производства продуктов животноводства

Зооинженерная технология изучает способ получения продук­тов при минимальных затратах сырья (корма), труда и материаль­ных средств, в том числе и амортизации помещений и оборудова­ния. Она обосновывает выбор системы содержания, способов кор­мления и ухода за животными, разрабатывает вопросы воспроиз­водства стада и санитарно-ветеринарного обслуживания. Из это­го следует, что зоотехния, зоогигиена и ветеринария составляют основу всей технологии производства продуктов животно­водства.
Инженерно-техническая технология изучает процесс серийного, т.е. поточного, производства любого продукта по заранее разра­ботанному способу. Она представляет собой комплекс организа­ционно-технических мероприятий, которые превращают разроз­ненные во времени операции производственной эксплуатации (обслуживания) животных в стройный процесс, поддающийся комплексной механизации и автоматизации.
Цель инженерно-технической технологии работ — системати­ческое снижение затрат живого и овеществленного труда на еди­ницу получаемой продукции. Таким образом, зооинженерная и инженерно-техническая технология представляют собой состав­ные части технологии производства продуктов животноводства, рассматривающей не только способ производства, но и его орга­низацию.
Система, функционирующая в условиях производства продук­тов животноводства и обозначаемая для краткости «оператор—машина—животное» (О—М—Ж), представляет собой наиболее сложную биотехническую систему, и эта сложность обусловлена неодинаковой природой связей, возникающих между биологичес­кими и техническими звеньями. Первые управляются законами би­ологии, физиологии, биохимии и других наук зооинженерного направления, вторые — детерминированными законами физики, механики, математики и других наук инженерно-технического на­правления.
Сравнивая систему человек — машина с интересующей нас си­стемой О—М—Ж, нетрудно заметить, что вторая значительно сложнее, и факторов, влияющих на ее функционирование, больше; при этом особое значение имеют факторы биологической природы.
В качестве первого приближения рассмотрим схему, изобража­ющую систему О—М—Ж, требования к ней и условия, в которых она функционирует (рис. 1.2).
Схема включает все основные элементы системы О—М—Ж, связанные со средой С. Взаимодействия элементов в процессе про­изводства отмечены стрелками. Так, оператор непосредственно или через органы управления воздействует на машину и другие средства производства (сооружения, здания), используя знания из области энергетики и кибернетики. Машина непосредственно воздействует на обрабатываемый материал (корма, воду и др.) и через него — на животное, продуцирующее конечный продукт (мо­локо, мясо и др.).

Рис. 1.2. Структурно-технологическая схема процесса производства продуктов животноводства

Наряду с этим машина может воздействовать на животное и непосредственно как на предмет труда (кормление, доение, стриж­ка шерсти и др.); при этом оператор использует законы механики, технологии и других наук. Оператор, выполняя ряд ручных опера­ций по уходу, также может непосредственно воздействовать на жи­вотное (чистка, массаж вымени, привязывание и др.), руководст­вуясь знаниями из области этологии, научной организации труда, физиологии труда и зооинженерных наук.
Окружающая среда в производственных условиях выступает как активный фактор (агрессивная среда, микроклимат), влияю­щий на надежность работы технологического оборудования (безот­казность, долговечность) и сохраняемость животных (безвредность, электробезопасность и др.).
Наряду с этим производственная деятельность человека влияет на окружающую среду, изменяя ее свойства, — загрязнение воз­душного пространства, водоемов, почвы и др. В настоящее время воздействие производственной деятельности человека на окружаю­щую среду стало сопоставимым с глобальными масштабами ряда естественных процессов.
Оценка совершенства функционирующей системы выражается через показатели эффективности, методы.
Эффективность функционирования — главное требование, предъявляемое к системе. Эффективность использования техники (надежность, работоспособность, загрузка оборудования); эффек­тивность труда операторов (производительность, удельные затраты труда, поголовье, обслуживаемое одним оператором); эффектив­ность использования животных (продуктивность, генетический по­тенциал животных, качество продуктов) — вот основные крите­рии, с помощью которых можно оценить совершенство эксплуата­ции технологического оборудования в животноводстве.
Наиболее обобщающие показатели — это экономические (удель­ные, прямые и приведенные издержки, уровень рентабельности, срок окупаемости капитальных вложений) и комплексные оценки, учитывающие качество получаемой продукции.
Качество представляет собой совокупность свойств системы, отражающих его способность удовлетворять определенные запросы потребителя.
Показатели надежности составляют одну из групп в общей сис­теме показателей качества. Поэтому наиболее полная оценка эффективности производственного процесса может быть получена с помощью комплексного критерия, учитывающего экономику и ка­чество продукции. С помощью комплексных оценок осуществляет­ся системный подход к проблеме качества.
Производственный процесс как система вероятностного харак­тера при своем функционировании может отклоняться в ту пли иную сторону. Поэтому всегда требуется принимать соответствую­щие меры, чтобы такие отклонения системы не вышли за допусти­мые пределы. С этой целью на систему налагаются ограничения, устанавливаемые нормативно-технической, технологической или правовой документацией: нормативами по труду, нормами техноло­гического проектирования, инструкциями по охране труда, зоотехническими требованиями и др.
Если впроцессе функционирования системы возникают откло­нения, выходящие за допускаемые нормативно-технической доку­ментацией пределы, то они должны рассматриваться как наруше­ния, которые могут привести систему к отказу или повреждению ееэлементов.
Разрабатывая технологические, зооинженерные, технические, организационные, экономические и другие мероприятия, направлен­ные на повышение эффективности средств и методов эксплуатации техники в животноводстве, необходимо в первую очередь учитывать создание наиболее благоприятных условий для функционирования биологических звеньев и особенно животных.
Большое значение имеют оптимизация режимов работы обору­дования и правильный выбор режимов содержания животных. Рас­порядок дня на ферме и согласованный с ним суточный график ра­боты оборудования, организация труда операторов и обслуживаю­щего персонала, санитарно-ветеринарное обслуживание животных и создание для них комфортных условий обитания должны быть построены так, чтобы с наибольшей полнотой использовать гене­тический потенциал животных.
В связи с этим наряду с улучшением качества породы животных путем проведения селекционной работы ученые все большее внима­ние уделяют изучению возможности использования в практических целях основных положений новой науки — этологии (этология — это наука о поведении животных, т. е. о реакциях отдельных особей и целых групп животных на действия раздражи­телей внешней среды).
Ученые установили, что, используя этологические знания, мож­но от некоторых животных получать до 20% дополнительной про­дукции (привеса) без каких-либо других затрат.
При эксплуатации машинной техники необходимо избегать воз­никновения у животных (птицы) стрессовых ситуаций.
Отрицательное влияние технических средств на животных дол­жно быть минимальным, так как любой стресс вконечном счете приводит к снижению их продуктивности. Наиболее сильно отридательное действие стрессов проявляется при нарушении техноло­гии машинного доения коров, стрижки овец, обслуживания птицы вклетках и др.
Таким образом, общая эффективность производства зависит не только от правильной эксплуатации машин, но и от рационального использования животных, как главных элементов системы О—М—Ж.

1.4. Применение энергии в сельскохозяйственном производстве

Машины и оборудование, выполняющие производственные процессы на фермах и комплексах, — основные потребители энергии в животноводстве. В настоящее время на животноводческих фермах и крупных промышленных комплексах применяется более 800 типов машин, работающих в самых разнообразных условиях. Современный животноводческий комплекс по энергонасыщенности, обилию электрифицированных машин и аппаратов не имеет себе равных в сельскохозяйственном производстве.
В животноводстве получили широкое распространение методы электротехнологии. Так, автоматика не только управляет работой оборудования, но и регулирует, направляет и контролирует жизнедеятельность сельскохозяйственных животных, следит за выходом продукции, определяет ее качество.
В сельскохозяйственном производстве сложилась следующая структура энергетических средств по мощности двигателей (%): тракторы и самоходные шасси 37,1; автомобили 29,2; комбайны 13,1; электроустановки 18,6; стационарные двигатели 1,5; рабочий скот 0,5.
Темпы роста сельскохозяйственного производства, его материально-технический уровень, производительность, экономическая эффективность во многом определяются мощностью, видом и состоянием применяемых видов энергии. Используются все виды энергии: механическая, электрическая, тепловая, световая, лучистая и др.
Наряду с наземными энергетическими средствами все шире применяется авиация, главным образом для борьбы с вредителями, болезнями и сорняками сельскохозяйственных культур.
При всем разнообразии энергетических ресурсов основу энергетики сельского хозяйства составляют тракторы, самоходные шасси, автомобили и электродвигатели.
Экономика нашей страны ориентируется на разумное сочетание всех видов топливно-энергетических ресурсов: нефти, газа, угля, сланцев, торфа, гидроэнергии, атомной энергии и др.
Практически все хозяйства пользуются электроэнергией для производственных и бытовых нужд, полученной в основном от государственных энергосистем и электростанций.
При комплексной механизации и электрификации сельскохозяйственного производства создаются крупные, индустриального типа сельскохозяйственные предприятия с полной или частичной автоматизацией, например, птицефабрики по производству яичной продукции, бройлерные производства, молочные и откормочные фермы, фабрики круглогодового и сезонного производства овощей, ягод и цветов, автоматизированные предприятия по хранению и переработке плодов, картофеля, овощей, мясокомбинаты, молочные и консервные заводы и др. Получают развитие и такие предприятия с широкой автоматизацией производственных процессов и процессов управления, как комбикормовые заводы с цехами по приготовлению витаминной муки, кормовых гранул и брикетов, автоматизированные насосные станции для водоснабжения, ирригации и нужд мелиорации, предприятия по заготовке, переработке и подготовке органических удобрений и др. В названных предприятиях благодаря комплексной электрификации и автоматизации решаются задачи передовой технологии на основе принципа поточности производства.

1.5. Энергетические средства

В сельском хозяйстве в качестве источников механической энергии используются различные виды двигателей.
Двигателем называется устройство, служащее для превращения энергии определенного вида в механическую работу. В зависимости от вида используемой энергии двигатели разделяют на первичные и вторичные.
Первичные двигатели используют энергию сил природы: теплоту, выделяемую при горении топлива (тепловые двигатели); теплоту ядерных реакций и вулканической деятельности (атомные и геотермальные двигатели); энергию движения потоков воды и воздуха (гидравлические и ветряные двигатели).
Вторичные двигатели работают на энергии, выработанной (преобразованной) другими машинами-генераторами (электрогенераторами, парогенераторами).
Генератором называется устройство, предназначенное для преобразования одного вида энергии в другой (не механический) вид энергии.
Все энергетические средства сельскохозяйственного производства подразделяют на подвижные, ограниченно подвижные и стационарные.
Подвижные средства — это тракторы, самоходные шасси, самоходные машины, автомобили, живая тягловая сила (лошади, волы и др.).
Ограниченно-подвижнымисредствами являются канатные, канатно-тракторные и электрокабельные машины и системы тяги, к которым энергия подводится гибким электрическим кабелем (канатно-скреперные установки для удаления навоза, электрифицированные мобильные раздатчики, электротельферы и др.). К этой группе также относятся тракторно-поливные и дождевальные машины: их движение ограничивается размерами и расположением водного источника, из которого агрегаты забирают воду.
Стационарными средствами служат электрические и тепловые установки, двигатели внутреннего сгорания, ветряные и гидравлические двигатели.
Двигатели внутреннего сгорания используют в качестве источников механической энергии для водоснабжения, привода насосных установок, станочного оборудования мастерских, компрессорных установок и других машин и механизмов. Кроме того, они широко применяются как первичные двигатели в стационарных и передвижных установках с электрогенераторами постоянного и переменного тока. От передвижных электростанций получают энергию пастбищные доильные установки, машины для стрижки овец на пастбищах, оросительные устройства и др.
Ветер — неисчерпаемый источник энергии. Энергия угля, ежегодно сжигаемого во всем мире, в 3000 раз меньше той энергии, которую могут дать воздушные течения. Ветродвигатели и ветроагрегаты — самые дешевые в эксплуатации источники механической энергии для районов отгонного животноводства. Это позволяет заложить новую научно-техническую и производственную базу для дальнейшего развития энергетики в сельском хозяйстве нашей страны.

1.6. Классификация машин и оборудования

Технологическое оборудование ферм и промышленных комп­лексов в животноводстве можно условно разделить на следующие группы: машины, аппараты, механизмы, агрегаты и установки.
К средствам производства в животноводстве наряду с машина­ми и оборудованием относятся производственные помещения и ин­женерно-строительные сооружения, технологически связанные с производственным процессом (гидротранспортные системы навозо-удаления, стойловое, станочное или клеточное оборудование и др.).
Машиной называется сочетание нескольких механизмов, выполняющих определенные целенаправленные движения для преобразования энергии, материалов или информации. В общем случае каждая машина состоит из трех частей:
двигателя — источника механической энергии;
передаточного механизма, передающего энергию (движение) от двигателя к рабочей машине;
орудия или исполнительной машины, совершающей своими рабочими органами полезную работу.
В зависимости от основного назначения различают три вида машин: энергетические, рабочие, информационные.
Энергетические машины предназначены для преобразования любого вида энергии в механическую. Они называются машинами-двигателями. К таким машинам относятся, например, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины, паровые машины.
Рабочие машины подразделяются на технологические и транспортные.
В технологических машинах под материалом подразумевается обрабатываемый предмет (объект труда), который может находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии. Преобразование материала в этих машинах заключается в изменении его формы, свойств, состояния или положения. К технологическим машинам относятся металлообрабатывающие станки, комбайны, прокатные станы, ткацкие станки и др.
В транспортных машинах под материалом понимается перемещаемый предмет, а его преобразование состоит только в изменении положения. К транспортным машинам относятся автомобили, тепловозы, самолеты, вертолеты, подъемники, транспортеры и др.
Информационные машины предназначены для преобразования информации.
Счетная, или вычислительная машина, выдает информацию, представленную и форме чисел (арифмометр, механический интегратор и др.). Электронная вычислительная машина, строго говоря, не является машиной, так как в ней механические движения служат для выполнения лишь вспомогательных операций (название сохранено за ней в порядке исторической преемственности от счетных машин типа арифмометра).
Машина-автомат, или автомат, все преобразования энергии, материалов, информации выполняет без непосредственного участия человека. Совокупность машин-автоматов, последовательно соединенных между собой и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса, образует автоматическую линию. Машина, и в особенности машина-автомат, при правильном ее применении облегчает труд человека, увеличивает производительность труда и обеспечивает высокое качество выполнения рабочего процесса.
Аппараты (доильный аппарат, пастеризатор, режущий ап­парат и др.) осуществляют процессы, обусловленные химически­ми, биохимическими и другими реакциями (процессами) или воздействием поля (силового, теплового, гравитационного, элек­трического или любого другого) на обрабатываемые объекты.
Агрегат — соединение нескольких машин, устройств или аппаратов в одно целое для эффективной поточной работы.
Как правило, агрегаты, применяемые в животноводстве (типа АВМ для приготовления травяной муки, типа ЭСА для стрижки овец и др.), снабжены элементами автоматики, обладают высокой производительностью и требуют квалифицированного обслуживания.
Установка, так же, как и агрегат, представляет собой соединение нескольких машин, устройств или аппаратов в одно целое, отвечающее определенному назначению. В основном все машины и устройства установки монтируют на одном фундаменте. Этим установка отличается от агрегата, у которого машины, как правило, монтируют на разных фундаментах.
В животноводстве применяют доильные установки (типа «Елочка», «Тандем», «Карусель» и др.), холодильные установки разных типов, купочные установки для дезинфекционной обработки овец и др.
Комплект оборудования — полный набор машин или механизмов, отвечающих определенному назначению.
Промышленность выпускает для животноводства комплекты различного оборудования, позволяющие выполнять один или несколько технологических процессов, например комплекты оборудования ОКЦ для кормоцехов, комплекты для напольного содержания птицы (кур, индеек, уток), комплекты для выращивания и откорма свиней и др.
Вся эта техника оценивается при помощи многочисленных эксплуатационных показателей, основные из которых зоотехнические, энергетические, технико-экономические, эргономические и общетехнические.
По основным эксплуатационным признакам машины и другие виды технических средств можно классифицировать следующим образом:
по назначению — для приготовления кормов, содержания жи­вотных и птицы, уборки навоза, доения коров, стрижки овец и др.;
по отраслям животноводства — машины, предназначенные для молочного и мясного скотоводства, свиноводства, овцеводства, птицеводства, звероводства и других отраслей;
по числу выполняемых операций — однооперационные (спе­циальные) и многооперационные (универсальные);
по виду механизированных операций — технологические, транс­портные, погрузочно-разгрузочные, для контроля, учета и управ­ления процессами;
по характеру действия — однопозиционные (непроходные) ма­шины циклического действия и поточные (проходные), в том числе прерывно-поточные и непрерывно-поточные с непрекращающим­ся продвижением материала через машину;
по геометрическому расположению основных рабочих орга­нов— пространственные и плоскостные, в том числе горизонталь­ные, вертикальные, наклонные и комбинированные;
по степени автоматизации — простые, автоматизированные, автоматические, полуавтоматические и самонастраивающиеся (ки­бернетические).