Úvod / Informácie / Stroje a zariadenia / Rôzne

Technologické systémy pestovania poľných plodín (2. časť)

16-08-2017
doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Časová obmedzenosť procesov prebiehajúcich v rastlinnej výrobe, značný počet mechanizačných prostriedkov rozptýlených v čase a v priestore, ako aj požiadavky na vysokú úroveň riadiaceho procesu vyžadujú komplexný prístup pri zostavovaní technologických systémov využívaných pri pestovaní poľných plodín. Z tejto charakteristiky jednoznačne vyplýva, že jednotlivé pracovné operácie a stroje, ktoré ich vykonávajú, nie je možné chápať oddelene, ale ako určitý systém.

Použitie systémového prístupu potom prináša požiadavku na komplexnosť a prúdovosť pri zabezpečovaní jednotlivých operácií, ktoré sú súčasťou pracovného procesu. Splnenie požiadavky komplexného riešenia pracovných postupov pestovania poľných plodín je možné dosiahnuť iba dôsledne harmonizovanými strojovými, prípadne technologickými linkami, ktoré sa vyznačujú rôznym usporiadaním prvkov v článkoch a ktoré zabezpečujú prúdový spôsob práce. Skôr než pristúpime k návrhu technologických systémov využívaných pri pestovaní vybraných poľných plodím, pokúsime sa o vysvetlenie základného metodického prístupu pri zostavovaní strojových a technologických liniek.

Z definície strojovej linky vyplýva, že týmto pojmom označujeme účelné zoskupenie niekoľkých poľnohospodárskych mechanizačných prostriedkov, ktoré vykonávajú niekoľko po sebe nasledujúcich operácií určitého pracovného postupu. Dôležitou požiadavkou je, aby mechanizačné prostriedky zaradené do strojovej linky na seba nadväzovali funkčne, technicky, technologicky a aj výkonnosťou. Predpokladom práce linky je, že prerušenie materiálového toku medzi dvoma ľubovoľnými operáciami pracovného postupu zabezpečovaného strojovou linkou neprekročí dĺžku jednej pracovnej zmeny.

Využívanie strojových liniek úzko súvisí so skupinovým nasadením strojov, ktoré prináša niekoľko zásadných výhod:

  • plynulá činnosť každého článku v linke (umožnená paralelným usporiadaním prvkov v článkoch, dôslednou starostlivosťou o technický stav, dosiahnutím plynulejšej väzby medzi mobilnými a stacionárnymi strojmi),
  • účinnejšie riadenie prevádzky strojov a činnosti pracovníkov obsluhujúcich techniku,
  • zvýšenie výkonnosti strojovej linky, čo je spôsobené plynulejšou prácou každého článku linky, obmedzením organizačných prestojov a prestojov zavinených obsluhou,
  • uplatňovanie princípov komplexnosti a prúdovosti, čo vedie k vyššej efektívnosti celého úseku pracovného procesu, pričom sa vytvárajú lepšie podmienky pre dodržiavanie technologickej disciplíny a vyššiu kvalitu práce,
  • zlepšenie pracovných podmienok pre pracovníkov obsluhujúcich techniku, lepšie využívanie zásad vedeckej organizácie práce, širšie možnosti pre viaczmennú prevádzku apod.

Aby bolo možné realizovať priamo v praxi jednotlivé výhody skupinového nasadenia strojov a výhody vyplývajúce z využívania ucelených strojových liniek, musia sa v podnikoch pre to vytvárať dostatočné predpoklady. Nakoľko pre splnenie tejto úlohy nie je možné využívať intuitívny prístup, bude vhodné sa oboznámiť so systémovým prístupom, ktorý (s príslušnou formalizáciou) umožní aj použitie výpočtovej techniky.

Základné pojmy

Základnú jednotku, z ktorej sa zostavujú strojové linky podľa zásad uvedených v definícii linky a podľa zvolenej organizácie práce, nazývame prvkom. Prvok tvorí napr. strojová súprava, samohybný stroj alebo iný technický prostriedok, vždy spoločne s obsluhujúcim pracovníkom, resp. pracovníkmi.

Pri zostavovaní linky sa často stane, že výkonnosť jednotlivých prvkov, z ktorých by mala byť zostavená, je príliš malá a nezodpovedá predstavám o nej ako o celku. Aby bola splnená podmienka súladu výkonností, je v takomto prípade potrebné zaradiť pre vykonanie niektorej operácie väčší počet prvkov. Dostávame sa tak od prvku k nadradenej jednotke a tou je článok strojovej linky. Môže byť zabezpečovaný jednou vysoko výkonnou súpravou, alebo viacerými súpravami (prvkami) menej výkonnými.

Dva za sebou nasledujúce články strojovej linky spojené určitým druhom väzby nazývame jej uzlom.

V každej strojovej linke je označovaný jeden z článkov za hlavný. Býva ním ten, v ktorom dosahuje spracovávaný materiál predpísané kvalitatívne ukazovatele, alebo ktorý ich dosiahnutie najviac ovplyvňuje. Veľmi často ním však býva aj najzložitejší, prípadne najdrahší mechanizačný prostriedok zaradený do linky.

Okrem hlavného článku musia z hľadiska pracovného postupu existovať články vedľajšie určené k vykonávaniu ostatných operácií.

Ak vychádzame z výkonnosti strojovej linky, hľadáme článok kľúčový. Kľúčový článok limituje výkonnosť strojovej linky a v prípade dávkovej činnosti určuje aj rytmus činnosti celej linky (napr. sušička pri pozberovom ošetrovaní zrnín).

Z hľadiska prevádzkovej pohotovosti definujeme článok kritický ako ten, ktorého pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky je najnižšia.

V článku strojovej linky môže byť podľa vyššie uvedeného zaradený jeden alebo niekoľko prvkov. Podľa toho a podľa nadväznosti práce jednotlivých článkov sa objavujú možnosti ako usporiadať prvky v linke:

  • buď za sebou (sériovo),
  • alebo vedľa seba (paralelne).

Článok linky s viacerými prvkami sa podľa toho nazýva paralelným článkom. Výhradne sériové alebo paralelné usporiadanie v celej linke sa vyskytuje menej často. Pritom je pri sériovom usporiadaní linky každý jej článok zabezpečovaný jednou súpravou (prvkom) a pri paralelnom usporiadaní je v článku zaradených viac súprav pre tú istú činnosť. Najbežnejšie sú v praxi používané strojové linky so sériovo-paralelným usporiadaním prvkov.

Z hľadiska materiálového toku sa strojové linky delia na mobilné (materiál dopravujú mobilné dopravné prostriedky) a stacionárne (materiál dopravuje sústava stacionárnych dopravníkov).

Metodika zostavovania strojových liniek v rastlinnej výrobe

Zostavovanie strojových liniek je činnosť, ktorá má určitú presnú následnosť. Často má charakter projekčnej práce najmä pri zložitých linkách.

Pri zostavovaní strojovej linky je potrebné dodržať nasledujúci metodický postup:

  1. Vyberieme vhodný pracovný postup a určíme operácie, ktoré budeme strojovou linkou robiť.
  2. Stanovíme potrebné denné výkonnosti a predbežne vyberieme vhodné mechanizačné prostriedky.
  3. Vyberieme tzv. kľúčový článok navrhovanej strojovej linky a vypočítame jeho výkonnosť.
  4. Určíme počet prvkov v jednotlivých článkoch strojovej linky, čím uplatníme zásady proporcionálnosti.
  5. Stanovíme celkovú výkonnosť strojovej linky a režim pracovného dňa, čím uplatníme zásady synchronizácie a rovnomernosti.
  6. Urobíme analýzu možných variantov strojovej linky a vyberieme najvhodnejšie riešenie, určíme počet strojov a ich rozmiestnenie na pracovisku.

Náročnosť spracovania takéhoto projektu bude závislá na zložitosti liniek.

Výber vhodného pracovného postupu

Niektoré úseky pracovného procesu sa dajú urobiť len jedným pracovným postupom, iné ako napr. zber okopanín a zber krmovín - dvoma alebo viacerými pracovnými postupmi. Každý pracovný postup je spravidla vhodný len pre určité presne vymedzené podmienky, napr. svahovitosť, veľkosť výrobného odvetvia a pod. Pretože zakúpenie strojových liniek môže byť investične veľmi náročné, musíme vždy veľmi starostlivo zvážiť, pre ktorý pracovný postup sa rozhodneme. Pred definitívnym rozhodnutím máme urobiť ekonomické porovnanie niektorých variantov riešenia, pričom vyberieme najvhodnejší variant. V časovom postupe podľa časovej nadväznosti určíme, ktoré operácie bude robiť strojová linka. Pri rozhodovaní musíme vymedziť rozsah prác, ktoré budeme robiť. V zložitejších prípadoch býva zvykom vypracovať formou grafu schému následností operácií. ktoré robíme strojovou linkou a znázorníme pritom požadovaný tok materiálu. Pritom sledujeme tiež kvalitatívne požiadavky jednotlivých operácií.

Pred vlastným výberom je potrebné zoznámiť sa so všetkými podmienkami, za ktorých bude prebiehať pracovný postup, napr. s doterajšou ekonomikou výroby, agrotechnickým termínom vymedzeným pre urobenie operácií, možnou dennou pracovnou dobou v hodinách, svahovitosťou, kamenitosťou, dopravnými vzdialenosťami, možnosťou zadať operáciu inému podniku, s pravdepodobným počasím a pod.

Stanovenie potrebnej dennej výkonnosti

Vychádzame z celkového rozsahu práce, agrotechnického termínu určeného na vykonanie práce a z pravdepodobnosti priaznivého počasia. Pritom počítame podľa vzťahu:

Vzorec 1              (1)

kde:

dW07 - požadovaná výkonnosť za čas prevádzkového nasadenia T07,
S  - plocha pre spracovanie v ha,
Dk - počet kalendárnych dní, plánovaných na spracovanie plochy,
km - koeficient pravdepodobnosti priaznivého počasia.

Potom urobíme predbežný výber vhodných mechanizačných prostriedkov pre jednotlivé operácie, podľa ich exploatačných a ekonomických ukazovateľov, podľa dosahovanej výkonnosti, štruktúry času nasadenia, koeficientov využitia, podľa potreby pracovníkov a pod. Kritériom pri predbežnom výbere sú možnosti nasadiť stroj v konkrétnych podmienkach príslušného poľnohospodárskeho podniku.

Výber kľúčového článku a výpočet jeho výkonnosti

V kľúčovom článku dosahuje spracovávaný materiál predpísané kvalitatívne znaky. Obyčajne týmto článkom býva najzložitejší a najnákladnejší mechanizačný prostriedok. Podľa známej následnosti operácií vybraného pracovného postupu a zmien, ktoré tu vzniknú, vyberieme kľúčový mechanizačný prostriedok. Pretože jeho výkonnosť je za deň v priamom vzťahu k potrebnému počtu ostatných článkov, treba pri jeho výbere starostlivo posúdiť hlavne možný počet hodín práce za deň. Počet prvkov v kľúčovom článku linky musí vyhovovať všeobecnej podmienke pre počet hociktorých prvkov ni s príslušnou výkonnosťou iW07 za deň nasadenia, t.j. musí byť vyšší alebo rovný požadovanej dennej výkonnosti dW07.

ni .iW07 > dW07                                       (2)

Väčšinou zodpovedá počet prvkov v kľúčovom článku nk počtu liniek nc, môže však byť väčší, ak sú v niektorej linke zapojené príslušné mechanizačné prostriedky paralelne. Výkonnosť prvku v kľúčovom článku za deň nasadenia kW07 sa určí podľa vzťahu:

kW07 = kW1 .kT07 .kK07           [ha.deň-1]               (3)

kde:

kW1 – výkonnosť prvku v kľúčovom článku linky v ha za jednu hodinu tzv. času hlavného T1,
kT07 - celkový čas prevádzkového nasadenia kľúčového stroja v h za deň,
kK07 - nezávislý koeficient využitia času nasadenia kľúčového stroja za deň.

Určenie počtu prvkov do ostatných článkov linky

Proporcie medzi článkami jednej linky sa stanovia podľa druhu väzby medzi nimi. Vychádza sa pritom z poznatku, že výkonnosti strojov použitých pre urobenie jednotlivých operácií za čas hlavný W1 sa od seba líšia, zatiaľ čo ich výkonnosť za celkový čas nasadenia strojovej linky za deň cW07 musí byť rovnaká.

Pri linkách s tesnou - tuhou väzbou požadujeme, aby výkonnosť kľúčového prvku bola nižšia alebo sa rovnala výkonnosti ľubovoľného ďalšieho prvku za čas hlavný. Pritom sa môže totiž čo najviac využiť kľúčový prvok:

kW1< iW1                                           (4)

Počet strojov pre jednotlivé články ni môžeme odvodiť zo vzťahu:

Vzorec 5              (5)

Výsledok musíme zaokrúhliť na celé vyššie číslo. Pri sériovom zapojení je minimálny počet strojov n = 1, pri paralelnom zapojení je minimálny počet strojov n = 2.

Počet dopravných prostriedkov vypočítame podľa vzťahu:

Vzorec 6              (6)

kde:

nDP - počet dopravných prostriedkov,
TC - čas jedného dopravného cyklu,
TN - čas nakladania dopravného prostriedku.

Aj tu výsledok - ak nevychádza celé číslo - zaokrúhľujeme a síce smerom dolu, ak sa vyžaduje obmedziť čas nasadenia nakladača nízkou príjmovou kapacitou, alebo ak sa skracuje v priebehu zmeny dopravná vzdialenosť. V ostatných prípadoch sa výsledok zaokrúhľuje smerom hore, t.j. vtedy, ak sa v priebehu zmeny zväčšuje dopravná vzdialenosť, alebo je príjmová kapacita dostatočne vysoká, takže nevzniká veľké zdržanie dopravných prostriedkov pri vykladaní.

Pri linkách s voľnou väzbou závislosť výkonnosti za hlavný čas W1 článkov takto spojených neplatí. V platnosti však zostáva, že musí byť rovnaká celková výkonnosť článkov za čas nasadenia v priebehu dňa W07. Celkový čas nasadenia za deň T07 jednotlivých článkov linky sa pritom obvykle od seba líši.

Ak zabezpečuje prevádzku strojovej linky s voľnou väzbou len jediný pracovník, musí byť jeho zmenový čas ten istý alebo väčší ako súčet celkových časov nasadenia jednotlivých prvkov za deň iT07:

Vzorec 7              (7)

kde:

i - 1, 2, 3...... počet prvkov v sériovo usporiadanej linke  s voľnou väzbou, ktorú obsluhuje jeden pracovník.

Počet strojov, ktoré by mali byť nasadené v strojovej linke s voľnou väzbou a obsluhou viacerými pracovníkmi určujeme pomocou vzťahu:

Vzorec 8              (8)

kde:

kW07, jW07 - celková výkonnosť kľúčového prvku (jedného prvku j-tého článku linky) v ha za deň.

Rovnomernosť a synchronizácia činnosti strojovej linky

Pri určovaní výkonnosti pre jedinú linku, ktorú sme vybrali alebo pre niekoľko liniek, medzi ktorými sa ešte stále rozhodujeme, potrebujeme si vyjadriť:

  • výkonnosť za hodinu hlavného času cW1
  • výkonnosť za zmenu, prípadne za deň cW07
  • výkonnosť za sezónu cWsez.

Podľa známych vzťahov vypočítame výkonnosti, použijeme ich pre vyčíslenie základných ukazovateľov exploatácie a pomocou nich môžeme ukončiť výber najvhodnejšieho riešenia. Zvažujeme hlavne počet súčasne nasadených pracovníkov, traktorov alebo ďalších strojov, potrebný počet dní nasadenia, výkonnosť na jedného pracovníka a ďalšie.

Rovnomernosť v práci vybranej strojovej linky sa zabezpečuje plynulým zásobovaním jednotlivých článkov spracovávaným produktom a bezporuchovou činnosťou mobilných súprav. U strojových liniek s tesnou, tuhou väzbou a zvlášť so sériovým usporiadaním rýchlo klesá pravdepodobnosť práce bez prerušenia. Týmto ťažkostiam sa môžeme brániť uvoľnením väzby medzi jednotlivými článkami linky tým, že zaradíme medzizásobník zvlášť vtedy, keď sa výkonnosť článkov Wi alebo ich nezávislý koeficient využitia celkového času nasadenia iK07 od seba líši. Ak sa zastaví činnosť niektorého z predchádzajúcich článkov linky, môže potom článok oddelený medzizásobníkom pracovať do vyčerpania jeho kapacity. Konštrukčná kapacita medzizásobníka závisí od viacerých faktorov (podmienok), z ktorých najdôležitejšia je výkonnosť obidvoch článkov, ktoré spája medzizásobník, pravidelnosť zásobovania predchádzajúceho a plynulosť odberu materiálu z nasledujúceho článku.

Všetky články, prípadne prvky strojových liniek nemusia začínať alebo končiť prácu súčasne. Toto môže byť zvlášť rozdielne u strojových liniek s voľnou väzbou a postupným spôsobom práce. V rastlinnej výrobe sa často stáva, že nasledujúci článok strojovej linky alebo jeho prvok začína prácu s určitým oneskorením, čo sa samozrejme prenáša niekedy ešte vo väčšej miere na ďalšie články. Koniec práce je potom určený posledným článkom a všetky ostatné musia ukončiť prácu s určitým predstihom.

Konkrétny návrh na organizáciu práce podľa tohto poznatku musíme rozpracovať individuálne pre každú linku. Takto sa vlastne linka synchronizuje. Určitým ukazovateľom pre stanovenie začiatku alebo konca pracovnej zmeny jednotlivých prvkov sú ich technické a exploatačné ukazovatele, napr. strojová linka pre zber zemiakov deleným spôsobom so sériovo paralelným usporiadaním, tesnou väzbou a prúdovým spôsobom práce môže sa skladať z vyorávača do riadkov, kombajnu na zber zemiakov a dvoch traktorových súprav na dopravu. Súčasne môžu každé ráno začať prácu vyorávač do riadkov, kombajn, ktorého výkonnosť je nižšia a jedna súprava na dopravu.

Pretože naloženie súpravy trvá asi jednu hodinu, nie je potrebné, aby druhá súprava prišla okamžite s ostatnými strojmi, ktoré sú zaradené do linky.

Z hľadiska obmedzenia stratových časov je výhodné organizovať v uvedenej následnosti aj odber pohonných hmôt na stredisku. Ani koniec pracovnej zmeny nebude pre všetky súpravy rovnaký. Ako prvý ukončí prácu riadkovač a jedna dopravná súprava.

Výber najvhodnejšieho riešenia

Ak nestačili doposiaľ známe ukazovatele pre naše rozhodnutie, musíme použiť ekonomické vyhodnotenie. Pri tomto vypočítame pre stanovenie investičných nákladov potrebný počet strojových liniek nc. Počet určíme z potrebnej dennej výkonnosti dW07 a výkonnosti strojovej linky v celkovom čase nasadenia za deň cW07 podľa vzťahu:

Vzorec 9              (9)

Výsledok zaokrúhľujeme smerom hore na celé číslo a pretože strojové linky sú schopné dosiahnuť denne vyššiu celkovú výkonnosť ako sa požadovalo, môžeme danú úlohu zvládnuť v kratšom agrotechnickom termíne, čo je z hľadiska výrobného výhodné a môže priaznivo ovplyvniť ekonomiku výroby.

Z ekonomických ukazovateľov použijeme priame náklady na jednotku výroby alebo výkonnosti, dobu návratnosti investícií, prípadne ďalšie od týchto odvodené ukazovatele.

Keď sme vybrali najvhodnejší variant riešenia, určíme pre každú súpravu pracovisko, napr. dopravným súpravám miesto vykladania, poľným pracovným súpravám ná­slednosť a akej budú zberať alebo inak spracovávať pozemky, u stacionárnych súprav určíme ich umiestnenie a spôsob zapojenie za sebou, prípadné umiestnenie medzizásobníkov a pod. Obsluhe určíme konkrétne úlohy v súlade s organizáciou práce podľa bežne známych zásad, to znamená čas zahájenia práce, krátkodobé úlohy mimo strojovej linky, spôsob pohybu po pozemku, dopravná trasa a pod.

Záver

Vzťahy použité pri popise metodického postupu zostavovania strojových liniek sú v plnom rozsahu využiteľné aj pri zostavovaní liniek technologických s tým, že sa pri ich praktickom uplatnení zohľadňujú požadované technologické parametre výrobného procesu, o ktorých bola zmienka v predchádzajúcej časti príspevku. Ich konkrétnemu využitiu sa budeme venovať v ďalšom pokračovaní príspevku k zvolenej téme.