МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ И РАЗМЕЩЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ, ХРАНЕНИЮ И РЕАЛИЗАЦИИ КАРТОФЕЛЯ

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ И РАЗМЕЩЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ, ХРАНЕНИЮ И РЕАЛИЗАЦИИ КАРТОФЕЛЯ

Научная статья

Зыков А.В.^1, *, Юнин В.А.², Захаров А.М.³

¹ ORCID: 0000-0002-3435-7468;

² ORCID: 0000-0002-8111-1727;

³ ORCID: 0000-0003-3501-0543;

^{1, 2, 3} Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - филиал ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

* Корреспондирующий автор (zav35[at]list.ru)

Аннотация

В статье рассмотрено решение проблемы сокращения площадей посадок, значительной потери собранного урожая и его реализации путем создания современной инфраструктурной отрасли, охватывающей все виды деятельности в цепи производство – хранение – переработка – реализация и способной обеспечить эквивалентное распределение доходов отрасли между всеми участниками. Необходимость или нецелесообразность строительства перерабатывающего предприятия определяли на основе решения уравнения, включающего в себя зависимость стоимости обработки от производственной мощности предприятия и стоимости транспортировки от концентрации сырья. Предложенная целевая функция упрощает сбор исходных данных и позволяет определить оптимальную мощность и месторасположение межхозяйственного комплекса по хранению и переработке и реализации картофеля с учетом конкретных условий данной местности.

Ключевые слова: межхозяйственное предприятие; метод; картофель; оптимальное размещение; производственные мощности.

METHOD FOR DETERMINING POWER AND LOCATION OF ENTERPRISES FOR PROCESSING, STORAGE AND SELLING POTATOES

Research article

Zykov A.V.^1, *, Yunin V.A.², Zakharov A.M.³

¹ ORCID: 0000-0002-3435-7468;

² ORCID: 0000-0002-8111-1727;

³ ORCID: 0000-0003-3501-0543;

^{1, 2, 3} Institute for engineering and environmental problems in agricultural production – branch of Federal Scientific Agroengineering Center VIM, St. Petersburg, Russia

* Corresponding author (zav35[at]list.ru)

Abstract

The article considers a solution of the problem of reducing the area of planting, significant loss of harvested crops and its selling by creating a modern infrastructure industry, covering all activities in the chain of production – storage – treatment – selling and capable of providing an equivalent distribution of industry income among all participants. The need or inappropriateness of building a processing plant is determined by the solution of the equation, which includes the dependence of the processing cost on the production capacity of the enterprise and the cost of transportation on the concentration of raw materials. The proposed objective function simplifies the collection of source data and allows to determine the optimal power and location of the inter-farm complex for the storage and processing and sale of potatoes, taking into account the specific conditions of the area.

Keywords: interfarm enterprise; method; potatoes; optimal placement; production capacity.

Картофелеводство в нашей стране в настоящее время при сохранении общей площади посадок смещается в сторону мелкотоварного производства в общественных и фермерских хозяйствах. На личных огородах сельского и городского населения картофель в основном выращивается для обеспечения личных потребностей. Если в 1980-1990 гг. в специализированных хозяйствах с объемами посадочных площадей более 150 га производилось около 50% картофеля, то в настоящее время – не более 15% [1].

Картофель в нашей стране потребляется, в основном, в свежем виде. На полуфабрикаты перерабатывается не более 5%, в то время, как в зарубежных странах (США, Германия) – около половины товарного урожая. При этом созданная централизованная база хранения свежего продовольственного картофеля в местах потребления в настоящее время не функционирует или перепрофилирована на импортную плодоовощную продукцию, а в местах производства не создана. В этой связи в большинство хозяйств вынуждены основную массу выращенного урожая реализовывать в непереработанном виде сразу после уборки. Массированное насыщение рынка приводит к снижению потребительских цен и, соответственно, цен реализации. А вмешательство монопольных заготовительных структур, отсекающих производителей от потребителей продукции, поддерживает уровень заготовительных цен в течение года практически на одном уровне, не зависимо от уровня цен на потребительском рынке [2], [3], [4].

Трудности с реализацией и значительные потери собранного урожая из-за отсутствия базы хранения вынуждают хозяйства сокращать площади посадок, что еще более снижает экономическую эффективность отрасли.

Решить эту проблему возможно путем создания современной инфраструктуры отрасли, охватывающей все виды деятельности в цепи производство – хранение – переработка – реализация и способной обеспечить эквивалентное распределение доходов отрасли между всеми участниками.

Отправным моментом для расчета оптимального размещения межхозяйственных предприятий (МП) является тот факт, что удельные затраты на хранение картофеля уменьшаются с увеличением емкости складов для них, а затраты на транспортировку картофеля возрастают, т.к. с увеличением емкости склада растет и обслуживаемая им площадь, и следовательно увеличивается расстояние транспортировки картофеля [5], [6].

Для расчета оптимального размещения МП необходимо иметь:

- областную и районные карты-схемы землепользования сельскохозяйственных предприятий с указанием на них существующими и намеченными к строительству железными и автомобильными дорогами и водными путями сообщения;

- данные о размерах общей площади землепользования, а так же данные о размерах и расположении площадей под картофелем и овощами;

- перспективные урожаи культур;

- перечень ж.д. станций, на которых выполняются грузовые операции;

- местонахождение имеющихся складов хранения картофеля.

Кроме перечисленных исходных материалов, в процессе проведения расчетов необходимо определить следующие показатели: средний коэффициент криволинейности дорог ε₂, коэффициент учитывающий занятость территории данной культурой ε₁ (в долях единиц), а так же коэффициент учитывающий конфигурацию территории ε₃ (свыше единицы).

Средний коэффициент криволинейности дорог ε₂ показывает, во сколько раз расстояние от пунктов доставки до пунктов потребления картофеля по дорогам (фактическое расстояние) больше расстояния между этими пунктами по прямой. Для определения значения ε₂ по карте землепользования определяют расстояние от пункта доставки до нескольких (5-7) пунктов потребления по дорогам и по прямой. Среднее значение отношения расстояний по дорогам к расстояниям по прямой принимается за коэффициент криволинейности дорог ε₂. Величина этого коэффициента обычно составляет 1,2-1,5.

Коэффициент, учитывающий занятость территории данной культурой ε₁ рассчитывается как отношение площади занимаемой данной культурой к площади всего в хозяйстве [7].

Метод решения «задачи размещения» и определение мощности межхозяйственного предприятия

Мощность перерабатывающего предприятия и его оптимальное размещение определяют с учетом концентрации валового сбора картофеля, а так же наличия дорог. В масштабах области эти параметры, как правило, варьируют в широких пределах. Поэтому, прежде чем перейти к конкретным расчетам, целесообразно определить оптимальный радиус перевозки и производственную мощность предприятия при условии равномерного распределения сырья. При этом задачу решают для района или группы районов в целом. Сравнение полученных данных с размерами территории района и с фактическим валовым производством перерабатываемого сырья в нем не дает возможность принять решение о необходимости или нецелесообразности строительства перерабатывающего предприятия.

Оптимум определяют на основе решения уравнения, включающего в себя зависимость стоимости обработки от производственной мощности предприятия и стоимости транспортировки от концентрации сырья:

                      (1)

где: С_∑ - суммарные приведенные затраты, руб/т;

С_o – приведенные затраты на обработку, руб./ т.;

С_T – приведенные затраты на транспортировку, руб./т.

Подставив соответствующие показатели, продифференцировав уравнение по Q (производственная мощность) и R (средний радиус перевозки) были получены следующие выражения:

где: T_i – время работы предприятия на данном виде сырья за сезон,ч;

Т – общее время работы предприятия, ч;

И_i – эксплуатационные издержки за час работы на данном виде сырья, руб./т;

Е_н – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;

Ц_об, Ц_зд – цена оборудования и здания, руб.;

q_i – урожайность, ц/га.;

С – тариф перевозки, руб./т*км;

Ε₁ – коэффициент, учитывающий занятость территории данной культурой, в долях единицы;

Е₂,Е₃ – коэффициенты, учитывающие кривизну дорог и конфигурацию территории (свыше единицы).

Следующий этап определения оптимальных производственных мощностей и расстояний перевозки начинается с конкретизации исходных данных. Алгоритм вычислений заключатся в том, что случайным образом размещается заданное количество пунктов и подсчитывается значение целевой функции [8], [9]. Из заданного количества испытаний выбирается то расположение пунктов, при котором достигается наименьшее значение целевой функции:

                       (4)

где: L – целевая функция, учитывающая транспортные затраты и стоимость обработки единицы продукции от мощности пункта.

С – стоимость перевозки единицы продукции, руб/т*км;

α – коэффициент, учитывающий дополнительные перевозки;

l_ij – расстояние между i-м хозяйством и j-м пунктом обработки, км;

x_ij – количество произведенной продукции в i-м хозяйстве, т;

 x_j – мощность j-го пункта обработки; т/сутки;

(x_j) – функция, выражающая зависимость стоимости обработки единицы продукции от мощности пункта, руб/т.

Функция (4) имеет следующие ограничения:

Данная задача является «задачей о размещении» и многоэкстремальна. Классическими методами она не решается.

Один из методов решения данной задачи предложен УкрНИИМЭСХом. Он заключается в том, что случайным образом размещается заданное количество пунктов и подсчитывается значение целевой функции (4). Запоминается то расположение пунктов, при котором достигается наименьшее значение целевой функции. Метод статистических испытаний (Монте-Карло) приводит к цели, однако требуется решить вопрос о необходимом количестве испытаний при заданной вероятности получения искомого решения, что бы сократить машинное время при решении задачи на ЭВМ.

Разместить m МП среди n хозяйств можно N различными способами, т.е. N равно числу сочетаний из n по m: . Поэтому вероятность появления оптимального расположения при однократном испытании p=1/N.

Так как количество пунктов заранее не известно, то испытания необходимо проводить для различных n, изменяющихся от 1 до m. Значения N могут изменяться в широких пределах.

При небольшом числе возможных сочетаний необходимо анализировать и выбирать среди них оптимальное. При большом числе возможных сочетаний применение полного перебора приводит к затягиванию времени решения задачи на ЭВМ. Более рационально в этом случае выбрать такое число испытаний, чтобы с определенной вероятностью был обнаружен глобальный экстремум целевой функции. При этом число испытаний существенно зависит от того, будут или не будут повторяться сочетания. В первом случае оно подчиняется биноминальному закону распределения. При неповторяющихся комбинациях вероятность обнаружения оптимума после каждого испытания увеличивается и вероятность обнаружения оптимума при n испытаниях из возможных N комбинаций определяется формулой полной вероятности:

     (5)

Предложенная целевая функция упрощает сбор исходных данных и позволяет определить оптимальную мощность и месторасположение межхозяйственного комплекса по хранению и переработке и реализации картофеля с учетом конкретных условий данной местности [10], [11].

Анализируя вышеуказанные методы и модели решения транспортной и задачи о размещении МП по переработке, хранению и реализации картофеля в Ленинградской области, делаем вывод, что для решения поставленной задачи наиболее полно подходит метод, описанный выше, т.к. решаемая задача является «задачей о размещении» и многоэкстремальна. Классическими методами она не решается.

Схематично данный способ размещения межхозяйственных предприятий по хранению, переработке и реализации картофеля можно рассмотреть на блок-схема рис. 1.

Рис. 1 – Блок-схема алгоритма размещения межхозяйственных предприятий по хранению, переработке и реализации картофеля

 

Описание блок-схемы алгоритма решения задачи размещения МП по переработке, хранению и реализации картофеля.

1. Выбирается район или группа районов, для которых определяют оптимальные производственные мощности МП и оптимальный радиус перевозки в целом.
2. Далее полученные данные прогоняют через условие ,

Если данное условие выполняется, то данные подвергаются нижеследующему витку событий.

В заданном районе выбирается определенная группа хозяйств, среди которых:

• Случайным образом размещается заданное количество МП. Данные о МП прогоняются через целевую функцию 4. Запоминаются только минимальные варианты, остальные отбрасываются. Среди выбранных вариантов проводится анализ и выбор оптимального.
• Зачастую количество МП, которые необходимо разместить в заданном районе, неизвестно. Количество способов размещения определяется по формуле . При этом если:

а) вариантов мало, то проводиться обработка результатов, прогон через условие минимальности целевой функции 4, выбираются только минимальные значения, проводится анализ и выбор.

б) вариантов много. Необходимо определить оптимальное количество испытаний для обнаружения оптимума (7). Проводится заданное количество испытаний, после чего результаты обрабатываются. Проверяется, соблюдается ли условие минимума целевой функции, после чего минимальные значения анализируются и выбираются в качестве оптимальных.

Для решения данной проблемы в пакете Microsoft Excel нами была разработана система автоматизированных расчетов, позволяющих просчитать в диалоговом режиме оптимальный вариант.

Рис. 2 – Элемент матрицы расчетов

 

На рисунке 2 представлены массивы расчетных данных, среди которых программа выбирает минимальное значение. Представлено несколько вариантов размещения. Так на рисунок 2 показано, что при строительстве 3 пунктов среди 5 целевая функция L минимальна при объединении 1,3,5 хозяйств, причем строительство межхозяйственного пункта оптимально в 5 хозяйстве.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Ушачев И. Г. Модели экономических взаимоотношений предприятий АПК в системе интегрированных формирований / И. Г. Ушачев, А. М. Югай, В. П. Арашуков и др. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2004. – 175 с.
2. Морозов Ю. Л. Повышение конкурентоспособности картофелеводства на основе развития интеграционных процессов в отрасли / Ю. Л. Морозов, А. Н. Васильев // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2006. – №78. – С. 46 – 53.
3. Логинов Г. А. Оптимизация технико-технологических решений в картофелеводстве / Г. А. Логинов, И. М. Фомин, В. Ф. Клейн и др. // Санкт-Петербург. – 2009.
4. Фомин И. М. Энергетическая эффективность картофелеводства от технико-технологических решений / И. М. Фомин, А. М. Захаров // Техника и оборудование для села. – 2012. – №1. – С. 26 – 27.
5. Фомин И. М. Технико-технологическая модернизация картофелеводства в товаропроизводящих хозяйствах Северо-Запада РФ / И. М. Фомин, Г. А. Логинов, А. М. Захаров // Сборник научных докладов ВИМ. – 2011. – Т. 1. – С. 95 – 103.
6. Фомин И. М. Адаптация технико-технологических решений в картофелеводстве к условиям сельхозпроизводителя / И. М. Фомин, А. Н. Васильев, А. М. Захаров // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2011. – №5. – С. 24 – 25.
7. Рядных В. В. Методика расчета оптимального размещения и определения производственной мощности материально-технической базы химизации сельского хозяйства / В. В. Рядных. – М.: МСХ СССР, Гл. упр. химизации сел. хоз-ва, 1979. – 55 с.
8. Гольштейн Е. Г. Задачи линейного программирования транспортного типа / Е. Г. Гольштейн, Д. Б. Юдин. – М.: Наука, ФИЗМАТЛИТ, 1969. – 384 с.
9. Акулич И. Л. Математические методы и компьютерные технологии решения оптимизационных задач / И.Л. Акулич, В. Ф. Стрельчонок. – Рига: МИСис, 2000. – 100 с.
10. Валге А. М. К обоснованию оптимальных производственных мощностей и размещения пунктов послеуборочной обработки сельскохозяйственного сырья / А. М. Валге, А. Е. Иванов, И. Ф. Никкинен и др. // Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. – 1976. – Вып. 20. – С. 118 – 122.
11. Береснев В. Л. Экстремальные задачи стандартизации / В. Л. Береснев, Э. Х. Гимади, В. Т. Дементьев // Новосибирск: Наука. – 1978. – 333 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ushachev I. G. Modeli e`konomicheskix vzaimootnoshenij predpriyatij APK v sisteme integrirovanny`x formirovanij [The Model of economic relations of agricultural enterprises in the system of integrated units] / I. G. Ushachev, A. M. Yugaj, V. P. Arashukov and others. – Moscow: FGNU "Rosinformagrotekh", 2004. – 175 p. [in Russian]
2. Morozov Yu. L. Povy`shenie konkurentosposobnosti kartofelevodstva na osnove razvitiya integracionny`x processov v otrasli [Improving the competitiveness of potato production through the development of integration processes in the industry] / Yu. L. Morozov, A. N. Vasil`ev // Texnologii i texnicheskie sredstva mexanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop and livestock products]. – 2006. – №78. – P. 46 – 53. [in Russian]
3. Loginov G. A. Optimizaciya texniko-texnologicheskix reshenij v kartofelevodstve [Optimization of technical and technological solutions in potato growing] / G. A. Loginov, I. M. Fomin, V. F. Klejn, and others // Sankt-Peterburg. – 2009. – 191 p. [in Russian]
4. Fomin I. M. E`nergeticheskaya e`ffektivnost` kartofelevodstva ot texniko-texnologicheskix reshenij [Energy efficiency of potato growing from technical and technological solutions] / I. M. Fomin, A. M. Zaxarov // Texnika i oborudovanie dlya sela [Machinery and equipment for the village]. – 2012. – №1. – P. 26 – 27. [in Russian]
5. Fomin I. M. Texniko-texnologicheskaya modernizaciya kartofelevodstva v tovaroproizvodyashhix xozyajstvax Severo-Zapada RF [Technical and technological modernization of potato in the commodity-producing farms of the North-West of the Russian Federation] / I. M. Fomin, G. A. Loginov, A. M. Zaxarov // Sbornik nauchny`x dokladov VIM [The collection of scientific reports of VIM]. – 2011. – T. 1. – S. 95 – 103. [in Russian]
6. Fomin I. M. Adaptaciya texniko-texnologicheskix reshenij v kartofelevodstve k usloviyam sel`xozproizvoditelya [Adaptation of technical and technological solutions in potato farming to the conditions of the agricultural producer] / I. M. Fomin, A. N. Vasil`ev, A. M. Zaxarov // Sel`skoxozyajstvenny`e mashiny` i texnologii [Agricultural machinery and technology]. – 2011. – №5. – S. 24 – 25. [in Russian]
7. Ryadny`x V. V. Metodika rascheta optimal`nogo razmeshheniya i opredeleniya proizvodstvennoj moshhnosti material`no-texnicheskoj bazy` ximizacii sel`skogo xozyajstva [Method of calculation of optimal placement and determination of production capacity of material and technical base of agricultural chemicalization] / V. V. Ryadny`x. – M.: MSX SSSR, Gl. upr. ximizacii sel. xoz-va, 1979. – 55 p. [in Russian]
8. Gol`shtejn E. G. Zadachi linejnogo programmirovaniya transportnogo tipa [Linear programming problem of transport type] / E. G. Gol`shtejn, D. B. Yudin. – M.: Nauka, FIZMATLIT, 1969. – 384 p. [in Russian]
9. Akulich I. L. Matematicheskie metody` i komp`yuterny`e texnologii resheniya optimizacionny`x zadach [Mathematical methods and computer technologies for solving optimization problems] / I. L. Akulich, V. F. Strel`chonok. – Riga: MISis, 2000. – 100 p. [in Russian]
10. Valge A. M. K obosnovaniyu optimal`ny`x proizvodstvenny`x moshhnostej i razmeshheniya punktov posleuborochnoj obrabotki sel`skoxozyajstvennogo sy`r`ya [To study the optimal capacity and placement of points of post-harvest processing of agricultural raw materials] / A. M. Valge, A. E. Ivanov, I. F. Nikkinen and others // Sbornik nauchny`x trudov SZNIIME`SX [Collection of scientific works SZNIIME`SX]. – 1976. – Vy`p. 20. – S. 118 – 122. [in Russian]
11. Beresnev V. L. E`kstremal`ny`e zadachi standartizacii [Extreme problems of standardization] / V. L. Beresnev, E`. X. Gimadi, V.T. Dement`ev // Novosibirsk: Nauka. – 1978. – 333 p. [in Russian]