К МЕТОДИКЕ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СУШКИ ОРГАНИЧЕСКИХ СЕМЯН ТИМОФЕЕВКИ
DOI 10.12737/2073-0462-2024-75-83 УДК 631.365:51-74
Ключевые слова:
цифровой двойник, технологический процесс, сушка семян, идентификация, имитационное моделирование.Аннотация
Важной специфичной особенностью функционирования машин и оборудования в технологиях послеуборочной обработки зерна и семян является вероятностная изменчивость внешних условий, негативно влияющих на эффективность их работы. Процесс сушки отличается ещё и нестационарностью по своим вероятностно-статистическим характеристикам. Методики формирования цифровых двойников стационарных процессов достаточно хорошо освоены, однако построение цифровых двойников нестационарных процессов является гораздо более сложной задачей, для решения которой необходимо учитывать природу нестационарности, а также особенности и внутреннюю структуру моделируемых процессов. Цель исследований - построение цифрового двойника нестационарного процесса сушки семян тимофеевки и оценка достоверности полученной модели. Экспериментальные данные получены в результате сушки семян тимофеевки луговой сорта Ленинградская 204 с полевого органического севооборота на универсальной сушильной установке с применением цифрового влагомера семян Фауна ПМДР4, оснащенного поточными датчиками погружного типа. В результате экспериментальных исследований получены реализации случайных процессов изменения влажности семян на заключительном этапе сушки для построения математических моделей методами статистической идентификации. Построение дискретных аналогов исследуемых процессов проведено с использованием экспериментальных корреляционных функций, аппроксимируемых соответствующими функциями для получения параметров моделирующих рекуррентных уравнений. Рассмотренный алгоритм моделирования работы сушилки позволяет воспроизводить процессы неограниченно большой длины и моделировать различные условия и режимы работы для нахождения заданных оптимумов по качеству, энергозатратам и экологичности. Точность результатов имитационного моделирования определялась на основе сходимости моментных функций экспериментального и смоделированного технологических процессов. Оценки статистических характеристик смоделированного процесса сушки семян тимофеевки с 95–процентной вероятностью соответствуют статистическим оценкам процесса сушки, полученным в ходе экспериментальных исследований, а графики их нормированных корреляционных функций наглядно подтверждают идентичность процессов. Полученные математические зависимости протекания технологического процесса сушки органических семян тимофеевки являются его цифровым двойником, позволяющим методами имитационного моделирования решать оптимизационные задачи.
Литература
1. Лурье А.Б. Основы теории эффективности функционирования рабочих процессов сельскохозяйственных машин и их систем управления // Сборник научных трудов ЛСХИ. Совершенствование рабочих органов и повышение эффективности технологических процессов и систем управления сельскохозяйственных машин. Т.415. Л., 1981. - С.3-7.
2. Смелик В.А. Технологическая надежность сельскохозяйственных агрегатов и средства ее обеспечения. - Ярославль, 1999. - 230 с.
3. Smelik V.A., Perekopskiy A.N., Dobrinov A.V., Chugunov S.V. Study of the efficiency of drying grass seeds for forage crops on a rotary dryer / E3S Web of Conferences 262, 01037 (2021), 01037. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126201037
4. Perekopskiy A.N., Smelik V.A. Variables of the wheat seeds drying process in a carousel type dryer // British Journal of Innovation in Science and Technology. 2016. Vol. 1, No. 2. P. 11-20.
5. Stanisavljević R., Milenković J., Djokić D., Terzić D., Petrović D., Djukanović L., Dodig D. Drying of meadow fescue seeds of different moisture contents: changes in dormancy and germination // Plant Soil and Environment, February 2013, 59 (1), р. 37–43 https://doi.org/10.17221/551/2012-PSE
6. Валге А.М., Сухопаров А.И. Формализация технологий растениеводства как динамических систем // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 3(100). С. 47-53. https://doi.org/10.24411/0131-5226-2019-10184.
7. Холопов В.А., Антонов С.В., Курнасов Е.В., Каширская Е.Н. Разработка и применение цифрового двойника машиностроительного технологического процесса // Вестник машиностроения. 2019. № 9. С. 37-43.
8. Дорохов А.С., Павкин Д.Ю., Юрочка С.С. Технология цифровых двойников в сельском хозяйстве: перспективы применения // Агроинженерия. 2023. Т. 25, № 4. С. 14-25.
9. Лобачевский Я.П., Миронов Д.А., Кислицкий М.М., Миронова А.В. Эффекты от применения цифровых двойников в сельском хозяйстве // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2023. № 103. С. 71-78.
10. Кондратьева О.В., Мишуров Н.П., Федоров А.Д., Слинько О.В., Войтюк В.А., Федоренко В.Ф. Лучшие практики использования информационных технологий в АПК: аналит. обзор. – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2023. – 84 с.
11. Лачуга Ю.Ф., Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П., Шогенов Ю.Х. Результаты научных исследований агроинженерных научных организаций по развитию цифровых систем в сельском хозяйстве // Техника и оборудование для села. 2022. №4. С. 2-8.
12. Мударисов С.Г., Фархутдинов И.М., Имангулов В.Х. и др. Оценка значимости и выбор параметров контактной модели при моделировании семян гороха методом дискретных элементов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2024. Т. 19, № 1(73). С.54-60.https://doi.org/10.12737/2073-0462-2024-54-60.
13. Каштаева С. В. Методика планирования продовольственной безопасности с использованием экономико-математических методов // Техноуклад 6.0. Цифровая трансформация АПК и продовольственная безопасность. – Пермь: ИПЦ Прокростъ, 2021. – С. 355-362.
14. Ширяев А.С. Повышение эффективности сушки урожая зерновых, кормовых культур и их грубоизмельченной массы в установках с неподвижным слоем сушимого материала за счет совершенствования сушильной камеры. Дис. … канд.техн.наук, Ярославль, 2002, 183 с.
15. Смелик В.А., Перекопский АН., Шушков Р.А., Чугунов С В. Математические зависимости обоснования режимов сушки органических семян тимофеевки луговой // АгроЭкоИнженерия. 2024. № 1(118). С. 82-96. https://doi.org/10.24412/2713-2641-2024-1118-82-95
16. Zakharov A., Zykov A., Yunin V. Effect of initial moisture content of wheat grain on its drying time in a rotary dryer // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2021. Vol. 16, No. 19. P. 1991-1996.
17. Чугунов С.В. Специальная камера к универсальной сушилке // Сельский механизатор. 2010. № 9. С. 26.
18. Зиганшин Б.Г., Семушкин Н.И., Семушкин Д.Н. и др. Повышение результативности научнотехнических разработок для органического земледелия // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18, № 3(71). С. 84-91. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-84-91.
19. Rasi J. R., Neto M. and Bernardo R. 2021. Bibliographic prospecting for dryeration process system evaluation in the face of the conventional grain drying. Int. J. Innov. Educ. Res. 9 410-424. https://doi.org/10.31686/ijier.vol9.iss1.2914
1. Lure AB. [Fundamentals of the theory of efficiency of functioning of working processes of agricultural machines and their control systems]. Sbornik nauchnykh trudov LSKhI. Sovershenstvovanie rabochikh organov i povyshenie effektivnosti tekhnologicheskikh protsessov i sistem upravleniya selskokhozyaistvennykh mashin. Vol.415. Leningrad. 1981; 3-7 p.
2. Smelik VA. Tekhnologicheskaya nadezhnost selskokhozyaystvennykh agregatov i sredstva ee obespecheniya. [Technological reliability of agricultural units and means of ensuring it[. Yaroslavl. 1999; 230 p.
3. Smelik VA, Perekopskiy AN, Dobrinov AV, Chugunov SV. Study of the efficiency of drying grass seeds for forage crops on a rotary dryer. E3S Web of Conferences 262. 2021; 01037 p. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126201037
4. Perekopskiy AN, Smelik VA. Variables of the wheat seeds drying process in a carousel type dryer. British Journal of Innovation in Science and Technology. 2016; Vol.1. 2. 11-20 p.
5. Stanisavljević R, Milenković J, Djokić D, Terzić D, Petrović D, Djukanović L, Dodig D. Drying of meadow fescue seeds of different moisture contents: changes in dormancy and germination. Plant Soil and Environment. February 2013; 59 (1). 37-43 p. https://doi.org/10.17221/551/2012-PSE
6. Valge AM, Sukhoparov AI. [Formalization of plant growing technologies as dynamic systems]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019; 3 (100). 47-53 p. https://doi.org/10.24411/0131-5226-2019-10184.
7. Kholopov VA, Antonov SV, Kurnasov EV, Kashirskaya EN. [Development and application of a digital twin of a mechanical engineering technological process]. Vestnik mashinostroeniya. 2019; 9. 37-43 p.
8. Dorokhov AS, Pavkin DYu, Yurochka SS. [Digital twin technology in agriculture: application prospects]. Agroinzheneriya. 2023; Vol.25. 4. 14-25 p.
9. Lobachevskiy YaP, Mironov DA, Kislitskiy MM, Mironova AV. [Effects of using digital twins in agriculture]. Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; 103. 71-78 p.
10. Kondrateva OV, Mishurov NP, Fedorov AD, Slinko OV, Voytyuk VA, Fedorenko VF. Luchshie praktiki ispolzovaniya informatsionnykh tekhnologii v APK: analit.obzor. [Best practices in using information technologies in the agro-industrial complex: analytical review]. Moscow: FGBNU Rosinformagrotekh. 2023; 84 p.
11. Lachuga YuF, Izmaylov AYu, Lobachevskiy YaP, Shogenov YuKh. [Results of scientific research of agroengineering scientific organizations on the development of digital systems in agriculture]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2022; 4. 2-8 p.
12. Mudarisov SG, Farkhutdinov IM, Imangulov VKh. [Assessment of the significance and selection of parameters of the contact model in modeling pea seeds using the discrete element method]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2024; Vol.19. 1(73). 54-60 p. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2024-54-60.
13. Kashtaeva SV. Metodika planirovaniya prodovolstvennoy bezopasnosti s ispolzovaniem ekonomikomatematicheskikh metodov. Tekhnouklad 6.0. Tsifrovaya transformatsiya APK i prodovolstvennaya bezopasnost. [Methodology for planning food security using economic and mathematical methods. Technouklad 6.0. Digital transformation of the agro-industrial complex and food security]. Perm: IPTs Prokrost. 2021; 355-362 p.
14. Shiryaev AS. Povyshenie effektivnosti sushki urozhaya zernovykh, kormovykh kultur i ikh gruboizmelchennoy massy v ustanovkakh s nepodvizhnym sloem sushimogo materiala za schet sovershenstvovaniya sushilnoy kamery. Dis. … kand.tekhn.nauk. [Improving the efficiency of drying grain crops, forage crops and their coarsely ground mass in installations with a fixed bed of drying material by improving the drying chamber: dissertation for a degree of Ph.D. of Technical sciences]. Yaroslavl. 2002; 183 p.
15. Smelik VA, Perekopskiy AN, Shushkov RA, Chugunov SV. [Mathematical dependencies for substantiating drying modes for organic timothy grass seeds]. AgroEkoInzheneriya. 2024; 1(118). 82-96 p. https://doi.org/10.24412/2713-2641-2024-1118-82-95
16. Zakharov A, Zykov A, Yunin V. Effect of initial moisture content of wheat grain on its drying time in a rotary dryer. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2021; Vol.16. 19. 1991-1996 p.
17. Chugunov SV. [Special chamber for a universal dryer]. Selskiy mekhanizator. 2010; 9. 26 p.
18. Ziganshin BG, Semushkin NI, Semushkin DN. [Improving the effectiveness of scientific and technical developments for organic farming]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; Vol.18. 3 (71). 84-91 p. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-84-91.
19. Rasi JR, Neto M, Bernardo R. 2021. Bibliographic prospecting for dryeration process system evaluation in the face of the conventional grain drying. Int. J. Innov. Educ. Res. 9. 410-424 p. https://doi.org/10.31686/ijier.vol9.iss1.2914.
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 ВЕСТНИК Казанского государственного аграрного университета
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
