農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)優(yōu)化模型與水稻種植區(qū)典型系統(tǒng)評(píng)價(jià)的研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)是指作物、土壤和農(nóng)業(yè)機(jī)器等組成的一個(gè)大系統(tǒng)，其中農(nóng)業(yè)機(jī)器的功能是在特定的氣候、土壤等作業(yè)條件下，完成作物生產(chǎn)作業(yè)工序要求的各項(xiàng)任務(wù)，國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)器的作業(yè)成本通常要占到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總成本的30-50％，因此，農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)優(yōu)化問題的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。 很多學(xué)者對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)進(jìn)行了研究，但目前還存在一些問題有待解決，如農(nóng)業(yè)機(jī)器選型尚局限于選型方法的研究，缺乏能指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的應(yīng)用性成果；農(nóng)業(yè)機(jī)器折舊成本的估計(jì)缺乏科學(xué)依

2、據(jù)，一般都用直線折舊法來計(jì)算折舊費(fèi)用，與農(nóng)業(yè)機(jī)器實(shí)際價(jià)值轉(zhuǎn)移規(guī)律并不一致。維修保養(yǎng)費(fèi)的估計(jì)沒有充分考慮機(jī)器類型、機(jī)齡、累積作業(yè)小時(shí)和作業(yè)工序等因素的顯著影響，導(dǎo)致估計(jì)值與實(shí)際值有很大差異；農(nóng)業(yè)機(jī)器的可下地概率一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來估計(jì)，沒有充分考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件和土壤條件等特殊性，導(dǎo)致估計(jì)值與實(shí)際值有很大偏差；農(nóng)業(yè)機(jī)器關(guān)鍵作業(yè)的適時(shí)性損失尚無應(yīng)用性成果，優(yōu)化時(shí)一般限定某項(xiàng)作業(yè)在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)完成，與實(shí)際作業(yè)情況有差異；優(yōu)化配備中一般也沒有考慮農(nóng)業(yè)機(jī)

3、器完好率的影響等。 本文首先對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器產(chǎn)品的滿意度進(jìn)行了調(diào)查與分析，研究結(jié)論可為選型提供重要依據(jù)，其次根據(jù)農(nóng)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)優(yōu)化的幾個(gè)關(guān)鍵子模型進(jìn)行了研究，即殘值系數(shù)模型、可下地概率相關(guān)模型和作業(yè)成本預(yù)測(cè)模型，并在這些模型的基礎(chǔ)上構(gòu)造了新的農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)優(yōu)化配備模型。最后對(duì)水稻種植區(qū)典型的農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)進(jìn)行了比較分析與評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)各稻區(qū)有重要的指導(dǎo)意義。 在對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器產(chǎn)品的滿意度進(jìn)行調(diào)查與分析時(shí)，采用美國社會(huì)心理

4、學(xué)家R.A.Likert提出的李克特量表(Likert Scale)設(shè)計(jì)了問卷，采用廣泛調(diào)查法獲得了滿意度分析的樣本數(shù)據(jù)，產(chǎn)品范圍涉及到50個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的輪式拖拉機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)、插秧機(jī)、秸稈還田機(jī)扣條播機(jī)五大類產(chǎn)品中的150個(gè)具體產(chǎn)品，調(diào)查對(duì)象均為熟悉被調(diào)查產(chǎn)品的管理人員、服務(wù)人員和機(jī)手，共在江蘇省13個(gè)地級(jí)市和省農(nóng)機(jī)局直屬機(jī)關(guān)發(fā)放調(diào)查問卷11102份，現(xiàn)場(chǎng)回收有效問卷9982份，保證了樣本數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，并用SAS軟件進(jìn)行了數(shù)

5、據(jù)處理，研究結(jié)果表明，五大類農(nóng)業(yè)機(jī)器產(chǎn)品質(zhì)量滿意度的次序?yàn)椋和侠瓩C(jī)、秸稈還田機(jī)、條播機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)和插秧機(jī)；五大類農(nóng)業(yè)機(jī)器產(chǎn)品中，拖拉機(jī)、秸稈還田機(jī)、條播機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)和插秧機(jī)滿意度在“基本滿意”以上的產(chǎn)品數(shù)比例分別為91.23％、100％、94.12％、87.10％和81.82％，而在“比較滿意”以上的產(chǎn)品數(shù)比例分別為84.12％、91.18％、88.24％、41.94％和72.73％，說明拖拉機(jī)、秸稈還田機(jī)和條播機(jī)的滿意度比較高，而

6、聯(lián)合收獲機(jī)和插秧機(jī)的滿意度相對(duì)來說還比較低；試驗(yàn)還得出了全部50個(gè)生產(chǎn)廠家的滿意度排序、五大類13個(gè)系列產(chǎn)品的滿意度排序，同一廠家不同型號(hào)聯(lián)合收獲機(jī)的滿意度之間還呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)為0.9061)。本研究成果已在江蘇省得到了具體應(yīng)用。 在對(duì)殘值系數(shù)模型的研究中，采集了江蘇省大豐市的上海農(nóng)場(chǎng)近15年的128個(gè)樣本數(shù)據(jù)，隨機(jī)抽取其中116個(gè)樣本來構(gòu)造模型，并用其它12個(gè)樣本進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明，雙平方根模型為6個(gè)備選模

7、型中的最佳殘值系數(shù)模型(調(diào)節(jié)平方和為0.8367)，殘值系數(shù)模型中機(jī)齡是決定實(shí)際殘值系數(shù)的主要因素，對(duì)比分析表明，預(yù)測(cè)模型中12個(gè)驗(yàn)證樣本中的8個(gè)樣本的預(yù)測(cè)偏差在以±10％內(nèi)，驗(yàn)證樣本中最大預(yù)測(cè)偏差為17.50％；而在ASABE模型中12個(gè)驗(yàn)證樣本中僅有3個(gè)樣本的預(yù)測(cè)偏差在±10％以內(nèi)，驗(yàn)證樣本中最大預(yù)測(cè)偏差為47.59％；說明新建立的拖拉機(jī)殘值系數(shù)模型達(dá)到了滿意的精度，可以用來預(yù)測(cè)我國同類條件下大中型拖拉機(jī)的殘值系數(shù)。 在對(duì)農(nóng)

8、業(yè)機(jī)器可下地概率相關(guān)模型進(jìn)行研究時(shí)，采集了近15年的歷史氣象數(shù)據(jù)，并建立了蒸發(fā)量和降雨量模型，結(jié)果表明，農(nóng)場(chǎng)上半年和下半年的蒸發(fā)量模型都達(dá)到了較高的預(yù)測(cè)精度(調(diào)節(jié)平方和分別為0.7985和0.7167)，平均溫度和日照小時(shí)數(shù)對(duì)蒸發(fā)量均有顯著影響，在同樣溫度和日照小時(shí)數(shù)務(wù)件下，上半年的蒸發(fā)量比下半年的蒸發(fā)量大。實(shí)證分析表明，蒸發(fā)量模型的預(yù)測(cè)精度是滿意的，隨機(jī)抽取的12個(gè)驗(yàn)證樣本中，9個(gè)樣本的預(yù)測(cè)偏差在±20％以內(nèi)；用馬爾科夫模型來預(yù)測(cè)降雨

9、量這樣一個(gè)隨機(jī)過程是合理的，2006年、2007年多數(shù)月份的模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際月降雨量是一致的，從而為今后充分利用農(nóng)業(yè)氣象信息提供了一種新的方法與手段。最后建立了月降雨量與可下地概率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，為實(shí)踐中根據(jù)預(yù)測(cè)的月降雨量來估計(jì)當(dāng)月農(nóng)業(yè)機(jī)器的可下地概率提供了依據(jù)。 在對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器作業(yè)成本預(yù)測(cè)模型進(jìn)行研究時(shí)，根據(jù)農(nóng)場(chǎng)的實(shí)際情況，農(nóng)業(yè)機(jī)器的總作業(yè)成本主要包括折舊費(fèi)、維修保養(yǎng)費(fèi)、油料費(fèi)用、人員工資和管理費(fèi)5項(xiàng)成本，采集了7臺(tái)JDT-654

10、拖拉機(jī)機(jī)組歷史年的相關(guān)數(shù)據(jù)，并用SAS進(jìn)行了建模分析，結(jié)果表明，本文提出的建立農(nóng)業(yè)機(jī)器作業(yè)成本預(yù)測(cè)模型的一般方法是可行的；根據(jù)農(nóng)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)建立的拖拉機(jī)殘值系數(shù)、JDT-654拖拉機(jī)累積維修保養(yǎng)費(fèi)系數(shù)的回歸方程均達(dá)到了較高的預(yù)測(cè)精度(調(diào)節(jié)平方和分別為0. 8367和0.8840)，可以用來科學(xué)預(yù)測(cè)拖拉機(jī)的折舊成本和維修保養(yǎng)成本；實(shí)證分析中6號(hào)JDT-654拖拉機(jī)組成的犁耕機(jī)組和旋耕機(jī)組作業(yè)成本的預(yù)測(cè)偏差分別為-2.11％和-5.92％，這

11、臺(tái)拖拉機(jī)所有機(jī)組的總作業(yè)成本的預(yù)測(cè)偏差為-3.88％，證實(shí)了模型的可行性。典型機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性分析表明，與紐荷蘭110-90拖拉機(jī)和JDT-654拖拉機(jī)組成的犁耕機(jī)組和旋耕機(jī)組在5年內(nèi)的單位面積平均作業(yè)成本分別為316.47元·hm-2、139.65元·hm-2和242.24元·hm-2、122.64元·hm-2，紐荷蘭110-90犁耕機(jī)組和旋耕機(jī)組5年內(nèi)平均作業(yè)成本要JDT-654拖拉機(jī)同類機(jī)組分別高126.62％和97.52％；JM-1

12、605收獲機(jī)5年內(nèi)的單位面積作業(yè)成本為168.03元·hm-2，并在3年到4年間平均作業(yè)成本達(dá)到最低值。在建立農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)優(yōu)化配備模型時(shí)，首先假定已建立了農(nóng)業(yè)機(jī)器作業(yè)成本中5項(xiàng)成本預(yù)測(cè)的子模型，選擇農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)總作業(yè)成本最小為目標(biāo)，主要約束條件包括作業(yè)量約束、拖拉機(jī)或聯(lián)合收獲機(jī)工作時(shí)間約束、作業(yè)工序先后順序約束、特定機(jī)型選擇約束、有效作業(yè)時(shí)間約束和變量非負(fù)約束等，構(gòu)造了農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)優(yōu)化配備的非線性規(guī)劃模型。本模型的主要特點(diǎn)是模型中各

13、項(xiàng)成本是用預(yù)測(cè)模型來估計(jì)的，提高了預(yù)測(cè)精度，充分考慮了田間作業(yè)工序的先后順序要求，允許用戶選擇目標(biāo)機(jī)型等。 在對(duì)我國三大稻區(qū)水稻生產(chǎn)的典型農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)方案進(jìn)行比較分析時(shí)，系統(tǒng)介紹了三大稻區(qū)的典型農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)方案，并安排了農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)方案的比較試驗(yàn)，這些系統(tǒng)方案的種植方式包括常規(guī)育秧手工插秧、機(jī)械插秧、機(jī)械直播、和機(jī)械缽苗行栽等，試驗(yàn)的品種為當(dāng)?shù)胤N植面積較大的6個(gè)品種，采集了不同試驗(yàn)方案中的各項(xiàng)成本，如種子、化肥、水費(fèi)等物質(zhì)成本，

14、農(nóng)業(yè)機(jī)器作業(yè)成本和勞動(dòng)力成本，測(cè)定了主要水稻產(chǎn)量指標(biāo)如樣本穗數(shù)、樣本粒數(shù)、樣本實(shí)粒數(shù)、平均千粒質(zhì)量、理論平均產(chǎn)量和實(shí)際平均產(chǎn)量等，還測(cè)定作業(yè)環(huán)節(jié)消耗工時(shí)等數(shù)據(jù)，以評(píng)價(jià)不同種植方式的農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)方案在“省工、節(jié)本、增效”方面的實(shí)施效果。結(jié)果表明，南方一季稻區(qū)三種不同農(nóng)業(yè)機(jī)器系統(tǒng)方案的水稻生產(chǎn)總成本的排序?yàn)椋撼Ｒ?guī)育秧手插方案>機(jī)械直播方案>機(jī)械插秧方案，常規(guī)育秧手插方案、機(jī)械直播方案和機(jī)械插秧方案中農(nóng)業(yè)機(jī)器作業(yè)成本占總成本的比重平均值分別為

15、28.56％、43.20％和42.91％；南方雙季稻區(qū)早雜交稻機(jī)插秧方案比常規(guī)育秧手插方案的總成本降低11.46％，其中常規(guī)育秧手插方案和機(jī)械插秧方案中農(nóng)業(yè)機(jī)器作業(yè)成本占總成本的比重分別為33.92％和48.88％；而晚雜交稻機(jī)插秧方案比常規(guī)育秧手插方案的總成本降低9.47％，其中常規(guī)育秧手插方案和機(jī)械插秧方案中農(nóng)業(yè)機(jī)器作業(yè)成本占總成本的比重分別為30.72％和43.30％；北方稻區(qū)常規(guī)稻手插和機(jī)械缽苗行栽兩種方案的總成本比較接近，常規(guī)

16、育秧手插方案和機(jī)械缽苗行栽方案中農(nóng)業(yè)機(jī)器作業(yè)成本占總成本的比重分別為18.69％和25.70％；在南方二稻區(qū)，機(jī)械插秧方案平均增產(chǎn)7.53％、平均省工41.44％，平均增加效益46.78％，在所有方案中“省工、節(jié)本、增效”效果最為顯著，是一項(xiàng)值得在大部分稻區(qū)推廣應(yīng)用的種植方案；機(jī)械直播方案產(chǎn)量平均下降6.34％，平均省工31.30％，而對(duì)效益的影響因品種不同而表現(xiàn)出差異性，常規(guī)稻效益略有下降，雜交稻平均增效8.50％；機(jī)械缽苗行栽方案平