Kazan, Kazan, Russian Federation
Kazan, Kazan, Russian Federation
Kazan, Kazan, Russian Federation
Russian Federation
VAC 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
VAC 08.00.00 Экономика
VAC 08.00.13 Математические и инструментальные методы экономики
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
GRNTI 06.01 Общие вопросы экономических наук
GRNTI 68.01 Общие вопросы сельского хозяйства
The increased attention to the topic of digital agriculture on the part of the state and high competition contribute to the use of new technological mechanisms and methods of work by agricultural producers, which are based on the use of Internet technologies, satellite navigation, robotics, sensors and sensors, and unmanned vehicles. One of the most important branches of agriculture that ensures the country's food security is crop production. For the development of crop production, it is necessary to solve the problems of reducing the quantity and quality of the resulting crop due to inadequate nutrition and care, untimely harvesting and improper storage. To increase the efficiency and sustainability of the industry, digitalization is required, both of production systems and decision-making processes at all levels of management. The purpose of the study is to develop recommendations to improve the efficiency of the crop management system based on digital technologies. The study examines the stages of a digital crop management system: accounting of sown areas with the maintenance of an electronic map of fields; organization of crop rotation, taking into account the organizational, soil-climatic and economic aspects of production; monitoring the performance of technological operations; control over agricultural machinery with the formation of primary documents for accounting for work performed; maintaining a subsystem of material resources using precision farming; filling out technological maps and accounting for the actual work performed, reflecting the list of works, the composition of agricultural units, the timing of operations, the rates of production and consumption of fuel, the need for seeds, fertilizers, plant protection products, the cost of resources. The digitalization of agricultural processes makes it possible to increase yields, productivity and efficiency in the use of material resources, technology and human potential
digitalization, management system, digital technologies, efficiency, crop production, digital system
Введение. В настоящее время сельское хозяйство существенно отстает от других отраслей российской экономики в вопросе использования инновационных инструментов. В силу своей консервативности агропромышленная отрасль является наименее диджитализированной отраслью не только в Российской Федерации, но и во всем мире. Но, как признают эксперты, в ближайшее десятилетие цифровая трансформация сельскохозяйственной отрасли неизбежна [1, 2]. Связано это с тем, что при дефиците земельных ресурсов растущий спрос на продовольственное обеспечение, ввиду увеличения населения, может быть покрыт только путём внедрения цифровых технологий [3].
В числе основных тенденций развития цифровых технологий для сельского хозяйства следует отметить системы управления предприятиями АПК в части мониторинга полевых работ путём синхронизации с встроенными средствами взаимодействия с внешней средой (датчиками, метеостанциями и др.) [4]. Готовые системы должны осуществлять сбор и анализ информации, оптимизировать производственный процесс, предлагая рекомендации по повышению эффективности производства и сокращению потерь вследствие нерационального применения сельскохозяйственной техники, рабочей силы и материально-производственных запасов [5]. Цифровые системы управления растениеводством должны включать обязательные элементы, связанные с учётом посевных площадей, севооборотом, работой парка сельхозмашин, учётом наличия и использования семян, удобрений, средств защиты растений, контролем выполнения операций в соответствии с технологическими картами [6, 7].
Условия, материалы и методы. В рамках исследования использованы экономические методы: группировок, систематизации, классификации, а также обобщения специальной научной литературы по исследуемой проблеме. В результате, систематизирована последовательность организации системы управления растениеводством. В ходе анализа было охарактеризовано состояние отрасли растениеводства. Цифровой материал сгруппирован и представлен в аналитических таблицах с применением графического метода. Цель исследования заключается в разработке рекомендаций по повышению эффективности системы управления растениеводством на основе цифровых технологий.
Результаты и обсуждение. Основой продовольственной безопасности страны, которая обеспечивает значительную долю потребляемой населением продукции, является одна из важнейших отраслей сельского хозяйства – растениеводство. Отрасль растениеводства имеет ряд особенностей и ориентируется на получение определенной продукции [8].
В таблице 1 представлена посевная площадь сельскохозяйственных культур по субъектам Российской Федерации в 2019 году. Как видно из таблицы общая площадь посевов составила 79948 тыс. га. Первое место среди субъектов РФ занимает Алтайский край, на долю которого приходится 5146,91 тыс. га. Республика Татарстан входит в десятку субъектов с площадью посевов 2947,08 тыс. га. Территория, предназначенная для отрасли растениеводства, занимает 44 % земель Татарстана.
Агропромышленный комплекс Республики Татарстан обеспечивает население основными продуктами питания собственного производства. Агроклиматические условия республики являются умеренно благоприятными для растениеводства. Но для выращивания влаголюбивых культур Татарстан относится к зоне рискованного земледелия [10]. Тем не менее, в республике предпринимаются меры по внедрению влагосберегающего комплекса мероприятий. В структуре сельскохозяйственных угодий 76% занимает пашня, 23% - пастбища и сенокосы (рис. 1).
Объём производства продукции сельского хозяйства в фактических ценах имеет тенденцию роста: к 2019 году вырос на 17% по сравнению с 2015 годом и составил 248 781 млн. руб. (рис. 2). Снижение стоимости валовой продукции в 2018 году на 4% по сравнению с предыдущим годом было вызвано неблагоприятными климатическими условиями, так, в период вегетации около 20 муниципальных районов республики подверглись почвенной и атмосферной засухе.
Продукции растениеводства было произведено в 2019 году на 124 249 млн. руб., что составило 50% от стоимости всей продукции сельского хозяйства (рис. 3). Рост производства обусловлен, в первую очередь, ростом урожайности при снижении убранных площадей.
Для развития растениеводческой отрасли необходимо решать проблемы, возникающие в процессе производства продукции в условиях неблагоприятного климата, некачественного состояния земли, конкуренции, нестабильного финансового положения, нехватки оборудования и техники. Существенной проблемой является не только снижение количества и качества получаемого урожая из-за недостаточного питания или ухода, но и потери урожая при несвоевременной уборке и ненадлежащем хранении [13]. Создание эффективной цифровой системы управления процессами в растениеводстве, позволит решить проблемы и стимулировать развитие этой отрасли сельского хозяйства [14, 15]. В связи с этим предлагается разработать цифровую систему растениеводства, которая представляет собой совокупность определённых этапов работ, основанных на базе геоинформационных технологий (рис. 4).
Первым этапом цифровизации является учёт посевных площадей. В системе должна быть заложена электронная карта полей хозяйства со сведениями обуровне грунтовых вод, микроклимате, содержании гумуса в почве. Поля на карты можно добавлять вручную и с помощью технических средств. При добавлении полей вручную границы каждого поля обводятся на спутниковых снимках. Более технологичным способом является загрузка карты полей в формате KML (от англ. Keyhole Markup Language — язык разметки на основе XML для представления трёхмерных геопространственных данных). Для создания карты применяются дроны с мультиспектральной камерой. В дальнейшем дроны используются для сбора оперативной информации о состоянии посевов и определения проблемных участков, требующих дополнительного обследования. Также, можно выполнить обмер поля путём совершения объезда со спутниковым приёмником (GPS, ГЛОНАСС).
Электронная база данных по полю содержит следующую информацию: площадь, тип и уровень плодородия почвы, местоположение, кадастровый номер. Это позволяет вести учёт истории полей. Журнал истории полей содержит информацию о фактических затратах и полученной продукции на каждом поле за несколько производственных циклов. Таким образом, формируется информационная база многолетних наблюдений, что является необходимым для достижения высокого уровня производства с применением научного подхода. Это способствует принятию более обоснованных управленческих решений. Данные за прошлые периоды позволяют избежать перерасхода материальных и финансовых ресурсов.
Основным источником воспроизводства сырьевых ресурсов и продуктов питания в сельском хозяйстве является земля. Для снижения уровня различного рода потерь и увеличения рентабельности, необходимо обеспечить рациональное землепользование, что подразумевает соблюдение сроков посадки сельскохозяйственных культур и структуры посевных площадей. При формировании структуры посевных площадей учитывается специализация сельскохозяйственного предприятия. Одним их важнейших показателей сельскохозяйственного производства является урожайность, которая зависит от множества факторов: климата, сорта, технологии выращивания, севооборота. Определяющим фактором служит правильный севооборот, то есть научно-обоснованное чередование культур. Система севооборота, закреплённая за определёнными подразделениями, служит основой организационной структуры агропромышленных предприятий. При разработке системы севооборота необходимо проводить тщательное исследование особенностей каждой культуры: следует избегать применения нескольких сортов одной и той же культуры (для предотвращения смешения их качеств). В результате применения соответствующих культуре предшественников достигается снижение степени заражённости грибковыми и бактериальными заболеваниями и поражения вредителями. К тому же, в почве не происходит накопления вредных микроорганизмов и личинок насекомых и вымывания микроэлементов.
Цифровая система растениеводства в обязательном порядке должна отражать информацию о структуре севооборота: сезоны, поля, культуры (сорт), даты посева и уборки, планируемый урожай. Контроль соблюдения севооборота является одной из задач цифровой системы, решение которой базируется на организационных, почвенно-климатических и экономических аспектах ведения производства. В конечном счёте, севооборот определяет большую часть других систем: внесения семян, удобрении и средств защиты растений, орошения, защиты от эрозии, применения сельскохозяйственной техники, организации трудового процесса.
Важнейшим элементом цифровой системы растениеводства является мониторинг, то есть контроль выполнения технологических операций с целью определения необходимости корректировки агротехнических параметров. С помощью геоинформационных систем осуществляется сбор информации для анализа эффективности элементов системы земледелия. В современных условиях разработку отдельных процессов можно контролировать, используя приборы, которые устанавливаются на агрегатах. Получаемая информация автоматически передается на сервер организации. Часть данных учитывается специалистами в результате визуального наблюдения состояния почвы и растений.
Для определения местонахождения техники и времени её работы используются специальные программы, позволяющие выполнять полный мониторинг за транспортными средствами. Цифровая система работает на основе терминала, который устанавливается на сельскохозяйственной машине. Данный терминал осуществляет прием сигналов со спутников и определяет координаты местонахождения агрегата, одновременно собирая данные с датчиков. Пользователь, в режиме реального времени получает доступ к информации и наблюдает за перемещением техники, формируя, в случае необходимости, отчеты [16]. Использование системы способствует значительному сокращению расхода топлива и пересмотру маршрутов движения техники, что обеспечивает более высокую производительность. Также, полностью исключается возможность недобросовестных действий со стороны персонала.
Подсистема сельскохозяйственной техники включает:
1) формирование графиков использования техники и её ремонта;
2) определение наиболее приемлемых маршрутов движения техники от гаража до поля и от поля до пункта приёма готовой продукции;
3) контроль за техникой при выполнении работ на полях;
4) формирование первичных документов по учёту выполненных работ.
Информационная база мониторинга техники служит основой для разработки норм выработки и расхода горючего для сельхозмашин на полевых работах. Анализ данных спутникового мониторинга позволяет существенно повысить точность норм и обеспечить более эффективную работу специалистов.
Сельскохозяйственные агрегаты подбираются из справочника «Сельскохозяйственная техника», в котором содержатся характеристики машин и оборудования (Наименование машин, государственный номер, год выпуска, производитель). На основе справочника проектируются цифровые технологии и разрабатываются технологические карты.
Следующий элемент цифровой системы растениеводства – подсистема материальных ресурсов. Основным инструментом учёта служит точное земледелие, суть которого заключается в наиболее эффективном использовании семян, удобрений, средств защиты растений и топлива. В результате происходит сокращение затрат на производство продукции и повышение урожайности.
Подсистема материальных ресурсов должна обеспечивать выполнение следующих функций:
1) агрохимическое обследование полей роботами;
2) формирование карт вегетационных индексов и распределения химических элементов с указанием рекомендованной дозировки на основании полученных данных о состоянии земель и посевов;
3) дифференцированное внесение удобрений и средств защиты растений;
4) равномерное опрыскивание урожая специальными удобрениями с помощью беспилотников.
Основой цифровизации системы растениеводства является заполнение технологических карт. Так как часть работ постоянна (обработка почвы, боронование, транспортировка семян, удобрений, готовой продукции, и др.), целесообразно создать информационную базу типовых технологических карт [17]. Шаблон достаточно будет отредактировать в соответствии с условиями производства на определённом поле. Нормы высева семян, внесения удобрений и расхода средств защиты растений вносятся в справочники системы.
Учёт фактически выполненных работ проводится также с использованием геоинформационных технологий. С электронных весов поступает информация об объёме израсходованных материалов, фиксируется поступление продукции с поля и продажа продукции со склада. Собранные в ходе мониторинга данные используются для построения различных аналитических отчетов. Далее специалисты, на основе результатов работы программного обеспечения должны принять решения по дальнейшему развитию производственного процесса на конкретном поле.
Выводы. Таким образом, в процессе проведённого исследования было установлено, что система управления растениеводством на основе цифровых технологий представляет собой совокупность этапов, основанных на использовании научных знаний о сельскохозяйственном производстве и применении современных технических средств контроля и анализа данных, получаемых с датчиков и других устройств. Регистрация фактических данных в системе может осуществляться как непосредственным вводом документов оператором, так и более технологичным способом – регистрацией операции через мобильное приложение для смартфонов. Таким образом, специалист, находясь непосредственно на поле, имеет доступ к актуальной информации, а также может регистрировать факт совершения операции. Выгрузка зарегистрированных данных в информационную базу происходит в момент доступности связи.
Вследствие правильного подбора экономически выгодных агрегатов для выполнения операций, снижения затрат труда и материально-денежных издержек на единицу продукции использование цифровой системы значительно улучшает организацию деятельности предприятия. Внедрение цифровых технологий позволяет увеличить эффективность сельскохозяйственного производства и укрепить позиции Российской Федерации на мировом аграрном рынке.
1. Sitdikov FF., Coj Y.A., Ziganshin B.G. [Osnovnye napravleniya i problemy cifrovizacii agropromyshlennogo kompleksa]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019, T. 14. № 3 (54). 112-115 p.
2. Sharipov SA. [Ustojchivoe razvitie agrarnoj ekonomiki na osnove cifrovizacii]. V sbornike: [Osnovnye napravleniya kardinal'nogo rosta effektivnosti APK v usloviyah cifrovizacii]. Sbornik materialov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Izdatel'stvo: Obshchestvo s ogranichennoj otvetstvennost'yu Poligraficheskaya Kompaniya «Astor i YA», Kazan'. 2019. 42-52 p.
3. Subaeva AK., Nizamutdinov MM., Mavlieva LM. Changes of the agricultural staff potential in the transition to digital agriculture. BIO Web of Conferences 17, 00178 (2020) https://www.bio-conferences.org/articles/bioconf/full_html/2020/01/bioconf_fies2020_00178/bioconf_fies2020_00178.html (data obrashcheniya 17.08.2021); https://doi.org/10.1051/bioconf/20201700178
4. Stepnyh NV., Nesterova EV., Zargaryan AM. [Vliyanie cifrovizacii upravleniya agrotekhnologiyami na effektivnost' ispol'zovaniya resursov]. APK: Ekonomika, upravlenie. 2020. № 8. 46-65 p.
5. Zakirova A., Klychova G., Zakirov Z., Yusupova A., Mukhamedzyanov K., Nigmetzyanov A. Information and analytical system of strategic management of activities of enterprises. Advances in Intelligent Systems and Computing, 1258, P. 687-707 (2021) https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-57450-5_59?error=cookies_not_supported&code=567a67ce-a469-403e-807e-b14d812bf008#citeas (data obrashcheniya 17.08.2021); https://doi.org/10.1007/978-3-030-57450-5_59.
6. Marinchenko TE. [Cifrovaya transformacii rastenievodstva]. Innovacii v sel'skom hozyajstve. 2018. № 4 (29). 330-338 p.
7. Kozubenko IS. [Vvodim cifrovye tekhnologii]. Informacionnyj byulleten' Minsel'hoza Rossii. 2018. №7. 13-19 p.
8. Pokidova VV. [Prodovol'stvennaya bezopasnost' - znachimyj faktor razvitiya obshchestva]. Vestnik Volgogradskogo filiala MFYUA. 2015. № 1. 10-16 p.
9. Posevnye ploshchadi Rossijskoj Federacii v 2019 godu // Federal'naya sluzhba gosudarstvennoj statistiki [Elektronnyj resurs]. - URL: https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13277 (data obrashcheniya 17.08.2021)
10. Sistema zemledeliya Respubliki Tatarstan: ch. 3. Sistema organizacii i upravleniya proizvodstvom v zemledelii (agronomicheskij menedzhment). - Kazan': Centr innovacionnyh tekhnologij, 2014. - 280 p.
11. Oficial'naya statistika. Sel'skoe hozyajstvo, ohota i lesnoe hozyajstvo. Osnovnye pokazateli // Territorial'nyj organ Federal'noj sluzhby gosudarstvennoj statistiki po Respublike Tatarstan [Elektronnyj resurs]. - URL: https://tatstat.gks.ru/agriculture (data obrashcheniya 17.08.2021)
12. Subaeva AK., Klychova GS., Mavlieva LM. {Teoreticheskie osnovy tekhnicheskogo osnashcheniya sel'skogo hozyajstva v usloviyah cifrovizacii] Regional'naya ekonomika: teoriya i praktika. 2020. T. 18. № 12 (483). 2391-2405 p.
13. Klychova G., Zakirova A., Safiullin I., Zakirov Z., Zakharova G., Khusainov S. Rational placement of grain production - the basis for ensuring food security. E3S Web of Conferences. 13. 08013, (2020) https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/abs/2020/35/e3sconf_interagromash2020_08013/e3sconf_interagromash2020_08013.html (data obrashcheniya 17.08.2021); https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017508013
14. Muhametgaliev FN., Fajzrahmanov DI., Valiev AR., Ziganshin BG., Lukin AS. [Organizacionno-ekonomicheskie osnovy tekhnicheskoj modernizacii agrarnogo biznesa] Finansovyj biznes. 2021. № 6 (216). 171-175 p.
15. [Nauchno obosnovannaya zonal'naya sistema zemledeliya Sverdlovskoj oblasti: monografiya]. N.N. Zezin, A.E. Panfilov, E.P. SHanina, [i dr.]. - Ekaterinburg: OOO «Dzhi Lajm», 2020. - 372 p.
16. Stepnyh NV., Zhukova OA., Zargaryan AM. [Razrabotka bazy dannyh tipovyh tekhkart dlya informacionno-analiticheskogo kompleksa po zemledeliyu] Vestnik NGIEI. 2018. № 4 (83). P. 5-15.
