Počítačové modelování pohybu zemědělské techniky po pozemku

Ing. Martin FILIP

Doctoral thesis

Computer modelling of the movement of agricultural machinery during field

Abstract:

Tato disertační práce se zabývá problematikou optimalizace počtu odvozních souprav a nakladačů při manipulaci, svozu a přepravě balíků píce, nebo slámy z pozemku na místo skladování tak, aby bylo dosaženo co nejnižší spotřeby lidské práce. Automatizovanýrozhodovací proces umožňuje zvolit optimální počet odvozních souprav a nakladačů tak, aby nedocházelo ke zbytečným prostojům manipulačních prostředků při čekání na přepravní techniku, nebo naopak aby nevznikaly ztrátové časy odvozních souprav nedostatečnou kapacitou nakladačů. Základní funkcí optimalizačního programu je zpracování obrazového snímku reálného pozemku, detekování jeho hranic a na základě odhadů výnosu píce nebo slámy odhadnout přibližné rozmístění velikostně předem definovaných balíků a určení centroidů, tedy míst, kde by měla být přistavena odvozní souprava při nakládání Centroid je současně místo, ze kterého jsou nejkratší pojezdové vzdálenosti pro nakladač. K centroidům jsou postupně přiřazovány balíky s nejnižší vzdáleností až do naplnění skupiny. Jedná se o stav, kdy počet balíků ve skupině odpovídá přepravní kapacitě odvozního prostředku. Další funkcí optimalizačního algoritmu je naplánování pojezdových tras v centroidu, a na základě vstupní hodnoty průměrné rychlosti nakladače, je vypočítaný potřebný čas pro pojezd tohoto stroje. K celkovému pracovnímu času nakladače je přičten i čas potřebný na jízdu z prostoru uskladnění stroje k pozemku, a také čas potřebný pro pojezd z místa vstupu na pracovní plochu k centroidu, i doba jízdy od zpracovaného centroidu k dalším centroidům, včetně doby pojezdu ze sklizených ploch zpět na místo, kde bude nakladač odstaven. K pojezdu nakladače je dále přičtena hodnota potřebného času zdvihu všech balíků v centroidech a jejich uložení na odvozní prostředek a doba prostojů manipulátoru, čímž je zjištěn celkový čas práce nakladače. Pracovní čas odvozních souprav je vypočten z dálky trasy (násobené průměrnou rychlostí těchto strojů) z místa uskladnění strojů k centroidu, doby nakládání a času potřebného na pojezd k místu skladování balíků, včetně doby potřebné na složení balíků z odvozní soupravy. Čas nakladačů a odvozních souprav je vyhodnocován souběžně, v synchronizaci, a je rozhodováno, zda dochází ke ztrátovým časům, které jsou postupně připočítávány pracovním časům. Optimalizační program postupně počítá různé varianty pro (n) nakladačů, (n) odvozních souprav, vyhodnocuje, která varianta spotřebuje nejméně času a je tedy optimální z pohledu nejnižší spotřeby času.

Abstract:

This dissertation deals with the problem of optimizing the number of hauling trailers and loaders in the handling, collection and transport of bales of fodder or straw from the land to the storage site in order to achieve the lowest possible consumption of human labour. The automated decision-making process allows the optimum number of removal trailers and loaders to be selected s that there is no unnecessary downtime for the handling equipment while waiting for the transport equipment or, conversely, no lost time for the removal trailers due to insufficient loader capacity. The basic function of the optimization program is to process a Google Maps image of a real plot of land, detect its boundaries and, on the basis of estimates of forage or straw yields, estimate the approximate distribution of predefined bale sizes and determine the centroids, i.e. the locations where the hauler should be positioned when loading.The centroid is also the point from which the shortest travel distances for the loader are obtained. The centroids are assigned successively to the packages with the lowest distance until the group is full. This is the condition where the number of bales in the group corresponds to the transport capacity of the conveyor. Another function of the optimization algorithm is to schedule the travel routes in the centroid and based on the input value of the average speed of the loader, the time required for the travel of this machine is calculated. To the total working time of the loader is added the time required for driving from the storage area of the machine to the plot, as well as the time required for driving from the point of entry to the working area to the centroid, and the driving time from the processed centroid to the other centroids, including the driving time from the harvested areas back to the place where the loader will be parked. In addition, the value of the time required to lift all bales in the centroids and place them on the conveyor and the downtime of the manipulator are added to the loader's travel time to obtain the loader's total time. The working time of the removal trains is calculated from the distance of the route (multiplied by the average speed of these machines) from the storage location of the machines to the centroid, the loading time and the time required to travel to the storage location of the bales, including the time required to remove the bales from the removal trains. The time of the loaders and the removal trains is evaluated simultaneously, in synchronisation, and it is calculated whether there are any lost times, which are added successively to the working times. The optimization program sequentially calculates the different variants for (n) loaders, (n) transfer sets, evaluates which variant consumes the least time and is therefore optimal in terms of the lowest time consumption.

Keywords

optimalizace spotřeby pracovního času, nakladače, odvozní soupravy, simulace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 2. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Petr Bartoš, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Agriculture and Technology

Doctoral programme / field:
Fytotechnics / General plant production