Методические указания по изучению предмета “Компьютеризация сельского хозяйства” Для студентов специальности
“Механизация сельского хозяйства”

Методические указания

по изучению предмета

“Компьютеризация сельского хозяйства”

Для студентов специальности
“Механизация сельского хозяйства”

Заочной формы обучения.

Общие указания.

Компьютер стремительно входит в нашу жизнь на правах нового способа, который позволяет освободить человека от выполнения ручных операций, вычислений, запоминания и поиска информации и т. д. Процесс компьютеризации общества приводит к кардинальным изменениям в структуре профессиональной деятельности человека, поскольку открываются дополнительные возможности для творческой работы.

Умение общаться с ПК должно стать таким же обычным для образованного человека, как знание грамматики, арифметики. Существуют и другие факторы, которые обеспечивают повышение компьютерной грамотности студентов. Бурное развитие науки, лавиноподобный рост объема информации об окружающем мире ставят новые требования к содержанию образования и объема знаний специалистов, которых выпускают учебные заведения. Длительность обучения увеличивать невозможно, поэтому единственным способом модернизации учебного процесса, адекватного требованиям сегодняшнего дня, есть использование ЭВМ и математических методов обработки информации.

Программой продета “Компьютеризация сельского хозяйства” предусматривается приобретение теоретических знаний и практических навыков в использовании ПК во время выполнения учетно-вычислительных работ и автоматизации производства.

С целью закрепления теоретического материала программой предусматривается проведение практических занятий, на которых студенты осваивают приемы работы на ЭВМ, а также использование средств вычислительной техники для решения производственных заданий.

В результате изучения предмета студенты должны знать:

структуру и принцип функционирования ЭВМ;

состав существующих и перспективных вспомогательных устройств;

основные операторы и команды языка программирования:

состав и принцип работы операционной системы;

вопросы использования ПК для создания автоматизированных рабочих мест;

использование ПК в системах автоматизированного управления процессами;

основы работы с редакторами (текстовой, графический, музыкальный);

технологию подготовки данных для решения задачи.

Учебный материал необходимо обрабатывать самостоятельное соответствии с содержанием тем и методическими указаниями к ним. Студенты самостоятельно подбирают рекомендованную литературу, изучают и коротко конспектируют пройденный материал. Вопросы для самопроверки дают возможность сориентироваться в правильном понимании изученного материала.

Использование ПК для решения задач по специальности.

Постановка задачи, создание мат. модели, алгоритм решения задачи. Работа с ППП по специальности.

Использование ПК в с/х производстве.

Этапы решения задач при помощи ПК.

Развитие вычислительной техники приводит к широкому проникновению математических методов в науку, технику и народное хозяйство. Происходит интенсивный процесс математизации естественных, технических и даже гуманитарных наук. Всё это расширяет классы задач, которые решаются на ЭВМ. Решение задачи на ЭВМ можно разбить на несколько этапов, которые характерны для большинства задач. Такими этапами являются:

1) постановка задачи;

2) математическое формулирование задачи (разработка математической модели);

3) выбор метода решения математической модели (задачи);

4) разработка алгоритма решения;

5) написание программы;

6) ввод программы и исходных данных;

7) отладка программы;

8) решение задач на ЭВМ;

9) анализ полученных результатов.

Рассмотрим детальнее каждый из этих этапов.

Постановка задачи определяет цель решения задачи, раскрывает его содержание, определяет исходные параметры для решения. Прикладная задача формулируется на уровне профессиональных понятий специалистом той или иной области деятельности и должна быть понятна исполнителю (пользователю).

Какое-нибудь явление (процесс) описывается с полной мерой точности с помощью формул и математических зависимостей. Этот процесс называется математическим формулированием или математическим моделированием задачи. Результат такого описания наз. математической моделью. Математическими моделями могут быть уравнения или неравенства системы алгебраических или системы дифференциальных уравнений. Математическая модель — это запись реальной задачи в математических терминах. Математическая модель позволяет заменить решение реальной задачи решением математической задачи. Она отображает наиболее существенные особенности реально исследуемого объекта или явления и его приближенное описание. Степень соответствия (правильности) модели реальному объекту проверяется практикой, экспериментом. Критерий практики дает возможность оценить построенную модель и уточнить её в случае необходимости. Чисто математические задачи являются формализованными уже при постановке, а при решении задач с других областей знаний, например с/х производства, необходимо исследовать и описывать математические взаимосвязи и ограничения параметров для построения математической модели.

После разработки модели её необходимо решить, то есть решить уравнения, неравенства и т. д., которые входят в модель. Для моделей, которые наиболее часто встречаются, разработаны эффективные модели решения, описано их решение в литературе. Для решения используются математические методы, которые могут быть точными или приближенными. На этом этапе важно выбрать метод решения, который бы наилучшим бы образом отвечал свойством модели. Точными методами можно решить квадратное уравнения или систему линейных уравнений. Но большинство задач решается приближенными методами, которые изучаются в высшей школе. Выбор метода решения полученной модели лежит в проверке возможности применения известного метода решения или в разбитии задачи на более простые задачи, для которых можно найти подходящие методы решения.

Понятие математической модели.

Примеры простейших моделей.

В предыдущем параграфе мы рассмотрели этапы решения задач на ПК, т. е. именно осуществление процесса от постановки задачи (проблемы) до её решения при помощи компьютера. Центральным этапом в этом процессе есть разработка математической модели задачи. Рассмотрим подробнее понятие математической модели и приведем примеры наипростейших моделей.

Под моделью преимущественно понимают приближенное, абстрактное относительно исследуемой системы, представление исследуемого объекта или процесса. Исследование какого-нибудь явления в том и состоит, что мы его идеализируем в своём представлении с помощью других форм. Этим и отличаются основные виды моделей. Часто приходится встречаться с физическими моделями (модели самолётов, турбин, прокатных станов), графическими моделями (черчение проектов зданий и сооружений, картографическое представление земной поверхности, схемы электрических цепей и др.). Общим для разных моделей является тот факт, что исследовательская система представляется при помощи её составляющих элементов и взаимосвязей между этими элементами, то есть при помощи структур. Особенный класс моделей составляют те, у которых структуры описываются математическими соотношениями. Такие модели наз. математические модели.

Моделирование — это замена изучения явления или объекта в натуре изучением его модели. Основная цель моделирования лежит в том, чтобы по результатам исследования модели дать необходимые рекомендации для управления явлением или проектом в будущем.

Однако создание материальной модели объекта не всегда возможно. Поэтому всё чаще используют математическое моделирование, которое позволяет исследование реального явления свести к решению его математической модели. Математическое моделирование лежит в выделении главных, существенных характеристик и особенностей объекта, исследование их и запись при помощи математических уравнений, неравенств и формул. При этом используется разнообразный математический аппарат, алгебраические и дифференциальные уравнения, неравенства, линейное и нелинейное программирование. Для каждого из этих видов моделей существуют свои методы решения.

Таким образом, математическая модель (ММ) представляет совокупность уравнений или неравенств, таблиц, матрицы или другие способы математического описания тех или других явлений и процессов.

Создание простых программ для решения задач по специальности. Работа с пакетом прикладных программ.

Методические указания

Рассмотрим примеры решения задач по специальности.

Пример 1.Выбрать автоматизированную башенную насосную установку для водоснабжения коровника на 400 голов. Расчетное давление Нр=1200кПа. Определить максимальное число включений насоса. Источник водоснабжения — буровая скважина.

Решение:

Обозначим переменные, входящие в условие задачи.

Аргументы: N — количество коров

HR — расчетное давление /кПа/

Результат: Z — количество включений в сутки

Математическая модель:

1.Среднесуточное потребление воды на корову

,

Где N — кол-во коров

Gк — 0,1м3 - суточная норма потребления на 1 корову.

Максимальное часовое потребление

,

Где Кс — коэффициент суточной неравномерности потребления воды /для примера Кс=1,3/

Кч — коэффициент часовой неравномерности потребления воды /для животноводческого сектора при наличии автопоилок — 2,5

Без автопоилок-4/

h — коэффициент полезного действия, который учитывает потери воды / h=0,9/.

Максимальное секундное потребление

3.Пользуясь приложением 1, выбираем глубинный насос.

4.Определяем расчетную мощность и выбираем электродвигатель

Где hп — КПД передачи/при соединении муфтой hп=1/

Hн — КПД насоса/для отцентрованных насосов hн=0,4-0,8/

Из приложения 1 выбираем электродвигатель

Запас мощности

5.Определяем регулируемый объем воды в баке автоматизированной водокачки

Согласно типового проекта диаметр бака Dб=3м. Берем регулируемую высоту h=1м.

6.Определяем частоту включения насоса по формуле

В процессе решения выбираем глубинный насос ЭЦВ-6,3-125 с данными:

Qн=6,3м/ч, Нн=1250кПа и двигатель ПЭВ-4,5-140 с данными: Рн=4,5кВт, Iн=10,5А.

Запас мощности 28,8%, что в пределах допустимого. Частота включений насоса Z=3,72 вкл/с < Zдоп=5.

Пример 2.Рассчитать электронагревательный пол свинарника на 800 поросят-сосунов /80 гнезд по 10поросят/. Температура пола Т2=25°C, температура воздухаT1=18 0C.

Решение:

Обозначим переменные, которые входят в условие задачи.

Аргументы: N — количество поросят,

Т1 — температура воздуха,

Т2 — температура подстилки.

Результат: L — общая длина провода для электрообогревательной подстилки.

Математическая модель:

1.Определим площадь подстилки, которую необходимо обогревать:

где f — питаемая площадь обогревания, берем f = 1.1;

N — поголовье поросят.

2. Необходимая мощность для обогревания подстилки (поверхностная густота теплового потока)

,

Где t1 — температура воздуха в помещении;

t2 — температура поверхности подстилки;

a — коэффициент теплоотдачи подстилки (a = 10...13 Вт/м2 * 0С)

h — КПД подстилки, 0,75...0,85 (меньшее значение для поросят сосунов, большее — для свиноматок).

3.Определяем установленную мощность для обогревания подстилки

Вт.

4.Мощность на одну фазу

, Вт,

Где n = I — число секций.

5.Выбираем провод и определяем количество параллельных секций, на которые нужно распределить общую длину провода. По формуле /при соединении "звездой"/

Где r — сопротивление 1м провода при рабочей температуре, Ом/м /для ПОСХП —0,194, ПОСХВ — 0,174/

DР — допустимая мощность нагревательного провода, Вт/м /для ПОСХП —12 -13, ПОСХВ — 9-10/.

6.Общая длина провода на фазу

Пример 3.Рассчитать часовую и сменную производительность агрегата: Т-150, сцепка СП-11, двух культиваторов КПС-4, зубовых борон БЗСС-1 для второй передачи трактора. Коэффициент использования времени τ=0,75, буксование трактора δ=5%, продолжительность смены Тсм=7час

Решение:

Обозначим переменные условия задачи

Аргументы: ВК — конструктивная ширина культиватора;

В — коэффициент использования ширины захвата;

N — количество машин в агрегате;

VT — скорость трактора на данной передаче;

S — буксование трактора;

T — коэффициент использования времени;

ТZ — длительность смены

Результаты:

WG — часовая продуктивность агрегата;

WZ — сменная продуктивность агрегата.

Математическая модель:

1.Производительность агрегата за 1 час сменного времени

Га

Где Вр — рабочая ширина захвата агрегата, м;

Вк — конструктивная ширина культиватора, 4м;

B — коэффициент использования ширины захвата, для культиватора b=0,95

N — количество машин в агрегате

Vр — рабочая скорость трактора км/час

Км/час

Vт — скорость трактора, км/час, выбранная из технической характеристики трактора для заданной передачи Vт=8,67 км/час

2.Сменная техническая производительность агрегата в га/cм.

, га

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Изучение предмета завершается написанием контрольной работы. Контрольная работа состоит из двух заданий — теоретического и практического.

Задание 1. Дать ответ на поставленные теоретические вопросы. Варианты теоретических вопросов в таблице 1.

Теоретические вопросы для выполнения к/р по предмету «Компьютеризация с/х» для студентов заочной формы обучения отделения «Механизация с/х».

Таблица 1

1. История ВТ. Использование ВТ в с/х производстве.

2. Структура и принцип работы компьютера.

3. Периферийные устройства ввода.

4. Периферийные устройства вывода.

5. Проанализировать назначение процессора и оперативной памяти. Проанализировать назначение постоянной памяти и дисковода.

6. Перечислить периферийные устройства, подключаемые к компьютеру. Проанализировать виды и назначение принтера.

7. Перечислить периферийные устройства, подключаемые к компьютеру. Проанализировать назначение и виды сканера, модема.

8. Перечислить периферийные устройства, подключаемые к компьютеру. Проанализировать назначение жесткого диска, мыши.

9. Операционная система MS DOS. Структура MS DOS.

10. Понятие файла. Правила написания имен файлов. Символозаменители в имени файла.

11. Понятие каталога. Правила написания имен каталогов. Дерево каталогов.

12. Команды MS DOS для работы с каталогами.

13. Команды MS DOS для работы с файлами.

14. Программная оболочка Norton Commander. Команды для работы с файлами и каталогами. Использование помощи.

15. Программная оболочка Norton Commander. Перемещение по экрану. Содержимое панелей NC. Использование помощи.

16. Программная оболочка Norton Commander. Строка функциональных клавиш. Строка меню.

17. Вирусы. Антивирусные программы.

18. Обосновать понятие вируса. Какие бывают виды вирусов?

19. ОС Windows Опишите начальный вид экрана Windows. Какие объекты присутствуют на рабочем столе? Для чего они предназначены. Опишите процесс выключения компьютера.

20. ОС Windows. Какие стандартные программы входят в состав операционной системы? Объясните назначение каждой из них. Как получить справочную информацию? Перечислите все способы. Какие возможности предоставляет диалоговое окно Справка? Для чего предназначена каждая из вкладок? Опишите способ поиска информации с помощью каждой из вкладок.

21. ОС Windows. Опишите структуру «обычного» окна Windows. Какие интерфейсные инструменты в нем представлены? Объясните назначение каждого из них. Что такое буфер обмена? В каких операциях он используется? Каким образом?

22. Табличный процессор. Excel. Опишите начальный вид окна Excel и назначение его основных элементов. Что такое книга? Лист книги? Опишите структуру листа. Как обозначаются ячейки, строки, столбцы. . Для чего предназначена строка формул? Какие типы данных может содержать таблица Excel.

23. Табличный процессор. Excel. Как обозначаются ячейки таблицы? Что такое активная ячейка? Для чего она используется? Что такое диапазон строк, диапазон столбцов, блок ячеек? Как они обозначаются? Приведите примеры. Относительная и абсолютная адресация ячеек. Примеры использования. Маркер заполнения. Примеры использования.

24. Редактор текста "Word". Начальный запуск редактора. Создание документа.. Внешний вид экрана(панели инструментов, функциональное меню, добавление и удаление кнопок). Сохранение результатов работы. Работа с фрагментами текста. Вставка объектов.

25. Редактор текста "Word". Ввод текста и форматирование абзацев. Создание оглавления. Рисование и вставка таблиц. Форматирование ячеек.

26. Проанализировать назначение и возможности работы систем управления базами данных. Область применения.

27. Проанализировать виды организации баз данных. Какая организация является наиболее распространенной и почему? ответ обосновать.

28. Локальные вычислительные сети. Internet. Назовите виды сервиса сети Internet.

29. Что такое вычислительная сеть? Для чего служат вычислительные сети? Для чего служит компьютерная сеть Internet?

30. Какие основные направления внедрения и использования ЭВМ в с/х производстве. Что вы понимаете под понятием компьютеризации производства? Комплекс каких заданий с/х производства решают при помощи ЭВМ?

Задание 2. Составить программу решения задачи при помощи табличного процессора MS Excel и выполнить расчеты вручную по вариантам, приведенным в таблицах.

Ниже приведены задачи для выполнения второго задания.

Студент должен внимательно прочитать и изучить теоретический материал, составить математическую модель задачи, решение задачи вручную и решение при помощи табличного процессора MS Excel в электронном виде. Вариант выбирается путем сложения трех цифр шифра. Например, шифр студента — 345, следовательно, студент выбирает вариант 12 (3+4+5). Для варианта необходимо выполнить 3 задачи, условия которых приведены ниже.

Задача 1.Выбрать электродвигатель для привода машины/табл.1/.Напряжение сети 380/220В.

А) Для вариантов 1-10. Скребковый транспортер продольного перемещения кормов производительностью Q, длина транспортера L, КПД η=0,8

Б) Для вариантов 11-20. Винтовой транспортер производительностью Q для перемещения сыпучих материалов при подъеме вверх на высоту Н. КПД η= 0,75. Горизонтальная проекция пути перемещения кормов L.

В) Для вариантов 21-30.Траспортер (нория) для перемещения зерна в вертикальном направлении производительностью Q, высота h, КПД η= 0,6

Исходные данные (варианты 1-30)

Таблица 2.

Теоретические данные:

Мощность привода транспортеров определяют по формуле:

Для ленточных и скребковых

Для норий

Для винтовых/шнековых/

Где:

Рм —мощность, ВТ

Q — массовая подача, кг/с

h — высота подъема материала, м

L — длина транспортера, м

h — КПД транспортера с трансмиссией/0,4-0,6/

К — общий коэффициент сопротивления перемещению для норий — 0,15-0,2,

Для скребковых и винтовых транспортеров —1,85-2/.

Номинальную мощность двигателя выбирают независимо от длительности работы по условию обеспечения пуска

Где Кз — коэффициент завышения мощности для обеспечения пуска /для ленточных —1,4; скребковых —1,8; винтовых — 1,1/. После этого выбрать двигатель /приложение 2/.

Пример. Выбрать электродвигатель для скребкового транспортера длиной 72м, который перемещает в горизонтальном направлении до 5 т влажного корма.

Решение

1.Определяем мощность на приводном валу транспортера

, Вт

Где Q=5т/ч=1,39кг/с

Предварительно выбираем электродвигатель 4А100L4 с данными:

Рн=4 кВт, Nн=1430об/м, ωн =150,1 об/c, Кмин =1,6 (приложение 2)

2. Номинальный статический момент.

3.‘Приведеный статический момент

.

4.Принимаем u=0,8; Кз=1,8 и определяем номинальный момент электродвигателя по условиям пуска

Нм

Как видно, двигатель 4A100L4 не обеспечит пуск. Следует взять двигатель 4А112М4У3 с Рн=5.5 кВт.

Задача 2. Выполнить расчет нагревателя. Напряжение сети = 220В.

А)для вариантов 1..15: Рассчитать открытий резисторный нагреватель в виде спирали для нагревания воздуха (таблица 2).

Б) для вариантов 16..30. Выполнить проверочный расчет электроводонагревателя, определить общую мощность и количество тенов (таблица 3)

Исходные данные для вариантов 1..15.

Таблица 3.

Исходные данные для вариантов 16..30

Таблица 4.

Примеры решения задач.

1.Рассчитать открытый нагреватель в виде спирали мощностью 5,5кВт напряжением 220В для подогрева воздуха. Материал нагревателя — сплав X20H80, сечение круглое. Температурное сопротивление нагревателя Чt = 14.10-3 м2 ·0С/Вт

Решение.

1.Принимаем: r20 = 1.1 · 10-6 Ом · М,

Aч = 16,5·10-6 с-1 .

2. Если допустимая рабочая температура tg=600°С, то удельное сопротивление при этой температуре

rt = r20 [ 1 + aч (t0-20)] = 1.1·10-6 [1 + 16,5·10-6 (600 - 20)] = 1.1·10-6 Ом·М.

3.Определяем диаметр провода нагревателя

М

Где w - удельная поверхностная мощность нагревателя

Вт

Берем диаметр d = 2мм.

4.Определяем длину проволоки

М

Вносим поправку на увеличение против расчетного диаметра провода

М.

5.Определяем геометрические размеры спирали

— диаметр витка D = 8...10; d=9·2.0=18 мм

— шаг спирали h=3·D=6мм

— число витков

Длина спирали Lс=h·N=6·2845=17м

2. Выполнить проверочный расчет электронагревателя УАП-800/0,9-MI. Мощность одного ТЕНа Ре=2кВт. Перепад температуры воды, которая нагревается t=70°С, длительность нагревания Т = 5час. Определить общую мощность и количество ТЕНов.

Решение

1.Общая мощность нагревателя периодического действия

KВт

Где Кз — коэффициент запаса равный 1,1-1,3

М — масса нагреваемой воды, М=800кг

С — теплоемкость материала, для воды С=4,2кДж(кг.°С),для воздуха С=1кДж

h — КПД от 0,6..1,0

2. Выбираем ТЕН-100В13/2Р220 с данными:

Lа=800мм=0,8м;

D=13мм=0,013м;

Питаемая поверхностная мощность Рп=6,12·104 В/м (см. приложение 3)

3. Определяем площадь активной поверхности ТЕНа

Sа= pdLa = 3.14·0.013·0.8 = 0.032м.

4. Допустимая площадь поверхности нагревателей

М

4. Определяем количество ТЕНов с условием допустимого нагревания

Берем 9 тенов.
3. Выполнить расчет показателей работы автотранспорта.

А) Для вариантов 1..10 — Определить необходимое количество автомобилей для перевозки груза G на расстояние S за Dp = 25 рабочих дней (табл.4)

Исходные данные (варианты 1..10)

Таблица 5.

Для решения задачи взять показатели:

Коэффициент технической готовности Кт=0,81-0,84

Коэффициент использования автотранспорта Кв=0,71-0,74

Коэффициент использования времени τ =0,80-0,85

Коэффициент использования грузоподъемности D =0,45-0,91

Теоретические данные:

1.Затраты времени на один рейс

, мин

2.Кол-во рейсов за день

Где Тсм=7 длительность смены в часах.

3.Производительность автомобиля

Wсм=gнnsNP , км/день

4.Общий объем транспортных работ

Vобщ=G·s, т·км

5.Объем работ за рабочий день

, ткм

6.Кол-во ходовых автомобилей

7.Кол-во эксплуатируемых автомобилей

8.Инвентарное количество автомобилей

Б) Для вариантов 11...20. Автомобиль перевез груз весом G на расстояние S за N робочих дней. Время движения транспорта Тдв, время разгрузки 20мин. Определить коэффициент. использования рабочего времени, пробега и грузоподъемности, эксплуатационную и техническую скорость, сменную производительность. /табл.6 /

Исходные данные /варИанты 11...20/

Таблица6.

Теоретические данные

1.Коэффициент использования времени

Где Тдв — время движения транспортного агрегата

Тр — время работы (продолжительность смены)

Тр = Тдв+Траз

2.Коэф. использования пробега

3.Количество рейсов

Где ТДн=7час

4. Коэффициент использования грузоподъемности

5. Эксплуатационная скорость

, км/час

6. Техническая скорость

, км/час

7. Сменная производительность

, т·км

В) Для вариантов 21...30. Определить необходимое количество автомобилей для перевозки силосной массы от сборочного агрегата КСС-2,6 при урожайности силосной массы U, расстояние перевозки S. Рабочая скорость комбайна Vр. Длина загона Lз /табл.6/

Исходные данные /вариант 21-30/

Таблица 7.

Теоретические данные

1.Длительность рейса автомобиля

, мин

Где Tн — время загрузки автомобиля

,мин

Где Вр=2,6м

γм — объемная масса груза γм = 0,75т/м

tраз — время разгрузки tраз = 2...4м

2.Площадь, с которой собирают урожай за период рейса

F = 0,1·Вр·Vр(tр-Тп), га

Где Тп — затраты времени на повороты на концах межи, час

Где tп — длительность одного поворота сборочного агрегата — 3-5мин

3.Масса урожая, собираемая комбайном за период рейса автомобиля

, т

4.Количество автомобилей для обслуживания КСС-2,6

Приложение 1.

Технические данные электронасосов

Приложение 2

Технические данные асинхронных двигателей трехфазного тока с короткозамкнутым ротором закрытого обдувного исполнения серии 4А.

Приложение 3

Технические данные трубчатых электронагревателей для нагрева воды.

Приложение 4.

Пример расчета задачи 1 при помощи табличного процессора MS Excel.

Приложение 5.

Пример расчета задачи 3 при помощи табличного процессора MS Excel