玉米播种机具规模配置模型建立与分析

吴小伟，武文娟，钟志堂

(1.江苏省农业机械技术推广站，南京 210017； 2.南京交通职业技术学院 汽车工程学院，南京 211188)



玉米播种机具规模配置模型建立与分析

吴小伟1，武文娟2，钟志堂1

(1.江苏省农业机械技术推广站，南京 210017； 2.南京交通职业技术学院 汽车工程学院，南京 211188)

随着玉米生产全程机械化的推进，解决多位专家学者提出理论专一而深入和一般家庭农场由于知识结构水平不齐带来的机具规模配置困扰问题已越来越突出。为此，通过探索玉米生产机械化过程中机播环节机具保有量配置情况对作业效率、成本等因素的影响关系，建立了不同种植面积、机具性能、机具折旧费、油耗费、维修管理费、人员工资等条件下的玉米播种机具保有量关系模型，开展不同模式下的机具保有量配置和节本效益分析，形成100～1 000 hm2条件下最优机具配置表和选型参考图，解决了玉米播种机具购置的盲目性和资金的浪费问题，充分发挥了机具效率，提高了生产率，为各有关单位制定决策提供了有力参考。

玉米；机械化；播种机；配置

0 引言

江苏省玉米种植面积一直稳定在40万hm2左右，种植面积仅次于水稻和小麦。其中，适宜机械化生产的面积约26.67万hm2，按区域分主要集中在苏北5市，种植面积约占全省总面积的75%。到2015年底，全省玉米种植面积增加到44.47万hm2，适宜机械化作业连片种植面积为30万hm2，分别较2012年以前增长3.33万hm2；完成玉米机播26.2万hm2，机播率为87.3%；机收24.4万hm2，机收率为81.3%，较2012年分别提高22.3%、24.3%。全省共有18个玉米主产县(市、区)基本实现了玉米生产机械化，玉米机械化生产在全省范围内已得到了快速扩散，全省连片种植玉米区域基本实现了玉米生产机械化。在推进玉米生产机械化过程中，存在机具配置模糊问题，缺乏有效手段开展机具保有量测算，造成了部分机具闲置和资金浪费，影响了机具效率的提高。

随着技术和经济的不断发展，推广适度规模经营已是不可逆转的趋势[1]。适度规模经营不仅可以提高粮食生产效率，还有利于建立起一支稳定的粮食生产队伍。国内农机具配置的主要方法有作业量法[2]、最低费用法、专家调查法、“机器—时间”系统配备法、线性规划法、非线性规划法、混合整数规划，以及这些方法的一些组合。杨宛章[3]从耕、种、收3个环节考核农机装备配置合理度和适宜农机装备占有率两个指标。张宗毅等人[4]提出基于DEA成本效率模型的耕种农机装备结构优化方法，考虑技术上最优和经济上成本最小。潘迪等人[5]在考虑农机装备工作效率、人工配备、燃油消耗等条件下，提出作业面积及收获作业天数可变情况下的改进型整数线性规划数学模型。徐秀英[6]提出家庭农场应从农场规模、农机种类、质量、价格和数量上来考虑农机配置。张宏文等人[7]建立了作业量、拖拉机配备量和农具配备约束条件下的最低作业成本农机具线性规划，指出农机设备购置管理修理费在5%的置信水平下对技术效率正相关[8]。涂志强等人[9-10]从作物面积、投入资金、劳动力供给、耕地实践、作物多样化、天气、风险管理等方面开展了农机配置影响因素分析，计算出不同方案的农机装备的折旧成本和经营土地规模。张庆辉等人[11-12]从效益、因地制宜、市场等方面阐述了机具选择原则，以深松机、浅耕整地机和免耕施肥播种机3种机具为代表，简要说明了机具参数和选配方法，并建议从水田泥脚深度、田块大小形状，土壤性能、土壤比阻、作业总量、使用者购买能力等因素考虑选择耕整地机械。张静等人[13]以作业时间、机具数量、台班数为决策变量，以作业量、动力配备量、机具配备量和作业时间的相互关系为约束方程，以机具作业成本与适时性损失之和最小为目标函数，获得最佳作业时间、最佳机型组合和最佳机器配备数量。尽管上述专家学者对机具配置方式方法展开了讨论分析，但未发现针对玉米播种环节不同面积条件下的播种机具保有量配置分析。

本文通过分析多位专家学者的研究进展，综合分析省内玉米生产机械化机具配置存在问题，探索建立了不同条件下的玉米播种机具规模配置模型，形成不同面积条件下的理论优化配置选型表和参考图，解决了之前专家学者提出理论专一而深入和一般家庭农场由于知识结构水平不齐带来的机具规模配置困扰问题。本研究计算结果简单明了，可操作性强，可为各有关单位和人员开展玉米生产机械化过程中机播环节测算和分析提供依据，并为机收环节及其它不同作物机械化生产机具配置等提供参考。

1 播种机具模型设计

1.1 单一品种机具配置分析

在配置播种机时主要考虑机具的作业能力，忽略机具购置价格、维修保养费用等约束条件，探索单一品种机具在不同作业面积中的保有量情况，计算方法为

(1)

其中，S为总作业面积(hm2)；T为作业机具台数(台)；t为作业时间(天)，t=8；λ为机具作业效率(hm2/天)。

1.2 多参数考核情况下的机具配置分析

对玉米作业机械的系统配置是指在规定作业时间内完成生产任务的前提条件下，使机器及人工作业成本达到最低。通过对机具购置价格、机具残值、生产率、人员工资、燃油费、管理费等有关费用分析，玉米作业机械在一定时间内的作业成本，是指在作业过程中各项人力、物力和财力的消耗，主要包括以下4项：机器折旧费、机器作业油耗费、人员工资和机器维修及管理费等。通过对上述4个参数分析，建立作业费用与4个参数的方程，经求解分析得出不同条件下的最优机具配置。设不同型号的机具所需数量为Xi(i=1，2，3)。

1.2.1 优化参数

1)机器折旧费f1。根据每台机具扣除其残值后，按照10年工作年限平均后，得出每台机具的年折旧费，计算公式为

(2)

其中，f1为机具年折旧费总和；Ci为单位机具年折旧费。

2)油耗费f2。油耗费是指机器在作业过程中实际消耗的燃油费用。本文油耗费主要是根据调查问卷时机手统计所得，并计算单位面积油耗，则有

(3)

其中，f2为机具年油耗费总和；Cyf为机具调查油耗费(元/天)。

3)维修管理费f3。维修管理费是指机器在发生故障时及日常管理所需要的费用，本文维修管理费主要是根据调查问卷时机手统计所得，为

(4)

其中，f3为机具年维修管理费总和；Cwf为机具维修管理费(元/年)。

4)作业人员工资f4。驾驶员操作机器进行作业的工资，用f4表示，则

(5)

其中，f4工资费总和；Cgzf为调查工资费(元/天)。

1.2.2 目标函数

这是对作业机械系统配置的一个总体目的和目标，一般希望配置系统以后能够效益最好，或者说收益能力最佳、投资最少。在确定相应支出的情况下，计算其最低成本同样能实现效益最好。因此，以完成年作业任务的作业成本最低为目标函数F，则有

minF=f1+f2+f3+f4

(6)

1.2.3 约束条件

1)各机型数量的约束。优化后的各种机型的配备台数，不能大于该机型单独完成任务所需的最大台数，即

Xi≤Ximaxi=1，2，3

(7)

其中，Ximax为第i种机具配备的最多台数。

2)非负整数的约束。所有机具的数量不能为负数，即

Xi≥0 i=1，2，3

(8)

3)机具作业能力误差。要求所配置的机具作业能力误差在±5%以内，即

(9)

2 配置分析

根据江苏省气候条件，苏中及沿海春玉米播期一般为3月下旬至4月上旬；淮北夏玉米播期适当推迟，一般于6月中、下旬播种，减轻飞虱对玉米幼苗的危害，降低玉米粗缩病的发生。江苏省玉米一般播种时间约为8天，平均每天作业8h。机引农具按照农业部经济效益评价方法中有关规定，取机具残值率为5.5%，计算出机具残值；维修管理费参考鲁敏等人棉花种植机械化优化配置研究[14]，取6.26%，计算出相关结果。筛选出江苏省主推的3种规格机型播种机及相关参数如表1所示。

表1 各机具主要因素统计表

表中售价、生产率数据为多个厂家产品均值。

2.1 单一品种机具配置分析

根据单一品种机具配置模型和每种机具的生产率，代入式(1)计算出100～1 000hm2之间的不同机具理论配置表(未圆整)如表2所示。

表2 作业面积、机具型号、机具台数之间理论关系

续表2

若按照单一型号机具配置，则在相应面积条件下，经圆整后，需要的机具数量如表3所示，圆整时根据作业量最大误差5%范围确定，优选误差最小的。

表3 单一型号机具配置

2.2 多参数考核情况下的机具配置分析

根据表1中有关数据及式(2)～式(5)，分别求出f1、f2、f3、f4,则

(10)

(11)

(12)

(13)

则目标函数为

minF=f1+f2+f3+f4=463X1+539X2+

614X3+960X1+1536X2+1680X3+307X1+

357X2+407X3+960X1+960X2+960X3=

2690X1+3392X2+3661X3

(14)

根据式(14)，将多参数考核条件下的约束条件编程后导入LINGO(Linear Interactive and General Optimizer)求解程序软件，分别求出100～1 000hm2间的最优机具配置情况,如表4所示。

表4 不同面积条件下最优机具配置情况

经优化后，多参数考核情况下机具节本与单一品种配置机具节本对比如下,如表5所示。

表5 优化前后作业成本对比

3 结果与分析

从对100～1 000hm2面积条件下的不同机具配置方案及优化结果看，不同面积条件下的机具配置节本最大分别为31.5%、23.9%、27.2%、30.4%、28%、28.6%、30.2%、28.5%、29.1%、30%，优化后节本经济效果非常明显，同时又能保证机具的利用最大化。通过对优化后的数据进行拟合，形成了面积、机具数量的理论曲线拟合图，如图1所示。由于该图的选配精度未能达到最优化机具选配方案(未达到程序求解精度)，因此该图对指导机具选配具有一定的方向性参考意义，在精确选配时，应结合其他工具综合确定。

4 结论

通过对江苏玉米生产机械化情况特点分析，探索建立不同面积、机具性能等条件下的玉米播种机具规模配置模型，开展了各条件下的配置分析，得出不同配置方案下的机具最佳保有量情况，形成100-1 000hm2面积条件下的最优理论机具配置表和选型参考图。该研究对指导玉米主产区科学合理地配置玉米播种机具，解决机具购置的盲目性和资金浪费，实现玉米生产现代化、集约化具有一定的现实意义和实用价值。

图1 机具选型参考图

[1] 杨键苏.推广粮食生产适度规模经营保障我国粮食安全[D].重庆：西南财经大学，2009.

[2] 樊国奇，张富贵，高知灵，等.不同生态环境烟叶生产全程机械化农机配置研究[J].中国农机化学报，2015，36(4)：314-316，324.

[3] 杨宛章.定量优化农机装备结构的研究[J].新疆农业科学，2013，50(1)：189-193.

[4] 张宗毅，曹光乔.基于DEA成本效率模型的我国耕种农机装备结构优化研究[J].农业技术经济，2012(2)：74-82.

[5] 潘迪，陈聪.基于整数线性规划的农机装备优化配置决策支持系统研究[J].中国农机化学报，2013，34(2)：35-37，29.

[6] 徐秀英.南方种植型家庭农场农机配置探讨[J].现代农业装备，2013(5)：37-39.

[7] 张宏文，欧亚明，吴杰.运用线性规划对农机具进行最佳配备[J].农机化研究，2002(1)：59-61.

[8] 傅燕军.吉林省农户资源配置效率研究[D]. 长春：吉林农业大学，2014.

[9] 涂志强.农机配置影响因素[J].农机科技推广，2011(4)：62-63.

[10] 崔国立.黑龙江省现代农机专业合作社机具配置方案分析[J].农机使用与维修，2014(3)：10-13.

[11] 张庆辉，黎波.浅析南方双季稻区耕整地机械油耗现状及机具配置优化[J].广西农业机械化，2011(1)：17-20.

[12] 崔安民.小麦机械化保护性耕作中机具配置的研究[J].农机推广与安全，2005(5)：28，30.

[13] 张静，郭辉，韩长杰，等.新疆玉米主栽区机具优化配备研究[J].江苏农业科学，2015，43(10) : 471-473．

[14] 鲁敏，岑红蕾，王洪坤.新疆兵团棉花种植机械优化配置研究[J].农机化研究，2014，36(4)：52-56.

Set and Analysis the Model of Corn Planter Implements Distribution

Wu Xiaowei1, Wu Wenjuan2, Zhong Zhitang1

(1.Agricultural Machinery Technology Extension Station Jiangsu, Nanjing 210017, China; 2.College of Automobile Engineering, Nanjing Communications Institute of Technology, Nanjing 211188, China)

With the development of corn mechanization,to solve the configuration issues caused by theorize specific & depth of experts and the knowledge structure uneven level of the family farm is increasingly prominent.In order to explore the relationship between corn planter and operating efficiency, cost and other factors during the process of production mechanization. Established the corn planter relational model under different planting area, equipment performance,equipment depreciation, fuel costs, maintenance and management fees, salaries and other conditions, analysis the benefit between corn planter and abridged by different modes, formed the optimal equipment configuration tables and selection of reference FIG at 100 to 1000 hectares. Solve the problem of blindness on purchasing equipment, increase productivity and equipment efficiency. Provide a strong reference to the relevant units to make decision.

corn； mechanization； corn planter； implements distribution

2016-05-30

江苏省农机三新工程重大技术集成(玉米)项目(NJ2014-27，NJ2015-28)

吴小伟(1985-)，男，南京人，工程师，(E-mail)wxw0920@163.com。

钟志堂(1964-)，男，南京人，研究员，( E-mail)Zhongzhitang64@sina.com。

S231；S232.2

A

1003-188X(2017)07-0048-05