بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهینه سازی سرمایه گذاری در ماشینهای کشاورزی با استفاده از مدل برنامه ریزی خطی
چکیده
اختصاص بهینه سرمایه، ماشین ها و ادوات کشاورزی و استفا ده صحیح از آنها از مسائل مهم سرمایه گذاری در بخش کشاورزی است. مدل های برنامه ریزی ریاضی می تواند ابزاری سودمند در امر تصمیم گیری مدیران مزارع در اینگونه مسائل باشد. در این مطالعه از مدل برنامه ریزی خطی اعداد صحیح، جهت تعیین ترکیب بهینه توان و عرض کار ترا کتورها و ادوات مورد استفاده در عملیات تهیه زمین و کاشت محصولات زراعی مزرعه آستان قدس رضوی با روش حداقل کردن هزینه سالانه برای یک دوره چند ساله استفاده شد . محصولات شامل گندم، جو، ذرت و کلزا به ترتیب هر کدام با 1300، 200، 200 و 45 هکتار سطح زیر کشت سالانه میباشند. از نرم افزار LP- SOLVE 5.5 برای حل این مدل استفاده گردید . اطلاعات ورودی شامل هزینه های ثابت و متغیر در یک دوره 7 ساله مربوط به 33 ترکیب مختلف از تراکتورها و ادوات متداول در بازار ایران، برنامه زمان بندی انجام عملیات، تناوب زراعی، سطح زیر کشت هر محصول و حداکثر زمان در دسترس می باشد . اطلاعات خروجی مدل شامل تعداد بهینه تراکتورها و ادوات، سطح زیر کشت و روزهای کاری موردنیاز هر ترکیب در هر محصول می باشد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که از بین 33 ترکیب اولیه تنها 8 ترکیب با هزینه ماشینی حدود 789 میلیون ریال در سال اول بهینه می باشند.. همچنین از بین پنج محدوده قدرتی تراکتورهای مورد بررسی، تنها سه مدل 56، 61 و 82 کیلو وات بهینه تشخیص داده شد.
کلمات کلیدی
بهینه سازی ، انتخاب ماشین، برنامه ریزی ریاضی، الگوی کشت
مقدمه
با گسترش مکانیزاسیون کشاورزی، مدیریت ماشین های کشاورزی سعی در استفاده بهینه و افزایش کارایی ماشین ها و نهاده های مرتبط با آن مانند سرمایه و نیروی کار دارد . یک مدیر لایق و مجرب ماشین های کشاورزی می تواند به مقدار زیاد در کاهش هزینه های مربوط به سرمایه گذاری و کاربرد ماشین های کشاورزی مؤثر باشد، لذا یک مدیر لایق باید توانایی انتخاب بهینه ای از ماشین ها را داشته باشد(مدرس رضوی،.(1387 برنامه ریزی ریاضی یکی از ابزارهایی است که به مدیر مزعه کمک می کند تا بتواند سطح بهینه ماشین ها و ادوات مورد نیاز مزرعه خود را تعیین کند (سلطانی،.(1378 از جمله کارهای انجام شده می توان به مطالعهی (Audsley et al.,1978) که در آن روشهای مختلف کشت محصولات غلهای و ریشهای را با تکنیک برنامه ریزی خطی مورد مقایسه قرار دادند اشاره کرد؛ نتایج نشان داد کشت مستقیم در شرایط وجود محدودیت کارگری بهترین سود ناویژه ٌ را در بر داشت و همچنین کشت ثانویه غلات در خاکهای سنگین با استفاده از ترکیب ادوات شاخهفنری و کشت مستقیم، به عنوان جایگزینی برای ترکیب چندبار دیسک زدن و کشت مستقیم ، سود ناویژه بیشتری را تولید کردند . مدل دیگری که با هدف حداقل سازی هزینه های استفاده از ماشین ارائه گردید (Søgaard and Sørensen,2004) در این مدل هزینه ها شامل هزینه های ثابت و متغیر برای برنامه های کشت و اندازه های خاصی از مزرعه بود. نتایج خروجی مدل شامل قدرت تراکتور، تعداد تراکتور و اندازه هر ماشین می باشد. محدودیت های اعمال شده شامل ساعت-نیروی کار، ماشین های موجود، ساعت کار تراکتورها، هزینه به موقع انجام نشدن و قابلیت کارپذیری عملیات و ترتیب عملیات می باشد. نتایج حاکی از تفاوت نتایج مدل و تعداد ادوات موجود در مزرعه مورد مطالعه بود.
(2004) Gunnarsson and Hansson در مطالعه ای در جنوب مرکزی سوئد عنوان نمودند بهینه کردن محصول و سیستم ماشینی در کشت ارگانیک برای اقتصادی و رقابتی ک ردن این سیستم لازم و ضروری است . یکی از ضروریات و قسمتهای مهم کار محاسبه فاکتور هزینه بموقع انجام نشدن عملیات می باشد . در این مقوله دو ماشین مهم و تاثیرگذار بذرکار و برداشت کننده می باشند. هزینه های ماشینی در نظر گرفته شده هزینه های مستقیم ماشین (متغیر و ثا بت) ، کارگری و بموقع انجام نشدن می باشد. روش مورد استفاده در حل این مسئله برنامه ریزی خطی میباشد. آنها گزارش دادند که در تبدیل سیستم معمول به ارگانیک اندازه بذرکار و کمباین افزایش یافته کما اینکه هزینه ماشیی در سیستم معمول %7 بیشتر از سیستم ارگانیک است؛ اما براساس عملکر(کیلوگرم دانه) حاصله از هر سیستم در کشت ارگانیک هزینه ماشین ها %58 بیشتر برآورد گردید. انها همچنین هزینه بموقع انجام نشدن را در دو سیستم متفاوت دانستند و این تفاوت را ناشی از عملکرد پایین و هزینه بیشتر تولید در کشت ارگانیک دانستند . زیبایی و غزالی (1389) در تحقیقی در شیراز با هدف تعیین اندازه بهینه ماشین های کشاورزی در دانشکده کشاورزی شیراز با استفاده از یک مدل برنامه ریزی غیرخطی عدد صحیح و استفاده از نرم افزار GAMS دریافتند که نتایج مدل با وضعیت موجود تفاوت معنی داری دارد . قدرت تراکتوری موجود 52 کیلو وات است ولی نتیجه مدل )kw( 62/5 را پیشنهاد می کند. همچنین عرض بهینه ادوات کاشت بیشتر و ظرفیت تانکرها مناسب برآورد شد. عدم انتخاب بهینه تراکتورها و ادوات موردنیاز جهت انجام هریک از عملیات می تواند هزینه های مازادی را به صورت هزینه های ثابت و به موقع انجام نشدن عملیات، به سیستم تحمیل نماید؛ لذا تحلیل فنی و اقتصادی بخش ماشینهای کشاورزی در مزارع میتواند در کاهش هزینه ها و انجام دقیق و به موقع عملیات مفید باشد . لذا در این مطالعه با استفاده از تکنیک برنامه ریزی ریاضی و هدف حداقل سازی تابع هزینه مربوط به ماشین ها به دنبال انتخاب بهینه تعداد و توان تراکتورها و و عرض کار ادوات موردنیاز در کشت و صنعت مزرعه نمونه آستان قدس میباشیم؛ از آنجا که تابع هدف براساس حداقل سازی هزینه ماشین ها بنا شده، لذا مجموعه هایی از تراکتور و ادوات که بتوانند کل عملیات را با کمترین هزینه انجام دهند و دارای ظرفیت کاری بهینه ای باشند جواب نهایی مدل خواهد بود.
مواد و روشها
ساختار مدل
این اطلاعات از کشت و صنعت مزرعه نونه آستان قدس رضوی در شهرستان مشهد و در سال 1390 جمع آوری شد. به منظور تعیین تعداد و اندازه بهینه تراکتورها، ادوات و برنامه زمان بندی انجام عملیات از یک مدل برنامه ریزی خطی استفاده شده است . در این مدل هدف، حداقل سازی هزینه کل سالیانه ادوات و تراکتورهای مورد نیاز در مزرعه می باشد. سامانه کشت به صورت کشت های پاییزه شامل گندم، جو و کلزا به ترتیب با 200، 1300 و 45 هکتار سطح زیر کشت و کشت بهاره، ذرت با 200 هکتار می باشد و عملیات تهیه زمین تا کاشت هر کدام از محصولات مورد بررسی قرار گرفت. این مدل با استفاده از نرم افزار LP- SOLVE 5.5 تحلیل گردید .
مدل برنامه ریزی مورد استفاده در این تحقیق به صورت زیر می باشد:
در ادامه توضیح کامل تمام فاکتورها آورده می شود.
زیرنویس ها: i (تراکتورها) ، k (نوع عملیات) ، l (نوع محصول) ، j (ادوات) ، h (دوره کاری).
هزینه متغیر ساعتی مالکیت ماشین. این هزینه شامل هزینه کاربرد هر یک از ترکیبات ممکن، از ادوات و تراکتورها مورد استفاده در این مجموعه می باشد و شامل هزینه سوخت، روغن، کارگری، تعمیرات و نگهداری می باشد.
- میزان مصرف سوخت از رابطه 10 بدست می آید که در آن Max PPTO بیشترین قدرت محوری توان دهی به کیلووات ساعت می باشد (مدرس رضوی، .(1387
- مقدار مصرف روغن 3 درصد میزان مصرف سوخت است (مدرس رضوی، 1387؛ الماسی، . 1387 (
- برای تعیین هزینه تعمیرات ادوات از رابطه 11 استفاده شده است که در آن p ضریب RM (تعمیر و نگهداری )
به ازای 100 ساعت کار می باشد و با توجه به نوع ماشین متفاوت بوده و به صورت جداولی ارائه گردیده است (بهروزی لار، .(1380
- برای محاسبه هز ینه تعمیر و نگهداری تراکتورها از نتایج تحقیقات محققان دیگر استفاده شد (الماسی و یگانه،1381؛ روحانی، 1384؛ سیفی، (1390 این نتایج به صورت مدل های رگرسیونی برای انواع تراکتورهای مورد مطالعه، در جدول 1 ارائه شده که در آنها هزینه تجمعی تعمیر و نگهداری بر اساس درصدی از قیمت خرید y (متغیر وابسته) و ساعات کار تجمعی h (متغیر مستقل) می باشد.
ساعات کار روزانه در اختیار برای استفاده از ترکیب i , j در عملیات k و در محصول j در دوره h می باشد. ساعات کار روزانه با توجه به منطقه جغرافیایی و عرف محل متفاوت است؛ در این تحقیق با توجه انجام عملیات در دو فصل متفاوت ساعات کار روزانه هم به دو صورت می باشد؛ 10 ساعت در روز برای فصل پاییز و زمستان و 12 ساعت در فصل بهار و تابستان می باشد.
تعداد روز مورد نیاز جهت انجام عملیات k توسط ترکیب i و j در محصول l در دوره h (متغیر تصمیم).
∏i عبارت است از هزینه ثابت سالانه مالکیت تراکتور نوع i بر حسب ریال بر سال (مدرس رضوی، 1387؛
الماسی، (1387
Ni عبارت است از تعداد تراکتورهای نوع i مورد نیاز که توسط مدل انتخاب شده (دومین متغیر تصمیم).
∏j عبارت است از هزینه ثابت سالیانه مالکیت ادوات نوع j بر حسب ریال بر سال.
Mjعبارت است از تعداد ادوات نوع j (سومین متغیر تصمیم).
محدودیت های مدل
محدودیت نوع :1 این محدودیت تضمین می کند که سطح کاری که ترکیب تراکتور و ماشین i وj می تواند انجام دهد حداقل به اندازه سطح مورد نیاز هر عملیات در هر محصول می باشد(معادله شماره .(2
Li,j,k,l ، سطحی از عملیات k است که توسط ترکیب i و j در محصول l انجام می شود، ؛ η کل سطح کاری عملیات k در محصول ) l هر دو فاکتور بر حسب هکتار). مقدار η مختص برنامه تناوبی هر مزرعه می باشد که با نوع محصول، فصل کشت و نوع عملیات زراعی متغیر است.
محدودیت نوع :2 این محدودیت نشان می دهد که زمان در دسترس محاسبه شده باید حداقل تمام ساعات لازم برای هر عملیات را در هر محصول تحت پوشش قرار دهد(معادله شماره .(3
