Развитие отечественной сельскохозяйственной техники

Агропромышленный комплекс (АПК) является крупной межотраслевой сферой экономики. Становление его как особого комплекса экономики в СССР произошло в 1970-80-е годы. Примерно 30% работающих в сфере материального производства занято в АПК. Здесь создается почти треть валового национального дохода и задействована пятая часть производственных фондов.

В современном сельском хозяйстве практически все технологические операции выполняют различные машины. За общий показатель уровня развития сельского хозяйства принимают энергообеспеченность посевных площадей (суммарная мощность двигателей комбайнов, тракторов и др. техники, в кВт на 1 га).
В 2007 г., например, в странах ЕС этот показатель составил 3,7 (в Германии 3,5), в США 6,2; в РФ – 1,72 кВт/га, в то время как для своевременного и качественного выполнения сельскохозяйственных работ энергообеспеченность 1 га посевных площадей должна быть 2,58 кВт.
Цель исследования – обосновать приоритетные направления развития отечественного АПК и рассмотреть вопросы технического обеспечения в сравнении с мировым уровнем и потребностями сельскохозяйственной отрасли.
Материалы и методы
По данным Минсельхоза России, за последние годы в нашей стране произошло обвальное сокращение парка сельхозмашин всех видов. Количество тракторов и зерноуборочных комбайнов уменьшилось более чем в 3 раза, кормоуборочных комбайнов – почти в 7 раз.
Подобная ситуация сложилась практически по всем основным видам сельскохозяйственной техники.
Парк техники многих сельскохозяйственных предприятий сильно изношен. Так, доля тракторов со сроком эксплуатации более 10 лет составляет почти 60%, зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов – 45 и 43% соответственно. Отечественное производство сельскохозяйственных машин не покрывает объемов их списания.

В целом обеспеченность российского АПК сельскохозяйственной техникой значительно ниже, чем в других развитых государствах. Разница в обеспеченности тракторами с Германией, например, составляет более чем 30 раз, зерноуборочными комбайнами – более чем 7 раз (в расчете на 1000 га пашни и на 1000 га посева зерновых соответственно). Нехватка специализированной техники приводит к значительным ежегодным потерям, которые суммарно в отрасли превышают 23 млрд руб.
Кроме того, в техническом парке отечественного АПК весьма высока доля импортных машин и орудий, например, за рубежом произведено около 70% тракторов. Это не способствует обеспечению продовольственной безопасности страны и освобождению ее от импортозависимости.
Вследствие сокращения технического парка произошло значительное уменьшение площади пашни (почти на 40 млн га), что, в свою очередь, стало одной из причин длительного системного кризиса на селе, препятствующего интенсификации и устойчивому развитию отрасли. Тем не менее, даже находясь в состоянии кризиса, АПК по-прежнему вносит значительный вклад в формирование бюджета.
Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации (утверждена указом Президента от 30 января 2010 г. №120) предусматривает доведение объемов производства продовольствия до медицинских норм потребления, долгосрочная стратегия развития зернового комплекса страны – доведение площадей посева зерновых культур до 50 млн га, производства зерна – до 130 млн т, а в перспективе – до 150-170 млн т. Кроме того, поставлена задача на ближайшее будущее по ежегодному введению в оборот 1 млн га почти не используемой пашни.
Методология наших исследований базируется на обобщении и анализе отечественного и зарубежного опыта технического обеспечения сельскохозяйственного производства, в том числе создания техники нового поколения, представляемой на международных выставках, а также на результатах исследований и разработок отечественных ученых.
Результаты и обсуждение
Анализ отечественного и зарубежного опыта технического обеспечения аграрного сектора показывает, что отечественному сельскохозяйственному машиностроению в приоритетном порядке необходимо увеличение парка машин до норм технологической потребности АПК, оптимального по качественному и количественному составу.
Согласно стратегии машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 г., разработанной НИУ Россельхозакадемии и вузами нашей страны, рекомендованы к применению два типа технологий производства продукции: нормальные и интенсивные. С учетом особенностей агроландшафтов отечественные сельскохозяйственные организации как производители основного объема продукции должны использовать эти технологии примерно в равном объеме: по 50-55 млн га при увеличении посевного клина до 105-107 млн га. С учетом этого обоснована технологическая потребность сельскохозяйственных организаций в тракторах – 800-900 тыс. ед., зерноуборочных и кормоуборочных комбайнах – до 230-250 тыс. и 40 тыс. ед. соответственно и др.
На первом этапе развития отечественного сельскохозяйственного машиностроения приоритет должен быть отдан модернизации выпускаемой отечественной техники путем повышения надежности, оснащения средствами управления технологическими процессами и операциями, включая предусматривающие использование спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС.
Мировой и отечественной наукой и практикой признан целесообразным переход от традиционных технологий производства сельскохозяйственной продукции к точному земледелию, практическая реализация которого невозможна без использования навигационной системы ГЛОНАСС/GPS.
Оснащение сельскохозяйственных агрегатов спутниковой навигационной системой ГЛОНАСС обеспечивает следующие преимущества:
- увеличение производства сельхозпродукции на 25-30%;
- повышение окупаемости удобрений, гербицидов и других средств химизации в 1,5-1,7 раза;
- повышение производительности труда на 15-50%;
- снижение энергозатрат на 20%.
За рубежом создана инновационная система автоматического управления машинно-тракторным агрегатом, предусматривающая обмен данными между трактором и сложной сельхозмашиной через шину стандарта ISO. При ее использовании во время работы агрегат может принимать команды по заранее заданным параметрам, что значительно облегчает работу оператора.
Инновационное решение – управление трактором без механического или гидравлического соединения между рулем и колесами, так называемая система Steer by Wire, а также управление агрегатом и навесными орудиями по системе ISOBUS, позволяющей с помощью одного модуля управлять прицепными и навесными машинами.
Технологии точного земледелия активно развиваются в мире с конца 1990-х гг. Сегодня элементы глобальной навигационной спутниковой системы GPS в транспортных и производственных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в США используют до 80% фермеров, а в странах ЕС – до 60%.
В России спутниковые навигационные технологии также получили развитие в отдельных агрохолдингах и крупных хозяйствах. Однако навигационное обеспечение технологий точного земледелия в нашей стране на 95-99% ориентировано на использование импортных технических средств, программных продуктов, средств спутниковой навигации GPS, что не соответствует национальным интересам и не способствует обеспечению продовольственной безопасности.
Один из главных барьеров на пути технической модернизации АПК – отсутствие в России собственного производства сельскохозяйственной техники (кроме зерноуборочных комбайнов), оснащенной навигационным оборудованием и системами автоматического управления технологическими процессами и операциями. Такая же ситуация наблюдается с производством аппаратуры высокоточной навигации с погрешностью до 5-15 см.
Проблему усугубляет невозможность унификации технических решений, позволяющей использовать оборудование и программное обеспечение разных производителей. По данным статистики, сегодня потребность сельского хозяйства России в технических средствах, программных продуктах и аппаратных устройствах для использования ГЛОНАСС составляет 2-2,1 млн комплектов.

Весьма актуальная задача для современного сельского хозяйства возрождение парка селекционно-семеноводческой техники.
Правительством нашей страны поставлена задача обеспечить производство кондиционных семян зерновых, зернобобовых и крупяных культур в объеме не менее 13,5 млн т, кукурузы – 90 тыс. т, риса – 46 тыс. т, сои – 107 тыс. т и др.
Однако импорт семян зарубежных сортов сельскохозяйственных растений по-прежнему остается высоким и требует значительных финансовых затрат (за последние 3 года закуплено семян различных культур на сумму от 300 до 500 млрд руб., при этом дорогостоящий посадочный семенной материал не всегда адаптирован к местным условиям.
Реализация генетического потенциала новых сортов, повышение качества семян, снижение норм высева, увеличение коэффициента размножения и, как следствие, сокращение семеноводческих посевов оценивается получением дополнительных 17-19 млн т зерна, что сопоставимо с общим объемом высеваемых семян.
Для производства отечественных семян в требуемых объемах необходимо 50-70 наименований машин, оборудования и приборов (по 400-1500 ед. техники каждого наименования).
Ориентация на зарубежную технику экономически неэффективна. Очевидно, что необходимо развивать собственную базу для разработки конструкций подобных машин и осваивать их производство на отечественных машиностроительных предприятиях. Тем более что одно из важных преимуществ превосходство техники отечественного производства перед импортной по параметрам цена–качество в 2,5-3 раза.
В нашей стране есть хорошие заделы для реализации этой задачи. В частности, в основу развития собственного промышленного производства сельскохозяйственной техники может быть положен богатый научно-исследовательский и многолетний практический опыт ВИМ. Так, на машиностроительном заводе опытных конструкций (МЗОК) ВИМ к концу 1980-х гг. изготавливали несколько поколений селекционных машин (всего 44 наименования). За несколько десятилетий завод выпустил более 33 тыс. ед. техники для селекции и семеноводства, и этого объема было достаточно для обеспечения полного механизированного цикла основных технологических операций. По производительности, качеству работы, надежности технологического процесса и энергоемкости эти машины не уступали и по некоторым параметрам даже превосходили зарубежные аналоги.
На сегодняшний день основная причина низкой конкурентоспособности отечественной сельскохозяйственной техники – недостаточная надежность, и ее повышение следует считать важнейшим технологическим направлением развития. По данным испытаний на МИС, у отечественных тракторов примерно 65% неисправностей приходится на основные агрегаты: двигатель – 35%, гидросистема – более 18%, трансмиссия – 12%.
По результатам испытаний основных видов машин в 2014-2016 гг. техническим условиям соответствуют только 25% техники, по функциональным характеристикам (потребительским свойствам) не соответствует 53% сельскохозяйственных машин.
Поэтому актуальная задача отрасли сельскохозяйственного машиностроения – доведение готовности отечественной техники как минимум 
до 98%.

К наиболее вероятным технологическим направлениям развития сельскохозяйственной техники относится оснащение тракторов и комбайнов электроприводами ходовых систем и рабочих органов.
Как показал мониторинг разных методов и способов повышения производительности техники в рамках развития интеллектуального сельскохозяйственного производства, традиционные направления увеличения энергонасыщенности, габаритов рабочих органов, скорости движения агрегатов практически исчерпали свои ресурсы.
Водитель трактора не имеет возможности оперативно реагировать в процессе движения агрегата на постоянно меняющиеся параметры агрофона.
В связи с этим необходимо обеспечить максимальную автоматизацию управления технологическими операциями, что давно уже сделали практически все зарубежные фирмы-производители сельхозтехники: уровень автоматизации у машин там очень высокий.
Установлено, что если исключить оператора при выполнении основных технологических операций, то производительность агрегата (в зависимости от его типа) можно повысить на 10-50%. И первые шаги в этом направлении отечественным сельхозмашиностроением уже сделаны. К примеру, на комбайны Ростсельмаш устанавливают систему Adviser, позволяющую контролировать до 40 параметров. Создание и производство интеллектуальных зерноуборочных комбайнов и тракторов поможет поднять отечественное сельхозмашиностроение на новый технический уровень, развить смежные отрасли машиностроения (приборостроение, телемеханика, автоматизация и др.), заложить технические основы создания интеллектуальных сельскохозяйственных машин, позволяющих максимально реализовать заложенный технологический потенциал, исключив влияние человека на процесс работы. На сегодняшний день этот потенциал используется только на 55-65%, что сопровождается значительными затратами энергетических и материально-технических ресурсов.
Следующее новое направление развития отечественного сельскохозяйственного машиностроения – роботизация. Современная мировая тенденция развития сельскохозяйственного машиностроения –применение интеллектуальных систем для управления технологическими процессами и операциями, принятия оптимальных решений при управлении продукционными процессами в поле.
Внедрение роботизации в сельскохозяйственную технику активизировалось с начала ХХI в., а во втором десятилетии уже сформировался рынок продукции. Объем продаж сельскохозяйственных роботов в США в 2013 г. составил 0,9 млн долл., а к 2020 г. эксперты прогнозируют рост до 16 млрд долл. и более. Первой получившей широкое признание мировых производителей сельхозтехники стала машина-робот для посадки саженцев по заданному алгоритму в теплицах. Позднее появились роботы для прополки сорняков на селекционных делянках и робот-фермер для высева посадочного материала с одновременным внесением удобрений. На сегодняшний день большое практическое применение находят беспилотные тракторы и сельскохозяйственные агрегаты с интеллектуальным управлением, оснащенные системами, способными распознавать и отличать культурные растения от сорняков, что обеспечивает высокое качество выполняемых технологических операций. Применение сельскохозяйственных роботов направлено на повышение экологической безопасности продукции, минимизацию вредного воздействия химикатов на человека и увеличение урожайности продукции.
В ВИМ разработано универсальное робототехническое средство для выполнения широкого спектра работ в интенсивных технологиях возделывания овощных и плодовых культур, которое можно оснащать различными технологическими модулями (магнитно-импульсная обработка растений, опрыскиватель навесной штанговый (гербицидник) ОПГ 600, рыхлитель-пропольщик, косилка, лазерный облучатель растений, модуль технического зрения для мониторинга состояния растений и охранных функций). Благодаря компактности универсального робототехнического средства технологические модули дополнительно могут быть использованы в условиях тепличных хозяйств.
Несмотря на то, что робототехника не заняла еще в сельском хозяйстве таких прочных позиций, как в промышленности, это направление активно развивается.
Актуальная задача – экологизация сельскохозяйственной техники, в том числе путем производства двигателей, работающих на альтернативных видах топлива. Среди мировых инновационных разработок необходимо отметить трактор с водородным двигателем (компания New Holland). Он оснащен двумя электромоторами (для движения и для привода навесных и прицепных рабочих органов) мощностью по 135 л. с. каждый. Двигатели получают энергию от водородных топливных ячеек. Для обеспечения бесперебойности питания машина снабжена 300-вольтовым аккумулятором на 12 КВт/ч. Эффективность энергетической системы трактора составляет 96%.
В сфере применения тракторов направлениями на экологизацию можно назвать использование спаренных шин, трехосных ходовых систем колесных тракторов, тросорезиновых гусениц, позволяющих уменьшить давление ходовых систем на почву, уменьшение расхода топлива и применение экологически безопасных альтернативных видов топлива: биодит, метан, топливо из биологического сырья, водородное топливо и др.
Выводы
Решение приоритетных проблем технического обеспечения АПК России, таких как насыщение техникой до норм технологической потребности, повышение надежности и обеспечение конкурентоспособности тракторов, комбайнов и других сельхозмашин, возрождение парка селекционно-семеноводческой техники, оснащение тракторов и комбайнов электроприводами ходовых систем и рабочих органов, роботизация и экологизация техники и др., позволит обеспечить производство продовольствия для населения и сырья для перерабатывающей промышленности в объемах, предусмотренных Доктриной продовольственной безопасности страны.
Вадим Петрович Елизаров, доктор технических наук, профессор; 
Анатолий Алексеевич Артюшин, доктор технических наук, 
член-корреспондент РАН, главный специалист;
Юлия Сергеевна Ценч, кандидат педагогических наук, ведущий научный 
сотрудник, Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ    f