Prozess / Maschinen / Verfahren - Zur ganzheitlichen Bewertung von Landmaschinen

Transkript

1 Prozess / Maschinen / Verfahren - Zur ganzheitlichen Bewertung von Landmaschinen Prof. Dr. Ludger Frerichs, Dipl.-Ing. Jens Schröter Braunschweig, 13. März 2013

2 Gliederung Das landwirtschaftliche Produktionssystem Komplexität der Verfahrensketten Schlüsselgrößen im Verfahren Effizienzbetrachtung Modellierung des Systems Zusammenfassung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 2

3 Gliederung Das landwirtschaftliche Produktionssystem Komplexität der Verfahrensketten Schlüsselgrößen im Verfahren Effizienzbetrachtung Modellierung des Systems Zusammenfassung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 3

4 Von den Alten lernen!? [Thünen-Museum, Tellow] Thünen sche Kreise, 1826 Die Herleitung der landwirtschaftlichen Nutzung erfolgt insbesondere aus der Transportentfernung zum Markt. Die Bodennutzung geschieht danach räumlich in Form und Intensität differenziert. Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 4

5 Klima und Agrarstrukturen schaffen Rahmenbedingungen Klimazonen in Europa Anteil des Ackerlandes an landwirtschaftlich genutzter Fläche, Ø 70,9 % [Bilder Haack Weltatlas 2008, Statistische Ämter des Bundes und der Länder 2010] Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 5

6 Das landwirtschaftliche Konzept und die eingesetzte Technik bestimmen den Energieaufwand Pflugeinsatz nach dem Zwischenfruchtanbau Striegel zur Unkrautbekämpfung im Sojafeld [Bilder Lemken, LfL] Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 6

7 Einflüsse auf das landwirtschaftliche Produktionssystem Wachstumsbedingungen Klimatische Bedingungen Region Bodenqualität Wasserversorgung Fruchtfolgen Saatgut Nährstoffversorgung Pflanzenschutz Historische und politische Rahmenbedingungen Agrarstrukturen Eigentumsverhältnisse Agrarordnung Einflussbereich der Technik Arbeitsbedingungen Arbeitskomfort Automatisierung Wartung Ausfallsicherheit Technologische Parameter Arbeitsgeschwindigkeit Arbeitsbreite Kombination von Arbeitsoperationen Transportkapazitäten Nebenzeiten Arbeitsorganisation Einsatzorganisation Maschinenausnutzung Instandhaltung Qualifikation der Arbeitskräfte Weiterbildung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 7

8 Gliederung Das landwirtschaftliche Produktionssystem Komplexität der Verfahrensketten Schlüsselgrößen im Verfahren Effizienzbetrachtung Modellierung des Systems Zusammenfassung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 8

9 Komplexität der Verfahrensketten: In der horizontalen Breite Saatgutzüchtung Anbau Ernte Selektion Lager Logistik Silomais Produktion Ernteverfahren Bodenbearbeitung Bestellung Pflege Lager Straßenlogistik Einsatzorganisation Häckseln Feldlogistik Einlagerung Maisveredelung Mast Schlachthof Logistik Handel Kunde Silomaisproduktion mit vor- und nachgelagerten Verfahrensschritten, vereinfachte Darstellung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 9

10 Komplexität der Verfahrenskette: In der vertikalen Tiefe Ernteverfahren Maschine Prozesstechnik [Bilder John Deere, Fendt, Pistenbully, CLAAS, Krone] Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 10

11 Aufwandsverteilung in Prozess und Verfahren Nachbeschleuniger 8 % Gutaufbereitung 18 % Häckseltrommel 54 % Einzug 4 % >80 % der installierten Häckslerleistung für den Prozess Ernte 40,7 % Verteilen und Verdichten 24,3 % Maisgebiss 7 % Transport 35 % Leistungsaufteilung im Feldhäcksler Gemessenen Werte einer Silomaisernte Kostenaufteilung in der Halmgut-Erntekette Beispielsimulation einer Silomaisernte Die ökonomischen und der energetische Aufwände - und damit die Reduktionspotenziale - finden sich in der horizontalen wie in der vertikalen Ausprägung der Verfahrensketten [Garbers/Frerichs 2001, Sonnen 2006] Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 11

12 Gliederung Das landwirtschaftliche Produktionssystem Komplexität der Verfahrensketten Schlüsselgrößen im Verfahren Effizienzbetrachtung Modellierung des Systems Zusammenfassung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 12

13 Was sind die Schlüsselgrößen? am Beispiel der Häckselkette Timing Quality Speed [Bilder Elite, LU.WEB, Maisadour] Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 13

14 Einfluss einzelner Parameter Häcksellänge Moment an der Häckseltrommel Energiebedarf: Häcksellänge Steigender Durchsatz Kurze HL: Milchleistung: Erhöhte Futteraufnahme Erhöhte Milchleistung Lange HL: Höhere Strukturwerte Verringertes Aufkommen von Labmagenverlagerungen Verdichtbarkeit und Gasausbeute: Kurze HL: Bessere Verdichtbarkeit Größere Menge an Sickersäften Belastung von Umwelt und Baumaterialien Lange HL: Geringere Verdichtbarkeit Schlechtere Konservierung Geringere Gasausbeute Nacherwärmung (Energieverluste) Je größer der TM-Gehalt, umso kürzer sollte die Häcksellänge gewählt werden! Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 14

15 Einfluss einzelner Parameter Agrarstruktur Arbeitszeitbedarf 8 TE 0, TE Akh/t 6 TE DM/t 0,12 5 TE 10 4 TE 3TE 8 0,08 6 0, km 30 0 Transportentfernung Transportentfernung Kosten der Arbeitserledigung Arbeitszeitbedarf 0,16 Akh/t 0,12 0,08 0, Transporteinheiten Optimale Entfernung km 30 Transportentfernung 14 DM/t Kosten der Arbeitserledigung Arbeitszeitbedarf Transport Arbeitszeitbedarf Häckseln Zyklische verfahrensbedingte Verlustzeiten Gesamtkosten Kosten für Häckseln Einfluss der Transportentfernung und der Transporteinheitenanzahl auf die Wirtschaftlichkeit einer Häckselkette [nach Herrmann 1999] Einsatzplanung spielt eine entscheidende Rolle für die Effizienzbetrachtung von Verfahren! Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 15

16 Einfluss einzelner Parameter Information und Kommunikation CPS (Cyber-Physical-Systems) halten Einzug in die Landwirtschaft [Bilder AGCO, Krone, Kuhn, Claas ] Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 16

17 Gliederung Das landwirtschaftliche Produktionssystem Komplexität der Verfahrensketten Schlüsselgrößen im Verfahren Effizienzbetrachtung Modellierung des Systems Zusammenfassung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 17

18 Effizienz berücksichtigt den quantitativen und den qualitativen Erfolg Effizienz: Verhältnis von Nutzen zu Mitteleinsatz Mitteleinsatz: Aufwand an Energie oder Emission, Zeit, Geld, Nutzen: Erfolg in Quantität und Qualität Silomais Produktion Ernteverfahren Bodenbearbeitung Bestellung Pflege Lager Straßenlogistik Einsatzorganisation Häckseln Feldlogistik Einlagerung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 18

19 Berücksichtigung der einsatzbedingten Zeitanteile Prozesszeit Stand Warten Fahrt Prozesszeit Stand Warten Vorgewende Vorgewende Fahrt Zeitanteile Betriebszustände Bsp. Norddeutschland Bsp. Süddeutschland Fahrtrouten und Feldergrößen Lange Felder Geringer Straßenanteil Kurze Felder Hoher Straßenanteil [Bilder Google Maps] Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 19

20 Berücksichtigung der betriebszustandsabhängigen Aufwände Standzeit Fahrtzeit Fahrt Stand Prozess Warten Vorgewende Leistung Nebenaggregate Prozessantrieb Fahrantrieb Definition eines Energienutzungsgrads erforderlich, um Vergleichbarkeit verschiedener Maschinen zu ermöglichen! Stand Warten Fahrt Vorgewende Prozess Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 20

21 Berücksichtigung der qualitativen Ergebnisse von Maßnahmen Effizienz: Verhältnis von Nutzen zu Mitteleinsatz Mitteleinsatz: Aufwand an Energie oder Emission, Zeit, Geld, Nutzen: Erfolg in Quantität und Qualität Der alleinige quantitative Erfolg einer einzelnen Maßnahme, z.b. des Maschineneinsatzes, sagt noch nichts aus! Das qualitative Erfolg der Arbeiten zwischen den Verfahrensschritten beeinflusst den Mitteleinsatz und den Nutzen der Folgeschritte! Erforderlich ist die Definition der maßnahmenspezifischen qualitativen und quantitativen Effizienz, also eine: Qualifizierte Effizienz Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 21

22 Gliederung Das landwirtschaftliche Produktionssystem Komplexität der Verfahrensketten Schlüsselgrößen im Verfahren Effizienzbetrachtung Modellierung des Systems Zusammenfassung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 22

23 Systembestandteile der Modellierung Die Komplexität und die Vielfalt der beeinflussenden Parameter in landwirtschaftlichen Systemen erfordern zur qualifizierten Effizienzbewertung die ganzheitliche modellhafte Betrachtung der Vorgänge. Organisation Strategisches und operatives Management Landwirtschaftlicher Betrieb Klima, Boden, Agrarstruktur, Infrastruktur, Technische Mittel Hoftechnik, Feldtechnik, Transporttechnik Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 23

24 Konzept zur modellhaften ganzheitlichen Bewertung Modellierung von Betrieb, Technik und Organisation der Landwirtschaftlichen Produktion Modellieren der Effizienzbewertung unter Berücksichtigung des quantitativen und qualitativen Erfolgs Case Studies für Modellbetriebe Verifikation der Ergebnisse; ganzheitlich und im Detail Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 24

25 Gliederung Das landwirtschaftliche Produktionssystem Ganzheitliche Betrachtung Effizienz im System Schlüsselgrößen im Verfahren Modellierung des Systems Zusammenfassung Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 25

26 Zusammenfassung Regionale, politische und technische Einflüsse bestimmen die landwirtschaftlichen Produktionssysteme. Der ökonomische und der energetische Aufwand - und damit die Effizienzpotenziale - finden sich in der horizontalen wie in der vertikalen Ausprägung der Verfahrensketten. Der Nutzen und die Effizienz von Produktionssystemen hängen von der erreichten Quantität und Qualität der Maßnahmen zwischen den einzelnen Verfahrensschritten ab. Erforderlich ist die Definition einer qualifizierten Effizienz Die Komplexität und die Vielfalt der beeinflussenden Parameter in landwirtschaftlichen Systemen erfordern zur Effizienzbewertung die ganzheitliche modellhafte Betrachtung der Vorgänge. Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 26

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Technische Universität Braunschweig Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge Langer Kamp 19a Braunschweig Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Ludger Frerichs, Jens Schröter 13. März 2013 Seite 27