УСТРОЙСТВО СОСТАВЛЕНИЯ ПО РАЗЛИЧНЫМ КРИТЕРИЯМ ОПТИМИЗАЦИИ БЛИЗКОГО К ЭКОНОМИЧЕСКИ НАИЛУЧШЕМУ КОРМОВОГО РАЦИОНА И ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЛИЗКОЙ К ЭКОНОМИЧЕСКИ НАИЛУЧШЕЙ КОРМОВОЙ СМЕСИ ПРИ НАЛИЧИИ ИНФОРМАЦИИ О ПОТРЕБЛЕНИИ КОРМОСМЕСИ ЖИВОТНЫМИ И ПТИЦЕЙ С УЧЕТОМ ФУНКЦИЙ ПОТЕРЬ ИХ ПРОДУКТИВНОСТИ Российский патент 2015 года по МПК A01K29/00 A01K5/02 

Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей с учетом функций потерь их продуктивности

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям составления кормовых рационов и кормления сельскохозяйственных животных и птицы и может быть использовано в отраслях животноводства и птицеводства.

Известно устройство составления экономичного с кормового рациона и экономичного кормления животных и птицы, обеспечивающее определение экономически наилучшего рациона и наилучшей при этом суточной дозы кормовой смеси (кормосмеси) (в данном прототипе указано - «корма», в смысле - кормовой смеси), получение наивысшего значения принятого для управления экономического критерия (признака, показателя) только прироста прибыли от технологических процессов приготовления кормосмеси и кормления поголовья (Патент РФ 2462864. Устройство составления экономичного с кормового рациона и экономичного кормления животных и птицы / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2012. №28).

В результате использования этого изобретения (прототипа) устанавливаются такие количественные значения составляющих кормов (в данном прототипе указано - «ингредиентов корма») в дозе кормовой смеси и самой дозы расхода кормосмеси, при которых обеспечивается наивысший на данный момент времени только прирост прибыли от действия наиболее затратных технологических процессов кормоприготовления и кормления животных и птицы.

Недостатком данного технического решения является невозможность управления технологическими процессами составления рациона кормосмеси и кормлением поголовья по другому технико-экономическому критерию оптимизации для достижения наивысшей технико-экономической эффективности этих процессов в складывающейся на сельскохозяйственном предприятии технико-экономической ситуации (проблемы с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п.). Другим недостатком данного технического решения является отсутствие в нем информации о потреблении животными и птицей кормосмеси. Также недостатком данного технического решения является отсутствие учета функций потерь продуктивности животных или птицы, вид которых непосредственно связан с потреблением животными и птицей кормосмеси и позволяет при экономической оценке рациона кормосмеси учесть и продуктивную, продукционную составляющую значения экономического критерия эффективности рациона. Еще одним недостатком данного технического решения является невозможность автоматизированное формирование рецептов кормосмесей, близких оптимальной кормосмеси по значению однородного показателя эффективности, но с другими наборами кормов, доступных в процессе приготовления кормовых смесей производителю продукции животноводства и птицеводства. Поэтому достаточно трудно с высокой точностью управлять технологическими процессами составления рациона кормосмеси и кормлением поголовья без учета такой информации для достижения наивысшей технико-экономической эффективности этих процессов в складывающейся на сельскохозяйственном предприятии технико-экономической ситуации (проблемы с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п.). Например, снижение потребления поголовьем кормовой смеси должно немедленно приводить к уменьшению дозы кормосмеси и к соответствующему перерасчету близкого к экономически наилучшему рациона новой уменьшенной дозы кормосмеси. Однако в отсутствие информации о потреблении кормосмеси поголовьем технология составления рациона и дозирования кормосмеси остается прежней, что ведет к явному перерасходу дорогостоящих кормов в кормосмеси. Поэтому новое техническое решение должно иметь возможность действия при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей в различных складывающихся технико-технологических и хозяйственных условиях производства продукции на сельскохозяйственном предприятии. Одновременно, снижение потребления кормосмеси животными и птицей должно немедленно приводить к увеличению расчетных потерь продуктивности поголовья, которые представлены расчетными функциями потерь и которые можно видоизменять с помощью различных коэффициентов математических моделей этих функций. Изменение вида функций потерь автоматически повлияет на результат соответствующего перерасчета близкого к экономически наилучшему рациона новой кормосмеси, предотвращающей снижение прироста живой массы поголовья животных и птицы. Таким образом, новое техническое решение должно иметь возможность действия одновременно при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей в различных складывающихся технико-технологических и хозяйственных условиях производства продукции на сельскохозяйственном предприятии. Следовательно, необходимо существенное расширение функциональных возможностей, которое требует использования в процессе составления рационов наличии информации о потреблении ими кормосмеси, т.е. повышения точности управления процессами кормоприготовления кормоприготовления за счет повышения точности измерения расхода кормосмеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей.

Задачей изобретения являются составление по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовление близкой к экономически наилучшей кормовой смеси по различным критериям оптимизации при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей с учетом функций потерь их продуктивности, повышение точности управления процессами кормоприготовления кормоприготовления за счет повышения точности измерения расхода кормосмеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей. Таким образом, задачей изобретения является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения, а именно для составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.

В результате использования изобретения обеспечивается практическая возможность управления технологическими процессами составления по различным критериям оптимизации близкого к наилучшему рациона кормосмеси и приготовления близкой к наилучшей кормосмеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей с учетом функций потерь их продуктивности для достижения наивысшей технико-экономической эффективности этих процессов в складывающейся на сельскохозяйственном предприятии технико-экономической ситуации (проблемы с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п.), что позволяет при этом экономить дорогостоящие корма. Также в результате использования изобретения существенно повышается точность управления процессами кормоприготовления при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей. Таким образом, технический результат в свою очередь заключается в реализации устройством заявленного назначения составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.

Технический результат достигается тем, что устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей с учетом функций потерь их продуктивности содержит задатчик сигнала вида животного или птицы и задатчик сигнала возраста животного или птицы, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов, а выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов, выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения, к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов, а выходы блока схем сравнения соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов, выход которого подключен к входу смесителя, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки, при этом в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации, блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего Решение, измеритель сигнала расхода кормосмеси, задатчик сигнала расчетной дозы кормосмеси, блок задатчиков сигналов коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животного или птицы и задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия, выход которого соединен с первым входом блока формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего Решение, выходы и вход блока задатчиков сигналов коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животного или птицы подключены соответственно к третьим соответствующим входам вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки и к первому выходу блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, второй выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации соединен с четвертым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, выход и вход задатчика сигнала расчетной дозы кормосмеси подключены соответственно к пятому входу вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки и к третьему выходу блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, а второй вход блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, подключен к выходу измерителя сигнала расхода кормосмеси.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, 12. На фиг. 1 дан выбор критерия оптимизации. На фиг. 2 показан результат расчета рациона кормосмеси. На фиг. 3 показано задание значения допустимого отклонения от оптимума. На фиг. 4 показано семейство кормосмесей, близких к оптимальной по сбалансированности, полученное в одном из сеансов генерации. На фиг. 5 представлены диаграммы сбалансированности и потерь для варианта №2 кормосмеси. На фиг. 6 даны экономические показатели кормосмеси (вариант №2). На фиг. 7 показана структура цены кормосмеси по ее составляющим (вариант №2). На фиг. 8 дано распределение потенциальной прибыли по издержкам и прибыли, обусловленными применением кормосмеси (вариант №2). На фиг. 9 показаны примеры функций потерь продуктивности поголовья. На фиг. 10 изображено диалоговое окно коррекции функций потерь. На фиг. 11 дана иллюстрация потерь продуктивности животных и птицы, вызываемых отклонением от нормы содержания в рационе компонента питания [см. Лукьянов П.Б. Система поддержки принятия решений для оптимизации оперативного управления экономикой производства животноводческой продукции. Автореф. дисс.… докт. эконом. наук. - М.: РГАУ-ТСХА, 2011. - 46 с].

На фиг. 12 приведена функциональная схема устройства составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей с учетом функций потерь их продуктивности: 1 - задатчик сигнала вида животного или птицы; 2 - задатчик сигнала возраста животного или птицы; 3 - задатчик сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания; 4 - вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки; 5 - блок задатчиков сигналов; 6 - блок задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов; 7 - блок задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов; 8 - блок схем сравнения; 9 - блок дозаторов кормов; 10 - смеситель; 11 - экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки выращивания; 12 - задатчик сигнала вида критерия оптимизации; 13 - блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего решение), 14 - измеритель сигнала расхода кормосмеси (за текущие сутки выращивания); 15 - задатчик сигнала расчетной дозы кормосмеси, 16 - блок задатчиков сигналов коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животного или птицы, 17 - задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примером. В техническом решении используется новая модель рациона, в которой вместо жестких ограничений на содержание в рационе компонентов питания (традиционно используемых в энергетических расчетах по оптимизации рационов и кормосмесей) введены более общие экономические показатели рационов и кормосмесей. Это прибыль, уровень рентабельности, общая сбалансированность (оцениваемая по уровню потерь животноводческой продукции), обеспечиваемая продуктивность, оплата корма продукцией, конверсия корма и др. Показатели эффективности рациона:

- прибыль, обеспечиваемая рационом

- уровень рентабельности рациона

- сбалансированность рациона

где ПР - прибыль, обеспечиваемая рационом; - стоимость продукции, которая может быть получена от животного при полностью сбалансированном рационе, приведенная к одним суткам; П_дисб - потери, вызываемые дисбалансом рациона; С_рац - стоимость рациона.

Полностью сбалансированный рацион характеризуется значением СБ=100%, а наличие дисбаланса по компонентам питания и соотношениям, приводящее к потерям, снижает этот показатель. Введенные показатели позволяют оценивать и сравнивать рационы и кормосмеси с разных хозяйственных позиций и обеспечивают возможность использования одинаковых правил их оценки разными специалистами. Новый подход к оптимизации рационов и кормосмесей позволяет использовать до десяти разных по смыслу критериев оптимизации, настраивая процесс кормления животных и птицы таким образом, чтобы добиваться максимальной эффективности производства при различных технических, технологических, производственных и экономических ситуациях.

Экономические показатели рациона. Стоимость рациона:

где C_рац - общая стоимость кормов, входящих в рацион (стоимость рациона); C_кормаj - стоимость j-го корма в рационе; С_кормаj=Ц_пj×x_j при x_j∈[0, М_плj]; C_кормаj=Ц_пj×M_плj+Ц_зj×(x_j-М_плj) при x_j∈(М_плj, M_максj]; Ц_пj - цена имеющегося в наличии («планового») j-го корма; Ц_зj - «кассовая» цена j-го корма для случая его закупки; - план расходования j-го корма на одну гол. в сутки; M_максj - максимально допустимое содержание j-го корма в рационе. Под «кассовой» ценой корма понимается сумма цены закупки корма и накладных расходов предприятия, связанных с закупкой. Сбалансированность рациона корма:

где СБ - сбалансированность рациона; - стоимость продукции, которая может быть получена от животного или птицы за одни сутки при полностью сбалансированном рационе; П_дисб - общие потери продукции, вызываемые дисбалансом рациона. Прибыль:

где ПР - прибыль, обеспечиваемая рационом; П_корм - потери, возникающие из-за нарушения плана расходования кормов. Рентабельность:

где Р - уровень рентабельности рациона; П_цж - потери по ценности животного, вызываемые дисбалансом рациона.

Обеспечиваемая рационом продуктивность:

где ПРОД_об - суточная продуктивность животного, обеспечиваемая рационом; П_прод - потери по продуктивности животного, вызываемые дисбалансом рациона; П_прод - цена единицы продукции.

Критерии оптимизации рациона. Максимальная прибыль: П+С_рац→min. Максимальная рентабельность: Р→max. Максимальная сбалансированность: П-П_корм→min, где П - суммарные потери по продуктивности, по здоровью, по воспроизводству поголовья в результате дисбаланса кормов и по хозяйству П_корм, в результате отклонений расходования кормов от плана; П_корм - хозяйственные потери, вызываемые отклонениями расходования кормов от плана:

где y_j(a_j) - потери, возникающие из-за нарушения планового расходования j-го корма; a_j=(x_j/x_плj); x_плj - плановый расход j-го корма.

Максимальная продуктивность: П_прод→min - при оптимизации рациона по критерию «максимальная продуктивность» минимизируются потери по продуктивности. Максимальная сохранность животного: П_цж→min - критерий «максимальная сохранность животного» выражается через минимизацию потерь по ценности животного. Максимальная прибыль при заданной сбалансированности:

где - сбалансированность рациона; СБ - требуемая сбалансированность рациона. «Максимальная прибыль при заданной сбалансированности» обеспечивает достижение максимальной прибыли рациона при сбалансированности не ниже заданной. Максимальная прибыль при стоимости рациона не выше заданной:

где С_рац - стоимость рациона; С_{рац зад} - заданная стоимость рациона. «Максимальная прибыль при стоимости рациона не выше заданной» обеспечивает достижение максимальной прибыли рациона при стоимости кормов не выше заданной.

Максимальная сбалансированность при заданной стоимости рациона: П-П_корм→min при С_рац≤С_{рац зад}, - обеспечивает достижение максимальной сбалансированности рациона при стоимости кормов не выше заданной.

Максимальная рентабельность при заданной сбалансированности Р→max при - обеспечивает достижение максимальной рентабельности рациона при сбалансированности рациона не ниже заданной.

Минимальная стоимость рациона при заданной сбалансированности: С_рац→min при - минимизирует стоимость рациона при сбалансированности рациона не ниже заданной.

Минимальная стоимость рациона при продуктивности не ниже заданной: C_pau→min при ПРОД_об≥ПРОД_зад, где ПРОД_зад - заданная продуктивность. «Минимальная стоимость рациона при продуктивности не ниже заданной» минимизирует стоимость рациона при обеспечении продуктивности животного не ниже заданной Пользователем.

Минимальная стоимость рациона при ограничениях на питательность: С_рац→min при (кп_{i мин}≤кп_i≤кп_{i макс}). Здесь кп_i - содержание i-го компонента питания в рационе (I∈[1, N]); кп_{i мин} - минимально допустимое содержание в рационе i-го компонента питания; кп_{i макс} - максимально допустимое содержание в рационе i-го компонента питания; N - количество нормируемых компонентов питания. «Минимальная стоимость рациона при ограничениях на питательность» минимизирует стоимость рациона при учете ограничений на содержание в рационе компонентов питания, указываемых Пользователем.

Максимальная прибыль при продуктивности не ниже заданной: П+С_рац→min при ПРОД_об≥ПРОД_зад; обеспечивает достижение максимальной прибыли рациона при продуктивности не ниже заданной.

Максимальная прибыль при заданной продуктивности П+С_рац→min при (ПРОД_зад-Δ)≤ПРОД_об≤(ПРОД_зад+Δ), где Δ - задаваемая точность обеспечения требуемой продуктивности. «Максимальная прибыль при заданной продуктивности» обеспечивает максимальную прибыль рациона при продуктивности, соответствующей заданной с точностью ±Δ.

Максимальная сохранность животного при продуктивности не ниже заданной: П_цж→min при ПРОД_об≥ПРОД_зад; обеспечивает максимальную сохранность животного при продуктивности не ниже заданной.

Минимальная стоимость рациона при заданной продуктивности: С_рац→min при П_прод≤П_{прод зад} обеспечивает минимум стоимости рациона при продуктивности не ниже заданной.

Максимальная рентабельность при продуктивности не ниже заданной: Р→max при ПРОД_об≥ПРОД_зад; обеспечивает максимальную рентабельность рациона при продуктивности не ниже заданной.

Например, в достаточно широко распространенной на сельскохозяйственных предприятиях компьютерной программе «КОРАЛЛ - Кормление» при оптимизации кормосмеси в отличие от традиционного подхода минимизируется не только стоимость кормов, но и потери, вызываемые дисбалансом рационов - снижение продуктивности и ухудшение здоровья птицы.

Современная наука не дает однозначного систематизированного описания зависимостей снижения продуктивности и качества птицы (включая показатели воспроизводства) от несбалансированного кормления. Известны лишь разрозненные данные о результатах отдельных исследований, которые часто существенно разнятся между собой. В то же время в практике балансирования рационов важно знать не только нормы кормления, но и потери, возникающие из-за отклонения от норм отдельных компонентов питания и нормируемых соотношений, так как в реальных условиях производства добиться полной сбалансированности рационов часто не удается. При этом возникает необходимость выбирать «лучшую» кормосмесь из ряда несбалансированных. Для оптимизации кормосмесей, учитывающей влияние дисбаланса в питании птицы на показатели производства, необходимо математическое описание зависимостей снижения эффективности кормления от дисбаланса каждого элемента, характеризующего питательность рациона. В указанной для примера компьютерной программе «КОРАЛЛ - Кормление» реализована процедура формализации и уточнения рассматриваемых зависимостей по каждому нормируемому компоненту и соотношению на основе экспериментальных данных, знаний и интуиции специалистов, заключающаяся в следующем.

1. Зависимости снижения продуктивности, здоровья и показателей воспроизводства птицы, обуславливаемые отклонениями от нормы в рационе компонентов питания и соотношений, определены как функции потерь по продуктивности, ценности животных и воспроизводству.

2. Исходя из природы возникновения потерь, сформулированы следующие требования к виду функций потерь:

- непрерывность;

- неотрицательность;

- монотонность: левая ветвь зависимости относительно оптимальной нормы невозрастающая, правая ветвь - неубывающая;

- нелинейность (в общем случае);

- отсутствие потерь при соответствии значения компонента питания или соотношения норме;

- возможность существования в окрестности нормы зоны нечувствительности (отсутствие потерь при отклонениях значения компонента питания или соотношения от нормы).

Примеры видов функций потерь даны на фиг. 9.

3. Разработано общее математическое описание функций потерь, удовлетворяющее сформулированные требования.

4. На основе опубликованных данных, экспертных оценок и общего математического описания функций потерь разработаны частные уравнения для оценки потерь по продуктивности, ценности птицы и воспроизводству для всех нормируемых компонентов питания и соотношений дифференцированно по видам и группам птицы.

5. Для уточнения найденных зависимостей по новым данным зоотехнической науки и экспертным оценкам специалистов разработано программное обеспечение, позволяющее Пользователю программы «КОРАЛЛ - Кормление птицы» графически в диалоговом режиме вносить необходимые корректировки.

Система формализации знаний специалистов о функциях потерь представляет собой средство графического отображения и корректировки этих зависимостей на экране компьютера и компьютерной программы, автоматически переводящей создаваемые графики в формульные записи. Для отображения знаний по данному вопросу Специалисту (Лицу, Принимающему Решение) предоставляются средства «рисования» на экране монитора зависимостей, подобных изображенным на фиг. 9.

«Рисование» графиков выполняется в диалоговом режиме посредством задания значений шести коэффициентам:

- «Зона нечувствительности», «Крутизна» и «Нелинейность» для зоны «Меньше нормы» - с помощью этих коэффициентов задается конкретный вид левой ветви функции потерь;

- «Зона нечувствительности», «Крутизна» и «Нелинейность» для зоны «Больше нормы» - с помощью этих коэффициентов задается конкретный вид правой ветви функции потерь.

Диалоговое окно, в котором задаются значения коэффициентов, показано на фиг. 10 (задание функций потерь по продуктивности и ценности птицы для компонента питания «Кальций»). Коэффициентами «Зона нечувствительности» задается зона на оси «Отклонение от Нормы», при нахождении в которой значений компонента кормосмеси, потери не возникают. Коэффициенты «Крутизна» определяют пропорциональность между отклонениями компонента кормосмеси от нормы и возникающими из-за этого потерями. Коэффициентами «Нелинейность» задается нелинейность функции потерь. В полях «Рекомендуемые» диалогового окна приведены предварительно установленные значения, к которым всегда можно вернуться с помощью экранной кнопки «Копировать рекомендуемые значения в устанавливаемые». Графическое изображение функции потерь можно увидеть, щелкнув на экранной кнопке «График».

На основе количественного учета влияния дисбаланса рациона на эффективность кормления в программе «КОРАЛЛ - Кормление» вычисляются показатели:

- общая сбалансированность кормосмеси;

- прибыль, обеспечиваемая килограммом кормосмеси;

- рентабельность применения кормосмеси,

а также ряд других технико-экономических показателей.

Новые показатели используются для оптимизации кормосмесей. Наилучшей по сбалансированности признается кормосмесь, при кормлении которой сумма потерь, возникающих из-за отклонения компонентов питания и соотношений от нормы, будет наименьшей. Оптимальной по прибыли будет кормосмесь, применение которой обеспечит максимум прибыли от эксплуатации птицы в данных условиях содержания и обслуживания. Очевидно, что в условиях ограниченного набора кормов при различающихся функциях потерь будут разными и оптимальные кормосмеси. Чем точнее описываются функции потерь, тем более надежными являются результаты оптимизации. Оптимизация кормосмесей без учета потерь, вызываемых отклонениями от нормы компонентов питания и нормируемых соотношений, находит вместо оптимальных кормосмесей (в смысле обеспечения эффективного производства) псевдооптимальные, ведущие к принятию ошибочных управленческих решений по кормлению птицы и формированию кормовой базы предприятия.

Главной отличительной особенностью методики является то, что в ней впервые учитываются потери по продуктивности, воспроизводству и ценности животного, вызываемые отклонениями питательности рациона от норм кормления.

Под потерями по продуктивности (или упущенной прибылью) понимается стоимость продукции, недополученной из-за несбалансированности кормления.

Потери по воспроизводству отражают собой снижение качества или потерю приплода, удлинение цикла воспроизводства, вызываемых неполноценностью кормления.

Потери ценности животного выражаются следующими факторами: необратимая потеря продуктивных и племенных качеств; возникновение болезней, вызванных неправильным кормлением; сокращение срока эксплуатации.

Реально зависимость каждого вида потерь, вызываемых отклонением содержания в рационе компонента питания (КП) от нормы, выражается кривой вида, показанного на фиг. 11. При содержании компонента питания в рационе, равном норме, потерь нет (точка КП_н). Если же содержание компонента питания в рационе отклоняется от нормы, возникают потери, которые монотонно возрастают по мере увеличения дисбаланса. При традиционном решении задачи оптимизации рациона эта зависимость потерь от дисбаланса не отслеживается. Вместо этого на каждый компонент питания задается интервал допустимых значений от КП_мин до КП_макс. Тем самым принимается, что на этом интервале все значения компонента питания одинаково допустимы, а за границами интервала - абсолютно недопустимы.

Перевод этого формального условия на смысловое толкование означает: «в интервале [КП_мин, КП_макс] потери из-за отклонения компонента питания от нормы (КП_н) не возникают, а за границами интервала они сразу возрастают до бесконечности», что противоречит реальной природе потерь. С позиций экономической оптимизации рационов введение интервала допустимых значений компонента питания предопределяет погрешности, отображенные на фиг. 3 заштрихованными областями. В этом и заключается формализация знаний специалистов при задании ими вида функций потерь продуктивности животных и птицы. Так осуществляется подход к формализации оценок учеными и специалистами влияния дисбаланса рационов по каждому нормируемому компоненту и соотношению на продуктивность и здоровье сельскохозяйственной птицы, на показатели воспроизводства.

Вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки действует по программе оптимизации кормосмесей для животных и птицы, и как правило, выдает один рецепт кормосмеси - оптимальный, с фиксированным набором кормов. В то же время в реальных условиях производства могут возникать ситуации, когда с хозяйственной точки зрения допустимо несколько отойти от оптимального решения с целью использования другого набора кормов. Формирование рецептов кормосмесей, близких к оптимальной, с другими наборами кормов, даже для специалиста по кормлению является сложной задачей. В компьютерной программе работы вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки устройства по способу, например, в программе «КОРАЛЛ - Кормление», решение этой задачи автоматизировано и выполняется следующим образом.

После расчета рецепта оптимальной кормосмеси задается допустимое снижение показателя оптимальности для кормосмесей, отличающихся набором кормов от оптимальной кормосмеси. Программа работы работы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки устройства по способу генерирует варианты рецептов кормосмесей со значениями целевой функции, находящимися в заданных пределах, и последовательно группами выдает их для просмотра и предварительного анализа. Выбираемые рецепты фиксируются и запоминаются для последующего детального анализа. Таким образом, автоматизированным образом формируется семейство рецептов кормосмесей, близких к оптимальной, из которых могут выбираться кормосмеси, наиболее полно отвечающие требованиям текущей хозяйственной ситуации. Тем самым процедура оптимизации кормосмеси дополняется неформализованными знаниями специалиста, что повышает качество управления производством. В программах работы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки устройства по способу, например «КОРАЛЛ - Кормление», поиск рецептов семейства кормосмесей, близких к оптимальной, начинается с выбора кормов и критерия оптимизации (фиг. 1). Расчет запускается щелчком на кнопке выбираемого критерия оптимизации.

Сущность предлагаемого технического решения способа поясняется примером. На фиг. 2 представлен результат оптимизации кормосмеси по критерию «Максимальная сбалансированность» для несушек возраста 21-45 недель. Щелчком на закладке «Поиск семейства» вызывается диалоговое окно задания для искомых рецептов величины допустимого отклонения от оптимального значения целевой функции и для запуска процедуры генерации рецептов кормосмесей, близких к оптимальной (фиг. 3). Если генерация принудительно не прерывается, то она продолжается до получения шести новых рецептов кормосмесей (фиг. 4).

Щелкнув на кнопке «Дисбаланс», Пользователь может оценить структуру дисбаланса и потерь, вызываемых дисбалансом, интересующего его варианта кормосмеси (фиг. 5). Через экранную кнопку «Эффект» можно перейти к оперативному анализу экономических показателей кормосмеси (фиг. 6…фиг. 8). Каждый из рецептов может быть сохранен для последующего более детального анализа (экранная кнопка «Сохранить») и формирования производственного задания на подготовку кормов. Генерация новых рецептов может повторяться многократно через закрытие текущего окна и щелчка на кнопке «Начать поиск семейства решений» (фиг. 3).

Следовательно, расчет семейства рецептов кормосмеси, близких к оптимальному, с последующей дополнительной их оптимизацией предоставляет специалисту по кормлению птицы, т.е. Лицу, Принимающему Решение, качественно новый инструмент балансирования кормосмесей и рационов, позволяющий широко манипулировать количеством используемых кормов при сохранении близких к оптимальным значений критериев оптимизации. На функциональной схеме устройства по способу соответственно указан блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего решение) 13.

Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей с учетом функций потерь их продуктивности содержит задатчик сигнала вида животного или птицы 1 и задатчик сигнала возраста животного или птицы 2, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания 3, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4, второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов 5, а выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4 подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 6, выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения 8, к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов 7, а выходы блока схем сравнения 8 соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов 9, выход которого подключен к входу смесителя 10, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки 11, при этом в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12, блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего Решение) 13, измеритель сигнала расхода кормосмеси 14, задатчик сигнала расчетной дозы кормосмеси 15, блок задатчиков сигналов коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животного или птицы 16 и задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия 17, выход которого соединен с первым входом блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13, выходы и вход блока задатчиков сигналов коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животного или птицы 16 подключены соответственно к третьим соответствующим входам вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4 и к первому выходу блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13, второй выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12 соединен с четвертым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4, выход и вход задатчика сигнала расчетной дозы кормосмеси 14 подключены соответственно к пятому входу вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4 и к третьему выходу блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13, а второй вход блока формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего Решение) 13 подключен к выходу измерителя сигнала расхода кормосмеси 14.

Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей с учетом функций потерь их продуктивности выполняет известные действия: задание дозы расхода кормосмеси в зависимости от вида и возраста поголовья, вычисление стоимости затрат на израсходованные корма в зависимости от заданной дозы расхода кормосмеси, вычисление расчетной стоимости продукции данной партии животных или птицы в зависимости от возраста поголовья, измерение и задание дозы расхода каждого корма из набора кормов кормосмеси, сравнение измеренной и заданной величин, регулирование режима дозирования каждого корма из набора кормов кормосмеси по результату сравнения, стоимость затрат на израсходованный каждый корм из набора кормов кормосмеси вычисляют в зависимости от дозы расхода каждого корма из набора кормов кормосмеси, формируют сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси, изменяют сформированные сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси в диапазоне от нуля до технологически допустимого их наибольшего значения или до реально достижимого ресурсного значения дозы расхода этого корма из набора кормов в кормосмеси на предприятии, причем в зависимости от значения изменяемого сигнала сформированной величины дозы расхода корма из набора кормов в кормосмеси вычисляют суммарную стоимость дозы расхода кормосмеси, при получении соответствующего наивысшему приросту прибыли сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси запоминают сформированные сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси на время изменения сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, сравнивают с запомненным значением измеренную величину дозы расхода корма из набора кормов в кормосмеси и по результату сравнения корректируют режим дозирования ингредиента корма корма из набора кормов в кормосмеси.

Устройство также выполняет новые действия: вычисляют расчетную стоимость продукции данной партии животных или птицы в зависимости от вида поголовья и дополнительно формируют сигналы величин следующих показателей эффективности рациона:

- сигнал прибыли, обеспечиваемой рационом, по количественной зависимости

- сигнал уровня рентабельности рациона

- сигнал сбалансированности рациона

где ПР - сигнал прибыли, обеспечиваемой рационом; - сигнал стоимости продукции, которая может быть получена от животного при полностью сбалансированном рационе, приведенная к одним суткам; П_дисб - сигнал потерь, вызываемых дисбалансом рациона; С_рац - сигнал стоимости рациона,

- при этом дополнительно корректируют сформированные сигналы величин доз расхода каждого корма из набора кормов в кормосмеси, при получении - соответствующего наивысшему значению сигнала прибыли, обеспечиваемой рационом, или наивысшему значению сигнала уровня рентабельности рациона, или наивысшему значению сигнала сбалансированности рациона - сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси - запоминают сформированные сигналы величин доз расхода каждого корма из набора кормов в кормосмеси на время изменения сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, и по результату сравнения дополнительно корректируют режим дозирования корма из набора кормов в кормосмеси, при этом задают сигнал значения допустимого уменьшения критерия, при получении соответствующего заданному сигналу значения допустимого уменьшения критерия сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси запоминают сформированные сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси на время изменения сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, при этом задают сигналы коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животных и птицы на следующие сутки выращивания животных и птицы и дополнительно корректируют заданные значения сигналов коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животных и птицы на следующие сутки выращивания поголовья, также при этом измеряют сигнал расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания, сравнивают его с ранее заданным сигналом расчетной дозы кормосмеси на текущие сутки выращивания поголовья животных или птицы, полученным сигналом сравнения дополнительно корректируют заданное значение сигнала расхода кормосмеси на следующие сутки выращивания поголовья и задают сигнал скорректированной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания животных и птицы.

Работа устройства автоматизации при задании собственно различных критериев оптимизации (или целевых функций результативности, эффективности) составления рационов кормосмесей в целом аналогична работе устройства по прототипу и заключается в автоматизированном выборе близкого к экономически наилучшему рациону кормосмеси. Управление приготовлением близкой к экономически наилучшей кормовой смеси происходит при наличии информации о потреблении ими кормосмеси, причем одновременно и по различным критериям оптимизации, в том числе по выбранному критерию экономической эффективности. Работа устройства заключается в том числе в использовании в качестве вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4, задатчика сигнала вида критерия оптимизации 12 и ряда других блоков устройства - компьютера, на котором проводится имитационное математическое моделирование кормосмесей, в качестве управляющей вычислительной машины (вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4) устройства. На фиг. 12 показана связь блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего решение) 13 с вычислительным блоком оптимизации рациона на следующие сутки 4 через задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12. Это позволяет при необходимости изменять режим работы устройства, заменяя один вид критерия оптимизации другим, причем именно в виде материальных объектов - сигналов, что соответственно, и отражено на фиг. 12. Функции блока задатчиков сигналов 5 соответствуют действиям прототипа и состоят, в том числе в задании многочисленных коэффициентов, констант, диапазонов изменения управляющих сигналов и т.п. Структура и функции устройства по сравнению с прототипом существенно изменились и позволяют осуществлять оптимальное (наилучшее) по различным технико-экономическим критериям составление рациона кормления животных птицы в различных технических, технико-технологических, производственных и хозяйственных ситуациях, в том числе в условиях дефицита на предприятии отдельных кормов, входящих в кормосмесь для животных и птицы. Эти указанные и другие ситуации могут также существенно повлиять на рост и развитие организма выращиваемых животных и птицы, что достаточно быстро проявится в снижении их продуктивности, а именно - в уменьшении живой массы по сравнению с заранее рассчитанным значением. Значение заранее рассчитанного суточного прироста живой массы животных и птицы автоматически учитывается при задании коэффициентов функций потерь продуктивности. Также возможно автоматизированное задание этих коэффициентов посредством программируемого управляющего устройства, либо человека-оператора, т.е. специалиста цеха по производству кормов на крупном животноводческом или птицеводческом предприятии (Лица, Принимающего Решение). Например, если по каким-либо технико-технологическим причинам животные или птица стали терять свою живую массу, то вид функций потерь должен стать более крутым, т.е. должна возрасти крутизна функций потерь. Это достигается соответствующим изменением коэффициента «Крутизна». После такого изменения производится перерасчет экономически наилучшего рациона кормосмеси на следующие сутки выращивания поголовья, причем с учетом реально возросших потерь живой массы животными или птицей. Наличие в устройстве информации о потреблении кормосмеси животными и птицей, поступающей в блок формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13 от измерителя сигнала расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания 14, позволяет в автоматическом режиме учесть реальную суточную дозу потребления животными и птицей кормосмеси. Реальное значение отличия потребленной суточной дозы кормосмеси от заранее заданной суточной дозы кормосмеси автоматически учитывается при задании скорректированной дозы кормосмеси для поголовья на следующие сутки. Также возможно автоматизированное задание скорректированной дозы посредством программируемого управляющего устройства, либо человека-оператора, т.е. специалиста цеха по производству кормов на крупном животноводческом или птицеводческом предприятии (Лица, Принимающего Решение). Например, если по каким-либо технико-технологическим причинам животные или птица стали потреблять больше кормосмеси, то на значение этого увеличения потребления автоматически увеличится расчетная доза кормосмеси на следующие сутки выращивания поголовья. Это, в свою очередь означает, что в соответствии со способом составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей устройство для нового значения дозы кормосмеси составит новый и вполне возможно, совершенно другой рацион кормосмеси. И это тоже вполне понятно: если поголовье стало потреблять меньше кормосмеси, то новая меньшая ее доза все равно должна восполнить энергетические потребности поголовья, а значит это можно сделать за счет коррекции не только дозы кормосмеси, но и введения поправок в рацион. В противном случае увеличения потребления кормосмеси поголовьем устройство по способу немедленно скорректирует в сторону увеличения дозу кормосмеси на следующие сутки выращивания и одновременно насытит рацион менее энергетически ценными кормами, которые имеют соответственно и меньшую стоимость. Таким образом, наличие в устройстве информации о потреблении поголовьем кормосмеси позволяет в автоматическом или в автоматизированном режиме удовлетворять потребности поголовья в прежнем расчетном количестве кормосмеси, при выполнении зоотехнологических требований по ее энергетическому наполнению. И при этом также в автоматическом или в автоматизированном режиме составлять близкий к экономически оптимальному рацион с учетом ценообразования на корма, входящие в кормосмесь.

Расширяются функциональные возможности управления технологиями составления рационов кормления животных и птицы и кормоприготовления, поскольку при этом обеспечивается близкое к экономически оптимальному управление технологическим режимом приготовлением кормосмеси, причем с учетом потребностей в кормовой смеси поголовья животных и птицы. Существенно повышается точность управления процессами кормоприготовления за счет повышения точности измерения расхода кормосмеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей. Расширяется арсенал технических средств аналогичного назначения, а именно для составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы. Обеспечивается реализация устройством заявленного назначения составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям составления кормовых рационов и кормления сельскохозяйственных животных и птицы и может быть использовано в отраслях животноводства и птицеводства. Устройство содержит задатчик сигнала вида животного или птицы 1 и задатчик сигнала возраста животного или птицы 2. Выходы задатчиков сигналов 1 и 2 подключены к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания 3. Выход задатчика сигнала 3 соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4. Второй вход блока 4 подключен к выходу блока задатчиков сигналов 5. Выходы блока 4 подключены к входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 6. Выходы блока 6 соединены с первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения 8. Ко вторым инвертирующим входам блока 8 подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов 7. Выходы блока 8 соединены с входами блока дозаторов кормов 9. Выход блока 9 подключен к входу смесителя 10, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки 11. В устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12, блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего Решение 13, измеритель сигнала расхода кормосмеси 14, задатчик сигнала расчетной дозы кормосмеси 15, блок задатчиков сигналов коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животного или птицы 16 и задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия 17. Выход задатчика сигнала 17 соединен с первым входом блока 13. Выходы и вход блока 16 подключены к третьим входам блока 4 и к первому выходу блока 13. Второй выход блока 16 через задатчик сигнала 12 соединен с четвертым входом блока 4. Выход и вход задатчика сигнала 15 подключены к пятому входу блока 4 и к третьему выходу блока 13. Второй вход блока 13 подключен к выходу измерителя сигнала расхода кормосмеси 14. Обеспечивается повышение точности управления процессами составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей. 12 ил.

Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей с учетом функций потерь их продуктивности содержит задатчик сигнала вида животного или птицы и задатчик сигнала возраста животного или птицы, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов, а выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов, выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения, к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов, а выходы блока схем сравнения соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов, выход которого подключен к входу смесителя, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки, отличающееся тем, что в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации, блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего Решение, измеритель сигнала расхода кормосмеси, задатчик сигнала расчетной дозы кормосмеси, блок задатчиков сигналов коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животного или птицы и задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия, выход которого соединен с первым входом блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, выходы и вход блока задатчиков сигналов коэффициентов функций потерь расчетной продуктивности животного или птицы подключены соответственно к третьим соответствующим входам вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки и к первому выходу блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, второй выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации соединен с четвертым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, выход и вход задатчика сигнала расчетной дозы кормосмеси подключены соответственно к пятому входу вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки и к третьему выходу блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, а второй вход блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, подключен к выходу измерителя сигнала расхода кормосмеси.