KR20220046271A - Precision animal feed formulation using an evolutionary multi-objective approach - Google Patents

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KR20220046271A
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Abstract

The present invention relates to an animal feed blending method and, more specifically, to an animal feed blending method for minimizing feed cost and satisfying nutritional requirements. According to one aspect of the present invention, a feed blending method for minimizing feed cost and satisfying nutritional requirements for dairy cows satisfies an objective expression 1 (feed cost) and objective expression 2 (deviation from the prescribed nutritional requirements) represented by Minimize|MP - M|+ |Lys - N| + |Ca - O| + |P - Q| +|ME - R| + |Met - S|, with respect to dairy cows, wherein n is the number of components under consideration, w_i is the weight in kg, cost_i is the cost of feed raw materials (KRW/kg), MP is metabolic protein, Lys is lysine, Ca is calcium, P is phosphorus, ME is metabolic energy, Met is methionine, M, N, O, Q, R, and S define the requirements for MP, Lys, Ca, P, ME, and Met, respectively, and the requirements vary depending on the age and weight of a dairy cow.

Description

진화적 다중 목적 접근법을 이용한 동물 사료의 배합 방법{PRECISION ANIMAL FEED FORMULATION USING AN EVOLUTIONARY MULTI-OBJECTIVE APPROACH}PRECISION ANIMAL FEED FORMULATION USING AN EVOLUTIONARY MULTI-OBJECTIVE APPROACH

본 발명은 동물 사료의 배합 방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는 진화적 다중 목적 접근법을 이용한 동물 사료 배합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for compounding animal feed, and more particularly, to a method for compounding animal feed using an evolutionary multi-purpose approach.

동물 생산에서, 사료 배합의 주 목적은 성장, 유지, 생식, 수유와 같은 생리적 기능뿐 아니라, 신체 및 대사 활동을 위한 에너지원을 지원할 수 있도록 균형 잡힌 영양을 제공하는 것이다. 가축에 관한 연구에서는 성장률과 우유 생산량이 아미노산, 지방산, 미네랄, 포도당 및 그 밖의 기질들을 포함한 영양분의 이용 가능성에 달려 있음을 증명하였다. 게다가 동물의 영양 요구량은 동물의 각기 다른 수명 단계뿐 아니라, 종축(seed stock), 품종 개량, 단백질 공급원과 같은 동물의 역할에 따라 변화한다. 사료 영양분의 균형이 적절하지 않으면, 영양 결핍, 관련 질병, 및 성과 문제점이라는 결과를 낳는다. 한국에서, 육우에게 강조되는 영양분은 DMI, MC, TDN, CP, Ca, P이며, 젖소의 경우 Met, Lys, Arg, Thr, Leu, Ile, Val, His, Phe, Trp, ME, Ca, P가 영양 요건을 구성한다. 수익을 내기 위해서, 사료 배합에는 최저 원가로 동물의 영양 요구량에 부합하는, 적절한 양의 각기 다른 원료 조합을 찾는 과정이 포함되어야 한다. In animal production, the main purpose of feed formulation is to provide balanced nutrition to support physiological functions such as growth, maintenance, reproduction and lactation, as well as energy sources for body and metabolic activities. Livestock studies have demonstrated that growth rates and milk yield depend on the availability of nutrients, including amino acids, fatty acids, minerals, glucose and other substrates. In addition, an animal's nutritional requirements change according to the animal's different life stages, as well as its role, such as seed stock, breeding, and protein source. An inadequate balance of feed nutrients results in nutritional deficiencies, related diseases, and performance problems. In Korea, the nutrients emphasized for beef cattle are DMI, MC, TDN, CP, Ca, P, and for dairy cattle, Met, Lys, Arg, Thr, Leu, Ile, Val, His, Phe, Trp, ME, Ca, P constitutes the nutritional requirements. To be profitable, feed formulation must include finding the right amount of a combination of different ingredients to meet the nutritional needs of the animal at the lowest cost.

최저 원가의 사료 배합은 표준적인 최적화 문제로서 접근되었으며, 여기에서는 LP, 다단계 다중-선택 프로그래밍 알고리즘, 혼합정수 프로그래밍, 정수 프로그래밍, 혼합 정수 선형 프로그래밍과 같은 수학 프로그래밍의 응용이 기준이 되었다. 이러한 접근 방식들의 주요한 약점은 한 번에 한 가지 목적의 최적화만을 허용하는, 고정된 엄격한 한계를 사용한다는 점과, 많은 상황에서 실현 가능한 솔루션을 찾을 수 없다는 점이다. 다시 말해, 전통적인 가축 사료 배합에서, 최소한의 영양 요구량은, 충족되어야 하는 엄격한 제약 조건으로 표현된다. 결과적으로, 최적화 과정 동안, 어떠한 영양 요구량과 관련된 작은 위반이라도, 이러한 솔루션을 실행 불가능하게 만들며, 폐기되어 버린다. 따라서 최소한의 영양 요건을 부과하는 것은, 실행 가능성이 약간 떨어지지만, 여전히 사육자에게 허용되는 솔루션들과 비교할 때, 항상 비용-효과적이지만은 않은 사료 배합이라는 결과를 낳는다. 특정한 성장 단계에서는 그리 중요하지 않을 수도 있는 하나 이상의 영양 요구량을 약간 완화시키는 것은, 동물의 성과에 부정적인 영향을 미치지 않으면서, 사료 원가를 크게 감소시키는 결과를 낳을 수 있다. 따라서 각 단계에서의 필수 영양 요구량과, 원가와의 관계에 대한 지식은 배합된 사료의 비용-효과성을 증대시키는 데 도움을 줄 수 있다. 이러한 관찰을 기초로, 진화 알고리즘을 사용한 상호적 사료 배합이 제안되었으며, 여기에서는 허용 매개변수를 통해 알고리즘에, 각각의 영양 요구량 완화가 이뤄졌다. The lowest cost feed formulation was approached as a standard optimization problem, where applications of mathematical programming such as LP, multi-step multiple-selection programming algorithms, mixed-integer programming, integer programming, and mixed-integer linear programming became the standard. The main weakness of these approaches is that they use fixed strict limits, allowing only one objective optimization at a time, and in many situations a feasible solution cannot be found. In other words, in traditional livestock feed formulations, the minimum nutritional requirements are expressed as stringent constraints that must be met. As a result, during the optimization process, any small violations related to nutritional requirements render this solution infeasible and are discarded. Imposing minimal nutritional requirements therefore results in feed formulations that, although slightly less practicable, are not always cost-effective compared to solutions that are still acceptable to the breeder. Slight easing of one or more nutritional requirements, which may not be significant at a particular growth stage, can result in significant reductions in feed costs without negatively impacting animal performance. Thus, knowledge of the essential nutritional requirements at each stage and their relationship to cost can help increase the cost-effectiveness of formulated feeds. Based on these observations, an interactive feed formulation using an evolutionary algorithm was proposed, where each nutrient requirement mitigation was achieved in the algorithm via acceptable parameters.

사료 배합에는 보통, 영양 요구량을 만족시키면서 사료의 비용을 최소화하는 것 이외에도, 여러 가지 목표가 포함된다. 이전 연구에서 고려되었던 일부 목표에는, 토지 사용의 극대화, 저장된 사료 사용의 최대화, 질소 및 인 배출 감소가 포함된다. 일부의 연구에서, 원가의 최소화뿐 아니라, 단백질, 메티오닌, 리신의 변화량 최소화를 고려하였다. 다중-목표 최적화 과정에는 목표와 우선순위를 정의하는 일이 포함된다; 다음으로는 선형 또는 비선형 함수들의 솔루션을 반복적으로 찾는 일이 포함된다. 다시 말해, 각각의 목표는 우선순위에 따라 순차적으로 해결되며, 이전 목표(들)은 모델에서 일정하게 유지된다. 상충하는 여러 가지 사료 배합 목표들 사이에서는 몇 가지 상쇄 효과가 있을 수 있다. 이러한 과정은 파레토-최적 솔루션이라고 칭해지는 일련의 상쇄 솔루션 집합이라는 결과를 낳는다. 어떠한 목표들을 향상시키기 위해, 적어도 하나 이상의 목표들을 희생시키지 않는 솔루션은 불가능하다. 이전의 다른 사료 배합 문헌에서, 목표 프로그래밍은 다중-목표 의사 결정 문제점들을 해결하는 데 있어, 매우 효과적인 접근법인 것으로 여겨진다. 그러나 목표 프로그래밍에서는 보통 사용자가 각 목표들의 페널티 값을 설정하도록 요구되며, 페널티의 선택은 최적화된 상쇄 솔루션의 질에 심각하게 영향을 미쳐, 효과적이지 못한 의사 결정이라는 결과를 낳게 된다. 최근 진화적 다중-목적 최적 설계 방법은, 페널티가 필요 없이, 상충하는 복잡한 비선형의 목표들을 처리하는 데 있어서의 효과 때문에 인기가 있었다. Feed formulations usually include several goals in addition to minimizing the cost of feed while meeting nutritional requirements. Some of the goals considered in previous studies include maximizing land use, maximizing the use of stored feed, and reducing nitrogen and phosphorus emissions. In some studies, minimization of changes in protein, methionine, and lysine as well as minimization of cost was considered. The multi-goal optimization process involves defining goals and priorities; Next involves iteratively finding solutions for linear or nonlinear functions. In other words, each goal is solved sequentially according to priority, and the previous goal(s) remains constant in the model. There may be several trade-offs between several conflicting feed formulation goals. This process results in a set of offset solutions called the Pareto-optimal solution. To advance certain goals, a solution that does not sacrifice at least one or more goals is impossible. In other previous feed formulation literature, goal programming is believed to be a very effective approach to solving multi-goal decision-making problems. However, goal programming usually requires the user to set a penalty value for each goal, and the choice of penalty severely affects the quality of the optimized offset solution, resulting in ineffective decision-making. Recently, evolutionary multi-objective optimal design methods have become popular because of their effectiveness in dealing with complex, conflicting, nonlinear goals without the need for penalties.

앞서 언급한 바와 같이, 영양 요구량과 관련된 일부 제약 조건들을 완화시키는 것은, 동물의 성장에 심각한 영향을 미치지 않고, 사료 배합의 원가를 감소시킬 수 있다. 또한 종래 알려진 상호적인 사료 배합에서, 각 영양 요구량에는 허용 매개변수가 할당된다. 해당되는 영양 요구량과 관련된 허용 매개변수의 변화는, 사육자가 수용 가능한 또는 수용 불가한 솔루션이라는 결과를 낳는다. 다시 말해, 각 영양 요구량의 허용 매개변수와 사료 원가 사이의 관계를 찾기 위해서는, 시간이 많이 소요되는 시행착오의 과정이 필요하다. 게다가 각기 다른 영양 요구량과 사료 원가 사이의 적절한 이해의 부족 때문에, 의사 결정 과정은 복잡해진다. As mentioned above, loosening some constraints related to nutritional requirements can reduce the cost of feed formulation without seriously affecting the growth of the animal. Also in known interactive feed formulations, each nutritional requirement is assigned an acceptable parameter. Changes in acceptable parameters related to the applicable nutritional requirements will result in an acceptable or unacceptable solution for the breeder. In other words, finding the relationship between the acceptable parameters of each nutrient requirement and the cost of feed requires a time-consuming process of trial and error. Moreover, the decision-making process is complicated by the lack of adequate understanding between different nutritional requirements and feed costs.

본 발명은 전술한 문제점에 기반하여 안출된 발명으로서 사료 원료의 원가와 동물에게 요구되는 영양 요구를 만족할 수 있는 진화적 다중 목적 접근법을 이용한 동물 사료 배합 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an animal feed formulation method using an evolutionary multi-purpose approach that can satisfy the cost of feed raw materials and the nutritional needs of animals.

전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일양태에 따르면 젖소에 대해 사료 원가의 최소화 및 영양 요구량을 만족하는 사료 배합 방법에 있어서,According to one aspect of the present invention in order to solve the above-mentioned problems, in a feed formulation method that minimizes feed cost and satisfies nutritional requirements for dairy cows,

상기 방법은, 젖소에 대해 다음의 목적식 1 및 목적식 2를 만족하고,The method satisfies the following Objectives 1 and 2 for cows,

목적식 1: 사료 원가Purpose 1: Feed cost

Figure pat00001
Figure pat00001

목적식 2: 규정된 영양 요구량으로부터의 편차Objective 2: Deviation from prescribed nutritional requirements

Minimize|MP - M|+ |Lys - N| + |Ca - O| + |P - Q| +|ME - R| + |Met - S|Minimize|MP - M|+ |Lys - N| + |Ca - O| + |P - Q| +|ME - R| + |Met - S|

여기서 n은 고려 중인 성분의 수이며, wi 는 kg 단위의 무게이며, costi 는 사료 원료의 원가(KRW/kg)이며, MP는 대사성 단백질, Lys는 라이신, Ca는 칼슘, P는 인, ME는 대사 에너지, Met는 메티오닌을 나타내고, M, N, O, Q, R, S는 각각 MP, Lys, Ca, P, ME, Met에 대한 요구량을 규정하고, 상기 요구량은 젖소의 연령 및 체중에 따라 상이하다. where n is the number of ingredients under consideration, wi is the weight in kg, costi is the cost of feed ingredients (KRW/kg), MP is metabolic protein, Lys is lysine, Ca is calcium, P is phosphorus, ME is Metabolic energy, Met represents methionine, M, N, O, Q, R, S define the requirements for MP, Lys, Ca, P, ME, Met, respectively, and the requirements depend on the age and weight of the cow different

전술한 양태에서 다중 목적식을 최적화하기 위해 진화적 다중-목적 최적화 알고리즘인 NSGA-II가 사용되는 것이 바람직하다.It is preferred that NSGA-II, an evolutionary multi-objective optimization algorithm, be used to optimize the multi-objective expression in the above aspect.

또한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 육우에 대해 사료 원가의 최소화 및 영양 요구량을 만족하는 사료 배합 방법이 제공되고, In addition, according to another aspect of the present invention, there is provided a feed mixing method that minimizes feed cost and satisfies nutritional requirements for beef cattle,

상기 방법은, 육우에 대해 다음의 목적식 3 및 목적식 4를 만족하고,The method satisfies the following Objective Expressions 3 and 4 for beef cattle,

목적식 3: 사료 원가Objective 3: Feed Cost

Figure pat00002
(4)
Figure pat00002
(4)

목적식 4: 규정된 영양 요구량으로부터의 편차Objective 4: Deviation from prescribed nutritional requirements

Minimize|DMI - A|+ |CP - B|+ |TDN - C| + |Ca - D|+|P - E|+ |Rhage - F|+ |MC - G|+ |Conc. - H|Minimize|DMI - A|+ |CP - B|+ |TDN - C| + |Ca - D|+|P - E|+ |Rhage - F|+ |MC - G|+ |Conc. - H|

여기서 n은 고려 중인 성분의 수이며, wi 는 kg 단위의 무게이며, costi 는 사료 원료의 원가(KRW/kg)이며, DMI는 건물 섭취량, CP는 조단백질, TDN은 총 가소화 영양분, Ca는 칼슘, P는 인, Rhage는 조사료, MC는 함수율, Conc.는 농후사료를 나타내고, A, B, C, D, E, F, G, H는 각각 DMI, CP, TDN, Ca, P, Rhage, Mc, Conc.에 대한 요구량을 규정하고, 요구량은 소의 연령과 체중에 따라 상이하다. where n is the number of ingredients under consideration, wi is the weight in kg, costi is the cost of feed ingredients (KRW/kg), DMI is dry matter intake, CP is crude protein, TDN is total digestible nutrients, and Ca is calcium , P is phosphorus, Rhage is roughage, MC is moisture content, Conc. is rich feed, A, B, C, D, E, F, G, H are DMI, CP, TDN, Ca, P, Rhage, The requirements for Mc, Conc. are prescribed, and the requirements are different depending on the age and weight of the cattle.

전술한 양태에서 다중 목적식을 최적화하기 위해 진화적 다중-목적 최적화 알고리즘인 NSGA-II가 사용되는 것이 바람직하다.It is preferred that NSGA-II, an evolutionary multi-objective optimization algorithm, be used to optimize the multi-objective expression in the above aspect.

본 발명에서, 명시된 요건으로부터의 각기 다른 사료 배합의 편차는, 사료 원가 최소화와 더불어, 최소화되어야 하는 목표로서 간주된다. 두 가지 목표 - a) 사료 원가의 최소화와 b) 명시된 요건으로부터의 편차(Nutrient dev)는 서로 상충된다. 진화적 다중-목표 최적화 알고리즘인, NSGA-II를 사용하여, 동시적 최적화가 이뤄질 수 있다. 진화적 다목적 최적화 설계 방법의 사용은 미리 페널티와 우선순위를 정할 필요 없이, 한 번의 실행으로 이뤄지는 구성 솔루션 집합(파레토 세트)으로서 제공된다. 파레토 세트를 대표하는, 파레토 프론트의 형태는 동물에게 규정된 영양 요구량의 유형과 수, 그리고 사료 원료의 원가에 따라 달라진다. 따라서 파레토 집합으로부터, 본 발명은 더 나은 결정을 할 수 있도록 사육자에게 도움이 될 수 있는 다음의 관계를 쉽게 확립할 수 있다. In the present invention, deviations of different feed formulations from the specified requirements, together with the minimization of feed costs, are regarded as targets to be minimized. The two goals - a) minimization of feed costs and b) deviation from the specified requirements (Nutrient dev) are at odds with each other. Using NSGA-II, an evolutionary multi-goal optimization algorithm, concurrent optimization can be achieved. The use of evolutionary multi-purpose optimization design methods is provided as a set of one-run construct solutions (Pareto sets), without the need to pre-define penalties and priorities. The form of the Pareto Front, which is representative of the Pareto set, depends on the type and number of nutritional requirements specified for the animal and the cost of the feed ingredients. Thus, from the Pareto aggregation, the present invention can easily establish the following relationships which can help the breeder to make better decisions.

a. 사료 원가와, 규정된 영양 요구량으로부터의 전반적 편차 사이의 관계 a. The relationship between feed cost and overall deviation from defined nutritional requirements

b. 사료 원가와 개별적으로 규정된 영양 요구량으로부터의 편차 사이의 관계b. Relationship between feed cost and deviation from individually defined nutritional requirements

c. 각기 다른 사료 원가에서 각각의 개별 영양 요구량 사이의 관계c. The relationship between each individual nutritional requirement at different feed costs

따라서 본 발명에 따르면 사료 원료의 원가와 동물에게 요구되는 영양 요구를 만족할 수 있는 진화적 다중 목적 접근법을 이용한 동물 사료 배합 방법을 제공할 수 있게 된다.Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an animal feed formulation method using an evolutionary multi-purpose approach that can satisfy the cost of feed raw materials and the nutritional needs of animals.

도 1은 MOP와 전통적인 단일 최적화 사이의 비교를 나타내는 그래프;
도 2는 젖소 사례 1의 사료 배합 곡선을 나타내는 도면 - OL: 최적선; P1, P2, P3: 지점; OLC: 최적선 원가; Nutrientdev: 규정된 영양 요구량의 편차 - ;
도 3은 젖소 사례 2의 사료 배합 곡선을 나타내는 도면 - OL: 최적선; P1, P2, P3: 지점; OLC: 최적선 원가; Nutrientdev: 규정된 영양 요구량의 편차 - ;
도 4는 젖소 사례 3의 사료 배합 곡선을 나타내는 도면 - OL: 최적선; P1, P2, P3: 지점; OLC: 최적선 원가; Nutrientdev: 규정된 영양 요구량의 편차 - ;
도 5a 및 도 5b는 육우 사례 1의 사료 배합 곡선을 나타내는 도면 - 각각의 세로단은 고려된 세 가지 각각의 수준에 해당되는 결과를 나타내며, 레벨 1, 2, 3은 각각 각기 다른 수준의 농후사료 의미하고, OR: 최적 영역; P1, P2, P3: 지점; ORC: 최적 영역 원가; OP: 최적 지점; Nutrientdev: 규정된 영양 요구량의 편차 - ;
도 6은 육우 사료 2의 사료 배합 곡선을 나타내는 도면 - OR: 최적 영역; P1, P2, P3: 지점; ORC: 최적 영역 원가; OP: 최적 지점; OPC: 최적 지점 원가;Nutrientdev: 규정된 영양 요구량의 편차 - ;
도 7은 육우 사례 3의 사료 배합 곡선을 나타내는 도면 - OR: 최적 영역; P1, P2, P3, P4: 지점; ORC: 최적 영역 원가; OP: 최적 지점; OPC: 최적 지점 원가; Nutrientdev: 규정된 영양 요구량의 편차 - ;
도 8은 육우 사례 4의 사료 배합 곡선을 나타내는 도면 - OR: 최적 영역; P1, P2, P3, P4: 지점; ORC: 최적 영역 원가; OP: 최적 지점; Nutrientdev: 규정된 영양 요구량의 편차 -;
도 9a 및 도 9b는 한국 젖소의 사료 원가와 영양가를 나타내는 도면;
도 10a 및 도 10b는 한국 육우의 사료 원가와 영양가를 나타내는 도면;
도 11은 NSGA-II에서의 처리 흐름을 나타내는 흐름도이다.
1 is a graph showing a comparison between MOP and traditional single optimization;
Fig. 2 is a diagram showing the feed formulation curve of cow case 1 - OL: optimal line; P1, P2, P3: point; OLC: best-fit cost; Nutrientdev: Deviation from prescribed nutritional requirements - ;
Fig. 3 is a diagram showing the feed formulation curve of cow case 2 - OL: optimal line; P1, P2, P3: point; OLC: best-fit cost; Nutrientdev: Deviation from prescribed nutritional requirements - ;
Fig. 4 is a diagram showing the feed formulation curve of cow case 3 - OL: optimal line; P1, P2, P3: point; OLC: best-fit cost; Nutrientdev: Deviation from prescribed nutritional requirements - ;
5A and 5B are diagrams showing the feed formulation curve of beef cattle case 1 - Each column represents the result corresponding to each of the three considered levels, and Levels 1, 2, and 3 are enriched feeds of different levels, respectively. mean, OR: optimal region; P1, P2, P3: point; ORC: optimal area cost; OP: Optimal point; Nutrientdev: Deviation from prescribed nutritional requirements - ;
6 is a diagram showing the feed formulation curve of beef feed 2 - OR: optimal region; P1, P2, P3: point; ORC: optimal area cost; OP: Optimal point; OPC: optimal point cost;Nutrientdev: deviation from prescribed nutritional requirements - ;
7 is a diagram showing the feed formulation curve of beef cattle case 3 - OR: optimal region; P1, P2, P3, P4: point; ORC: optimal area cost; OP: Optimal point; OPC: optimal point cost; Nutrientdev: Deviation from prescribed nutritional requirements - ;
8 is a diagram showing the feed formulation curve of beef cattle case 4 - OR: optimal region; P1, P2, P3, P4: point; ORC: optimal area cost; OP: Optimal point; Nutrientdev: Deviations from prescribed nutritional requirements -;
9A and 9B are views showing feed cost and nutritional value of Korean dairy cows;
10A and 10B are views showing feed cost and nutritional value of Korean beef cattle;
11 is a flowchart showing a processing flow in NSGA-II.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. In the present specification, the present embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains to the scope of the present invention. And the invention is only defined by the scope of the claims. Accordingly, in some embodiments, well-known components, well-known operations, and well-known techniques have not been specifically described in order to avoid obscuring the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Like reference numerals refer to like elements throughout. And, the terms used (mentioned) in this specification are for the purpose of describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. In addition, elements and operations referred to as 'include (or include)' do not exclude the presence or addition of one or more other elements and operations.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless they are defined.

본 발명의 설명에서 이용되는 재료는 다음의 표 1과 같이 명칭된다.Materials used in the description of the present invention are named as shown in Table 1 below.

[표 1] 본 발명에 사용된 용어의 명명법[Table 1] Nomenclature of terms used in the present invention

Figure pat00003
Figure pat00003

1.1 데이터1.1 data

시뮬레이션된 젖소와 육우의 사료 배합률 작성에 사용된 사료의 원료, 이들의 영양 프로필, 원가 정보는, 한국 농촌진흥청에서 얻었다(도 9a, 9b 도 10a,10b 참조). 젖소와 육우의 영양 요구량에 관한 데이터는 한국의 농촌진흥청에서 얻었으며(표 2와 표 3) 이들은 규정된 영양 요구량으로서의 역할을 한다. 한국에서 젖소의 영양 요구량은 다음과 같이 정리된다: Met, Lys, Arg, Thr, Leu, Ile, Val, His, Phe, Trp, ME, Ca, P. The raw materials of the feed, their nutritional profile, and cost information used to prepare the simulated dairy and beef feed mixing ratios were obtained from the Rural Development Administration of Korea (see FIGS. 9a and 9b and FIGS. 10a and 10b). Data on nutritional requirements of dairy cows and beef cattle were obtained from the Rural Development Administration of Korea (Tables 2 and 3), and they serve as prescribed nutritional requirements. The nutritional requirements of cows in Korea are summarized as follows: Met, Lys, Arg, Thr, Leu, Ile, Val, His, Phe, Trp, ME, Ca, P.

[표 2] 한국에서 젖소의 사육 단계별 영양 요구량[Table 2] Nutritional requirements for each breeding stage of cows in Korea

Figure pat00004
Figure pat00004

한국에서 육우의 영양 요구량은 다음과 같이 정리된다: DMI, MC, TDN, CP, Ca, P. 고려된 여러 사례들의(연령과 체중에 따라 분류) 요구량은, 젖소와 육우에 대해서 각각 표 2와 3에서 요약된다. 표 3에서, 레벨 2는, 농후사료(Conc.)가 없는 정상 조사료 요구량의 식이를 나타낸다. The nutritional requirements of beef cattle in Korea are summarized as follows: DMI, MC, TDN, CP, Ca, P. The requirements of the various cases considered (classified according to age and weight) are shown in Table 2 and It is summarized in 3. In Table 3, Level 2 represents the diet of the normal forage requirement without the concentrated feed (Conc.).

[표 3] 한국에서 육우의 사육 단계별 영양 요구량[Table 3] Nutritional requirements for each stage of breeding beef cattle in Korea

Figure pat00005
Figure pat00005

1.2 문제 공식1.2 Problem formula

사료 배합에서, 엄격한 영양 요구량을 실시하는 것은 보통 사료 원가의 급격한 증가를 초래한다. 한편, 일부 제약 조건들을 완화시킴으로써, 동물의 생리적 특성에는 영향을 미치지 않으면서 사료 원가를 감소시킬 수 있다. 완화될 수 있는 영양 요구량은 동물의 유형 및 발달 단계뿐 아니라, 동물의 상태에 따라서도 달라진다. 게다가, 사료 배합 시의 영양 요구량은 영역에 따라 다르다. DMI(kg)는 매일 섭취한 건물(dry matter)량이며, CP(%)는 실제 단백질과 비-단백질 질소를 모두 포함하는, 질소 함량을 측정한다. 급여량에서 사료 소화 가능한 섬유질, 단백질, 지질, 탄수화물 성분의 총합을 TDN이라고 칭하며, 이는 소화성 에너지와 직접적으로 관련된다. 미네랄은 최소 17종 이상이 요구되는 필수 사료 성분이다. 그러나 컴퓨터 모형에 주로 포함된 두 가지는 Ca와 P이다. 칼슘은 체내에서 가장 풍부한 미네랄로서, 약 98%가 뼈와 치아의 구조적 성분으로 존재한다. 나머지 2%는 세포외 액 및 연조직에 분포하며, 혈액 응고, 막 투과성, 근육 수축, 신경충동 전송, 심장 조절, 특정 호르몬 분비, 다양한 효소의 활성화 및 안정화와 같은, 중요한 기능에 관여한다. In feed formulations, enforcing strict nutritional requirements usually results in a sharp increase in feed cost. On the other hand, by relaxing some constraints, it is possible to reduce the feed cost without affecting the physiological characteristics of the animal. The nutritional requirements that can be alleviated depend not only on the type and stage of development of the animal, but also on the condition of the animal. In addition, the nutritional requirements of feed formulations vary from region to region. DMI (kg) is the amount of dry matter consumed daily, and CP (%) measures the nitrogen content, including both real protein and non-protein nitrogen. The total feed digestible fiber, protein, lipid and carbohydrate component in the feed amount is called TDN and is directly related to digestible energy. Minerals are essential feed ingredients that require at least 17 species. However, the two mainly included in the computer model are Ca and P. Calcium is the most abundant mineral in the body, and about 98% is present as a structural component of bones and teeth. The remaining 2% is distributed in extracellular fluid and soft tissues and is involved in important functions such as blood coagulation, membrane permeability, muscle contraction, nerve impulse transmission, cardiac regulation, secretion of certain hormones, and activation and stabilization of various enzymes.

결과적으로, 허용 매개변수를 사용하여 각각의 영양 요구량 완화를 촉진시키기 위해서, 젖소 및 육우를 위해 변형된 사료 배합이 제시되었다. 젖소와 육우 사료 배합은 아래와 같이 제시된다.Consequently, modified feed formulations for dairy cows and beef cattle were presented to facilitate the mitigation of their respective nutritional requirements using acceptable parameters. The cow and beef feed formulations are presented below.

젖소용 단일 목적 공식Single Purpose Formula for Cows

Figure pat00006
Figure pat00006

육우용 단일 목적 공식Single Purpose Formula for Beef Cattle

Figure pat00007
Figure pat00007

각각의 문제 공식에서, 해당되는 허용 매개변수(δ)는 요구량 완화를 위해 사용되었다. In each problem formulation, the corresponding acceptable parameter (δ) is used for demand relaxation.

이러한 공식에서, 사육자는 완화되어야 하는 요구량의 허용 매개변수를 변경하고, 진화 알고리즘을 사용하여 솔루션을 최적화할 수 있다. 허용 매개변수의 변경은 원가 변동을 초래한다. 그러나 각기 다른 허용 매개변수와 사료 원가 사이의 관계는 분명하지 않으며, 여기에는 최선의 사료 배합을 찾는 과정에는 시간이 많이 소요되는 시행착오 과정이 포함된다. In these formulations, the breeder can change the tolerance parameters of the demand to be relaxed and use evolutionary algorithms to optimize the solution. Changes in allowable parameters result in cost fluctuations. However, the relationship between the different acceptable parameters and feed cost is not clear, and finding the best feed formulation involves a time-consuming trial and error process.

본 발명에서, 각기 다른 영양 요구량과 관련된 제약 조건들은, 서로 합해져 목적 함수를 형성하게 되며, 동시에 사료 원가에도 최적화된다. 이러한 두 가지 목적은 서로 상충하며, 다중-목적 공식으로 칭해질 수 있다. 젖소와 육우에 대한 다중 목적 공식은 아래 방정식 (3)과 (4)에서 제시된다. In the present invention, constraints related to different nutritional requirements are added together to form an objective function, and at the same time the feed cost is also optimized. These two objectives are in conflict with each other and may be referred to as a multi-purpose formulation. Multi-purpose formulas for dairy cows and beef cattle are presented in equations (3) and (4) below.

앞서 언급한 바와 같이, 문제는 이전 연구로부터의 영감을 기반으로 공식화되었으며, 여기에서 허용 매개변수는 배합자의 원가 요구 및 영양 요구량에 맞춰 조정하기 위해서 변경되어야 했으며, 따라서 허용 매개변수가 바뀔 때마다 매번 시뮬레이션이 이뤄져야 했다. 결과적으로, 새로운 공식에서 제약 조건들은, 어떠한 목적도 하나 이상의 다른 목적에 해를 끼치지 않고는 개선될 수 없는 경우, 비지배 해(nondominated solutions)가 최적의 옵션으로 선택될 수 있게 하기 위해 파레토 프론트를 사용하면서, 반복적 시뮬레이션을 제거하기 위한 목적으로서 공식화되었다. 따라서 선택한 원료의 무게(wi)에 원가(costi)를 곱한 값을 합하는, 방정식 (3)을 사용하여 원가를 최소화하겠다는 첫 번째 목적에서와 마찬가지로, 검색 과정 동안 원료에 대해 평가된 젖소의 영양 요구량을 나타내는 제약조건 M, N, O, Q, R, S가 모두 합해져, 모든 검색 공간에서 원가를 찾아내는 데 사용되었다(파레토 프론트). 모든 제약 조건들을 파레토 프론트에 따라 살펴봄으로써, 영양 함량과 이에 해당되는 원가의 다양한 조합을 보여줄 수 있는 가능성을 제공한다. As mentioned earlier, the problem was formulated based on inspiration from previous studies, where the acceptable parameters had to be changed to adapt to the cost and nutritional requirements of the formulator, so that every time the acceptance parameters changed, Simulation had to be done. Consequently, the constraints in the new formulation are Pareto-fronted so that nondominated solutions can be chosen as the optimal option when no objective can be improved without detrimental to one or more other objectives. was formulated for the purpose of eliminating iterative simulations. Therefore, as in the first objective of minimizing cost using Equation (3), summing the weight (wi) of the selected raw material multiplied by the cost (costi), the nutrient requirements of the cows assessed for the raw material during the screening process were calculated. The constraint M, N, O, Q, R, and S denoted are all summed up and used to find costs in all search spaces (Pareto Front). By looking at all constraints according to a Pareto front, it offers the possibility to show various combinations of nutrient content and corresponding cost.

예시 1: 젖소Example 1: Cow

목적 1: 사료 원가Purpose 1: Feed cost

Figure pat00008
(3)
Figure pat00008
(3)

목적 2: 규정된 영양 요구량으로부터의 편차Objective 2: Deviation from prescribed nutritional requirements

Minimize|MP - M|+ |Lys - N| + |Ca - O| + |P - Q| +|ME - R| + |Met - S|Minimize|MP - M|+ |Lys - N| + |Ca - O| + |P - Q| +|ME - R| + |Met - S|

젖소의 경우, n은 고려 중인 성분의 수이며, wi 는 kg 단위의 무게이며, costi 는 사료 원료의 원가(KRW/kg)이다. 결과적으로, M, N, O, Q, R, S는 각각 MP, Lys, Ca, P, ME, Met에 대한 요구량을 규정한다. 요구량은 소의 연령 및 체중에 따라 달라진다. For cows, n is the number of ingredients under consideration, wi is the weight in kg, and costi is the cost of feed ingredients (KRW/kg). Consequently, M, N, O, Q, R, and S define the requirements for MP, Lys, Ca, P, ME, and Met, respectively. The requirements depend on the age and weight of the cattle.

예시 2: 육우Example 2: Beef

목적 1: 사료 원가Purpose 1: Feed cost

Figure pat00009
(4)
Figure pat00009
(4)

목적 2: 규정된 영양 요구량으로부터의 편차Objective 2: Deviation from prescribed nutritional requirements

Minimize|DMI - A|+ |CP - B|+ |TDN - C| + |Ca - D|+|P - E|+ |Rhage - F|+ |MC - G|+ |Conc. - H|Minimize|DMI - A|+ |CP - B|+ |TDN - C| + |Ca - D|+|P - E|+ |Rhage - F|+ |MC - G|+ |Conc. - H|

여기에서, n은 고려 중인 성분의 수이며, wi 는 kg 단위의 무게이며 costi 는 원가(KRW/kg)이다. where n is the number of components under consideration, wi is the weight in kg, and costi is the cost (KRW/kg).

제약조건 A, B, C, D, E, F, G, H는 각각 DMI, CP, TDN, Ca, P, Rhage, Mc, Conc.의 요구량을 규정한다. 요구량은 소의 연령과 체중에 따라 달라진다. Constraints A, B, C, D, E, F, G, and H define the requirements of DMI, CP, TDN, Ca, P, Rhage, Mc, and Conc., respectively. Requirements depend on the age and weight of the cattle.

단일 목적의 공식에서와는 달리, 다중 목적의 접근법에는 어떠한 시행 착오의 과정도 포함되지 않는다. 게다가 각기 다른 사료 원가 및 영양 요구량 충족 정도에 대한 구성 솔루션 집합이라는 결과를 얻는다. 전체 집합의 상쇄 솔루션의 이용 가능성은, 단일 목적의 시행 착오 접근법과 비교할 때, 더 나은 결정을 촉진시킨다. Unlike single-purpose formulations, multi-purpose approaches do not involve any process of trial and error. Moreover, the result is a set of constituent solutions for different feed costs and nutrient requirements. The availability of a full set of offset solutions facilitates better decision making when compared to single-purpose trial-and-error approaches.

1.3 최근 연구에서 사용된 방법1.3 Methods used in recent studies

다중-목적 최적 설계 방법에서는, 목적들의 상충하는 성격 때문에, 단일의 최적 솔루션은 존재하지 않지만, 도 1에서 제시된 바와 같이, 파레토 프론트(목적 공간에서) 또는 파레토 집합(변수 공간에서)이라 칭해지는 구성 솔루션 집합은 존재한다. 제시된 바와 같이, 다양한 파레토 프론트가 존재하며, 다중-목적 알고리즘의 목적은 최적의 파레토 프론트를 찾는 것이다. 다시 말해, 최적의 파레토 프론트는 모든 목적에서 더 나은 솔루션이 존재하지 않는 것이 아니라, (모든 목적에서 더 나은 솔루션은 아닌 최적의) 일련의 솔루션들을 말한다. 게다가 파레토 프론트의 솔루션들은 더 나은 의사 결정이 가능하도록 잘 분포되어 있거나 다양해야 한다. In a multi-objective optimal design method, due to the conflicting nature of the objectives, no single optimal solution exists, but, as shown in Fig. 1, a construct called a Pareto front (in object space) or Pareto set (in variable space). A set of solutions exists. As shown, various Pareto fronts exist, and the goal of the multi-objective algorithm is to find the optimal Pareto front. In other words, an optimal Pareto front is not a set of solutions (optimal, not a better solution for all purposes), rather than non-existent solutions that are better for all purposes. In addition, Pareto Front solutions must be well-distributed or diversified to enable better decision-making.

다중-목적 문제들은 다양한 방식으로 해결될 수 있다,Multi-purpose problems can be solved in a variety of ways,

각 목적에 대한 가중치를 규정하는 단일 목적의 최적 설계 방법. 가중치 집합에 따라, 알고리즘은 파레토 프론트에 단일 솔루션을 제공한다. 따라서 전체 파레토 프론트를 추정하기 위해서는, 여러 가지 가중치 조합을 통한 여러 번의 실행이 필요하다. 그러나 가중치와 파레토 프론트 사이의 비선형 관계 때문에, 다양하게 잘 분산된 솔루션들을 찾는 것은 어렵다. 사료 배합에서 일반적으로 채택되는 목표 프로그래밍이 이 카테고리에 속한다. A single-purpose optimal design method that prescribes weights for each objective. Depending on the set of weights, the algorithm provides a single solution to the Pareto front. Therefore, in order to estimate the entire Pareto front, multiple runs are required through different weight combinations. However, because of the non-linear relationship between the weights and the Pareto front, it is difficult to find various well-distributed solutions. Target programming commonly adopted in feed formulation falls into this category.

a. 인구 기반 접근방식인 진화적 다중 목적 최적화는 전체 파레토 전선을 단 한번의 실행으로 제공할 수 있다.a. Evolutionary multi-purpose optimization, a population-based approach, can deliver the entire Pareto front in a single run.

b. 모집단-기반의 접근법인, 진화적 다중-목적 최적화는 한 번의 실행으로, 전체 파레토 프론트를 제공할 수 있다. b. Evolutionary multi-objective optimization, a population-based approach, can provide an entire Pareto front in one run.

사료 최적화 측면에서, 파레토의 최적의 솔루션들은 구성 솔루션 집합을 말한다(도 1 참조), 여기에서 A 지점은 영양 요구량을 가장 충족시키지만 높은 비용을 초래하는 솔루션이며; B 지점은 원가가 가장 낮지만, 영양 요구량으로부터의 편차가 높은 솔루션이며; C 지점은 원가가 상당히 감소되며, 영양 요구량으로부터의 편차가 큰 구성 솔루션을 나타낸다. 의사 결정 과정은 파레토 프론트의 형태에 따라 달라지며, 따라서 주로 영양 성분과, 개별 원료의 원가 및 영양 요구량에 따라 달라진다. 게다가 전체 원가 범위에 걸친 각기 다른 영양 요구량 사이의 관계를 얻을 수 있다. 따라서 한 번의 실행으로 전체 파레토 프론트를 이용 가능하며, 개별적인 영양 요구량 사이의 관계를 보여주는 것은, 더 나은 의사 결정을 촉진시킨다. In terms of feed optimization, Pareto's optimal solutions refer to a set of constituent solutions (see Fig. 1), where point A is the solution that best meets nutrient requirements but incurs a high cost; Point B is the solution with the lowest cost but high deviation from nutrient requirements; Point C represents a constituent solution with a significant reduction in cost and a large deviation from nutritional requirements. The decision-making process depends on the form of the Pareto Front and therefore mainly depends on the nutritional composition and the cost and nutritional requirements of the individual ingredients. In addition, relationships between different nutritional requirements across the entire cost range can be obtained. Thus, the entire Pareto Front is available in one run, and showing the relationship between individual nutritional requirements promotes better decision-making.

본 연구에서, 본 발명자는 방정식 (3)과 (4)에서 제시된 다중-목적 문제들을 최적화하기 위해서, 진화적 다중-목적 최적화 알고리즘인 NSGA-II를 사용하였다. 다양한 파레토-최적 솔루션 집합을 얻기 위해서, NSGA-II은 파레토 지배(dominance) 및 군집 거리(crowding distance)의 개념을 채택한다. In this study, the present inventors used NSGA-II, an evolutionary multi-objective optimization algorithm, to optimize the multi-objective problems presented in equations (3) and (4). In order to obtain a diverse set of Pareto-optimal solutions, NSGA-II adopts the concepts of Pareto dominance and crowding distance.

참고로 NSGA-II의 세부적인 사항은 다음과 같다.For reference, the details of NSGA-II are as follows.

NSGA-II의 배경Background of NSGA-II

다중 목적 진화 알고리즘은, 상충하는 성격을 갖고 있는 두 가지 목적을 해결하기 위해 적용된 모집단-기반의 알고리즘이다. MOEA의 주요 이점은 단일 솔루션이 아닌 솔루션 집합을 제공한다는 것이다. 모든 MOEA 사이에서, NSGA-II는 실제로 적용될 수 있는 더 대중적이며 널리 채택되는 알고리즘이다. NSGA-II에서, 무작위로 생성된 N 모집단은 돌연변이, 교배(crossover), 환경적 선택과 같은 연산을 사용하여, 상쇄 솔루션의 최종 집합을 제공할 수 있도록 목적 함수를 평가한다. 이러한 과정은 종료 기준에 부합될 때까지 반복된다. 변이 연산자는(다항식 돌연변이, 이항식 교배) 현재 모집단에게 더 나은 자손(offspring)을 제공하는 데 사용되며, 이후 선택은 군집 거리에 따른 비-지배형 분류를 사용하여 이뤄진다. 어떠한 MOEA이든, 궁극적인 목표는 수렴과 다양성이다. NSGA-II에서, 최종 상쇄 솔루션의 파레토 지배(dominance)는 비-지배식 분류 및 군집 거리와 같은 절차들을 사용하여 얻을 수 있다. A multipurpose evolutionary algorithm is a population-based algorithm applied to solve two competing goals. The main advantage of MOEA is that it provides a set of solutions rather than a single solution. Among all MOEAs, NSGA-II is the more popular and widely adopted algorithm that can be applied in practice. In NSGA-II, a randomly generated population of N evaluates the objective function using operations such as mutation, crossover, and environmental selection to provide a final set of offset solutions. This process is repeated until the termination criteria are met. Mutation operators (polynomial mutation, binomial crossover) are used to give better offspring to the current population, and then selection is made using non-dominant classification according to cluster distance. The ultimate goal of any MOEA is convergence and diversity. In NSGA-II, the Pareto dominance of the final cancellation solution can be obtained using procedures such as non-dominant classification and cluster distance.

NSGA-II에서 사용된 기초 정의Basic definitions used in NSGA-II

자손 생성: 돌연변이, 교배와 같은 일부 변이 연산자를 사용하여, 동일한 N 모집단을 생성 Progeny generation: generate identical populations of N using some mutation operators, such as mutations and crosses

돌연변이와 교배: 특징의 일부를 수정함으로써, 모집단으로부터 새로운 솔루션을 생산 Mutations and crosses: producing new solutions from a population by modifying some of the features

환경적 선택: 1차 및 2차 선택 방법 일부를 사용하여, 차세대를 위해 이용 가능한 2N 솔루션으로부터, 최선의 N 솔루션을 찾는 것. NSGA-II에서, 1차 선택은 파레토 프론트에서 비-지배형 솔루션 분류 방법을 사용하여 이뤄진다. 2차 선택은 군집 거리 측정을 사용하여 이뤄진다. Environmental selection: finding the best N solution from available 2N solutions for the next generation, using some of the primary and secondary selection methods. In NSGA-II, first-order selection is made using a non-dominant solution classification method in a Pareto front. Secondary selection is made using cluster distance measurements.

비-지배 해(솔루션): 적어도 하나 이상의 목적 또는 모든 목적에서 그 밖의 솔루션들을 지배하는 하나의 솔루션이, 비-지배 해라고 불린다. Non-dominant solution (solution): A solution that dominates other solutions for at least one or all purposes is called a non-dominant solution.

군집 거리: 각 목적에 대해서 어느 한 측에 위치한 가장 가까운 두 이웃에만 작용하는, 한 개체의 밀도 또는 가장 가까운 두 이웃에 관해 한 개체의 입방(cuboid) 거리를 반영한다. 이는 해당 솔루션의 군집 거리로 알려져 있다. Cluster Distance: For each purpose, reflects the density of an object, or the cuboid distance of an object with respect to its two closest neighbors, acting only on the two nearest neighbors located on either side. This is known as the cluster distance of the solution.

도 11은 NSGA-II의 이해를 돕기 위한 NSGA-II의 일반적인 처리 절차를 나타내는 흐름도이며 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.11 is a flowchart illustrating a general processing procedure of NSGA-II to help understand NSGA-II, and a detailed description thereof will be omitted.

1.4. 실험 설정 및 시뮬레이션1.4. Experiment setup and simulation

본 발명에 따른 다중-목적 사료 배합은 다음을 사용하여 시뮬레이션된다 - 한국의 a) 3가지 젖소 사례, b) 4가지 육우 사례A multi-purpose feed formulation according to the invention is simulated using - a) 3 cow cases in Korea, b) 4 beef cattle cases in Korea.

a) 젖소:a) Cows:

사례 1: 출생 직후부터 20개월까지, 생체중 500kg 미만Case 1: Immediately after birth to 20 months of age, less than 500 kg of live weight

사례 2: 20개월부터 40개월까지, 생체중 500~650kgCase 2: From 20 to 40 months, 500-650 kg live weight

사례 3: 40-46개월, 생체중 650kg 이상 Case 3: 40-46 months, 650 kg or more live

b) 육우:b) Beef cattle:

사례 1: 출생 직후부터 10개월까지, 생체중 260kg 미만Case 1: Immediately after birth to 10 months, live weight less than 260 kg

사례 2: 10~17개월, 생체중 260~452kgCase 2: 10-17 months, live weight 260-452 kg

사례 3: 17~25개월, 생체중 452~640kg Case 3: 17-25 months, live weight 452-640 kg

사례 4: 농장주들이 최저 비용으로 동물의 체중을 유지시키려 하는 유지 단계Case 4: Maintenance phase where farmers try to keep their animals at the lowest cost

시뮬레이션은 MATLAB에서 실시되었으며, 제안된 알고리즘의 각각의 시뮬레이션 평균 실행 시간은, 윈도우 10 운영 체제의, 3.7 GHz 인텔 코어 i5 프로세서, 8GB RAM, 128GB SSD에서 20초였다. 최적화 알고리즘의 매개변수들은 다음과 같이 설정되었다:Simulations were performed in MATLAB, and the average execution time of each simulation of the proposed algorithm was 20 seconds on a 3.7 GHz Intel Core i5 processor, 8 GB RAM, and 128 GB SSD in Windows 10 operating system. The parameters of the optimization algorithm were set as follows:

모집단 규모: 300Population size: 300

최대 생성 수: 2000Maximum number of spawns: 2000

돌연변이 분포 지수(nm): 20Mutation Distribution Index (nm): 20

교배 분포 지수(n c): 20Crossing Distribution Index (n c): 20

교배 확률(Pc): 1.0Mating Probability (Pc): 1.0

돌연변이 확률(Pm): 1/10Mutation Probability (Pm): 1/10

교배: 시뮬레이션된 이진(binary) 교배Crossing: Simulated Binary Crossing

돌연변이: 다항식 돌연변이Mutation: polynomial mutation

제약조건 결합: 0-20Combine Constraints: 0-20

2. 시뮬레이션의 결과2. Results of simulation

2.1.1 젖소: 사례 12.1.1 Cows: Case 1

두 가지 목적을 위한 파레토-최적 프론트는 도 2의 (A)에서 제시되며, 프론트, P1, P2, P3 지점에서의 솔루션 가운데 선택된 각기 다른 사료 원료의 양은 도 2의 (B)에서 제시된다. 도 2의 (C)부터 2의 (H)까지는, 사료 원가와 사료에서의 개별적인 영양 요구량 사이의 관계를 보여준다. 이러한 그래프에서는 개별 영양 요구량이 전체 원가에 기여하는 정도에 대한 통찰력을 제공한다. 도 2의 (A)에서, P1은 대부분의 영양 요구량이 약 4000KRW의 비용으로 충족되는 솔루션을 나타낸다. 도 2의 (C)부터 2의 (H)까지, 수평 점선은 해당되는 사료 성분에 대해 지정된 요구량(OL)을 나타내며, OLC는 해당되는 영양 요구량이 충족되는 원가 영역을 나타낸다. The Pareto-optimal front for both purposes is presented in (A) of FIG. 2, and the amounts of different feed materials selected among the solutions at the front, P1, P2, and P3 points are presented in (B) of FIG. 2(C) to 2(H) show the relationship between feed cost and individual nutritional requirements in feed. These graphs provide insight into the extent to which individual nutritional requirements contribute to overall cost. In Fig. 2(A), P1 represents a solution in which most nutritional requirements are met at a cost of about 4000KRW. 2(C) to 2(H), the horizontal dotted line indicates the specified demand (OL) for the corresponding feed component, and the OLC indicates the cost area in which the corresponding nutritional requirement is satisfied.

도 2의 (A)에서 P2 지점은 P1 지점과, 요구량으로부터의 편차가 거의 동일한 것으로 보이지만, 원가는 1300KRW으로 상당히 더 적다. 또한 P2에서는, 한국 농촌진흥청에서 정한 영양 요구량 6가지 중 5가지를 충족시킨다. 그러나 Ca는 요구량으로부터 크게 벗어난다. P1부터 P2까지의 영역에서, 원가 상승은 주로, 알고리즘이 Ca 요구량에 부합하려는 시도 때문이다. 그러나 이는 Met, P, MP와 같은 그 밖의 영양 요구량에서의 약간의 편차를 초래한다. 도 2의 (A)에서, P3는 ME, Ca, P 요구량이 부합되는 지점을 나타내는 반면, MP, Lys, Met 요구량의 편차도 관찰된다. P2부터 P3 사이의 영역에서의 원가 변동은 주로, 알고리즘이 MP 요구량을 충족시키려는 시도 때문이다. MP, Met, Lys를 충족시키기 위해서, Ca는 요구량에서 벗어나게 된다(도 2 참조). In Fig. 2(A), the point P2 and the point P1 appear to have almost the same deviation from the demand, but the cost is significantly lower at 1300KRW. Also, in P2, 5 out of 6 nutritional requirements set by the Rural Development Administration of Korea are met. However, Ca deviates greatly from the requirement. In the region P1 to P2, the cost increase is mainly due to the algorithm's attempt to meet Ca requirements. However, this results in slight deviations in other nutritional requirements such as Met, P, and MP. In Fig. 2(A) , P3 indicates a point where ME, Ca, and P requirements are met, while deviations in MP, Lys, and Met requirements are also observed. The cost fluctuations in the region between P2 and P3 are mainly due to the algorithm's attempt to meet the MP demand. To satisfy MP, Met, and Lys, Ca deviates from the required amount (see FIG. 2 ).

도 2로부터, P1이, 규정된 영양분이 합리적으로 충족되었던 지점이라는 점은 자명하게 드러난다. 그러나 P1에서 P2로 좌측으로 이동하면, 전반적인 편차는 Ca의 큰 편차와 대략 동일해진다. 따라서 규정된 Ca로부터의 편차가 허용될 수 있다면, P2의 선택은 P1에 비해, 223%의 원가 절감이라는 결과를 가져올 것이다. 젖소의 경우, MP의 요구량은 동물의 나이, 활동과 같은 여러 요인들에 따라 달라진다. 종래 사료에 규정된 MP가 포함되었더라도, 중국 홀스타인 젖소에서, 우유 생산량과 우유 단백질 비율이 개선되지 않은 것으로 보고되었다. 따라서 이러한 시나리오에서는 ME에 중점을 두게 되며(도 2의 (C) 참조), P3의 선택은 P2와 비교할 때, 160%의 원가 절감을 가져올 것이며, 사료의 질에는 거의 영향을 미치지 않게 될 것이다. From Figure 2, it is evident that P1 is the point at which the prescribed nutrients were reasonably met. However, moving left from P1 to P2, the overall deviation becomes approximately equal to the large deviation of Ca. Therefore, if the deviation from the prescribed Ca can be tolerated, the choice of P2 will result in a cost savings of 223% compared to P1. For cows, MP requirements depend on several factors, such as the animal's age and activity. It was reported that milk yield and milk protein ratio did not improve in Chinese Holstein dairy cows, even if the conventional diet contained the prescribed MP. Therefore, in this scenario, the focus will be on ME (see Fig. 2(C)), and the choice of P3 will result in a cost reduction of 160% compared to P2, and will have little effect on the feed quality.

도 2의 (B)와 도 10a, 10b로부터, 낮은 원가와 동등한 영양 함량 때문에, 알고리즘에서 세 지점(P1, P2, P3)에서 많은 양의 추파용 사료를 선택했다는 것은 명백하다. 또한 추파용 사료는 ME 함량이 높으며, 이는 이러한 세 지점에서 이 제약 조건을 충족시킨다는 것을 설명해준다. P1과 P2에서, 다른 영양분과 비교하여, Ca 함량이 합리적인 당밀이 선택되었다는 것은, 이러한 지점에서 Ca의 초과 함량을 나타낸다. Ca 함량이 적당하며, 그 밖의 영양분의 함량이 높은 제품들은, 대개 더 비싸기 때문에, 과잉 Ca는 초기에 보통 Ca 함량이 높은 더 저렴한 원료를 선택했기 때문이다. From Fig. 2(B) and Figs. 10a, 10b, it is clear that because of the low cost and equivalent nutrient content, a large amount of chasing feed was selected in the algorithm at three points (P1, P2, P3). In addition, the chupa feed has a high ME content, which explains that this constraint is satisfied at these three points. In P1 and P2, the selection of molasses with a reasonable Ca content compared to other nutrients indicates an excess content of Ca at this point. The excess Ca is initially due to the selection of cheaper raw materials, usually with a higher Ca content, since the Ca content is moderate and other nutrient-rich products are usually more expensive.

2.1.2. 젖소: 사례 2 2.1.2. Cows: Case 2

사례 2의 경우, 파레토-최적 선은 P1, P2, P3와 함께 도 3의 (A)에서 제시된다. 이들 지점에서 선택된 각기 다른 사료 원료는 도 3의 (B)에서 제시된다. 도 3의 (C)부터 도 3의 (H)까지는, 사료 원가와 사료의 개별 영양 성분 사이의 관계를 보여준다. 사례 1에서 언급된 바와 같이, OL과 OLC는 각각, 규정된 요구량과, 해당되는 영양 요구량이 충족되는 원가 영역을 나타낸다. In case 2, the Pareto-optimal line is presented in Fig. 3(A) together with P1, P2, and P3. The different feed stocks selected at these points are shown in FIG. 3(B). 3(C) to 3(H) show the relationship between feed cost and individual nutritional components of the feed. As noted in Case 1, OL and OLC represent, respectively, the cost domains in which the prescribed and corresponding nutritional requirements are met.

도 3의 (A)에서는, 3600KRW와 5000KRW 사이에서 사료 요구량으로부터의 작은 편차가 관찰되었으며, 이는 원가에서 상당한 변동이라는 점이 명백하다. P1과 P2 사이에서, Ca는 그 밖의 모든 요구량과 역관계에 있다. 다시 말해, 사료 원가가 증가함에 따라, 사료 내의 Met, Lys, P, MP와 같은 영양 요구량은 감소하는 반면, Ca는 증가하였다.In Fig. 3(A), a small deviation from feed requirement was observed between 3600KRW and 5000KRW, and it is clear that this is a significant fluctuation in cost. Between P1 and P2, Ca is inversely related to all other requirements. In other words, as the feed cost increased, the nutrient requirements such as Met, Lys, P, and MP in the feed decreased while Ca increased.

사례 1에서와 같이, 사례 2에서는 또한 낮은 비용(P3)에서의 ME의 충족을 기록하였으며, P3부터 P1까지의 약간의 안정도를 보여주었다. 사례 1에서와 같이, 사용자의 요구에 따라, 각기 다른 솔루션 영역이 선택되고, 관련 비용도 변동될 수 있다. 도 3의 (B)의 선택된 원료에서, 알고리즘은 또한 이러한 지점에서(P1부터 P3) 추파용 사료를 선택하였다. As in case 1, case 2 also recorded the satisfaction of ME at low cost (P3), showing some stability from P3 to P1. As in case 1, depending on the user's needs, different solution areas may be selected, and the associated costs may vary. In the selected raw material in Fig. 3(B), the algorithm also selected feed for chasing at these points (P1 to P3).

이는 또한 조사된 모든 지점에서의 ME의 충족 정도를 검증한다. P1과 P2에서 선택된 높은 수준의 당밀과 비교하여, P3에서는 많은 양의 총체 보리가 선택되었다. 겨우 측정 가능한 수준의 ME, Ca, P 함량을 보이는 비교적 비싼 당밀과 비교할 때, 총체 보리의 낮은 원가와 높은 영양분 함량은(도 3의 (C), (F), (G)) P3에서 기록된 과잉 영양분을 설명해준다(도 3의 (D), (E), (G), (H)와, P1, P2에서 기록된 규정 함량 근사치). 이는 알고리즘에서, 첫 번째 목적인 비용을 충족시키려 하며, 다음으로는 규정된 영양분의 균형을 맞추려 시도한다는 점을 보여준다.It also verifies the degree of satisfaction of ME at all investigated points. Compared to the higher levels of molasses selected in P1 and P2, higher amounts of whole barley were selected in P3. Compared with the relatively expensive molasses, which has only measurable levels of ME, Ca, and P, the low cost and high nutrient content of whole barley (Fig. 3(C), (F), (G)) was recorded in P3 It explains the excess nutrients (approximately defined content reported in Fig. 3 (D), (E), (G), (H) and P1 and P2). This shows that the algorithm tries to meet the first objective, cost, and then tries to balance the prescribed nutrients.

2.1.3. 젖소: 사례 3 2.1.3. Cows: Case 3

도 4에서는 사례 3의 결과를 요약한다. P1에서, 규정 요구량 근사치가 관찰되었다. 그러나 P2로 좌측으로 이동하면서, Met(도 4의 (D)), Lys(도 4의 (E)), MP(도 4의 (H))는 규정값에서 벗어났지만, P의 규정 수준은(도 4의 (G)) 충족되었다. 그러나 P3으로 좌측으로 이동하면서, Ca를 제외하고, 모든 그 밖의 영양 요구량은 규정 요구량에서 벗어난다. 그러나 ME에만 중점을 두는 경우, P3 를 선택하는 것은 P2에 비해, 원가의 220% 감소라는 결과를 낳을 것이다.4 summarizes the results of case 3. In P1, an approximation of the prescribed requirement was observed. However, while moving to the left to P2, Met ((D) in FIG. 4), Lys ((E) in FIG. 4), and MP ((H) in FIG. 4) deviated from the prescribed value, but the prescribed level of P was ( 4(G)) was satisfied. However, moving left to P3, all other nutritional requirements, except for Ca, deviate from the prescribed requirements. However, if the focus is only on ME, choosing P3 will result in a 220% reduction in cost compared to P2.

사례 1과 2에서와 마찬가지로, P3에서의 많은 양의 총체 보리와, P1, P2에서의 많은 양의 당밀은(도 4의 (B)), 각각 규정된 영양 요구량의 과잉 및 충족의 원인이 되었다. As in cases 1 and 2, large amounts of whole barley in P3 and high amounts of molasses in P1 and P2 (Fig. .

2.2.1. 육우: 사례 12.2.1. Beef Cattle: Case 1

육우의 경우, 여러 국가의 다양한 조합에서, 두 가지 주요 사료 유형인 조사료(Rhage)와 농후사료(Conc.)가 사용되며, 동물 성장의 각기 다른 단계에서, 한 가지 유형이 다른 한 가지를 지배하게 된다. 육우는 보통, 젖을 뗀 후, 농후사료가 더 많이 급여되는 마무리 단계에 이르기까지, 주로 조사료로 급여된다. 농후 사료의 주요 역할은, 동물 사료에서 농축된 영양 및 에너지를 제공하는 것이다. 세계적으로, 다양한 곡물과 낟알 및 그 부산물들이, 동물에게 급여되는 농후사료를 구성한다. 곡물과 낟알은 종종 더 비싼 유형의 사료이기 때문에, 주정박과 같은 부산물로 일부 대체하는 것은, 원가 절감에 도움이 된다. 유리한 점은, 경제적 및 생리적 관점으로부터, 동물 성장이나 성과를 희생시키지 않고, 비교적 적은 양의 곡물과 낟알로, 사료의 소화가능성(고용량 사료의 제한 요인)을 높일 수 있다는 것이다. 게다가 보충제(도 10a,10b 참조)와 같은 비용 효과적인 그 밖의 농축된 형태의 영양분은, 필요에 따라 어떠한 영양 부족을 보충하는 데 사용될 수 있다. 따라서 급여된 농후사료의 양에 관한 제약 조건은 쉽게 완화될 수 있다. 본 발명에서, 발명자는 표 3에서 제시된 바와 같이, 세 가지 다른 수준의 농후사료 및 고정된 조사료에 대한 실험 시뮬레이션을 실시하였다. 도 5a 및 도 5b에서는 한국의 육우의 1단계에 대해, 3가지 수준(leve1~level3)의 농후사료에서 얻은 시뮬레이션 결과를 보여준다. For beef cattle, in different combinations in different countries, two main feed types are used, Rhage and Conc., at different stages of animal growth, with one type dominating the other. do. Beef cattle are usually fed mainly as roughage, after weaning, until the final stage in which more concentrated feeds are fed. The main role of the enriched feed is to provide the concentrated nutrition and energy in the animal feed. Worldwide, a variety of grains and grains and their by-products constitute the thick feed fed to animals. Since grains and kernels are often more expensive types of feed, substituting some with by-products such as distillery can help reduce costs. The advantage is that, from an economic and physiological point of view, it is possible to increase the digestibility of the feed (a limiting factor for high-dose feeds) with relatively small amounts of grain and grain, without sacrificing animal growth or performance. In addition, other cost-effective, concentrated forms of nutrients, such as supplements (see Figures 10a, 10b), can be used to compensate for any nutritional deficiencies as needed. Therefore, the constraint on the amount of fed enriched feed can be easily relaxed. In the present invention, as shown in Table 3, the inventors conducted experimental simulations for three different levels of concentrated feed and fixed forage. 5a and 5b show simulation results obtained from three levels (level1 to level3) of enriched feed for the first stage of Korean beef cattle.

도 5a 및 도 5b의 각각의 세로단은 고려된 세 가지 수준 각각에 해당되는 결과를 나타낸다. 규정된 최적의 충족 영역은 OR로, 최적의 영역 원가는 ORC로 표시된다.Each column in FIGS. 5A and 5B represents a result corresponding to each of the three levels considered. The defined best-satisfied area is denoted by OR, and the optimal area cost is denoted by ORC.

레벨 1은 한국 농촌진흥청에서 권장하는 육우의 영양분 및 사료 유형을 나타낸다. 레벨 1에서, 모든 규정된 요구량은, 어떠한 사료 원가에서도 불가능했던 조사료를 제외하고, P1에서 충족되었다. P2로, 좌측으로 이동하면서, 규정된 CP, TDN, P, DMI(도 5a,b, 레벨 1 (C), (D), (F), (I))는 총족되었으며, Ca(도 5a,b, 레벨 1 (E))와 Conc.(도 5a,b, 레벨 1 (H))는 규정된 값에서 벗어난 반면, P3에서만 권장된 Ca가(도 5a,b, 레벨 1 (E)) 충족되었다. 도 5a의 (B)에서, P1과 P2에서 선택된 지배적 원료는, 옥수수 글루텐 사료였던 반면, P3에서는 당밀이었다. 그러나 P2보다 P1에서 더 많은 양의 옥수수 글루텐 사료가 선택되었다. 이는 P2에서 부족한 영양분을 대체하는 당밀 때문이었을 수 있다. 또한, P3에서의 당밀과 비교하여, Ca 함량이 더 낮은 옥수수 글루텐 사료의 선택은, P3에서 Ca의 과잉을 초래하였다(도 5a, 레벨 1, (A)). TDN, Ca, P, Conc., DMI를 강조한다면(도 5a,b, 레벨 1 (D)~(H), (I)), 이들이 충족되는 P2 지점의 선택은, P1로부터의 125%의 원가 절감을 가능하게 할 것이며, 여기에서 조사료를 제외하고 규정된 모든 영양분이 충족되었다. Level 1 represents the nutritional and feed types of beef cattle recommended by the Rural Development Administration of Korea. At level 1, all prescribed requirements were met at P1, with the exception of forage, which was not possible at any feed cost. Moving to the left, with P2, the defined CP, TDN, P, DMI (Fig. 5a,b, level 1 (C), (D), (F), (I)) were met, and Ca (Fig. 5a, b, Level 1 (E)) and Conc. (Fig. 5a,b, level 1 (H)) deviates from the prescribed values, whereas only P3 meets the recommended Ca (Fig. 5a,b, level 1 (E)). became 5A (B) , the dominant raw material selected in P1 and P2 was corn gluten feed, whereas in P3 it was molasses. However, a higher amount of corn gluten diet was selected in P1 than in P2. This may be due to the molasses replacing the missing nutrients in P2. In addition, the selection of corn gluten feed with a lower Ca content compared to molasses at P3 resulted in an excess of Ca at P3 (Fig. 5a, level 1, (A)). Emphasizing TDN, Ca, P, Conc., and DMI (Fig. 5a,b, level 1 (D)-(H), (I)), the selection of the point P2 where they are met is at a cost of 125% from P1. Savings will be possible, where all nutrients specified except for roughage are met.

도 5a,b의 레벨 2에서, 본 발명자는 Conc. 요구량이 완화된, 영양분 편차 곡선을 조사하였다(도 5a, 레벨 2 (A)). 결과에서는 조사료와 농후사료 사이의 상충 관계를 보여주었다. 이 사례에서, 한국 농촌진흥청에서 규정한 농후사료 요구량은 50%까지 감소한 반면, 조사료는 고정되었다. P1에서는, 각기 다른 재료들과 함께, 맥주박이 더 많이 선택된 것으로 기록되었다(알팔파 건초, 옥수수가루, 제과 부산물). 이는 P1이 규정된 영양분 함량을 보이는 더 나은 사료 솔루션이었던 이유를 설명해준다. 앞 항목에서 설명된 바와 같이, 레벨 2에서는, 다양한 영양분 함량에, 원가가 유사한 다양한 사료 솔루션이 기록되었다. 두 솔루션(P2와 P3)은 이러한 영역으로부터 선택되어 분석되었다. P2와 P3의 경우, 각각 2.60kg과 2.74kg의 맥주박이 선택되었으며, 석회석의 경우, P2와 P3 순서로 5.22kg과 5.21kg이 선택되었다. 그러나 P2에서 맥주박의 양이 더 많을수록, P3 영역보다 원가가 더 낮아지고, 영양분 함량이 더 높아졌다. 수단그라스(Sudan Grass)와 옥수수 글루텐 사료는 P1에서 선택된 반면, 나머지 두 지점에서는 보이지 않았다. 이러한 두 성분의 선택은 P2와 P3에서는 충족되지 못했던, TDN, P, 조사료에 대해 규정된 양을 충족시키는 데 도움을 주었다. In level 2 of Figure 5a,b, the present inventors Conc. Nutrient deviation curves with moderated requirements were investigated (Fig. 5a, level 2 (A)). The results showed a trade-off between rough and enriched feed. In this case, the demand for enriched feed stipulated by the Rural Development Administration of Korea was reduced by 50%, while the roughage was fixed. In P1, with different ingredients, brewer's wort was recorded as having a higher selection (alfalfa hay, cornmeal, confectionery by-products). This explains why P1 was a better feed solution with a defined nutrient content. As explained in the previous section, in Level 2, various feed solutions with similar cost and different nutrient contents were recorded. Two solutions (P2 and P3) were selected from these domains and analyzed. For P2 and P3, brewers weighing 2.60 kg and 2.74 kg were selected, respectively, and for limestone, 5.22 kg and 5.21 kg were selected in the order of P2 and P3. However, the larger the amount of brewer's wort in P2, the lower the cost and higher nutrient content than in the P3 area. Sudan Grass and corn gluten diets were selected in P1, whereas they were not seen in the other two sites. The selection of these two components helped to meet the prescribed amounts for TDN, P, and roughage, which were not met in P2 and P3.

도 5a,b의 레벨 3에서, 각기 다른 파레토 프론트를 얻었다(도 5a, 레벨 3 (A)). P1에서, 규정된 모든 영양소의 양은, 완벽하게 충족되었다(도 5a,b, 레벨 3 (C)~(H)). 그러나 P1에서 P2로 좌측으로 이동하면서, P2 지점에서, 조사료에 대해 규정된 양만 충족되지 못했다(도 5b의 (G)). P2 지점의 조사료 함량은 0.02kg까지 미치지 못했다. 이는 0.02kg이 허용될 수 있는 수준이라면, 14%의 원가 절감이 기록될 수 있음을 보여준다. 레벨 1에서와 마찬가지로, P3에서는 규정된 양의 Ca만 충족이 되었다. 레벨 3의 결과는 사료 배합에서 주로 기록된 바와 같이 상쇄 효과를 필요로 하는 농후사료와 조사료 사이의 상충 관계를 더욱 더 증명해준다. 레벨 3에서는, 그 밖의 부산물과 비교할 때, 낮은 원가와 영양분 함량 때문에, 세 지점에서(P1에서 P3) 다양한 양의 옥수수가루가 선택되었다. 또한 그 밖의 저비용 부산물과 비교할 때, 옥수수가루는 육우 사료 배합에서 가장 중요한 TDN을 가장 많이 함유하고 있다. 이탈리안 라이그라스와 제과 부산물은 급여량의 균형을 맞추기 위해, P1과 P2에서 선택되었다. P1와 비교할 때, P2에서 이탈리안 라이그라스의 선택이 적어질수록, P2에서 규정된 조사료 요구량이 불충분한 결과를 낳았다.In level 3 of Figs. 5a and b, different Pareto fronts were obtained (Fig. 5a, level 3 (A)). In P1, all prescribed amounts of nutrients were fully met (Fig. 5a,b, level 3 (C)-(H)). However, moving left from P1 to P2, at point P2, only the prescribed amount for roughage was not met ((G) in Fig. 5B). The roughage content at the point P2 did not reach 0.02 kg. This shows that if 0.02 kg is an acceptable level, cost savings of 14% can be recorded. As in level 1, only the prescribed amount of Ca was met in P3. Level 3 results further demonstrate the trade-off between forage and forage, which requires an offsetting effect, primarily documented in feed formulation. At level 3, different amounts of cornmeal were chosen at three points (P1 to P3) because of their low cost and nutrient content compared to other by-products. Also, compared to other low-cost by-products, cornmeal contains the highest TDN content, which is the most important in beef feed formulations. Italian ryegrass and confectionery by-products were selected from P1 and P2 to balance the feeding amount. Compared with P1, the smaller selection of Italian ryegrass in P2 resulted in insufficient forage requirements stipulated in P2.

도 5a,b에서는, 농후사료와 조사료의 영양 요구량이 서로 상충하며, 이와 같이, 농후사료 요구량이 완화되면서(레벨 1에서 레벨 3으로), 조사료를 충족시키는 사료 배합을 찾는 일이 가능해졌음을 관찰할 수 있다. 게다가 모든 요구량이 충족되었던 사료의 원가는 계속해서 감소하였다. 즉, 레벨 1에서는 4000KRW을 넘는 원가에서도, 모든 요구량을 충족시킬 수 있는 사료 배합을 찾는 일이 불가능했다. 그러나 레벨 2와 3에서는, 약 2500KRW과 1450KRW 사이의 원가에서, 모든 요구량을 총족시킨 사료 배합을 찾을 수 있는 알고리즘이 가능해졌다. 세 가지 레벨을 비교함으로써 레벨 3에서 배합된 사료의 원가는, 레벨 2보다 30% 낮았으며, 레벨 1보다는 65% 낮았음을 알 수 있었다. 레벨 2의 사료 배합은 레벨 1보다 50% 더 낮았다. 5a and b, it is observed that the nutritional requirements of the enriched feed and the forage are in conflict with each other, and in this way, it is possible to find a feed formulation that satisfies the forage while the demand for the rich feed is relaxed (from level 1 to level 3) can do. In addition, the cost of feed for which all requirements were met continued to decrease. In other words, at level 1, it was impossible to find a feed formulation that could satisfy all requirements even at a cost exceeding 4000KRW. However, at Levels 2 and 3, an algorithm has become possible to find a feed formulation that satisfies all requirements at a cost between about 2500KRW and 1450KRW. By comparing the three levels, it was found that the cost of the feed formulated in level 3 was 30% lower than that of level 2 and 65% lower than that of level 1. The feed formulation of level 2 was 50% lower than that of level 1.

2.2.1. 육우: 사례 22.2.1. Beef Cattle: Case 2

P1과 P2는 파레토 프론트에서 P2와의 근접한 거리를 보여주었으며, 원가는 13% 더 낮았다(도 6의 (A)). 그러나 P2는 규정된 TDN(도 6의 (D)) 함량에서 0.3kg가 부족했다. 조사료에 대한 P1 솔루션이 규정된 양부다 50%까지 부족했음에도 불구하고, P2는 규정된 양을 100%까지 충족시키지 못했다. 또한 P2에서 P의 초과량은 P1의 초과량보다 더 나았다. 이러한 성장 단계에서(사례) 0.12kg, 0.33kg, 9.61kg은 각각 P1, P2, P3에 대해서 선택되었다. P3에서 선택된 많은 양의 석회석은, Ca의 높은 함량(도 6의 (E))과 수분 함량 부족 때문에, DMI(도 6의 (I))와 Ca(도 6의 (E))의 충족을 가능하게 하였다. P1과 P2에서는 모두, 유사한 양의 옥수수 글루텐 사료가 선택되었다. P1에서 선택된 볏짚은 P2와 비교할 때, 이 지점에서 조사료를 더 잘 충족시킬 수 있게 해주었다. P1 and P2 showed a close distance to P2 in the Pareto front, and the cost was 13% lower (FIG. 6(A)). However, P2 lacked 0.3 kg in the prescribed TDN (FIG. 6(D)) content. Although the P1 solution for roughage fell short of the prescribed amount by 50%, P2 did not meet the prescribed amount by 100%. Also, the excess of P in P2 was better than the excess of P1. In this growth stage (case) 0.12 kg, 0.33 kg, and 9.61 kg were selected for P1, P2 and P3, respectively. A large amount of limestone selected in P3 can satisfy DMI ((I) in FIG. 6) and Ca ((E) in FIG. 6) due to the high content of Ca ((E) in FIG. 6) and lack of moisture content. made it For both P1 and P2, similar amounts of corn gluten diets were selected. The rice straw selected in P1 made it possible to better meet the forage at this point compared to P2.

2.2.2. 육우: 사례 32.2.2. Beef Cattle: Case 3

육우 사례 3의 사료 배합에서, 네 가지 뚜렷한 지점이 선택되어 분석되었다(도 7의 (A)). P1은 조사료를 제외하고 규정된 모든 영양분을 합리적으로 충족시켰다. 그러나 P1에서 P2로 좌측으로 이동하면서, 농후사료는 규정된 양에서 18%까지 벗어났지만, 원가는 33%까지 절감되었다. 사례 1, 레벨 2에서와 마찬가지로, P3와 P4에서 유사한 추세가 기록되었다. 사례 3의 결과에서는 사례 1의 배합에서 설명된 이유 때문에, 모든 지점에서 충족되지 않았던 농후사료(도 7의 (H)) 및 조사료(도 7의 (G))를 제외하고, P2에서 모든 규정된 영양분이 충족되었음을 보여주었다. 다양한 원료와 양이, 각기 다른 지점에서 선택되었다. 주요 원료에는, P2와 P1에서 옥수수 글루텐 사료, 옥수수, 당밀이, P2, P3, P4에서 석회석이 포함된다. In the feed formulation of beef cattle case 3, four distinct points were selected and analyzed (FIG. 7(A)). P1 reasonably satisfied all prescribed nutrients except for roughage. However, moving from P1 to P2 to the left, the concentrated feed deviated from the prescribed amount by 18%, but the cost was reduced by 33%. As in Case 1, Level 2, similar trends were recorded in P3 and P4. In the results of Case 3, for the reasons explained in the formulation of Case 1, all the prescribed conditions in P2 were excluded, except for the enriched feed ((H) in FIG. 7) and the roughage ((G) in FIG. showed that the nutrients were met. Various raw materials and quantities were selected at different points. The main raw materials include corn gluten feed at P2 and P1, corn, molasses at P2, P3, and limestone at P4.

2.2.3. 육우: 사례 42.2.3. Beef Cattle: Case 4

본 발명에서 육우 사료 배합에 대해 분석된 최종 사례는, 사례 3의 파레토 전선과 유사했다. P1은 조사료를 제외하고 권장된 모든 영양 요구량을 충족시켰다. 사례 2에서와 마찬가지로, P2(도 8의 (A))는, 21% 부족했던 농후사료 함량을 제외하면(도 8의 (H)), 만족스러운 솔루션이었다. 모든 지점에서는 조사료에 대해서 규정된 값을 충족시키지 못했다(도 8의 (G)). 사례 3에서와 마찬가지로, P3과 P4는 솔루션이 서로 달랐으며, 원가도 약간 달랐지만, 두 지점에서만 권장된 DMI를 충족시켰다(도 8의 (I)). 옥수수 글루텐 사료, 면실박, 당밀, 소금은 P1에서 선택된 주요 원료였으며, P2에서는 대두와 밀껍질이 주 원료였으며, P2, P3, P4에서는 각각 5.41kg, 5.53kg, 1.23kg의 석회석이 선택되었다.The final case analyzed for beef feed formulations in the present invention was similar to the Pareto front of Case 3. P1 met all recommended nutritional requirements except for roughage. As in case 2, P2 ((A) in FIG. 8) was a satisfactory solution, except for the concentrated feed content, which was 21% insufficient ((H) in FIG. 8). All points did not meet the prescribed value for roughage (FIG. 8 (G)). As in case 3, P3 and P4 had different solutions and slightly different costs, but only met the recommended DMI at two points (Fig. 8(I)). Corn gluten feed, cottonseed meal, molasses and salt were the main raw materials selected in P1, soybean and wheat husks were the main raw materials in P2, and limestone of 5.41 kg, 5.53 kg and 1.23 kg were selected in P2, P3 and P4, respectively.

본 발명에서, 단일 목적 제약 문제인 기존의 사료 배합 접근법은, 다중-목적 문제로서 공식화되었다. 다중-목적 공식은 a) 영양 요구량 일부를 완화시키는 것이 동물의 성장이나 성과에 영향을 미치지 않으며, b) 영양 요구량 충족 및 사료 원가가 때로 상충할 수도 있다는 이전 연구로부터의 관찰을 기초로 하였다. 따라서, 제안된 다중-목적 사료 배합에서, 사료 원가 및, 규정된 요구량으로부터의 영양분의 편차는, 두 가지 목적으로 고려되었다. 또한 진화적 다목적 최적화(NSGA-II) 방법의 사용은, 한 번의 실행으로 전체 구성 솔루션 집합을 제공하였다. 전체 파레토 프론트의 이용가능성은, 여러 영양분과 관련 사료 원가 사이의 관계를 제공하였기 때문에, 사료 배합자가 더 나은 결정을 할 수 있도록 도움을 주었다. 젖소와 육우 사료 배합의 각기 다른 사례들을 사용한 실험 시뮬레이션들은, 제안된 프레임워크의 적용 가능성을 입증하였다. In the present invention, the existing feed formulation approach, which is a single-purpose pharmaceutical problem, has been formulated as a multi-purpose problem. The multi-purpose formula was based on observations from previous studies that a) mitigating some nutrient requirements did not affect animal growth or performance, and b) meeting nutrient requirements and cost of feed might sometimes be at odds. Thus, in the proposed multi-purpose feed formulation, feed cost and deviation of nutrients from prescribed requirements were considered for two purposes. Also, the use of the evolutionary multipurpose optimization (NSGA-II) method provided a full set of construct solutions in one run. The availability of a full Pareto Front helped the feed formulator to make better decisions, as it provided a relationship between several nutrients and the associated feed cost. Experimental simulations using different examples of cow and beef feed formulations demonstrated the applicability of the proposed framework.

이상에서 설명된 방법은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 방법, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The method described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of the hardware component and the software component. For example, the methods, apparatus and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA). array), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it can include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively)처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or apparatus, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. may be embodied in The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims rather than being limited by the above-described embodiments, and all technical ideas within an equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (4)

젖소에 대해 사료 원가의 최소화 및 영양 요구량을 만족하는 사료 배합 방법에 있어서,
상기 방법은, 젖소에 대해 다음의 목적식 1 및 목적식 2를 만족하고,
목적식 1: 사료 원가
Figure pat00010

목적식 2: 규정된 영양 요구량으로부터의 편차
Minimize|MP - M|+ |Lys - N| + |Ca - O| + |P - Q| +|ME - R| + |Met - S|
여기서 n은 고려 중인 성분의 수이며, wi 는 kg 단위의 무게이며, costi 는 사료 원료의 원가(KRW/kg)이며, MP는 대사성 단백질, Lys는 라이신, Ca는 칼슘, P는 인, ME는 대사 에너지, Met는 메티오닌을 나타내고, M, N, O, Q, R, S는 각각 MP, Lys, Ca, P, ME, Met에 대한 요구량을 규정하고, 상기 요구량은 젖소의 연령 및 체중에 따라 상이한 것을 특징으로 하는
젖소에 대해 사료 원가의 최소화 및 영양 요구량을 만족하는 사료 배합 방법.
In a feed formulation method that minimizes feed cost and satisfies nutritional requirements for dairy cows,
The method satisfies the following Objectives 1 and 2 for cows,
Purpose 1: Feed cost
Figure pat00010

Objective 2: Deviation from prescribed nutritional requirements
Minimize|MP - M|+ |Lys - N| + |Ca - O| + |P - Q| +|ME - R| + |Met - S|
where n is the number of components under consideration, wi is the weight in kg, costi is the cost of feed ingredients (KRW/kg), MP is metabolic protein, Lys is lysine, Ca is calcium, P is phosphorus, ME is Metabolic energy, Met represents methionine, M, N, O, Q, R, S define the requirements for MP, Lys, Ca, P, ME, Met, respectively, and the requirements depend on the age and weight of the cow characterized by different
A feed formulation method that minimizes feed cost and meets nutritional requirements for dairy cows.
제1항에 있어서,
다중 목적식을 최적화하기 위해 진화적 다중-목적 최적화 알고리즘인 NSGA-II가 사용되는 것을 특징으로 하는
젖소에 대해 사료 원가의 최소화 및 영양 요구량을 만족하는 사료 배합 방법.
According to claim 1,
NSGA-II, an evolutionary multi-objective optimization algorithm, is used to optimize the multi-objective expression.
A feed formulation method that minimizes feed cost and meets nutritional requirements for dairy cows.
육우에 대해 사료 원가의 최소화 및 영양 요구량을 만족하는 사료 배합 방법에 있어서,
상기 방법은, 육우에 대해 다음의 목적식 3 및 목적식 4를 만족하고,
목적식 3: 사료 원가
Figure pat00011
(4)
목적식 4: 규정된 영양 요구량으로부터의 편차
Minimize|DMI - A|+ |CP - B|+ |TDN - C| + |Ca - D|+|P - E|+ |Rhage - F|+ |MC - G|+ |Conc. - H|
여기서 n은 고려 중인 성분의 수이며, wi 는 kg 단위의 무게이며, costi 는 사료 원료의 원가(KRW/kg)이며, DMI는 건물 섭취량, CP는 조단백질, TDN은 총 가소화 영양분, Ca는 칼슘, P는 인, Rhage는 조사료, MC는 함수율, Conc.는 농후사료를 나타내고, A, B, C, D, E, F, G, H는 각각 DMI, CP, TDN, Ca, P, Rhage, Mc, Conc.에 대한 요구량을 규정하고, 요구량은 소의 연령과 체중에 따라 상이한 것을 특징으로 하는
육우에 대해 사료 원가의 최소화 및 영양 요구량을 만족하는 사료 배합 방법.
In a feed formulation method that minimizes feed cost and satisfies nutritional requirements for beef cattle,
The method satisfies the following Objective Expressions 3 and 4 for beef cattle,
Objective 3: Feed Cost
Figure pat00011
(4)
Objective 4: Deviation from prescribed nutritional requirements
Minimize|DMI - A|+ |CP - B|+ |TDN - C| + |Ca - D|+|P - E|+ |Rhage - F|+ |MC - G|+ |Conc. - H|
where n is the number of ingredients under consideration, wi is the weight in kg, costi is the cost of feed ingredients (KRW/kg), DMI is dry matter intake, CP is crude protein, TDN is total digestible nutrients, and Ca is calcium , P is phosphorus, Rhage is roughage, MC is moisture content, Conc. is rich feed, A, B, C, D, E, F, G, H are DMI, CP, TDN, Ca, P, Rhage, A requirement for Mc, Conc.
A feed formulation method that minimizes feed cost and satisfies nutritional requirements for beef cattle.
제3항에 있어서,
다중 목적식을 최적화하기 위해 진화적 다중-목적 최적화 알고리즘인 NSGA-II가 사용되는 것을 특징으로 하는
육우에 대해 사료 원가의 최소화 및 영양 요구량을 만족하는 사료 배합 방법.
4. The method of claim 3,
NSGA-II, an evolutionary multi-objective optimization algorithm, is used to optimize the multi-objective expression.
A feed formulation method that minimizes feed cost and satisfies nutritional requirements for beef cattle.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115828734A (en) * 2022-11-06 2023-03-21 江苏天成科技集团有限公司 Low-carbon feed formula method based on improved NSGA2 algorithm

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09201167A (en) * 1996-01-24 1997-08-05 Natl Fedelation Of Agricult Coop Assoc Design for blending of feed
JP2001178374A (en) * 1999-12-24 2001-07-03 Takaaki Satake Method of designing multipurpose formulation of feed
KR20160145259A (en) * 2015-06-09 2016-12-20 호산대학교 산학협력단 Weight data gathering and control device by remote weight control in T.M.F. packing machine
JP2019086817A (en) * 2017-11-01 2019-06-06 株式会社日立製作所 Design support apparatus and design support method
JP2019537783A (en) * 2016-10-18 2019-12-26 ライフェンホイザー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシャフト・マシイネンファブリーク Manufacturing process monitoring method, indirect estimation of systematic dependencies, quality adaptation method, manufacturing process start method, extruded product manufacturing method, and extruded product manufacturing system
US20200272908A1 (en) * 2019-02-26 2020-08-27 Cognizant Technology Solutions U.S. Corp. Enhanced Optimization With Composite Objectives and Novelty Pulsation
US20210095141A1 (en) * 2019-10-01 2021-04-01 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods for formulating material in a data-driven manner

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09201167A (en) * 1996-01-24 1997-08-05 Natl Fedelation Of Agricult Coop Assoc Design for blending of feed
JP2001178374A (en) * 1999-12-24 2001-07-03 Takaaki Satake Method of designing multipurpose formulation of feed
KR20160145259A (en) * 2015-06-09 2016-12-20 호산대학교 산학협력단 Weight data gathering and control device by remote weight control in T.M.F. packing machine
JP2019537783A (en) * 2016-10-18 2019-12-26 ライフェンホイザー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシャフト・マシイネンファブリーク Manufacturing process monitoring method, indirect estimation of systematic dependencies, quality adaptation method, manufacturing process start method, extruded product manufacturing method, and extruded product manufacturing system
JP2019086817A (en) * 2017-11-01 2019-06-06 株式会社日立製作所 Design support apparatus and design support method
US20200272908A1 (en) * 2019-02-26 2020-08-27 Cognizant Technology Solutions U.S. Corp. Enhanced Optimization With Composite Objectives and Novelty Pulsation
US20210095141A1 (en) * 2019-10-01 2021-04-01 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods for formulating material in a data-driven manner

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Algoritmo NSGA-II basado en objetivos de Pareto para optimización multipropósito" Revista de la Asociación Coreana de Telecomunicaciones, Vol. 32, No. 11A, páginas 1079-1085 (2007.11.30.) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115828734A (en) * 2022-11-06 2023-03-21 江苏天成科技集团有限公司 Low-carbon feed formula method based on improved NSGA2 algorithm
CN115828734B (en) * 2022-11-06 2023-11-28 江苏天成科技集团有限公司 Low-carbon feed formula method based on improved NSGA2 algorithm

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