RU2552827C2 - Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при программируемом росте животных и птицы - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к автоматизированным технологиям и техническим средствам приготовления кормовых смесей для животных и птицы. Устройство содержит задатчик сигнала реального возраста поголовья 1, блок задатчиков промежуточных управляющих сигналов 2, блок задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 3. Выходы блока 3 подключены к первым неинвертирующим входам блока схем сравнения сигналов доз кормов 4. Ко вторым инвертирующим входам блока 4 подключены выходы блока задатчиков сигналов реальных доз кормов 5. Выходы блока 4 соединены с входами блока дозаторов кормов 6. Выходы блока 6 соединены с входами смесителя 7, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь 8. В устройство введены задатчик имитируемого сигнала возраста поголовья 9, задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья 10, задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья 11, вычислитель сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания 12, вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания 13, вычислитель сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания 14, вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания 15, схема сравнения сигналов живой массы поголовья в начальной и в конечной стадии выращивания 16, формирователь сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы 17, блок управляемых ключей 18, схема совпадения сигналов 19, блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего решение 20, задатчик сигнала вида критерия оптимизации 21, задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия 22. Выход задатчика сигнала 9 подключен к входам задатчиков сигналов 10 и 11 и к первому входу схемы совпадения сигналов 19. Выход задатчика сигнала 10 соединен с соединением первых входов вычислителей сигналов 12 и 13. Выход задатчика сигнала 11 соединен с соединением первых входов вычислителей сигналов 14 и 15. Выходы вычислителей сигналов 12 и 14 подключены к первому и второму входам схемы сравнения сигналов 16. Выход схемы сравнения сигналов 16 через формирователь сигнала 17 подключен ко второму входу схемы совпадения сигналов 19, к третьему входу которой подключен выход задатчика сигнала 1. Выход схемы совпадения сигналов 19 соединен с управляющим входом блока управляемых ключей 18. Первый, второй входы и соответствующие выходы блока 18 подключены к выходу вычислителей сигналов 13 и 15, к соответствующим входам блока 3. Выход блока 2 соединен с соединением вторых входов вычислителей сигналов 13 и 15. Выход задатчика сигнала 22 подключен к соединению третьих входов вычислителей сигналов 13 и 15. Выход блока 20 через задатчик сигнала 21 подключен к соединению четвертых входов вычислителей сигналов 13 и 15. Обеспечивается возможность управления технологическим процессом составления рациона кормовой смеси и ее приготовления для животных и птицы. 10 ил.

Description

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к автоматизированным технологиям и техническим средствам приготовления кормовых смесей (далее «кормосмесей») для животных и птицы.

Известно устройство составления экономичного 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) прироста прибыли от технологических процессов приготовления кормосмеси и кормления поголовья (Патент РФ 2462864. Устройство составления экономичного 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 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 невозможность автоматизированного формирования 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. Также недостатком данного технического решения является невозможность экономного управления технологическими процессами составления экономичного рациона кормосмеси и ограниченным кормлением поголовья в конечной стадии выращивания животных и птицы, когда большая часть кормосмеси идет не на прирост живой массы, а просто на поддержание жизни животного или птицы с большой живой массой.

Задачей изобретения является автоматизированное управление технологическими процессами составления рациона кормосмеси по различным технико-экономическим критериям оптимизации и 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. Также задачей изобретения является автоматизированное экономное управление технологическими процессами составления экономичного рациона кормосмеси в конечной стадии выращивания животных и птицы, когда большая часть кормосмеси идет не на прирост живой массы, а просто на поддержание жизни животного или птицы с большой живой массой, повышение точности управления процессами кормоприготовления. 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 технологическим процессом составления экономичного рациона кормосмеси для достижения наивысшей технико-экономической эффективности этого процесса по одному или по другому экономическому критерию оптимизации для достижения наивысшей экономической эффективности этих процессов в складывающейся на сельскохозяйственном предприятии технико-экономической ситуации (проблемы с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п.), 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, причем обеспечивается это и в конечной стадии выращивания животных и птицы, когда большая часть кормосмеси идет не на прирост живой массы, а на поддержание жизни животного или птицы с большой живой массой, существенно повышается точность управления процессами кормоприготовления. 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 программируемом росте животных и птицы содержит задатчик сигнала реального возраста поголовья, блок задатчиков промежуточных управляющих сигналов, блок задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов, выходы которого подключены к соответствующим первым неинвертирующим входам блока схем сравнения сигналов доз кормов, ко вторым соответствующим инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов реальных доз кормов, а выходы блока схем сравнения сигналов доз кормов соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов, выходы которого соединены с входами смесителя, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь, при этом в устройство введены задатчик имитируемого сигнала возраста поголовья, задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья, задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья, вычислитель сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания, вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания, вычислитель сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания, вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, схема сравнения сигналов живой массы поголовья в начальной и в конечной стадии выращивания, формирователь сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы, блок управляемых ключей, схема совпадения сигналов, блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего решение, задатчик сигнала вида критерия оптимизации, задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия, при этом выход задатчика имитируемого сигнала возраста поголовья подключен к входам задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья и задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья и к первому входу схемы сов-падения сигналов, выход задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья соединен с соединением первых входов вычислителя сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания, выход задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья соединен с соединением первых входов вычислителя сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, выходы вычислителя сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания и вычислителя сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания подключены соответственно к первому и второму входам схемы сравнения сигналов живой массы поголовья в начальной и в конечной стадии выращивания, выход которой через формирователь сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы подключен к второму входу схемы совпадения сигналов, к третьему входу которой подключен выход задатчика сигнала реального возраста поголовья, а выход которой соединен с управляющим входом блока управляемых ключей, первый и второй входы и соответствующие выходы которого подключены соответственно к выходу вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания, к выходу вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания и к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов, при этом выход блока задатчиков промежуточных управляющих сигналов соединен с соединением вторых входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, выход задатчика сигнала значения допустимого уменьшения критерия подключен к соединению третьих входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, выход блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего решение, через задатчик сигнала вида критерия оптимизации подключен к соединению четвертых входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания.

На фиг. 1…фиг. 10 приведены иллюстрации принципа действия и функциональная схема устройства. На фиг. 1 дан выбор критерия оптимизации. На фиг. 2 показан результат расчета рациона кормосмеси. На фиг. 3 показано задание величины 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 дана иллюстрация к работе алгоритма оптимизации управления при откорме животных примеры функций потерь продуктивности поголовья.

На фиг. 10 изображена функциональная схема устройства составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при программируемом росте животных и птицы: 1 - задатчик сигнала реального возраста поголовья; 2 - блок задатчиков промежуточных управляющих сигналов; 3 - блок задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов; 4 - блок схем сравнения сигналов доз кормов; 5 - блок задатчиков сигналов реальных доз кормов; 6 - блок дозаторов кормов; 7 - смеситель; 8 - экономически оптимальная кормосмесь; 9 - задатчик имитируемого сигнала возраста поголовья; 10 - задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья; 11 - задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья; 12 - вычислитель сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания; 13 - вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания; 14 - вычислитель сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания; 15 - вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания; 16 - схема сравнения сигналов живой массы поголовья в начальной и в конечной стадии выращивания; 17 - формирователь сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы; 18 - блок управляемых ключей; 19 - схема совпадения сигналов; 20 - блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего решение); 21 - задатчик сигнала вида критерия оптимизации; 22 - задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия.

Для правильного развития молодняка сельскохозяйственных животных и/или получения животноводческой продукции высокого качества требуется соблюдать определенную закономерность роста массы животных. Оптимальная динамика прироста массы животных определяется посредством моделирования физиологических процессов роста, либо путем проведения натурных экспериментов [1. Дудин В.И., Черепанов Г.Г., Кузнецов С.Г., Манухина А.И. Экспериментальная апробация системной модели роста свиней // Проблемы физиологии, биохимии, биотехнологии и питания сельскохозяйственных животных. - Боровск, 1994. 2. Куценко А.И. Математическое моделирование и оптимизация параметров производства на комплексах по откорму крупного рогатого скота // Диссертация на соиск. уч. степени канд. эк. наук. - М., 2007. 3. Тюпаев И.М., Черепанов Г.Г. Динамика роста бычков при разном уровне питания // Проблемы физиологии, биохимии, биотехнологии и питания сельскохозяйственных животных. - Боровск, 1994. 4. Черепанов Г.Г. Системная морфофизиологическая теория роста животных. - Боровск, 1994. 5. Черепанов Г.Г., Агафонов В.И. Обоснование оптимальной интенсивности роста и наиболее целесообразных сроков убоя при выращивании и откорме крупного рогатого скота // Зоотехния, №3, 1994. 6. Шляхтунов В.И., Плященко А.И. Повышение качества говядины. - Минск, 1986].

Основным регулятором прироста выступает суточный рацион. При этом задача оптимизации рациона формулируется следующим образом: «Составить рацион, обеспечивающий заданный прирост массы животных при максимальной экономической эффективности использования кормов». Экономическая эффективность использования кормов выражается прибылью или рентабельностью, обеспечиваемой рационом. При данной постановке задачи методика оптимизации рациона при программировании прироста массы животных может иметь два варианта - «одношаговый» и «многошаговый».

Первый вариант - «одношаговый». Оптимизация рациона для получения заданного прироста массы животных по 1-му варианту ориентирована на раздельную оптимизацию рационов по приросту, задаваемому для каждого шага наращивания массы. При этом в качестве исходных данных для расчета берутся усредненные по «шагу» характеристики животного и заданный суточный прирост массы. В этом случае оптимизация выполняется по методике планирования рационов для индивидуального дозированного кормления животных [Лукьянов Б.В., Лукьянов П.Б. Новая информационная технология оптимизации рационов для сельскохозяйственных животных (Компьютерные программы «КОРАЛЛ»): Учебно-методическое пособие. - М.: Изд-во РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2009] с использованием одного из критериев:

- максимальная прибыль при заданной продуктивности;

- максимальная рентабельность при заданной продуктивности;

- минимальная стоимость рациона при заданной продуктивности.

Второй вариант- «многошаговый». При отсутствии требования обеспечить задаваемый пошаговый прирост массы альтернативой по отношению к 1-му варианту может служить следующая постановка задачи: «Составить серию рационов, обеспечивающих требуемый прирост массы животного за заданный период времени при максимальной экономической эффективности использования кормов». При такой постановке задача оптимизации рациона попадает в класс задач оптимального управления и в рамках теории оптимального управления формулируется следующим образом: «Требуется найти такую динамику кормления (траекторию управления), при которой масса животного вырастет от начального значения m₀, соответствующего моменту времени t₀, до требуемого значения m₁, соответствующего заданному моменту времени t₁, с минимальной стоимостью кормов». Таким образом, объектом управления выступает животное, состояние которого характеризуется двумя фазовыми переменными: «масса» и «суточный прирост массы». Вектором управления является суточный рацион. За функционал качества принимается стоимость кормов, расходуемых на одно животное за период откорма. Время изменяется дискретно, обычный для животноводства и птицеводства квант времени - одни сутки. После приведения задачи к стандартному виду задач теории оптимального управления, условия задачи описываются следующим образом.

Фазовый вектор объекта является двумерным:

x=(x¹, x²),

где x¹ - масса животного; x² - суточный прирост массы.

Управление задается вектором кормов рациона:

u(t)=(u¹(t), …, u^k(t), …, u^m(t)),

где u^k(t) - масса k-го корма в рационе t-го дня откорма; m - количество кормов рациона.

Функционал качества описывается выражением:

j=t₁

J(u(t), x(t))=∑C_рацj→min,

j=t₀

где J(u(t), x(t)) - функционал качества; C_рацj - стоимость рациона в j-тый день откорма; j∈[t₀, t₁].

Задача решается в следующей последовательности.

1. Оценивается управляемость объекта, т.е. проверяется возможность выполнения требуемого откорма в заданный период времени имеющимися кормами. Для оценки управляемости объекта выполняется серия расчетов рационов по критерию «максимальная продуктивность» на период откорма с дискретностью в один день. Если в конце периода требуемая масса животного не достигнута, то делается заключение, что объект неуправляем, и следует пересмотреть исходные данные задачи. Если требуемая масса животного достигнута, то делается заключение, что объект управляем. В этом случае управление u⁰(t) и траектория x⁰(t) запоминаются и решение задачи продолжается.

2. Определяется оптимальная траектория управления и соответствующая ей фазовая траектория объекта. При выращивании и откорме животных при движении от t₀ к t₁ оплата корма снижается, так как при этом масса животных растет и, соответственно, увеличивается доля рациона, идущая на поддержание их жизни. Поэтому с целью минимизации расхода кормов следует прирост массы в конце периода делать минимально допустимым с точки зрения сохранности здоровья животных и соблюдения технологических условий их роста. Поэтому на этом шаге решения задачи для определения оптимальной траектории управления выполняется «обратный» расчет изменения массы животного, при движении от t₁ к t₀, по критерию «минимальная стоимость при заданной продуктивности».

На фиг. 9 иллюстрируется последовательность решения задачи через изменение во времени массы животного (х¹(t)). Кривая x⁰¹(t) отображает первый шаг решения - оценку управляемости. Кривая x¹(t) соответствует оптимальному управлению; стрелка указывает направление последовательности вычислений при определении оптимальной траектории управления. Расчет рационов по минимальному приросту начинается с момента времени t₁ (точка С) и продолжается до пересечения с кривой x⁰¹(t) (точка В). На участке ВА рационы рассчитываются по максимальному приросту. Найденные рационы определяют оптимальное управление для откорма животного с начальной массой x¹(t₀) до требуемой массы x¹(t₁) при минимальной стоимости кормов (траектория ABC).

Описанные алгоритмы оптимизации рационов при программируемом росте животных могут выполняться в том числе с помощью готовых компьютерных программ, например, «КОРАЛЛ - Кормление выращиваемого скота» и «КОРАЛЛ - Кормление свиней» [www.korall-agro.ru, E-mail: ration@mail.ru].

Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при программируемом росте животных и птицы содержит задатчик сигнала реального возраста поголовья 1, блок задатчиков промежуточных управляющих сигналов 2, блок задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 3, выходы которого подключены к соответствующим первым неинвертирующим входам блока схем сравнения сигналов доз кормов 4, ко вторым соответствующим инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов реальных доз кормов 5, а выходы блока схем сравнения сигналов доз кормов 4 соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов 6, выходы которого соединены с входами смесителя 7, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь 8, при этом в устройство введены задатчик имитируемого сигнала возраста поголовья 9, задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья 10, задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья 11, вычислитель сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания 12, вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания 13, вычислитель сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания 14, вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания 15, схема сравнения сигналов живой массы поголовья в начальной и в конечной стадии выращивания 16, формирователь сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы 17, блок управляемых ключей 18, схема совпадения сигналов 19, блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего решение) 20, задатчик сигнала вида критерия оптимизации 21, задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия 22, при этом выход задатчика имитируемого сигнала возраста поголовья 9 подключен к входам задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья 10 и задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья 11 и к первому входу схемы совпадения сигналов 19, выход задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья 10 соединен с соединением первых входов вычислителя сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания 12 и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания 13, выход задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья 11 соединен с соединением первых входов вычислителя сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания 14 и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания 15, выходы вычислителя сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания 12 и вычислителя сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания 14 подключены соответственно к первому и второму входам схемы сравнения сигналов живой массы поголовья в начальной и в конечной стадии выращивания 16, выход которой через формирователь сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы 17 подключен к второму входу схемы совпадения сигналов 19, к третьему входу которой подключен выход задатчика сигнала реального возраста поголовья 1, а выход которой соединен с управляющим входом блока управляемых ключей 18, первый и второй входы и соответствующие выходы которого подключены соответственно к выходу вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания 13, к выходу вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания 15 и к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 3, при этом выход блока задатчиков промежуточных управляющих сигналов 2 соединен с соединением вторых входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания 13 и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания 15, выход задатчика сигнала значения допустимого уменьшения критерия 22 подключен к соединению третьих входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания 13 и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания 15, выход блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего решение) 20 через задатчик сигнала вида критерия оптимизации 21 подключен к соединению четвертых входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания 13 и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания 15.

Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при программируемом росте животных и птицы 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 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

$$ПР={С}_{прод}^{Б}-{П}_{дисб}-{С}_{рац},\left(\text{руб}\text{.}\right)$$

;

- сигнал уровня рентабельности рациона

$$Р=\left(\left({С}_{прод}^{Б}-{П}_{дисб}-{С}_{рац}\right)/{С}_{рац}\right)\times \mathrm{100,}\left(\text{\%}\right)$$

;

- сигнал сбалансированности рациона

$$СБ=\left(1-{П}_{дисб}/{С}_{прод}^{Б}\right)\times \mathrm{100,}\left(\text{\%}\right)$$

,

где ПР - сигнал прибыли, обеспечиваемой рационом; $${С}_{прод}^{Б}$$

- 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,

- также 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 имитируемый сигнал возраста животного или птицы, задают имитируемый сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы животного или птицы, в зависимости от которого формируют сигнал живой массы животного или птицы в начальной стадии выращивания и формируют сигнал близкого к экономически оптимальному рациона в начальной стадии выращивания, задают имитируемый сигнал дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы животного или птицы, в зависимости от которого определяют сигнал живой массы животного или птицы в конечной стадии выращивания и формируют сигнал близкого к экономически оптимальному рациона в конечной стадии выращивания, сравнивают сигналы живой массы животного или птицы в начальной и в конечной стадии выращивания и в зависимости от результата сравнения формируют сигнал отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы, задают сигнал реального возраста животного или птицы, при совпадении имитируемого сигнала возраста животного или птицы, сигнала реального возраста птицы и сформированного сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы разрешают выбор для дальнейшего управления составлением близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовлением близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при программируемом росте животных и птицы одного из двух сформированных сигналов экономически оптимального рациона в начальной или в конечной стадии выращивания, в зависимости от одного из этих двух сформированных сигналов задают сигналы близких к экономически оптимальным доз кормов, задают сигналы реальных доз кормов, сравнивают заданные сигналы близких к экономически оптимальным доз кормов с соответствующими заданными сигналами реальных доз кормов и по результату сравнения производят дозирование кормов для последующего их смешивания в кормосмесь, затем осуществляют коррекцию смешивания доз кормов и получают близкую к экономически оптимальной кормосмесь при программируемом росте животных и птицы.

Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при программируемом росте животных и птицы (фиг. 10) работает следующим образом. Для примера рассмотрим случай бройлерного птицеводства. В задатчике имитируемого сигнала возраста поголовья 9 задается периодически изменяющийся от наименьшего своего значения до наибольшего своего значения сигнал, соответствующий диапазону возрастов птицы от одних суток до 35 суток обычного срока выращивания современных кроссов бройлеров. Это делается для определения, в соответствии с программой выращивания птицы во всем диапазоне ее возрастов, следующих величин. Это значения ежесуточной дозы корма при управлении составлением рациона в начальной стадии выращивания посредством задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья 10. А также - значения ежесуточной дозы корма при управлении составлением рациона в конечной стадии выращивания посредством задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья 11. В соответствии с полученными значениями ежесуточных доз кормосмеси вычисляются значения сигналов живой массы птицы в начальной и в конечной стадии выращивания, поскольку такие две математические модели продуктивности бройлеров известны из технологических опытов по уточнению роста бройлеров. Эти функции выполняют вычислитель сигнала живой массы птицы в начальной стадии выращивания 12 и вычислитель сигнала живой массы птицы в конечной стадии выращивания 14. Также в соответствии с этими значениями ежесуточных доз кормосмеси при управлении составлением рациона в начальной и конечной стадиях выращивания вычисляются рационы экономически оптимальной кормосмеси. Это делается посредством вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания 13 и с помощью вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания 15.

Сравнение получаемых в один и тот же момент времени двух значений вычисленной продуктивности происходит в схеме сравнения сигналов живой массы поголовья в начальной и в конечной стадии выращивания 16. На выходе этой схемы сравнения появляется сигнал, который преобразуется в формирователе сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы 17. Полученный преобразованный сигнал подается на первый управляющий вход схемы совпадения сигналов 19 и свидетельствует о том, что в этот момент времени компьютерного моделирования процесса составления экономически оптимальных рационов возможен переход в режим ограничения кормления птицы. На второй управляющий вход схемы совпадения сигналов 19 также подается выходной сигнал задатчика имитируемого сигнала возраста поголовья 9, причем с временным периодом его формирования в этом задатчике. Частота формирования этого имитационного сигнала может быть достаточно высокой для того, чтобы оператор мог вовремя и достаточно быстро оценить электронным образом моделируемый процесс формирования программируемого продуктивного роста птицы и своевременно внести свои управляющие поправки. Задатчик сигнала реального возраста поголовья 1 задает время хода реального производственного процесса. Его выходной сигнал поступает на третий управляющий вход схемы совпадения сигналов 19 для практического сопоставления хода реального времени технологического процесса кормления и реального роста бройлеров с ходом имитируемого по времени моделируемого процесса программируемого роста птицы.

В момент одновременного появления на всех трех управляющих входах схемы совпадения сигналов 19 она вырабатывает свой выходной управляющий сигнал для блока управляемых ключей 18. Этот блок срабатывает, и в устройстве обеспечивается дальнейшее прохождение сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания птицы. В результате прекращается прохождение через этот блок сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания бройлеров, и начинается прохождение через него сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания птицы. В данный момент времени происходит автоматизированный переход из режима неограниченного кормления бройлеров, из режима кормления их вволю, в режим ограниченного кормления птицы. Начиная с этого момента времени прекращается избыточный перерасход кормосмеси с экономически оптимальным составом.

На фиг. 10 показана связь блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего решение) 20 с обоими двумя вычислителями сигналов экономически оптимального рациона в начальной и в конечной стадии выращивания 13 и 15 через задатчик сигнала вида критерия оптимизации 21. Этот факт обеспечивает экономически оптимальное управление составлением рациона по различным критериям оптимизации. Также на фиг. 10 показана связь блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего решение) 20 с обоими двумя вычислителями сигналов экономически оптимального рациона в начальной и в конечной стадии выращивания 13 и 15 через задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия 22.

Структура и функции устройства существенно изменились и позволяют осуществлять почти оптимальное составление рациона кормления птицы в условиях жестких ограничений по наборам и количествам ресурсных кормов на предприятии. Работа устройства автоматизации при задании диапазонов уменьшения значений максимумов целевых функций результативности составления рационов кормосмесей заключается в основном в использовании, например, программируемого контроллера, на котором проводится моделирование кормосмесей, в качестве управляющего вычислительного узла, в соответствии с приведенными в описании фигурами (фиг. 1, … фиг. 9). При этом получается кормосмесь, близкая к экономически оптимальной, причем такая кормосмесь составлена в условиях дефицита необходимых кормов или переизбытка кормов того или иного вида, которые надо интенсивно расходовать. Кормосмесь по существу получилась не намного менее эффективной экономически, а ресурсы кормов на предприятии использованы наилучшим образом. В автоматизированном режиме производится составление по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при программируемом росте животных и птицы. Существенно повышается точность управления процессами кормоприготовления.

Производится реализация устройством заявленного назначения составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы. Расширяется арсенал технических средств аналогичного назначения, а именно для составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.

Claims (1)

1. Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси при программируемом росте животных и птицы содержит задатчик сигнала реального возраста поголовья, блок задатчиков промежуточных управляющих сигналов, блок задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов, выходы которого подключены к соответствующим первым неинвертирующим входам блока схем сравнения сигналов доз кормов, ко вторым соответствующим инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов реальных доз кормов, а выходы блока схем сравнения сигналов доз кормов соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов, выходы которого соединены с входами смесителя, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь, отличающееся тем, что в устройство введены задатчик имитируемого сигнала возраста поголовья, задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья, задатчик имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья, вычислитель сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания, вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания, вычислитель сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания, вычислитель сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, схема сравнения сигналов живой массы поголовья в начальной и в конечной стадии выращивания, формирователь сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы, блок управляемых ключей, схема совпадения сигналов, блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего решение, задатчик сигнала вида критерия оптимизации, задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия, при этом выход задатчика имитируемого сигнала возраста поголовья подключен к входам задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья и задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья и к первому входу схемы совпадения сигналов, выход задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при максимальном приросте живой массы поголовья соединен с соединением первых входов вычислителя сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания, выход задатчика имитируемого сигнала дозы кормосмеси при минимальном приросте живой массы поголовья соединен с соединением первых входов вычислителя сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, выходы вычислителя сигнала живой массы поголовья в начальной стадии выращивания и вычислителя сигнала живой массы поголовья в конечной стадии выращивания подключены соответственно к первому и второму входам схемы сравнения сигналов живой массы поголовья в начальной и в конечной стадии выращивания, выход которой через формирователь сигнала отключения режима вычисления максимального прироста живой массы и перехода в режим вычисления минимального прироста живой массы подключен к второму входу схемы совпадения сигналов, к третьему входу которой подключен выход задатчика сигнала реального возраста поголовья, а выход которой соединен с управляющим входом блока управляемых ключей, первый и второй входы и соответствующие выходы которого подключены соответственно к выходу вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания, к выходу вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания и к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов, при этом выход блока задатчиков промежуточных управляющих сигналов соединен с соединением вторых входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, выход задатчика сигнала значения допустимого уменьшения критерия подключен к соединению третьих входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, выход блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего решение, через задатчик сигнала вида критерия оптимизации подключен к соединению четвертых входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания.

Images