RU2552835C2 - Устройство составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Устройство содержит задатчик сигнала вида птицы (1) и задатчик сигнала возраста птицы (2). Выходы задатчиков подключены соответственно к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания (3), выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки (4), второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов (5). Выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки (4) подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов (6), выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения (8), к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов (7). Выходы блока схем сравнения (8) соединены с входами блока дозаторов кормов (9), выход которого подключен ко входу смесителя (10), на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки (11). В устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации (12) и блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс лица, принимающего решение (13), выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации (12) соединен с третьим входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки (4). Обеспечивается расширение функциональных возможностей, повышение точности задания и точности регулирования доз кормов. 1 ил.

Description

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

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

В результате использования этого изобретения устанавливаются такие количественные значения составляющих ингредиентов корма, т.е. кормов 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 при наличии проблем с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п.

Таких критериев существует множество. Это основные - прибыль и ее прирост. Дополнительные признаки - цена реализованной продукции, т.е. стоимость произведенной продукции в ценах ее реализации, а также себестоимость производства продукции, затраты на корма, эксплуатационные затраты, включающие в себя зарплату персонала, энергозатраты, транспортные расходы, амортизационные отчисления на вложенный капитал, затраты на ремонт и реновацию (капитальный ремонт), прочие расходы (например, на лекарства) и т.д. Поэтому новое техническое решение должно иметь возможность действия по многим критериям экономически наилучшего составления кормовой смеси в различных складывающихся внешних хозяйственных условиях производства продукции на сельскохозяйственном предприятии. Указанный прототип позволяет осуществлять автоматизированное управление процессом составления экономически оптимального рациона только по одному критерию - по приросту прибыли. Этого может оказаться не достаточно, более того, совершенно не правильным в ряде ситуаций, когда речь идет не о прибыли или о ее приросте, а хотя бы о минимизации производственных затрат на составление рационов кормления. Или о каком-либо другом критерии оптимизации составления рациона. Следовательно, необходимо существенное расширение функциональных возможностей устройства, которое может позволять использование в процессе составления рационов различных видов и вариантов критериев оптимизации.

Задачей изобретения являются расширение функциональных возможностей при составлении экономически наилучшего кормового рациона и при приготовлении экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы, причем при необходимости и при соответствующей возможности задания различных критериев оптимизации, повышение точности задания и соответственно точности регулирования доз кормов кормовой смеси при составлении экономически наилучшего кормового рациона при приготовлении экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации. Таким образом, задачей изобретения также является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения, а именно для составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.

В результате использования изобретения обеспечивается практическая возможность управления технологическими процессами составления рациона кормосмеси и кормлением поголовья по одному или по другому экономическому критерию оптимизации, для достижения наивысшей технико-экономической эффективности этих процессов в складывающейся на сельскохозяйственном предприятии технико-экономической ситуации при проблемах с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п. Также существенно повышается точность задания и точность соответствующего регулирования доз кормов кормовой смеси при составлении экономически наилучшего кормового рациона при приготовлении экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации. 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 также тем, что устройство составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации содержит задатчик сигнала вида птицы и задатчик сигнала возраста птицы, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов, а выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов, выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения, к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов, а выходы блока схем сравнения соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов, выход которого подключен ко входу смесителя, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки, при этом в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации и блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс лица, принимающего решение, выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации соединен с третьим входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки.

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

Показатели эффективности рациона:

- прибыль, обеспечиваемая рационом

- уровень рентабельности рациона

- сбалансированность рациона

где ПР - прибыль, обеспечиваемая рационом;

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

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

Экономические показатели рациона. Стоимость рациона:

где С_рац - общая стоимость кормов, входящих в рацион (стоимость рациона); C_кормаj - стоимость j-го корма в рационе;

Ц_пj - цена имеющегося в наличии («планового») j-го корма; Ц_зj - «кассовая» цена j-го корма для случая его закупки; М_плj - план расходования j-го корма на одну гол. в сутки; M_максj - максимально допустимое содержание j-го корма в рационе. Под «кассовой» ценой корма понимается сумма цены закупки корма и накладных расходов предприятия, связанных с закупкой.

Сбалансированность рациона корма:

где СБ - сбалансированность рациона;

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

Прибыль:

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

Рентабельность:

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

Обеспечиваемая рационом продуктивность:

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

Критерии оптимизации рациона. Максимальная прибыль: П+С_рац → min. Максимальная рентабельность: Р → max.

Максимальная сбалансированность: П - П_корм → min, где П - суммарные потери по продуктивности, по здоровью, по воспроизводству поголовья в результате дисбаланса кормов и по хозяйству П_корм, в результате отклонений расходования кормов от плана; П_корм - хозяйственные потери, вызываемые отклонениями расходования кормов от плана:

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

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

где

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

Максимальная прибыль при стоимости рациона не выше заданной:

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

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

Максимальная рентабельность при заданной сбалансированности: Р → max при

- обеспечивает достижение максимальной рентабельности рациона при сбалансированности рациона не ниже заданной.

Минимальная стоимость рациона при заданной сбалансированности: С_рац → min при

- минимизирует стоимость рациона при сбалансированности рациона не ниже заданной.

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

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

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

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

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

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

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

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации: 1 - задатчик сигнала вида птицы; 2 - задатчик сигнала возраста птицы; 3 - задатчик сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания; 4 - вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки; 5 - блок задатчиков сигналов; 6 - блок задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов; 7 - блок задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов; 8 - блок схем сравнения; 9 - блок дозаторов кормов; 10 - смеситель; 11 - экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки выращивания; 12 - задатчик сигнала вида критерия оптимизации; 13 - блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс лица, принимающего решение).

Устройство составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации содержит задатчик сигнала вида птицы 1 и задатчик сигнала возраста птицы 2, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки вьфащивания 3, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4, второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов 5, а выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4 подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 6, выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения 8, к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов 7, а выходы блока схем сравнения 8 соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов 9, выход которого подключен ко входу смесителя 10, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки 11, при этом в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12 и блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс лица, принимающего решение) 13, выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12 соединен с третьим входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4.

Работа устройства автоматизации при задании собственно различных критериев оптимизации или целевых функций результативности или эффективности составления рационов кормосмесей и управления приготовлением экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации по выбранному критерию экономической эффективности в целом аналогична работе устройства по прототипу и заключается в том числе в использовании в качестве вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4 задатчика сигнала вида критерия оптимизации 12 и ряда других блоков устройства - компьютера, на котором проводится имитационное математическое моделирование кормосмесей, в качестве управляющей вычислительной машины, или вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4 устройства.

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

Новые действия устройства следующие: вычисляют расчетную стоимость продукции данной партии животных или птицы в зависимости от вида поголовья и дополнительно формируют сигналы величин следующих показателей эффективности рациона:

- сигнал прибыли, обеспечиваемой рационом, по количественной зависимости

- сигнал уровня рентабельности рациона

- сигнал сбалансированности рациона

где ПР - сигнал прибыли, обеспечиваемой рационом;

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

- при этом дополнительно корректируют сформированные сигналы величин доз расхода каждого корма из набора кормов в кормосмеси, при получении - соответствующего наивысшему значению сигнала прибыли, обеспечиваемой рационом, или наивысшему значению сигнала уровня рентабельности рациона, или наивысшему значению сигнала сбалансированности рациона - сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси - запоминают сформированные сигналы величин доз расхода каждого корма из набора кормов в кормосмеси на время изменения сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, и по результату сравнения дополнительно корректируют режим дозирования корма из набора кормов в кормосмеси.

На фиг. 1 показана связь блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса лица, принимающего решение) 13 с вычислительным блоком оптимизации рациона на следующие сутки 4 через задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12. Это позволяет при необходимости изменять режим работы устройства, заменяя один вид критерия оптимизации другим, причем именно в виде материальных объектов - сигналов, что, соответственно, и отражено на фиг. 1. Например, функции блока задатчиков сигналов 5 соответствуют действиям прототипа и состоят в том числе в задании многочисленных коэффициентов, констант, диапазонов изменения управляющих сигналов и т.п. Структура и функции устройства по сравнению с указанным прототипом в целом изменились и позволяют осуществлять оптимальное по различным технико-экономическим критериям составление рациона кормления животных птицы в различных технических, технико-технологических, производственных и хозяйственных ситуациях, в том числе в условиях дефицита на предприятии отдельных кормов, входящих в кормосмесь для животных и птицы.

Расширяются функциональные возможности управления технологиями составления рационов кормления животных и птицы и кормоприготовления, поскольку при этом обеспечивается экономически оптимальное управление технологическим режимом приготовлением кормосмеси по различным критериям, достигается повышение точности задания и соответственно регулирования доз кормов кормовой смеси при составлении экономически наилучшего кормового рациона при приготовлении экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации. Следовательно, повышается точность осуществления процессов приготовления и раздачи кормов животным и птице. Обеспечивается реализация устройством заявленного назначения составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.

Claims (1)

1. Устройство составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации, содержащее задатчик сигнала вида птицы и задатчик сигнала возраста птицы, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов, а выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов, выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения, к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов, а выходы блока схем сравнения соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов, выход которого подключен к входу смесителя, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки, отличающееся тем, что в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации и блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс лица, принимающего решение, выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации соединен с третьим входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки.