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 и при наличии информации о потреблении ими кормосмеси

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 и при наличии информации о потреблении ими кормосмеси

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 (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 с кормового рациона и экономичного кормления животных и птицы / А.В. Дубровин и др. // БИ, 2012. №28).

В результате использования этого изобретения (прототипа) устанавливаются такие количественные значения составляющих кормов (в данном прототипе указано - «ингредиентов корма») в дозе кормовой смеси и самой дозы расхода кормосмеси, при которых обеспечивается наивысший на данный момент времени 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 автоматизированное формирование рецептов кормосмесей, близких оптимальной кормосмеси по значению однородного показателя эффективности, но с другими наборами кормов, доступных в процессе приготовления кормовых смесей производителю продукции животноводства и птицеводства. 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. Еще одним недостатком данного технического решения является отсутствие в нем информации о потреблении животными и птицей кормосмеси. Поэтому достаточно трудно с высокой точностью управлять технологическими процессами составления рациона кормосмеси и кормлением поголовья без учета такой информации для достижения наивысшей технико-экономической эффективности этих процессов в складывающейся на сельскохозяйственном предприятии технико-экономической ситуации (проблемы с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п.). Например, снижение потребления поголовьем кормовой смеси должно немедленно приводить к уменьшению дозы кормосмеси и к соответствующему перерасчету экономически наилучшего рациона новой уменьшенной дозы кормосмеси. Однако в отсутствие информации о потреблении кормосмеси поголовьем технология составления рациона и дозирования кормосмеси остается прежней, что ведет к явному перерасходу дорогостоящих кормов в кормосмеси. Поэтому новое техническое решение должно иметь возможность действия при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей в различных складывающихся технико-технологических и хозяйственных условиях производства продукции на сельскохозяйственном предприятии. Таким образом, новое техническое решение должно иметь возможность действия одновременно при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей в различных складывающихся технико-технологических и хозяйственных условиях производства продукции на сельскохозяйственном предприятии. Следовательно, необходимо существенное расширение функциональных возможностей способа и устройства, которое требует использования в процессе составления рационов наличия информации о потреблении ими кормосмеси.

Задачей изобретения является автоматизированное управление технологическими процессами составления рациона кормосмеси по различным технико-экономическому критериям оптимизации, автоматизированное экономное управление технологическими процессами составления близкого к экономически наилучшему рациона кормосмеси и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси 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, причем при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей, повышение точности определения доз кормов в кормосмеси, расхода самой кормосмеси для соответствующего повышения точности управления процессами кормоприготовления при наличии информации о потреблении кормосмеси в конечной стадии выращивания животных и птицы. 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 близкого к экономически наилучшему рациона кормосмеси и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси 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.), 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, и при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей. Существенно повышается точность определения доз кормов в кормосмеси, расхода самой кормосмеси для соответствующего повышения точности управления процессами кормоприготовления при наличии информации о потреблении кормосмеси в конечной стадии выращивания животных и птицы. 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 и при наличии информации о потреблении ими кормосмеси 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, измеритель сигнала расхода кормосмеси, задатчик сигнала расчетной дозы кормосмеси, 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, первый выход блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего решение, через задатчик сигнала вида критерия оптимизации подключен к соединению третьих входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, второй выход блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего решение, через задатчик сигнала расчетной дозы кормосмеси подключен к соединению четвертых входов вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в начальной стадии выращивания и вычислителя сигналов экономически оптимального рациона в конечной стадии выращивания, а первый и второй входы блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего решение, соединены с соответственно с выходами измерителя сигнала расхода кормосмеси и задатчика сигнала значения допустимого уменьшения критерия.

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

- прибыль, обеспечиваемая рационом

- уровень рентабельности рациона

- сбалансированность рациона

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

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

Экономические показатели рациона. Стоимость рациона:

где С_рац - общая стоимость кормов, входящих в рацион (стоимость рациона); C_кормаj - стоимость j-го корма в рационе; C_кормаj=Ц_пj×x_j при x_j∈[0, M_плj]; C_кормаj=Ц_пj×M_плj+Ц_зj×(x_j-М_плj) при x_j∈[М_плj, M_максj]; Ц_пj - цена имеющегося в наличии («планового») j-го корма; Ц_зj - «кассовая» цена j-го корма для случая его закупки; M_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/x_плj); х_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

C ^Б _рац →СБ - обеспечивает достижение максимальной рентабельности рациона при сбалансированности рациона не ниже заданной.

Минимальная стоимость рациона при заданной сбалансированности: С_рац→min

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

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

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

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

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1-10. На фиг. 1 дан выбор критерия оптимизации. На фиг. 2 показан результат расчета рациона кормосмеси. На фиг. 3 показано задание значения допустимого отклонения от оптимума. На фиг. 4 показано семейство кормосмесей, близких к оптимальной по сбалансированности, полученное в одном из сеансов генерации. На фиг. 5 представлены диаграммы сбалансированности и потерь для варианта №2 кормосмеси. На фиг.6 даны экономические показатели кормосмеси (вариант №2). На фиг. 7 показана структура цены кормосмеси по ее составляющим (вариант №2). На фиг. 8 дано распределение потенциальной прибыли по издержкам и прибыли, обусловленными применением кормосмеси (вариант №2). На фиг. 9 дана иллюстрация к работе алгоритма оптимизации управления при откорме животных. 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 и при наличии информации о потреблении ими кормосмеси: 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 (условно показано хранилище этой кормосмеси), 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 - измеритель сигнала расхода кормосмеси, 23 - задатчик сигнала расчетной дозы кормосмеси, 24 - задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия.

Вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки действует по программе оптимизации кормосмесей для животных и птицы, и как правило, выдает один рецепт кормосмеси - оптимальный, с фиксированным набором кормов. В то же время в реальных условиях производства могут возникать ситуации, когда с хозяйственной точки зрения допустимо несколько отойти от оптимального решения с целью использования другого набора кормов. Формирование рецептов кормосмесей, близких к оптимальной, с другими наборами кормов, даже для специалиста по кормлению является сложной задачей. В компьютерной программе работы вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки устройства по способу, например, в программе «КОРАЛЛ - Кормление», решение этой задачи автоматизировано и выполняется следующим образом. После расчета рецепта оптимальной кормосмеси задается допустимое снижение показателя оптимальности для кормосмесей, отличающихся набором кормов от оптимальной кормосмеси. Программа работы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки устройства по способу генерирует варианты рецептов кормосмесей со значениями целевой функции, находящимися в заданных пределах, и последовательно группами выдает их для просмотра и предварительного анализа. Выбираемые рецепты фиксируются и запоминаются для последующего детального анализа. Таким образом, автоматизированным образом формируется семейство рецептов кормосмесей, близких к оптимальной, из которых могут выбираться кормосмеси, наиболее полно отвечающие требованиям текущей хозяйственной ситуации. Тем самым процедура оптимизации кормосмеси дополняется неформализованными знаниями специалиста, что повышает качество управления производством.

В программах работы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки устройства по способу, например «КОРАЛЛ - Кормление», поиск рецептов семейства кормосмесей, близких к оптимальной, начинается с выбора кормов и критерия оптимизации (фиг. 1). Расчет запускается щелчком на кнопке выбираемого критерия оптимизации.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером. На фиг. 2 представлен результат оптимизации кормосмеси по критерию «Максимальная сбалансированность» для несушек возраста 21…45 недель. Щелчком на закладке «Поиск семейства» вызывается диалоговое окно задания для искомых рецептов величины допустимого отклонения от оптимального значения целевой функции и для запуска процедуры генерации рецептов кормосмесей, близких к оптимальной (фиг. 3). Если генерация принудительно не прерывается, то она продолжается до получения шести новых рецептов кормосмесей (фиг. 4). Щелкнув на кнопке «Дисбаланс», Пользователь может оценить структуру дисбаланса и потерь, вызываемых дисбалансом, интересующего его варианта кормосмеси (фиг. 5). Через экранную кнопку «Эффект» можно перейти к оперативному анализу экономических показателей кормосмеси (фиг. 6, фиг. 8). Каждый из рецептов может быть сохранен для последующего более детального анализа (экранная кнопка «Сохранить») и формирования производственного задания на подготовку кормов. Генерация новых рецептов может повторяться многократно через закрытие текущего окна и щелчка на кнопке «Начать поиск семейства решений» (фиг. 3). Следовательно, расчет семейства рецептов кормосмеси, близких к оптимальному, с последующей дополнительной их оптимизацией предоставляет специалисту по кормлению птицы, т.е. Лицу, Принимающему Решение, качественно новый инструмент балансирования кормосмесей и рационов, позволяющий широко манипулировать количеством используемых кормов при сохранении близких к оптимальным значений критериев оптимизации. На функциональной схеме устройства по способу соответственно указан блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего решение) 13.

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 первому 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 первому 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 t_0, 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, квант времени - 1 сутки. После приведения задачи к стандартному виду задач теории оптимального управления, условия задачи описываются следующим образом. Фазовый вектор объекта является двумерным:

где х¹ - масса животного; х² - суточный прирост массы.

Управление задается вектором кормов рациона:

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

где J(u(t), x(t)) - функционал качества; C_рацj - стоимость рациона в j-тый день откорма; j∈[t_0, 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 (x¹(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» [, E-mail: ].

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 и при наличии информации о потреблении ими кормосмеси 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 сравнен