УСТРОЙСТВО СОСТАВЛЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИ НАИЛУЧШЕГО КОРМОВОГО РАЦИОНА И ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИ НАИЛУЧШЕЙ КОРМОВОЙ СМЕСИ ПРИ НАЛИЧИИ ИНФОРМАЦИИ И ПОТРЕБЛЕНИИ КОРМОСМЕСИ ЖИВОТНЫМИ И ПТИЦЕЙ
DEVICE OF FORMULATION OF ECONOMICALLY BEST FEED RATION AND MAKING ECONOMICALLY BEST FEED MIXTURE IN PRESENCE OF INFORMATION AND CONSUMPTION OF FEED MIXTURE BY ANIMALS AND POULTRY

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 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 проблемах с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п. Другим недостатком данного технического решения является отсутствие в нем информации о потреблении кормосмеси животными и птицей. 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 при проблемах 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. Следовательно, необходимо существенное расширение функциональных возможностей устройства, которое требует использования в процессе составления рационов наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей, повышает точность определения потребления кормов.
Задачей изобретения являются составление экономически наилучшего кормового рациона и приготовление экономически наилучшей кормовой смеси по различным критериям оптимизации при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей, повышение точности управления процессами кормоприготовления при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей. 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 при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей для достижения наивысшей технико-экономической эффективности этих процессов в складывающейся на сельскохозяйственном предприятии технико-экономической ситуации (проблемы с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п.), что позволяет при этом экономить дорогостоящие корма. Также в результате использования изобретения существенно повышается точность управления процессами приготовления кормосмесей, поскольку имеется информация о действительной, а не расчетной живой массе выращиваемого поголовья 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 экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей 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 к входу смесителя, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки, при этом в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации, блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего Решение, измеритель сигнала расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания и задатчик сигнала скорректированной дозы кормосмеси, выход и вход которого подключены соответственно к четвертому входу вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки и к второму выходу блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, первый выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации соединен с третьим входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, а вход блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение подключен к выходу измерителя сигнала расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется примером. При работе 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:
дисб
рац
где ПР - прибыль, обеспечиваемая рационом;  - стоимость продукции, которая может быть получена от животного при полностью сбалансированном рационе, приведенная к одним суткам; П - потери, вызываемые дисбалансом рациона; С - стоимость рациона.
Полностью сбалансированный рацион характеризуется значением СБ=100%, а наличие дисбаланса по компонентам питания и соотношениям, приводящего 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:
рац
кормаj
пj
зj
плj
максj
где С - общая стоимость кормов, входящих в рацион (стоимость рациона); C - стоимость j-го корма в рационе;  при ;  при ; Ц - цена имеющегося в наличии («планового») j-го корма; Ц - «кассовая» цена j-го корма для случая его закупки; M - план расходования j-го корма на одну гол. в сутки; M - 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:
дисб
где СБ - сбалансированность рациона;  - стоимость продукции, которая может быть получена от животного или птицы за одни сутки при полностью сбалансированном рационе; П - общие потери продукции, вызываемые дисбалансом рациона.
Прибыль:
корм
где ПР - прибыль, обеспечиваемая рационом; П - потери, возникающие из-за нарушения плана расходования кормов.
Рентабельность:
цж
где Р - уровень рентабельности рациона; П - потери по ценности животного, вызываемые дисбалансом рациона.
Обеспечиваемая рационом продуктивность:
об
прод
прод
где ПРОД - суточная продуктивность животного, обеспечиваемая рационом; П - потери по продуктивности животного, вызываемые дисбалансом рациона; Ц - цена единицы продукции.
рац
корм
корм,
корм
Критерии оптимизации рациона. Максимальная прибыль: П+С→min. Максимальная рентабельность: Р→max. Максимальная сбалансированность: П - П→min, где П - суммарные потери по продуктивности, по здоровью, по воспроизводству поголовья в результате дисбаланса кормов и по хозяйству П в результате отклонений расходования кормов от плана; П - хозяйственные потери, вызываемые отклонениями расходования кормов от плана:
j
j
j
j
плj
плj
_
где y(a) - потери, возникающие из-за нарушения планового расходования j-го корма; a=(x/x); x плановый расход j-го корма.
прод
Максимальная продуктивность: П→min - при оптимизации рациона по критерию «максимальная продуктивность» минимизируются потери по продуктивности.
цж
Максимальная сохранность животного: П→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:
рац
рац зад
где С - стоимость рациона; С - заданная стоимость рациона. «Максимальная прибыль при стоимости рациона не выше заданной» обеспечивает достижение максимальной прибыли рациона при стоимости кормов не выше заданной.
корм
рац
Рац зад
Максимальная сбалансированность при заданной стоимости рациона: П - П→min при С≤С 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.
рац
Минимальная стоимость рациона при заданной сбалансированности: С→min при  минимизирует стоимость рациона при сбалансированности рациона не ниже заданной.
рац
об
зад
зад
_
Минимальная стоимость рациона при продуктивности не ниже заданной: С→min при ПРОД≥ПРОД, где ПРОД заданная продуктивность. «Минимальная стоимость рациона при продуктивности не ниже заданной» минимизирует стоимость рациона при обеспечении продуктивности животного не ниже заданной Пользователем.
рац
i мин
i
i макс
i
i мин
i макс
Минимальная стоимость рациона при ограничениях на питательность: С→min при (кп≤кп≤кп). Здесь кп - содержание i-го компонента питания в рационе (I∈[1, N]); кп - минимально допустимое содержание в рационе i-го компонента питания; кп - 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.
рац
об
зад
Максимальная прибыль при продуктивности не ниже заданной: П+С→min при ПРОД≥ПРОД; обеспечивает достижение максимальной прибыли рациона при продуктивности не ниже заданной.
pau
Максимальная прибыль при заданной продуктивности П+C→min при  где Δ - задаваемая точность обеспечения требуемой продуктивности. «Максимальная прибыль при заданной продуктивности» обеспечивает максимальную прибыль рациона при продуктивности, соответствующей заданной с точностью ±Δ.
цж
об
зад
Максимальная сохранность животного при продуктивности не ниже заданной: П→min при ПРОД≥ПРОД; обеспечивает максимальную сохранность животного при продуктивности не ниже заданной.
рац
прод
прод зад
Минимальная стоимость рациона при заданной продуктивности: С→min при П≤П обеспечивает минимум стоимости рациона при продуктивности не ниже заданной.
об
зад
Максимальная рентабельность при продуктивности не ниже заданной: Р→max при ПРОД≥ПРОД; 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), 14 - измеритель сигнала расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания; 15 - задатчик сигнала скорректированной дозы кормосмеси.
Устройство составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей 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 выращивания 3, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4, второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов 5, а выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4 подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 6, выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения 8, к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов 7, а выходы блока схем сравнения 8 соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов 9, выход которого подключен к входу смесителя 10, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки 11, при этом в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12, блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего Решение) 13, измеритель сигнала расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания 14 и задатчик сигнала скорректированной дозы кормосмеси 15, выход и вход которого подключены соответственно к четвертому входу вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4 и к второму выходу блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13, первый выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12 соединен с третьим входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4, а вход блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13 подключен к выходу измерителя сигнала расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания 14.
Работа устройства автоматизации при задании собственно различных критериев оптимизации или целевых функций результативности (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 (вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4) устройства.
Устройство составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей выполняет известные действия: задание дозы расхода кормосмеси в зависимости от вида и возраста поголовья, вычисление стоимости затрат на израсходованные корма в зависимости от заданной дозы расхода кормосмеси, вычисление расчетной стоимости продукции данной партии животных или птицы в зависимости от возраста поголовья, измерение и задание дозы расхода каждого корма из набора кормов кормосмеси, сравнение измеренной и заданной величин, регулирование режима дозирования каждого корма из набора кормов кормосмеси по результату сравнения, стоимость затрат на израсходованный каждый корм из набора кормов кормосмеси вычисляют в зависимости от дозы расхода каждого корма из набора кормов кормосмеси, формируют сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси, изменяют сформированные сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси в диапазоне от нуля до технологически допустимого их наибольшего значения или до реально достижимого ресурсного значения дозы расхода этого корма из набора кормов в кормосмеси на предприятии, причем в зависимости от значения изменяемого сигнала сформированной величины дозы расхода корма из набора кормов в кормосмеси вычисляют суммарную стоимость дозы расхода кормосмеси, при получении соответствующего наивысшему приросту прибыли сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси запоминают сформированные сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси на время изменения сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, сравнивают с запомненным значением измеренную величину дозы расхода корма из набора кормов в кормосмеси и по результату сравнения корректируют режим дозирования ингредиента корма корма из набора кормов в кормосмеси.
Также устройство выполняет новые действия: вычисляют расчетную стоимость продукции данной партии животных или птицы в зависимости от вида поголовья и дополнительно формируют сигналы величин следующих показателей эффективности рациона:
- сигнал прибыли, обеспечиваемой рационом, по количественной зависимости:
- сигнал уровня рентабельности рациона:
- сигнал сбалансированности рациона:
дисб
рац
где ПР - сигнал прибыли, обеспечиваемой рационом;  - сигнал стоимости продукции, которая может быть получена от животного при полностью сбалансированном рационе, приведенная к одним суткам; П - сигнал потерь, вызываемых дисбалансом рациона; С - сигнал стоимости рациона,
- при этом дополнительно корректируют сформированные сигналы величин доз расхода каждого корма из набора кормов в кормосмеси, при получении - соответствующего наивысшему значению сигнала прибыли, обеспечиваемой рационом, или наивысшему значению сигнала уровня рентабельности рациона, или наивысшему значению сигнала сбалансированности рациона - сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси - запоминают сформированные сигналы величин доз расхода каждого корма из набора кормов в кормосмеси на время изменения сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, и по результату сравнения дополнительно корректируют режим дозирования корма из набора кормов в кормосмеси, при этом измеряют сигнал расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания, сравнивают его с ранее заданным сигналом расчетной дозы кормосмеси на текущие сутки выращивания поголовья животных или птицы, полученным сигналом сравнения дополнительно корректируют заданное значение сигнала расхода кормосмеси на следующие сутки выращивания поголовья и задают сигнал скорректированной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания животных и птицы.
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 прототипом существенно изменились и позволяют осуществлять оптимальное (наилучшее) по различным технико-экономическим критериям составление рациона кормления животных птицы в различных технических, технико-технологических, производственных и хозяйственных ситуациях, в том числе в условиях дефицита на предприятии отдельных кормов, входящих в кормосмесь для животных и птицы.
Наличие в устройстве информации о потреблении кормосмеси животными и птицей, поступающей в блок формирователей управляющих сигналов (в интерфейс Лица, Принимающего Решение) 13 от измерителя сигнала расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания 14, позволяет в автоматическом режиме учесть реальную суточную дозу потребления животными и птицей кормосмеси. Реальное значение отличия потребленной суточной дозы кормосмеси от заранее заданной суточной дозы кормосмеси автоматически учитывается при задании скорректированной дозы кормосмеси для поголовья на следующие сутки. Также возможно автоматизированное задание скорректированной дозы посредством программируемого управляющего устройства, либо человека-оператора, т.е. специалиста цеха по производству кормов на крупном животноводческом или птицеводческом предприятии (Лица, Принимающего Решение).
Например, если по каким-либо технико-технологическим причинам животные или птица стали потреблять больше кормосмеси, то на значение этого увеличения потребления автоматически увеличится расчетная доза кормосмеси на следующие сутки выращивания поголовья. Это, в свою очередь, означает, что устройство составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей для нового значения дозы кормосмеси составит новый, и вполне возможно, совершенно другой рацион кормосмеси. И это тоже вполне понятно: если поголовье стало потреблять меньше кормосмеси, то новая меньшая ее доза все равно должна восполнить энергетические потребности поголовья, а значит, это можно сделать за счет коррекции не только дозы кормосмеси, но и введения поправок в рацион. В противном случае увеличения потребления кормосмеси поголовьем устройство по способу немедленно скорректирует в сторону увеличения дозу кормосмеси на следующие сутки выращивания и одновременно насытит рацион менее энергетически ценными кормами, которые имеют соответственно и меньшую стоимость.
Таким образом, наличие в устройстве информации о потреблении кормосмеси животными и птицей позволяет в автоматическом или в автоматизированном режиме удовлетворять потребности поголовья в количестве кормосмеси, при выполнении зоотехнологических требований по ее энергетическому наполнению. И при этом также в автоматическом или в автоматизированном режиме составлять экономически оптимальный рацион с учетом ценообразования на корма, входящие в кормосмесь. Расширяются функциональные возможности управления технологиями составления рационов кормления животных и птицы и кормоприготовления, поскольку при этом обеспечивается экономически оптимальное управление технологическим режимом приготовлением кормосмеси, причем с учетом потребностей поголовья животных и птицы. Повышается точность определения живой массы животных и птицы и соответственно существенно повышается точность управления технологическим процессом составления рационов и приготовления кормосмесей.
Расширяется арсенал технических средств аналогичного назначения, а именно для составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы. Осуществляется реализация устройством заявленного назначения составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.