СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОДУКТИВНОСТИ БРОЙЛЕРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTROLLING BROILER PRODUCTIVITY AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам контроля продуктивности бройлеров. Цель изобретения - повышение точности контроля параметров продуктивности бройлеров, это - средняя живая масса птицы по стаду, прирост массы птицы, однородность стада и т.д.
Известен способ контроля продуктивности бройлеров при ее напольном содержании [Григоришвили Т.Г. Электрификация и автоматизация операции взвешивания мясных цыплят в процессе их откорма // Автореферат диссертации. Москва (ВИЭСХ), 1972]. Птица, садясь на насест, своим весом действует на силоизмерительный датчик, сигнал от которого поступает на вход блока управления, который регистрирует массу птицы.
Недостатком этого способа заключается в том, что не проводится статистическая обработка данных, получаемых от первичного преобразователя информации, и не учитываются вопросы репрезентативности выборки от генеральной совокупности, т.е. вопросы о том, какое должно быть количество взвешиваемых бройлеров, чтобы с определенной точностью и достоверностью судить о средней живой массе птицы по стаду. Кроме того, контролируется только средняя живая масса птицы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ контроля взвешивания птицы при ее напольном содержании, приведенный в [Система взвешивания птицы Swing 20 SA (WA-2). Руководство по эксплуатации, № шифра 99971392, Издание: 05.01 М 1392 RUS, http://www.webpticeprom.ru (дата обращения: 04.04.2013)]. Способ контроля продуктивности бройлеров, применяемый в этой системе, разработанной фирмой Big Dutchman (Германия), включает ежедневное определение средней живой массы птицы по стаду, путем многократных взвешиваний бройлеров за определенный заданный период времени, и осреднение результатов измерений, а также определение прироста массы, однородности стада и количества взвешиваний, производимых с помощью электронных весов, установленных в птичнике.
Недостатком этого технического решения является то, что при проведении серии взвешиваний в течение заданного ограниченного промежутка времени, количество взвешиваемых особей, по разным причинам (по состоянию здоровья или по недостаточной активности птицы) может оказаться недостаточным для обеспечения принципа репрезентативности выборки, что приведет к увеличению погрешности определения средней живой массы птицы по стаду (назовем эту погрешность - «погрешность репрезентативности выборки» или просто - «погрешность репрезентативности»).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности контроля параметров продуктивности бройлеров путем оценки величины погрешности определения средней живой массы птицы по стаду («погрешность репрезентативности») после взвешивания каждого очередного бройлера и управления процессом контроля продуктивности бройлеров по критерии снижения этой погрешности до требуемого уровня, предоставляя при этом персоналу информацию о текущих показателей продуктивности, о количестве взвешиваемых бройлеров и о текущей «погрешности репрезентативности выборки».
В результате использования предлагаемого изобретения повышается точность определения ежесуточных значений параметров продуктивности, а именно - средней живой массы бройлеров по стаду, прироста массы птицы, коэффициента однородности стада и т.д.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе контроля продуктивности птицы, включающем ежесуточное определение средней живой массы птицы по стаду, прироста массы, однородности стада и количества взвешиваний, производимых с помощью электронных весов, установленных в птичнике, дополнительно, после каждого взвешивания очередного бройлера, оценивают величину погрешности определения средней живой массы птицы по стаду, и путем увеличения количества взвешиваемых бройлеров, достигают снижения величины этой погрешности до заданного уровня, причем количество необходимого минимального объема выборки задают исходя из накопленных статистических данных или нормативных требований по взвешиванию бройлеров.
Технический результат достигается также тем, что в предлагаемом устройстве контроля продуктивности бройлеров, включающем весовую платформу для взвешивания птицы, преобразователь силы, аналого-цифровой преобразователь, ячейки памяти для хранения текущего значения измеряемой массы птицы, предыдущего значения среднего квадратического отклонения массы птицы, предыдущего значения средней живой массы птицы по стаду, итогового значения средней живой массы птицы по стаду на текущий день, значения средней живой массы птицы по стаду на предыдущий день, блоки определения текущих значений средней живой массы птицы по стаду, среднего квадратического отклонения массы птицы, ежесуточного прироста массы птицы, коэффициента вариации массы, счетчика количества взвешиваний бройлеров, счетчика дней выращивания бройлеров и блока управления, дополнительно включены блок оценки погрешности определения средней живой массы птицы по стаду, задатчик погрешности определения средней живой массы птицы по стаду, задатчик количества взвешиваний и соответствующие им два блока сравнения, причем выход преобразователя силы соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через ячейку памяти для хранения текущего значения измеряемой массы птицы соединен с первым входом блока определения текущего значения средней живой массы птицы по стаду и третьим входом блока определения текущего значения среднего квадратического отклонения массы птицы, при этом второй вход блока определения средней живой массы птицы по стаду соединен с выходом ячейки памяти предыдущего значения средней живой массы птицы по стаду, а третий вход соединен с выходом счетчика количества взвешиваний, со вторым входом блока определения текущего значения среднего квадратического отклонения массы птицы и первым входом второго блока сравнения, причем выход блока определения средней живой массы птицы по стаду соединен с четвертым входом блока определения текущего значения среднего квадратического отклонения массы птицы, второй вход которого соединен с выходом счетчика количества взвешиваний, а первый вход соединен с выходом ячейки памяти предыдущего значения среднего квадратического отклонения массы птицы, вход которого соединен с выходом блока определения текущего значения среднего квадратического отклонения массы птицы и с первым входом блока определения текущего значения коэффициента вариации массы птицы, второй вход которого соединен с выходом блока определения текущего значения средней живой массы птицы по стаду, с входом ячейки памяти предыдущего значения средней живой массы птицы по стаду и с входом ячейки памяти итогового значения средней живой массы птицы по стаду на текущий день, а выход блока определения коэффициента вариации массы птицы соединен с первым входом блока оценки погрешности определения средней живой массы птицы по стаду, второй вход которого соединен с выходом счетчика количества взвешиваний, а выход соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика погрешности определения средней живой массы птицы по стаду, при этом выход первого блока сравнения соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, входы которого в свою очередь соединены с выходами счетчика и задатчика количества взвешиваний соответственно, а входы блока определения прироста массы птицы на текущий день соединены с входами ячеек памяти итоговых значений средней живой массы птицы по стаду на текущий и на предыдущий дни содержания бройлеров соответственно, причем первые входы этих ячеек памяти соединены с выходами счетчика дней выращивания бройлеров, а выход ячейки памяти итогового значения средней живой массы птицы по стаду на текущий день соединен со вторым входом ячейки памяти итогового значения средней живой массы птицы по стаду на предыдущий день, и наконец, выход блока управления соединен с входами всех узлов и блоков входящих в состав устройства контроля продуктивности бройлеров.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1, фиг.2 и фиг.3.
На фиг.1 приведен график зависимости объема выборки от требуемой «погрешности репрезентативности выборки».
На фиг.2 приведена блок-схема алгоритма управления процессом контроля продуктивности бройлеров.
На фиг.3 приведена структурная схема устройства контроля продуктивности бройлеров.
1. Сущность предлагаемого способа поясняется с помощью блок-схемы алгоритма управления процессом контроля продуктивности бройлеров, приведенной на фиг.2, а с помощью графика зависимости объема выборки от требуемой «погрешности репрезентативности выборки», приведенной на фиг.1, поясняются вопросы обеспечения требуемой точности репрезентативности выборки, оценки методической погрешности определения средней живой массы птицы по стаду в структуре образования общей погрешности, и обоснования целесообразности управления процессом взвешивания бройлеров по критерии минимизации оценки этой погрешности до заданного уровня.
Прежде всего отметим, что речь идет не об инструментальной погрешности взвешивания, а методической погрешности определения средней живой массы птицы по стаду. Это совершенно разные понятия. Инструментальная погрешность взвешивания это - погрешность самых весов, как инструмента, с помощью которого определяется вес (или масса) данного взвешиваемого объекта. Методическая погрешность определения средней живой массы птицы по стаду обусловлена тем, что мы взвешиваем не все стадо поголовно, что практически невозможно, а некоторую выборочную группу птиц, средняя масса которой отличается от фактической средней массы всего стада. Вот эта разница (в абсолютных или относительных единицах) и есть методическая погрешность определения средней живой массы птицы по стаду. Чем больше количество взвешиваемых бройлеров в выборочной группе, тем меньше получится величина методической погрешности, а то, что мы определяем величину этой погрешности, взвешивая некоторое количество представителей этого «сообщества» (представительная или выборочная группа), это не абсолютное значение, а всего лишь оценка этой погрешности, и чем больше количество птиц в выборочной группе, тем точнее будет оценка этой погрешности. Чтобы иметь представление о соотношениях этих двух погрешностей - инструментальной и методической, суммарное значение которых представляет собой общую погрешность определения средней живой массы птицы по стаду, приведем сравнительный анализ этих погрешностей.
Например, инструментальная погрешность электронных весов фирмы Big Dutchman (Германия) [Система взвешивания птицы Swing 20 SA (WA-2). Руководство по эксплуатации. № шифра. 99 97 1392 Издание: 05.01 М 1392 RUS, http://www.webpticeprom.ru (дата обращения: 24.04.2013)] составляет порядка 0,2%. Что касается величины методической погрешности определения средней живой массы птицы по стаду, то в качестве примера для оценки этой погрешности воспользуемся экспериментальными данными, полученными нами в результате еженедельных измерений массы птиц порядка 400 голов кросса «Бройлер-6», на птицефабрике «Бронницкая» Московской области. В результате обработки этих данных были определены статистические характеристики распределения массы бройлеров в разных возрастных периодах, на основании чего составлен график зависимости погрешности определения средней живой массы птицы по стаду («погрешность репрезентативности выборки») от количества взвешиваемых бройлеров, т.е. от объема выборки, при доверительной вероятности γ=0,95 [Харатян Г.А. Система «Корм-продуктивность» в промышленном птичнике // Техника и оборудование для села. 2012. №5. С.19-21] (см. фиг.1). Как видно из графика этой зависимости при объеме выборки 100 голов, как рекомендуется по ГОСТ 18292-85 «Птица сельскохозяйственная для убоя», «погрешность репрезентативности выборки» составляет 2,5…3,0%, в зависимости от однородности стада, которая меняется по возрасту птицы.
Полученные данные и результаты их обработки характерны именно для данного вида птицы, выращенной именно в данных конкретных условиях. Для другого вида птицы, при других условиях содержания, получатся другие данные. Однако эти данные и результаты их обработки не очень сильно отличаются друг от друга и по ним можно судить об относительных оценках числовых характеристик распределения массы птицы и полученной при этом величины «методической погрешности».
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>м</mi><mi>е</mi><mi>т</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow></msqrt></mrow>
Среднее квадратическое отклонение суммарной погрешности при этом составит
.
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>Δ</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
инст
общ
мет
общ
инст
мет
Учитывая, что погрешность электронных весов имеет равномерный закон распределения, при котором среднее квадратическое отклонение погрешности определяется из соотношения
[Новицкий П.Б., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 248 с.], где Δ=0,2% - инструментальная (приведенная) погрешность, то для среднего квадратического отклонения общей погрешности определения средней живой массы птицы по стаду получим σ≈σ=2…3%. Из вышеизложенного следует, что величина общей погрешности определения средней живой массы птицы по стаду σ почти не зависит от инструментальной погрешности σ электронных весов, а зависит в основном от методической погрешности σ оценки средней живой массы птицы по стаду, т.е. от «погрешности репрезентативности выборки». Из вышеизложенного следует также, что для повышения точности определения средней живой массы птицы по стаду намного эффективнее снижение «погрешности репрезентативности выборки» путем увеличения количества взвешиваемых бройлеров, чем повышение точности взвешивания самых электронных весов. Поэтому, при построении систем автоматизированного контроля продуктивности бройлеров целесообразно управлять процессом их взвешивания по критерии снижения погрешности оценки средней живой массы птицы по стаду, а не повышения точности электронных весов, непосредственно осуществляющих их взвешивание.
Именно поэтому, учитывая вышеизложенные соображения, предлагаемое техническое решение заведомо направлено для решения задач управления процессом контроля продуктивности мясной птицы (с замкнутым контуром управления), направленное на повышение точности оценки средней живой массы птицы по стаду.
В существующих технических решениях, например в [Система взвешивания птицы Swing 20 SA (WA-2). Руководство по эксплуатации, № шифра 99971392, Издание: 05.01 М 1392 RUS, http://www.webpticeprom.ru (дата обращения: 24.04.2013)] фирмы Big Dutchman (Германия)], в течение всего цикла выращивания птицы производится непрерывный контроль продуктивности бройлеров, включающий ежесуточное определение средней живой массы птицы по стаду, прироста массы, однородности стада и количества взвешиваний. Причем, в указанном выше техническом решении (в прототипе) процесс серии многократных взвешиваний бройлеров происходит за определенный фиксированный промежуток времени. Количество измерений, производимых в течение этого времени, зависит от многочисленных факторов (от состояния здоровья птицы, от ее биологической активности и т.д.), и представляет собой случайную величину, значение которой может колебаться в достаточно широком диапазоне. А поскольку точность статистической обработки данных зависит от количества этих же данных, то результаты измерений массы птицы, в зависимости от количества взвешиваемых бройлеров, тоже будут носить случайный характер и колебаться в широком диапазоне, что свидетельствует о низкой точности определения среднего статистического значения массы птицы. Поэтому в предлагаемом способе процесс многократных измерений массы птицы и обработки их результатов управляется не по критерии ограничения продолжительности процесса этих измерений по времени, как это осуществляется в вышеуказанном техническом решении (в прототипе), а по критерии достижения некоторого уровня требуемой точности оценки среднего статистического значения массы птицы путем постепенного увеличения количества взвешиваемых особей, при условии обязательного взвешивания некоторого минимального количества бройлеров, обеспечивающего принцип репрезентативности выборки. Причем, это количество определяется технологом, исходя из ранее накопленного опыта по характеру статистических данных по продуктивности птицы, или исходя из технологических требований по взвешиванию птицы. Например, согласно требованиям ГОСТ 18292-85 («Птица сельскохозяйственная для убоя») живую массу бройлеров контролируют путем ручного индивидуального взвешивания порядка 100 голов птиц с периодичностью один раз в две недели. При выборе минимального объема выборки можно пользоваться так же и накопленными ранее статистическими данными по продуктивности птицы. Допустим, если опыт показывает, что при выращивании данного кросса бройлеров при данных конкретных условиях содержания степень однородности стада по массе достаточно высока, то для обеспечения требуемой точности репрезентативности выборки достаточно взвешивать не 100 голов птиц, как рекомендуется по ГОСТ 18292-85, а гораздо меньше, например - 50 голов, или наоборот, если степень однородности стада низкая, то для обеспечения требуемой точности репрезентативности необходимо взвешивать больше, чем 100 голов. Так или иначе, основным критерием при управлении процессом контроля продуктивности птицы является обеспечение требуемой точности определения средней живой массы птицы по стаду.
Поэтому, с целью повышения точности контроля продуктивности бройлеров, в предлагаемом способе дополнительно включена операция оценки величины погрешности определения средней живой массы птицы по стаду («погрешности репрезентативности»), с последующим управлением процессом контроля продуктивности бройлеров по критерии снижения этой погрешности до требуемого уровня.
Для нормального распределения случайной величины, каковым является распределение массы птицы, величина этой погрешности определяется с помощью выражения [Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1977. 475 с.]
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><mi>t</mi></mrow><mrow><msqrt><mi>i</mi></msqrt></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mi>a</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
i
где V - коэффициент вариации массы птицы; i - текущее количество взвешиваемых птиц, t - аргумент функции Лапласа, который определяется из равенства 2Ф(t)=γ, заданного в виде таблицы в учебниках теории вероятностей и математической статистики, где γ - доверительная вероятность. Коэффициент вариации массы птицы характеризует степень рассеянности массы птицы относительно ее среднего значения в процентном отношении, т.е. степень однородности стада, и определяется с помощью выражения
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>σ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
, где
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>i</mi></mfrac><mstyle displaystyle="true"><msubsup><mo>∑</mo><mn>1</mn><mi>i</mi></msubsup><mrow><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mi>б</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
представляет собой текущее значение средней живой массы птицы по стаду после взвешивания i-го бройлера, где - измеряемая масса i-го бройлера, а
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>i</mi></mfrac><mstyle displaystyle="true"><msubsup><mo>∑</mo><mn>1</mn><mi>i</mi></msubsup><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mstyle></mrow></msqrt><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mi>в</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
представляет собой среднее квадратическое отклонение массы птицы в абсолютных единицах после взвешивания i-го бройлера.
i
i
i
Из приведенного выше выражения (а) вытекает, что при принятом нами доверительной вероятности γ, чем больше степень рассеянности массы птицы вокруг своего среднего значения σ, тем больше степень неоднородности стада V, и при фиксированном количестве взвешиваемых бройлеров i, тем больше получается погрешность оценки средней живой массы птицы по стаду δ, и наоборот, чем больше количество взвешиваемых птиц i в выборочной группе, тем меньше получится величина этой погрешности.
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
i
Для достижения поставленной цели в предлагаемом техническом решении ежесуточно, в одно и то же время, процесс контроля параметров продуктивности начинается операцией взвешивания бройлеров и обработкой статистических данных о массе птицы. После каждого очередного взвешивания определяются текущие значения средней живой массы птицы по стаду
, коэффициент вариации массы птицы Yи погрешность оценки вновь определенной средней живой массы птицы по стаду с помощью выражения (а)
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><mi>t</mi></mrow><mrow><msqrt><mi>i</mi></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
.
зад
i
зад
Если величина этой погрешности больше, чем заданная допустимая погрешность δ, то это означает, что необходимо увеличивать объем статистических данных, т.е. увеличивать количество взвешиваемых бройлеров. Система при этом приступает к взвешиванию следующего бройлера. Процесс измерений массы бройлеров продолжается до тех пор, пока погрешность оценки средней массы птицы не достигнет требуемого уровня, т.е. δ≤δ. Однако процесс многократных взвешиваний этим не завершается. Он продолжается пока не наберется заданное минимальное количество взвешиваемых бройлеров. Это дополнительное условие, которое вводится, как уже отметили выше, для обеспечения принципа репрезентативности выборки.
Если заданное нами количество предполагаемых минимальных взвешиваний исчерпано, а уровень погрешности оценки массы птицы по стаду остается выше допустимого, то все равно процесс измерений продолжается до снижения погрешности до требуемого уровня. А в случае, когда текущее значение погрешности удовлетворяет установленным требованиям, а количество взвешиваний меньше принятого нами минимального количества, то для увеличения достоверности результатов статистической обработки данных, процесс многократных взвешиваний все же продолжается до набора заданного количества. Это мероприятие носит дополнительный характер и позволяет еще большей степени повысить точность оценки контролируемого параметра. Процесс взвешивания завершается, в том случае, когда оба условия выполняются, т.е. и погрешность оценки средней живой массы птицы по стаду получается меньше заданного допустимого уровня, и количество взвешиваемых птиц набирается в требуемом объеме для обеспечения репрезентативности выборки. В любом случае основным критерием при управлении процессом взвешивания птицы, а также при контроле продуктивности бройлеров в целом, является обеспечение требуемой точности оценки контролируемых параметров, в частности точности оценки средней живой массы птицы по стаду.
Более подробное описание предлагаемого способа приведено в алгоритме управления процессом контроля продуктивности бройлеров, приведенном на фиг.2.
Алгоритм управления процессом контроля продуктивности (фиг.2) функционирует в следующей последовательностью.
В блоке 1 осуществляются следующие операции.
1. обнуление ячеек (или регистров) памяти следующих текущих показателей продуктивности бройлеров:
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><mi>p</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
- средней живой массы (0⇒
);
Δm
- прироста массы (0⇒R);
σ
- среднего квадратического отклонения (0⇒R);
V
- коэффициента вариации массы (0⇒R).
n
2. ввод значения минимального количества измерений массы птицы, предусмотренного по технологическим нормам (n⇒R).
В блоке 2 в счетчике количества взвешиваний (СКВ, см. фиг.3.) устанавливается число единица, т.е. i:=1, где i - текущий номер взвешиваемого бройлера.
i
С наступлением птицы на весовую платформу начинается процесс взвешивания (блок 3). Измеряется масса текущего i-го бройлера - m, значение которой используется при определении текущих значений технологических параметров по формулам, приведенным в блоке 4, это:
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
- средняя живая масса -
;
i
- среднее квадратическое отклонение массы - σ;
i
- коэффициент вариации массы - V;
i
- «погрешность репрезентативности выборки» - δ.
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
i
i-1
i
При этом значения параметров
и σ определяются непосредственно через их пред идущих значений
и σ(см. выражения 1. и 2. в блоке 4), и после проведения вышеуказанных вычислительных операций отправляются для хранения в те же ячейки памяти до их использования при взвешивании следующего бройлера. Причем, выражения 1. и 2. в блоке 4 получаются путем математических преобразований выражений (б) и (в) для определения среднего значения -
и среднего квадратического отклонения - σ массы птицы соответственно, где i - текущее количество взвешиваемых бройлеров.
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>σ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
i
Далее по формуле 3 блока 4 определяется коэффициент вариации массы птицы -
. Как уже отметили этот показатель характеризует степень рассеянности массы птицы относительно ее среднего значения в процентном отношении, причем, чем больше коэффициент вариации массы птицы V, тем меньше степень однородности стада.
Последнее время технологи большое внимание обращают на этот параметр, поскольку управлять однородным стадом и в технологическом, и в экономическом плане гораздо легче, чем неоднородным. Своевременное проведение операции сортировки, исходя из этого параметра, позволяет освободится от физически недоразвитых птиц и экономить дорогостоящие концентрированные корма.
Следующий параметр, определяемый по формуле 4 блока 4, является погрешность определения средней живой массы птицы по стаду («погрешность репрезентативности выборки»)
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><mi>t</mi></mrow><mrow><msqrt><mi>i</mi></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
.
зад
Она показывает, насколько точно средняя масса взвешиваемых бройлеров представляет среднюю массу всего стада. Задача заключается в том, чтобы управлять процессом многократных взвешиваний бройлеров таким образом, чтобы их средняя живая масса характеризовала среднюю живую массу всего стада с достаточной точностью (δ) и достоверностью γ, соблюдая при этом принцип репрезентативности выборки.
i
зад
зад
i
i
зад
i
зад
i
зад
С этой целью в алгоритм управления процессом взвешивания включены операторы условного перехода (блоки 5 и 6). В блоке 5 проверяется выполнение условия δ≤δ, где δ - заданный допустимый уровень погрешности определения средней массы птицы, a δ - текущее расчетное значение этой погрешности. При невыполнении условии δ≤δ, когда величина «погрешности репрезентативности» превышает заданный допустимый уровень, что свидетельствует о том, что количество взвешиваемых особей недостаточно для обеспечения репрезентативности выборки, управление передается блоку 8, где количество взвешиваний увеличивается на единицу (i=:i+1), а далее блоку 3 для взвешивания следующего бройлера. Этим цикл взвешивания очередного бройлера завершается и начинается следующий цикл. Процесс продолжается до тех пор, пока не выполняется условие δ≤δ. По мере увеличения объема выборки, как только выполняется условие δ≤δ, т.е. обеспечивается требуемая точность определения средней живой массы птицы по стаду, управление передается оператору 6 (блок 6).
i
i
i
Введение условного оператора 6 в процесс управления обусловлено тем, что определяемый по выражению 4 блока 4 «погрешность репрезентативности выборки» δ также представляет собой случайную величину, точность оценки которой зависит от объема статистических данных, т.е. от количества взвешиваемых бройлеров. Естественно, чем больше количество взвешиваний, тем точнее получится оценка погрешности определения средней массы птицы по стаду δ. Поэтому для повышения точности самой оценки параметра δ необходимо определенный объем статистических данных. В связи с этим оператором 6 проверяется выполнение условия i≤n, где n - заданное нами некоторое минимальное количество статистических данных. Теоретически, количество статистических данных может быть любая цифра, удовлетворяющая условию n≥2. В данном случае при определении величины n, как уже отметили выше, можно учитывать технологические требования по контролю массы птицы согласно ГОСТ 18292-85 («Птица сельскохозяйственная для убоя»), по которому рекомендуемое количество взвешиваемых птиц должна составить не менее 100 голов, или исходить из опыта, учитывая при этом результаты накопленных ранее статистических данных по взвешиванию птицы.
i
зад
k
cp
k
cp
k-1
По большому счету введение оператора 6 носит дополнительный характер, поскольку основным критерием управления процессом взвешивания является обеспечение требуемой точности определения средней массы птицы, т.е. обеспечение условия δ≤δ оператора 5 (блок 5). Только после удовлетворения требования этого условия управление передается оператору 6 (блок 6). Пока количество взвешиваний i не достигло заданному объему выборки n, т.е. i≤n, продолжается процесс измерений массы птицы по циклу через операторы 6⇒8⇒3⇒4⇒5. Как только количество взвешиваний i достигает заданному значению n, процесс измерений массы бройлеров завершается. Далее, используя результаты серии взвешиваний, определяется прирост массы бройлеров в текущий k-ий день их выращивания (блок 7) (Δm)=(m)-(m), где
cp
k
- (m) - значение средней живой массы птицы по стаду на текущий k-й день содержания бройлеров;
cp
k-1
- (m) - значение средней живой массы птицы по стаду на предыдущий (k-1)-й день содержания бройлеров.
Процесс контроля продуктивности бройлеров завершается индикацией (или печатью) показателей продуктивности птицы в k-й день выращивания (блок 9).
2. Принцип работы устройства контроля продуктивности бройлеров поясняется на фиг.3.
i-1
i
i
i
i
k
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
Устройство состоит из весовой платформы 1, преобразователя силы (ПС) 2, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 3, ячейки памяти пред идущего значения среднего квадратического отклонения массы птицы (σ) 4, ячейки памяти текущего значения измеряемой массы птицы (m) 5, ячейки памяти предыдущего значения средней живой массы птицы (
) 6, счетчика количества взвешиваний (СКВ) 7, блока определения текущего значения среднего квадратического отклонения массы птицы (σ) 8, блока определения средней живой массы птицы (
) 9, блока определения текущего значения коэффициента вариации массы бройлеров (V) 10, блока оценки погрешности определения средней живой массы птицы по стаду (δ) 11, задатчика количества взвешиваний (ЗКВ) 12, блока сравнения (БС2) 13, блока управления (БУ) 14, блока сравнения (БС1) 15, задатчика погрешности (ЗП) 16, ячеек памяти 17 и 19 средней живой массы птицы по стаду на k-й и (k-1)-й дни содержания бройлеров соответственно, блока определения прироста массы птицы (Δm) на k-й день содержания бройлеров 18, счетчика дней выращивания бройлеров (СДВ) 20.
Устройство работает следующим образом.
i
i
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
Электрический сигнал, пропорциональный массе птицы, находящейся на весовой платформе 1, с выхода преобразователя силы 2 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, с выхода которого пропорциональный аналоговому сигналу цифровой код измеряемой массы (m) через ячейку памяти 5 поступает на входы блока 8 определения среднего квадратического отклонения (σ) и блока 9 определения средней массы птицы по стаду (
).
i
На входы блока 9 определения средней массы птицы по стаду, помимо измеряемого сигнала m, поступают также сигналы:
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
-
, представляющий собой пред идущее значение средней живой массы птицы по стаду с выхода блока 6;
- i, представляющий собой текущее количество взвешиваемых бройлеров с выхода блока 7 счетчика количества взвешиваний (СКВ).
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>i</mi></mfrac><mo stretchy="false">[</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">]</mo></mrow>
В результате математических операций на выходе блока 9 формируется сигнал
,
i
i
представляющий собой текущую среднюю живую массу птицы по стаду. Выходной сигнал блока 9 подается на вход ячейки памяти 6 для хранения до взвешивания следующего бройлера, на вход блока 8 для определения текущего значения среднего квадратического отклонения массы птицы σ, на вход блока 10 для определения величины коэффициента вариации массы птицы V и после завершения серии взвешиваний - на вход ячейки памяти 17 в качестве итогового результата средней живой массы птицы по стаду в данный k-й день содержания.
На входы блока 8 помимо измеряемого сигнала поступают также сигналы:
i-1
- σ,представляющий собой предыдущее значение среднего квадратического отклонения массы птицы из ячейки памяти 4;
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
-
, представляющий собой вновь определенную в блоке 9 текущую среднюю массу птицы по стаду;
- i, представляющий собой текущее количество взвешиваемых бройле-эов, формируемое в блоке 7 СКВ (счетчик количества взвешиваний).
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>i</mi></mfrac><msup><mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mn>2</mn></msubsup><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">]</mo></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msup></mrow>
В результате математических операций, производимых в блоке 8, на его выходе получается сигнал
,
i
представляющий собой среднее квадратическое отклонение массы птицы, который поступает на вход ячейки памяти 4, для хранения до взвешивания следующего бройлера и на вход блока 10, для определения текущего значения коэффициента вариации массы птицы V.
i
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>σ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><mi>t</mi></mrow><mrow><msqrt><mi>i</mi></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
Как уже отметили, на первый вход блока 10 поступает текущее значение сигнала среднего квадратического отклонения σс выхода блока 8, а на второй вход - сигнал вновь определенной текущей средней массы птицы
с выхода блока 9. В результате производимой в блоке 10 математической операции на его выходе получается сигнал
, представляющий собой текущее значение коэффициента вариации массы птицы. Далее этот сигнал подается на первый вход блока 11, на второй вход которого поступает сигнал i от счетчика количества взвешиваний (СКВ) 7. В результате осуществления указанной в блоке 11 математической операции на его выходе получается сигнал
, представляющий собой текущее значение погрешности определения средней массы птицы по стаду (или погрешности «репрезентативности выборки»).
Таким образом, путем осуществления математических операций, указанных в блоке 4 алгоритма управления (фиг.2), мы получили текущие значения технологических параметров:
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
- средней живой массы птицы по стаду -
;
i
- среднего квадратического отклонения массы птицы - σ;
i
- коэффициента вариации массы птицы - V;
i
- «погрешности репрезентативности выборки» - δ.
i
зад
i
зад
i
зад
i
зад
i
зад
i
зад
i
зад
i
зад
cp
k
cp
k
cp
k-1
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mi>c</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub></mrow>
Далее согласно алгоритму управления, приведенному на фиг.2 производится проверка выполнения условия δ≤δ. Это осуществляется с помощью блока сравнения (БС1) 15, куда поступает сигнал текущего значения погрешности δ с выхода блока 11, и сигнал от задатчика погрешности (ЗП) 16, с помощью которого задается значение допустимой погрешности δ. При невыполнения условия, когда текущее расчетное значение погрешности δпревосходит заданное допустимое значение δ, содержимое счетчика СКВ (блок 7) увеличивается на единицу, и устройство приступает к взвешиванию следующего бройлера. Процесс взвешиваний бройлеров повторяется до тех пор пока не выполнится требования условного оператора (оператор 5 на фиг.2), при котором погрешность определения средней массы птицы δ, уменьшаясь, достигает заданного уровня δ. При этом на выходе блока сравнения (БС1) 15 формируется управляющий сигнал, который через блок управления (БУ) 14 передает управление условному оператору 6 (фиг.2). Следует отметить, что выполнение условия δ≤δ необходимо, но не достаточно для завершения серии взвешиваний. Для этого необходимо выполнение еще одного условия, которое носит дополнительный, вспомогательный характер. Дело в том, что в первоначальном этапе взвешиваний, когда количество статистических данных по массе птицы настолько мало, что масса птицы от опыта к опыту может колебаться в достаточно широком диапазоне: ±3σ  согласно общеизвестному закону «трех-сигм» из теории вероятностей [Вентцель Е.С. Теория вероятностей. 4-е изд. М.: Наука, Физматгиз, 1969. 576 с], где σ - среднее квадратическое отклонение массы птицы, расчетное значение вероятностной погрешности δ тоже может колебаться аналогичном широком диапазоне, и его текущее значение случайно может оказаться меньше, чем заданное допустимое значение δ. В результате получится преждевременное «ошибочное» выполнение условия δ≤δ, что приведет к тому, что прекратится процесс серии взвешиваний и накопление статистических данных, что в свою очередь приведет к увеличению реальной погрешности определения средней массы птицы по стаду. Чтобы этого не случилось, в алгоритм управления введен условный оператор i≤n (оператор 6 на фиг.2). Это означает, что количество взвешиваемых бройлеров i не должно быть меньше, чем заданное нами число n. Для реализации вышеуказанного условного оператора в принципиальной схеме устройства (фиг.3) предусмотрены счетчик количества взвешиваний (СКВ) 7, для считывания текущего количества взвешиваемых бройлеров (i), задатчик количества взвешиваний (ЗКВ) 12, куда вводится заданное минимальное количество взвешиваний (n), и блок сравнения (БС2) 13. В результате сравнения текущего количества взвешиваний (i) с заданным (n), если не выполняется условие i≤n, система продолжает серию взвешиваний бройлеров, несмотря на то, что уже выполнилось требование главного условного оператора, т.е. требование условия по точности определения средней массы птицы по стаду δ≤δ (оператор 5 на фиг.2). При этом содержимое счетчика количества взвешиваний (СКВ) увеличивается на единицу и начинается взвешивание следующего очередного бройлера. Процесс продолжается до тех пор, пока не выполнится условие i≤n. Как только количество взвешиваний достигается заданному, на выходе блока сравнения (БС1) 15 срабатывается управляющий сигнал, который через блок управления (БУ) 14 останавливает процесс взвешиваний бройлеров. Далее согласно алгоритму управления система переходит к выполнению оператора 7 (фиг.2). При этом последнее текущее значение
передается ячейке памяти 17 в качестве итогового значения средней живой массы птицы по стаду на k-й день содержания бройлеров - (m). В блоке 18 производится операция вычитания из содержимого ячейки памяти 17 - (m) содержимое ячейки памяти 19 - (m) представляющее собой значение средней живой массы птицы по стаду на предыдущий (k-1)-й день содержания птицы, в результате чего на его выходе получается сигнал, представляющий собой прирост массы птицы на k-й день содержания птицы
cp
cp
k
cp
k-1
Δm=(m)-(m).
Далее содержимое ячейки памяти 17 передается на хранение ячейке памяти 19 до следующего (k+1)-ого дня, для его использования в расчетах прироста массы на следующий день. После этого содержимое счетчика дней выращивания бройлеров (СДВ) 20 увеличивается на единицу, а определенные на текущий k-й день технологические показатели продуктивности птицы индицируются на экране дисплея, это:
cp
k
- средняя живая масса птицы по стаду - (m);
k
- прирост массы птицы - (Δm);
k
- коэффициент вариации массы птицы - (V);
k
- величина погрешности определения средней живой массы птицы по стаду - (δ);
k
- количество взвешиваемых бройлеров - (i).
Этим процесс контроля продуктивности бройлеров на k-й день содержания бройлеров завершается. На следующий (k+1)-й день, в то же время, процесс контроля заново повторяется. И так процесс ежедневного контроля продуктивности бройлеров продолжается до окончания срока выращивания птицы.