УДК 631.171
АЛГОРИТМ НАУЧНОГО ОБОСНОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ
МОЛОКА
Д.К. Ларкин, кандидат технических наук В.К. Скоркин, доктор сельскохозяйственных наук В.П. Аксенова, инженер-исследователь
Институт механизации животноводства - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ E-mail: vniimzh@mail.ru
Аннотация. Определение научно обоснованных технологий производства молока и рациональных параметров молочнотоварных ферм предполагает поиск и выбор наиболее эффективных технологий и комплектов технических средств, обеспечивающих выполнение всех технологических процессов и получение высококачественной продукции с наименьшими экономическими затратами и высокой рентабельностью. Наиболее рациональные и экономичные из множества возможных вариантов выбора определяются путем сравнения и анализа технико-экономических показателей производства. Для решения возникающих при этом многовариантных задач, связанных с выбором технологий, зданий, сооружений, оборудования, технических средств из имеющихся в наличии ресурсов, определение научно обоснованных параметров предприятия должно выполняться компьютерной программой. Алгоритм технологических расчетов и выбора технических средств представляет собой многоуровневую расчетную последовательность различных операций, связанных между собой математическими зависимостями, приводящими от исходных предпосылок к требуемым результатам. Для выполнения расчетов в технологическом блоке программы вводятся исходные данные, по которым, в соответствии с нормами технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота, определяются технологические показатели фермы. Реализация алгоритма представляет собой программу, разработанную на языке VBA в Microsoft Excel, включающую в себя экранные формы, отображающие все необходимые элементы управления в многостраничной экранной форме, где каждая страница соответствует одному производственно-технологическому блоку. Логическая последовательность выбора технологических процессов, оборудования и расчета технико-экономических показателей производства приведена в виде алгоритма. Приведена блок-схема алгоритма и фрагмент компьютерной программы.
Ключевые слова: эффективность предприятий, производство молока, алгоритм технологических расчетов, блок-схема алгоритма, реализация алгоритма, экранные формы, компьютерная программа, технико-экономические показатели.
Введение. Определение научно обоснованных технологий производства молока и рациональных параметров молочно-товарных ферм предполагает поиск и выбор наиболее эффективных технологий и комплектов технических средств, обеспечивающих выполнение всех технологических процессов и получение высококачественной продукции с наименьшими экономическими затратами и высокой рентабельностью.
Эффективность функционирования технических средств можно рассматривать с различных точек зрения: по потреблению материальных и энергетических ресурсов (кормов, электроэнергии, топлива, ГСМ, ма-
териалов и инструмента для техобслуживания и ремонта техники, ветеринарных препаратов, удобрений и других), по их влиянию на продуктивность коров и качество молока, по времени и количеству выполняемых операций, затратам труда и другим характеристикам, требуемым для выполнения технологических процессов. Однако основными показателями их эффективности и, следовательно, предприятия в целом являются прибыль, себестоимость продукции и рентабельность производства. Эти три основных критерия можно назвать критериями эффективности первого уровня, которые, в свою очередь, определяются влиянием критериев
второго уровня, к основным из которых можно отнести следующие:
- концентрация поголовья животных;
- способы и условия содержания скота;
- конструкции зданий и стойлового оборудования;
- типы кормления;
- технологии и технические средства приготовления и раздачи корма;
- технологии доения и типы доильных установок;
- системы уборки, удаления и переработки навоза;
- природно-климатические условия и системы обеспечения микроклимата;
- ветеринарное обеспечение животных и воспроизводство стада;
- наличие систем переработки и сбыта продукции.
Таким образом, для определения эффективности применения тех или иных технологий и технических средств возникает необходимость решения многовариантных задач, связанных с выбором технологий, зданий, сооружений и технических средств из имеющихся в наличии ресурсов. Объем выполняемых расчетов по определению научно обоснованных параметров предприятия столь велик, что должен выполняться компьютерной программой по заданному алгоритму.
Наиболее рациональные и экономичные из множества возможных вариантов выбора определяются путем сравнения и анализа технико-экономических показателей производства, который позволяет сформулировать рекомендации по выбору наиболее эффективных энергосберегающих технологий и технических средств для предприятий по производству молока.
Методика исследований. Алгоритм технологических расчетов и выбора технических средств (ТС) представляет собой многоуровневую разветвленную логическую и расчетную последовательность различных событий (ввод данных, выбор технологий, технических средств и пр.), связанных между собой математическими зависимостями, приводящими от исходных предпосылок к
требуемым результатам. Алгоритм составляется по иерархическим уровням и технологическим блокам в соответствии с блок-схемой экономико-математической модели (ЭММ) предприятия по производству молока [1]. Алгоритм технологических расчетов, выбора ТС и расчета технико-экономических показателей молочно-товарной фермы включает в себя следующие основные разделы:
- технологическое обеспечение животных (определение структуры стада, потребление кормов, воды, подстилки и пр.);
- выбор зданий, сооружений и оборудования для содержания животных;
- производство и заготовка кормов;
- приготовление и раздача кормов;
- водоснабжение;
- доение и первичная обработка молока;
- уборка и удаление навоза;
- электроснабжение предприятия;
- теплоснабжение и обеспечение микроклимата в помещениях;
- ветеринарное обеспечение животных и воспроизводство стада;
- хранение и переработка молока;
- управление производством и транспортировкой продукции;
- расчет технико-экономических показателей производства.
Для выполнения расчетов в технологическом блоке программы ЭММ вводятся исходные данные, по которым, в соответствии с нормами технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота, определяются технологические показатели фермы: постановочное поголовье; суточная и годовая потребность в натуральных кормах в зависимости от продуктивности коров и выбранного типа кормления; потребность в пахотных землях, необходимых для производства собственных кормов; потребление воды для поения, доения и хозяйственных нужд; потребность в площадях для размещения животных; потребность в подстилке в зависимости от ее вида; суточный и годовой выход навоза. По введенным исходным данным и результатам выбора ТС выполняются расчеты характеристик необходимых операций каждого технологического процесса и опре-
деляются технико-экономические показатели этих процессов. В блоке зданий и сооружений предоставляется возможность выбора необходимого комплекта для ферм различной мощности. Варианты отличаются типом и размерами коровников, родильных отделений и доильных помещений, а также набором оборудования и сооружений для заготовки и хранения кормов, выгула животных, хранения навоза и другими характеристиками. Здания и сооружения выбираются из соответствующих баз данных, формирующихся отдельно для каждого производственно-технологиче-ского блока и подразделяющихся по мощности ферм для типоразмерно-го ряда от 50 до 1200 голов и вариантам выполнения технологических процессов. Условия выбора вариантов зданий определяются мощностью фермы и природно-климатическими условиями зоны расположения фермы.
Разнообразие природно-климатических зон России с меняющимся температурным режимом требует применения животноводческих помещений различных конструктивных решений с применением соответствующих строительных материалов.
Для южных регионов страны помещения могут быть облегченными, с использованием местных строительных материалов и упрощенной системой воздухообмена. Для условий Сибири рекомендуется применять проверенные практикой утепленные помещения с более утяжеленной конструкцией и утилизацией теплоты вытяжного воздуха. Например, в центральных районах Нечерноземной зоны России в последние годы стали применять стеновые сэндвич-панели и открывающиеся панели-шторки.
В зависимости от объемно-планировочных решений и конструктивных особенностей зданий используются разные комплекты оборудования. Поэтому базы данных по технологическому оборудованию для содержания животных соответствуют базам по животноводческим и подсобным помещениям и сооружениям. Выбор оборудования для содержания животных (стойла, кормушки, поилки, секции, домики и пр.) производится в
соответствии с выбором варианта зданий и сооружений. При этом имеется возможность для выбора оборудования внутри соответствующего варианта. Условия выбора вариантов зданий и набора оборудования определяются выбором вариантов содержания.
Для производства и заготовки кормов имеется возможность выбора ТС из баз данных, соответствующих мощности фермы, которые включают в себя оборудование для обработки почвы (трактора, плуги, бороны), посева и обработки растений (сеялки, культиваторы и др.), уборки и транспортировки кормов (косилки, грабли, комбайны и т.п.). В связи с тем, что время работы этого оборудования в течение года незначительно, представляется целесообразным его кооперативное использование на 2-3 фермы. С этой целью в исходные данные вводится коэффициент кооперации, позволяющий учесть снижение капитальных затрат каждого предприятия на приобретение оборудования.
ТС для приготовления и раздачи кормов также выбираются из баз данных, соответствующих мощности фермы, и обеспечивается возможность выбора средств для загрузки сена, зеленой массы, сенажа, силоса, концкорма, приготовления и раздачи кор-мосмеси, загрузки и раздачи прессованного сена (рулонов), приготовления и раздачи растворов, а также накопления сухих кормов и приготовления собственного комбикорма.
Для системы водоснабжения производится выбор источника воды, устройств для ее подъема и обеспечения напора в системе, трубопроводов задвижек, колодцев и оборудования для пожаротушения, включающего в себя пожарные емкости, насосы, гидранты. Условия выбора ТС определяются мощностью фермы.
Оборудование для доения и первичной обработки молока выбирается в зависимости от мощности фермы в соответствии с вариантами зданий и сооружений, Например, для ферм 50 и 100 голов рекомендуется один вариант - доение в молокопровод в коровнике и родильном отделении, расположенном в коровнике. Для ферм 200, 400 и 800 голов предполагаются два возможных варианта
доения: в молокопровод и в доильном зале. А для фермы 1200 голов рассматриваются три варианта: при использовании трех блоков из двух зданий по 200 голов варианты доения - в молокопровод и в доильном зале, для трех коровников по 400 голов - вариант доения только в доильном зале.
Уборка и удаление навоза также производятся в соответствии с выбором варианта зданий и сооружений, т.к. от этого зависит состав навозоуборочного оборудования, но при этом имеется возможность для вариации различных ТС из базы данных, соответствующей варианту. При этом учитываются система содержания, тип кормления и вид подстилки.
Электроснабжение ферм осуществляется от трансформаторной подстанции типа КТП, мощность которой определяется потребностью фермы. Необходимое электрооборудование для электроснабжения зданий и технических средств различных технологических процессов, внутреннего и наружного освещения и т. п. также определяется по мощности фермы и количеству зданий. Общие затраты электроэнергии на ферму определяются в соответствии с рекомендациями [2, 3]. Затраты электроэнергии на отдельные технологические процессы рассчитываются по мощности и времени работы соответствующего оборудования. Разница между этими затратами электроэнергии, представляющая затраты на освещение и прочие хозяйственные нужды, относится на техническое обслуживание зданий и содержание животных в соотношении 30 и 70% соответственно.
Обеспечение микроклимата в родильных отделениях и помещениях для молодняка фермы производится с применением приточ-но-вытяжных вентиляционных установок типа "Климат", число которых определяется количеством зданий с учетом постановочного поголовья и средней массы животных. В коровниках применяется приточно-вытяжная естественная циркуляция воздуха, не требующая дополнительных капитальных и энергетических затрат. Подача воздуха в помещения изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха.
Исходя из времени года и показаний наружных температур, ус-танавливается нормативный воздухообмен на 1 ц живой массы.
Оборудование для ветеринарно-санитар-ного ухода за животными и состоянием фермы выбирается из баз данных, соответствующих мощности фермы. Список оборудования и препаратов для воспроизводства стада определен отдельно для каждого варианта фермы и учитывается при расчете технико-экономических показателей.
Переработка молока в хозяйствах выполняется в типовых цехах. Характеристика цехов приведена в соответствующих базах данных. Технико-экономические показатели предприятий рассчитываются отдельно для вариантов без переработки молока и при ее наличии. Управление производством и выполнение производственных операций осуществляется персоналом, штатное расписание которого зависит от мощности фермы и выбора технологий.
Алгоритм расчетов предполагает соблюдение изложенной последовательности, т.к. большинство технологических процессов взаимосвязаны между собой, и изменения, внесенные в блоки верхнего уровня, влияют на выбор вариантов и результаты нижних уровней.
Результаты исследований. Реализация алгоритма представляет собой программу, разработанную на языке Visual Basic Application (VBA) в Microsoft Excel, включающую в себя экранные формы (UserForm), отображающие все необходимые элементы управления в многостраничной экранной форме (MultiPage), где каждая страница соответствует одному производственно-технологическому блоку из вышеперечисленных.
Вся программа состоит из ряда взаимосвязанных подпрограмм, позволяющих найти базы данных технических средств, соответствующие определенному технологическому процессу, выбрать необходимое техническое средство и перенести все его характеристики в таблицы для сохранения и использования их в последующих расчетах технико-экономических показателей процес-
са и всего производства в целом. При каждом изменении выбора исходных данных или оборудования соответствующие подпрограммы вносят изменения в таблицы выбранного оборудования и все последующие расчеты.
Логическая последовательность выбора технологических процессов, оборудования и расчета технико-экономических показателей (ТЭП) производства приведена ниже в виде алгоритма.
1. Ввод исходных данных.
2. Заполнение форм с вариантами выбора технологических процессов.
3. Выбор варианта технологического процесса.
4. Технологические расчеты.
5. Выбор операции технологического процесса.
6. Определение и нахождение базы данных (БД), соответствующей варианту технологического процесса выбранной операции.
7. Заполнение списка технических средств из базы данных.
8. Выбор технических средств.
9. Заполнение массива данных характеристиками выбранного оборудования.
10. Перенос массива данных в строку выбранного оборудования.
11. Расчет технико-экономических показателей выбранного варианта технологического процесса.
12. Сохранение выбора оборудования в таблицах.
13. Переход к следующей технологической операции.
14. Переход к п. 5 и повторение последующих пунктов.
15. Расчет технико-экономических показателей производства в целом.
16. Изменение вариантов выбора технологических процессов при изменении исходных данных.
17. Переход к п. 3 и повторение последующих пунктов.
18. Вывод результатов расчета.
В качестве исходных могут быть
введены следующие данных:
Мощность предприятия: от 50 до 1200 голов
Способ содержания: а) привязный; б) комбинированный
Система содержания: а) стойлово-выгульная; б) стойлово-пастбищная
Тип кормления: а) силосно-сенажно-концентрат-ный; б) сенажно-концентратный
Тип доения: а) в молокопровод; б) в доильном зале
Число доения в сут: а) два раза; б) три раза.
Продуктивность: от 5000 до 7000 кг молока в год
Подстилка: а) опилки; б) солома
Метод содержания телят: а) обычный; б) холодный
Теплоснабжение: а) электрическое; б) газовое
Коэффициент кооперации: а) без кооперации; б) на две фермы; с) на три фермы.
Округ страны: Центральный, Северо-Западный, Южный, Северо-Кавказский, Приволжский, Уральский, Сибирский, Дальневосточный
В качестве примера приведена блок-схема алгоритма выбора технологических процессов, оборудования и расчета технико-экономических показателей (рис. 1).
Рис. 1. Блок-схема алгоритма выбора оборудования для содержания животных
Ниже представлен фрагмент программы, разработанной по приведенному алгоритму и обеспечивающей выбор оборудования для доения. Реализация приведенного алгоритма показана на рис. 3 и 4 в виде экранных форм. После выбора технических средств все характеристики выбранного оборудования записываются и сохраняются в таблицах Excel.
ДОЕНИЕ If MultiPage1. Value = 6 Then Лист 7. Unprotect (141042) Лист7.Activate With ActiveSheet
ЛистL2.Range("bL30:LL52"). ClearContents ЛистL2.Range("aL29"). ClearContents ЛистL2.Range("aL29").Value = UserFormL. ComboBoxL5. Text ЛистL2.Range("bL29"). Value = UserFormL. TextBox20. Text For i = 1 To mx 'Доильные аппараты
If UserFormL.ComboBox47.Text = .Cells(k + i, 2). Value Then
obr(LL) = Range(Cells(k + i, 2), Cells(k + i, 12)). Value
ЛистL2.Range("bL30:LL30"). Value = obr(LL) End If
'Резервуар-охладител ь If UserFormL. ComboBox48. Text = .Cells(k + i, 2). Value Then obr(LL) = Range(Cells(k + i, 2), Cells(k + i, L2)).Value ЛистL2.Range("bL3L:LL3L"). Value = obr(LL) End If
'Пастеризация
If UserFormL.ComboBox49. Text = .Cells(k + i, 2). Value Then obr(LL) = Range(Cells(k + i, 2), Cells(k + i, L2)).Value ЛистL2.Range("bL32:LL32"). Value = obr(LL) End If
'Водонагреватель основной If UserFormL.ComboBox50. Text = .Cells(k + i, 2). Value Then obr(LL) = Range(Cells(k + i, 2), Cells(k + i, 12)). Value
ЛистL2.Range("bL33:LL33"). Value = obr(11)
End If
'Доение в родильном отделении If UserForm1.ComboBox51.Text = .Cells(k + i, 2). Value Then
obr(11) = Range(Cells(k + i, 2), Cells(k + i, 12)). Value
Лист 12.Range("b134:L134"). Value = obr(11) End If
'Водонагреватель в родильном If UserForm1.ComboBox52.Text = .Cells(k + i, 2). Value Then
obr(11) = Range(Cells(k + i, 2), Cells(k + i, 12)). Value
Лист12.Range("b135:L135"). Value = obr(11) End If
'Водокольцевая установка If UserForm1.ComboBox95.Text = .Cells(k + i, 2). Value Then
obr(11) = Range(Cells(k + i, 2), Cells(k + i, 12)). Value
Лист 12.Range("b136:L 136"). Value = obr(11)
End If
Next
End With
Лист12.Activate
Лист12.Range("b130").Activate
End If
[ч] Microsoft Excel - Модет>КРС_7_МГЫ4
■ SJ файл (Дрзсса Днд Вставка Формат Сервис Данные Qkho ¿правка
! J U У Л d 1 <d |Д 1 Специальная ита»«... f & | & ^ Д - - • 1 & t- Й1 51 Ь ° > Ы, * jf j Jg в ш а а Я в Ï
j Arial Сут • ю • | ж аг н m m m ш mi тЩ IX -, - у
300 Стойловое об op va. родшак. on. Росагросндб МОЛОЧНАЯ ФЕРМА • ПРИВЯЗНОЕ СОДЕРЖАНИЕ &
301 Кормушкародильн. отд. ж'б секционная. мnor. Убрать (tcohv Ввтугъ мз гкего |
303 Пшена одноуровневая (на 2 стойла) + род. отд. Технология | Зда Кврмушкм ПОНЛКИ щ, Содерж | ЗагКорм | ПрнгРазд | Вода | Доен | УбНав | ЭлСн | Тепл | Вет | ПерМо.т | Упр |
304 Поилка (в комгп. сто Га оборуд.) + род. отд. Еъгоор оборГ30Б1ПИЯ в коровник« Вариант выбора п Количество стойл я род.
305 Индивид домики для сод ie.ni до î-s мес. sospacta
306 Домики зтя труп. содержания телят от 5 i до 6-имес Стойпоюеобсрудоеание Росагрооиб z. Выбар оборудования родильного отделения
307 Молочное такси для выпойки теля
308 Групповая поюка для телят
309 Секциядал молодняка на 1S гол врод отд.
310 Поилка групповая здание молодняка
3t1 Не требуется
312
313 Кормушки Поилки Профиернол Стойловоеобсрудоеаниг Росэгрооиб ▼ J Метод содержания телят
314 1 400 Стойлоеоесборудовэние Росагро«лэб « Кормушка для коров ги^секшотая.япог. Кориушкл для коров нагамьная, м пот Стойловое обоиудоваиие ршшвп. отд Стойлое оборуд. родильн. отд. Ку^гахельпаш Стойловое оборуд. роднльн, отд. Росагрооеб
31S Наименование ТС
316 Стойловое оборудование
317 Стойловое оборудование Курнисельыаш
318 Стойловоеоборудованне Росагроснаб
320 Кортика дая коров напольная, м nor Кормуикл нгпогьнля род атд * | Обычный
321 Стойловое оборудование рошпьн отз До 3 месяцев До 6 месяцев Поилки
322 Стойлов оборуд. родипвн. оги. Курган; ель маш
323 Стойловое оборуд. родильн. отд. Росагроснаб
324 Кормушка родильн. отд. ис'6 секционная, мпог. Секшя для тепит до б пес. на 8-10 готе род отд Выбор оборудования для молодняка
325 Кормушка напольная род ото
326 Индивидуальная [летка »и телят профперпода
32/ Сегаля дал телят до 6 мес. па НО голов род отл
328 Секциядал молодняка от S до 18 мес. здание молодя»
32У Пешка одноуровневая (на 2 сто1"в1а)+род отд. | Свч*1в Для мелрди»я ot 6 до 13 и«. »Д9"ив иоподиже Ч
330 Групповая поилка для телят
331 Попка (в КОМГП, CTO ici, обррУД ) +■ ред. (ЦД
332 Поилка групповая здание молодняка
333 Не требуется
335 Сохранение выбора |
336 : 4оо
33/ Наименование ТС
11ХЛ1-Ф-2&-А 1 Комплект k 2> 1 lli.U 1 1 16 1 iïJU ' 1 4J.0U 1
► \ Вход /техн / ЗИП К содерж./ Корц/Згд/Водэ / Доен /Ни L ЭлСН /Тегсл/Упр ( Выб Об /Вег/Мол /ТЭП /Козф / Свод / Дизгр/оборJ
Рис. 3. Экранная форма выбора оборудования для содержания животных
Рис. 4. Экранная форма выбора оборудования для заготовки кормов
Необходимые расчеты выполняются программой автоматически. Результаты этих расчетов отображаются в виде таблиц в отдельном листе. Информация может быть также выведена в виде графиков и диаграмм.
Выводы.
1. Основными показателями эффективности предприятия являются прибыль, себестоимость продукции и рентабельность производства.
2. Алгоритм расчета ТЭП производства определяет варианты выбора оборудования и технических средств, в зависимости от которых формируются технико-экономические показатели предприятия.
3. Приведены логическая последовательность и блок-схемы алгоритма, а также примеры его реализации в виде компьютерной программы и экранных форм.
Литература:
1. Экономико-математическая модель производства молока на молочных фермах привязного содержания / Скоркин В.К. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2011. № 4. С. 3.
2. Практическая методика определения энергозатрат и энергоемкости производства, а также потребностей в энергоресурсах / Е.К. Маркелова и др. М., 2001. 56 с.
3. Справочник инженера-электрика с.-х. производства. М., 1999. 536 с.
Literatura:
1. Ekonomiko-matematicheskaya model' proizvodstva moloka na molochnyh fermah privyaznogo soderzhaniya / Skorkin V.K. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2011. № 4. S. 3.
2. Prakticheskaya metodika opredeleniya energozatrat i energoemkosti proizvodstva, a takzhe potrebnostej v en-ergoresursah / E.K. Markelova i dr. M., 2001. 56 s.
3. Spravochnik inzhenera-elektrika s.-h. proizvodstva. M., 1999. 536 s.
THE ALGORITHM OF SCIENTIFIC JUSTIFICATION OF DAIRY ENTERPRISES EFFICIENCY D.K. Larkin, candidate of technical sciences V.K. Skorkin, doctor of agricultural sciences V.P. Aksenova, engineer- researcher
Institute of livestock mechanization - filial of FGBNY FNAC VIM
Abstract. The dairy farms' milk production and rational parameters science-based technologies definition involves the most effective technologies and sets of technical means' search and selection to ensure all technological processes implementation and high quality products' producing with the lowest economic costs and high profitability. The most rational and economical from many possible choices are those by comparing and analyzing of technical-and-economical productivity's indicators' determine. To solve arising at the same time the multivariate problems associated with the technologies, buildings, structures, equipment, technical means of available resources' choice, the scientifically based enterprise parameters' definition should be performed by a computer program. The technological calculations and technical means' choice algorithm is a multi-level calculation's sequence of various operations related to each other by mathematical dependencies, resulting from the initial assumptions till required results. To perform calculations in the technological block of the program, are entered the initial data, according to them, in accordance to cattle enterprises' technological design norms, the farm's technological indicators are determined. The algorithm's implementation is a program developed in the VBA language in Microsoft Excel, including screen forms displaying all the necessary controls's elements in a multi-page screen form, where each page corresponds to one production-and- technological unit. The logical sequence of production technological processes, equipment and technical-and-economical indicators of calculation's selection in the form of algorithm is given. The algorithm's block diagram and a fragment of a computer program are given.
Keywords: enterprises efficiency, milk production, technological calculations' algorithm, algorithm's block diagram, algorithm's implementation, screen forms, computer program, technical-and-economical indicators.