Алгоритм управления системой молочного скотоводства Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

Алгоритм управления системой молочного скотоводства

О.В. Ужик, к.т.н., Белгородская ГСХА

Технологический процесс содержания различных половозрастных групп крупного рогатого скота можно представить в виде обитающей во внешней среде системы человек — машина — животное [ЧМЖ], которая будет успешно функционировать при условии работоспособности всех её элементов, характеризуемых следующими показателями [1, 2]:

оператор 0о = {до. ()} ; (1)

машина Ом = {дм. (?)} ; (2)

животное 0ж = {дж. (0} ; (3)

среда 0с = {дс. (0} , (4)

где а, 0м, 0ж, О. — показатели, характеризующие

состояние элементов системы; а , а , а , а . — компоненты, характеризующие

20Г 2мг 2жг 2С1 ■’Г Г .> '

состояние в момент времени ? соответственно оператора, машины, животного, среды; а , а , а , а . — компоненты, характеризующие

о м ж С

состояние в момент времени t соответственно оператора (квалификация, психологическое и физиологическое состояние и др.), машины (производительность, энергоёмкость и др.), животного (возраст, продуктивность и др.), среды (условия содержания, параметры микроклимата и др.);

I — число компонентов каждого показателя.

В случае отказа одного из элементов система переходит в неработоспособное состояние.

Алгоритм управления системой функционирования молочного скотоводства представлен на рисунке. Его действие основано на сборе, анализе информации о животном, его физиологическом состоянии, продуктивности, среде его обитания и выработке оптимальных управлений, реализующих технологический процесс выращивания и продуктивного использования животных на различных этапах жизни.

На основании алгоритма управления системой функционирования молочного скотоводства нами разработаны организационно-технологические нормативы производства молока, включающие технологические карты [3].

В инженерной части технологических карт мы предусматривали возможность использования как существующих отечественных и зарубежных машин и оборудования, так и вновь создаваемых технических средств, в максимальной степени отвечающих агро- и зоотребованиям, так как повышение эффективности молочного животноводства базируется на росте продуктивности коров и качестве молока, зависящих от применяемых технологий и технических средств, реализующих эти технологии [3].

Как правило, эффективное агропромышленное предприятие характеризуется бесстрессовым содержанием животных, основывающимся на использовании комплекса современного инженерного оборудования и перенесении методов адаптивных автоматизированных производств на технологический процесс [1, 2, 4]. Влияние на продуктивные параметры животных соответствия технических средств их физиологии можно представить в виде:

^ а = / [Фмm(t), ФМ ФИет(^ Фно(^ (5)

Ф^, Фдос(0Ь (5)

где Ат — прирост массы;

О — удой;

Ф (О, Ф (О, Ф (О, Ф (О, Ф д(0, Ф (О, Фд (0 -

мт' /? ст' /? нет' ' ’ но' /? род' / ’ рк' / ’ дос' '

функции, определяющие степень соответствия средств механизации физиологии молодняка в молочный период; в период выращивания до случного возраста; физиологии нетелей; процессу отёла коров и нетелей; родовспоможения коровам и первотёлкам; раздоя коров и первотёлок.

Для оценки эффективности использования технических средств при механизации производственных процессов на всех стадиях развития и функционирования животных можно воспользоваться математической моделью, предложенной доктором технических наук В.П. Ожиговым [5]:

е5(0= КжОтеЛ (6)

где О5 — эффективность животного;

От — базовая эффективность животного;

Кж - коэффициент физиологичности технических средств;

к — коэффициент последействия потока;

X — параметр потока отказов эргатической системы; t — время.

Коэффициент физиологичности технических средств подсистемы выращивания тёлочек характеризуется интенсивностью их роста, т.е. приростом биомассы. Причём рассматриваются два периода роста: период внутриутробного (пренатального) развития плода, от эмбрионального состояния до зрелости, и послеродовое (постнатальное) развитие живого организма. Внутриутробный период характеризуется эффективностью накопления энергии в матке в течение беременности у коров, её максимумом [6]:

1

'

(7)

где кх — коэффициент физиологичности технических средств подсистемы выращивания тёлочек в пренатальный период;

ЗЬ/£У/У£7/<С/3/<1_7

Рис. - Алгоритм управления системой функционирования молочного скотоводства

Е (Л — фактически накопленная энергия в

телмх / т г-

матке коровы к моменту времени t, МДж;

Е (0 — энергия, накопленная в матке к мо-

зоом' / с ’

менту времени t по зоотехническим нормам,

МДж.

Послеродовое развитие характеризуется интенсивностью роста телёнка в молочный период. В таком случае коэффициент физиологичности технических средств подсистемы выращивания тёлочек в постнатальный период к2 характеризуется следующим выражением:

1

(8)

л-9 —------7 \ 5

где ОтЛ]м(Р) — фактическая масса телёнка в период времени t, кг;

О (0 — масса телёнка по зоотехническим

зоом

нормам в период времени ^ кг; а в период до случного возраста:

1

(9)

'

(10)

'

'

(12)

где Уфактм — фактический удой после раздоя за

1

:ий у

период времени і, кг/гол;

Уферм — средний удой по ферме на период оценки, кг/гол.

Коэффициент физиологичности технических средств подсистемы доения основного стада к7 оценивает его влияние на молочную продуктивность коров:

-

:

'

:

'

(13)

где У , — средний фактический надой за лак-

ст.фактм г т

тацию на голову, кг/гол;

Упредм — надой за предыдущую лактацию на голову, кг/гол.

А коэффициент к8 на уровень заболеваемости маститом:

'

'

(14)

'

где От]Л(Р) — фактическая масса телёнка в период времени t, кг;

Озоо() — масса телёнка по зоотехническим нормам в период времени t, кг.

Коэффициент физиологичности технических средств подсистемы выращивания нетелей к4 характеризует интенсивность наращивания биомассы молочной железы в результате её массажа посредством технических средств:

где Ьфактм — процент заболевших коров маститом за период времени і, %;

^болш — процент больных коров за этот период предыдущего года, %.

В целом в первом приближении физиологичность технических средств молочного скотоводства может быть оценена суммарным коэффициентом Кфиз, значение которого должно быть не менее числа слагаемых:

(15)

или

(16)

_ ------ГГ 9

где Мвымм(0 — фактическая масса вымени нетели в период времени t, кг;

М (0 — масса вымени нетели по зоотехни-

зоом

ческим нормам в период времени t, кг. Коэффициент физиологичности технических средств подсистемы растёла и раздоя коров оценивает эффективность устройства для родовспоможения и доильного оборудования. При этом коэффициентом к5 оценивается влияние устрой -ства на сохранность приплода:

к ()• <п) где Кт]]м(1) — фактическое число телят за период времени t, гол;

К (0 — число телят по зоотехническим нормам

зоом

за период времени t, гол.; а коэффициент к6 — влияние технологического оборудования на молочную продуктивность коров:

где [к] — коэффициент физиологичности технических средств г-той подсистемы; п — число оцениваемых подсистем системы функционирования молочного скотоводства.

В противном случае требуется применение более эффективных технических средств в подсистеме, значение коэффициента эффективности которой меньше единицы.

Очевидно, что технические средства каждой подсистемы оказывают влияние на результат производства конечного продукта молочного производства, выражаемый в натуральном или денежном исчислении. Степень влияния можно выразить весовым коэффициентом Кфиш с учётом полученных нами коэффициентов оценки эффективности технических средств подсистем, описываемых уравнениями (см. (7)—(14)):

Кфизм = / (к,). (17)

г = 1, 2, 3... п.

1 е п.

где кг — коэффициент оценки эффективности технических средств г-той подсистемы на производство конечного продукта.

А так как система функционирования молочного скотоводства носит иерархический характер

:

и всякая последующая подсистема является в той или иной степени преемником предыдущей, мы можем представить весовой коэффициент Кфиш системы молочного скотоводства уравнением вида:

Кфизм = [(k1 )x(k2 )x(k3 )Х ••• x(kn )^= П n=1 )• (18)

Отсюда эффективность Q^Mex(t) использования технических средств для механизации производственных процессов на всех стадиях развития и функционирования животных с учётом уравнения (см. 1.6) можно представить в виде:

(I9)

где Qm6a3 — базовая эффективность функционирования животного при отсутствии отказов.

Рассмотренные выше требования были положены нами в основу разработки средств механизации для обслуживания животных.

Как следует из вышеизложенного, выращивание и использование высокопродуктивных коров представляет собой сложную многоуровневую систему с весьма значимыми взаимосвязанными звеньями на каждом этапе. Поэтому важным является комплексное решение проблемы повышения эффективности молочного скотоводства путём технико-технологического сопровождения, обеспечивающего повышение сохранности поголовья, рост молочной продуктивности коров, производительности труда обслуживающего персонала.

Анализ функционирования и технического оснащения высокоэффективных производств показывает, что бесстрессовые технологии содержания животных, а также применение комплекса технических средств нового поколения с регулируемыми параметрами для инженерного оборудования возможны в случае перенесения методов адаптивных автоматизированных производств на технологический процесс. Для реализации указанного направления на основе синтеза имеющейся информации об известных технических решениях в этой области механизации сельского хозяйства нами разработаны пневмомеханическое колебательное массажное устройство для вымени нетелей [7], доильный апарат с почетвертным управляемым режимом доения в зависимости от интенсивности потока молока [8], адаптивный манипулятор для запуска коров [9] и устройство для родовспоможения для оказания помощи корове

при патологических отёлах [10]. Производственные испытания подтвердили работоспособность предлагаемых конструкций и высокую их эффективность. Математическое моделирование рабочих процессов указанных механизмов, экспериментальное подтверждение правильности теоретических положений, полученные их оптимальные конструктивнорежимные параметры могут быть положены в основу разработки аналогичных устройств. Технические средства каждой подсистемы оказывают влияние на результат производства конечного продукта молочного производства, выражаемый в натуральном или денежном исчислении. Степень влияния можно выразить весовым коэффициентом Кфизм с учётом полученных нами коэффициентов оценки эффективности технических средств подсистем. Внедрение разработанного комплекса машин в ГУП ОПХ «Белгородское», ООО «Грайворонская молочная компания», ОАО «Центральное», ОАО «Агро-Стрелецкое» и др. хозяйствах позволило получить дополнительную прибыль более 1,0 млн рублей.

Литература

1. Корнейко А.А., Ужик В.Ф., Скляров А.И. и др. Функционирование животного в гибком производственном процессе // Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения: матер. VIII междунар. науч.-произв. конф. Белгород: Механизация, 2004. С. 116.

2. Ужик В.Ф., Ужик О.В., Ужик Я.В. Теория технологий и технических средств в животноводстве: монография. Белгород: Изд-во БелГСХА, 2009. 198 с.

3. Организационно-технологические нормативы производства молока, говядины, свинины и мяса птицы // Турьянский А.В., Яковчик Н.С., Ужик О.В. и др. Сборник отраслевых регламентов. Белгород, 2008. 246 с.

4. Рафикова Н., Садриева Р. Организационно-экономические факторы эффективности производства и реализации молока // АПК: Экономика, управление. 2005. № 10. С. 41—46.

5. Ожигов В.П. Совершенствование биотехнических систем в животноводстве: дисс. в виде науч. доклада докт. техн. наук. Новосибирск, 1997. 42 с.

6. Франс Дж., Торнли Дж. Х.М. Математические модели в сельском хозяйстве /Пер. с англ. А.С. Каменского; под. ред. Ф.И. Ерешко. Предисл. Ф.И. Ерешко, А.С. Каменского. М.: Агропромиздат, 1987. 400 с.

7. Патент №2368133 Яи, С1 МПК А 01 J 7/00 Устройство для массажа вымени нетелей /Ужик О.В. (Яи). №2008140357/12. Заявлено 10.10.2008. Опубл. 27.09.2009. Бюл. № 27.

8. Патент №2367147 Яи, С1 МПК А 01 J 5/04 Адаптивный доильный аппарат / Ужик О.В., Ужик Я.В. (Яи). №2008128329/12. Заявлено 11.07.2008. Опубл. 20.09.2009. Бюл. № 26.

9. Патент №2388216 Яи, С1 МПК А 01 J 5/04 Переносной манипулятор для подготовки коров к запуску в процессе доения / Ужик О.В., Ужик Я.В. (Яи). № 2009107469/12. Заявлено 04.03.2009. Опубл.10.05.2010. Бюл. № 13.

10. Патент №23702400 Яи, С1 МПК А 61 D 1/00 Устройство для родовспоможения коровам / Ужик О.В. (Яи). №2008128331/12. Заявлено 11.07.2008. Опубл. 20.09.2009. Бюл. № 29.