CC BY
37
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.
