CC BY
15
УДК 681.3: 631.171: 631.471
ИНФОРМАЦИОННОЕ И ПРИБОРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАК СОСТАВЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЖИВОТНОВОДСТВА
В.В. Альт, член-корреспондент РАСХН, директор
ГНУ Сибирский физико-технический институт аграрных проблем
E-mail: [email protected]
В.Г. Хлыстун, генеральный директор
ООО ВПК «Сибагроприбор»
E-mail: [email protected]
На основе закона о круговороте вещества в природе предложена схема взаимосвязи объектов сельскохозяйственного производства: земли, растений, животных, машин и окружающей среды. Представлены электронные информационные базы данных и экспертные системы в животноводстве и ветеринарии. Ключевые слова: парадигма информационного обеспечения аграрного производства; экспертные системы; приборы экспресс-анализа молока.
Неизбежность неполной информации в аграрном производстве, науке и образовании у каждого из субъектов, принимающих управленческие решения, объективно связано с полифункциональным характером объектов управления: окружающая среда, земля, растения, животные и машины (рис. 1).
Рис. 1. Схематическое изображение связей объектов в сельскохозяйственном производстве, отражающих их диалектическую общность
Эти объекты можно представить как пять разновидностей ресурсов, которые взаимодействуют под воздействием еще двух ресурсов - человеческого и финансового. Все это можно представить как семимерное пространство. При этом человек, как субъект, принимающий управленческие решения, ощущающий четырехмерное пространство (ширина, длина, высота и время), находясь в семимерном пространстве, чувствует определенный дискомфорт.
В такой ситуации субъект, принимающий управленческие решения, вынужден принимать частные решения, сужая мерность пространства, полагая, что некоторые из ресурсов несущественны или безграничны. Это приводит к принятию человеком неполиоптимального решения вследствие неполного знания. Это во многом характерно при выборе сортов, пород и технологий в аграрном производстве. Почвенно-климатиче-ское разнообразие в нашей стране, большое количество сортов, пород и технологий затрудняют выбор полиоптимального решения.
В Сибири, да и России в целом, агроклиматический потенциал в 4-6 раз ниже, чем в европейских странах или США. Приняв агроклиматический потенциал России за 1, мы должны иметь в виду, что в Забайкалье он равен 0,38-0,43 (по данным акад. П.Л. Гончарова). При этом следует иметь в виду, что среднегодовые температуры в с.-х. зонах европейской части России положительны, а в азиатской части - отрицательны. Поэтому маловероятно, что в России будут широко применяться энергоемкие и высокоинтен-
сивные технологии, используемые в странах Западной Европы или США.
В нашей стране при сокращении применения высокоинтенсивных технологий будет расширяться применение малоэнергоемких и ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих производство конкурентоспособной продукции. Такого рода технологические решения регионального, областного, районного значения, и, конечно, на уровне отдельного хозяйства, базируются на глубоком анализе всего многообразия технологиче-
ских, технических, сортовых, породных, агроклиматических, экономических, экологических и других особенностей, характерных для конкретной природно-климатической территории. Исходя из этого многообразия особенностей и с целью поиска общеметодических подходов к формированию информационного и приборного обеспечения в области механизации и автоматизации животноводства, мы предлагаем схему взаимосвязей в структуре животное-окружающая среда-товар (рис. 2).
Рис. 2. Схема взаимосвязей в структуре животное-окружающая среда-товар
Многообразие составляющих структуры показывает разнородность знаний предметных направлений наук, необходимых для получения товарной животноводческой продукции. Для получения качественной и конкурентоспособной животноводческой продукции знания в каждом из направлений наук, привлекаемые для решения этой двуединой задачи, должны быть представлены в форме и виде, удобных и достаточных для лиц, принимающих управленческие решения в процессе производства товара.
Решение этой задачи можно представить как совокупность взглядов (подходов) на ре-
шение этой проблемы на современном этапе развития общества и производительных сил в виде парадигмы информационного обеспечения аграрного производства (рис.3).
Парадигма показывает пути и подходы к созданию измерительных приборов, измерительно-вычислительных комплексов, информационно-измерительных систем, баз данных и баз знаний, экспертных систем и систем искусственного интеллекта. Парадигма охватывает все многообразие информации, характеризующей объект: измерительная, эвристическая, в виде наблюдаемых переменных и знаний экспертов.
Измерительные приборы, измерительно-вы-числительные комплексы, информационно-измерительные системы являются составной частью средств, используемых при создании и применении технологий информатизации, но в методологическом плане их рассмотрение выходит за рамки настоящей статьи. Парадигмой предусматривается включение экспертных систем и систем искусственного интеллекта в состав управляющего звена путем выработки заключения для системы принятия управленческих решений (СПУР). Такой автоматизированный метод управле-
ния позволяет перейти к управлению объектом (почва, растения, животные, машины, технологии, социально-экономические отношения и т. д.) не по отклонению какого-то из параметров или группы параметров от принятой нормы, а в соответствии с функцией назначения объекта управления.
Одновременно к объекту управления будут применены ограничения, накладываемые экологической обстановкой, сезонным характером работ, взаимным влиянием составляющих объекта, характером воздействия внешних факторов на объект управления [1,2].
Рис. 3. Парадигма информационного обеспечения аграрного производства
В процессе разработки средств измерения и обработки информации создаются математические, информационные, морфологические (функциональные) и натуральные модели самих объектов, которые рассматриваются как источники информации и объекты управления. Как первую стадию формирования той или иной модели мы рассматриваем схему взаимосвязей объекта и среды его существования. В нашем случае это взаимосвязь в структуре животное - окружающая среда - товар. Модель вне зависимости от принципа ее построения обладает определенными свойствами (целенаправленность, неоднозначность, динамичность и т.д.), которые определяют отнесение самой модели к
некоему классу моделей. Как правило, модель служит для какой-то определенной цели или совокупности целей. Снижение удельных материальных затрат и экологического воздействия на природу при производстве продукции животноводства и растениеводства на современном этапе развития общества - задача первостепенной важности.
Эти обе задачи многоплановы и, как правило, противоречивы. Применение информационных технологий при решении многокритериальных задач позволяет найти полиоптимальные решения в многомерном пространстве аргументов, функций и функционалов, имеющих место при производстве с.-х. продукции. Информационные методы и
телекоммуникационные технологии, переход к широкомасштабному применению современных информационных систем в сферах науки, образования, производства и бизнеса обеспечивают принципиально новый уровень получения и обобщения знаний, их распространения и использования. Эти процессы можно характеризовать как смену парадигмы в профессиональном мировоззрении специалистов, связанную с нарастающими тенденциями интеграции информационного обеспечения научно-исследовательской, педагогической, производственной и коммерческой деятельности. Если в недалеком прошлом считалось, что информационные технологии охватывают только анализ табличного исходного материала, то сегодня стало возможным вести анализ и синтез лингвистического материала и изображений живой и неживой материи [3,4]. Создание базы данных (знаний) требует от разработчиков решения ряда системных задач. Принятые решения определят архитектуру, компоненты, вопросы систематизации и структуризации информации, хранящейся в базе данных. Прежде всего нужно определить, кто на рынке является основным потребителем информации, которая будет размещена в базе данных. Программное обеспечение формируется на языках высокого уровня, реализуется интерактивное и многооконное меню, возможность изменения дерева цели поиска информации, наличие реквизитов института - создателя инновационного продукта, описание объектов полностью соответствует принятому в предметной области знаний.
В СибФТИ совместно с НИИВСиДВ, СибНИИРС, СибНИИЗиХ, Красноярским НИИСХ создана гамма информационных продуктов, ориентированных на решение задач, как для научно-образовательных учреждений, так и для сельхозтоваропроизводителей [5]. Все программные продукты, разрабатываемые для ветеринарии, можно разбить на две большие группы:
1. экспертные системы - прикладные программы для расчета и интерпретации полученных в ходе каких-либо исследований данных;
2. базы данных - программы, аккумулирующие в себе большой объем информации по определенной теме с удобным интерфейсом и поисковой системой.
В зависимости от того, к какой из групп относится программный продукт, к нему предъявляются определенные требования.
Экспертные системы. Основной задачей данных программ является обработка полученных в ходе исследований результатов и представление наиболее точного и правильного результата. Данные программные продукты в основном разрабатываются для работников ветеринарных лабораторий различных уровней, научных работников и практических ветеринарных врачей. Примерами подобных программ могут служить экспертные системы «Биохимия микроорганизмов 2.0» и «Болезни молодняка КРС».
Данные экспертные системы являются полностью прикладными программами и решают вполне определенные цели. Экспертная система «Биохимия микроорганизмов 2.0», используя полученные в ходе исследований биохимических свойств микроорганизмов данные, определяет видовую принадлежность исследуемых бактерий. Экспертная система «Болезни молодняка КРС», интерпретируя данные о клиническом состоянии животного и результатах патоло-гоанатомического вскрытия, помогает поставить диагноз из 16 наиболее часто встречающихся бактериальных и вирусных заболеваний телят.
В качестве примера баз данных для ветеринарии можно привести следующие программные продукты: «Особо опасные болезни животных», разработанные совместно с акад. Бакуловым И.А. и «Болезни лошадей Якутии», созданные под руководством проф. Неустроева М.П. Данные программы имеют интуитивно понятный интерфейс, весь материал разбит на тематические блоки и снабжен множеством иллюстраций.
Введение в действие ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» усилило требования к молочной продукции и потребовало серьезного контроля на всех этапах производства. Большое вни-
мание уделяется контролю качества сырья при приеме его на обрабатывающее предприятие.
Во-первых, от качества сырья во многом зависит качество продукции и производственные затраты.
Во-вторых, постоянно развивающиеся способы нелегального улучшения качества сырья нередко могут оказать негативное воздействие на современное оборудование. Для хозяйств стабильный уровень качества продукции является значимым элементом конкурентоспособности.
Контроль качества молока производится двумя основными методами: лабораторный анализ и исследования на современных приборах экспресс-анализа. Лаборатории есть практически на всех предприятиях молочной отрасли. Используемые ими методы анализа отработаны и точны, но занимают много времени, а стоимость анализа довольно велика за счет необходимости содержать персонал, помещения, расходные материалы. Автоматические анализаторы молока имеют довольно высокую точность и позволяют делать значительное количество измерений в короткие сроки.
Сегодня на Российском рынке приборов экспресс-анализа молока работает 8 производителей: Сибагроприбор (Россия, ТМ Лак-тан); Биомер (Россия, ТМ Клевер); ГК Лю-мекс (Россия, ТМ Инфралюм); FOSS (Дания, ТМ Милкоскан); Milkotronic (Болгария, Лак-тоскан); Bentley Instrument Inc. (США, ТМ Бентли); Delta Instruments (Нидерланды, ТМ Лактоскоп); Funke-Gerber (Германия, ТМ Лактостар).
Тройка лидеров рынка на данный момент выглядит следующим образом: Сибагропри-бор, Биомер, FOSS. В натуральном выражении львиная доля рынка - 83%, принадлежит российским производителям. Учитывая, что стоимость иностранной продукции в несколько раз превышает стоимость российских приборов, структура рынка в денежном выражении выглядит совершенно иначе: на иностранные компании приходится свыше 70% рынка. Всего на данный момент в России продается 21 модель анализаторов моло-
ка. Стоимость приборов отечественного производства - 20-300 тыс. руб., иностранного производства - от 90 тыс. до 6 млн руб.
У двух российских производителей (Си-багроприбор и Биомер) и одного иностранного (болгарского Милкотроник) экспресс-анализаторы основаны на технологии ультразвука. Другие приборы контроля качества молока являются спектрометрами. Анализаторы измеряют от 3 до 11 показателей. Самые простые определяют жир, белок и точку замерзания (разбавлено молоко или нет) или наличие сухих веществ.
Экономические взаимоотношения сельхозпроизводителей с молочными заводами строятся на договорных условиях, коммерческом расчете, стремлении получить прибыль. Молочные заводы принимают молоко сырое в соответствии с ГОСТ Р 52054-2003, согласно которому базисный уровень содержания белка установлен равным 3%. Таким образом, при поступлении на завод молока с содержанием белка 2,9% с.-х. предприятия теряют в пересчете на зачетный вес 3% количества сырья.
Большинство сельскохозяйственных предприятий, занимающихся производством молока, не располагают лабораториями для определения содержания жира и белка. Такую лабораторию могут заменить анализаторы качества молока «Лактан 1-4», которые существенно экономят деньги и время, требующиеся для анализа. В день можно делать анализ до 250 проб. Прибор «Лактан 1-4» модификация 220 стоит 29 000 руб. и окупается за один месяц, а затем приносит доход около 30 000 руб. в месяц. Анализатор качества молока «Лактан 1 -4» зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений №13134-05, сертификат №21826 от 20.10.05 г. Методика измерения разработана ГНУ ВНИМИ. Поверка производится в системе Росстандарта, а сервисный центр обеспечивает бесплатный гарантийный ремонт в течение 2 лет и послегарантийное обслуживание.
В настоящее время крестьянскими (фермерскими) хозяйствами, оперативными пунктами по сбору молока от населения для
молочных заводов успешно применяется переносная мини-система - «Лактан 1-4» модификация «Мини». Прибор измеряет за 3 мин. следующие показатели: массовую долю жира, массовую долю СОМО, плотность, массовую долю добавленной воды. Система малогабаритная, быстродействующая, с автономным питанием, имеет легко читаемый дисплей.
В модификации 220 наряду с определением массовой доли жира, белка, СОМО, плотности, содержания воды внесено измерение массовой доли белка и температуры в пробе цельного свежего, сухого или восстановленного молока без использования химических реагентов. Время анализа одной пробы - 140 с. «Лактан 1-4» модификация 230 определяет все вышеперечисленные характеристики и точку замерзания за 60 с.
Высокоскоростной анализатор качества молока «Лактан 1-4» модификация 700, который имеет дополнительную опцию -встроенный принтер, применяется на плем-заводах и обеспечивает контроль поступающего сырья на контрольных дойках. Измерение длится около 40 с.
Кроме того, возможно подключение анализатора к персональному компьютеру. Это позволяет вести постоянный мониторинг анализируемых проб, производить статистические расчеты параметров молока и сравнивать их с другими параметрами (например, с качеством кормов).
Большой интерес на рынке приборов вызывает универсальный анализатор влажности «Эвлас-2М», который успешно применяется на молокоперерабатывающих заводах. Он соединяет в себе возможности электронных весов, сушильного шкафа и микропроцессора для расчетов - один прибор вместо комплекса оборудования. Диапазон измерения влажности от 0 до 100%, предел абсолютной погрешности анализатора - не более ±0,2%, масса навески для проведения анализа -1000-10 000 мг. "Эвлас-2М" реализует термогравиметрический метод определения влажности. Инфракрасные лучи, проникая в пробу, преобразуются в ней в тепловую энергию, которая вызывает испарение и бо-
лее быстрое, в отличие от сушильного шкафа, высушивание пробы. Масса пробы определяется автоматически. Сушка осуществляется всего лишь 5-15 мин, и за это время встроенный микропроцессор подсчитывает все значения, основанные на данных измерения, окончательный результат высвечивается на дисплее.
Универсальный анализатор влажности «Эвлас-2М» получил официальное одобрение национальной метрологической службы, имеет сертификат об утверждении типа средств измерений №11118, зарегистрирован в Государственном реестре № 22077 и допущен к применению в Российской Федерации. Производимые ООО ВПК «Сибагроприбор» анализаторы молока «Лактан 1-4» и влажности «Эвлас-2М» позволяют сельскохозяйственным товаропроизводителям и пищевым предприятиям оперативно отслеживать показатели качества продукции и на их основании производить расчеты за продукцию, стремиться к улучшению качества.
Литература:
1. Альт В.В. Контроль и управление параметрами тракторных двигателей в эксплуатационных условиях: автореф. дис. д. т. н. Новосибирск, 1995.
2. Альт В.В., Савченко О.Ф., Гурова Т.А. Методические рекомендации. Новосибирск, 2005. 120 с.
3. Губарев В.В. Концептуальные основы информатики. Новосибирск, 2001. 149 с.
4. Альт В.В. Информационные технологии в инновационном развитии АПК Сибири // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2013. №2 С. 20-23.
5. Коптев В.Ю. Экспертная система для диагностики инфекционных болезней животных // Информационные технологии, информационные измерительные приборы в исследовании сельскохозяйственных процессов: материалы науч.-практ. конф. Новосибирск, 2003. С. 345-347.
On the basis of the law on the circulation of substances in the nature of the scheme of the relationship of objects of agricultural production: land, plants, animals, machines and the environment. Contains electronic information databases and expert systems in animal husbandry and veterinary medicine. Keywords: paradigm of information support of agricultural production; expert systems; devices for express analysis of milk.
