CC BY
38
УДК 636.085.51+519.683.2
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ПОТРЕБНОСТИ В КОРМАХ ДЛЯ МОЛОЧНО-ТОВАРНЫХ ФЕРМ
В.К. Скоркин, Д.К. Ларкин, В.П. Аксенова, О.Л. Андрюхина
Приведена математическая модель и алгоритм расчета потребности в кормах для молочнотоварных ферм мощностью 50-1200 коров. Ключевые слова: математическая модель, алгоритм, корма, сено, сенаж, силос, концентрированные, производство, потребность в кормах и площадь для их производства.
Планирование и организация новых сельскохозяйственных предприятий или модернизация существующих всегда приводят к необходимости рассмотрения и решения многовариантных задач, связанных с определением зависимостей между желаемыми показателями производства и выбором технологий, зданий, сооружений, оборудования, технических средств и пр. из имеющихся в наличии ресурсов или предлагаемых современным агропромышленным рынком. Наиболее быстрым и надёжным методом решения таких задач является экономико-математическое моделирование предприятия, позволяющее получить его основные технико-экономические показатели, как результаты расчётов, выполненных по функциональным зависимостям, определяющим связи между сделанным выбором и получаемыми характеристиками основных операций и технологических процессов производства.
В блоке производства, приготовления и раздачи кормов рассчитываются:
- необходимая потребность в кормах и пахотных землях для выращивания кормовых культур;
- технологические процессы обработки почвы и посева, уборки и транспортировки урожая, подготовки к хранению и хранения заготовленных кормов, приготовления и раздачи кормов животным (на основании выполнения выбора технологий и технических средств для каждой операции) [1].
Наиболее рациональным методом получения желаемых результатов при такой постановке вопроса является разработка информационно -математической модели, позволяющей быстро рассчитывать технико -экономические параметры производства кормов по исходным данным.
Упрощённая блок-схема такой модели приведена на рис. 1.
Модель производства и потребления кормов является частью общей экономико-математической модели (ЭММ) фермы КРС.
Рис. 1. Упрощённая блок-схема информационно-математической модели
производства и потребления кормов на молочно-товарных фермах КРС
Для разработки алгоритма расчётов модели принимаются две основные технологии содержания коров:
- стойловое привязное содержание с применением выгульных площадок в летний период (в дальнейшем стойловое).,
- стойловое привязное содержание с использованием пастбищ в летний период (в дальнейшем стойлово-пастбищное).
В соответствии с выбранной технологией содержания рассматриваются два типа кормления:
- силосно-сенажно-концентратный при стойловом содержании;
- сенажно-концентратный тип при стойлово-пастбищном содержании.
Первый тип содержания и кормления предполагается более предпочтительным для ферм мощностью 200 и более голов, а второй для ферм мощностью до 200 голов. Необходимое содержание энергетических кормовых единиц (ЭКЕ) и обменной энергии (ОЭ) в суточном рационе коров в зависимости от типа кормления и их продуктивности приведено в таблице 1.
Таблица 1. Содержание энергетических кормовых единиц (ЭКЕ) и обменной энергии (ОЭ) в суточном рационе коров
Показатели Годовой удой молока, кг/год
5000 5500 6000 6500 7000
ЭКЕ 15,6 16,6 17,7 18,9 21,3
ОЭ, МДж 156 166 177 189 213
Исходя из норм кормления с/х животных, рассчитаны примерные рационы потребления натуральных кормов, приведенные в таблицах 2 и 3.
Таблица 2. Рационы при стойловом содержании и силосно-сенажно-концентратном типе кормления в зависимости от продуктивности
Продуктивность, кг/год Количество натуральных кормов в сутки, кг/сут
Сено Сенаж Силос Конц. (зима) Конц. (лето) Зел. масса Меласса (зима) Жмыхи (зима)
5000 5,0 6,0 15,0 5,3 3,0 45,0 0,5 0,5
5500 5,0 6,0 15,0 5,9 3,0 45,0 0,5 0,7
6000 3,5 8,0 20,0 7,0 3,0 50,0 1,0 1,0
6500 4,0 8,0 20,0 7,5 3,0 55,0 1,0 1,0
7000 4,0 9,0 22,0 8,0 3,0 60,0 1,0 1,0
Таблица 3. Рационы при стойлово-пастбищном содержании и сенажно-концентратном типе кормления в зависимости от продуктивности
Продуктивность, кг/год ■Соличество натуральных кормов в сутки, кг/сут
Сенаж Силос Конц. (зима) Конц. (лето) Зел. масса Меласса (зима) Жмыхи (зима)
5000 12,0 15,0 8,0 3,0 45 - 0,5
5500 14,0 15,0 8,0 3,0 50 - 0,7
6000 15,0 17,0 8,0 3,0 55 1,0 1,0
6500 15,0 20,0 8,0 3,0 57 1,0 1,0
7000 17,0 25,0 9,0 3,0 65 1,0 1,0
Примерные рационы при этих же типах кормления различных половозрастных групп животных приведены в таблице 4 [2].
Таблица 4. Примерные рационы кормления различных половозрастных групп
животных
Наименование группы оличество натур )альных кормов в сутки, кг/сут
Сено Сенаж Силос Конц. (зима) Конц. (лето) Зел. масса Цельн. Молоко ЗЦМ
Сухостойные коровы 5,0 7,0 12,0 2,5 2,0 35,0 - -
Новотельн. и глубокостельн. 5,0 7,0 12,0 2,5 2,0 35,0 - -
Нетели 3,1 5,5 11,0 1,8 1,4 28,0 - -
Телята до 20 дней - - - - - - 5,0 -
Телята до 3 мес. 1,5 1,0 1,0 1,0 0,9 4,0 2,0 6,0
Телята от 3 до 6 мес. 2,4 1,3 4,1 1,1 0,7 14,1 - -
Молодняк от 6 до 12 мес. 2,5 3,0 6,0 1,0 0,6 15,0 - -
Молодняк от 12 до 18 мес. 2,5 4,0 9,0 1,0 0,6 20,0 - -
Для определения технологий и выбора технических средств для производства кормов определяется годовая потребность фермы по каждому виду кор -мов. Алгоритм расчёта потребления ьго вида корма на всей ферме можно выразить формулой:
к
Мг = (Пр,ТС,ТК) ■ пД +Х■ nJ , (1)
где giд(Пр, ТС, ТК) - годовое потребление 1-го вида корма дойными коровами в зависимости от выбранных характеристик фермы: продуктивности коров (Пр), технологий содержания (ТС) и кормления (ТК); пд - постановочное поголовье дойных коров; gij - годовое потребление ! - го вида корма ] - й половозрастной группой; п - постановочное поголовье j - й половозрастной группы; k - количество половозрастных групп.
Площадь необходимых пахотных земель определяется исходя из годовой потребности и структуры производимых кормов, а также урожайности кормовых культур:
^ = Х М , (2)
г г
где Уг - урожайность I - й кормовой культуры.
Такие расчёты выполнены для ферм КРС мощностью от 50 до 1200 голов. В качестве примера в таблицах 5 и 6 приведены потребность в кормах и пахотных землях для фермы мощностью 100 голов [3]. Алгоритм обработки пахотной земли и выращивания кормов выполняется в соответствии с потребностью в кормах и размерами пахотных земель для выращивания каждого вида корма. Технологический процесс обработки пахотной земли и выращивания кормов представляет собой последовательность операций, выполняемых техническими средствами, выбираемыми из баз данных, составленных для каждой операции и посевной культуры. Время выполнения технологических операций, количество технических средств, работников различной квалификации, затраты труда и прочие технико-экономические показатели в процессах обработки пашни и выращивания кормов рассчитываются по алгоритму, приведенному ниже.
Таблица 5. Годовая потребность в натуральных кормах (т/год) фермы на 100 голов
Продуктивность, кг/год Сено Сенаж Силос Конц. (всего) Зел. масса Меласса (зима) Жмыхи (зима) Цельн. Молоко ЗЦМ
Силосно-сенажно-концентратный тип кормления при стойловом содержании.
5000 176,3 212,8 476,1 185,1 803,8 8,6 8,6 32,9 65,7
5500 176,3 212,8 476,1 195,5 803,8 8,8 12,1 32,9 65,7
6000 150,5 247,3 562,4 214,5 854,4 17,3 17,3 32,9 65,7
6500 159,1 247,3 562,4 223,1 905,0 17,3 17,3 32,9 65,7
7000 159,1 264,5 596,9 231,7 955,7 17,3 17,3 32,9 65,7
Сенажно-концентратный тип кормления при стойлово-пастбищном содержании.
5000 90,1 316,3 476,1 231,7 803,8 0,0 8,6 32,9 65,7
5500 90,1 350,8 476,1 231,7 854,4 0,0 12,1 32,9 65,7
6000 90,1 368,0 510,6 231,7 905,0 17,3 17,3 32,9 65,7
6500 90,1 368,0 562,4 231,7 925,3 17,3 17,3 32,9 65,7
7000 90,1 402,5 648,6 249,0 1006,3 17,3 17,3 32,9 65,7
Таблица 6. Потребность в пахотных землях (га) фермы на 100 голов
Продуктивность, кг/год Сено Сенаж Силос Зел. масса Всего
Силосно-сенажно-концентратный тип кормления при стойловом содержании.
5000 35,3 42,6 15,9 40,2 133,9
5500 35,3 42,6 15,9 40,2 133,9
6000 30,1 49,5 18,7 42,7 141,0
6500 31,8 49,5 18,7 45,3 145,3
7000 31,8 52,9 19,9 47,8 152,4
Сенажно-концентратный тип кормления при стойлово-пастбищном содержании.
5000 18,0 63,3 15,9 40,2 137,3
5500 18,0 70,2 15,9 42,7 146,8
6000 18,0 73,6 17,0 45,3 153,9
6500 18,0 73,6 18,7 46,3 156,6
7000 18,0 80,5 21,6 50,3 170,5
Урожайность, т/га 5 5 30 20
В алгоритме расчёта приняты следующие обозначения:
• каждому технологическому процессу присваивается индекс - I;
• каждой технологической операции ¿-го процесса присваивается индекс -в связи с чем операции имеют двойной индекс - ¿, ];
• каждое техническое средство, выбираемое для выполнения _/-й операции ¿-го технологического процесса, имеет в базе данных индекс - к;
• производительность одной и той же машины на идентичных операциях разных технологических процессов может иметь различное значение и поэтому обозначается с тройным индексом - Оук;
• для выполнения операций транспортировки учитываются скорость дви -жения транспортного средства - ук в режимах рабочего и холостого хода и число рейсов - 1у, определяемое объёмом транспортировки и загрузкой 1 машины;
• масса каждого технического средства (кг) обозначается - тк;
• удельный расход топлива одной и той же машиной на идентичных операциях разных технологических процессов также может иметь различное значение и поэтому обозначается с тройным индексом - Ьф
• Ык - электрическая мощность к-го технического средства при выполнении _/-й технологической операции;
• стоимость (цена) каждого технического средства (ТС) выражается в тысячах рублей и обозначается - ск;
• объём производства (масса перерабатываемого сырья или продукции) для 7'-ой операции ¿-го технологического процесса обозначается - Му.
С учётом приведенных выше обозначений алгоритм расчёта технологических операций и процессов можно представить следующим образом.
Время выполнения _/-й операции ¿-го технологического процесса к-м техническим средством:
Тук = (3)
Время выполнения операций транспортировки 1-го технологического процесса к-м техническим средством:
Цу
Тук - — • ги (4)
ук
где 1у = М,/вук - число рейсов, выполняемое техническим средством до полного завершения операции; Оф - единовременная загрузка машины в одном рейсе; Ьу - расстояние транспортировки; ук - скорость транспортировки к-м техническим средством.
Общее время выполнения технологической операции всеми машинами определяется суммированием, если они работают последовательно, или максимальным временем работы к-й машины при параллельном выполнении действий:
Ту - X Тук или Ту - Тук (макс) (5)
к
Количество технических средств к-го типа, необходимых для выполнения ф-й операции, определяется как отношение фактически требуемого времени к нормативному или максимально возможному времени её выполнения - тн:
-— (6)
н
Расчёт капитальных вложений, балансовой стоимости, амортизационных отчислений, затрат на техобслуживание, оплату топлива, электроэнергии и прочих затрат по ф-й операции выполняется в соответствии с алгоритмом расчёта ТЭП, приведенным в ЭММ фермы. Потребление топлива к-м техническим средством при выполнении ф-й операции ¿-го технологического процесса определяется по его удельному расходу топлива и времени выполнения операции:
Вук -Тук • Ъф. (7)
При этом, если удельный расход топлива приводится на единицу площади пашни (кг/га) или продукции (кг/т), то он пересчитывается на единицу времени, используя производительность машины. Потребление топлива всеми техническими средствами к-го типа при выполнении ф-й операции ¿-го технологического процесса определяется по формуле:
Ву - Вук • пук, (8)
где щк - количество технических средств к-го типа, необходимых для выполнения ф-й операции.
Потребление топлива при выполнении всех операций ¿-го технологического процесса определяется суммированием:
вг =Е Bj (9)
j
В тех операциях, где используются технические средства с электроприводом, рассчитывается потребление электроэнергии при выполнении j-й операции /-го технологического процесса:
Э = N jk • nljk -Tljk (10)
Потребление электроэнергии при выполнении всех операций i-го технологического процесса определяется суммированием [4]:
э =Е Эу (11)
Алгоритм расчёта выполнения технологических операций, количества технических средств и занятых работников различной квалификации, затраты труда и прочие технико-экономические показатели в процессах уборки, транспортировки, хранения и раздачи кормов аналогичен приведенному выше для процессов обработки пахотной земли и выращивания кормов. Таким образом, моделирование позволяет в короткие сроки выполнить расчёты и получить объективные технико-экономические показатели производства кормов и потребности в пахотных землях по всему типоразмерному ряду молочнотоварных ферм (от 50 до 1200 голов) при привязном содержании коров [5].
Литература:
1. Отчет о НИР лаборатории механизированных технологий производства молока и говядины. Подольск, 2010. С. 41-127.
2. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. М., 2003. 456с.
3. Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота. М., 2011. 118с.
4. Моделирование производства и потребления корм на молочно-товарных фермах КРС / Д.К.Ларкин [и др.] // Сб. науч. тр. / ГНУ ВНИИМЖ. Т.22, ч.2. Подольск, 2011. С. 170-180.
5. Елисеев А.Г. Внедрение передовых технологических и технических решений в мясном и молочном скотоводстве как способ повышения экономической эффективности и конкурентоспособности // Кормопроизводство. 2012. №8. С. 11-12.
Скоркин Владимир Кузьмич, доктор с.-х. наук, профессор, зав. отделом Ларкин Дмитрий Константинович, кандидат техн. наук, профессор, вед. науч. сотрудник Аксенова Валентина Пименовна, ведущий инженер-конструктор Андрюхина Ольга Леонидовна, ведущий инженер-конструктор
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства Тел. 8(4958)674333 E-mail: vniimzh@mail.ru
Mathematical model and algorithm of calculation of needs in cormax for the dairy farms with a capacity of50-1200 cows.
Keywords: mathematical model, algorithm, forage, hay, haylage, silage, concentrat-edproduction, the needfor food andfeed area for their production.
