CC BY
23
ISSN 0131-5226.Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2017. Вып. 92._
УДК 611.363631.277.01 637.11
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЯ ДЛЯ ОТКОРМА ПОРОСЯТ
И. Е. ПЛАКСИН1,А. В. ТРИФАНОВ1, канд. техн. наук, С. И. ПЛАКСИН2, канд. физ.-мат. наук
'Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства», Санкт-Петербург, Россия 2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный педагогический университет», Новосибирск, Россия
В период с 2009 по 2016 гг. произошло резкое сокращение мелкотоварных свиноводческих предприятий, их доля от общего производства свинины снизилась с 48 до 18 %. Данный результат наблюдается из-за отсутствия современных наукоемких технико-технологических решений для мелкотоварных свиноводческих предприятий, неполного использования генетического потенциала животных, распространения африканской чумы свиней (АЧС), неэффективного использования производственных ресурсов предприятия. Обозначенные проблемы не позволяют мелкотоварным свинофермам производить конкурентоспособную продукцию, их рентабельность не превышает 15%, что в 1,5-2 раза ниже крупных свинокомплексов. Из-за отсутствия средств механизации и автоматизации производственных процессов наблюдаются потери, а соответственно, и перерасход кормов и воды, низкие ежесуточные привесы, приводящие к увеличению срока откорма животных до 240-300 дней. Для точного определения затрачиваемых производственных ресурсов были разработаны математические модели ежесуточного изменения живой массы поросят, потребления животными воды, а также выхода навоза в зависимости от временных промежутков содержания свиней и соответствующих нормативных показателей в зависимости от изменения массы животных. В результате применения математических моделей были определены конкретные показатели привесов в любой момент цикла откорма поросят, суточных и общих затрат воды, суточного и общего количества выхода навоза.
Ключевые слова, свиноводство; мелкотоварное производство; производственный ресурс; рентабельность; модель.
MATHEMATICAL MODELS TO DETERMINE THE TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF THE MODULE FOR PIGLET FATTENING
I.E. PLAKSIN1, A.V. TRIFANOV1, Cand. Sc. (Engineering), S.I. PLAKSIN2, Cand. Sc. (Physics and Mathematics)
1Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP), Saint Petersburg, Russia
2Novosibirsk State Pedagogical University, Novosibirsk, Russia
During the period from 2009 to 2016, there was a sharp reduction of small-scale pig-rearing farms. Their share in the general pork production dropped from 48% to 18%. This may be due to the lack of modern knowledge-intensive technical and technological solutions for such farms, incomplete use of genetic potential of animals, spread of the African plague of pigs (APP), and inefficient use of on-farm production resources. These problems do not allow the small-scale pig farms to produce competitive products; their profitability is below 15% that is 1.5-2 times lower than that of the large-scale pig complexes.
190
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводстваи животноводства_
Due to the lack of means for mechanisation and automation of production processes, the losses occur, and, accordingly, over-consumption of feed and water and low daily weight gain, resulting in an increase in the fattening period of animals to 240-300 days. To determine the exact inputs, mathematical models were developed showing the daily changes in the live weight of piglets, water consumption by animals and the manure output in different time intervals of pig housing and corresponding regulatory parameters, depending on the change in the animal weight. Application of mathematical models allows to obtain specific indicators of weight gain at any time during the fattening of piglets, daily and total water consumption, daily and total output of manure.
Keywords, pig-rearing; small-scale production; production resources; profitability; model. ВВЕДЕНИЕ
На фоне общего развития свиноводческой отрасли в Российской Федерации, за последние восемь лет наметилась тенденция сокращения количества мелкотоварных свиноводческих предприятий, а, следовательно, и производимой ими продукции (рис.1)[1].
'., Сельхозорганизации, тыс.т ■ КФХ, тыс.т ЛПХ, тыс.т
Рис. 1. Производство свинины по всем категориям хозяйств в России, тыс. тонн
Снижению производства продукции в данной категории хозяйств способствуют: использование неэффективных технологий выращивания свиней, отсутствие профилактики лечения заболеваний, неудовлетворительные условия содержания, а также неэффективное использование имеющихся производственных ресурсов.
По виду деятельности личные подсобные и крестьянско-фермерские свиноводческие хозяйства подразделяются на репродукторные фермы, откормочные фермы, а также фермы с замкнутым циклом содержания животных.
Основной задачей свиноводческого предприятия независимо от специализации, является организация рентабельного производства продукции. На мелкотоварных свиноводческих предприятиях показатель рентабельности составляет от 5 до 15 %, что в 2 -2,5 раза ниже аналогичного показателя крупных свинокомплексов. Опыт эксплуатации мелкотоварных свиноводческих предприятий показывает, что фермеры не имеют четких стандартов ежесуточных привесов, расхода кормов, воды, а также выхода навоза в зависимости от временного промежутка содержания и выращивания животных. Следствием
191
данной ситуации является невозможность рационального использования производственных ресурсов фермерского хозяйства, а также адекватного отслеживания физиологического состояния животных, от которого напрямую зависит их продуктивность и соответственно рентабельность фермерского хозяйства. Ввиду отсутствия средств механизации и автоматизации производственных процессов на мелкотоварных свиноводческих предприятиях наблюдаются потери и перерасход кормов и воды, низкие ежесуточные привесы, более продолжительный срок набора товарной массы животными в 100-120 килограмм (8-10 месяцев), а также высокие финансовые и трудовые затраты на хранение и утилизацию навоза.
Также необходимо учитывать, что, большинство существующих фермеров, а также людей планирующих заниматься содержанием и выращиванием свиней, не имеют специального образования по ветеринарно-санитарному обслуживанию животных (вакцинация свиней, осеменение свиноматок, кастрация поросят и т.д.), и, исходя из этого наиболее приемлемым вариантом для мелкотоварного производства, является откорм поросят, так как основное ветеринарное обслуживание откормочных поросят уже произведено во время подсосного периода и периода доращивания, а показатель падежа поросят на откорме не превышает 2,5%.
Учитывая обозначенные факторы, в ИАЭП разработан технологический модуль для откорма свиней, производственной мощностью 60 поросят в год (рис.2)[2].
Рис.2. Технологический модуль для откорма поросят
На основе статистических и нормативных данных, авторами статьи разработаны математические модели ежесуточного изменения живой массы поросят, потребления животными воды, в также выхода навоза в зависимости от временных промежутков содержания свиней и нормативных показателей по потреблению корма, воды и выходу навоза в зависимости от изменения массы животных.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для определения технологических показателей мелкотоварных свиноводческих предприятий, с использованием в качестве производственных зданий технологических модулей для откорма поросят, был применен метод математического моделирования предусматривающий расчетно-конструктивный подход, основанный на использовании
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводстваи животноводства_
нормативных и статистических данных по потреблению кормов, воды и выходу навоза, и определению на их основе закономерности изменения живой массы поросят за цикл откорма, ежесуточного и общего изменения потребления воды, а также ежесуточного и общего выхода навоза за время откорма.
Результаты исследований обрабатывались с использованием программных средств: MC Excel и MC Word.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На основе нормативных данных по потреблению кормов, воды, а также выхода навоза [3,4,5,6,7] построена математическая модель ежесуточного изменения живой массы откормочного поросенка, посуточного и общего потребления воды и количества выхода навоза, получаемого в процессе содержания откормочного поросенка в технологическом модуле.
Срок откорма поросенка составляет 100 суток с трехмесячного возраста, то есть с 90 по 189 сутки с момента рождения поросенка [3]. Показатель конверсии корма К считается постоянным в течение всего срока откорма поросенка и равным 2,9 кг [3,4]. Ежесуточное потребление кормов одним поросенком в разные временные промежутки его содержания приведены в таблице 1 [3,5].
Таблица 1
Изменение потребления кормов поросенком в зависимости от дней содержания
Сутки, (t) 91100 101105 106117 118129 130141 142153 154165 166177 178189
Расход корма, кг/сут (^•к.норм ) 1,25 1,55 1,65 1,75 2,00 2,15 2,25 2,35 2,55
Считается, что масса откормочного поросенка в каждом из девяти временных промежутков содержания (Таблица 1) прямо пропорциональна количеству суток его откорма. Причем коэффициент пропорциональности Ат - ежесуточный привес - в каждом временном промежутке откорма поросенка является постоянным и определяется показателем конверсии корма и соответствующим рассматриваемому временному промежутку нормативным показателем ежесуточного потребления кормов. То есть, масса откормочного поросенка т(ь) (£ £ {90,91,... 189}) на всем промежутке откорма является «кусочно-линейной» функцией натурального аргумента:
ш(90) + Аш91_100 • (£ - 90), если 91 < Ь < 100 ш(100) + Аш101_ю5 • (^ - 100), если 101 < Ь < 105
m(t)
ш(105) + Дт106_ц7 • (t -т(117) + Дт118_129 • (t-т(129) + Дт130_141 • (t ш(141) + Дш142_15З • (t -т(153) + Дт154_165 • (t -т(165) + Дт166_177 • (t -lm(177) + Дш178_189
105), если 106 < t < 117 117), если 118 < t < 129 129), если130 < t < 141 141), если 142 < t < 153 153), если 154 < t < 165 165), если 166 < t < 177
(t - 177), если 178 < t < 189
где т - живая масса откормочного поросенка, кг;
Am - ежесуточный привес одного поросенка на откорме, кг/сут; t - сутки откорма.
Зная показатель конверсии корма и нормативный показатель ежесуточного потребления корма поросенком шк.н0рм, определим ежесуточный привес поросенка Am в каждом временном промежутке содержания.
Запишем выражение для определения ежесуточного привеса поросенка в общем виде
1
Am = - (2)
где Т - время набора поросенком одного килограмма живого веса, сут.
Запишем также в общем виде выражение для определения времени набора поросенком одного килограмма живого веса:
К
Т = ---(3)
к.н0рм
Подставив выражение (3) в (2) получим
Am = 1 ^ ™*норм (4)
К
Зная конкретные нормативные показатели ежесуточного потребления корма поросенком (Таблица 1), из соотношения (4) можно определить ежесуточный привес поросенка на каждом временном промежутке содержания. Например, ежесуточный привес поросенка на временном промежутке 91 < t < 100, где ежесуточное потребление корма шк.норм = 1,25 кг, равно:
1 ( кг \
а™91-ЮО= 2^ 1,25 = 0,431 (—)
Аналогично определяем ежесуточные привесы поросенка на остальных временных промежутках откорма поросенка:
Таблица 2
Ежесуточные привесы поросенка
Сутки, (t) 91100 101105 106117 118129 130141 142153 154165 166177 178-189
Ежесуточные привесы, кг/сут (Am) 0,431 0,534 0,569 0,603 0,689 0,741 0,776 0,810 0,879
Согласно статистическим данным [1] масса поросенка при постановке на откорм составляет от 35 до 39 килограмм. Построим график изменения массы откормочного поросенка в зависимости от времени (суток) его содержания для двух предельных значений начальной массы: т(90)=35кг и т(90)=39 кг (рис. 3):
Рис.3. Изменение массы откормочного поросенка от времени его содержания
Координаты точек полученного криволинейного «параллелограмма» (рис.3) представляют все возможные значения изменения массы откормочных поросят за период откорма при условии, что 35 < т(90) < 39(кг).
Зная массу откормочного поросенка т(^ и нормативные показатели потребления воды поросенком в зависимости от его массы (Таблица 3), можно определить количество воды необходимое для откорма поросенка.
Таблица 3
Нормативные показатели потребления воды откормочным поросенком в зависимости
от его массы[7]
Масса поросенка, т. (кг) 20 - 25 25-50 50-80 80-100
Нормативное потребление воды, v (л/сут) 3-4 4-5 5-8 8-10
Количество потребляемой откормочным поросенком воды v в каждом из четырех нормативных массовых промежутков (Таблица 3) прямо пропорционально его массе, а именно: v(m) = km+b [7]. Причем коэффициент пропорциональности к в каждом промежутке является постоянным. Постоянные k и b определяются нормативными показателями потребления воды, соответствующими рассматриваемому промежутку. Например, в первом массовом промежутке (т £[20,25]) постоянные k и b являются решением линейной системы:
20 • fc + Ь = 3 25-fc + b = 4
и имеют следующие значения: к = - ,Ь = -1. Аналогично находятся значения постоянных к
и b в остальных массовых промежутках. Таким образом, количество потребляемой откормочным поросенком воды v(m) на всем диапазоне изменения его массы является кусочно-линейной функцией и имеет вид:
р(т)
(5)
5т — 1, если 20 < т < 25 1
25ш + 3, если 25 < т < 50 1
—ш, если 50 < ш < 80 1
^ 10 т, если 80 < т < 100
Посуточное количество воды и(£)необходимое для откорма поросенка находится из (1) - (5) в виде неявной функции: и(£) = и(т(£)). Для данных изменения массы откормочного поросенка, приведенных на рисунке 3, посуточное количество потребляемой откормочным поросенком воды в литрахпоказано на рисунке 4:
11 10 9 8 7 6 5
V, л)
90
100
ПоТйБлениЗгЗВОды пор4Эсятамй50эи т(90)&35 кгД70 Потребление воды поросятами при т(90)=39 кг, (л)
180 190 Т,(день)
Рис. 4. Посуточное потребление откормочным поросенком воды
Общее количество потребляемой откормочным поросенком воды и(£)за (^90) суток откорма находится суммированием посуточного потребления воды (рис.5):
V
(О = ^ р(1)
¿=91
где и(£) - общее количество потребляемой поросенком воды за цикл содержания, (л)
^(л)
800
90
100
11
Общее потребление воды поросенком при т=39 кг, (л) Рис. 5. Потребление воды поросенком в любой момент цикла содержания
(6)
^Ъбщее-потреблШе водЫйоросен&м пр160=35 кгЩ 180 Т ^19°)
4
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводстваи животноводства_
Зная посуточную массу откормочного поросенка т(^ и нормативные данные выхода навоза в зависимости от массы поросенка (Таблица 4), можно определить посуточное и общее количество навоза, возникающего в процессе содержания откормочного поросенка.
Посуточное количество навозаМ(£), возникающее при откорме поросенка, и зависящее от его массы определяемой из (1) - (4) и нормативных данных, представленных в Таблице 4. Для данных изменения массы откормочного поросенка, приведенных на рисунке 3, посуточное количество навоза, возникающего в процессе содержания откормочного поросенка, показано на рисунке 6.
Таблица 4
Нормативные показатели выхода навоза в зависимости от массы поросенка[5]
Масса поросенка, (кг) Менее 70 Более 70
Масса навоза М, (кг/сут) 5 6,5
М,(кг)
7
6,5
5,5
4,5
90 100 110 120 130 140 150 160 170
^^^ Ежесуточный выход навоза от поросенка при т=35 кг, (кг)
180 190 Мдень)
— — — - Ежесуточный выход навоза от поросенка при т=39 кг, (кг) Рис. 6. Изменение ежесуточного выхода навоза за цикл откорма от одного поросенка
Общее количество навоза, возникающее в процессе содержания поросенкаМ(£)за 90) суток откорма, находится суммированием посуточного количества (рис. 7):
м(0
с
(7)
¿=91
6
5
4
— — Общий выход навоза от поросенка при m(90)=39 кг, (кг) Рис. 7. Общий выход навоза от поросенка за цикл откорма
ВЫВОДЫ
Полученные математические модели позволяют определить массу, которую откормочный поросенок должен набрать к определенному моменту времени откорма, при соблюдении норм потребления корма в зависимости от временного промежутка откормочного цикла, также возможно определение суточного и общего потребления воды животными в зависимости от изменения их массы, а также определение суточного и общего выхода навоза от поросенка за цикл откорма.
Четкое определение обозначенных параметров играет важную роль в процессе организации рентабельного производства на мелкотоварном свиноводческом предприятии, так как более 70% финансовых издержек при откорме свиней приходится на корма, воду и утилизацию навоза, и перерасход обозначенных показателей приводит к увеличению цены на готовую продукцию, и соответственно снижению конкурентоспособности предприятия. Сопоставление фактических производственных показателей (ежесуточные привесы, затраты воды, выход навоза) с показателями разработанных математических моделей позволяет своевременно выявить негативные изменения в процессе откорма свиней, и приступить к оперативному устранению причин их возникновения.
ЛИТЕРАТУРА
1. www.nssrf.ru дата обращения 05.09.2017
2. Плаксин И.Е., Трифанов А.В. Модульная животноводческая ферма // Сельский механизатор 2012. №7. С. 28-29
3. Методические рекомендации по проектированию технологий содержания, кормления и поения свиней различных половозрастных групп/ Н.Т. Сорокин, В.Н. Виноградов, И.В. Ильин, А.А. Смолинский и др./ М.: ФГНУ «Росинформагротех». - 2009. - 86 с.
4. Методические рекомендации по технологическому проектированию свиноводческих ферм и комплексов - РД-АПК 1.10.02.04-12
5. www.biofile.ru/bio/18659.html дата обращения 05.09.2017
6. www.gks.ru дата обращения 05.09.2017
7. www.soft-agro.com/svini/normy-potrebleniya-vody.html дата обращения 05.09.2017
