CC BY
6
УДК 631.152:658.012.011.56.005:681.3.06
ОСОБЕННОСТИ АЛГОРИТМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Ю.А. Цой
В статье излагаются подходы к алгоритмизации управления животными и средой их обитания, показаны наиболее значимые и изученные направления управления животными.
Ключевые слова: объекты управления, алгоритмизация процессов, потоки информации, модели и алгоритмы процессов.
Эффективность работы молочной фермы как эргатической системы по определению зависит от множества разноплановых факторов, характеризующих взаимодействие объекта и субъекта труда.
Процесс функционирования фермы в свою очередь полностью определяется информационным обменом между звеньями в системе "человек - машина - животное". Соответственно адекватность и уровень принимаемых решений и эффективность работы фермы в целом будет зависеть от полноты и качества получаемой информации и информационного обмена.
Для жизненного цикла коровы, как известно, характерны три экстремальные точки: отел, охота и осеменение и запуск. Периоды между ними характеризуют различные физиологические состояния животных и соответственно требуют дифференцированного подхода к кормлению и содержанию. В этой связи на первый план для человека (ЭС) выходит отслеживание и контроль временных координат экстремальных точек, сбор информации и анализ информации, разработка и принятие решений.
Принципиальные отличия природы самих объектов системы обуславлив-ливают разноплановость собираемой информации. Вместе с тем независимо от объекта сама информация должна отвечать трем общим требованиям, а именно: во-первых, быть измеряема, во-вторых, понятна и однозначна, в-третьих, по возможности она должна характеризовать процесс. Однако на практике выбрать измеряемую с достаточной точностью величину, обладающую всеми этими свойствами, удается далеко не всегда. Для анализа процесса и принятия управленческих решений прямое использование одной измеряемой величины, как правило, бывает недостаточно.
В таких случаях требуется разработка моделей и алгоритмов процесса, отражающая связь измеряемой величины и показателя, характеризующего процесс. По мнению Н.А.Криницкого «алгоритмизацией процесса должны заниматься люди глубоко и предметно знающие процесс». Как указывал профессор
|оигпа1 оГ УШ1М7И №3(11)-2013
127
В.П.Горячкин "формулы и их математические преобразования приобретают особую ценность, когда они исходят не только из принципиально правильных физических представлений, но и приводят в конечных выводах к новым физическим понятиям, облегчающим понимание и расчет процесса".
Сегодняшний прогресс в повышении эффективности молочного скотоводства и прежде всего в повышении продуктивности животных и снижении удельных издержек во многом обязан качественному повышению уровня содержательной части информационного обмена в системе ЭС.
В методологическом плане способы получения первичной информации, алгоритмы ее преобразования и представления применительно к животным и машинам в большинстве случаях существенно отличаются друг от друга. Так для контроля и диагностики каких-либо изучаемых признаков животных используют, как правило, статистические методы, основанные на измерении какого-либо параметра и статистической оценки адекватности ее изменений по изучаемому признаку. Так, например, работа установок для определения охоты основана на измерении двигательной активности животных за определенный период и статистической оценке их разницы. У большинства животных в период охоты резко возрастает двигательная активность. Сопоставлением этих показателей в разные периоды определяют наступление охоты и принимают соответствующие меры. Примерно по такому же алгоритму диагностируют мастит по электропроводности молока и температуре. Измеряют эти показатели по долям вымени и по статистически достоверному отклонению от среднего значения в какой-то доле делают выводы. В основе установки для диагностики заболеваний конечностей крупного рогатого скота "Step Metriks" фирмы "Bou Matik" лежат результаты многолетних исследований ученых этологов по влиянию заболеваний различных частей конечностей на походку животного и давления на ноги. После каждого доения коровы проходят по сенсорной платформе, определяющей силу шага. Специальная программа Диспетчер SMX баллов, основанная на результатах исследовании, идентифицирует каждую корову и анализирует силу и продолжительность ее шагов. Результат, выраженный как SMXTM балл для каждой задней ноги, передается в компьютер. Точность диагностики по результатам испытаний по данным фирмы свыше 85%. С применением Step Metrix обнаруживается на 50% коров больше с проблемами копыт, и что очень важно они выявляются до того, как станут очевидными визуальные признаки.
В алгоритмизации информационного обмена "человек - машина" объект чаще всего представляют в виде механической детерминированной системы, что естественно предполагает приоритетное применение аналитических моделей описания объекта. Такой подход также достаточно распространен при исследовании системы "животное - машина" (внешняя среда). Так при изучении взаимодействия "животное - доильная машина" используют механическую модель соска в виде упругого тела с каналом, на которую воздействуют вакуум и
сосковый чулок. Аналогичный аналитический подход характерен при изучении системы "животное - окружающая среда". Так в работе, посвященной микроклимату коровников, корова представлена в виде сочетания цилиндров от которых происходит теплоотдача в окружающую среду. Выбор цилиндра обусловлен тем, что в теоретическом плане эта модель достаточно хорошо проработана в теории тепломассообмена.
Фундаментальное значение для молочных ферм имеет определение характеристик потока молока, как завершающего процесса в производстве молока. Поэтому не случайно этот процесс первым привлек внимание исследователей и фирм-производителей молока. Здесь наметились 2 направления: первое -это определение характеристик потока молока от каждого животного, как интегрального показателя качества взаимодействия объектов 3-х звенной системы; второе - это определение характеристик потока молока от группы или стада в целом. Этот показатель необходим для решения задач организационно-логистического характера и общей оценки эффективности функционирования системы ЭС. Наличие оригинальных устройств для определения индивидуальных характеристик потока, стала сегодня фактически визитной карточкой фирм, производящих доильное оборудование. В частности оборудование НПП «Фемакс» комплектуется ковшовыми счетчиками-датчиками и системой управления доением «Стимул». В основе большинства подобных устройств лежит откорректированный алгоритм, сформулированный еще в 50-е годы профессором Уитл-стоном из Новой Зеландии.
В конце 80-х годов в ВИЭСХ при изучении влияния импульсной подачи молока на процессы теплообмена на доильных установках была установлена зависимость между интегралом случайного потока молока поступающего из молокопровода в молокоприемный узел и параметрами импульсной модуляции. Анализ этой модели показал принципиальную возможность алгоритмическим путем определять в режиме реального времени количество надоенного молока, реализованную в программируемом многофункциональном блоке управления «Фематроник-С».
В процессе исследований была установлена связь между параметрами импульсной модуляции и техническим состоянием молочного насоса, фильтра и молочной коммуникацией.
Анализ показал, что аналогичная связь имеется между параметрами пускового режима э/двигателя и техническим состоянием широко используемых на фермах навозоуборочных конвейеров. К этой же группе задач могут быть отнесены алгоритмы управления, предотвращающие примерзание транспортеров в холодное время года.
Как известно емкостные звенья, к которым относятся устройства с измерительными камерами обладают одной особенностью: метрологические характеристики зависят с одной стороны от емкости камеры, а с другой - от величины потока. Известно, что снижение объема камеры потенциально уменьшает по-
Journa1 ofVNIIMZH №3(11)-2013
129
грешность измерения. Однако при этом увеличивается частота включения клапанного механизма и возрастает роль и влияние на погрешность измерения относительная продолжительность его переключения. В этой связи нами был предложен метод повышения точности измерения путем введения виртуальных объемов в измерительной камере. Расчеты для кривой молокоотдачи, рекомендуемой стандартом ИСО 5707-96, показывают возможность снизить погрешность измерения до 2% , что в два раза меньше чем у лучших аналогов.
Аналитический метод был использован при разработке алгоритма управления инжектором впуска воздуха автомата промывки. Основу составили исследования динамики движения жидкостной пробки в молокопроводе с учетом изменения ее массы.
Для обучения персонала и разработки мероприятий по повышению эффективности использования доильных залов в ВИЭСХ был предложен и запатентован программно-алгоритмический способ и устройство для хронометража технологических операций на станочных доильных установках. Способ основан на том, что выполнение каждой операции на доильной установке сопровождается бинарным сигналом. Проводится измерение продолжительности между этими сигналами, их обработка и идентификация по заданным алгоритмам и программам, регистрация и распечатка полученных данных и рекомендаций.
В заключение хотелось сказать следующее. Приведенные примеры лишь самая незначительная часть области алгоритмизации знаний процессов техники и технологий в животноводстве.
Возникает вопрос, кто должен развивать это направление? По этому поводу профессор Н.А. Криницкий писал: «Кто должен осуществлять алгоритмизацию процессов? Конечно, тот специалист, который знает эти процессы. Алгоритмизация процессов - это не математическая проблема, а проблема из области знания, изучающей эти процессы; в наше время приемами алгоритмизации должны овладеть все ученые».
Цой Юрий Алексеевич, член-корреспондент Россельхозакадемии, генеральный директор НПП «Фемакс» Тел. (8499)171-45-56 E-mail: femaks@bk.ru
The paper outlines approaches to algorithmic control animals and their habitats, shows the most important and studied the direction of the control animals. Keywords: facilities management, algorithmization processes, data flows, processes, models and algorithms.
