CC BY
20
УДК 636.3:631.3
ВОЗМОЖНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РАЗДАЧИ КОРМОВ ПО ЭКОНОМИЧЕСКОМУ КРИТЕРИЮ
А.В. Дубровин, доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства E-mail: dubrovin1953@mail.ru
В этой статье автор обсуждает автоматизацию технологий в птицеводстве. Приведены самые основные условия результативного действия принципиально новых систем автоматического управления приготовлением и раздачей кормов, управляемых компьютером по экономическому критерию. Показан один из многочисленных возможных вариантов построения подобной системы, управляемых компьютером по упрощённому промежуточному указателю в виде принятого в птицеводстве европейского (российского) индекса продуктивности. Ключевые слова: экономический признак управления, компьютерная система, учёт продуктивности поголовья при кормлении.
Этимологически и терминологически оценив слова «сельское хозяйство», надо признать следующее. Совершенно очевидно для любого настоящего специалиста по автоматизации и информатизации управления в сельскохозяйственном производстве, что в основе управления хозяйством, хозяйствованием (экономикой), должны лежать, прежде всего, изначально, именно экономические (хозяйственные) признаки (критерии). Это уже потом следует рассматривать точность, быстродействие, надёжность и другие параметры автоматов, традиционные и характерные именно для промышленности (кстати, например, быстродействие в инерционных процессах зарождения жизни и использования объекта сельского хозяйства вообще не актуально), без особых размышлений перетянутые в сельское хозяйство. Ведь в промышленности, имеющей дело с неживыми объектами производства, результат повторяется с различиями только минимально веро-
ятностного характера. Иное дело в сельском хозяйстве, имеющем дело с живым объектом управления (растение, животное, в том числе птица). Здесь следует постоянно ожидать существенных отклонений экономических (хозяйственных) результатов от результатов, предполагаемых в нормах технологического проектирования. Но тогда и управлять процессом надо по принятому экономическому признаку.
К сожалению автора, до сих пор практически никакого внимания при автоматическом и автоматизированном (с участием человека-эксперта) управлении процессами сельского хозяйства не уделяется учёту хозяйственной (экономической) составляющей принятого критерия управления. Это только когда процесс закончился, и управление им безнадёжно опоздало и уже ничего не решает, начинается подсчёт его экономических результатов в плановом отделе и в бухгалтерии сельскохозяйственного предприятия.
Поэтому принципы построения компьютерной системы приготовления и раздачи кормов ранжируются таким образом. Автоматическое или автоматизированное (с экспертом) управление процессами по принятому экономическому критерию, использование соответствующих программных продуктов. (Кстати, именно таких-то программ как раз и не хватает в настоящее время, и ими давно пора начинать заниматься всерьёз). Методически наиболее точный статистический выборочный контроль средней живой массы особи откармливаемого поголовья, применение недорогих и приемлемых по точности тривиальных измерителей расхода кормов и кормовых смесей (комбикормов). Формирование понятных персоналу указа-
ний управляющего компьютера и программная возможность оперативного вмешательства эксперта (оператора компьютера, или Лица, Принимающего Решения) в ход управления технологическими процессами.
Непосредственное применение для управления технологиями производства одного из бесспорных технико-экономических признаков (прибыль, её прирост, себестоимость, эксплуатационные затраты, рентабельность и т. п.) зачастую вызывает практически непреодолимые затруднения перед производителем продукции. Дело в том, что для получения приемлемой точности управления процессом следует вычислять и значение критерия с достаточной точностью. Но в ряде случаев это просто невозможно, поскольку слишком много составляющих затрат приходится учитывать в составе чисто экономического признака управления.
Поэтому становится понятным стремление специалистов любой отрасли производства к упрощению величины принятого для управления показателя эффективности производства. Так возникли многочисленные индексы (указатели, лат.) результативности работы сельскохозяйственного предприятия.
Широко известен европейский (российский) индекс продуктивности ЕВ1 для промышленного птицеводства. Он пропорционален произведению сохранности поголовья, измеряемой в %, и среднесуточному приросту живой массы, измеряемому в граммах. Этот индекс также обратно пропорционален удесятерённому коэффициенту конверсии корма, с размерностью «кг корма/кг живой массы».
Значение ЕВ1, полученное для действующего птицеводческого бройлерного предприятия, является достаточно обоснованной и популярной международной оценкой результативности его деятельности на рынке мяса бройлеров. Технические решения автоматического определения этого широко распространённого показателя эффективности производства продукции птицеводства и использования его при управлении процессами кормления и выращивания птицы в настоящее время не известны. Обычно текущие во
времени значения этой величины рассчитываются вручную и используются для семантической (языковой) оценки степени принятой результативности осуществления технологий.
Здесь задачей инженеров может являться повышение точности и скорости получения управляющей информации для своевременного завершения процессов кормления и выращивания партии птицы путём использования при управлении процессами кормления и выращивания птицы нового сформированного и управляющего продолжительностью эффективных технологических процессов кормления и выращивания птицы сигнала индекса продуктивности ЕВ1. В результате существенно может быть снижен расход дорогостоящего птичьего комбикорма, электрической и тепловой энергии для продолжения действия технологического, в том числе отопительного и обогревательного оборудования птичника, уменьшаются затраты ручного труда на обслуживание птицы и оборудования.
Принято в отрасли птицеводства считать значение ЕВ1порог = 300 отн. ед. пороговым значением. При полученном расчётном значении ЕВ1, равном или превышающем значение 300 отн. ед., действующее птицеводство считается технологически эффективным.
Если для работающей птицефермы или птицефабрики получено значение ЕВ1 < 300 отн. ед., то в соответствии с европейским (российским) птицеводческим технологическим нормативом это предприятие работает не достаточно эффективно.
Пример 1. ЕВ1 = 97x58/10x1,8 = 312, хороший индекс продуктивности.
Пример 2. ЕВ1 = 95x55/10x1,95 = 267, невысокий индекс продуктивности.
Таким образом, значение ЕВ1 позволяет сразу по его получении оценивать эффективность (результативность) птицеводческого предприятия. Чем скорее получена численная оценка качества работы предприятия по европейскому указанному нормативу, тем быстрее можно принять управленческое или технико-технологическое решение по внесе-
нию поправок в действие технологического оборудования и улучшить ход технологий и технологических процессов в птицеводстве. Также можно завершить процессы кормления и выращивания птицы в таком их состоянии, пока они считаются по текущему во времени значению индекса продуктивности ещё эффективными. Этим можно предотвратить бессмысленные затраты кормов, техногенной энергии на продолжение ставших неэффективными процессов кормления и выращивания птицы.
Например, достаточно очевидно, что в конечной стадии выращивания птицы значительная часть биоконверсной энергии корма идёт просто на поддержание жизни птицы с большой живой массой. При этом рост живой массы, т.е. продуктивность бройлерного птицеводства значительно снижается. Расходование материальных и энергетических ресурсов птицеводческого предприятия становится не эффективным (не результативным). Надо такие не эффективные процессы кормления и содержания птицы немедленно прекратить. Но технических решений для этого не существует. Следовательно, создание новых научно-технических решений способа и устройства для ускоренного автоматизированного получения оценочного значения индекса продуктивности, например ЕВ1 по (1), является для управления продолжительностью технологических процессов кормления и содержания птицы целесообразным и позволяет существенно повысить уровень техники для птицеводства и эффективность самого птицеводства.
На рисунке 1 приведена функциональная схема устройства для определения эффективной продолжительности процессов кормления и выращивания птицы по произвольному, в том числе и по описанному в данной статье европейскому (российскому) индексу продуктивности [1]: 1 - первый задатчик сигнала порогового значения индекса продуктивности, 2 - второй задатчик сигнала количества птиц в первые сутки выращивания, 3 - первый счётчик сигналов потерь поголовья птицы, 4 - первый элемент вычитания (первого формирователя сигнала количества
птиц на вторые сутки выращивания), 5 - третий задатчик сигнала количества птиц на текущие сутки выращивания, 6 - второй формирователь сигнала текущего значения сохранности поголовья, 7 - первый измеритель сигнала средней живой массы одной птицы на текущие сутки выращивания, 8 - четвёртый задатчик сигнала значения живой массы одной птицы в начале первых суток выращивания, 9 - второй элемент вычитания (третий формирователь сигнала значения суммарного прироста живой массы одной птицы на текущие сутки выращивания), 10 -второй счётчик сигналов количества суток выращивания, 11 - первый элемент деления (четвёртого формирователя сигнала значения среднесуточного прироста живой массы одной птицы на текущие сутки выращивания), 12 - первый элемент умножения сигнала текущего значения сохранности поголовья на сигнал значения среднесуточного прироста живой массы одной птицы на текущие сутки выращивания (пятого формирователя сигнала значения числителя математического выражения индекса продуктивности на текущие сутки выращивания), 13 - второй измеритель сигнала суммарного потребления корма поголовьем птицы на текущие сутки выращивания, 14 - второй элемент умножения сигнала средней живой массы одной птицы на количество птиц в выращиваемой партии птицы в первые сутки выращивания, 15 - третий элемент умножения сигнала средней живой массы одной птицы на количество птиц в выращиваемой партии птицы на текущие сутки выращивания, 16 - третий элемент вычитания произведения сигнала средней живой массы одной птицы и сигнала количества птиц в выращиваемой партии птицы в первые сутки выращивания из сигнала произведения средней живой массы одной птицы и сигнала количества птиц в выращиваемой партии птицы на текущие сутки выращивания (шестой формирователь сигнала значения суммарного прироста живой массы поголовья птицы за время с первых суток по текущие сутки выращивания), 17 -второй элемент деления сигнала значения суммарного потребления корма поголовьем
птицы на текущие сутки выращивания на сигнал значения суммарного прироста живой массы поголовья птицы за время по текущие сутки выращивания (седьмой формирователь сигнала значения коэффициента конверсии корма), 18 - четвёртый задатчик сигнала значения коэффициента «10», 19 - четвёртый элемент умножения (восьмой формирователь сигнала значения знаменателя математического выражения индекса продуктивности на текущие сутки выращивания), 20 - третий элемент деления сигнала значения числителя математического выражения индекса продуктивности на сигнал значения знаменателя математического выражения индекса продуктивности (девятый формирователь сигнала индекса продуктивности), 21 - первая схема сравнения сигнала индекса продуктивности с заданным сигналом порогового значения индекса продуктивности (десятый формирователь сигнала соответствия эффективности реального бройлерного птицеводства принятому индексу продуктивности в случае равенства или превышения сигналом индекса продуктивности заданного сигнала порогового значения индекса продуктивности), 22 - пятый задатчик сигнала минимально допустимой сдаточной живой массы одной птицы в конечной стадии процессов кормления и выращивания, 23 - вторая схема сравнения сигнала измеренной средней живой массы одной птицы на текущие сутки выращивания с заданным сигналом минимально допустимой сдаточной живой массы одной птицы в конечной стадии процессов кормления и выращивания (одиннадцатый формирователь сигнала возможности окончания процессов кормления и выращивания птицы), 24 - схема совпадения сформированного сигнала соответствия эффективности реального бройлерного птицеводства принятому индексу продуктивности и сформированного сигнала возможности окончания процессов кормления и выращивания птицы (двенадцатый формирователь сигнала выключения техно-
логического оборудования процессов кормления и выращивания птицы), 25 - исполнительный элемент выключения технологического оборудования процессов кормления и выращивания птицы.
Рис. 1. Функциональная схема устройства для определения эффективной продолжительности процессов кормления и выращивания птицы по величине произвольного индекса продуктивности
Устройство работает следующим образом. Вторая схема сравнения 23 подготавливает устройство к прекращению процессов кормления и выращивания птицы, поскольку минимально допустимая товарная средняя живая масса птицы уже достигнута. Далее процессы есть смысл продолжать только в том случае, когда продолжается эффективный набор птицей прироста живой массы при приемлемом расходе корма и при незначительных потерях поголовья птицы. То есть, при превышении заданного отраслевого порога эффективного значения индекса продуктивности, что показывает выходной сигнал другой, первой схемы сравнения 21. Одновременное получение двух сигналов: о возможности прекратить выращивание, т.к. живая масса достигнута, и о целесообразности продолжении её набора в условиях эффективного хода технологических процессов, - позволяет продолжить кормление и выращивание и получить в результате весьма высокую мясную продуктивность. Как
Задатчик сигнала вида птицы 1
Задатчик сигнала возраста птицы
2
Задатчик сигнала вида
критерия оптимизации 12
I
только будет ясно, что сигнал индекса продуктивности ниже порогового сигнала по отрасли, процессы автоматически прекращаются устройством путём немедленного выключения соответствующего технологического оборудования. Прекращается бесцельное, неэффективное расходование кормовых и энергетических ресурсов птицефабрики.
Таким образом, формируется и используется при управлении процессами кормления и выращивания птицы новый сигнал практически любого по своему составу индекса продуктивности, сформированный для определения технологически эффективной продолжительности процессов кормления и выращивания птицы. При этом существенно повышается технологическая эффективность процессов кормления и выращивания птицы в отрасли промышленного птицеводства, достаточно тесно связанная с всеобъемлющей технико-экономической эффективностью сельскохозяйственного производства [2].
Устройство, например [3], операторского управления (рис. 2) позволяет Лицу, Принимающему Решения, при необходимости вводить поправки в формализованную компьютерную оценку именно экономической эффективности приготовляемой и раздаваемой кормовой смеси посредством изменения именно экономического критерия оптимальности. Понятно, что автоматизированное устройство управления кормовыми рационами с учетом возможных операторских поправок значительно сложнее устройства по [1]. При управлении используется новая модель рациона, в которой вместо жёстких ограничений на содержание в рационе компонентов питания (традиционно используемых в энергетических расчетах по оптимизации рационов и кормосмесей) введены экономические признаки рационов и кормосме-сей. Это прибыль, уровень рентабельности, общая сбалансированность (оцениваемая по
уровню потерь животноводческой продукции), обеспечиваемая продуктивность, оплата корма продукцией, конверсия корма и др. [4]. На компьютере проводится имитационное математическое моделирование рационов кормосмесей (вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки 4).
Задатчик сигнала нормативной
дозы корм о смеси на следующие
сутки выращивания 3
Вычислитель
ный блок оптимизации рациона на следующие сутки 4
Задатчик сигнала скорректированной дозы кормосмеси 15
Блок за датчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 6
Блок задатчиков сигналов ресурсов
кормов 7
Блок задатчиков сигналов 5
п Г
Блок схем сравнения
Блок —1 Измеритель
формирователей сигнала
управляющих расхода
сигналов кормосмеси
(интерфейс Лица, за текущие
Принимающего сутки
Решение) выращивания
13 14
П Г
Блок дозаторов кормов
Экономически 1
оптимальная Смеситель
кормосмесь 10
на следующие
1
сутки 1
11
Рис. 2. Функциональная схема устройства составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации: 1 - задатчик сигнала вида птицы; 2 - задатчик сигнала
возраста птицы; 3 - задатчик сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания; 4 - вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки; 5 - блок задатчиков сигналов; 6 - блок задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов; 7 - блок задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов; 8 - блок схем сравнения; 9 - блок дозаторов кормов; 10 - смеситель; 11 - экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки выращивания; 12 - задатчик сигнала вида критерия оптимизации; 13 - блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего решение), 14 - измеритель сигнала расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания; 15 - задатчик сигнала скорректированной дозы кормосмеси
Структура и функции устройства позволяют осуществлять оптимальное (наилучшее) по различным экономическим критериям составление рациона кормления животных и птицы в различных технических, технико-технологических, производственных и хозяйственных ситуациях, в том числе в
условиях дефицита на предприятии отдельных кормов, входящих в кормосмесь для животных и птицы.
Наличие в данном устройстве информации о потреблении кормосмеси животными и птицей, поступающей в блок формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13 от измерителя сигнала расхода кормосмеси за текущие сутки выращивания 14, позволяет в автоматическом режиме учесть реальную суточную дозу потребления животными и птицей кормосмеси. Реальное значение отличия потреблённой суточной дозы кормосмеси от заранее заданной суточной дозы кормосмеси автоматически учитывается при задании скорректированной дозы кормосмеси для поголовья на следующие сутки. Также возможно автоматизированное задание скорректированной дозы посредством программируемого управляющего устройства, либо человека-оператора, т. е. специалиста цеха по производству кормов на крупном животноводческом или птицеводческом предприятии (Лица, Принимающего Решение).
Например, если по каким-либо технико-технологическим причинам животные или птица стали потреблять больше кормосмеси, то на значение этого увеличения потребления автоматически увеличится расчетная доза кормосмеси на следующие сутки выращивания поголовья. Если поголовье стало потреблять меньше кормосмеси, то новая меньшая её доза всё равно должна восполнить энергетические потребности поголовья, а значит это можно сделать за счёт коррекции не только дозы кормосмеси, но и введения поправок в рацион. В противном случае увеличения потребления кормосмеси поголовьем устройство немедленно скорректирует в сторону увеличения дозу кормосмеси на следующие сутки выращивания и одновременно насытит рацион менее энергетически ценными кормами, которые имеют соответственно и меньшую стоимость. На подобные новые технические решения способов и устройств экономически оптимальной автоматизации технологических процессов в сельском хозяйстве были поданы с участием
автора данной статьи заявки на изобретения в ФИПС РФ. По примерно двадцати заявкам уже получены патенты и в настоящее время имеются по другим заявкам положительные решения экспертизы Роспатента. Количество патентов по предлагаемой весьма актуальной тематике для специалистов по экономике и по автоматизации сельского хозяйства вполне возможно существенно увеличить, если заинтересованный читатель воспользуется приведёнными здесь и в [5] принципами построения инновационных систем автоматизации экономически оптимального управления приготовлением и раздачей кормов, а также практически любыми другими с.-х. технологическими процессами.
Литература:
1. Заявка 2014108525. Способ и устройство для определения эффективной продолжительности процессов кормления и выращивания птицы / А.В. Дубровин, В.А. Гусев.
2. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники / Н.М. Морозов, Л.М. Цой. [и др.]. М., 1998. 220 с.
3. Заявка 2013128290 РФ. Способ и устройство составления экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о потреблении кормосмеси животными и птицей / А.В. Дубровин, Б.В. Лукьянов, П.Б. Лукьянов.
4. Лукьянов Б.В., Лукьянов П.Б., Дубровин А.В. Автоматизированная компьютерная оптимизация приготовления кормосмесей // Вестник ВНИИМЖ. 2014. №1. С. 139-149.
5. Дубровин А.В. Основы автоматизированного управления технологическими процессами в птицеводстве по экономическому критерию. М., 2013. 292 с.
In this article the author discusses the automation technologies in poultry farming. Lists the most basic conditions of successful actions of fundamentally new automatic control systems for production and distribution of feed, computer-controlled economic criteria. It is shown one of the many possible variants of building such a system, computer-controlled under the simplified smart pointer adopted in poultry European (Russian) index of productivity. Keywords: Economic symptom management, computer system, accounting productivity of livestock feeding.
