Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО СОСТАВЛЕНИЯ ПО РАЗЛИЧНЫМ КРИТЕРИЯМ ОПТИМИЗАЦИИ БЛИЗКОГО К ЭКОНОМИЧЕСКИ НАИЛУЧШЕМУ КОРМОВОГО РАЦИОНА И ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЛИЗКОЙ К ЭКОНОМИЧЕСКИ НАИЛУЧШЕЙ КОРМОВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦЫ С УЧЕТОМ ФУНКЦИЙ ПОТЕРЬ ИХ ПРОДУКТИВНОСТИ

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к автоматизированным технологиям и техническим средствам приготовления кормовых смесей (далее кормосмесей) для животных и птицы.

Известно устройство составления экономичного с кормового рациона и экономичного кормления животных и птицы, обеспечивающее определение экономически наилучшего рациона и наилучшей при этом суточной дозы кормовой смеси (кормосмеси) (в данном прототипе указано - «корма», в смысле - кормовой смеси), получение наивысшего значения принятого для управления экономического критерия (признака, показателя) прироста прибыли от технологических процессов приготовления кормосмеси и кормления поголовья. (Патент РФ 2462864. Устройство составления экономичного с кормового рациона и экономичного кормления животных и птицы / А.В. Дубровин и др. // БИ, №28, 2012).

В результате использования этого изобретения (прототипа) устанавливаются такие количественные значения составляющих кормов (в данном прототипе указано -«ингредиентов корма») в дозе кормовой смеси и самой дозы расхода кормосмеси, при которых обеспечивается наивысший на данный момент времени прирост прибыли от действия наиболее затратных технологических процессов кормоприготовления и кормления животных и птицы.

Недостатком данного технического решения является невозможность управления технологическими процессами составления рациона кормосмеси и кормлением поголовья по другому технико-экономическому критерию оптимизации для достижения наивысшей технико-экономической эффективности этих процессов в складывающейся на сельскохозяйственном предприятии технико-экономической ситуации (проблемы с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п.). Другим недостатком данного технического решения является невозможность автоматизированного формирования рецептов кормосмесей, близких оптимальной кормосмеси по значению однородного показателя эффективности, но с другими наборами кормов, доступных в процессе приготовления кормовых смесей производителю продукции животноводства и птицеводства. Также недостатком данного технического решения является невозможность автоматизированного формирования вида функций потерь продуктивности животных и птицы при отклонении в любую сторону долевого содержания корма в кормовой смеси от экономически наилучшего его значения. Это не позволяет учесть влияние того или иного рациона кормления на результирующую, текущую во времени, обыкновенно суточную, продуктивность животных и птицы.

Задачей изобретения является автоматизированное управление технологическими процессами составления рациона кормосмеси по различным технико-экономическим критериям оптимизации и формирование вида функций потерь продуктивности животных и птицы для учета при управлении любых отклонений долевого содержания корма в кормовой смеси от экономически наилучшего его значения. Другой задачей изобретения является автоматизированное формирование рецептов кормосмесей, близких оптимальной кормосмеси по значению однородного показателя эффективности, но с другими наборами кормов, доступных в процессе приготовления кормовых смесей производителю продукции животноводства и птицеводства. Также задачей изобретения является автоматизированное формирование вида функций потерь продуктивности животных и птицы при отклонении в любую сторону долевого содержания корма в кормовой смеси от экономически наилучшего его значения. Это позволяет учесть влияние того или иного рациона кормления на результирующую, текущую во времени, обыкновенно суточную продуктивность животных и птицы. Таким образом, задачей изобретения также является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения, а именно для составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.

В результате использования изобретения обеспечивается практическая возможность управления технологическими процессами составления рациона кормосмеси и кормлением поголовья по одному или по другому экономическому критерию оптимизации для достижения наивысшей экономической эффективности этих процессов в складывающейся на сельскохозяйственном предприятии технико-экономической ситуации (проблемы с ресурсами, с поголовьем животных или птицы и т.п.). При этом в результате использования изобретения обеспечивается автоматизированное формирование рецептов кормосмесей, близких оптимальной кормосмеси по значению однородного показателя эффективности, но с другими наборами кормов, доступных в процессе приготовления кормовых смесей производителю продукции животноводства и птицеводства. Также в результате использования изобретения обеспечивается автоматизированное формирование вида функций потерь продуктивности животных и птицы при отклонении в любую сторону долевого содержания корма в кормовой смеси от экономически наилучшего его значения. Это позволяет учесть влияние того или иного рациона кормления на результирующую, текущую во времени, обыкновенно суточную продуктивность животных и птицы. Таким образом, достигается полноценное определение, и не только по традиции, установившейся у специалистов-зоотехнологов, одной только стоимости рациона (стоимости кормосмеси), но и результата действия того или иного рациона на продукцию сельскохозяйственного предприятия (цены реализованной продукции). Повышается точность задания и соответственно точность регулирования доз кормов кормовой смеси при составлении экономически наилучшего кормового рациона при приготовлении экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы с учетом функций потерь их продуктивности. Таким образом, технический результат, в свою очередь, заключается в реализации устройством заявленного назначения составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.

Технический результат достигается тем, что устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы с учетом функций потерь их продуктивности содержит задатчик сигнала вида птицы и задатчик сигнала возраста птицы, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов, а выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов, выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения, к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов, а выходы блока схем сравнения соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов, выход которого подключен к входу смесителя, навыходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки, при этом в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации, блок формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего Решение, задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия и блок задатчиков сигналов коэффициентов графиков функций потерь, вход задатчика сигнала значения допустимого уменьшения критерия соединен с первым выходом блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, второй выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации соединен с третьим входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, выход задатчика сигнала значения допустимого уменьшения критерия подключен к четвертому входу вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки, первый и второй входы блока формирователей управляющих сигналов или интерфейс Лица, Принимающего Решение, соединены соответственно с дополнительным выходом блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов и с дополнительным выходом блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов, а вход блока задатчиков сигналов коэффициентов графиков функций потерь соединен с третьим выходом блока формирователей управляющих сигналов или интерфейса Лица, Принимающего Решение, выходы блока задатчиков сигналов коэффициентов графиков функций потерь подключены к соответствующим пятым входам вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки.

На фиг. 1 дан выбор критерия оптимизации. На фиг. 2 показан результат расчета рациона кормосмеси. Hа фиг.3 показано задание величины допустимого отклонения от оптимума. На фиг. 4 показано семейство кормосмесей, близких к оптимальной по сбалансированности, полученное в одном из сеансов генерации. На фиг. 5 представлены диаграммы сбалансированности и потерь для варианта №2 кормосмеси. На фиг. 6 даны экономические показатели кормосмеси (вариант №2). На фиг. 7 показана структура цены кормосмеси по ее составляющим (вариант №2). На фиг. 8 дано распределение потенциальной прибыли по издержкам и прибыли, обусловленным применением кормосмеси (вариант №2). На фиг. 9 изображено диалоговое окно коррекции функций потерь. На фиг. 10 дана иллюстрация потерь продуктивности животных и птицы, вызываемых отклонением от нормы содержания в рационе компонента питания. На фиг. 11 показаны примеры функций потерь продуктивности поголовья. На фиг. 12 показана функциональная схема устройства.

Вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки действует по программе оптимизации кормосмесей для животных и птицы и, как правило, выдает один рецепт кормосмеси - оптимальный, с фиксированным набором кормов. В то же время в реальных условиях производства могут возникать ситуации, когда с хозяйственной точки зрения допустимо несколько отойти от оптимального решения с целью использования другого набора кормов. В компьютерной программе работы вычислительный блок оптимизации рациона на следующие сутки устройства по способу, например, в достаточно известной компьютерной программе «КОРАЛЛ - Кормление», решение этой задачи автоматизировано и выполняется следующим образом.

После расчета рецепта оптимальной кормосмеси задается допустимое снижение показателя оптимальности для кормосмесей, отличающихся набором кормов от оптимальной кормосмеси. Программа работы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки устройства по способу генерирует варианты рецептов кормосмесей со значениями целевой функции, находящимися в заданных пределах, и последовательно группами выдает их для просмотра и предварительного анализа. Выбираемые рецепты фиксируются» и запоминаются для последующего детального анализа. Таким образом, автоматизированным образом формируется семейство рецептов кормосмесей, близких к оптимальной, из которых могут выбираться кормосмеси, наиболее полно отвечающие требованиям текущей хозяйственной ситуации. Тем самым процедура оптимизации кормосмеси дополняется неформализованными знаниями специалиста, что повышает качество управления производством. В аналогичных программах работы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки устройства по способу, например программы «КОРАЛЛ - Кормление», поиск рецептов семейства кормосмесей, близких к оптимальной, начинается с выбора кормов и критерия оптимизации (фиг. 1). Расчет запускается щелчком на кнопке выбираемого критерия оптимизации.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером. На фиг. 2 представлен результат оптимизации кормосмеси по критерию «Максимальная сбалансированность» для несушек возраста 21-45 недель. Щелчком на закладке «Поиск семейства» вызывается диалоговое окно задания для искомых рецептов величины допустимого отклонения от оптимального значения целевой функции и для запуска процедуры генерации рецептов кормосмесей, близких к оптимальной (фиг. 3). Если генерация принудительно не прерывается, то она продолжается до получения шести новых рецептов кормосмесей (фиг. 4). Щелкнув на кнопке «Дисбаланс», Пользователь может оценить структуру дисбаланса и потерь, вызываемых дисбадансом, интересующего его варианта кормосмеси (фиг. 5). Через экранную кнопку «Эффект» можно перейти к оперативному анализу экономических показателей кормосмеси (фиг. 6-фиг. 8).

Каждый из рецептов может быть сохранен для последующего более детального анализа (экранная кнопка «Сохранить») и формирования производственного задания на подготовку кормов. Генерация новых рецептов может повторяться многократно через закрытие текущего окна и щелчка на кнопке «Начать поиск семейства решений» (фиг. 3). Следовательно, расчет семейства рецептов кормосмеси, близких к оптимальному, с последующей дополнительной их оптимизацией предоставляет специалисту по кормлению птицы, т.е. Лицу, Принимающему Решение, качественно новый инструмент балансирования кормосмесей и рационов, позволяющий широко манипулировать количеством используемых кормов при сохранении близких к оптимальным значений критериев оптимизации. На функциональной схеме устройства по способу соответственно указан блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего Решение) 13.

На фиг. 9 приведена функциональная схема составления близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к 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 - задатчики сигналов ресурсов наборов кормов; 8 - блок схем сравнения; 9 - блок дозаторов кормов; 10 - смеситель; 11 - экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки; 12 - задатчик сигнала вида критерия оптимизации; 13 - блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего Решения); 14 - задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия; 15 - блок задатчиков сигналов коэффициентов графиков функций потерь.

Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы с учетом функций потерь их продуктивности содержит задатчик сигнала вида птицы 1 и задатчик сигнала возраста птицы 2, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам задатчика сигнала нормативной дозы кормосмеси на следующие сутки выращивания 3, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4, второй вход которого подключен к выходу блока задатчиков сигналов 5, а выходы вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4 подключены к соответствующим входам блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 6, выходы которого соединены с соответствующими первыми неинвертирующими входами блока схем сравнения 8, к соответствующим вторым инвертирующим входам которого подключены выходы блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов 7, а выходы блока схем сравнения 8 соединены с соответствующими входами блока дозаторов кормов 9, выход которого подключен к входу смесителя 10, на выходе которого формируется экономически оптимальная кормосмесь на следующие сутки 11, при этом в устройство введены задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12, блок формирователей управляющих сигналов (интерфейс Лица, Принимающего Решение) 13, задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия 14 и блок задатчиков сигналов коэффициентов графиков функций потерь 15, вход задатчика сигнала значения допустимого уменьшения критерия 14 соединен с первым выходом блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13, второй выход которого через задатчик сигнала вида критерия оптимизации 12 соединен с третьим входом вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4, выход задатчика сигнала значения допустимого уменьшения критерия 14 подключен к четвертому входу вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4, первый и второй входы блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13 соединены соответственно с дополнительным выходом блока задатчиков сигналов экономически оптимальных доз кормов 6 и с дополнительным выходом блока задатчиков сигналов ресурсов наборов кормов 7, а вход блока задатчиков сигналов коэффициентов графиков функций потерь 15 соединен с третьим выходом блока формирователей управляющих сигналов (интерфейса Лица, Принимающего Решение) 13, выходы блока задатчиков сигналов коэффициентов графиков функций потерь 14 подключены к соответствующим пятым входам вычислительного блока оптимизации рациона на следующие сутки 4.

Устройство составления по различным критериям оптимизации близкого к экономически наилучшему кормового рациона и приготовления близкой к экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы с учетом функций потерь их продуктивности осуществляет известные действия/ задание дозы расхода кормосмеси в зависимости от вида и возраста поголовья, вычисление стоимости затрат на израсходованные корма в зависимости от заданной дозы расхода кормосмеси, вычисление расчетной стоимости продукции данной партии животных или птицы в зависимости от возраста поголовья, измерение и задание дозы расхода каждого корма из набора кормов кормосмеси, сравнение измеренной и заданной величин, регулирование режима дозирования каждого корма из набора кормов кормосмеси по результату сравнения, стоимость затрат на израсходованный каждый корм из набора кормов кормосмеси вычисляют в зависимости от дозы расхода каждого корма из набора кормов кормосмеси, формируют сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси, изменяют сформированные сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси в диапазоне от нуля до технологически допустимого их наибольшего значения или до реально достижимого ресурсного значения дозы расхода этого корма из набора кормов в кормосмеси на предприятии, причем в зависимости от значения изменяемого сигнала сформированной величины дозы расхода корма из набора кормов в кормосмеси вычисляют суммарную стоимость дозы расхода кормосмеси, при получении соответствующего наивысшему приросту прибыли сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси запоминают сформированные сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси на время изменения сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, сравнивают с запомненным значением измеренную величину дозы расхода корма из набора кормов в кормосмеси и по результату сравнения корректируют режим дозирования ингредиента корма из набора кормов в кормосмеси.

Также устройство производит новые действия: вычисляют расчетную стоимость продукции данной партии животных или птицы в зависимости от вида поголовья и дополнительно формируют сигналы величин следующих показателей эффективности рациона:

- сигнал прибыли, обеспечиваемой рационом, по количественной зависимости

ПР=С^Б _прод-П_дисб-С_рац, (руб.);

- сигнал уровня рентабельности рациона

Р=((С^Б _прод-П_дисб-С_рац)/С_рац) ×100, (%);

- сигнал сбалансированности рациона

СБ=(1-П_дисб/С^Б _прод) ×100, (%),

где ПР - сигнал прибыли, обеспечиваемой рационом; С^Б _прод - сигнал стоимости продукции, которая может быть получена от животного при полностью сбалансированном рационе, приведенная к одним суткам; П_дисб - сигнал потерь, вызываемых дисбалансом рациона; С_рац - сигнал стоимости рациона,

- при этом дополнительно корректируют сформированные сигналы величин доз расхода каждого корма из набора кормов в кормосмеси, при получении - соответствующего наивысшему значению сигнала прибыли, обеспечиваемой рационом, или наивысшему значению сигнала уровня рентабельности рациона, или наивысшему значению сигнала сбалансированности рациона - сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси - запоминают сформированные сигналы величин доз расхода каждого корма из набора кормов в кормосмеси на время изменения сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, и по результату сравнения дополнительно корректируют режим дозирования корма из набора кормов в кормосмеси, при этом задают сигнал значения допустимого уменьшения критерия, при получении соответствующего заданному сигналу значения допустимого уменьшения критерия сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси запоминают сформированные сигналы величин доз расхода корма из набора кормов в кормосмеси на время изменения сигнала сформированной величины дозы расхода кормосмеси в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, также задают сигналы значений коэффициентов графиков функций потерь продуктивности животных и птицы, формируют графики функций потерь и в соответствии с ними дополнительно формируют сигналы величин показателей эффективности рациона.

На фиг. 9 показана связь блока интерфейса Лица, Принимающего Решение, 13 с вычислительным блоком оптимизации рациона на следующие сутки через задатчик сигнала значения допустимого уменьшения критерия 14. Структура и функции устройства существенно изменились и позволяют осуществлять почти оптимальное составление рациона кормления птицы в условиях жестких ограничений по наборам и количествам ресурсных кормов на предприятии. Причем осуществляется это как по различным критериям (признакам) оптимизации, так и при различных видах графиков функций потерь, характеризующих падение продуктивности поголовья в зависимости от недостатка или от избытка каждого из компонентов питания (каждого из кормов, входящих в кормосмесь), что задается в виде сигналов соответствующих коэффициентов функций потерь в блоке задатчиков сигналов коэффициентов графиков функций потерь 15.

По существу другое отличие устройства состоит в возможности задания оператором (Лицом, Принимающим Решения) различных видов графиков функций потерь. Устройство (фиг. 9) работает в целом аналогично описанному прототипу и позволяет Лицу, Принимающему Решения, при необходимости изменять вид критерия оптимизации и при этом вводить поправки в формализованную компьютерную оценку экономической эффективности приготовляемой кормовой смеси посредством уменьшения экстремального значения критерия оптимальности и изменения вида функций потерь продуктивности поголовья.

Работа устройства автоматизации при задании диапазонов уменьшения значений максимумов целевых функций результативности составления рационов кормосмесей в целом аналогична действию прототипа и заключается в основном в использовании, например, компьютера или программируемого контроллера, на котором проводится моделирование кормосмесей, в качестве управляющего вычислительного узла, в соответствии с приведенными в описании фигурами.

Расширяются также и функциональные возможности управления технологией кормоприготовления, поскольку при этом обеспечивается экономичное управление приготовлением кормосмеси. Достигается точная экономическая оптимизация технологического режима кормоприготовления, поскольку применяемые и адаптируемые для управления математические соотношения и используемые в них измеряемые и формируемые сигналы и константы несут в себе точную и полную информацию об управляемом процессе экономически оптимального кормления птицы. Одновременно при необходимости диспетчерского автоматизированного уточнения экономически наилучшего кормового рациона при ограниченном наборе кормов на предприятии специалист-оператор кормоцеха птицефабрики (Лицо, Принимающее Решения) в наибольшей степени использует свой производственный опыт.

Расширяется арсенал технических средств аналогичного назначения, а именно для составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы. Повышается точность задания и соответственно точность регулирования доз кормов кормовой смеси при составлении экономически наилучшего кормового рациона при приготовлении экономически наилучшей кормовой смеси для животных и птицы с учетом функций потерь их продуктивности. Таким образом, технический результат, в свою очередь, заключается в реализации устройством заявленного назначения составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы.