Программы оптимизации рационов


подписаться на рассылку анонсов статей:
 
 
поиск по разделу «Статьи»

всего статей: 1513


Программы оптимизации рационов



И. Панин, кандидат технических наук

Перед специалистами любого предприятия, будь то комбикормовый завод, птицефабрика, животноводческий комплекс, фирма или холдинг, решившего приобрести программу для оставления рецептов комбикормов, встает проблема выбора из предлагаемого многообразия. Каким набором возможностей должна обладать программа, чтобы впоследствии не разочаровать пользователя?

Для современных пород животных и кроссов птицы требуются корма, которые полностью удовлетворяют их потребности в питательных веществах для поддержания жизни, развития, воспроизводства и получения высокой продуктивности.

Кормление влияет на количественную и качественную сторону обмена веществ. Недостаток или избыток в корме необходимых питательных веществ изменяет биохимические процессы, снижает продуктивность и даже может стать причиной заболеваний.

Научно-обоснованная потребность животного в питательных веществах выступает, в свою очередь, как требования к питательной ценности комбикормов и нормам их суточной дачи.

В современном понятии высококачественный комбикорм нетоксичен, имеет питательную ценность, соответствующую потребностям животных, однороден, характеризуется постоянством содержания питательных веществ в любой единице массы или объема.

Получение высококачественного комбикорма предполагает, прежде всего, наличие хорошей модели комбикорма в виде его рецепта, в котором обеспечены все требуемые показатели питательности и биологически активные вещества. Для претворения хорошей модели в реальный комбикорм на предприятии необходимы высококачественные компоненты, современное технологическое оборудование для их подготовки, точного дозирования и однородного смешивания.

Создание модели комбикорма (в нашей терминологии - расчет рецепта, в зарубежной терминологии - составление формулы комбикорма), сбалансированного по всем показателям питательности и химического состава, является непростой научно- технической проблемой. Рецепт комбикорма - это сочетание 10-18 кормовых компонентов и различных добавок, которые только в своей совокупности в определенном весовом соотношении способны удовлетворить потребности животных в питательных веществах.

Расчет рецептов комбикормов, а также расчет рационов, концентратов, премиксов (в дальнейшем для простоты мы будем говорить только о рецептах комбикормов) проводят на специальных компьютерных программах.

В нашей стране в условиях плановой экономики расчет рецептов комбикормов был исключительной функцией комбикормовых предприятий или вышестоящих органов системы хлебопродуктов. Рассчитывали рецепты также научно-исследовательские учреждения, занимающиеся проблемами кормления животных.

В современных условиях круг пользователей данного программного продукта существенно расширился. В первую очередь его стали применять зоотехники птицефабрик, свинокомплексов, комплексов по разведению крупного рогатого скота, т. е. специалисты, более всех заинтересованные в кормах хорошего качества и высокой продуктивности животных. Дистрибьюторские компании с помощью программ показывают преимущества своего продукта и экономическую эффективность от его применения. Консалтинговые компании помогают специалистам хозяйств в формировании рационов кормления с учетом физиологического состояния животных. И, разумеется, традиционными пользователями программ остаются все производители комбикормов, концентратов, премиксов, научно- исследовательские и учебные учреждения.

По нашим оценкам, в настоящее время круг пользователей программ по расчету рецептов комбикормов в Российской Федерации составляет 1200-1500 самостоятельных предприятий; в перспективе, при создании более благоприятных условий для сельхозтоваропроизводителей, это число может возрасти в 5-7 раз. Потенциальный потребитель должен уметь оценивать, к какому классу относится программа, какие базы данных используются для расчета; какие дополнительные возможности, кроме собственно расчета, она имеет; насколько универсален интерфейс; насколько удобна программа в повседневной работе в условиях промышленной эксплуатации, а не только в момент демонстрации. Рассмотрим последовательно эти особенности.

Постановка проблемы.

Из имеющихся ресурсов сырья надо составить рецепт комбикорма, удовлетворяющий заданным требованиям по его питательной ценности и химическому составу. Питательность комбикорма и объем партии, питательность сырья и его количество, нормы ввода сырья в комбикорма выступают как ограничения.

Как правило, существует бесконечное множество решений. Задача может и не иметь решения. Это значит, что сырье характеризуется низкой питательной ценностью или имеется в недостаточном количестве.

Итак, если решение есть, то следующее требование формулируется так: из всего бесконечного множества допустимых решений, т. е. возможных вариантов рецепта, каждый из которых удовлетворяет предъявленным требованиям по питательной ценности, выбрать тот, который больше всего устраивает пользователя по каким-то признакам (критериям).

Классификация программ.

По тому, каким образом построен алгоритм поиска решения на бесконечном множестве вариантов, программы подразделяются на два класса: оптимизационные и не оптимизационные.

Оптимизационные программы, используя определенные математические алгоритмы поиска, из бесконечного множества решений находят каждый раз такой вариант, т. е. такую комбинацию процентов ввода компонентов, который минимизирует (максимизирует) функционал вида

Z = F (X1, X2… Xn) × C1X1 + C2X2 + CnXn,

где Хn - ввод n-го компонента в рецепт,

Сn - коэффициент, характеризующий интересующие потребителя определенные свойства n-го компонента.

Вариант, минимизирующий функционал, называется оптимальным. Он является и единственным при данных ограничениях.

Не оптимизационные программы находят одно из возможных решений и всю нагрузку по дальнейшему улучшению рецепта возлагают на пользователя и его интуицию. При таком подходе всегда остается неуверенность в том, исчерпаны ли все варианты поиска хорошего решения и не остался ли самый интересный вариант нерассмотренным.

В дальнейшем мы будем вести речь только об оптимизационных программах, считая это первым необходимым условием при выборе.

Критерии оптимизации.

Самый распространенный и понятный критерий оптимизации рецептов комбикормов — минимизация цены комбикорма. Из всего множества вариантов находится самый дешевый рецепт. Тогда коэффициент Сn представляет собой цену n-го компонента. В другой интерпретации можно минимизировать стоимость не комбикорма, а суточного рациона 2 кормления животного или птицы.

Z = М × С,

где М масса суточной дачи корма, а С - стоимость комбикорма.

При таком подходе закладывается мысль получить рецепт комбикорма меньшей питательной ценности (а значит, более дешевый), но удовлетворить суточную потребность животных за счет увеличения дачи комбикорма.

С учетом того, что зависимость стоимости комбикорма от концентрации питательных веществ имеет нелинейный характер, такой подход оправдан. Однако выбирать вариант рецепта должен специалист по кормлению, учитывая состояние животных, их возможности потребить предполагаемую массу корма, усвоение питательных веществ из используемых компонентов и т. д. Рецепт с более низкой концентрацией питательных веществ необходимо правильно сбалансировать по соотношению основных показателей питательности.

Еще один вариант критерия оптимизации формулируется как требование максимизировать экономическую эффективность производства животноводческой продукции. Предполагается, что для реализации таких требований известна зависимость продуктивности животного от качества его кормления. Многочисленные литературные источники и наши расчеты показывают, что максимальная экономическая эффективность обеспечивается при возможно полной реализации генетического потенциала животных и достижении максимальной продуктивности. Однако применение такого критерия правомерно в условиях ограниченности сырьевых ресурсов, при резких колебаниях цен на некоторые сырьевые компоненты комбикормов или на животноводческую продукцию и др.

В программах могут применяться и другие критерии или даже группа критериев (многокритериальная оптимизация).

Среди пользователей распространено заблуждение: при оценке программ, как правило, сравнивают цены на одинаковый комбикорм, рассчитанный по разным программам, и предпочтение отдают той из них, которая предлагает более дешевый вариант рецепта. Смысл нашего пояснения заключается в следующем: если при расчете в сравниваемых программах использовались одинаковые исходные данные (одинаковые требования к комбикорму, одинаковая питательность и цена сырья, одинаковые ограничения по нормам ввода компонентов, одинаковый критерий оптимизации), то любая программа должна найти одно и то же оптимальное решение, потому что оно единственное. Если решения отличаются, это значит, что в программах использовались различные исходные данные.

Рассмотрим, каким образом отличается информация, используемая в качестве исходных данных.

Базы данных программы.

Под термином «базы данных» подразумевается полный набор нормативно-справочной информации, методических рекомендаций, экспертных оценок — другими словами, набор знаний в данной предметной области (кормление животных, производство комбикормов), который позволяет решить поставленную задачу. Базы данных программ оптимизации включают в себя, как правило, несколько разделов.

Рекомендации по питательной ценности комбикормов для различных половозрастных групп животных. Чем больше информации в данном разделе, тем больше возможностей у пользователя выбрать наиболее подходящую модель питательности комбикорма для своих животных. Здесь могут быть требования действующих государственных стандартов, рекомендации научно-исследовательских учреждений, селекционных центров, производящих новые кроссы птицы и породы животных, рекомендации фирм. Программы по оптимизации рецептов комбикормов должны «уметь» учитывать при расчете не только абсолютные значения показателей питательности, но и их соотношения между собой. Как показано выше, иногда бывает важнее и экономически целесообразнее получить рецепт с более низкой концентрацией питательных веществ, но хорошо сбалансированный, чем просто выполнить требования по абсолютному значению всех показателей, но с нарушением профиля аминокислот или с нарушением соотношения кальций/фосфор для данной группы животных.

В современных условиях более детализированного кормления в базе данных желательно иметь не только нормативы питательной ценности комбикормов для данного вида животных, но и программы кормления, которые включают в себя:

—                    потребность животного или птицы в питательных веществах, витаминах, микроэлементах в разные периоды и фазы жизни, в различных условиях содержания;

—                    суточную потребность корма;

—                    нормативы но показателю живой массы на весь период жизни;

—                    нормативы продуктивности на продуктивный период.

Наличие такой информации позволит проводить анализ не только продуктивности, но и физиологического состояния животных и в случае отклонений своевременно корректировать кормление.

Таблица питательности и химического состава компонентов комбикормов. Содержание данного раздела имеет наибольшие отличия в различных программах, поэтому рассмотрим его подробнее.

Все используемые в производстве комбикормов компоненты (за исключением, может быть, синтетических аминокислот, биологически активных веществ, минералов) характеризуются изменчивостью (вариабельностью) показателей питательности и химического состава. Существенные отличия в качестве могут быть даже в различных партиях сырья, поступающего от одного поставщика.

Для зерновых, зернобобовых, технических культур и продуктов их переработки вариабельность зависит от сорта растений, используемой агротехнологии их выращивания, климатических условий созревания, технологии переработки; для кормов животного происхождения и продукции микробиологического синтеза — от качества исходного сырья и соблюдения технологии их производства; для минерального сырья — от места добычи (карьера) и т. д. В таблице приведены в качестве примера коэффициенты естественных вариаций (в %) показателей питательности некоторых компонентов комбикормов.

При расчете рецепта желательно использовать наиболее точную информацию о фактической питательности сырья. Эти сведения могут быть получены в результате химических анализов. Однако делать химические анализы всех партий сырья по всем показателям питательности очень дорого, и так никто не поступает (пока). Поэтому, всегда ищут компромисс между использованием табличных (среднестатистических) данных и проведением химических анализов (речь вдет о химических, а не экспрессных методах анализов; при наличии на предприятии приборов экспресс-диагностики их надо использовать максимальным образом). Этот компромисс учитывает такие факторы, как органолептические показатели партии сырья, результаты предыдущих анализов, доверие к поставщику и др. Но и при проведении химических анализов сырье проверяется не по всем, а по критическим (ключевым) показателям питательности. Например, в белковых кормах животного происхождения проверяют протеин, жир, натрий; в зерновых - протеин, клетчатку, влагу; в жмыхах и шротах - протеин, жир, клетчатку; в минеральном сырье - кальций, фосфор. Остальные данные при расчете берут из таблиц. Отсюда понятна роль таблиц питательности и степень доверия к ним.

В программе расчета рецептов можно применять любые зарубежные или отечественные таблицы, опубликованные в различных научных или методических источниках. Помнить надо только одно: производитель несет ответственность перед заказчиком и контролирующими органами за конечные результаты — за содержание в готовом комбикорме всех требуемых питательных веществ, независимо от того, какие таблицы использовались при расчете. Никакие ссылки на табличные данные не могут оправдать расхождение между расчетными и фактическими показателями питательности в готовом комбикорме.

В настоящее время Минсельхозом РФ утверждены новые таблицы питательности и химсостава сырья, используемого для производства комбикормов в РФ. Их отличительная особенность — более детальная, приближенная к российским условиям классификация таких нестабильных по качеству видов сырья, как подсолнечный жмых и шрот, мясокостная мука, дрожжи. Применение данных таблиц в расчете рецептов комбикормов позволит производить более точную идентификацию имеющегося в наличии сырья с ближайшей табличной моделью и минимизировать таким образом погрешность в питательности при использовании табличных данных.

Наиболее сложной проблемой остается определение аминокислотного состава и энергетической ценности сырья.

Точный аминокислотный состав установить трудно из-за ограниченного количества специальных приборов - аминокислотных анализаторов.

Экспрессные методы определения аминокислот также пока не разработаны (хотя есть информация о проведении таких работ фирмами Degussa (Германия) и Adisseo (Франция).

К счастью, большинство видов комбикормового сырья имеют достаточно устойчивую модель структуры белка, что дает возможность с хорошей степенью достоверности производить расчет содержания незаменимых аминокислот по содержанию фактически определенного сырого протеина. В научной литературе описаны коэффициенты уравнений регрессии для таких расчетов. Программа оптимизации должна «уметь» это делать.

Обменная энергия компонентов также варьирует от своего среднего (табличного) значения в зависимости от фактического содержания в нем сырого протеина, жира, безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ) и их доступности для усвоения в организме животного. По результатам химических анализов программа оптимизации также должна «уметь» корректировать значение обменной энергии компонента для конкретного вида животных. В общем виде формула для расчета обменной энергии компонентов для конкретного вида животных выглядит так:

ОЭ = КСП × УСП × СП + КСЖ × УСЖ × СЖ  + КБЭВ × УБЭВ × БЭВ,

где СП, СЖ, БЭВ — содержание в кормовом средстве сырого протеина, сырого жира, безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ);

К - калорические коэффициенты для сырого протеина, сырого жира и БЭВ соответственно;

У - коэффициенты усвояемости сырого протеина, сырого жира и БЭВ соответственно для конкретной группы животных.

Калорические коэффициенты и коэффициенты усвояемости для различных кормовых средств, приводятся в научной и справочной литературе.

Оценка обменной энергии готового комбикорма по его химическому составу сложнее, чем оценка обменной энергии компонентов. Однако для птицы Всемирная научная ассоциация по птицеводству (WPSA) такую формулу разработала:

ОЭ (Ккал / 100 г) = 3,7 × СП + 8,2 × СЖ - Кр + 3,11 × Сах,

где СП, СЖ, Кр, Сах - содержание в комбикорме (в %) сырого протеина, сырого жира, крахмала и сахара соответственно.

Кроме того, программа должна корректировать значение обменной энергии компонентов или готового комбикорма в зависимости от применяемых способов влаготепловой обработки: гранулирование, экструдирование или экспандирование.

Важную роль в кормлении животных играют ферментные препараты, расщепляющие некрахмалистые полисахариды кормовых компонентов и способствующие повышению их энергетической ценности и доступности основных питательных веществ. Программы оптимизации должны определенным образом моделировать эти процессы в организме животного и учитывать эффект действия ферментных препаратов при расчете рецепта. Это может быть реализовано одним из трех вариантов.

1.                     Созданием в базе данных новых виртуальных видов сырья (например, «Ячмень + фермент», «Пшеница + фермент» и т. п.) с новыми значениями обменной энергии и усвояемых аминокислот.

2.                     Созданием матрицы коэффициентов увеличения переваримости (коэффициентов увеличения обменной энергии или усвояемых аминокислот) тех видов сырья, на которые воздействует введенный фермент.

3.                     Понижением уровня минимально допустимого значения обменной энергии комбикорма для данной группы животных или птицы на (усредненное значение для улучшения усвояемости готового комбикорма).

Второй вариант представляется нам наиболее предпочтительным.

Для реализации этой функции в базе данных должны присутствовать имеющиеся на рынке ферментные препараты с указанием дозировки и эффекта от их применения.

В базе данных программ оптимизации должна быть информация о доступности аминокислот и усвояемости фосфора в организме животного из различных компонентов. Такая информация позволяет производить оптимизацию по доступным показателям питательности, что более точно учитывает потребности животных. Однако и в нормативах питательной ценности комбикормов в этом случае также должны быть требования по содержанию доступных аминокислот, фосфора. Пока такие данные есть только для птицы.

Рекомендации по вводу компонентов для различных половозрастных групп животных. Информация данного раздела более других носит экспертный характер. Здесь могут содержаться рекомендации по максимальным или по оптимальным нормам ввода отдельных компонентов в рецепты для различных половозрастных групп животных (или то и другое). Максимальные нормы ввода ограничивают использование кормовых компонентов исходя из наличия в них антипитательных факторов. Оптимальные нормы — это экспертная оценка по наиболее эффективному применению данного кормового средства с учетом влияния всех факторов (синергизм, наличие неидентифицированных положительных факторов, антипитательные факторы и др.).

Рекомендации по вводу в комбикорма биологически активных веществ. В соответствии со сложившейся в РФ практикой кормления животных биологически активные вещества (БАВ) вводятся в комбикорм в составе премиксов. Рецептура типовых премиксов разрабатывается научно-исследовательскими учреждениями, специализирующимися в кормлении животных. При создании рецептов типовых премиксов предполагается, что БАВ, введенные через премикс, и БАВ, содержащиеся в компонентах комбикормов (нативные), в сумме обеспечат потребность животного во всех витаминах и микроэлементах. Правомерность такого подхода подтверждается многолетней практикой использования премиксов.

Все же в настоящее время в базе данных программ желательно иметь не только составы типовых премиксов, но и абсолютные потребности животных в БАВ. Особенно это важно при оптимизации кормления крупного рогатого скота, в рационах которого доля концентрированных кормов (куда входит премикс) изменяется от 20 до 40%. Кроме того, с запретом кормовых антибиотиков отдельные витамины и микроэлементы используют как стимуляторы роста и профилактические препарата, увеличивая их ввод.

Получатель комбикорма при его желании должен быть информирован о том, какие при расчете используются таблицы, чтобы иметь возможность оценить питательную ценность полученного комбикорма по его составу и значению ключевых показателей, не прибегая к углубленному химическому анализу.

Дополнительные функции.

Дополнительные функции делают программу многофункциональной и пригодной для эксплуатации в промышленных условиях у любого пользователя.

Планирование производства комбикормов и закупок сырья. Формируется план производства в виде конкретного ассортимента продукции на основе заявок потребителей или прогноза. Анализируются остатки на начало планируемого периода, составляется закупочная спецификация на недостающее сырье.

Анализ расхода сырья. Анализируется расход в различных разрезах (виды животных, виды сырья, потребители и др.). Данная функция часто стыкуется с программами бухгалтерского учета.

Кроме собственно рецепта, программа должна «уметь» формировать интересные для производителя и потребителя печатные документы или экранные формы: качественное удостоверение, коммерческие предложения, образцы этикеток для тарных грузов и др.

Оптимизация рационов кормления животных, расчет адресных концентратов. Расчет суточного рациона, в котором концентрированные корма составляют только часть рациона (для крупного рогатого скота - меньшую часть), а другую часть составляют сочные, грубые и объемистые корма, может производиться в виде прямой и обратной задачи. Прямая задача заключается в том, чтобы рассчитать рацион при известной питательной ценности комбикорма, который есть на складе или предлагается поставщиком. Обратная задача решается, если комбикорма нет и необходимо сформировать требования к его питательной ценности исходя из требований к питательности рациона и наличия собственных грубых и сочных кормов. Из рассчитанного рациона выделяется потом концентрированная часть, которая может выступать как заявка на производство комбикорма.

Приведенные рассуждения справедливы и к расчету схем смешивания покупных концентратов с собственным сырьем для птицы, свиней. Можно закупить готовый концентрат и к нему с помощью программы оптимизации наилучшим образом «приспособить» собственное сырье (прямая задача) или спланировать требования к питательной ценности концентратов исходя из имеющегося в наличии сырья (обратная задача) и заказать такой концентрат у производителя.

Как показывает практика расчетов, решение обратной задачи всегда предпочтительнее с экономической точки зрения.

Оптимизация рецептов премиксов. Эта функция особенно важна при расчете рационов кормления животных, где готовый комбикорм или концентрат, в которые входит премикс, составляют только часть рациона. Программа должна рассчитать состав премикса исходя из потребностей животных и качества имеющегося сырья.

Экономический анализ. Кроме основной экономической цели расчета, сформулированной выше в виде минимизации функционала, желательно иметь дополнительные возможности: оценку максимальной рыночной стоимости каждого компонента, выше которой его включение в рецепт экономически нецелесообразно; оценку отклонений в питательной ценности комбикорма и ее влияние на состав и стоимость рецепта; оценку стоимости единицы питательного вещества в рецепте; анализ структуры питательности рецепта и роль в ее формировании каждого компонента и др.

Внешний интерфейс. Под этим термином подразумевается связь программы расчета рецептов с другими программами, функционирующими на предприятии, т. е. программа должна работать в составе сети. Для предприятий, производящих комбикорма, интерфейс обеспечен в первую очередь с программами управления узлом дозирования-смешивания: информация о составе рецепта используется как установка (заданное значение) для циклического режима работы питателей. Кроме того, программа расчета рецептов связана с бухгалтерскими программами (типа 1С «Бухгалтерия») для обмена информацией о наличии сырья на складе и его стоимости, о составе рецептов и т. д.

Программа должна также поддерживать интерфейс в сети Интернет.

Обеспечение гарантий качества комбикормов. В условиях естественных вариаций показателей питательности сырья, погрешностей химических и экспрессных методов анализа, погрешностей дозирующих систем возникает проблема обеспечения соответствия показателей качества, рассчитанных по программе и полученных фактически в изготовленном комбикорме. Речь идет об обеспечении гарантий качества своей продукции производителем. Как и в случае применения таблиц питательности, скажем, что потребителя не интересует, насколько нестабильное по качеству сырье закуплено на заводе или насколько несовершенна его линия дозирования- смешивания. Декларируемое качество должно быть обеспечено. Решение этой проблемы лежит в области теории вероятностей и математической статистики: исходными данными служат статистические характеристики качества сырья, погрешности стандартизованных методов анализа, технические характеристики весодозирующего оборудования и смесителей, технологические схемы. Реализация этой функции в программе расчета рецептов позволяет производителю минимизировать затраты на обеспечение гарантий качества своей продукции.

В заключение отметим, что отечественные программные продукты не уступают по своим функциям западным аналогам, а по некоторым - превосходят, более дешевы по цене, затраты на их приобретение окупаются в течение нескольких недель.

Источник: журнал «Птицеводческой хозяйство. Птицефабрика» №3, 2011 г.







 

администрация сайта: ООО «Фаулер»
ждем ваших писем: deneb@webpticeprom.ru

 
птицеводство
Webpticeprom птицеводство
  1. Главная
  2. Статьи про птицеводство
  3. Кормление птиц, корма и их ингредиенты
  4. › Программы оптимизации рационов
 
Кормление птиц, корма и их ингредиенты
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
на сайте страниц: 12938