Информационные технологии в науке и производстве Дисциплина для магистерской подготовки по направлению «Зоотехния» Автор: Исаев Владимир Александрович, к.т.н., доцент Великий Новгород, 2013

Лекция 3 ( ) Информационные системы управления технологическими процессами в животноводстве «КОРАЛЛ Кормление молочного скота» (оптимизируется рацион для молочных коров и нетелей)

Информационные системы управления технологическими процессами в животноводстве Технология оптимизации рационов для сельскохозяйственных животных на примере программы «КОРАЛЛ – Кормление молочного скота»

Традиционный подход расчета рациона На мировом рынке программных продуктов предлагаются десятки программ для расчета рационов, базирующихся на общем методическом принципе, сформулированном в середине прошлого столетия: «Добиться минимальной стоимости рациона при обеспечении заданной питательности», где заданная питательность устанавливается через задание интервалов допустимых значений компонентов и учитываемых соотношений. Прогрессивный в свое время методический подход к расчету рационов на сегодняшний день не обеспечивает требований современной науки по кормлению животных, так как не позволяет выполнить экономический анализ издержек и потерь, вызываемых несбалансированностью рационов.

Решения КОРАЛЛ С целью устранения противоречий между традиционной методикой оптимизации рационов и современной теорией кормления животных, учитывающей экономические критерии при оценке качества кормления, авторами программ КОРАЛЛ разработана методика оптимизации рационов и кормосмесей, при которой решаемая задача формулируется так: «Из заданного набора кормов и кормовых добавок составить рацион, обеспечивающий наибольшую экономическую эффективность при текущих (прогнозируемых) ценах на продукцию, корма и животных». На основе новой модели рациона и алгоритма оптимизации рационов разработан комплекс компьютерных программ КОРАЛЛ – Кормление

Взаимосвязи программного комплекса «КОРАЛЛ»

КОРАЛЛ-Кормление

Особенности программ КОРАЛЛ Программы по кормлению характеризуются следующими принципиально новыми качествами: Использование новой модели рациона, учитывающей потери по дисбалансу рациона Расчет и учет потерь, вызываемых дисбалансом Общая оценка сбалансированности рациона Критерии оптимизации (без ограничений и с ограничениями на компоненты питания): –максимальная прибыль –максимальная сбалансированность –максимальная рентабельность –максимальная продуктивность –минимальная стоимость рациона при заданной сбалансированности –……

Классификация задач планирования рационов по видам планирования

Классическое решение задачи составление рациона «Задача о рационе» относится к классическим задачам оптимизации. Её общая математическая постановка выражается следующим образом: Пусть имеется N продуктов (зерно, сенаж и т.п.) и M веществ (жиры, белки, углеводы и пр.). Допустим, что для полноценного питания необходимо b j единиц j-го вещества. При этом a ij есть содержание j-го вещества в единице i-го продукта, а c i – цена единицы i-го продукта. Обозначив через x i потребление i-го продукта, получаем задачу: Планирование рационов – многофакторная оптимизационная задача, и ее решение требует применения специальных математических методов (методы линейного программирования) и компьютерной техники.

Линейное программирование Общей (стандартной) задачей линейного программирования называется задача нахождения минимума линейной целевой функции (линейной формы) вида: Задача, в которой фигурируют ограничения в форме неравенств, называется основной задачей линейного программирования (ОЗЛП)

Отображение в модели рациона цели производства В общем случае целью товарного производства является получение прибыли. Именно этой цели подчинено ведение всех технологических процессов на рационально организованном производстве. Одним из главных технологических процессов в животноводстве, от которого зависит прибыльность и рентабельность всего производства в целом, является кормление животных. Рассматривая процесс планирования рациона как один из центров формирования прибыли, опишем прибыль, обеспечиваемую рационом, следующим математическим выражением: ПР = С Б прод – С рац – П дисб (руб.)

Зависимость каждого вида потерь, вызываемых отклонением содержания в рационе компонента питания (КП) от нормы, выражается монотонной кривой f(КП)

Диалоговое окно ввода исходных данных

Переходное диалоговое окно

Задание кормов для расчёта рациона

Окно с результатами расчета рациона

Сбалансированность рациона по компонентам питания

Потери, вызываемые дисбалансом рациона по компонентам питания

Сбалансированность рациона по соотношениям

Потери, вызываемые дисбалансом рациона по соотношениям

Показатели экономической эффективности рациона

Структура стоимостных показателей рациона

Структура стоимости рациона

КОРАЛЛ – Кормовая база

Задача о диете Задача о диете является одной из первых задач линейного программирования

Задача о диете Постановка задачи - первый и наиболее важный этап построения модели, способный обеспечить правильное решение проблемы. Даме необходимо похудеть, за помощью обратилась к подруге. Построение модели - рассмотрение этого этапа и является главной целью. Подруга посоветовала перейти на рациональное питание, состоящее из двух продуктов P и Q. Суточное питание этими продуктами должно давать не более 14 единиц жира (чтобы похудеть), но не менее 300 калорий. На упаковке продукта Р написано, что в одном килограмме этого продукта содержится 15 единиц жира и 150 калорий, а на упаковке с продуктом Q - 4 единицы жира и 200 калорий соответственно. При этом цена 1 килограмма продукта Р равна 15 руб., а 1 кг продукта Q - 25 руб. Так как дама была стеснена в средствах, но ее интересовал вопрос: в какой пропорции нужно брать эти продукты для того, чтобы выдержать условия диеты и истратить как можно меньше денег?

Формализации ситуации на языке математических символов Обозначим через х количество продукта Р и через у количество продукта Q, требуемые для выполнения условий диеты. Количество единиц жира, содержащегося в х кг продукта Р и в у кг продукта Q, равно 15х + 4у и по условию диеты не должно превосходить 14: В свою очередь, количество калорий, содержащихся в х кг продукта Р и в у кг продукта Q, равно 150х + 200у и по условию диеты должно быть не меньше 300:

Формализации ситуации на языке математических символов Теперь о стоимости z продуктов. Она равна и в соответствии с высказанными пожеланиями должна быть минимальной. Последнее записывается так: Тем самым мы получили систему формул:

Графическое решение задачи Нас интересует только та ее часть, которая лежит над треугольником BDE. Вычисляя значения z во всех трех вершинах этого треугольника и сравнивая полученные результаты, замечаем, что наименьшее значение (35) достигается в вершине Е. Таким образом и искомая пропорция - 2 : 3.

Учебное задание Изучить содержание раздела 1 «Экономические показатели рациона» учебного пособия: Лукьянов Б.В., Лукьянов П.Б. Новая информационная технология оптимизации рационов для сельскохозяйственных животных (компьютерные программы «КОРАЛЛ»). – М.: Изд-во РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, – 119с. Используя демонстрационную версию «КОРАЛЛ – кормление молочного стада» (размещена на сайте ) освоить процесс расчета и оптимизации рациона и кормосмеси для коров и нетелей. Примечание: учебные материалы размещены на портале НовГУ (учебные материалы > Исаев Владимир Александрович > ИТ в науке и производстве > …)

Список литературы 1.Основы открытого образования / Андреев А. А., Каплан С. Л., Лобачев С. Л. и др.; Отв. ред. В. И. Солдаткин. – т. 1. – РГИОО. – М.: НИИЦ РАО, – 676 с. 2. Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании. - М.: Академия, с. 3. Тоискин В.С.. Информационные и коммуникационные технологии в образовании: Учебное пособие. / В.С. Тоискин, В.В. Красильников. – Ставрополь: Изд-во СГПИ, – 140 с. 4. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования: Учеб. пособие для вузов/ Е.С. Полат, М.Ю. Бухаркина, М.В. Моисеева, А.Е. Петров; Под ред. Е.С.Полат. 4-е изд., стер. М.: Академия, с. 5.Кревский И.Г. Инновационные модели организации обучения с использованием дистанционных образовательных технологий // Менеджмент инноваций С

Список литературы (продолжение) 6. Информационные технологии в науке, технике и образовании: Сб. науч.тр. / Под ред. О.Л. Коневского; НовГУ им. Ярослава Мудрого.- Великий Новгород, с. 7. Семакин И.Г. Информационные системы и модели: Учеб. пособие / И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер. – 2-е изд. – М.: БИНОМ. – – 303с. 8. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере. – М.: Изд-во «ИНФРА-М », – 528с. 9. Казанцев А.К., Мешкис Д.К. Моделирование бизнес-процессов современного ВУЗа на основе информационных технологий // Инновации Ибрагимов И.М. Информационные технологии и средства дистанционного обучения: Учеб. Пособие для вузов.- М.: Академия, с.

Список литературы (продолжение) 11. Майстренко А.В. Информационные технологии в науке, образовании и инженерной практике. – Тамбов: Изд-во ТГТУ, – 96 с. 12.Тюренкова Е.Н., Мороз М.Т. Управление молочным животноводством с применением информационных технологий. – СПб.: РЦ «ПЛИНОР», 2010 г. 13. Мороз М.Т., Тюренкова Е.Н. Оценка экономических потерь в животноводстве на основе баз данных системы «СЕЛЭКС». - СПб.: РЦ «ПЛИНОР», 2010 г. 14. Лукьянов Б.В., Лукьянов П.Б. Новая информационная технология оптимизации рационов для сельскохозяйственных животных (компьютерные программы «КОРАЛЛ»). – М.: Изд-во РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, – 119с.

Спасибо за внимание! Тел.: (8162)