Автоматизированная система балансирования рационов для дойного стада

Проблема продуктивности товарного стада во все времена не оставляла животноводов. И сегодня эта задача в их работе в числе первоочередных. Неспроста жива поговорка, что молоко у коровы на языке. В качестве подспорья в животноводстве появляются программные средства анализа и системы оценки  питательности кормов. Но в аналитических расчетах они применяются, к сожалению, далеко не всегда. А это приводит к ошибкам в кормлении животных и снижению продуктивности и потенциальных удоев.

В этой связи задача высокоточного автоматизированного балансирования кормов не перестает быть актуальной. К ее решению пристально подошла группа ученых Белорусского государственного аграрного технического университета, кандидаты технических наук О.Ролич, Е.Галушко, А.Сеньков,  кандидат химических наук Н.Бондарь и аспирант П.Попов.

Авторами разработаны проекты автоматизированной системы оптимизации рационов и программы кормления животного, позволяющей, исходя из имеющегося множества кормов и премиксов, с учетом модели рационов, основанной на понятиях НДК, КДК и ЧЭЛ, на базе модели лактации Вуда спрогнозировать потенциальный годовой удой. Доклад на эту тему был представлен на Международной научно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК» в Минске.

Продуктивность животного, в частности, молочная продуктивность определяется условием превышения уровня поступления питательных веществ в его организм над потребностью организма на поддержание жизни. Чистая потребность в питательных веществах для образования продукции соответствует содержанию их в приросте живой массы, молоке, в плодах (при стельности) с учетом затрат на выполненную работу. Потребность в питательных веществах  определяется количеством и составом произведенной продукции. В связи с непостоянностью ее состава все изменения должны учитываться при разработке норм кормления животных разного возраста и физиологического состояния. Для их определения необходимо знать потери питательных веществ при переваривании и в процессе обмена, а также их содержание в производимой животными продукции. Ошибки в кормлении коров приводят к снижению продуктивности и повышают риска заболеваний.

При нормировании питания крупного рогатого скота в развитых европейских странах используются две системы оценки энергетической питательности кормов. Для молочных коров оценка осуществляется, с одной стороны, в рамках показателя чистой энергии лактации (ЧЭЛ), а с другой стороны – по совокупности показателей «нейтрально-детергентной клетчатки» (НДК) и «кислотно-детергентной клетчатки» (КДК). Достоинство способов получения этих показателей заключается в наилучшем на сегодняшний момент сочетании скорости их получения и точности оценки. Экспресс-оценка показателей КДК, НДК и ЧЭЛ способствует оптимизации балансирования рационов в реальном масштабе времени, или, с точки зрения управления, построения системы автоматического регулирования питательности кормов со слабоинерционной обратной связью.

Известные программные средства не применяют в аналитических расчетах новых прогрессивных систем оценки питательности кормов, в частности, показателей КДК и НДК. Это приводит к ошибкам в кормлении животных, снижении продуктивности и потенциальных удоев, в связи с чем задача высокоточного автоматизированного балансирования кормов является актуальной и в настоящее время.

Авторами разработаны проекты автоматизированной системы оптимизации рационов и программы кормления животного, позволяющей, исходя из имеющегося множества кормов и премиксов, с учетом модели рационов, основанной на понятиях НДК, КДК и ЧЭЛ, на базе модели лактации Вуда спрогнозировать потенциальный годовой удой.

Разработанная модель программы балансирования рационов, представленная на рисунке 1, имеет трехуровневую структуру.

В ее состав входят две реляционные базы данных (база кормов и база истории развития животного) на нижнем уровне, пользовательский интерфейс на верхнем уровне и ядро в виде математической модели лактации, анализа трендов, корреляционных связей и прогнозирования.

База кормов содержит поля, отражающие химический состав, энергетическую ценность и питательность корма. Данные основных полей «Кислотно-детергентная клетчатка» и «Нейтрально-детергентная клетчатка» формируются в результате экспресс-анализа. Содержание дополнительных компонентов: протеина, жира, крахмала, структурных углеводов устанавливается на основе статистического анализа в соответствии со справочными данными.

База кормов состоит из следующих полей: наименования корма, массовой доли сухого вещества, сырого, переваримого, расщепляемого и нерасщепляемого протеина, крахмала, сахара, жира, триптофана, кислотно-детергентной и нейтрально-детергентной клетчатки среднестатистической чистой энергии лактации и др. Отдельной таблицей базы кормов представлены их ценовые показатели.

Динамическая база истории развития животных имеет трехмерный вид и содержит информацию, необходимую для оценки индивидуальных характеристик (переваримости и усваиваемости корма), расчета потенциальных удоев, прогнозирования индивидуальной динамики изменения чистой энергии лактации и уточнения программы кормления. В перечень полей базы данных истории развития животного входят: данные о рождении (дата, время), масса животного, текущие дата и время кормления и доения, состав рациона, масса потребленного корма, удой, коэффициенты переваримости, поедаемости и продуктивного действия, чистая энергия лактации,  среднестатистические показатели по каждому корму и премиксу на единицу массы животного, отклонения от среднестатистических показателей.

Взаимодействие верхнего уровня с базами данных осуществляется посредством объекта программы – класса C_DB_Driver, реализующий протокол взаимодействия, поддерживаемый ODBC.

Пользовательский интерфейс на верхнем уровне представляет собой совокупность многослойных окон – всплывающих динамических изображений с изменяемым коэффициентом прозрачности. Это повышает удобство пользования программой и увеличивает объем воспринимаемой информации. Основными окнами пользовательского интерфейса являются:

           -главное окно приветствия с логотипом программы и информацией о разработчиках;

          -окно расчета потенциального удоя;

          -окно просмотра и анализа текущего и ранее установленных составов рациона с учетом даты и базы истории развития животного;

          -окно коррекции текущего состава рациона;

          -окно анализа изменения составляющих рациона во времени, динамики роста и прогнозирования надоев с учетом модели лактации и истории развития животного;

          -окно формирования отчета и рекомендаций кормления животного в ближайшее время.

Программа создается с применением языка Visual С++. Основными классами в иерархии программы являются CDialog и CBitmap. При работе с базами данных используются классы CRecordView, CRecordSet.

Эргономичность программы балансирования рационов и повышение объема воспринимаемой информации достигается посредством организации интерфейса пользователя в виде совокупности многослойных всплывающих динамических изображений с изменяемым коэффициентом прозрачности.

Таким образом, разработаны объектно-ориентированная модель программы балансирования рационов, иерархия классов визуальных средств управления программой и протокол межклассового взаимодействия с трехуровневой структурой и эргономичным интерфейсом пользователя на базе всплывающих динамических изображений с изменяемым коэффициентом прозрачности.

Разрабатываемая программа позволит комплексно оптимизировать рационы с определением необходимых кормовых добавок и рассчитывать рецепты комбикормов, премиксов, наилучшим образом сочетающиеся с основными кормами.