Введение к работе
Актуальность работы.
Одно из направлений увеличения производства мяса птицы при клеточном выращивании и улучшения ее качества связано с повышением эффективности производства продукции птицеводства.
По обобщенным оценкам ученых, генетический потенциал сельскохозяйственной птицы существенно недоиспользуется, что в значительной степени вызвано несбалансированностью рационов по основным компонентам питания, несовершенством управления технологическим оборудованием кормоцеха и кормлением птицы.
Одной из ключевых проблем в деле производства мяса птицы является составление рациона. Особенностью задачи формирования рациона является необходимость учета характеристик биологических объектов, трудно поддающихся точному определению (индивидуальные параметры и нормы кормления птицы, химический состав кормов). Поэтому при разработке методов решения задачи составления рациона и формировании систем управления производством мяса птицы необходимо создавать условия для учета практических знаний и опыта специалистов, конкретных условий хозяйственной деятельности.
В природе практически нет ни одного вида корма, который бы полностью удовлетворял потребность животного во всех питательных и биологически активных веществах.
Задача составления рациона тесно связана с проблемой производства высококачественных комбикормов - одной из основных в деле повышения продуктивности животных и снижения затрат кормов на единицу продукции. Высокий генетический потенциал современных пород и кроссов животных, высокая интенсивность физиологических и биохимических процессов требуют постоянного и стабильного поступления в организм питательных и биологически активных веществ, в том числе ферментов.
Появление широкой номенклатуры приборов и средств автоматизации, быстродействующей вычислительной техники и совершенных математических методов переработки информации в корне изменили системы управления (СУ). Наиболее характерным стало построение многоуровневых иерархических систем, широкое использование в системах управления цифровых вычислительных машин, человеко-машинных комплексов, значительное повышение требований к эффективности и надежности.
Сложность создания таких систем усугубляется особенностью существующих искусственных биотехнических систем с биологическими объектами управления, (например, сельскохозяйственное производство), их недетерменированностью, связанной, прежде всего, с неопределенностью текущего состояния биологического объекта из-за сложности в нем происходящих процессов.
Обеспечение конкурентоспособности товара на рынке все чаще становится невозможным без применения методов и средств, минимизирующих период времени от первоначального замысла проекта до его окончательной реализации и начала продаж продуктов производства. Необходима реализация идей тотального управления качеством на всех этапах технологического цикла от приема сырья до отгрузки готовой продукции и на всех уровнях управления производством.
Проведенный анализ затронутой проблемы показал, что широкому внедрению эффективных систем управления процессами производства мяса птицы препятствует отсутствие единого подхода к комплексной проблеме их разработки и реализации. Повышение эффективности таких систем связано, в первую очередь, с разработкой и совершенствованием специализированных математических моделей технологических процессов, исследованием и разработкой эффективных методов и алгоритмов, обеспечивающих необходимую точность и качество управления такими процессами.
Поэтому, задача улучшения управления процессом производства мяса птицы, связанная с совершенствованием методов расчета рациона, разработкой математических моделей основных технологических процессов и создание на их основе автоматизированных систем управления этими процессами является актуальной.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование принципов управления эффективностью производства мяса птицы на основе системного анализа, автоматизированного расчета и формирования рационов с использованием компонентной модели рациона, обеспечивающего возможность настройки решения под конкретные производственно-технологические условия приготовления кормосмесей и техники кормления.
В задачи исследований входило:
-
Анализ специфики неопределенности в птицеводстве и выбор эффективных методов управления производством;
-
Системный анализ проблем автоматизированного формирования многокомпонентных рецептур комбикормов для цыплят-бройлеров с использованием традиционных (проблемных) кормов, имеющихся в наличие в хозяйствах; определение путей повышения эффективности управления кормлением и формирование основных требований к эффективности рациона;
-
Анализ и выбор критериев оценки питательных свойств рациона, необходимых для формирования оценки качества готового комбикорма и выдачи рекомендаций по корректировке производственной рецептуры; эффективной методики определения переваримости готового корма;
-
Разработка математической модели и алгоритмов регулирования питательных свойств кормосмеси и автоматизированной корректировки качества целевого продукта внесением ферментных препаратов в оптимальных дозировках на стадии дозирования рецептурных компонентов;
-
Выполнение биологических и технических экспериментов для исследования эффективности разработанной модели и предлагаемых математических описаний на основе данных, полученных на промышленном объекте;
-
Исследование и постановка задачи разработки структуры системы автоматизированного управления процессом производства мяса птицы, включая проблемы формирования оптимальной структуры системы управления и выбора технических средств, обеспечивающих реализацию оптимальных режимов ведения процесса; разработка алгоритмов функционирования системы управления (СУ) в целом.
Методы исследования. Решение поставленных задач проведено с использованием системного и математического анализа результатов экспериментальных исследований в лабораторных и полупромышленных условиях, математической статистики, дифференциального и интегрального исчислений, методов оптимизации и математического моделирования.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Проведен системный анализ процесса промышленного производства мяса птицы как объекта управления, результаты которого позволили поставить и формализовать задачу оптимального управления и выявить основные проблемы, решение которых необходимо для разработки системы оптимального управления процессом.
-
Разработана компонентная модель рациона, учитывающая влияние коэффициента переваримости корма на продуктивность сельскохозяйственной птицы;
-
Разработаны и исследованы математические описания всех основных процессов, протекающих в технологической схеме производства мяса птицы, ориентированные на использование их при оптимальном управлении на базе современных программно-технических средств и информационных технологий;
-
Предложен новый способ аппаратурной и технологической организации процесса производства мяса птицы на базе блочно-модульной структуры технологической схемы производства комбикорма;
-
Выбрана эффективная методология и разработана оптимальная структура двухуровневой системы автоматизированного управления процессом производства мяса птицы, удовлетворяющей всем необходимым требованиям структурной управляемости и наблюдаемости.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
-
На основании проведенного системного анализа проблем производства мяса птицы предложены основные структурные и алгоритмические решения автоматизированной системы управления, корректировки производственной рецептуры комбикорма, включая системы автоматизации дозировки основных компонентов и регулирования технологических параметров;
-
Разработана оптимальная структура двухуровневой системы оптимального управления процессом производства мяса птицы, удовлетворяющей всем необходимым условиям структурной управляемости и наблюдаемости, и обеспечивающей повышение качества производимого продукта, а также увеличение рентабельности производства мяса; разработан алгоритм функционирования СУ в условиях накладываемых возмущений и управлений;
-
Предложенные методы управления производством мяса птицы могут быть использованы также при управлении аналогичными производствами;
-
Результаты исследования внедрены в производство на Государственном племенном птицеводческом предприятии «Михайловское» с высокой эффективностью, дополнительная прибыль, полученная от внедрения разработанной системы, составила 773 тыс. руб. в год.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается: результатами экспериментальных исследований; результатами вычислительных экспериментов; соответствием теоретических и экспериментальных исследований; работоспособностью предложенных методов и алгоритмов управления.
На защиту выносятся:
-
-
-
Компонентная модель рациона, учитывающая влияние коэффициента переваримости корма на продуктивность сельскохозяйственной птицы, обеспечивающая расчет эффективных рационов с заданными нормами по кормам, компонентам питания и соотношениям компонентов с сокращением сроков кормления.
-
Результаты исследования и разработки адекватных математических описаний зависимостей оценки качества готовой кормосмеси от параметров компонентов сырья и их соотношений, положенных в основу при автоматизированном формировании и корректировке рецептуры производства комбикорма.
-
Разработанный алгоритм оценки эффективности целевого продукта на стадии дозирования рецептурных компонентов.
-
Основные структурные и алгоритмические решения по реализации иерархической автоматизированной системы управления технологическим процессом производства мяса птицы, обеспечивающей повышение качества производимого конечного продукта, а также увеличение рентабельности производства мяса; результаты исследования эффективности разработанной системы оптимального управления.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на III Международной конференции «Актуальные проблемы биологии в животноводстве» (Боровск, 2000 г.), Научно - практической конференции «Экологически безопасные технологии в сельскохозяйственном производстве ХХI века» (Владикавказ, 2000 г.), Научной конференции «Актуальные проблемы научного обеспечения качества кормов и эффективного их использования» (Краснодар, 2001 г.), Всероссийской НТ конференции – выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации » (Москва, 2003 г.), Международной научно-технической конференции «Информационные технологии и системы (НИТНОЭ - 2003)», (г.Владикавказ, 2003 г.), Всероссийской научно-технической конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации», часть II, (Москва, 2004 г.), 5-ой Международной многопрофильной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2004 г.), V Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий: проблемы и перспективы интеграции науки и образования» (Владикавказ, 2004 г.), I-ой Международной дистанционной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» (Владикавказ, 2005 г.), V Межрегиональной научной конференции «Студенческая наука – экономике России» (Ставрополь, 2005 г.), Международной научной конференции «Актуальные вопросы экологии и природопользования» (Ставрополь, 2005 г.), IV Международной научной конференции «Актуальные проблемы биологии в животноводстве» (Боровск, 2006 г.).
Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содержащиеся в главах 3 и 4 диссертационной работы, получены автором самостоятельно; результаты, приведенные в главах 1 и 2 – в соавторстве.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 18 печатных работах, в том числе 2 – в центральных журналах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 170 страниц машинописного текста, 33 рисунка, 10 таблиц, 16 приложений и список литературы из 153 наименований.
Похожие диссертации на Разработка и исследование принципов управления промышленным производством мяса птицы
-
-
