Оптимизация суточного рациона кормления коров ООО «Приисетье» в тюменской области

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГОУ ВПО «Тюменская сельскохозяйственная академия»

 

ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

КАФЕДРА ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

 

 

 

НОМЕР ЗАЧЕТНОЙ КНИЖКИ: Э-090303

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

 

НА ТЕМУ:

«ОПТИМИЗАЦИЯ СУТОЧНОГО  РАЦИОНА КОРМЛЕНИЯ КОРОВ

ООО «Приисетье» в тюменской области»

 

 

 

 

 

Выполнила:

факультет: «Экономика и

 управление на предприятии АПК»

группа: 341

Проверила: доцент к.с.-х.н.

Селюкова Г.П.

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2012

 

 

 

  Содержание

					Стр.
Введение					4
I.		СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА			5
1.1.		История развития научного направления экономико-математического моделирования			5
1.1.1		История применения математических методов в экономике			5
1.1.2		История развития экономико-математического  моделирования в США			11
1.1.3		История развития экономико-математического  моделирования в СССР			15
II.		ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО  МОДЕЛИРОВАНИЯ			17
2.1.			Этапы моделирования		17
2.1.1			Общая схема процесса моделирования		17
2.1.2			Этапы создания модели		18
2.2.			Оптимизация суточного рациона  кормления коров		19
III.	РАЗРАБОТКА ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ				26
3.	1.			Постановка задачи	26
3.	2.			Развернутая экономико-математическая модель	27
IV.	РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ И АНАЛИЗ ОПТИМАЛЬНОГО ПЛАНА				29
4.	1.			Описание метода и способа  решения задачи	29
4.	2.			Анализ оптимального решения	31
4.	3.			Анализ устойчивости оптимального решения	33
ЗАКЛЮЧЕНИЕ					36
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ					37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Экономико-математическое моделирование  является неотъемлемой частью любого исследования в области экономики. Бурное развитие математического анализа, исследования операций, теории вероятностей и математической статистики способствовало формированию различного рода моделей  экономики. Экономико-математические методы позволяют решать большое количество задач в животноводстве.

Цель моей курсовой работы: оптимизировать суточный рацион кормления  коров ООО «Приисетье».

Для достижения цели необходимо решить ряд поставленных передо мною задач: определить минимум стоимости суточного кормового рациона на столовый период для дойных коров; проанализировать устойчивость оптимального решения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. 1.1 История развития научного направления экономико-математического моделирования.

1.1.1 История применения математических методов в экономике.

Моделирование, как метод  научного познания, стало применяться  еще в глубокой древности и  постепенно захватило все новые  области научных познаний: техническое  конструирование, строительство и  архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Большие успехи и признание практически  во всех отраслях современной науки  принес методу моделирования XX век. Однако методология моделирования долгое время развивалась независимо отдельными науками. Отсутствовала единая система  понятий, единая терминология. Лишь постепенно стала осознаваться важная роль моделирования  как универсального метода научного познания.

Применение математических методов, в том числе и методов  математического моделирования, в  экономике в целом имеет длительную историю. В качестве примера приведем характеристику математического метода исследования основателем классической школы буржуазной политической экономии В. Петти (1623 – 1687). В предисловии к «Политической арифметике» В. Петти указывал, что его способ исследования «не обычный, ибо вместо того, чтобы употреблять слова только в сравнительной и превосходной степени и прибегать к умозрительным аргументам, я вступил на путь выражения своих мнений на языке чисел, весов и мер, что я уже давно стремился пойти по этому пути, чтобы показать пример политической арифметики».

Революционный демократ, крупнейший экономист домарксовского периода  Н.Г. Чернышевский (1828 – 1889) в замечаниях на трактат Д, С. Миля «Основания политической экономии» писал: «Мы видели уже  много примеров тому, какими приемами пользуется политическая экономия для  решения своих задач. Эти приемы математические. Иначе и быть не может, потому что предмет науки – количества, подлежащие счету и мере, понимаемые только через вычисление и измерение».

Понятие об экономике как  науке возникло в период расцвета греческой рабовладельческой демократии, когда были сделаны первые попытки  не просто заметить, а теоретически осмыслить факты экономической  жизни.

Слово «экономия», от которого произошли такие понятия, как  «экономика», «экономическая наука» и  т. д., в переводе с греческого имеет  смысл науки о ведении домашнего  хозяйства. По своему основному содержанию она должна была заниматься вопросами  рационального хозяйствования. Однако поскольку богатое греческое рабовладельческое хозяйство являлось сложной производственной системой, на которой отражались все процессы, происходившие в обществе, то эта наука неизбежно затрагивала и более общие проблемы: из каких хозяйственных единиц должно состоять разумно построенное государство; в каком отношении эти единицы должны обменивать производимые ими товары; какую роль играют торговля и деньги? Проблемы экономической науки в таком виде сформулировал великий греческий философ Аристотель, которого принято считать ее основателем. Аристотель первым пытался рассмотреть экономические закономерности, господствующие в обществе, выдвинул идею о различии между потребительной и меновой стоимостями товаров, высказал мысль о превращении денег в капитал и т. д.

Таким образом, еще в Древней  Греции в экономической науке  возникли два направления исследований: во-первых, это анализ методов рационального  управления народным хозяйством и, во-вторых, изучение основных экономических закономерностей. В дальнейшем первое направление  превратилось в науку о рациональном управлении деятельностью производительных единиц любого уровня – от производственного  участка до экономики в целом. Второе направление дало начало экономической  теории – науке, изучающей основные экономические закономерности сменяющих друг друга общественно-экономических формаций. Оба направления экономической науки развивались и развиваются в тесной связи между собой, их общность особенно заметна в исследованиях, направленных на изучение экономики страны как целого.

В системе экономических  наук главенствующее положение занимает экономическая теория: она служит теоретической и методологической основой всего комплекса экономических  наук. Применение математических методов  в экономике началось именно в  теоретико-экономических исследованиях.

Обычно в качестве исторически  первой модели общественного производства называют экономическую таблицу  Ф. Кене (1694 – 1774). В 1758 г. он опубликовал  первый вариант своей «Экономической таблицы», второй вариант – «Арифметическая  формула» - был опубликован в 1766 году. К. Маркс высоко оценил таблицу Ф. Кенэ. «Это попытка, - писал Маркс, - сделанная  во второй трети XIII столетия, в период детства политической экономии, была в высшей степени гениальной идеей, бесспорно самой гениальной из всех, какие только выдвинула до сего времени  политическая экономия».

Представители буржуазной политической экономии уже с середины XIX века в  своих теоретических исследованиях  начинают использовать все более  и более сложный математический аппарат. В последнее тридцатилетие XIX века складывается самостоятельное  математическое направление в буржуазной политической экономии.

Математическая школа  возникла в рамках так называемого  неоклассического направления в  политической экономии, главным содержанием  которого является теория предельной полезности (маржинализм). В ходе развитие неоклассического направления проблемы социально-экономической динамики незаметно исчезают из анализа, постепенно осуществляется переход к общим проблемам функционирования экономических систем, рыночных и ценовых механизмов, реализации принципа экономичности и рациональности в условиях совершенной конкуренции, условий частного и общего равновесия.

Родоначальником математической школы считается французский  ученый О. Курно (1801 – 1877). В 1838 г. вышла  его книга «Исследование математических принципов теории богатства» (О. Курно  был известным математиком, философом, историком и экономистом).

Видными представителями  математической школы являются Г. Госсен (1810 – 1859) в Германии, В. Джевонс (1835 – 1882) в Англии, Л. Вальрас (1834 – 1910) в  Швейцарии, Г. Кассель (1866 – 1944) в Швеции, Ф. Эджворд (1845 – 1926) в Англии, В. Парето (1848 – 1923) в Италии, В. Дмитриев)1868 – 1913) в России.

Представители математического  направления в буржуазной политической экономии достигли известных успехов  в области математического моделирования, в раскрытии ряда объективных  закономерностей производства, обмена, распределения и потребления. В  этой связи необходимо отметить важность работ русского экономиста В. К. Дмитриева. Его основная работа «Экономические очерки. Опыт органического синтеза  трудовой ценности и теории предельной полезности» была опубликована в 1904 году. В своих работах В, К. Дмитриев предвосхитил ряд выводов, которые  позднее были получены В. Леонтьевым на основе анализа моделей «затраты – выпуск». В частности, эти выводы важны для подсчета коэффициентов  полных материальных и трудовых затрат. Кроме того, стремясь примирить трудовую теорию стоимости с теорией предельной полезности, что, естественно, сделать  невозможно, он тем не менее поставил проблему соотношения категорий  стоимости и полезности.

Родоначальники математической школы рассматривали математические методы, математическое моделирование  связей между элементами экономической  системы как методы исследования, а не как методы изложения, иллюстраций  экономических положений и законов, полученных других путем. Изложение  же выводов, полученных математически, может быть дано и на обычном языке, или в математической форме, но без  доказательства. Так, Л. Вальрас писал: «Весьма немногие из нас в состоянии  прочесть «Математические начала натуральной  философии» Ньютона или «Небесную  механику» Лапласа, и тем не менее  мы все принимаем на веру сделанное  сведущими людьми описание мира астрономических  явлений согласно закону всеобщего  тяготения. Почему точно таким же образом не принять описание мира экономических явлений, сделанного согласно закону свободной конкуренции».

Представители математической школы с помощью математических методов стремились разрешить не отдельные частные проблемы экономической  теории, а охватить весь экономический  процесс в целом, дать общую картину  взаимозависимости всех экономических  явлений. Так, по мнению Парето, процесс  научного прогресса проходит через  три стадии:

мы ограничиваемся констатированием существованиям взаимодействия между  отдельными элементами экономической  системы, не входя в дальнейшее их изучение;

мы знаем отдельные  связи, существующие между отдельными элементами;

мы имеем возможность  вычислить величину всех этих элементов  и дать совершенно точное выражение  условий равновесия. Идеал всякой науки – достижение третьей стадии.

Математический метод  рассматривается как основной, важнейший  метод, который только один в состоянии  дать экономической теории научную  законченность.

Основным научным результатом  неоклассического направления является разработка моделей частного и общего равновесия и, условий использования  ресурсов, их оптимального распределения  по различным направлениям, условий  равновесия обмена и потребления. Сюда относятся разработка моделей поведения  потребителя, построение функций спроса, зависимостей спроса от цен и дохода, построение производственной функции, моделей поведения фирмы, моделей  общего экономического равновесия, прежде всего модели Л. Вальраса и ее модификаций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.2 История развития экономико-математического моделирования в США.

Для характеристики математического  направления в экономике за последние 80 – 90 лет приведу лишь некоторые  результаты, сыгравшие заметную роль в его развитии.

Как в теоретическом, так  и в прикладном отношении представляют интерес работы по построению и использованию  производственных функций для анализа  сельскохозяйственного производства в США. В 1909 году Митчерлих предложил  нелинейную производственную функцию (ПФ): удобрения – урожайность. Независимо от него, Спиллман предложил показательное  уравнение урожайности.На их основе был построен ряд других агротехнических  ПФ.

Опыт использования ПФ в сельском хозяйстве показал, что  максимизация натуральных показателей  продуктивности не совпадает, как правило, с максимизацией и минимизацией экономических показателей (прибыли, себестоимости), т. е. натурально-вещественный оптимум и экономический по своему существу разные понятия.

В 1928 г. Ч. Кобб и П. Дуглас на основе данных по обрабатывающей промышленности США за период 1899 – 1922 гг. представили  функцию P = bLa K1-a. Это была первая эмпирическая ПФ, построенная по данным временных  рядов. Ее конкретный вид:

 

P = 1.01L0.75K0.25,

 

где Р – расчетный индекс производства,

К – индекс основного  капитала,

L – индекс занятости.

В настоящее время формула  Кобба – Дугласа широко используется в учебной и научной литературе.

В 1928 г. В. Рамсей предложил  упрощенную модель, в которой дается не только описание долгосрочного роста, но и ставится проблема определения  его оптимального варианта. Модель интересна тем, что по существу она  явилась предвестницей современного подхода к проблемам оптимального роста.

В 1932 г. Джон фон Нейман изложил  основы многосекторной модели расширяющейся  экономики, в которой ввел понятие  динамического равновесия. С моделью  Неймана связаны знаменитые теоремы  о магистрали. Модель построена в  предположении совершенной конкуренции, в рамках основных положений неоклассического направления.

В 30-х же годах значительное внимание экономистами – математиками было уделено проблеме существования  решения системы уравнений общего равновесия. Для доказательства существования  экономически содержательного решения  использовался упрощенный вариант  модели Вальраса. Исходными предпосылками  такой модели были следующие: ресурсы  заданы и используются при постоянных технологических коэффициентах, но когда ресурсы заданы в фиксированных  количествах, естественно, что они, как правило, не будут соответствовать  структуре производства необходимой  продукции, и, следовательно, не будут  использоваться полностью. Венгерский математик А. Вальд в 1935 - 1937 гг. выяснил  ограничивающие условия, при которых  модель дает экономически содержательное решение без отрицательных значений искомых переменных (выпуск продукции, цены, в том числе заработная плата), и показал, какие блага являются «редкими», какие «избыточными», «общедоступными». Такими условиями являются преобразования некоторых уравнений в неравенстве и предположение, что некоторые (избыточные) факторы производства будут недоиспользованы и должны получить нулевую оценку, некоторые способы производства не используются, так как издержки производства превышают цену производимого продукта. Нетрудно видеть, что уже здесь присутствуют предпосылки линейного программирования.

В 1931 г. было создано международное  эконометрическое общество, видным представителем и активным деятелем которого был  норвежский ученый Р. Фриш (1895 – 1973). Термин «эконометрика» Фриш ввел для обозначения  направления, которое должно было представлять синтез экономической теории, математики и статистики. В дальнейшем круг проблем, разрабатываемых в рамках данного направления, сузился, и  сегодня в понятие «эконометрика» включается главным образом построение математико-статистических моделей  экономических процессов (так называемых эконометрических моделей), использование  методов математической статистики для определения параметров этих моделей.

В 1936 г. опубликована работа Д. М. Кейнса «Общая теория занятости, процента и денег», которая явилась реакцией на кризис 1929 – 1933 гг. Острие своей критики  Кейнс направил против основ классической и неоклассической теорий равновесия, на первое место он поставил проблему рынка и реализации общественного  продукта. В модельном отношении  важное значение имеет мультипликатор, введенный Кейнсом, который послужил основой ряда макроэкономических моделей.

В качестве кейнсианских (или  неокейнсианских) моделей можно  назвать модели экономического роста  Е. Домара и Р. Харрода.

Стремление примирить  теорию Кейнса с неоклассической  теорией породило так называемый неоклассический синтез, сущность которого сводится к утверждению, что в  зависимости от состояния экономики  можно применять либо кейнсианскую теорию равновесия, либо неоклассическую. Теория Кейнса действует в условиях неполной занятости, по достижении полной занятости возобновляется действие неоклассической теории.

Значительную роль в разработке моделей роста сыграл Р. Солоу. В  статье, опубликованной в 1956 году, он предложил  простую модель, которая привела  к появлению многочисленных исследований в области неоклассических моделей  роста. В качестве основного аналитического инструмента в них используется аппарат производственной функции, и детальная разработка макроэкономических производственных функций неразрывно связана с развитием неоклассических  моделей.

Разработка неоклассических  моделей роста поставила проблему оптимальной нормы накопления, получившей название «золотого правила». В 60-х  гг. почти одновременно и независимо друг от друга это правило сформулировали Дж. Робинсон, Д. Мид, Э. Фелпс.

 

1.1.3 История развития экономико-математического моделирования в СССР.

Важное место в развитии математического направления в  экономике занимают работы советских  ученых: Л. В. Канторовича, В. В. Новожилова, В. С. Немчинова, В. Леонтьева.

В 1936 г. В. Леонтьев опубликовал  основы метода (модели) «затраты – выпуск». В. Леонтьеву хорошо были известны работы советских экономистов по балансу  народного хозяйства за 1923-1924 гг., в основу которого были положены идеи схем воспроизводства К. Маркса. В  качестве исходного момента В. Леонтьев использовал модель общего экономического равновесия Л. Вальраса, прежде всего  идею технических коэффициентов. Формирование цен в рамках модели трактуется с  позиций неоклассической теории стоимости.. Система цен в модели при ограничении только на один первичный  фактор – труд – обеспечивает нулевую  прибыль, прибавочная стоимость  отсутствует, весь национальный доход  реализуется только на заработную плату. При наличии ограничений и  на основной капитал в структуре  цены появляется норма процента. Трактовка  модели и ее категорий ведется  с позиции неоклассической теории производительности факторов производства при отсутствии взаимозаменяемости между ними.

Работа Л. В. Канторовича  «Математические методы организации  и планирования производства» (Ленинград, 1939г.) положила начало новому направлению  в математической экономии – методам  линейного программирования, метода математического программирования. Канторович в результате анализа  некоторых задач планирования производства сформулировал новый важный для  экономики класс математических задач, получивших название задач линейного  программирования. В линейном программировании рассматривается вопрос о поиске среди всех допустимых решений, удовлетворяющих  системе линейных равенств или неравенств, наилучшего (оптимального) решения, доставляющего  максимум (минимум) некоторому линейному критерию. Его работа «Экономический расчет наилучшего использования ресурсов» вышла двумя изданиями в 1959 г. и 1960 г. и была переведена на французский, английский, испанский и другие языки.

Работы В.В. Новожилова, в  частности «Проблемы измерения  затрат и результатов при оптимальном  планировании», обосновали решающую роль ценообразования, механизма распределения  капиталовложений, согласования народнохозяйственных и хозрасчетных интересов для  оптимизации всего общественного  производства.

Работа В.С. Немчинова  «Экономико-математический методы и  модели» (1962) имела важное научное, учебное  и методологическое значение для  развития экономико-математических исследований в нашей стране.

 

II. Теоретические основы математического моделирования.

2.1 Этапы  моделирования.

2.1.1 Общая схема  процесса моделирования.

В процессе моделирования  участвуют три элемента: объект, субъект и модель. Процесс моделирования  имеет три этапа:

1 этап – наблюдения  – субъект наблюдает объект, анализирует  его состояние и определяет, что  некоторые параметры объекта  требуется улучшить.

2 этап – создания или  представления модели – субъект  на основе собранной на первом  этапе информации об объекте  создает или подбирает модель, которая отражает существенные  свойства объекта.

3 этап – изучение модели  посредством его аналога –  модели. Субъект изучает поведение  модели, изменяя исходные параметры,  решая модель с различными  целевыми функциями. В результате  информация об объекте накапливается,  анализируется и систематизируется – создается теория решения проблемы.

4 этап – воздействие  на объект – субъект на основе  теории решения проблемы принимает  конкретное управленческое решение  и воздействует на объект, изменяя  его параметры.

Процесс моделирования является циклическим процессом. За первыми  четырьмя этапами могут последовать  следующие четыре этапа и так  далее. В процессе моделирования  информация об объекте увеличивается, а модель совершенствуется благодаря  обобщению или конкретизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.2 Этапы создания  модели.

Создание модели начинается с постановки задачи, которая должна содержать три элемента:

• четкая формулировка задачи, объясняющая, что необходимо определить;
• исходная информация о ресурсах, планах, необходимости соблюдения агротехнических, зоотехнических или других требований, нормативах и так далее;
• критерий оптимальности – показатель, по которому можно определить, что полученное решение в данных условиях самое лучшее.

На втором этапе разрабатывается или подбирается математическая модель, описывающая существенные свойства данного процесса или явления. Математическая модель представляет собой систему управлений и неравенств и также содержит три элемента: переменные, ограничения и целевую функцию.

На третьем этапе создается  развернутая экономико-математическая модель, которая включает: систему  переменных, систему ограничений  и целевую функцию и может  быть записана в виде системы уравнений  и неравенств – числовой модели.

На четвертом этапе  числовая модель решается с помощью  ПЭВМ. Необходимо знать алгоритм ее решения в конкретной компьютерной программе и особенности подготовки исходной информации.

На пятом этапе, когда  получено оптимальное решение, проводится эксперимент: модель решается с различными значениями параметров, различными целевыми функциями.

На шестом этапе анализируются  материалы, полученные на пятом этапе, дается анализ оптимального решения  и его устойчивости.

На седьмом этапе принимается  решение об изменении модели или  об управленческом воздействии на изучаемый  процесс.

 

 

 

2.2 Оптимизация  суточного рациона кормления  коров.

Постановка задачи

Определить оптимальный  суточный кормовой рацион на стойловый  период для дойных коров живой  массой 400-420 кг с суточным удоем 11 кг молока и жирностью 3,8 %.

Для обеспечения такой  продуктивности коров необходимо, чтобы  в рационе содержалось питательных  веществ не менее: кормовых единиц 9,5 кг, перевариваемого протеина – 1005 г, каротина 400 мг.

Сухого вещества должно быть 12-18 кг.

Перечень кормов, их питательность  и стоимость единицы корма  приведены в таблице 1.

Табл.1 питательность  и стоимость единицы корма

Корма	Питательные вещества в кг			Сухое вещество, кг	Стоимость, руб/кг
	Корм.ед., кг	Перев.пр., г	Каротин, мг
Комбикорм	0,9	112	-	0,87	10
Отруби	0,7	109	1	0,87	8,8
Сено клев.	0,5	52	30	0,83	2,8
Сено лугов.	0,42	48	15	0,85	3
Сенаж	0,32	38	40	0,45	1,5
Солома	0,36	12	4	0,85	1,4
Силос кук.	0,18	13	15	0,26	2,2
Силос подс.	0,16	15	15	0,24	1,7
Свекла	0,12	9	-	0,13	3,4
Картофель	0,3	16	-	0,23	10

 

Масса отдельных групп  кормов может находиться в пределах: концентраты – от 2 до 3 кг; грубые корма – от 10 до 15; силос – от 12 до 20 кг; корнеклубнеплоды – от 5 до 8 кг.

Удельный вес отдельных  видов кормов: отрубей в группе концентрированных кормов должен быть не более 25%; сена – в грубых кормах – не менее 30 %; соломы – не более 20 %; картофеля – в группе корнеклубнеплодов – не более 10 %.

Критерий оптимальности: минимум стоимости рациона, руб.