Применение программ оптимизации рецептов кормления свиней
Введение 2
2
РАСЧЕТ РЕЦЕПТОВ КОРМЛЕНИЯ
2.1 Обоснование работы 21
2.2 Выполнение работы 22
2.2.1 Создание первоначальной базы кормов и норм кормления животных, среды расчета рациона 22
2.2.2 Автоматизация процесса выбора группы животных, для которых будет составляться рецепт 24
2.2.3 Автоматизация
процесса определения
2.2.4 Отладка оптимизации рецепта 29
2.2.5 Анализ рассчитываемых рецептов 31
Заключение 33
Список использованных источников 34
Введение
Стабильное функционирование и развитие экономики сельскохозяйственных организаций в современных условиях предполагает внедрение и использование информационных технологий [1].
Использование информационных достижений позволяет увеличить производительность предприятий и рациональное использование ресурсов, что является основой интенсификации.
Интенсификация труда работников является важной составляющей интенсификации производства в целом. Интенсификация труда на базе информационных технологий заключается в повышении качества управленческих решений и точности их исполнения [2].
Отсутствие эффективных методов, моделей и программно-алгоритмических средств, отражающих специфику продукционных процессов в животноводстве, не позволяет использовать информацию в качестве производственной силы отрасли. И, как следствие, недостаточный уровень информационного обеспечения приводит к слабой организационной деятельности управляющей системы отрасли [3].
Информатизация всех сфер деятельности, в том числе сельскохозяйственного производства и, в частности, животноводства, диктует принципиально новый подход к управлению хозяйством. Повсеместное внедрение компьютерных технологий требует наличия у специалистов знаний, умений и навыков, которые ещё недавно даже не рассматривались.
Сейчас зооинженер, наряду с серьезными познаниями в области кормления, содержания, разведения, селекции животных, должен лично свободно владеть персональным компьютером (ПК), который становится основным рабочим инструментов интеллектуальной деятельности. Эта проблема постепенно нарастает и в ближайшее время станет одной из основных, по мере формирования баз данных, отражающих многочисленные аспекты деятельности хозяйства [4].
К числу задач компьютерной технологии промышленного животноводства можно отнести организацию исходных данных, их обработку при помощи современной вычислительной техники, получение и представление результатов для оперативного контроля и перспективного прогнозирования производственного процесса. Это будет способствовать принятию решений, направленных на повышение эффективности реализации существующих материальных и трудовых ресурсов [5].
Сегодня успехи в области средств и систем автоматизации позволяют достичь любого ее уровня на сельскохозяйственном производстве. Отсюда задачей специалиста становится выбор из многообразия предложений на рынке средств, наиболее подходящих в конкретных производственных условиях по критерию цена – качество.
Для успешного развития животноводства важное значение имеет организация кормовой базы, поскольку от этого во многом зависят здоровье и продуктивность животных, себестоимость производимой продукции. Определение состава оптимальных кормовых смесей, рационов – одна из первых экономических задач, к решению которой были применены методы нелинейного программирования. Первая попытка составления набора продуктов, который был бы самым дешевым и содержал бы необходимое количество питательных веществ была сделана Дж. Стиглером в 1945 г. В 50-е годы задача оптимизации кормовых рационов получает распространение [6].
В настоящее время далеко не все комплексы и фермы промышленного типа по производству свинины работают эффективно, что объясняется слабой кормовой базой, низким уровнем кормления животных во многих хозяйствах, необеспеченностью кадрами, слабой их квалификацией, недостатками в техническом оснащении отрасли животноводства [7].
Это дает основание для дальнейшего развития указанного направления применения информационных технологий в животноводстве.
1. Применение программ оптимизации рецептов кормления свиней
Прежде всего, специалист племенного и промышленного животноводства, приступающий к организации компьютерной технологии в отрасли, должен иметь четкое представление об алгоритме решаемой задачи и иметь объем специальных знаний, обеспечивающий правильную интерпретацию и эффективное использование полученных результатов. При этом от зооинженера требуется понимание возможностей компьютерной техники и программного обеспечения. Персональный компьютер в области животноводства следует рассматривать не только как средство облегчения интеллектуального труда, но и в качестве исключительно мощного инструмента познания и воздействия на процессы, осуществляемые при разведении, селекции, кормлении, содержании, обслуживании поголовья [8].
В современных условиях интенсивного ведения животноводства основной задачей специалистов является обеспечение животных полноценными сбалансированными по всем питательным веществам комбикормами, позволяющими максимально реализовать генетический потенциал продуктивности.
В связи с этим существует необходимость в автоматизации расчетных процессов, связанных с составлением и балансированием рационов кормления сельскохозяйственных животных. В настоящий момент в Республике Беларусь происходит широкое внедрение в сельскохозяйственные предприятия персональных компьютеров для решения подобных задач, однако, программное обеспечение не отвечает требованиям отрасли [9].
Оптимизация рационов для сельскохозяйственных животных традиционно выполняется на основе линейной экономико-математической модели, целевой функцией в которой является минимум стоимости рациона, а требования к качеству рациона задаются в виде жестких ограничений на содержание в рационе компонентов питания и ряд соотношений [2].
Сегодня каждый производитель самостоятельно решает вопрос оптимального расчета рецептов кормов, либо разрабатывая программное обеспечение собственными силами, либо покупая его за немалые деньги у западных производителей. При этом остается вопросом, удовлетворят ли такие программы требования, как мелких фермеров, так и крупных животноводческих хозяйств [10].
Однако остается бесспорным то, что применение компьютерных технологий в животноводстве послужит толчком к более эффективному развитию отрасли.
Общая схема компьютеризации в животноводстве представлена на схеме (рис. 1). Мероприятие осуществляется на основе трех взаимосвязанных и взаимообусловленных компонент, с участием специалистов разного профиля. Так, постановка задач, анализ результатов и принятие решения входят в компетенцию зооинженеров и ветеринарных врачей. Компьютерное решение задач до последнего времени выполняли профессионалы в области вычислительной техники. С появлением новых поколений персональных компьютеров и программного обеспечения стало возможным решение поставленных задач при помощи ПЭВМ непосредственно специалистами животноводства. Такой подход к компьютерной технологии, особенно в племенном животноводстве, следует признать наиболее перспективным.
Последнее связано с тем, что существует довольно актуальная проблема, заключающаяся в недостаточном "взаимопонимании" специалистов, имеющих биологическую и техническую подготовку. Это, при внедрении компьютерной технологии, приводит к непроизводительным потерям времени, неполному использованию вычислительной техники [5].
Следовательно, существует необходимость провести сравнительный анализ основных программ, используемых в данной области, для того чтобы подобрать наиболее подходящее решение для конкретных условий, в которых продукт будет наиболее экономически выгоден и эффективен в работе, его использование должно обеспечить динамический рост производственных показателей.
Рисунок 1. Структурно-логическая схема компьютеризации в животноводстве.
1.1 Программа «Рецепт Плюс» компании «АгроОптим»
Программа Рецепт Плюс позволяет составлять рецепты комбикормов используя питательные компоненты, имеющихся в базе приложения. Также в базу можно заносить новые корма и изменять характеристики существующих.
Программа отвечает всем требованиям, предъявляемым к современным программам подобного класса:
- Предусмотрено ведение
- Заложены справочники
- Ограничения на использование сырья.
- Автоматический (с оптимизацией) режим расчета комбикорма найдет сбалансированное решение при наименьшей стоимости, проанализирует рентабельные цены на сырье, укажет стоимость всевозможных ограничений.
- Ручной режим расчета позволит ввести готовые рецептуры и проанализировать их питательность.
- Из готовых рецептов можно выделить и сохранить в базе данных предварительные смеси (премиксы, БВМД, зерновые смеси), с сохранением связи рецептуры и данной смеси.
- Учитывается влияние
- Питательность сырья может быть скорректирована, используя уравнения зависимостей одних показателей качества от других.
- Расчет потребности в сырье
по выбранному ассортименту
- Можно создать несколько баз
данных и использовать их
- Возможен вывод на печать любой информации из расчетов и базы данных [11].
Окно расчета рецепта имеет вид, представленный на рисунке 2. В нем имеется две основные зоны, которые характерны для всех программ подобного класса. Первая область отображает структуру рецепта и корма, которые в ходе оптимизации не были включены в рецепт, вторая отображает питательность данного рецепта.
Рисунок 2. Главное рабочее окно
При составлении рецепта в справочнике нормативов определяется группа животных, для которых будет составляться рацион. В справочнике имеется перечень видов животных и требования к рационам для различных половозрастных групп каждого вида в отдельности (рис. 3).
Рисунок 3. Справочник нормативов
После того как была определена группа животных для которых будет балансироваться рацион, в справочнике сырья (рис. 4) определяются кормовые компоненты, которые войдут в состав рациона. Справочник включает список сырья, а также питательность каждого корма.
Рисунок 4. Справочник сырья
После определения всех параметров нажимаем кнопку , и программа подбирает такое количество отдельных питательных компонентов, которое в сумме удовлетворяло бы потребность животных. В случае если оптимизатору не удается найти необходимое решение, имеется возможность рассчитать рецепт по текущим значениям, при помощи команды .
После завершения расчетов имеется возможность распечатать отчет, который составляется автоматически. Причем существует несколько вариаций отчетов, в зависимости от требований: текущий рецепт, рецепт (коммерческое предложение); рецепт с учетом выработки; развернутый отчет по рецепту.
Программы компании АгроОптим благодаря современным методикам расчета и оптимизации решений являются гибким и мощным инструментом в руках специалиста, ответственного за расчет рационов для КРС, комбикормов или премиксов. При разработке каждого программного продукта учитывались особенности отечественных производителей комбикормов и премиксов, пожелания российских специалистов в области кормления, а также мировой опыт экономической оценки получаемых решений. При разработке интерфейса учитывалось, что будущие пользователи имеют самый минимальный навык в общении с компьютером. Простота и удобство программ позволяют начать работу при минимальных затратах времени на обучение, а встроенная справочная система содержит ответы на большинство вопросов [12].
1.2 Разработка «ВНИИКП» программа «Комбикорм Оптимум v.5»
Основным и наиболее ответственным этапом компьютеризации животноводства является формирование баз данных. Помимо MS Excel для этой цели используются различные системы управления базами данных (СУБД) [13].
Программа Комбикорм Оптимум v.5, является клиент-серверным приложением на основе СУБД Firebird. Достоинством подобных решений является то, что СУБД Firebird – приложение открытого типа, распространяется бесплатно, занимает немного места на жестком диске. Также базы данных созданные при помощи данной СУБД построены по схеме «клиент – сервер». При чем «клиент» и «сервер» могут находиться как на разных компьютерах так и на одном.
Программа имеет многооконный интерфейс, что позволяет одновременно производить несколько операций. Однако вести расчет одновременно по нескольким рецептам исключена, т.к. активным может быть только один рецепт (рис. 5). В своем составе приложение имеет несколько справочников, которые представляют собой базу с данными необходимыми для расчета рациона.
Приложение дает возможность расчета рецептов комбикормов, концентратов и премиксов. Первоначально рассчитывается полная кормовая смесь с учетом ввода всех кормовых добавок. Далее определяется какие компоненты войдут в состав концентрата, для этого ставится флажок в столбце «Конц.». Для определения компонентов, которые войдут в состав премикса в столбце «Тип» необходимо квадратами различного цвета определить соответствующее сырье, после чего вызвать команду
Рисунок 5. Окно расчета рецепта программы Комбикорм Оптимум v.5
В справочнике сырья (рис. 6) находится все сырье, которое может быть использовано при составлении рациона. Оно классифицировано по группам. Также в базе имеется информация о питательности каждого кормового элемента. Программа позволяет добавить, удалить либо скорректировать любой элемент базы, используя соответственно команды , и .
Рисунок 6. Окно справочника сырья
В справочнике нормативов (рис. 7) находится перечень норм кормления для различных половозрастных групп животных. Все данные справочника также можно корректировать, в случае необходимости.
Рисунок 7. Окно нормативов
В программе также есть возможность запрограммировать способ расчета цены 1 тонны продукции с учетом всех затрат и платежей (рис. 8.).
Рисунок 8. Окно расчета цены
1.3 Программа «Корм Оптима» компании «АгроРесурс»
Программа «Корм Оптима» также является клиент-серверным приложением на основе СУБД Firebird. Программа позволяет рассчитывать рецепты комбикормов, БВМД, премиксов для всех половозрастных групп сельскохозяйственных животных, а также рационы кормления крупного рогатого скота.
Окно расчета рецепта показано на рисунке 9. Интерфейс программы интуитивно понятен, для облегчения восприятия информации при расчете рецепта структура рациона выделяется различными цветами, в зависимости от требований к рациону.
Рисунок 9. Окно расчета рецепта
В окне расчета рецептов можно выполнить следующие операции:
- рассчитать оптимальный рецепт комбикорма или БМВД;
- добавить или удалить сырье из рецепта;
- корректировать цену сырья и ограничения по вводу в рецепт;
- добавить, удалить требования к питательности комбикорма;
- исправить показатели
- задавать алгоритм отпускной цены
- выделять часть сырья из
рассчитанного рецепта в
- получать адресные концентраты заданного процента ввода;
- анализировать минимальную и
максимальную цены
Для начала расчета рецепта в классификаторе продукции определяется вид рассчитываемого продукта. Удачным решением разработчиков было выделение разными цветами разной продукции, что облегчает поиск в большом списке (рис. 10).
Рисунок 10. Классификатор продукции
Определение структуры рациона производится в окне расчета рецепта. Удобно осуществляется быстрый поиск необходимого компонента с помощью команды . Поиск осуществляется без учета регистра и в любом месте названия кормов, что облегчает поиск компонента, в случае если не помнишь точное его название.
Базу кормов можно редактировать в классификаторе сырья (рис. 11.). Можно добавлять/удалять кормовые компоненты, редактировать содержание питательных веществ в каждом из них.
Рисунок 11. Классификатор сырья
Для расчета рецепта используют команду «оптимизация» . В случае если сырье не удовлетворяет потребность животных, есть возможность поиска лимитирующего показателя при помощи соответствующей команды .
После того как лимитирующий показатель найден, можно изучить содержание данного элемента в различных кормовых источниках при помощи структуры питательности рецепта, (рис. 12). Данный график наглядно иллюстрирует содержание какого питательного элемента рациона необходимо увеличить, чтобы достичь сбалансированности смеси.
Рисунок 12. Содержание питательных элементов в различных кормовых компонентах.
После расчета рецепта в данном приложении имеется возможность проанализировать сбалансированность рецепта, используя соответствующий график (рис. 13). Чем меньше отклонение величин от единицы, тем рацион ближе к необходимой питательности.
Рисунок 13. График сбалансированности рецепта
Для оформления отчета с рассчитанным рецептом в приложении есть окно с множеством настроек (рис. 14). Здесь автоматически сформированному отчету можно придать любой вид путем редактирования. Имеется возможность работы со шрифтами, изображениями и их настройкой. Это очень удобно для добавления эмблемы и информации о предприятии.
Рисунок 14. Подготовка отчета к печати.
Отредактированный отчет можно экспортировать в документ Word, Excel, рисунок BMP, JPEG, TIFF.
Приложение имеет развернутую справочную систему. Особенностью данной системы является наличие двух блоков под названием «Компоненты комбикормов» и «Компоненты премиксов», которые имеют в своем составе справочную информацию по всем питательным компонентам комбикормов и добавок. Данные блоки являются незаменимыми помощниками специалиста при составлении рецепта кормления, они систематизированы по видам кормовых компонентов, удобны в использовании (рис. 15).
Рисунок 15. Справка «Компоненты комбикормов»
Приложение имеет возможность подключать дополнительные модули, что дает существенный потенциал для дальнейшего развития и разработки данного проекта.
1.4 Сравнительная характеристика программ
Программы «Корм Оптима» компании «АгроРесурс» и «Комбикорм Оптимум» компании «ВНИИКП» имеют схожий графический интерфейс и очень близки по функциональности. Также нужно отметить, что оба продукта были разработаны программистами г. Воронеж.
Продукт разработчиков г. Самара «Рецепт Плюс» уступает воронежским аналогам по ряду функций:
- у нее, субъективно менее
- поиск компонентов баз
- отсутствует гибкая подготовка отчета к печати.
В свою очередь приложение «Корм Оптима» превосходит «Комбикорм Оптимум» по следующим пунктам:
- наличие возможности анализа сбалансированности рецепта при помощи графиков;
- в окне расчета рецептов
более простой и понятный
- большее количество
- возможность планирования
- наличие в составе справочной
системы специальной
Большим преимуществом всех трех программ является наличие хорошего оптимизатора, который существенно облегчает подбор оптимальных соотношений компонентов рациона.
Во всех программах хорошо структурированы базы кормов и норм кормления животных.
2 РАСЧЕТ РЕЦЕПТОВ КОРМЛЕНИЯ СВИНЕЙ СРЕДСТВАМИ MS EXCEL
2.1 Обоснование работы
В связи с дороговизной программных продуктов, описанных в аналитической части (рыночная стоимость одной копии программы данного класса варьирует в пределах от 800 до 2000 у.е.), есть смысл поиска более дешевых и доступных способов расчета рационов кормления сельскохозяйственных животных. Существенным недостатком специализированных программ является невозможность в случае необходимости быстрого совершенствования приложения, что снижает гибкость среды.
В связи с этим стоит проанализировать возможность самостоятельного составления программного продукта удовлетворяющего потребности специалиста. Широкие возможности, в этой сфере предоставляют электронные таблицы MS EXCEL.
Электронная таблица Microsoft Excel и других модификаций является мощным программным средством для работы с таблицами, позволяющим упорядочивать, анализировать и графически представлять различные виды данных.
В племенном и промышленном животноводстве как правило, существующие показатели можно представить в виде различных таблиц и списков. Поэтому MS Excel является очень удобным средством для использования в деятельности специалистов – зооинженеров.[15]
Используя данный продукт можно создать программу для расчета рецептов с возможностью дальнейшего совершенствования и развития данного продукта в соответствии с возникающими необходимостью. Гибкость данной среды позволяет совершать индивидуальные настройки каждому пользователю в зависимости от цели работы и поставленных задач.
Применение языка программирования Visual Basic for Applications в сочетании с электронными таблицами дает широкие возможности не только для составления и оптимизации рецепта, но и для анализа полученных результатов, составления отчетов, планирования расхода сырья.
2.2 Выполнение работы
Целью данной работы является создание программы для расчета рецептов кормления свиней средствами MS EXCEL.
При выполнении работы были поставлены следующие задачи:
- Создание первоначальной базы кормов и норм кормления животных, среды расчета рациона;
- Автоматизация процесса выбора группы животных, для которых будет составляться рецепт;
- Автоматизация процесса определения структуры рациона;
- Отладка оптимизации рецепта;
- Провести анализ рассчитанного рецепта.
2.2.1 Создание первоначальной базы кормов и норм кормления животных, среды расчета рациона
А) На листе «Корма» создаем базу в форме таблицы. В строках располагается список доступных кормовых средств. Столбцами данной базы, являются показатели, которые будут оптимизироваться при расчете рецепта, также слева располагается столбец выбора корма в который содержит значения либо 0 либо 1 (рис. 17). После создания заполняем таблицу данными из справочника. Эти данные будут исходными при создании структуры рациона.
Рисунок 17. Лист «Корма» с базой кормов
Б) На листе «Нормы» создаем базу норм питательности для животных различных половозрастных групп. В строках располагается список половозрастных групп животных, а в столбцах значение потребности животных в данном питательном факторе (рис. 18). После создания заполняем таблицу данными из справочника. Эти данные являются исходными для оптимизации рациона.
Рисунок 18. Лист «Нормы» с базой норм
В) На листе «Расчет» создаем две области:
- область структуры рациона, включающая список кормов;
- область питательности рациона,
которая отображает сумму
Рисунок 19. Лист «Расчет»
На всех трех листах для удобства работы при поиске необходимого элемента, закрепим шапку таблиц командой «Закрепить область».
2.2.2 Автоматизация процесса выбора группы животных, для которых будет составляться рецепт
Для расчета рациона на листе «Нормы» необходимо определить половозрастную группу животных, для которых будет составляться рацион, для этого в столбце «Да/нет» напротив соответствующей группы необходимо поставить цифру 1, также нужно проследить, чтобы напротив остальных групп стояла цифра 0.
Далее в среде Visual Basic for Applications напишем макрос переноса данных из листа «Нормы» в лист «Расчет», назовем его Norm, листинг 1.
Листинг 1.
Sub norm()
'проверяем есть ли выбранная группа
For ii = 3 To 250
If Sheets("Нормы").Cells(ii, 2) = 1 Then
Else
nul1 = nul1 + 1
End If
Next ii
' если группа определена запускаем цикл
Dim wword As String
wword = "НОРМА"
If nul1 = 248 Then
MsgBox "Выберите группу"
nul1 = 0
Else
For it = 5 To 500
If Sheets("Расчет").Cells(it, 4) = wword Then
numb = it + 1
For ik = numb To 1000
Sheets("Расчет").Range("D" & numb & ":D250").ClearContents
Next ik
End If
Next it
For i = 3 To 250
If Sheets("Нормы").Cells(i, 2) = 1 Then
For k = 4 To 60
a = Sheets("Нормы").Cells(i, k)
Sheets("Расчет").Cells(numb + k - 4, 4) = a
Next k
Else
End If
Next i
Sheets("Расчет").Select
End If
End Sub
На листе «Нормы» вставляем элемент управления «Кнопка» , и назначаем ему макрос «norm».
Также напишем макрос, автоматического изменения цвета цифр столбца «Да/нет», в зависимости от значения и устранение возможности введения какого либо другого значения кроме 1 или 0 листинг 2, назовем его Check. Данный макрос вызывается при изменениях на рабочем листе, листинг 3.
Листинг 2. Макрос Check
Public Sub check()
'изменение цевета в
For i = 3 To 1000
If Range("B" & i) = 0 Then
With Range("B" & i).Font
color = -16776961
End With
Else
If Range("B" & i) = 1 Then
With Range("B" & i).Font
color = -11480942
End With
Else
' предупреждение о допустимых значениях
MsgBox "Может быть 0-нет или 1- да"
Range("B" & i) = 0
End If
End If
Next i
End Sub
Листинг 3. Вызов макроса Check
Private Sub Worksheet_Change(ByVal Target As Range)
Call check
End Sub
В случае если необходимо добавить питательный элемент по которому будет производиться балансирование рецепта, его нужно добавить в конце первой строки на листе «Корма». На остальные листы данный питательный элемент и единицы его измерения перенесутся автоматически, поскольку на данные ячейки существуют ссылки в других листах.
2.2.3 Автоматизация процесса определения структуры рациона
Для продолжения расчета на листе «Корма» необходимо определить кормовые компоненты, которые будут входить в состав рациона. По аналогии с предыдущими действиями определяются корма. Столбцу «Да/нет» также назначаем макрос Check.
Далее пишем макрос переноса выбранных кормовых средств с листа «Корма» в лист «Расчет». Данный макрос также будет выполнять скрытие не используемых ячеек на расчетном листе и перенос в расчеты значений по умолчанию, а также ввод расчетных формул, листинг 4. Данный макрос назовем Feed.
