Оптимизация рационов питания

Определение оптимального рациона кормления с помощью линейного программирования

В этой статье мы разберем задачу оптимального рациона кормления селськохозяйственных животных, задача на опредление оптимального рациона решается с помощью линейного программирования
Отечественная наука о кормлении сельскохозяйственных животных всегда занимала достойное место в мировой науке.
Наука о кормлении сельскохозяйственных животных включает несколько направлений исследований: изучение состава и питательности кормов, определение потребностей животных в питательных веществах и энергии с учетом их физиологического состояния и уровня продуктивности, изучение условий, обеспечивающих наилучшее использование кормов, разработку типовых рационов, включая технику кормления и технологию приготовления кормов.
Суточная дача различных кормов с целью удовлетворения потребности животных в питательных веществах в соответствии с нормой называется рационом.
Кормовой рацион должен отвечать определенным требованиям.
Во-первых, корма следует подбирать так, чтобы содержание в них питательных веществ полностью удовлетворяло потребности животных и было рассчитано на получение заданного количества продукции. Такой рацион называется сбалансированным. При этом надо иметь в виду, что требуется учитывать не только количество питательного вещества, но и их правильное соотношение с другими компонентами рациона. Эти величины варьируют в зависимости от возраста, живой массы и физиологического состояния свиней.
Не следует забывать, что зерно злаков относительно не богато протеином, микроэлементами и некоторыми витаминами, а протеин содержит мало критической аминокислоты — лизина. Поэтому скармливание зерна в чистом виде или в несбалансированных смесях приводит к перерасходу кормов и снижению продуктивности свиней.
Только при скармливании полноценных сбалансированных рационов можно добиться от животных высокой продуктивности с наименьшими затратами кормов.
Во-вторых, важно, чтобы полноценный рацион был и экономичным. В этом заключается большая сложность, так как наиболее ценные в питательном отношении корма остродефицитны и дороги. К тому же они часто недоступны для свиноводов-любителей, небольшого подсобного хозяйства или фермы. Поэтому, составляя рацион из имеющихся в наличии кормов, свиновод должен уметь произвести замену недостающих или дорогих кормов другими, близкими по питательности и более дешевыми. От этого во многом зависит размер прибыли, поступающей в семейный бюджет при реализации полученной продукции. В-третьих, рацион должен отвечать вкуснам свиньи. С этой целью его нужно разнообразить, включать в него всевозможные добавки и корма, улучшающие вкусовые качества, а также применять различные способы подготовки кормов к скармливанию. Чем разнообразнее рацион по набору кормов, тем выше его вкусовые качества. Скорость поедания кормов животными служит показателем вкусовых качеств рациона. Если он поедается недостаточно быстро, свиньи часто отвлекаются, отходят от кормушки и вновь возвращаются, роются в кормушках, значит, рацион невкусный. У животных, не съедающих суточную норму, снижается продуктивность. Надо как можно быстрее изменить состав рациона, улучшить его вкусовые качества. Это достигается путем включения в него отходов от переработки молока, овса, жмыхов, экструдированных кормов, тыквы, сахарной свеклы, патоки, зеленых кормов, жидких дрожжей.
В-четвертых, необходимо учитывать, как влияет тот или иной состав рациона на качество получаемой продукции. Такие корма, как кукуруза, овес, соя, рисовые отходы, пшеничные отруби, жмыхи, рыбная мука, рыба, пищевые отходы, барда, ухудшают качество свинины: мясо становится мягким, быстро окисляется, имеет рыбный запах, сало мажется при температуре плавления ниже 39° С. Любителям-свиноводам следует знать, что такая свинина непригодна для изготовления копченостей, высококачественного шпика, высших сортов колбас. Чтобы повысить качество свинины, вышеуказанные корма следует исключить из рациона не позже, чем за месяц до убоя животных на мясо, а взамен их включить в состав рациона те, что дают свинину высшего сорта: ячмень, пшеницу, горох, рожь, свеклу, тыкву, морковь, комбинированный силос, зеленую массу, обрат, молочную сыворотку.
Программ для расчета оптимального рациона кормления довольно много и все они составлены с помощью линейного программирования. Конечно, программы удобны тем, что на них можно рассчитать все что угодно. Но не всем они доступны. Эти программы довольно дорогие  и обычным фермерам они не по карману.  Так же они слишком сложны для людей, не имеющих хорошего образования.
В науке линейное программирование используется для расчетов рациона уже давно. И задачи про рационы стали классическими в линейном программировании.
В состав рациона кормления входят три продукта: сено, силос и концентраты, содержащие питательные вещества : белок, кальций, витамины. Содержание питательных веществ (в г на кг) соответствующего продукта питания и минимально необходимые нормы их потребления заданы следующей таблицей

Цель проекта на опредление оптимального рациона кормления создать удобный рабочий расчетный модуль, который позволяет рассчитать оптимальный рацион кормления животных.
Начальные условия математической модели оптимального рациона
Aij – рацион  i-группа, j – вещество. Например,  А11- количество  грамм  в день для i группы j вещества
Mi -  ограничение рациона  по массе  для I группы кг в день
Bij – состав  кормов  в I корме наличие j вещества
Pi – цена  I корма в рублях  за кг
Zi –наличие I корма кг
Ni –количество  животных в группе i
Di – количество  дней для I группы.

Опишем возможности и преимущества нашей модели.
В модели отдельно вводится рацион по нескольким группам.  В данном примере до 5 групп и 9 веществ. Эти параметры можно увеличить.
Учитывается ограничение по массе дневного  рациона. Это необходимо, чтобы избежать переедания, которое пагубно сказывается на животных.
Учитывается структура стада, количество дней для каждой группы
Отдельно вводится информация по каждому корму до 5 кормов. Учитывается ограничение на наличие кормов.
Расчет производится в разрезе групп и кормов. Т.е. по каждой группе выводится свой рацион.
На отдельном листе строится отчет о расчетах.
Все эти возможности превращают наш расчётный модуль в универсальный программный комплекс для расчета оптимальных кормов  для любых  хозяйств.
Реализация модели производится в Excel. Пользователю необходимо  только внести данные по рационам в таблицу рационы. По кормам в таблицу  корма . Структуру стада  и произвести расчет.

Вернуться к содержанию Перейти к следующему уроку Оптимизация производственного расписания

Поделиться: