Учебное пособие: Компьютерные технологии в производстве и переработке продукции животноводства Методические указания и задания для лабораторных занятий студентов очного и заочного обучения, (Специальность 110401 «Зоотехния») Уссурийск 2009

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Приморская государственная сельскохозяйственная академия"

Институт Животноводства и Ветеринарной Медицины

Кафедра «Общая зоотехния»

Компьютерные технологии в производстве и переработке продукции животноводства

Методические указания и задания для лабораторных занятий студентов очного и заочного обучения,

(Специальность 110401 «Зоотехния»)

Уссурийск 2009

Составители: Широкова Ольга Владимировна, ст. преподаватель, Медведкова Галина Николаевна, ассистент.

Компьютерные технологии в производстве и переработке продукции животноводства: методические указания и задания для лабораторных занятий студентов очного и заочного обучения, по специальности 110401 «Зоотехния» /ФГОУ ВПО «Приморская государственная сельскохозяйственная академия»; сост. О.В. Широкова, Г.Н. Медведкова - Уссурийск, 2009.-20 с.

Рецензент: В.И. Заика, доцент кафедры статистики и информационных технологий.

Печатается по решению методического совета ФГОУ ВПО

″Приморская государственная сельскохозяйственная академия″

Введение

Эффективность применения экономико-математических методов для решения тактических и стратегических задач управления в сельском хозяйстве не вызывает сомнений. Аргументы за это:

- получение наилучшего экономического эффекта (максимальная прибыль, минимальные издержки производства) без дополнительных инвестиций;

- определение «узких мест» рассматриваемого производственного процесса;

- сведения о потенциальных возможностях предприятия (пределы изменения и устойчивость параметров);

- информация о «теневых» ценах (цена 1 га сельскохозяйственных угодий, 1 человеко-дня трудовых ресурсов и др.).

Производственная система в сельском хозяйстве как система управления содержит технологии двух групп: производственные, образующие производственно-технологические процессы, и информационные, отображающие в системах управления эти производственные процессы.

Объектами компьютеризации в производственной системе являются информационные процессы в управляющей системе и технологические процессы объекта управления.

Сложность процесса построения и реализации моделей оптимизации процессов сельскохозяйственного производства, а также трудности с программным обеспечением, адаптированным к имеющейся вычислительной технике, препятствовали до недавнего времени внедрению современных методов принятия управленческих решений, основанных на применении экономико-математических методов и современных технологий.

Пытаясь конструктивно решить эту сложную проблему и помочь специалистам сельскохозяйственного производства предлагается методика, основанная на применении электронных таблиц Excel-2000 c надстройкой «Поиск решений».

1. Методические указания по составлению экономико-математических моделей.

Рассмотрим составление экономико-математической модели в развернутом и матричном виде на конкретном примере..

Пример: составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона для кормления коров со средней живой массой 500 кг и среднесуточным удоем молока 16 кг. Для обеспечения заданной продуктивности необходимо, чтобы в рационе содержалось не менее 12,9 кг кормовых единиц, 1390 г переваримого протеина, 116 г кальция, 72 г фосфора, 523 мг каротина. Сухого вещества в нем должно быть не более 20 кг.

Рацион составляется из комбикорма, сена клеверо-тимофеечного, соломы ячменной и силоса кукурузного. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 1.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 10 до 30, грубые – от 20 до 35, сочные – 30 до 50. Кроме того, в группе грубых кормов солома ячменная должна составлять не более 25%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Решение: составим экономико-математическую модель оптимизации рациона кормления коров.

Определим перечень переменных. Количество кормов, которое может войти в рацион, обозначим через:

Х₁ – комбикорм, кг;

Х₂ – сено клеверо-тимофеечное, кг;

Х₃ – солома ячменная, кг;

Х₄ – силос кукурузный, кг.

Запишем систему ограничений в развернутом виде.

1.ограничения по балансу питательных веществ в рационе:

1) кормовых единиц не менее

0,9х₁ + 0,5х₂ + 0,36х₃ + 0,2х₄ ≥ 12,9;

2) переваримого протеина не менее

112х₁ + 52х₂ +12х₃ + 14х₄ ≥ 1390;

3) кальция не менее

15х₁ + 7,4х₂ +3,7х₃ + 1,5х₄ ≥ 116;

4) фосфора не менее

13х₁ + 2,2х₂ + 1,2х₃ + 0,5х₄ ≥ 72

5) каротина не менее

30х₂ + 4х₃ +15х₄ ≥ 523

2.Ограничение по содержанию сухого вещества в рационе:

6) 0,87х₁ + 0,83х₂ + 0,85х₃ +0,26х₄ ≤ 20

3.Ограничение по содержанию отдельных групп кормов в рационе:

7) концентрированных не менее:

0,9х₁ ≥ 1,29 (12,9 *0,1);

8) концентрированных не более

0,9х₁ ≤ 3,87 (12,9 *0,3);

9) грубых не менее

0,5х₂ + 0,36х₃ ≥ 2,58 (12,9 * 0,2);

10) грубых не более

0,5х₂ + 0,36х₃ ≤ 4,515 (12,9 * 0,35);

11) сочных не менее

0,2х₄ ≥ 3,87 (12,9 * 0,3)

12) сочных не более

0,2х₄ ≤ (12,9 * 0,5)

4. Ограничение по удельному весу соломы в группе грубых:

13) 0,36х₃ ≤ 0,25 (0,5х₂ + 0,36х₃ )

или после преобразований: -0,125х₂ + 0,27х₃ ≤ 0.

Целевая функция – минимальная себестоимость рациона:

5,52х₁ + 0,98х₂ + 0,11х₃ + 0,22х₄ → min

Развернутую модель запишем в виде матрицы (таблица 3).

Таблица – 3. Матрица экономико-математической задачи оптимизации суточного рациона кормления коров.

2. Лабораторная работа №1: Расчет оптимальных рационов кормления сельскохозяйственных животных

Рацион – это набор и количество кормов, потребляемых животным за сутки. Рационы составляют с учетом вида, возраста и продуктивности животных, а также физиологических, зоотехнических и экономических факторов.

Рационы кормления должны удовлетворять потребность животных не только в питательных веществах (энергетическом, протеиновом, макро- и микроэлементном, аминокислотном и витаминном составах) но и иметь определенное соотношение различных групп и видов кормов, питательных веществ. Кроме того, они должны иметь минимальную себестоимость.

Контрольные задания:

Задача 1

Составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона кормления для коров со средней живой массой 500 кг и среднесуточным удоем 24 кг молока. Для обеспечения заданной продуктивности необходимо, чтобы в рационе содержалось не менее 17,1 кг кормовых единиц, 1795 г переваримого протеина, 121 г кальция, 87 г фосфора и 770 мг каротина. Сухого вещества в нем должно быть не более 19 кг.

Рацион составляется из комбикорма, ячменя молотого, сена клеверо-тимофеечного, соломы ячменной, силоса кукурузного и кормовой свеклы.

Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 1.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 30 до 40, грубые – от 15 до 25, сочные – от 20 до 30, корнеклубнеплоды – от 10 до 15.

Таблица – 1. Содержание питательных веществ в 1 кг корма и себестоимость кормов.

Удельный вес комбикорма в группе концентрированных кормов должен составлять не менее 70%, соломы ячменной в группе грубых – не более 20%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Задача 2

Составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона кормления для коров со средней живой массой 500 кг и среднесуточным удоем 14 кг молока. Для обеспечения заданной продуктивности необходимо, чтобы в рационе содержалось не менее 11,6 кг кормовых единиц, 1160 г переваримого протеина, 81 г кальция, 57 фосфора и 520 мг каротина. Сухого вещества в нем должно быть не более 14,9 кг.

Рацион составляется из комбикорма, сена лугового, соломы ячменной, силоса клеверо-тимофеечного, кормовой свеклы и картофеля. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 1.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 10 до 20, грубые – от 19 до 26, сочные – от 40 до 50, корнеклубнеплоды – от 10 до 15. Удельный вес сена лугового в группе грубых кормов должен составлять не менее 85%, картофеля в группе корнеклубнеплодов – не более 20%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Задача 3

Составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона кормления для телок в возрасте 9 месяцев при выращивании коров со средней живой массой 500-550 кг. В рационе должно содержаться не менее 4,4 кг кормовых единиц, 435 г переваримого протеина, 36 г кальция, 21 г фосфора и 130 мг каротина.

Рацион составляется из комбикорма, сена лугового, сена клеверо-тимофеечного, соломы ячменной, силоса кукурузного и силоса клеверо-тимофеечного. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 1.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 20 до 25, грубые – от 30 до 40, сочные – от 35 до 45. Удельный вес соломы в группе грубых кормов должен составлять не более 30%, силоса кукурузного в группе сочных – не менее 35%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Задача 4

Составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона кормления для телят со средней живой массой 250 кг и среднесуточным приростом живой массы 600 г. Для обеспечения заданного прироста необходимо, чтобы в рационе содержалось не менее 4,25 кормовых единиц, 470 г переваримого протеина, 18 г кальция, 16 г фосфора и 50 мг каротина.

Рацион составляется из комбикорма, ячменя молотого, сена лугового, сена клеверо-тимофеечного, силоса кукурузного и кормовой свеклы. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 1.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 10 до 18, грубые – от 40 до 50, сочные – от 25 до 40, корнеклубнеплоды – от 2 до 8. Удельный вес ячменя молотого в группе концентрированных кормов должен составлять не более 20%, сена лугового в группе грубых – не менее 40%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Задача 5

Составить экономико-математическую модель оптимизации рациона кормления для овцематок со средней живой массой 60 кг. В рационе должно содержаться не менее 1,15 кг кормовых единиц, 105 г переваримого протеина, 7,6 г кальция, 4,8 г фосфора и 15 мг каротина.

Рацион составляется из комбикорма, сена лугового, сена клеверо-тимофеечного, соломы ячменной, силоса кукурузного и силоса клеверо-тимофеечного. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлена в таблице 1.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 10 до 20, грубые – от 70 до 85, сочные – от 8 до 15. Удельный вес соломы в группе грубых кормов должен составлять не более 30%, а сена лугового – не менее 35%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Задача 6

Составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона кормления для ягнят в возрасте 12 месяцев. В рационе должно содержаться не менее 1,05 кг кормовых единиц, 100 г переваримого протеина, 6,4 г кальция, 4,1 г фосфора и 8 мг каротина.

Рацион составляется из комбикорма, ячменя молотого, сена лугового, силоса кукурузного, силоса клеверо-тимофеечного и кормовой свеклы. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 1.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 20 до 30, грубые – от 25 до 35, сочные от 30 до 42, корнеклубнеплоды – от 5 до 10%. Удельный вес ячменя в группе концентрированных кормов должен составлять не более 40%, силоса клеверо-тимофеечного в группе сочных – не менее 35%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Задача 7

Составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона кормления для молодняка овец на откорме со среднесуточным приростом живой массы 180 г. В рационе должно содержаться не менее 1,4 кг кормовых единиц, 125 г переваримого протеина, 8,4 г кальция , 5,6 г фосфора и 11 мг каротина.

Рацион составляется из комбикорма, сена лугового, соломы ячменной, силоса кукурузного, силоса клеверо-тимофеечного и кормовой свеклы. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 1.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц):концентрированные – от 25 до 30, грубые – от 20 до 30, сочные – от 30 до 40, корнеклубнеплоды – от 8 до 12. Удельный вес сена лугового в группе грубых кормов должен составлять не более 80%, силоса кукурузного в группе сочных – не менее 60%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Задача 8

Составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона кормления для подсосных свиноматок в возрасте до двух лет со средней живой массой 150 кг. В рационе должно содержаться не менее 7,2 кг кормовых единиц, 850 г переваримого протеина, 45 г кальция, 31 г фосфора, 48 мг каротина, 60,6 г лизина, 18,74 г метионина+цистина, 10,1 г триптофана.

Рацион составляется из ячменя, отрубей пшеничных, картофеля, кормовой свеклы и мясо-костной муки. Недостаток кальция возмещается добавкой кормового мела. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 2.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 60 до 80, корнеклубнеплоды – от 15 до 25, животного происхождения – от 8 до 13.

Таблица - 2. Содержание питательных веществ в 1 кг корма и себестоимость кормов.

Удельный вес ячменя в группе концентрированных кормов должен составлять не более 60%, кормовой свеклы в группе корнеклубнеплодов – не менее 60%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Задача 9

Составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона кормления для молодняка интенсивного мясного откорма свиней со средней живой массой 80 кг и среднесуточным приростом живой массы 650 гр. В рационе должно содержаться не менее 3,1 кг кормовых единиц, 290 г переваримого протеина, 18 г кальция, 13 г фосфора, 16 мг каротина, 12,01 г лизина, 18,26 г метионина+цистина, 2,25 г триптофана.

Рацион составляется из ячменя, травяной муки клеверной, картофеля, кормовой свеклы и мясо-костной муки. Недостаток кальция возмещается добавкой кормового мела. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 2.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные групп кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 48 до 64, корнеклубнеплоды – от 38 до 50, животного происхождения – от 2 до 7. Удельный вес ячменя в группе концентрированных кормов должен составлять не менее 40 %, картофеля в группе корнеклубнеплодов – не более 50%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

Задача 10

Составить экономико-математическую модель оптимизации суточного рациона кормления для поросят-отъемышей со средней живой массой 30 кг и среднесуточным приростом живой массы 450 г. В рационе должно содержаться не менее 1,7 кг кормовых единиц, 215 г переваримого протеина, 12 г кальция, 8 г фосфора, 6 мг каротина, 12,76 г лизина, 7,83 г метионина+цистина, 1,88 г триптофана.

Рацион составляется из ячменя, травяной муки клеверной, картофеля, кормовой свеклы и мясо-костной муки. Недостаток кальция возмещается добавкой кормового мела. Содержание питательных веществ в кормах и их питательная ценность представлены в таблице 2.

В соответствии с зоотехническими требованиями отдельные группы кормов в рационе могут изменяться в следующих пределах (% к общему количеству кормовых единиц): концентрированные – от 50 до 70, корнеклубнеплоды – от 30 до 46, животного происхождения – от 1,5 до 5. Удельный вес травяной муки в группе концентрированных кормов должен составлять не менее 20%, кормовой свеклы в группе корнеклубнеплодов – не более 70%.

Критерий оптимальности – минимум себестоимости рациона.

3. Лабораторная работа №2: Расчет оптимального плана использования заготовленных кормов

Правильное использование заготовленных в хозяйствах кормов – одно из важных условий повышения эффективности животноводства. Ежегодно в практике хозяйств после заготовки кормов, при постановке животных на стойловый период, составляется баланс кормов: имеющиеся корма распределяются между различными видами и группами животных, определяются минеральные и витаминные подкормки, необходимые для закупки, разрабатываются нормы кормления.

Задача :

Требуется рассчитать оптимальный план кормопроизводства в хозяйстве при заданном объеме производства кормов, с минимальными материально-денежными затратами на организацию кормовой базы.

Таблица – 4. Поступление зеленой массы с 1 га, (условных к.ед.).

Хозяйству требуется не менее 137800 ц к.ед., при этом концентрированные корма составляют 25-40% от общей питательности; сочные - 15-48%; зеленые – 18-36%, из них в мае от 1,5-3%, в июне – 4,5-9%; комбикорм не более 15% концентрированных кормов по питательности.

Общая потребность в протеине составляет 15150 ц.

Под посев культур отведено 4390 га пашни, пастбищ – 730 га, сенокосов – 962 га.

Кроме того, может быть приобретено до 18 тыс. ц комбикорма, 1 ц которого содержит 1,12 ц к.ед. и 0,12 ц переваримого протеина, стоимость 1 ц комбикорма – 70 руб.

Необходимо учесть, что на производство кормов, общие затраты не должны превышать 304470 чел.-час.

Таблица – 5. Выход кормовых единиц и переваримого протеина, затраты труда и материально-денежные затраты кормов, производимых в хозяйстве.

4. Решение экономико-математической задачи с использованием программы MS Excel -98/2000/ХР

опция «Поиск решения».

1. Макет электронной таблицы для построения числовой модели выглядит следующим образом (таблица 6):

строка 2 – значения переменных (изменяющиеся ячейки),

строка 5 – наименования переменных,

строка 6 – целевая функция,

строка 7 – вспомогательное ограничение по суммарной питательности рациона, корм. ед.,

строки 8…10 – ограничения по содержанию питательных веществ,

строки 11…22 – ограничения по минимальным и максимальным границам содержания групп кормов в рационе (от общей питательности),

строки 23…25 – дополнительные ограничения по содержанию отдельных видов кормов в рационе.

Таблица 6. Числовая экономико-математическая модель оптимизации кормового рациона.

2. Если в команде Сервис нет опции Поиск решения , то необходимо выбрать следующую команду. Сервис – Надстройка . В списке надстроек поставить флажок для «поиск решения» – ОК.

3. В ячейки С2-К2 вводим нули. Это предварительное решение задачи линейного программирования Х₀ (х₁ ,х₂ ,….х_n ). В дальнейшем значения этих ячеек будут подобраны автоматически.

4. В ячейку N 6 (целевая функция) запишем формулу для расчета суммарной себестоимости в соответствии с целевой функцией. В формуле используем знак абсолютной адресации для удобства копирования в строки матрицы.

=$C$2*C6+$D$2*D6+$E$2*E6+$F$2*F6+$G$2*G6+$H$2*H6+$I$2*I6+$J$2*J6

Формулы в ячейках Р7:Р25 получим путем автозаполнения.

5. Команда Сервис – Поиск решения – откроется диалоговое окно Поиск решения .

6. В поле Установить целевую ячейку укажите ячейку, содержащую оптимизируемое значение (N 6 ). Установите переключатель Равной минимальному значению (требуется найти минимум себестоимости).

7. В поле Изменяя ячейки задайте диапазон подбираемых параметров (переменных), это С2:К2 .

8. Чтобы ввести список ограничений, щелкните на кнопку Добавить . В диалоговом окне Добавление ограничений в поле Ссылка на ячейку укажите диапазоны ограничений, в качестве условий выберите (=, ≥ , ≤). В поле Ограничение задайте диапазон, или значение объема ограничений. Ограничения вводятся в любой последовательности.

N8 ≥ M8. – Добавить .

N9 ≥ M9. – Добавить .

N10 ≥ M10 – Добавить .

и т.д. вводим все ограничения.

9. Щелкните на кнопке Параметры и установите флажки «Линейная модель » и «Неотрицательные значения ». ОК.

10. Щелкните на кнопке Выполнить . По завершении оптимизации откроется диалоговое окно Результаты поиска решения . Установите переключатель Сохранить найденное решение .

Можно получить более подробный отчет по результатам оптимизации. Поиск решения предлагает три типа отчетов по результатам оптимизации: Результаты , Пределы , Устойчивость .

Если вас не устраивает найденное решение, то необходимо внести изменения в модель, и повторить процесс поиска решения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Белова Т.Н. Экономико-математические задачи оптимизации процессов сельскохозяйственного производства на основе EXCEL – 2000. / Т.Н. Белова. (Достижения науки и техники АПК, № 4 – 2002. 40-44 с).

2. Сергованцев Т.В. Компьютеризация в сельскохозяйственном производстве. /Т.В. Сергованцев, Е.А. Воронин, Т.И. Воловник, Н.Л. Катасонова. – М.:КолосС, 2003. -193-265 с.

3. Тунеев М.М. Экономико-математические методы в организации и планировании сельскохозяйственного производства./М.М. Тунеев, В.Ф. Сухоруков. –М.: Финансы и статистика, 1986. – 144 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. 3

1. Методические указания по составлению

экономико-математических моделей. 4

2. Лабораторная работа № 1: Расчет оптимальных рационов

кормления сельскохозяйственных животных. 7

3. Лабораторная работа № 2: Расчет оптимального плана

использования заготовленных кормов. 15

4. Решение экономико-математической задачи с использованием

программы MS Excel-98/2000/XP опция «Поиск решения». 17

Литература 19

Широкова Ольга Владимировна,

Медведкова Галина Николаевна

Компьютерные технологии в производстве и переработке продукции животноводства. Методические указания и задания для лабораторных занятий студентов очного и заочного обучения, по специальности 110401 «Зоотехния».

Подписано в печать_____________ Формат 60 х 90 1/16

Бумага писчая. Печать офсетная. Уч.изд. л. 1,3

Тираж 30 экз. Заказ ____________

ФГОУ ВПО

"Приморская государственная сельскохозяйственная академия"

692510, Приморский край, Уссурийск, пр. Блюхера, 44

Участок оперативной полиграфии Приморской ГСХА

692500, Приморский край, Уссурийск, ул. Раздольная, 8