Обоснование направлений технологического развития малых животноводческих хозяйств для дальнейшего повышения их эффективности

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 636/639                                        

Характерная особенность развития животноводства в стране связана, с одной стороны, с многогранностью земледелия, а с другой стороны, и с различными формами собственности в стране, то есть с производством мелких индивидуальных хозяйств наравне с крупными фермерскими хозяйствами. Финансовые, технологические, социальные и природные факторы, которые в настоящее время взаимосвязаны, являются факторами, ограничивающими развитие мелких животноводческих ферм [3].

В настоящее время развитию животноводства уделяется особое внимание со стороны государственных и региональных руководителей. Здесь одним из пунктов основной отраслевой целевой программы является реализация комплекса мер государственной поддержки по повышению качества, укреплению кормовой базы и качества кормов в домашних хозяйствах и крестьянских (фермерских) молочных животноводческих хозяйствах [4].

Основным фактором успешного развития продуктивного поголовья является неполное кормление поголовья сбалансированными кормовыми смесями в рациональных количествах. Это связано с тем, что приготовление большого количества компонентов усложняет процессы механизации и приводит к значительному увеличению себестоимости кормовых смесей, а значит, и получаемой продукции животноводства.

Кроме того, современный уровень развития коллективных и особенно крестьянских (фермерских) хозяйств не позволяет широко использовать инновационную механизацию и автоматизацию для приготовления кормов, так что используемые технологии и средства автоматизации зачастую не могут быть адаптированы к условиям этих хозяйств [5, 6].

Развитие малых хозяйств требует адаптации технологий, разработки и внедрения малогабаритных машин и инновационных средств, соответствующих научно-технических подходов и как доступных, так и значительных средств [7].

Анализ показывает, что основным технологическим фактором, не отвечающим требованиям времени и ограничивающим производственные возможности фермеров, является отсутствие малогабаритных и доступных машин для данного сектора экономики. Для приобретения и обновления технических средств, соответствующих размерам фермерских хозяйств, требуются значительные средства. Поэтому за счет государственной поддержки решения этой проблемы необходимо создавать технические средства, соответствующие местным условиям, разработанным с точки зрения научно-технического и экономического обоснования.

Необходимо не только создавать, но и обеспечивать фермеров набором технических средств, соответствующих объемам их хозяйства, обучать их эффективному использованию, проводить непрерывные тренинги для достижения эффективности работы. Наиболее целесообразным решением для этого является разработка и внедрение сельскохозяйственной техники и энергетических средств, адаптированных к местным условиям. В связи с этим важно и актуально предоставить фермерам высокоэффективные технологии и технические средства приготовления кормов путем разработки ресурсосберегающих комбикормовых технологий и малогабаритного многофункционального технического оборудования с учетом существующих в мире практик управления животноводством, их особенностей и производственных требований.

Целью исследования является обоснование комплексности технологии и технических средств производства комбикормов на основе ресурсосбережения малых животноводческих хозяйств.

Методика исследования

Для достижения поставленной цели в современных малых животноводческих хозяйствах определяется рациональный состав, параметры и режимы работы машин и оборудования, влияющие на продуктивность животных, обеспечивающие рациональное использование поставляемых ресурсов. Для этого учитывается, что основные направления технологического развития животноводческих хозяйств по увеличению выпуска продукции формируются преимущественно в четыре блока (Таблица 1). Все рассмотренные здесь направления базируются на перспективной технологии, способной в значительной степени усовершенствовать соответствующую технологию рабочих органов: исключить ручной труд, упростить порядок и последовательность выполняемых операций, выполнить несколько технологических операций одним техническим средством, снизить энергозатраты, потери и затраты кормов, а также возможность приспособления одной машины к нескольким работам, значительно улучшить качество приготовленных кормовых смесей, их пищевую ценность.

Таблица 1

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 8. №12. 2022

НАПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ

ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЖИВОТНОВОДСТВА

В ХОЗЯЙСТВАХ

• 1.    Оптимизация технологии

  • 1.1    Оптимальная концентрация метаболизируемой энергии и белка в рационах.

  • 1.2    Строгое соблюдение зоотехнических требований на каждом этапе процесса заготовки

• 2.    Ресурсо- и энергосбережение

  • 2.1    Внедрение универсальных рабочих органов для обработки различных кормов.

  • 2.2    Объединение нескольких операций в одном техническом средстве - многофункциональном

• 2.3    Применение машин на нескольких технологических линиях

• 2.4    Использование комбинированной передачи к рабочим органам в машине (электрический,

• 2.5    Использование устройства, обеспечивающего бесступенчатую регулировку скорости

• 2.6    Использование электродвигателя на нескольких машинах

• 2.7    Применение контроля объема – массы к компоненту подачи.

• 3.    Повышение усвояемости его компонентов в рационе

  • 3.1    Использование азота в рационе для усиления белкового обмена.

• 4.    Инновационные технологии

  • 4.1    Измельчение смоченных бобовых кормов в жидкой среде.

  • 4.2    Применение безударного измельчения зерна для подачи в дисковую центробежно –

• 4.3    Мобильные цеха по производству кормов.

• 4.4    Применение электронного элемента управления (пошаговый метод) в пастьбе скота.

• 4.5    Комплексное и конкурентоспособное развитие.

кормов.

кормовом агрегате.

распределительный вал)

вращения рабочих органов в машине использование (преобразователь частоты).

роторную дробилку в несколько этапов.

Материал и обсуждение

Для увеличения производства продукции в животноводческих хозяйствах необходимо изучить влияние взаимодействий отдельных элементов на конечный результат в виде продуктивности животных или прибыли. Для простоты анализа была построена модель совокупности подсистем «человек-машина-среда» и «человек-машина-животное», в которых взаимодействуют два важных элемента. Ее можно описать следующим образом: L — работник ручного труда; K — корм; J — продуктивность животного; У — контроль; С — элементы среды; M — автоматизация технологических процессов (Рисунок).

Рисунок. Модель влияния вероятных взаимодействий элементов системы на эффективность технологических процессов кормления животных [4]

Полученное здесь отношение продукта Qn к максимально возможному Qmax с учетом генетического потенциала животного можно рассматривать как коэффициент эффективности системы:

На Рисунке: D — материальные ресурсы на содержание животных, хранение кормов (сохранение питательной ценности кормов) и приготовление кормов (повышение усвояемости и питательности кормов), приобретение и улучшение условий эксплуатации машин и оборудования; E C — эмоционально-физиологическое состояние человека; Р (t) — производительность труда; F — условия труда; J — эргономические условия; Р — атмосферное давление; B k — вид кормов; H P — пищевая ценность кормов; t x — срок хранения; Х u — условия хранения; Ʃj — вид животного (порода); g — продуктивность; χ — условия содержания; E J — физиологическое состояние животного; Т — температура, С°; W — влажность, %; G —- почвенно-климатические условия; t вегет — период вегитации, месяцы; v — скорость; R — солнечная радиация; U мех — уровень механизации процесса; N E — надежность эксплуатации используемых машин и оборудования; Q пр — производительность; I эн — энергопотребление; M мет — расход металла [4, 5].

Показатель K зависит от вложений в элементы системы t0, t1, t2, ... определяется в отдельные моменты времени и характеризуется конечным набором состояний в зависимости от взаимодействия элементов. Состояние показателя K не всегда может быть представлено как единый показатель с различной комбинацией влияния показателей системы, с определенным набором свойств и описывается с помощью k c , k k , k y , k j , ... k n и определяется по следующей формуле:

k = (k c , k k , k y , k j , ... k n )                                                    (2)

Центр модели (Рисунок) позволяет получить максимальную производительность или ожидаемую прибыль от вложений в элементы К - системы, которые на нее влияют.

Таблица 2 ВЕРОЯТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЭФФЕКТИВНОСТИ

В СЛУЧАЕ СЛУЧАЙНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ

1	Л < 0.1	K-J
2	0.1 < А<0,2	C-S-K-J
3	0,2 < А < 0,4	C-K-J
4	0,4 < А- < 0,6	S-K-C-U-K-J
5	0.6 < А < 0.8	S-K-C-U-K-M-J
6	0.8 <Л<0,9	C-K-M-J
7	0.9<Л< 1	С-и-К-М-J

Процесс приготовления корма можно рассматривать как набор последовательных преобразований, которые преобразуют сырье, то есть добытый и собранный материал, в кормовую продукцию, которую могут есть животные. Одни и те же компоненты корма могут быть получены в результате другой группы изменений, а один и тот же набор преобразований может привести к разным разработанным кормовым продуктам. Оптимизация смеси для приготовления корма в соответствии с ее питательной ценностью, различные последовательности в соответствующей машине и улучшение качества каждого компонента при условии получения однородной смеси в необходимом количестве и положительном результате позволяют добиться более эффективных результатов при кормлении [4, 6].

Совокупность последовательных технологических операций, преобразующих сырье в готовую кормовую продукцию при наложении определенных ограничений на качественные и количественные критерии выполнения соответствующих операций, может быть представлена в виде математической модели следующим образом:

■ 100 -> max

O< 0, < [0,} O^ >G_r и A -> I. f, <[?J N, < Л;

Здесь, E сух , E мех , E пр , E пл — соответственно, увеличение пищевой ценности компонентов рациона или замена дорогих кормов более доступными, переход на механизированные схемы кормления, производство продукции более высокого качества, использование машин в нескольких сферах деятельности, манат; SZ QK , SZ b.K ., SZ К.K ., SZ KKp — общие затраты средств на линии переработки грубых, белковых, сгущенных кормов, корнеплодов, ман./кг; PT — процент роста производительности труда в связи с внедрением новой технологии; u 1 , u 2 — уровень автоматизации для основного и предлагаемого вариантов соответственно; W 1 , W 2 -годовой объем производства до и после автоматизации соответственно, кг; Θ i комп , Θ смесь , Θ i корм — соответственно качество кормового компонента i, однородность смеси и расход компонента i; Q l — эксплуатационная производительность технологической линии, кг/ч; [t i ], t i — соответственно допустимое время и время приготовления кормовой смеси или компонента i, час; N i , — энергопотребление для процесса i, кВт; N n — удельное энергопотребление технологической линии, кВт/кг.

Научная значимость модели (3) позволяет рассматривать процесс в совокупности, объединяя материальные затраты (SZ; KZ), технологические (t; G), конструктивные (Q) параметры, качественные (Θ) и энергетические (N) показатели, а также анализировать и описывать пути повышения производства конкурентоспособной продукции животноводства в условиях малых животноводческих хозяйств.

Учитывая размеры мелких животноводческих хозяйств, общие затраты можно записать в виде:

(sz, + A7)-q[J >n|. (4) ^j <7,

Где [ti] допустимое время физиологических требований 1-о ряды (технические средства); KZ — капитальные затраты, руб.; K j — поголовье животных, голов; q i — количество кормов вида i на одно животное, кг.

Q l [t i ] в условии (4) — характеризует количество корма G i , предназначенного для распределения:

akl-faWi 7,

С учетом ограничения по времени Q s должен удовлетворять следующему условию системы:

Если представим второй компонент системы (3) в виде:

Тогда можно установить предельные значения количества животных [K j ] или их средней продуктивности [q · К Е ], в данном случае разработанной или выбранной версии системы производства кормов,

где KE — коэффициент преобразования пищевой ценности корма в продукт, H — стоимость единицы продукции, ман.

На основе анализа влияния вероятных взаимодействий элементов системы математической модели (3) на эффективность технологических процессов (Рисунок 1), а также принятых допущений и передовых положений о процессах механизированной подготовки кормов разработаны кормосмеси и обобщенная блок-схема (Рисунок 2). По представленной схеме оптимальную комбикормовую массу, полученную на определенном этапе после обработки компонента, можно давать животным в соответствующем порядке.

1+2+3+4

Рисунок 2. Пример обобщенной блок-схемы процесса, основанного на принципе преобразования потоков компонентов рациона при приготовлении комбикорма [4]

Процесс приготовления кормов и кормовых смесей с использованием грубых и сгущенных кормов, соевых бобов и плодов тыквы или корнеплодов (свеклы, моркови, картофеля и т. д.). функционально зависит как от контролируемых, так и от неконтролируемых факторов. Здесь он характеризуется, прежде всего, эффективностью работы, качественным и количественным показателем готовности. Для каждого из компонентов подачи процесс в соответствии с предложенной моделью (3) максимальная эффективность исполнительных линий может быть достигнута при соблюдении следующих условий:

Qi f (a; b; c; d;...) -• max, t* f{a: b; c; d:...) —» min, О < 0 f(a: b: c; d:... ) < |0_г,_я]. M -f(Qim_S: - ) —»min.

где Q l ms — показатель соответствующих технических средств.

Из анализа математической модели (3) и обобщенной структурной схемы (Рисунок 2) следует, что в современных условиях в мелком животноводческом хозяйстве производство продукции, ее воспроизводство, переработка мяса, молока, шерсти и др. можно также повысить, улучшив качество приготовляемых кормов. Такая технологическая линия, точнее разработанная и обоснованная с научной точки зрения, позволяет повысить усвояемость кормов животными за счет переработки в цехах имеющихся поставляемых кормовых материалов и получения еще большего количества и лучшего качества продукции из имеющегося материала. Однако было установлено, что в существующих машинах технологической линии по приготовлению кормовых смесей еще не во всех случаях удается получить полнорационную смесь с оптимальным составом из-за отсутствия автоматизации, системы адаптивного управления типом материалов и их количеством в смеси. Для устранения этого недостатка система и ее важные узлы должны быть снабжены запрограммированной системой адаптивного управления.

Это позволит более эффективно использовать имеющиеся ресурсы не только за счет качественных изменений, но и за счет количественной экономии при точном дозировании. При представленном способе кормления крупного рогатого скота можно сэкономить не менее 15% на ресурсах — кормах и расходе энергии за счет повышения производительности труда при приготовлении комбикормов в 1,2 раза.

Аналитический анализ существующих теоретических и экспериментальных исследований показывает, что для экономного и эффективного использования местных ресурсов более перспективным является применение адаптивных технических средств совершенствования технологий приготовления полнорационных комбикормов в животноводческих хозяйствах малых и крупных форм хозяйствования. Это позволяет сэкономить не менее 15% на ресурсах — расходе кормов и энергии за счет повышения производительности труда в 1,2 раза.