導(dǎo)語：奶牛飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：未進(jìn)行優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的飼料配方營(yíng)養(yǎng)成分含量低，用該飼料配方喂養(yǎng)的奶牛產(chǎn)奶量少、生長(zhǎng)狀態(tài)差。為了解決上述問題，使用面向架構(gòu)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)對(duì)飼料配方系統(tǒng)的軟件程序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，設(shè)定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，增添個(gè)性化服務(wù)功能，將典型配方和歷史配方引入到系統(tǒng)程序中，使系統(tǒng)在制作奶牛飼料配方時(shí)可以有多個(gè)參考項(xiàng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)界面上會(huì)顯示配方的營(yíng)養(yǎng)圖譜，用戶可通過電子郵件和留言板向設(shè)計(jì)師反饋信息，在多個(gè)飼料配方中選取最為合適的配方。為檢驗(yàn)優(yōu)化效果，與未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。結(jié)果表明，優(yōu)化后的飼料配方系統(tǒng)能夠提供更高營(yíng)養(yǎng)成分的飼料營(yíng)養(yǎng)配方，奶牛使用后生成狀態(tài)更好，該研究對(duì)于奶牛養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展有重要的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：面向架構(gòu)服務(wù)體系；奶牛飼養(yǎng)；奶牛飼料配方；飼料配方優(yōu)化；優(yōu)化系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)被不斷引入到農(nóng)業(yè)設(shè)備中，使農(nóng)業(yè)資源更有效地被利用，生產(chǎn)管理更加容易[1]。農(nóng)業(yè)信息化是農(nóng)業(yè)發(fā)展的最高階段，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)進(jìn)步有著重要意義。由于農(nóng)民在進(jìn)行產(chǎn)品決策時(shí)帶有很大的盲目性，研究出有效的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)已經(jīng)成為目前迫在眉睫的任務(wù)[2]。奶牛業(yè)是畜牧業(yè)的主要產(chǎn)業(yè)之一，提高奶牛養(yǎng)殖質(zhì)量能夠有效加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，使奶制品市場(chǎng)更加繁榮，因此研究出優(yōu)良的奶牛飼料配方顯得尤為重要[3]。為了確保所設(shè)計(jì)的奶牛飼料配方在滿足國(guó)家設(shè)立的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，以最低成本輸出，科研學(xué)者通過計(jì)算機(jī)設(shè)立了奶牛飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力，在短時(shí)間內(nèi)篩選出多種原料，并且將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)起來。一些較高水平的計(jì)算機(jī)程序還能在分析飼料配方原料的同時(shí)，標(biāo)記出飼料配方原料的變動(dòng)范圍[4]。目前，奶牛飼料配方系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)取得相當(dāng)大的研究成果，但是進(jìn)行的規(guī)劃多是剛性條件下的線形優(yōu)化，以降低成本為最主要的目標(biāo)，導(dǎo)致缺乏一些必要的飼料原料。原料變動(dòng)使動(dòng)物難以適應(yīng)，生產(chǎn)也變得十分困難[5]。面向架構(gòu)服務(wù)體系是1種應(yīng)用多個(gè)程序的組建模型，體系中的所有服務(wù)都可以通過統(tǒng)一的方式進(jìn)行信息交互。將該體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用到奶牛飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)中，能夠很好地解決飼料配方的實(shí)際需求，提高奶牛飼養(yǎng)者的經(jīng)濟(jì)效益，加強(qiáng)奶牛產(chǎn)業(yè)質(zhì)量，促進(jìn)奶牛養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步[6]。

1奶牛飼料配方系統(tǒng)的優(yōu)化

傳統(tǒng)的奶牛飼料配方系統(tǒng)軟件難以與web連接到一起，在進(jìn)行飼料配方原料決策時(shí)，多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)完成的，缺少與外界信息的交流[7]。在加入面向架構(gòu)服務(wù)體系后，系統(tǒng)可以從設(shè)計(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，綜合考慮原料的采購、售后服務(wù)、生產(chǎn)方式以及營(yíng)養(yǎng)情況，給出最佳的設(shè)計(jì)方案[8]。每個(gè)被考慮因素都是互相影響制約的，只有綜合考慮才能得到最好方案。此外，傳統(tǒng)的飼料配方系統(tǒng)缺少對(duì)用戶的分析，系統(tǒng)內(nèi)部軟件多是針對(duì)設(shè)計(jì)者，很少能夠針對(duì)用戶，用戶對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行操作缺少了解[9]。1.1奶牛飼料配方系統(tǒng)程序的優(yōu)化。應(yīng)用面向架構(gòu)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的奶牛飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)的軟件程序圖如圖1所示。圖1應(yīng)用面向架構(gòu)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)在優(yōu)化系統(tǒng)軟件程序由圖1可知，將架構(gòu)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用到奶牛飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)軟件程序中，可針對(duì)如下幾個(gè)程序進(jìn)行優(yōu)化：（1）個(gè)性化服務(wù)。在加入面向架構(gòu)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)后，奶牛飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)擁有了自己獨(dú)立的用戶名，并且增設(shè)了密碼，用戶只能通過密碼才能登錄界面，查詢歷史配方庫和原料庫，進(jìn)而設(shè)定出新的配方庫。用戶設(shè)定的配方庫是獨(dú)屬于自己的，可以進(jìn)行添加、刪除、編輯等操作[10]。（2）統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫。飼料配方軟件內(nèi)部含有大量數(shù)據(jù)，維護(hù)和編輯起來比較困難。將面向架構(gòu)服務(wù)體系應(yīng)用到飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)后，所有的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一到一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，以代碼的方式進(jìn)行分類，用戶觀察起來更加直觀，操作也更加容易。（3）豐富系統(tǒng)功能。以線性規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃和模糊性規(guī)劃3種方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能，使系統(tǒng)功能更加全面。（4）增設(shè)多個(gè)配方。傳統(tǒng)的奶牛飼料配方系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多是單一產(chǎn)品，以降低成本為核心配方，但是單一配方設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品很容易受到限制[11]。優(yōu)化后的系統(tǒng)可以生產(chǎn)處多個(gè)配方，方便工廠生產(chǎn)多個(gè)產(chǎn)品。（5）每次進(jìn)行飼料配方設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)程序都會(huì)自動(dòng)彈出典型配方，作為參考，用戶通過分析典型配方來提高優(yōu)化的質(zhì)量。除了典型配方外，程序也會(huì)顯示歷史配方，并同時(shí)顯示歷史配方的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，幫助用戶參考和選取。（6）及時(shí)反饋用戶信息。利用反饋的用戶信息對(duì)奶牛飼料配方進(jìn)行修改，反饋方式共有2種，1種是留言板，另1種是反饋郵件，使用者可以通過這2種方式及時(shí)向設(shè)計(jì)者反饋?zhàn)约河龅降膯栴}，讓設(shè)計(jì)者在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修改，使配方信息更加完善、合理，適用于各種情況[12]。（7）顯示飼料配方的平衡圖譜。利用網(wǎng)絡(luò)程序?qū)?yōu)化后的奶牛飼料配方平衡圖譜顯示出來。顯示的內(nèi)容主要有微量元素平衡圖譜、營(yíng)養(yǎng)成分平衡圖譜以及維生素平衡圖譜。1.2奶牛飼料配方系統(tǒng)流程的優(yōu)化。將架構(gòu)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用到奶牛飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)后，奶牛飼料制作過程變得更加簡(jiǎn)單，制作出來的產(chǎn)品也更加精良。優(yōu)化后的奶牛飼料配方系統(tǒng)制作流程圖如圖2所示。由圖2可知，優(yōu)化后的奶牛飼料配方系統(tǒng)能夠根據(jù)歷史配方操作過程，配方師登錄后，系統(tǒng)確認(rèn)身份，認(rèn)定身份無誤后，允許登錄。配方師在主界面中確定規(guī)劃算法，制作奶牛飼料配方，根據(jù)配方編輯配置模型，計(jì)算生產(chǎn)成本，生成平衡圖譜。系統(tǒng)在配制時(shí)，會(huì)生成多種規(guī)劃方法，根據(jù)用戶的需求進(jìn)行輸出。

2試驗(yàn)研究

為了驗(yàn)證面向架構(gòu)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)在奶牛飼料配方中的優(yōu)化效果，選用為優(yōu)化系統(tǒng)和優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，設(shè)計(jì)了對(duì)比試驗(yàn)。2.1試驗(yàn)參數(shù)。試驗(yàn)參數(shù)如下：被喂養(yǎng)的奶牛平均體重為400kg，每日平均產(chǎn)奶量為25kg，平均乳脂率為3.7%，奶牛共200頭，分為2組，每組100頭。2.2試驗(yàn)過程。根據(jù)上述設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，選取傳統(tǒng)的奶牛飼料配方系統(tǒng)和本研究的優(yōu)化后奶牛飼料配方系統(tǒng)，進(jìn)行飼料配方制定。根據(jù)制定的飼料配方生產(chǎn)飼料，分別對(duì)200頭生長(zhǎng)狀態(tài)相同或相似的奶牛進(jìn)行喂養(yǎng)，分析奶牛飼料配方中的營(yíng)養(yǎng)成分以及奶牛的生長(zhǎng)效果。2.3試驗(yàn)結(jié)果與分析。（1）奶牛飼料配方營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)比結(jié)果（見圖3）圖3營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)比結(jié)果由圖3可知，未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方含有的干物質(zhì)為82%，優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)設(shè)計(jì)的飼料配方含有的干物質(zhì)為70%，優(yōu)化系統(tǒng)的干物質(zhì)含量少于未優(yōu)化的干物質(zhì)含量，奶牛會(huì)更加喜歡食用。未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)設(shè)計(jì)的配方含有的能量為36%，提供的能量值為3.64MJ/kg，優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)生產(chǎn)的配方含有的能量為39%，提供的能量值為4.01MJ/kg，奶牛在食用優(yōu)化后的奶牛飼料配方系統(tǒng)生產(chǎn)的飼料之后，抵抗力更強(qiáng)。未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)給出的配方含有7%的粗纖維，很難做到營(yíng)養(yǎng)均衡，優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)給出的飼料配方含有19%的粗纖維，可以確保奶牛營(yíng)養(yǎng)均衡。優(yōu)化的飼料配方系統(tǒng)大大增加了可消化粗蛋白的含量，高達(dá)57%，比未優(yōu)化系統(tǒng)生產(chǎn)的配方含量多出了39%，使奶牛在生長(zhǎng)過程中能夠獲得充分的蛋白質(zhì)。除此之外，優(yōu)化系統(tǒng)生產(chǎn)的飼料在鈣和磷的含量上也進(jìn)行了升級(jí)，從原來的4%，增設(shè)到9%，使奶牛得到足夠的微量元素。（2）奶牛產(chǎn)奶量試驗(yàn)結(jié)果（見圖4）圖4奶牛產(chǎn)奶量試驗(yàn)結(jié)果分析圖4，在未使用飼料之前，2組奶牛的平均產(chǎn)奶量都為22.130kg/d。當(dāng)喂養(yǎng)時(shí)間為4d時(shí)，使用未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量為22.135kg/d，使用優(yōu)化后的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量為22.142kg/d；當(dāng)喂養(yǎng)時(shí)間為8d時(shí)，使用未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量為22.143kg/d，使用優(yōu)化后的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量為22.151kg/d，奶牛的產(chǎn)奶量以非線性的方式增加。當(dāng)喂養(yǎng)時(shí)間達(dá)到12d時(shí)，使用未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量下降到22.137kg/d，而使用優(yōu)化后的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量依舊處于上升模式，為22.160kg/d，這是因?yàn)槲磧?yōu)化的飼料配方系統(tǒng)難以做到營(yíng)養(yǎng)均衡，奶牛長(zhǎng)期食用會(huì)產(chǎn)生抵抗反應(yīng)；當(dāng)喂養(yǎng)時(shí)間為16d時(shí)，使用未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量下降至22.135kg/d，使用優(yōu)化后的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量上升到22.175kg/d。當(dāng)喂養(yǎng)時(shí)間為20d時(shí)，使用未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量為22.125kg/d，使用優(yōu)化后的奶牛飼料配方系統(tǒng)提供的飼料配方均產(chǎn)奶量為22.185kg/d，使用2張不同系統(tǒng)生產(chǎn)的飼料配方喂養(yǎng)的奶牛產(chǎn)奶量后期差異極為明顯。（3）奶牛患病率試驗(yàn)結(jié)果（見圖5）由圖5可知，當(dāng)奶牛食用的飼料配方是優(yōu)化后奶牛飼料配方系統(tǒng)生產(chǎn)的飼料配方時(shí)，患病率極低，24d的喂養(yǎng)中，奶牛的患病率始終低于10%，而使用未優(yōu)化的奶牛飼料配方系統(tǒng)生產(chǎn)的飼料配方的奶牛，患病率極高，并且到了后期不斷增加，甚至接近50%。2.4試驗(yàn)結(jié)論。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，得到如下結(jié)論：將面向架構(gòu)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用到奶牛飼料配方系統(tǒng)之后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的飼料配方營(yíng)養(yǎng)更加均衡，更適于奶牛生長(zhǎng)。奶牛在使用優(yōu)化后的奶牛飼料配方系統(tǒng)生產(chǎn)的飼料配方后，生長(zhǎng)狀態(tài)越來越好，身體素質(zhì)越來越高，患病率有效下降，平均每日的產(chǎn)奶量也在不斷增加。

3結(jié)論

制作奶牛飼料配方過程極為復(fù)雜，每次在設(shè)計(jì)時(shí)都要考慮多種因素。本文利用面向架構(gòu)服務(wù)體系對(duì)奶牛飼料配方系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用線性規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃和模糊性規(guī)劃3種方式制定奶牛飼料配方，確保在最低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，制作出最佳的飼料。但是，本文選用的線性函數(shù)僅能利用約束條件約束對(duì)應(yīng)目標(biāo)，但是對(duì)于無法用線性函數(shù)約束的奶牛飼料配方，該系統(tǒng)無法制作；本文在設(shè)計(jì)時(shí)，僅針對(duì)普通原料，沒有考慮藥品和添加劑的限制問題。未來應(yīng)在上述2方面深入研究。

作者:杜恒 單位:河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院