Вакуумные управляемые пульсаторы, доильные автоматы и системы

определяемый квалификацией F тр k(t) и индивидуальными особенностями работников, участвующих в производстве продукции).

Региональные условия (вектор внешних воздействий F вн : температура ft(t), изменяющаяся сезонно и в течение суток; влажность воздуха f ψ (t) ; наличие в нем вредных примесей f вн1 (t) ; качество воды f вн2 (t) ; продуктивные качества почвы f вн3 (t) ; питательность кормов f вн k(t) и т.п, а также вектор W вн , описывающий обмен энергией со внешней средой: солнечную энергию W с (t) , энергию ветра W в (t) , и т.п.) определяют не только технологии содержания и состав технических средств, но и являются возмущающим фактором биологической составляющей системы производства молока.

Региональные условия
F вн = | ft(t); f ψ (t);…; f вн k(t) |
W вн = | W с (t); W в (t); …; W вн k(t) |
Полезная продукция
W пол = | W м (t); W тел (t);
Биотехническая система W уд (t); …; W пол k(t) |
производства молока
Х= | х 1 (t); х 2 (t);…; хk(t) |
Рынок кормов Потери
W к = |W к1 (t); W к2 (t); …;W к k(t) | W пот = | Wt(t); W фек (t);
W ψ (t); …;W пот k(t) |
Рынок лекарств
Рынок труда
и химических средств F тр = |F тр1 (t);F тр2 (t);…; F тр k(t)|
W х = | W х1 (t); W х2 (t);…; W х k(t) |

Рисунок 11.1 – Функционирование БСПМ во внешней среде

Основной частью биотехнической системы производства молока (далее БСПМ) является стадо коров, обладающее собственной энтропией. Нестационарность и неопределенность вносят в систему генетический потенциал стада и индивидуальные особенности животных: продуктивность х 1 (t) , тугодойность х 2 (t) , тип нервной системы хk(t) , и т.п. – матрица координат состояния Х .

Все эти внешние факторы взаимосвязаны и охвачены как положительными, так и отрицательными связями. Воздействия возмущающих факторов приводят к нестабильности системы, выходные показатели ее (матрица W пол : молоко W м (t) , телята – W тел (t) , органические удобрения – W уд (t) ) выходят за пределы ограничений, накладываемых рынком потребительской продукции, уменьшается количество продукции, снижается ее качество. Весь процесс

сопровождается потерями W пот : энергии в технологических процессах и самим животным – теплота Wt(t) ; питательных компонентов корма, в том числе с фекалиями W фек (t) и жидкостями W ψ (t).

В качестве основного объекта рассмотрена БСПМ, являющаяся многоуровневой иерархической структурой со сложными межуровневыми связями. Она имеет распределенный характер энергетических и информационных потоков во времени и пространстве, охватывая различные участки производства молока, разнообразна по свойствам и характеристикам наблюдаемых величин, требует обеспечения высокой надежности своего функционирования.

По функциональному назначению в технической части БСПМ можно выделить пять уровней управления, на которых осуществляются разные по характеру воздействия.

Первый уровень связан с осуществлением дискретных операций (технологических операций доения, раздачи кормов и т.п.).

• На втором уровне происходит управление движением рабочих органов

• – манипуляторов доения, транспортеров, раздатчиков кормов и т.п.

Технические средства третьего уровня выполняют автоматическую коррекцию формообразующих движений с целью обеспечения заданной точности – подсистемы автоматизированного управления доильными установками, микроклиматом и т.п.

Качество технологического процесса обеспечивает четвертый уровень управления, здесь определяющая роль принадлежит информационным подсистемам – подсистема СТАДО, МОЛОКО, КОРМА, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ, ФИНАНСЫ.

Пятый уровень соответствует адаптивному управлению технологическими процессами и в целом БСПМ в соответствии с целевыми функциями.

Поскольку основой БСПМ является лактирующая биотехническая система (ЛБТС), то из всего многообразия энергетических и информационных взаимоотношений в рассматриваемой биологической системе были выделены физиологические подсистемы, участвующие в процессах молокообразования, молокоотдачи, молоковыведения – секретирование молока, двигательные функции молочной железы, транспорт крови, отдельные функции гормонального аппарата (выделения окситоцина и адреналина) и ряд других. А так как ЛБТС зависит от репродукции биологической составляющей, ее функционирование рассматривалось в зависимости от внешних технических подсистем кормления и организации искусственной среды обитания.

Для получения полного тезауруса информационных задач, необходимых для обеспечения качества на всех уровнях управления, исследования проводились в несколько этапов.

На первом этапе на основе системного подхода создавались модели состояния конкретных технологических процессов, модели перемещений материальных и энергетических потоков БСПМ.

На основе анализа экспериментальных исследований физиологов и современного представления о физиологических процессах создана модель

ЛБТС, связывающая входные и выходные ее координаты состояния [11], в которой она представляется как автономная биологическая система управления, в которой участвуют система программного управления молокоотдачей и система обучения, регулирующая процессы молокообразования лактирующей коровы.

Процесс обучения состоит в изменении коэффициентов усиления в отдельных трактах биологической системы, при которых реализуется наилучший процесс управления процессами молокообразования и молокоотдачи. После того как в результате обучения процесс управления становится оптимальным, функционирует лишь система программного управления в соответствии с заданными в процессе обучения закономерностями.

Основное внимание при составлении моделей физиологических процессов, связанных с лактацией, было обращено на связи, влияющие на динамику системы, уже подвергнутой предварительному обучению.

В качестве входных переменных физиологических систем рассмотрены управляющие воздействия, формируемые как технической системой управления доильной установки, установками создания микроклимата и т.п., реализующими целевую функцию ЛБТС, так и корой полушарий головного мозга животного при соблюдении и нарушении стереотипа доения. Выходными переменными служат сам продукт (молоко с его количественными и качественными характеристиками, выход телят) и диагностические показатели системы, характеризующие состояние как отдельного организма, так и группы животных в норме и патологии.

При разработке моделей наибольшее внимание уделялось исследованиям условий передачи воздействий, сформированных техническими средствами к биологическим тканям (молочной железе), а также выбор формы, интенсивности, длительности воздействий. При анализе каналов воздействия ЛБТС использовался принцип адекватности, согласно которому управляющее воздействие должно быть по своей физико-химической природе свойственно живому организму, а значения параметров воздействия должны находиться в диапазоне приемлемости для биологических тканей.

Динамика процессов в БСПМ связана с одновременным функционированием большого числа биорегуляторов с различным быстродействием и вероятностными характеристиками практически всех их элементов. В результате аналитических исследований отдельных биологических и технологических процессов при введении ряда допущений [11] были получены системы дифференциальных уравнений, описывающие процессы молокообразования, молокоотдачи и молоковыведения при взаимодействии доильного аппарата с молочной железой животного.

В результате анализа нелинейностей, при постоянных внешних воздействиях (стереотип доения), рассмотрено движение квазистационарной ЛБТС на определенных интервалах времени: период молокообразования, латентный период молокоотдачи, непосредственно доение и его заключительная фаза.