ANYLOGIC, ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ, ДИСКРЕТНО-СОБЫТИЙНАЯ МОДЕЛЬ, МОЛО. О научноисследовательской работе имитационная модель технологичских процессов молочного производства
 Скачать 1.06 Mb.
|
|
Годовой баланс кормов для фермы по производству молока  Страховой фонд - это количество кормов, которые могут быть использованы в период неблагоприятных климатических условий или период неурожая. Следует отметить, что для страхового фонда могут быть использованы только те корма, которые хранятся один год и более. Страховой фонд формируют в размере 10% от годовой потребности для грубых и концентрированных и 15-20% - для сочных кормов. Для кормов, которые будут произведены в хозяйстве необходимо планировать определенные потери их при хранении. Они имеют свои особенности в каждом отдельном хозяйстве и различаются по годам и зависят от условий заготовки и хранения Чтобы рассчитать потребность земельных угодий, необходимо количество запланированных для производства кормов разделить на урожайность соответствующих кормовых культур. При определении потребности земельных площадей для заготовки силоса и сенажа, следует сделать перерасчет необходимого количества данных кормов на зеленую массу путем умножения на коэффициенты 1,2-1,25 (для силоса) и 1,35 (для сенажа). 25. Для обеспечения оптимальных условий содержания коров рассчитываем потребность подстилки для всего поголовья фермы в сутки и на осенне-зимний и весенне-летний периоды (табл. 176). Поскольку зона расположения хозяйства - Лесостепь, то подстилкой будет солома. Нормативы внесения подстилки берем из данных приведенных в ВНТП -АПК-01.05 "Скотоводческие предприятия" или другого подобного справочника. В связи с тем, что в хозяйстве планируется использование доильной установки молокопровод, нормативы внесения подстилки определяем для привязного содержания коров. Потребность подстилки для поголовья фермы
Суточную потребность для поголовья группы определяем умножением суточной нормы на количество животных в производственной группе. Чтобы определить потребность подстилки на тот или иной период, необходимо ее суточную норму умножить на среднегодовое поголовье животных в той или иной группе и на продолжительность периода. Сумма потребности подстилки для всех групп на осенне-зимний и весенне-летний периоды и необходимости для начального внесения в помещение на выгульные площадки и для создания логова на пастбище даст годовую ее потребность. Поскольку слой подстилки в стойле при постановке коровы в стойло должен составлять 5 см, а размер стойла (1,8 х 1,2 м) - 2,16 м2, начальный объем соломы в стойле должен быть (0,05 м х 2 , 16 м2) 0,108 м3. Масса соломы такого объема составляет (0,108 м3 х 50кг / м3) 5,4 кг. Таким образом на каждое животное, которое ставится в стойло кроме текущих расходов подстилки для ее замены необходимо вносить дополнительно 5,4 кг соломы. Количество животных, которые поступают в каждую из групп равна годовому количеству отелов. Общее количество животных, которых будет поставлен во все группы равен годовому количеству отелов умноженной на количество производственных групп (418 отелов х 4 группы = 1672 головы). Потребность в подстилке для поголовья, которое поступает в группы составляет (1672 головы х 5,4 кг) 9028,8 кг, или примерно 90,3 ц. Суммарная годовая потребность подстилки составит 2488,9 ц, из которых 1429,2 ц - потребность для ежедневного внесения на осенне-зимний период, 969,4 ц - потребность для ежедневного внесения в весенне-летний период и 90,3 ц - начальное внесения соломы в стойла. 26. Для нормального протекания технологического процесса важно знать также потребность фермы в воде (табл. 177). ее определяем, исходя из суточной нормативного расхода воды (л / сут) для коров: всего 100 л, в т.ч. 85 л холодной, 15 л горячей воды. Определяя суточную потребность в воде для производственной группы, необходимо количество животных в группе умножить на суточную норму воды для одного животного. При расчетах годовой потребности воды, среднегодовое количество животных в производственной группе умножаем на суточную норму расхода воды на одну голову и на количество дней в году. Зная суточную потребность горячей воды, можно определить сколько и какие водонагревательные приборы необходимо иметь, чтобы обеспечить технологически правильное выполнение операций в процессе. Поскольку перерыва в поступлении воды для поения и выполнения других технологических операций нежелательные, необходимо знать ее максимальную суточную, часовую и секундную потребность. Эти показатели определяем с выражений:  Где Сдсл шах - максимальная суточная потребность воды, л Сдоб Ф - среднесуточные расходы воды на ферме, л К1 - коэффициент суточной неравномерности потребности воды (А "и = 1,1 ... 1,3). Для нашего примера: СДС ^ шах = 39600 х 1,2 = 47520 (л).  где QroS. шах - максимальная часовая потребность воды, л К2 - коэффициент почасовой неравномерности потребностей воды (К2 = 2,0 ... 2,5, для пастбища - 5,0). Таким образом на ферме для нашего примера: Qro ". шах = (47520/24) х 2 = 3960 (л), а для обеспечения коров на пастбище QroS. шах = (47520/24) х 5 = 9900 (л),  Где Qceic шах - максимальная секундная потребность воды, л. Таким образом для нашего примера на ферме: QceK. шах = 3960/3600 = 1,1 (л), а на пастбище Qcelc шах = 9900/3600 = 2,75 (л). 27. Наряду с основной продукцией фермы важное значение имеет определение объемов производства побочной продукции, какова навоз. Выход навоза рассчитываем по фракциям (табл. 178), пользуясь нормативами их выхода приведенных в ВНТП-АПК-01.05 "Скотоводческие предприятия" или другого подобного справочника .. Ориентировочный выход твердой фракции (кала) и жидкой фракции (мочи) в сутки для коров составляет 35 кг и 20 л соответственно. Кроме кала и мочи в состав навоза входят примеси. Примеси - это подстилка и 3 .... 10% суточной даванки объемистых кормов (сено, солома, силос, сенаж, трава). Расчет количества навоза, которую получим в год, производственный цикл или иной период (осенне-зимний, весенне-летний) проводим по зависимости: Пр. = Ндо6. х Дт, (103) где ^ - выход навоза в год, производственный цикл или иной период, т; НИЛ - выход навоза от животных фермы в сутки, т; Дт - продолжительность периода, дней. Для нашего примера это составит: Нр. = 22,95 х 365 = 8376,8 (т). Важное значение, особенно в современных условиях, имеют способы утилизации навоза, применяемые на ферме. Они должны обеспечивать экономически целесообразно и безопасно в ветеринарно-санитарном отношении использования всего навоза, поступающего с фермы, а также надежную охрану окружающей среды. Как известно, лучше указанные требования выполняются при хранении навоза в специальных сооружениях - навозохранилищах или переработке в биогазовых установках. 28. Площадь навозохранилища определяем по зависимости:  где Б - площадь навозохранилища, м2; Вс (^ - выход навоза от животных фермы в сутки, т; Д - продолжительность хранения навоза в навозохранилище, дней (как минимум 100 -120), ее - высота бурта (штабеля) при составлении навоза, или глубина навозохранилища (как правило - 1,5 ... 2,5 м), р - плотность навоза (принимают в пределах 0,7 ... 0,9 т / м3. Потребность воды для поголовья фермы  Суточный выход навоза от скота производственных групп  Примечание. Учтена масса подстилки и около 3% объемистых кормов рациона. Для нашего примера это составит: Б = 22,95 х 120 / 2,5 х 0,8 = 1377 (2). 29. Заканчиваем рабочие расчеты технологического процесса формированием производственной программы работы фермы (табл. 179). Производственная программа работы фермы по производству молока  30. Важным моментом моделирования технологического процесса является последний его этап, то есть пооперационная моделирования, которое заключается в детальной разработке отдельных операций процесса, определение наиболее оптимальной их последовательности зоотехнических и ветеринарных требований и режимов их выполнения. Это позволяет разработать технологическую документацию, которая является основой для оптимального функционирования фермы. Важнейшим документом для технолога является технологическая карта процесса, позволяет анализировать процесс с позиций его оптимизации в средствах производства и затратах труда. Она объединяет все основные операции по их оптимизации и показывает объемы производства. Принципы разработки технологической карты аналогичные представленным в табл. 148. Для нашего примера сумма затрат труда на все поголовье скота по всем производственным периодах за календарный год ориентировочно составит 7824 чел.-час. Эта цифра необходима для определения одного из основных экономических показателей, которые свидетельствуют об эффективности разработанного технологического процесса - затрат труда на 1 ц производимого молока. 31. Определив показатели экономической эффективности разработанного варианта технологического процесса можно провести оценку (определить его преимущества и недостатки). Чтобы определить затраты кормов на единицу продукции, нужно затраты кормов на все поголовье производственных периодов (фаз) за год разделить на валовой надой. В соответствии со значениями табл. 169 и 170 общие затраты кормов на осенне-зимний период составляют 14929,7, а на весенне-летний - 11042,4 тыс. МДж обменной энергии, в сумме за год составляет 25972,1 тыс. МДж обменной энергии. Валовой надой молока по ферме - 22635,6 ц. Таким образом, затраты кормов на 1 ц молока равны: 25972100 / 22635,6 = 1147,4 МДж обменной энергии или на 1 кг - 11,5 МДж. Для того, чтобы определить затраты труда на единицу продукции, нужно затраты труда на все поголовье скота за год разделить на валовой надой молока: 7819 чел.-час. : 631,4 ц прироста = 12,38 чел.-час. Более подробную оценку экономической эффективности смоделированного технологического процесса получим рассчитав общий объем производства продукции по ферме (табл. 180). Расчет годового производства валовой продукции на ферме по производству молока  По сравнению с результатами проведенного расчета технологического процесса производства молока приводим анализ практической деятельности агрофирмы "Адажи" Рижского района (Латвия) (А.З. Каулз, 1988), который показал, что в подобных условиях производства молока (надой около 5 тыс. Кг на корову , использование пастбищ) средние затраты труда на производство 1 ц молока составляют 3,5 ... 3,8 чел.-час., а затраты кормов 105 ... 107 МДж обменной энергии. Дискретно событийное (процессное) моделирование ⇐ ПредыдущаяСтр 31 из 46Следующая ⇒
Библиотека AnyLogic Enterprise Library подерживает дискретно-событийный или "процессный"подход моделирования. С помощью объектов Enterprise Library моделируется системы реального мира, динамика которых представляется как последовательность операций (прибытие, задержка, захват ресурса, разделение) над некими сущностями (entities, по-русски - транзакты, заявки), представляющими оборудование, процессы, клиентов, документы, пакеты данных, транспортные средства и т.п. Событие- учитываются только “важные моменты” в жизни системы. Причем длительные во времени изменения также могут быть тоже представлены с помощью событий. Событие выполняется в течение нулевого времени, может вызвать изменения в модели и может запланировать другие события в будущем. Время выступает как фактор упорядочивания событий. Поэтому оно может расматьриваться и как непрерывным так и дискретным. Рссматривается только последовательность мгновенных “дискретных” событий, между которыми ничего не происходит, и нет никаких “длительных” процессов. Изменения в модели происходит только в результате появления события и выполняется в течение нулевого времени. События могут быть запланированы на одно и то же время (одновременно) – тогда модельное время «замирает», до тех пор, пока не будут обработаны все события, назначенные на данное время. Далее модельное время “перескакивает” от одного события к другому. С помощью событий или диаграмм состояний можно моделирорвать любую дискретно-событийную модель- работу механизма, поведение человека, бизнес-логику, и т.п. Это низкоуровневое моделирование в терминах заявок/транзакций, ресурсов, очередей, и т.п. Рассмотрим модель простой системы массового обслуживания – модель кормления (обслуживания) животных на ферме при беспривязном их содержании. В помещении для скота находится оборудование автопоилки и автокормушки, которые предназначены для быстрого и эффективного обслуживания животных. Животные по мере необходимости подходят к автопоилке и автокормушке и потребляют нужное количество воды и корма. Известны количество животных, распределения времени их нахождения у каждого вида оборудования и распределения массы воды и корма, потребляемые животным за раз и в течении суток. Необходимо произвести оценку временных затрат на каждую операцию- поения и кормления. Дискретно-событийная модель обслуживания животных приведена на рисунке 7.5. Рисунок 7.5- Дискретно-событийная модель обслуживания животных  Животное выступает как источник заявок. Оно может направиться или к автопоилке или к автокормушке. Имеется определенное количество автокормушек и автопоилок, составляющих ресурсы системы кормления. При необходимости животного: 1. направиться к автокормушке: 1.1- при наличии одной из свободных автокормушек оно начинает поедать корм и занимает кормушку определенное время, после чего животное уходит; 1.2- при отсутствии свободной автокормушк оно становится в очередь, пока не освободится одна из имеющихся в ресурсе автокормушек; и далее идти к 1.1; 2. направиться к автопоилке: 1.1- при наличии одной из свободных автопоилок оно начинает пить корм и занимает автопоилку определенное время, после чего животное уходит; 1.2- при отсутствии свободной автопоилки оно становится в очередь, пока не освободится одна из имеющихся в ресурсе автопоилок; идти к 1.1; 1.3- если животному нет необходимости далее идти к автокормушке, то оно уходит; 1.4. если животному после поения необходимо идти к автокормушке, то ему идти к.1.1; Таким образом в разные времена животные формируют «события» - заявки на свое обслуживание, и в соответствие с логической схемой процесса кормления, интенсивностью и распределением поступления заявок, распределением времени кормления и поения формируются новые «события», время появления которых случайно и дискретно. Создание блок-схемы. Блок-диаграмма (схема) кормления животных с анимацией приведена на рисунке 7.6. Она состоит из следующих элементов библиотеки Enterprise Library. Объект source-живтные генерирует заявки (entities) определенного типа через заданный временной интервал. Заявки представляют собой объекты, которые производятся, обрабатываются, обслуживаются или еще каким-нибудь образом подвергаются воздействию моделируемого процесса: это могут быть клиенты в системе обслуживания, детали в модели производства, документы в модели документооборота и др. В нашем примере заявками будут животные, которые идут на кормление, а объект source будет моделировать их приход. Объект queue моделирует очередь животных, ожидающих обслуживания у автокормушки. Объект delay-автокормушка моделирует задержку во времени. В нашем примере он будет имитировать автокормушку, тратящий определенное время на обслуживание животного. Объект sink обозначает конец блок-схемы. Для каждой модели, созданной в Enterprise Library, автоматически создается блок-схема с наглядной визуализацией процесса, с помощью которой можно изучить текущее состояние модели, например, длину очереди, количество обслуженных животных и т.д. На рисунке 7.6 видно, что 7 животных стоят в очереди, а 261 животных покинули очередь (блок queue), из них 260 обслужили (блок sink), а один еще обслуживается у автокормушки (блок delay_автокормушка). Во время выполнения модели можно следить за состоянием любого блока диаграммы процесса с помощью окна инспекта этого объекта. В окне инспекта будет отображена базовая информация по выделенному блоку, например, для блока queue будет отображена длина очереди и обслуженных животных (левый график). На правом графике показана вероятность времени нахождения животного в системе обслуживания (очередь+кормление). Возможен вывод также статистических показателей процесса- количества измерений (260), диапазона значений времени нахождения в системе (0,601…8,404), его среднее значение (3,482) и т.д. Изменение данных модели. Можно задавать данные модели, изменяя свойства созданных объектов. В свойстве interarrivalTime объекта source указывается, как часто в приходят животные – exponential(1)- или по другому закону. Интервал между приходом клиентов распределен экспоненциально со средним значением, равным 1 единицы модельного времени. Функция exponential() является стандартной функцией генератора случайных чисел AnyLogic. AnyLogic предоставляет функции и других случайных распределений, таких как нормальное, равномерное, треугольное и т.д. В свойстве capacity объекта queue задается максимальная длина очереди. В свойстве delayTime объекта delay_автокормушка задается время обслуживания (кормления) – triangular( 1.8, 2, 3.3 ). Обслуживание одного животного занимает примерно 2 минуты. Здесь время обслуживания распределено по треугольному закону со средним значением, равным 2 минуте, минимальным – 1.8 и максимальным – 2.3 минуты. В процессе моделирования AnyLogic позволяет производить сбор и хранение сложной статистики.  Рисунок 7.6- Блок-схема кормления животных с анимацией 7.7- Системно-динамические модели, поддержживаемыне в AnyLogic Системная динамика– это метод моделирования, основанный на использовании фундаментальных законов функционирования объекта и высоком уровене абстракции, рассматривающем поведение системы с верхнего уровня к нижнему. Системная динамика используется для создания компьютерных моделей сложных систем и эффективной организации взаимодействия их подсистем. Оборудование, люди, продукты, события и другие дискретные элементы представлены в моделях системной динамики не как отдельные элементы, а как система в целом. Если же отдельные элементы модели важны, то для полной или частичной их обработки используют агентное или дискретно-событийное моделирование. Трансформация причинно-следственных диаграмм в имитационные модели системной динамики В основах системной динамике, рассмотренной нами в главе 2, предполагается, что поведение системы во времени определяется ее структурой. Причинно-следственные диаграммы помогают наглядно представить в первом приближении структуру системы, взаимодействие ее частей. Это качественный инструмент анализа. Построение даже самой совершенной такой диаграммы не позволит предсказать, каким будет поведение с течением времени — будет ли это экспоненциальный рост, колебания, превышение и коллапс и т.п. Для количественного описания системы в AnyLogic используется концепция «потоков» и «накопителей» . «Потоки» представляют собой темп изменения состояния системы во времени, тогда как «накопители» — состояние системы, своеобразный резервуар, емкость, которая накапливает определенный материальный или информационный ресурс (фактор) с течением времени. Примером служит схема, изображенная на рис. 7.7.  Рисунок 7.7- Простая схема потока с накопителем Стоки изображаются прямоугольниками, которые символизируют накопитель своеобразные контейнеры, резервуары. Потоки изображаются как двойные линии со стрелкой, указывающей их направление. Потоки подразделяются на два вида: потоки входящие и исходящие. Исток изображен как сосуд — он символизирует начало или конец потока, в зависимости от ситуации. Накопители (также называемые уровнями или фондами) представляют собой такие объекты реального мира, в которых сосредотачиваются некоторые ресурсы; их значения изменяются непрерывно. Потоки – это активные компоненты системы, они изменяют значения накопителей. В свою очередь, накопители системы определяют значения потоков. Вспомогательные переменные помогают преобразовывать одни числовые значения потоков в другие; они могут произвольно изменять свои значения или быть константами. «Накопители» аккумулируют («интегрируют») потоки, последние и только они обеспечивают изменение «накопителей». Отличие потоковой диаграммы от ментальной модели, причинно-следственной диаграммы, - в ее определенной структуре, связей между разными потоками и накопителями, снабженными возможностью применять математический аппарат интегрального и дифференциального исчесления. Процессы задаются в форме потоковых диаграмм (блок-схем) - графическом представлении, принятом во многих областях: производстве, транспорте, бизнес-процессах, логистике, здравоохранении и т.д. Потоковые диаграммы AnyLogic иерархичны, масштабируемы, расширяемы и объектно-ориентированы, что позволяет пользователю моделировать сложные системы любого уровня детальности. AnyLogic поддерживает общепринятый для системной динамики графический способ описания моделей в виде диаграммы потоков и накопителей. Диаграмма потоков и накопителей рисуется на диаграмме класса активного объекта (в графическом редакторе) с помощью специальных элементов AnyLogic, которые выглядят на диаграмме следующим образом:  - накопитель ;  - поток ;  - вспомогательная переменная.Накопители непрерывно изменяют свои значения с течением времени. Потоки, также известные как интенсивности, изменяют значения накопителей. Переменная типа “поток” равна объему (количеству) продукта, который поступает или извлекается из соответствующего накопителя в единицу модельного времени. Значение этой переменной может изменяться в зависимости от внешних воздействий на нее. В частности, поток можно представить как функцию от значений других потоков и накопителей. Помимо накопителей и потоков, при построении имитационных моделей динамических систем используются вспомогательные переменные. Эти переменные могут быть равны константам или значениям математических функций от других переменных, т.е. позволяют преобразовывать одни числовые значения в другие. Поток, так же, как и накопитель, является основным элементом системно-динамических диаграмм потоков и накопителей. Поток определяет интенсивность потока, ведущего от одного накопителя к другому. Исходящий из накопителя поток уменьшает значение этого накопителя в каждую единицу модельного времени на значение этого потока, входящий - аналогично увеличивает значение того наокпителя, в который этот поток входит. Один и тот же поток может служить исходящим потоком для одного накопителя и входящим - для другого; в этом случае говорится, что это поток из первого накопителя во второй. Накопители характеризуют статическое состояние системы, а потоки – ее динамику. В AnyLogic поток задается с помощью элемента- Динамическая переменная.Динамическая переменная используется как для задания потоков, так и для задания вспомогательных переменных системно-динамических моделей. Если на переменную в своей формуле ссылается какой-либо накопитель, то эта переменная будет считаться потоком, а иначе - вспомогательной переменной. Потоки и вспомогательные переменные отображаются в графическом редакторе по-разному: - поток; - вспомогательная переменная.Наиболее простой формой восприятия потоковой диаграммы является пример с ростом организмов S на субстрате W, рисунок 3.10, который описывается уравнением (3.115)  .Потоковая диаграмма AnyLogic изображена на рисунке 7.10. AnyLogic отображает получившиеся зависимости между переменными диаграммы потоков и накопителей с помощью стрелок, рисунок 7.8. Стрелка, направленная от параметра k к переменной kWS означает, что параметр k упоминается в формуле переменной kWS.  Рисунок 7.8 - Диаграмма потоков и накопителей в AnyLogic В приведенном примере первоначальное значение сухого вещества W=1000, а S=0. управляющая Потоком переменная kWS=k*W*S. Первоначальное значение потока Поток=1. Результат моделирования – изменения сухого вещества и организмов приведены на графике рисунка 7.8. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||