Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 15
1.1. Роль математических моделей в исследованиях и управлении. Энергия как совокупный измеритель ресурсов. Математические модели биологических закономерностей роста бройлеров 15
1.1.1. Производство мяса. Уравнения роста 20
1.1.2. Аллометрия 24
1.2. Биолого-математические закономерности яичной продуктивности кур 25
1.3. Энергозатратность сельскохозяйственного производства России. Агрозооэнергетика. Метод биоэнергетической оценки эффективности технологий произаводства птицеводческой продукции 29
1.4. Резервы и биоэнергетический подход к их выявлению. Экономическая сущность резервов биоэнергетической эффективности технологий производства птицеводческой продукции 38
1.5. Потоки энергии при производстве птицеводческой продукции. Проблемы энергетического обмена. Необходимость технического перевооружения отрасли 47
Выводы 49
2. Материал и методика исследований 52
3. Результаты собственных исследований 62
3.1. Математические модели и резервы производства мяса бройлеров 62
3.1.1. Шестифакторная энергетическая модель 64
3.1.2. Аллометрия. Особые энергетические точки. Срок выращивания бройлера 79
3.1.3. Потребность бройлера в обменной энергии. Средняя скорость поглощения обменной энергии бройлером 87
3.1.4. Предел энергетической питательности корма 92
3.2. Математические модели и резервы производства яиц 95
3.2.1. Энергетическая модель яйца 95
3.2.2. Аллометрия. Особые энергетические точки. Схема энергетического питания курицы-несушки 99
3.2.3. Циклоида яйценоскости 117
3.2.4. Суточная интенсивность яйценоскости кур 142
3.2.5. Средняя интенсивность яйценоскости кур 148
3.2.6. Четырёхнедельная яйценоскость на среднюю несушку 150
3.2.7. Повышение доли валовой энергии корма, откладываемой в энергию яйцемассы 159
3.2.7.1. Ограниченное кормление 160
3.2.8. Четырёхфакторная энергетическая модель суточной интенсивности яйценоскости 165
3.3. Агрозооэнергетический анализ. Энергетическая оценка 171
3.3.1. Кормопроизводство (растениеводство) 171
3.3.2. Птицеводческое объединение «Омское». Эффективность кормо птицеводческой системы. Технологический аудит 175
3.4. Математическая модель коммерческой эффективности новых технологий (резервов) в птицеводстве 184
3.5. Общая методика (алгоритм) биоэнергетического мониторинга технологий при определении резервов производства яиц и мяса птицы 189
3.5.1. Хозяйственные резервы птицеводства 189
3.5.2. Алгоритм расчёта резерва и потенциала экономии энергоресурсов... 194
Заключение 199
Литература 209
Приложения 217
- Биолого-математические закономерности яичной продуктивности кур
- Резервы и биоэнергетический подход к их выявлению. Экономическая сущность резервов биоэнергетической эффективности технологий производства птицеводческой продукции
- Потребность бройлера в обменной энергии. Средняя скорость поглощения обменной энергии бройлером
- Аллометрия. Особые энергетические точки. Схема энергетического питания курицы-несушки
Введение к работе
Современный этап развития экономики России характеризуется становлением рыночных отношений, всё возрастающей зависимостью товаропроизводителей от потребителей, возникновением конкурентной среды, возросшей потребностью в повышении эффективности производства.
Однако радикальная либерализация экономики России, демонтаж, а не конструктивная трансформация управленческой, финансовой, кредитной, ценовой, налоговой и других систем государственного значения привела не только к появлению новых проблем, но и обострению старых. В ходе радикальной реформы в России произошёл двукратный спад производства и резкое сокращение реальных доходов населения. Образовался пятикратный диспаритет цен на сельскохозяйственную продукцию и продукцию промышленности для села, новые аспекты приобрела проблема продовольственной безопасности страны и регионов.
Восстановление сельского хозяйства РФ при ограниченности ресурсных возможностей государства должно осуществляться в соответствии с государственной Концепцией основных направлений агропродовольственной политики до 2010 года. В основе Концепции лежит требование максимального использования внутренних резервов повышения эффективности производства и мер совершенствования экономических отношений внутри АПК, направленных на создание горизонтальных и вертикальных интегрированных структур [35]. При этом ставятся задачи поэтапного перевода АПК на инновационный путь развития и модернизации имеющихся производств в интересах освоения ресурсосберегающих технологий [48], основанных на принципе ресурсосбережения. Цель ресурсосбережения - производство конкурентоспособной продукции с оптимальными затратами производственных и природных ресурсов на единицу продукции при поддержании заданного уровня экологических ограничений.
В птицеводстве в основе ресурсосбережения лежит перманентный поиск резервов повышения эффективности имеющихся технологий производства яиц и мяса птицы. Базой поиска являются приоритетные направления развития энергосберегающих производственных технологий и технологий организованных живых систем, сохраняющих свою стабильность за счёт обмена с окружающей средой веществами и энергией [63, 56].
Указанные приоритетные направления развития технологий и перманентный поиск резервов могут быть объединены посредством биоэнергетического подхода к рассмотрению вопроса эффективности производства птицеводческой продукции [69, 22, 70]. Суть биоэнергетического подхода заключается в том, что производство яиц и мяса птицы представляется как система, у которой на входе и выходе будут соизмеримые величины в энергетических единицах измерения, лишённые влияния ценового фактора, и являющейся эффективной в том случае, если поступающая энергия будет меньше выходной. С экономической точки зрения вся входная энергия используется для повышения эффективности технологии с целью повышения объёма выходной энергии. Отношение валового выхода энергии к совокупным затратам энергии на входе в систему показывает уровень эффективности технологии.
Эффективность технологических процессов производства яиц и мяса птицы с точки зрения их энергетики, энергетической цены пищевой калории практически не привлекала внимания специалистов, занятых в сфере производства птицеводческой продукции, в том числе и экономистов. А это означает, что не проводился целенаправленный поиск оптимальных технологических решений, позволяющих получать ту же продукцию с меньшими энергозатратами.
Всякое управление связано с необходимостью предсказания, предвидения результатов тех или иных возможных воздействий на технологический процесс. В случае таких сложных технологий, какими являются технологии производства яиц и мяса птицы, задача предвидения является узловой, сосредотачивающей в себе наиболее важные проблемы, лимитирующие развитие систем управления.
Основная проблема заключается в том, что для организации перманентного поиска резервов повышения биоэнергетической эффективности технологий производства яиц и мяса птицы необходимо иметь соответствующие теоретические основы. Базой этих основ должны быть биологически оправданные, эмпирико-функциональные, динамические детерминированные энергетические математические модели, количественно описывающие влияние биохимических процессов жизнедеятельности организма птицы на биоэнергетическую эффективность технологий производства птицеводческой продукции. При этом модели должны а) исключить влияние инфляции и диспаритета цен на промышленную и птицеводческую продукции и б) учитывать влияние факторов антропогенной энергии на биохимические процессы жизнедеятельности организма птицы. Последнее условие требует совместного анализа биоэнергетических продукционных процессов в организме птицы и условий её эксплуатации. Такой анализ позволяет выявить резервы увеличения производства яиц и мяса птицы при одновременном снижении роста энергоёмкости применяемых технологий.
Решение проблемы биологического обеспечения, учитывающего влияние факторов антропогенной энергии на живой организм птицы и биоэнергетическую эффективность технологий, даёт возможность перейти к качественно новому этапу в выявлении резервов. Это будет являться также качественно новым этапом в разработке новых программ и энергосберегающих технологий производства птицеводческой продукции, требований и рекомендаций к технологическому оборудованию.
Вопросам определения биоэнергетической эффективности технологий производства сельскохозяйственной продукции посвящены работы многих учёных России и других стран. Сегодня эта проблема является актуальной, поскольку стало ясно, что биологическая эволюция есть эволюция органической материи, силой которой является энергия. В связи с этим всё внимание биологов концентрируется на революционных работах математиков и физиков по исследованию динамики нелинейных систем [85]. В настоящее время в этом направлении наблюдается качественный скачок как результат накопленных в различных отраслях науки знаний о природе, функциях и назначении живого на Земле. Интегрируются знания, накопленные в биологии, генетике, физиологии, экологии и многих других, иногда весьма далёких друг от друга областях знаний на фоне возрастающего использования математики и других точных наук. Однако проблема перманентного поиска резервов повышения биоэнергетической эффективности технологий, осуществляемого на основе совместного анализа биоэнергетических продукционных процессов в организме птицы и условий её эксплуатации, до настоящего времени в литературе не рассматривалась. Автору неизвестны теория и модели энергетического математического описания одновременного воздействия факторов антропогенной энергии на продукционный процесс живого организма птицы и биоэнергетическую эффективность технологий.
Теоретическая и практическая значимость вышеназванной проблемы, отсутствие её разработанности предопределили актуальность темы, её выбор, цель и логику исследования. Актуальность исследования теоретических основ резервов
7 повышения биоэнергетической эффективности технологий производства яиц и мяса птицы обусловлена также рядом выявленных противоречий. В частности, несоответствием технического и технологического уровня производства на большинстве отечественных птицефабрик современным требованиям к ассортименту и качеству птицеводческой продукции. Необходимостью повышения конкурентоспособности птицефабрик и отсутствием у них достаточных финансовых ресурсов для модернизации производства. Накоплением определённого теоретического и практического опыта в области планирования и управления деятельностью предприятий и недостаточным вниманием к этим методам в практике птицеводческих предприятий.
Целью настоящего исследования является разработка теоретических основ резервов повышения биоэнергетической эффективности технологий производства яиц и мяса птицы.
Основными компонентами теоретических основ должны быть: а) модели энергетического математического описания одновременного воздействия факторов антропогенной энергии на продукционный процесс живого организма птицы и * биоэнергетическую эффективность технологий; б) математические модели расчёта норм энергетического питания сельскохозяйственной птицы всех направлений продуктивности и возрастов; в) методы оценки показателей биоэнергетической эффективности и основных путей её повышения на примере ОАО «Птицеводческое объединение «Омское»»; г) гармонии рассматриваемых объектов через отношения противоположностей внутри каждого объекта, являющиеся оптимальными в любой «^ момент развития птицы, птицефабрики и их объединений как живых систем; д) алгоритм биоэнергетического мониторинга технологий производства яиц и мяса птицы.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие укрупнённые задачи: 1) изучить критерии составляющих экономической эффективности производства птицеводческой продукции и теоретические аспекты проблемы повышения технологической и энергетической эффективности производства яиц и мяса птицы, а также приёмы математического динамического детерминированного моделирования; выявить известные формализованные модели, описывающие производство яиц и прирост живой массы птицы и позволяющие определять технологическую и биоэнергетическую эффективности производства
8 птицеводческой продукции; 2) определить материал и методику исследований; произвести анализ энергетических затрат производства птицеводческой продукции объединения «Омское» за период с 1970 по 1999 годы; определить структуру энергопотребления в объединении «Омское»; 3) на базе известных формализованных моделей разработать много факторные энергетические динамические математические модели, описывающие производство яиц и мяса птицы; установить механизм определения биоэнергетической эффективности производства птицеводческой продукции и этапной коммерческой эффективности внедрения выявленных резервов как инноваций; произвести анализ сходимости опытных и теоретических результатов; определить закономерности и гармонию в отношениях значений различных видов энергий, участвующих в производстве птицеводческой продукции; определить степень дополнения значений различных видов энергий друг другом и эффективность результата названного дополнения; исследовать энергетический баланс птицеводческого объединения «Омское» как части живой природы и общественного производства, при этом рассматривая совокупную энергию в пересечении двух энергетических потоков - от Солнца («по вертикали») и от промышленных отраслей («по горизонтали»), то есть в целостной системе, где на входе функционирует в сочетании природная и антропогенная энергии, а на выходе образуется биоэнергия, воспроизводимая птицей; определить зависимость организационной структуры птицеводческого объединения «Омское» от биоэнергетической эффективности используемых в объединении технологий; произвести классификацию хозяйственных резервов птицеводства, определить расчётные зависимости определения резерва и потенциала снижения энергозатрат.
Объектом исследования в настоящей работе являются птицеводческое объединение «Омское» и его специализированные птицеводческие предприятия.
Предметом исследования являются теоретические основы резервов повышения биоэнергетической эффективности технологий производства яиц и мяса птицы.
Методологической основой исследования является диалектический метод познания. Теоретической основой исследований послужили труды отечественных и зарубежных учёных по проблемам выявления резервов и повышения экономической и энергетической эффективности сельскохозяйственного производства, моделирования производственных процессов, программные и прогнозные разработки ведущих отечественных ученых, научно-исследовательских организаций,
9 государственных органов власти и управления АПК РФ, Указы Президента и постановления правительства РФ, законодательные, директивные и нормативные акты.
В зависимости от решаемых задач использовались абстрактно-логический, статистико-экономический, монографический, сравнительный, аналитический, расчётно-конструктивный и экономико-математический методы исследований. При этом с целью изучения объекта путём отображения его содержания и структуры в знаковой форме посредством языка математики использовался метод формализации, позволивший, в конечном итоге, сформировать ряд знаковых динамических детерминистических энергетических моделей предмета исследования.
Информационную базу исследований составили статистические материалы Госкомстата РФ и Омской области, годовые отчеты и данные первичного учёта птицефабрик и сельскохозяйственных организаций (производителей зерна), результаты исследований научных учреждений, нормативно-справочная литература.
Научная новизна работы заключается как в поставленных автором новой научной проблеме и задачах исследования, так и в полученных результатах. В частности, впервые осуществлено комплексное применение биоэнергетического подхода к оценке эффективности технологий производства яиц и мяса птицы. Разработан новый методологический подход организации технологического аудита на базе нового процесса перманентного поиска резервов повышения биоэнергетической эффективности технологий производства птицеводческой продукции и коммерческой эффективности конкретного выявленного резерва. Впервые исследованы варианты структурных организационных изменений в птицеводстве на примере птицеводческого объединения «Омское» в зависимости от биоэнергетической эффективности используемых технологий. Научно обоснована необходимость повышения биоэнергетической эффективности применяемых в птицеводстве технологий и определены энергосберегающие направления, обеспечивающие повышение эффективности производства птицеводческой продукции. Впервые разработаны многофакторные энергетические математические модели, описывающие производство яиц и мяса птицы, биоэнергетическую и коммерческую эффективности технологий и их резервов. Новым является выявленная закономерность яйценоскости птицы, в результате чего введено новое научное понятие «циклоида яйценоскости». Раскрыта новая закономерность отношений значений различных видов энергий,
10 используемых и полученных в процессе производства яиц и мяса птицы (отношения равны коэффициентам Фибоначчи). Новым являются аллометрические энергетические уравнения, впервые произведённые комбинации которых привели к новому понятию в биологии «особые энергетические точки в развитии живого организма птицы». На базе особых энергетических точек впервые рассмотрены вопросы структурной гармонии и оптимальности в птицеводстве, тесно связанные как между собой, так и с отношениями противоположностей внутри объекта. Впервые показано, что гармония в птицеводстве — это энергетически оптимальное сопряжение «противоположностей» в этом объекте, обусловленное золотым сечением. Впервые разработан алгоритм биоэнергетического мониторинга технологий производства яиц и мяса птицы. Новизна заключается также в семи ресурсосберегающих устройствах и способах, признанных Госпатентом СССР изобретениями.
Обоснованность и достоверность научных результатов и выводов, приведённых в диссертации, подтверждается их последовательным математическим обоснованием и сопоставлением с экспериментальными данными.
Теоретическая и практическая значимость диссертации обуславливается самим предметом исследования.
Теоретическая значимость результатов, представленных в работе, расширяет возможности применения математического аппарата в биологии (зоотехнии) и являются шагом в совершенствовании расчётов прогнозирующего характера. Разработанные многофакторные энергетические математические модели, описывающие производство яиц и мяса птицы, имеют высокую эффективность свёртки информации, универсальность и прогностические возможности, позволяют оценивать влияние различных факторов на продуктивность птицы и биоэнергетическую эффективность применяемых в птицеводстве технологий. Эти модели устойчивы по отношению к случайной информации, позволяют делать априорные оценки при полном отсутствии экспериментальных данных. Циклоида яйценоскости (её арки) даёт графическое представление влияния временного фактора на интенсивность яйценоскости, позволяет наглядно увидеть резервы в факторе времени эксплуатации птицы, поставить задачу математического описания процесса линьки и второго этапа яйценоскости курицы-несушки. Тяготение значений отношений используемых и полученных в птицеводстве различных видов энергий к уровням фибо (числам Фибоначчи) даёт полное представление о гармонии и резервах птицеводства, позволяет оперативно формулировать и ставить задачи теоретического характера по оптимизации энергоёмкости производства. При этом гармоничность системы птицеводства связывается с отношениями противоположностей, представителями которых являются обобщённые золотые сечения различных видов энергий, используемых и полученных в технологическом процессе производства яиц и мяса птицы. Очень важным фактором с теоретической точки зрения становятся в биологии особые энергетические точки (моменты) развития живого организма, последовательно связанными с теми или иными обобщёнными золотыми сечениями. В этих точках живой организм птицы как самоорганизующаяся система обретает, по всей видимости, меру структурного оптимума, достигает адекватного её предназначению уровня разнообразия в строении и, соответственно, функциональной эффективности и продуктивности. В этом случае энергетические точки представляют собой как бы «опорные стационарные пункты», между которыми лежит путь развития организма птицы, описываемый многофакторными энергетическими математическими моделями. Аллометрические уравнения, позволяющие определять характерные энергетические точки (моменты) развития живого организма птицы, в свою очередь дают возможность упростить теоретический расчёт рекуперативных теплообменников и биогазовых установок (БГУ).
Практическая значимость работы состоит в том, что содержащиеся в ней теоретические, методические и практические разработки, выводы и рекомендации позволяют организовать перманентный поиск резервов повышения биоэнергетической эффективности технологий производства яиц и мяса птицы, перевести птицеводство на инновационный путь развития. Резервы технологий производства птицеводческой продукции - это неиспользованные ресурсы и возможности предприятия. В случае их реализации возможно повышение экономической эффективности используемых технологий, объёмов производства продукции, её качества без привлечения значительных дополнительных средств из внешних источников. При этом резервы технологий рассматриваются в настоящей диссертации с точки зрения следующих этапов механизации производственных процессов в птицеводстве: ручной труд - механизация - комплексная механизация -автоматизация - кибернетика [31]. Внедрённые на птицефабрике «Сибирская» омского птицеводческого объединения разработанные автором на уровне изобретений семь ресурсосберегающих устройств и способов основаны на
12 вышеназванных этапах механизации и направлены на повышение биоэнергетической эффективности технологий производства яиц и мяса птицы. Прогнозирующий характер многофакторных энергетических математических моделей, описывающих как биоэнергетическую эффективность технологий производства яиц и мяса птицы, так и продукционные процессы живого организма птицы, позволяет оптимизировать технологические параметры процесса производства птицеводческой продукции, организовать биоэнергетический мониторинг вышеназванных технологий. При этом внедрение общей методики (алгоритма) биоэнергетического мониторинга технологий производства яиц и мяса птицы на птицефабриках не связано со сколько-нибудь значительными затратами на обучение и подготовку персонала вследствие простоты и наглядности предложенного алгоритма. Определяемые посредством алгоритма золотые энергетические пропорции «при покое производства» и оптимальные преобразования золотых отношений при «возмущениях окружающей среды» являются своего рода гарантами нормального функционирования технологий производства яиц и мяса птицы. Другими словами, золотые числа (числа Фибоначчи) составляют основу «здоровья» птицефабрик и их объединений.
Основные положения диссертации отражены в 5 опубликованных научных работах, получено 7 патентов на изобретения. Результаты исследования прошли апробацию на трёх конференциях: 1) использования нетрадиционных источников энергии, 2) по проблемам функционирования АПК, 3) по проблемам энергосбережения в АПК. Конференции были организованы соответственно координационным Советом по промышленной политике и конверсии межрегиональной ассоциации «Сибирское соглашение» (1994 г., Омск), Министерством сельского хозяйства РФ (1999 г., Киров), для профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ - девятая научная конференция, 2003 г., Омск.
Работа состоит из трёх глав и заключения. В первой главе показана роль динамических детерминированных математических моделей в исследовании и управлении производством. Проведён обзор и анализ состояния проблемы разработки теоретических основ и известных математических моделей, описывающих прирост живой массы птицы и производство яиц, при этом особо выделяется аллометрия. Заостряется внимание на проблеме затрат энергии при производстве сельскохозяйственной продукции и показывается необходимость системного подхода
13 к определению затрат энергии с учетом биоэнергетических связей в природе. Доказывается необходимость приведения всей массы вовлекаемых в производство ресурсов к одному совокупному измерителю - энергетическому, тем самым отдаётся приоритет фундаментальному закону сохранения и превращения энергии. Приводятся простые и наглядные математические энергетические модели расчёта энергетической эффективности производства яиц и мяса птицы и тем самым предлагается системный, агрозооэнергетический метод исследования эффективности производства птицеводческой продукции, рассматриваемый в тоже время как дополнение к стоимостному. Критически освещаются недостатки в существующих в настоящее время подходах к проблеме биоэнергетической эффективности и называются те вопросы, которые остались нерешёнными и на базе которых ставятся и формулируются задачи диссертационного исследования.
Вторая глава диссертации посвящена изложению теоретической платформы исследования. Приводится схема исследования и его методы. Устанавливаются энергетические эквиваленты и определяются уравнения, отражающие физику анализируемого процесса движения и обмена различных энергий, используемых в производстве яиц и мяса птицы. Даётся биоэнергетическая оценка производства птицеводческой продукции объединения «Омское».
Третья глава посвящена собственным теоретическим исследованиям. На основе имеющихся научных сведений осуществлён процесс практической разработки динамических детерминированных многофакторных энергетических математических моделей, описывающих прирост живой массы птицы, производство яиц (яйценоскость), биоэнергетическую эффективность технологий и коммерческую эффективность резервов. Дана оценка сходимости теоретических положений с экспериментальными данными для каждой конкретной математической модели. Выявлена закономерность и показан сам процесс выявления этой закономерности в отношениях значений различных энергий, присутствующих в биологическом процессе при эксплуатации птицы. Теоретически обосновывается определение норм энергетического питания сельскохозяйственной птицы всех направлений продуктивности и возрастов. На основе энергетической оценки производства птицеводческой продукции объединения «Омское» и многофакторных энергетических математических моделей определены биоэнергетическая эффективность используемых в объединении технологий и резервы, повышающие эту
14 эффективность. Указывается последовательность применения математических моделей при поиске резервов; приводятся классификация хозяйственных резервов птицеводства и расчетные зависимости определения резерва и потенциала снижения энергозатрат; разработана общая методика (алгоритм) биоэнергетического мониторинга технологий производства яиц и мяса птицы.
В заключении диссертации подведены итоги работы: сформулированы основные выводы по результатам исследований, приведены сведения об апробации, о полноте опубликования в научной печати основного содержания диссертации, её результатов, выводов; приведены сведения о защищённости технических решений патентами.
На защиту выносятся следующие новые основные научные результаты и положения диссертации:
Многофакторные энергетические математические модели, описывающие производство яиц и мяса птицы. Аллометрические модели для определения выхода количеств различных видов энергии из организма птицы в зависимости от живой массы. Математические модели определения биоэнергетической эффективности птицеводческого объединения и коммерческой эффективности выявленного резерва.
Общая методика (алгоритм) биоэнергетического мониторинга технологий производства яиц и мяса птицы при определении резервов повышения биоэнергетической эффективности технологий.
Математический способ и результаты теоретических исследований по определению особых энергетических точек развития живого организма (посредством использования коэффициентов Фибоначчи).
Созданные и защищенные семью патентами новые устройства и способы в производстве птицеводческой продукции, позволяющие повысить эффективность используемых в настоящее время технологий.
Неоценимую заслугу в качестве научного руководителя внёс в настоящую работу Владимир Иванович Фисинин - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации, действительный член Российской академии сельскохозяйственных наук, лауреат Государственной премии Российской Федерации в области науки и техники, крупный учёный-зоотехник по проблемам промышленного птицеводства и организатор сельскохозяйственной науки.
Биолого-математические закономерности яичной продуктивности кур
Нет возражений тому, что трудно втиснуть в рамки общих математических законов живые существа с их саморегуляцией, способностью к приспособлению, целенаправленной активностью и сложными схемами поведения. Однако целым рядом свойств, считавшихся характерными для живых организмов (их рождение и рост, наличие у них интенсивного обмена веществ с окружающей средой, старение, смерть, приход на смену им более совершенных систем, наследующих свойства своих родителей), обладают и так называемые «большие системы», представляющие собой совокупность большого числа технических средств, выполняющая свою функцию при согласованной работе большого числа (до сотен тысяч) компонентов. Проектирование таких систем (например, система жизнеобеспечения космического корабля) потребовало нового теоретического инструмента, известного как системный анализ или общая теория систем [20, 6]. Если традиционные теории были теориями о закономерностях существующих объектов, то новая научная область является областью знаний о закономерностях создания теорий.
Существует множество достижений естественнонаучного знания, внесших свой вклад в формирование методологической базы общей теории систем. Однако есть научная дисциплина, кардинально изменившая представления о строении и эволюции Вселенной. Эта дисциплина - термодинамика. Открытие закона сохранения энергии имело далеко идущие методологические последствия. В их числе можно назвать представление об обществе и человеке как о системах, преобразующих энергию внешней среды. Более того, в настоящее время многие исследователи сходятся во мнении, что при всё увеличивающемся объёме затрат в природные системы и идущими в экономике инфляционными процессами необходимо ввести в оборот вместо денег один сравнительный итоговый показатель или, по-другому, такую универсальную физическую единицу, чей обменный курс в отличие от денег был бы постоянным, твёрдым и понятным для всех. Такой единицей является энергия [69, 22, 70]. Данный выбор можно объяснить следующим. Некоторые исследователи считают, что в мире существует только один решающий природный фактор термодинамический потенциал, называемой ещё «свободной энергией». В большинстве случаев значение последней весьма близко к показателю калорийной ценности горючих материалов, что делает индекс свободной энергии легко воспринимаемым и широко понятным при определении термодинамического потенциала. Использование его для расчетов может быть рекомендовано и по другой причине. Детальный анализ систем производственного характера показывает, что в конечном итоге решающую роль в производстве играют только затраты и энергия. Капитал фактически представляет собой труд и энергию, затраченные при его первичном создании. При этом труд - единица восполнимая, энергия -невосполнимый потенциал и вероятнее всего от её потребления будут зависеть темпы роста производства продукции [23].
В 1865 году Р.Ю.Э. Клаузиус сформировал понятие «энтропия». Этот термин позволил выйти за рамки закона сохранения энергии и обозначить принципиальное различие между «полезными» обменами энергии и «диссипированной» энергией, теряемой необратимо [55, с. 170]. Два термодинамических принципа Клаузиуса, перевернувших в своё время сложившуюся систему взглядов на мироздание, звучат очень просто: 1) энергия мира постоянна; 2) энтропия мира стремится к максимуму.
Современный прорыв в исследовании систем был совершён бельгийской научной школой во главе с И. Р. Пригожиным, предложившим новую оригинальную теорию системодинамики. Выдающееся достижение Пригожина заключено в формулировке его знаменитой теоремы, которая гласит: то выделенное состояние, к которому стремится система, отличается тем, что в нём перенос энтропии в окружающую среду настолько мал, насколько это позволяют наложенные на систему граничные условия [55, с. 193].
Следовательно, если Клаузиус говорит о том, что энтропия мира стремится к максимуму, то Пригожий эмпирически доказал, что системная эволюция, наоборот, стремится к минимуму переноса энтропии в окружающую среду. Именно это ключевое противоречие лежит в основе эволюции Вселенной.
Пригожину удалось конкретизировать диалектические закономерности процессов, протекающих в природе, обществе и познании. Возникла единая всеобъемлющая концепция мироздания, значение которой трудно переоценить.
Таким образом, фундаментальный закон сохранения и превращения энергии является центральным камнем основы концепции мироздания. Отсюда можно сделать окончательный вывод: всю массу вовлекаемых в производство ресурсов человек должен приводить к одному совокупному измерителю - энергетическому. При этом совокупную энергию следует рассматривать в пересечении двух энергетических потоков - от Солнца («по вертикали») и от промышленных отраслей («по горизонтали»), то есть развитие агропромышленного комплекса необходимо рассматривать в целостной системе, где на входе одновременно функционируют в сочетании природная и антропогенная энергии, а на выходе образуется биоэнергия. Следовательно, мерой производственных возможностей агропромышленного комплекса может служить его биоэнергетический бюджет. Поэтому проблема роста объёмов продовольствия в основе своей проблема биоэнергетическая, тем более, что на каждую калорию продовольствия приходится затрачивать в настоящее время от 1,5 до 4,5 калорий энергии, материализованной в средствах производства [23].
Для выявления резервов промышленного птицеводства математические модели биоэнергетических процессов, непосредственно связанные с производством продукции птицеводства (мясо, яйцо, помёт, перо), становятся в настоящее время незаменимыми. При этом интенсификация производства продукции рассматривается через призму классификации факторов экстенсивного и интенсивного развития [89, с. 21]. Согласно такому подходу при разработке биоэнергетических моделей производства мяса и яиц птицы вначале следует рассматривать влияние отдельных факторов (причин) на результативный показатель с помощью детерминированных (без случайных переменных) приёмов исследования, а затем применять обратный (синтез) факторный анализ, когда отдельные элементы соединяются в общий результативный показатель. Основой разработки многофакторных, биоэнергетических моделей производства мяса и яиц птицы должны послужить имеющиеся в настоящее время соответствующие модели роста.
Резервы и биоэнергетический подход к их выявлению. Экономическая сущность резервов биоэнергетической эффективности технологий производства птицеводческой продукции
Зависимости (1.40) и (1.41) дают возможность вести постоянный мониторинг уровеня эффективности тпш используемых на птицефабрике технологий, а также увидеть насколько важны ресурсо- и энергосберегающие технологии. Если исходить из того, что энергия помёта, учитываемая в числителе зависимости (1.40), представляет собой величину, равную в среднем 26% от валовой энергии ВЭ поступившего на птицефабрику и скормленного птице корма (Fnov6p + FnojUHec = 0,26 ВЭ) [19], то необходимо обратить самое пристальное внимание на влияние помёта в решении проблемы энергии и уровня эффективности Г „ш используемых на птицефабрике технологий. Зависимости (1.34), (1.39), (1.40) и (1.41) показывают биоэнергетическую эффективность, то есть связаны со словом «эффективный», которое расшифровывается в специальной экономической литературе как «дающий эффект», «выгодный», приводящий к нужным результатам [67]. Но что значит «дающий эффект», «выгодный»? Если категория «выгода» в общем виде может быть определена как степень достижения целей, стоящих, например, перед инвестором и пределяемых его потребностями [47, с.344], то однозначной, общепринятой трактовки понятия «эффективность» до настоящего времени не существует [там же, с.361].
Принято считать, что термин «эффективность» появился первоначально в экономической литературе. Этот термин встречался уже в работах Вильяма Петти -одного из основателей классической политэкономии - и главы школы физиократов Франсуа Кенэ [57, с. 119]. Однако как самостоятельное экономическое понятие «эффективность» ими не разрабатывалась. Они употребляли этот термин в значении результативности и использовали его для оценки тех или иных правительственных или частных мер в зависимости от того, способствовали те или нет оживлению экономической жизни.
Классик политэкономии Адам Смит не употребляет в своих трудах термина «эффективность». Другой же классик политэкономии Давид Рикардо посчитал необходимым обратиться к понятию «эффективность». Им были предприняты попытки оценки эффективности капитала. В частности, он показал, что чем менее долговечен капитал, тем больше требуется постоянно затрачиваемого труда для сохранения его первоначальной эффективности [65, с.53].
У Рикардо термин «эффективность» используется уже не в значении результативность, а как отношение результата к определенному виду затрат, то есть приобретает уже то специфическое значение, которое было важным с точки зрения экономики при оценке определенных действий. С этого времени понятие «эффективность» приобретает статус экономической категории.
Уже в конце XIX века термин «эффективность», вместе с тем, начинает утрачивать свое чисто экономическое значение и используется для оценки разнообразных действий. Проблема эффективности является одной из актуальных областей экономики, привлекающей внимание многочисленных как отечественных, так и зарубежных исследователей. Об этом свидетельствует большое количество исследований, посвященных этой области экономики. Не претендуя на полноту, можно отметить работы [47, 57, 76, 90, 24, 11, 17, 77, 2, 83, 53], анализ которых позволяет сделать вывод, что «эффективность», в конечном итоге, определяется как способность сберегать соответствующее количество труда, времени, ресурсов и денег в расчёте на единицу всех необходимых и предполагаемых полезных эффектов создаваемых продуктов, технических систем, структур. Экономический эффект механизации и автоматизации в сферах агропромышленного комплекса в общем случае складывается из следующих составляющих [74, с. 19]: 1. Трудовой эффект. Он обусловлен сокращением прямых затрат живого труда. Например, по уходу птицей или на вспомогательных процессах на птицефабрике благодаря применению на соответствующих трудовых операциях машин вместо мускульных усилий человека. 2. Энергетический эффект. Он обусловлен сокращением расхода топлива или электроэнергии, улучшением графика работы энергетического оборудования, сокращением потерь тепла. 3. Структурный эффект. Он имеет особое значение в связи с автоматизацией производства и обусловлен тем, что устройство и принцип действия автоматизированного оборудования существенно отличается от неавтоматизированного (при смене этапов механизации производственных процессов). За счёт изменения устройства оборудования достигается сокращение регулирующих и запасных ёмкостей, металлоёмкости и стоимости оборудования, сокращаются потери производственной площади на устройство служебных проходов, увеличивается плотность поголовья птицы в расчёте на квадратный метр пола помещения или кубический метр его объёма. В результате сокращаются инженерные коммуникации, и, следовательно, капиталовложения. 4. Технологический эффект. Существует группа средств механизации и автоматизации, которые непосредственно связаны и влияют на технологию производства, обуславливая важный технологический экономический эффект. Так, улучшение микроклимата повышает продуктивность яичной и мясной птицы, автоматизация раздачи кормов сокращает его потери при потреблении птицей и транспортировке, регулируемый световой день повышает продуктивность несушек и улучшает сортность яиц. Здесь методически важно отличать чисто экономический эффект, образующийся вследствие сокращения, экономии капиталовложений, кормов, труда, электроэнергии, топлива и так далее, от технологического эффекта, образующегося за счёт увеличения количества и качества продукции. Величина экономического технологического эффекта определяется по следующей известной зависимости [74, с.27- 29]: где Эг- годовой экономический эффект; 31уд- суммарные приведённые удельные затраты на продукцию по всем сопряжённым процессам, то есть с учётом всех составляющих стоимости рассматриваемого вида продукции; ANp - годовое приращение продукции (увеличение продуктивности птицы) по причине использования новой технологии (машины); АЬ - приращение приведённых затрат на оборудование, обеспечивающее приращение продукции (продуктивности).
Потребность бройлера в обменной энергии. Средняя скорость поглощения обменной энергии бройлером
Как показывают уравнения (3.24) и (3.23), повышение отложения доли ВЭ7 или, согласно уравнений (3.42) и (3.44), (3.43) и (3.45), обменной энергии корма в продукцию можно добиться различными методами. Например, общеизвестным фактом является то, что при добавке жира и расширении энергопротеинового отношения в рационе для бройлеров отложение энергии в прирост повышается за счёт преимущественного отложения жира [71, 15]. Вместе с тем необходимо заметить, что на потребности птицы в ВЭ оказывают влияние многие факторы [44]. Куры - теплокровные обитатели суши; они регулируют свой обмен так, чтобы поддерживать постоянную температуру тела на уровне 41,7С. Если температура в птичнике значительно ниже этой величины (а она часто меняется в пределах от 12 до 28 - 30С, в зависимости от сезона и климатических зон), то значительная часть корма, потребляемого птицей, тратится на поддержание нормальной температуры тела в условиях окружающей среды. В холодных климатических зонах это важный фактор, особенно если корма дорогие. Поэтому нужно использовать все возможности для сохранения максимального количества теплоты, выделяемой птицей. Потери же птицей энергии в форме тепла происходят, в основном, в результате затрат энергии на поддержание жизни; затрат на синтез, транспортировку и отложение питательных веществ в продукцию, а также СДДК [19, с. 127]. Согласно таблице 3 теплопотери птицы составляют от 37 до 53% от ВЭ (в среднем 46% от ВЭ). Это говорит об острой необходимости присутствия в комплекте оборудования по обеспечению микроклимата регенератора теплоты, то есть рекуперативного теплообменника, через который должен проходить поток наружного воздуха, прежде чем ему попасть непосредственно в подогреватель (калорифер). Именно посредством рекуперативного теплообменника значительная часть энергии от средней величины 0,46-ВЭ вернется назад в птичник [18]. Это одна из основных задач, определяющая снижение себестоимости птицеводческой продукции.
Потребность в энергии у птицы зависит от многих факторов, включая породные и линейные различия, сбалансированность рационов, условия содержания. Главным в кормлении цыплят-бройлеров является обеспечение интенсивности роста с тем, чтобы получить тушки высоких категорий с минимальными затратами кормов на единицу прироста живой массы. Это достигается использованием полнорационных комбикормов, скармливаемых цыплятам в течение первых 1-4 недели в виде крупки (1-2мм), а в заключительный период (5 недель и старше) целесообразно использовать гранулированный комбикорм с размером частиц 1-5,5 мм [44].
Важное значение для рационального использования питательных веществ корма и высокой яйценоскости мясных кур имеет соотношение ВЭ1 и протеина в комбикорме, оптимальное значение которого в первой половине продуктивного периода должно равняться 165, во второй - 190 (энергопротеиновое отношение характеризуется количеством килоджоулей обменной энергии на 1% сырого протеина в килограмме корма). При правильном соотношении в рационе энергии и протеина, последний птица использует наиболее эффективно. На фоне низкой энергетической питательности рациона (узкое ЭПО, то есть узкое энергопротеиновое отношение) избыток протеина будет расходоваться на энергетические цели; при низком уровне протеина, но дастаточном количестве энергии можно получить вполне удовлетворительные результаты. Если учесть, что на источники энергии и протеина затрачивается основная часть всех средств, то становится очевидным, что обеспечение оптимального уровня энергии в рационах является не только важнейшим элементом в организме полноценного кормления, но и в экономике производства мяса птицы. Вместе с тем, при составлении рационов нельзя произвольно повышать их энергетическую питательность, а следует сохранять определённое соотношение энергии корма и протеина. При нарушении соотношения снижается использование питательных веществ корма. Предел энергетической питательности можно увидеть, по мнению автора настоящей работы, в показателе степени числа е уравнений (3.23) и (3.24). Из показателя степени числа е видно, что ВЭп, находящаяся в 100 граммах корма, ежесуточно потребляемого бройлером в первые семь дней жизни, должна быть всегда меньше величины (2558 - 10/) кДж/100 г., то есть имеется условие, которое можно записать так: ДО7 2558 - 10 /, кДж/100 г.
Например, ставится задача вырастить бройлера в течение / = 49 суток. Тогда ВЭ1 должна быть меньше 2558 - 10 49 = 2058 кДж/100 г, то есть ВЭ7 2058 кДж/100 грамм. Если же в данном случае говорить об обменной энергии (ОЭ), то она должна быть меньше 1455 кДж/100 г, то есть ОЭ 2058 0,7 1455 кДж/100 г. Соотношение энергии и протеина (под термином «протеин» подразумеваются все азотосодержащие соединения корма, без достаточного количества которых не могут образовываться яйца, мясо, перья) изменяется в зависимости от вида, возраста, направления продуктивности птицы, физиологического состояния, условий содержания. Более широкое, чем вышеназванное, энергопротеиновое отношение стимулирует направленность обменных процессов в организме птицы в сторону жироотложения, что приводит к увеличению живой массы. Для бройлеров этот процесс считается нормальным. А вот для курицы-несушки это связано со снижением яйценоскости. Производство мяса бройлеров базируется на использовании скороспелых, с интенсивным ростом, специализированных сочетающихся линий и гибридов; на создании оптимальных условий выращивания и содержания родительского стада и ремонтного молодняка с целью обеспечения ритмичного, круглогодового производства мяса бройлеров; на обеспечении хороших условий выращивания бройлеров при регулируемом режиме кормления птицы полноценными комбикормами. Для родительского стада бройлеров используется птица высокопродуктивных кроссов. В течение продуктивного периода у кур мясных пород и линий интенсивность яйцекладки неравномерна. В зависимости от сроков снесения первого яйца, пик яйцекладки должен быть достигнут примерно через 5 недель. При хорошей однородности стада и правильном выращивании пик достигается в 30-32-недельном возрасте. В течение 6-8 недель после пика яйценоскости выход яичной массы остается постоянным (уровень яйценоскости несколько снижается, а масса яиц увеличивается). После 40-недельного возраста у мясных кур начинается спад продуктивности. Вышеназванные биологические особенности у кур мясных пород должны найти своё отражение в математических моделях поиска резервов повышения биоэнергетической эффективности технологий производства яиц.
Аллометрия. Особые энергетические точки. Схема энергетического питания курицы-несушки
Такая последовательность чисел называется арифметической прогрессией, любой член которой можно вычислить по формуле tomc4ema= 122,7656 + 2-28,2928-(п- 1), где п - номер точки отсчёта. Согласно рис.3 при / = 294 суткам циклоида делится на две равные части. Поэтому если принять tomC4ema= 294 суткам, то тогда из равенства 294 = 122,7656 + 2-28,2928-(п - 1) получим, что количество 28,2928 - суточных периодов в первой половине циклоиды составит 2(п - 1) = 2-рк= 6,0522 штук, где рк- количество 56,5856-суточных периодов. На практике в качестве первой точки отсчёта берется начало 27-недельного возраста птицы [51, с.116], то есть 182-суточный возраст. В связи с этим можно записать, что 294 = 182 + 2-28,2928 (п - 1). Тогда количество 28,2928 - суточных периодов в этом случае составит 2(п - 1) = 2-рк= 3,9586 штук. Необходимо заметить, что центр циклоиды, находящейся в 294-суточном возрасте птицы, также вычисляется посредством арифметической прогрессии при п = 3, то есть 182 + 2-28(3 - 1) = 294. При этом, как показывает практика, начало периода максимальной яйценоскости приходится на возраст птицы t = 252 суткам. Поэтому начало периода максимальной яйценоскости является одной из явных точек отсчёта, то есть /отсчШа 252 суткам. Теперь вернёмся к разложению совф в ряд, когда за основу брались первые два члена ряда. Сейчас осуществим такое же разложение costp в ряд, но с первыми тремя членами ряда, то есть cosq) = 1 - — + -—, Подставив в последнее равенство вместо угла ф его значение, получим, что совф = 1 - 0,1077-(tomc4)2/i+ 0,0019-(/-/отсч)4/3. Здесь, как и в первом случае, имеется условие, суть которого заключается в следующем: 1 0,1077-(/-/отсч)2/3- 0,0019-(f-/omcJ4/3, то есть 7 f - tomC4.. Другими словами, разность между рассматриваемом возрастом t и точкой отсчета tomC4 должна быть больше или равна 7 суткам, то есть разность должна быть в размере одной недели. (Напомним: на практике все сроки основных технологических процессов берутся кратными недели, то есть 7 суткам. Это связано, в основном, с тем, что весь период эмбрионального развития птицы кратен неделе. Так, куриное яйцо инкубируется ровно три недели, а, например, утиное и индюшное - четыре недели [78, с. 197] ). Здесь, как и в первом случае, присутствует последовательность чисел, называемая арифметической прогрессией. Однако в данном случае, в отличие от первого, разность между последующим и предыдущим членами остаётся также неизменной, но равной d = 7 суткам. В связи с этим, как и в первом случае, можно записать следующие равенства: 294 = 122,7656 + 7-(п - 1) или 254 = 122,7656 + 7-(п -1). При его сревнении с первым видно, что без учёта третьего члена ряда, полученного в результате разложения тригонометрической функции соэф, за четыре недели накоплена ошибка в размере 28,2928 - 4-7 = 0,2928 суток. То есть при использовании только первых двух членов ряда еженедельная ошибка исчисляется величиной 0,2928 : 4 = 0,0732, а ежесуточная исчисляется в размере 0,0732 : 7 = 0,0104. Заметим, что полученная величина 0,0104 не имеет размерности, так как размерность «сутки» в конечном итоге была разделена на размерность «сутки». Зависимость изменения ошибки из вышеприведённых формул при постоянно меняющемся параметре t установить практически невозможно. Если, например, считать, что изменение ошибки будет идти по зависимости аналогично изменению Третьего Члена {0,0019 (Г — /omcw )4/ } В формуле Определения СОБф, то есть по зависимости 0,0104- (t- tomC4)Ali или, если сказать иначе, по параболе —порядка, то это нарушает в рассматриваемом вопросе складывающийся принцип ограничивающих постоянных величин в виде 28,2928 и 7 суток. Анализ формы кривой циклоиды яйценоскости показывает, что первая часть её арки по своей форме аналогична форме кривой одной из ветвей равносторонней гиперболы, у которой произведение координат есть величина постоянная с численным значением т [29, с.67]. При этом каждая ветвь гиперболы имеет вершину с равными по абсолютной величине координатами, что математически записывается следующим образом: у = I / = 7Н Таким образом, постоянная величина т как произведение двух чисел фиксирует часть определённой площади, лежащей под ветвью равносторонней гиперболы. Согласно рис.3 координаты у и t циклоиды яйценоскости равны между собой при t 140 суток, то есть у ґ 140 суток. Если предположить, что через точку у = t = 140 суток проходит и гипербола, то для неё постоянная величина т = 140-140 = 19600 суток2. Однако, используя принцип произведения двух чисел (сомножителей) и находя тем самым постоянную величину т, следует исходить из того, что в нашем случае одним из сомножителей должна быть разность J t - tomC4lma \, то есть постоянная величина т должна иметь значение, вычисляемое либо по формуле т =у-\ t - tomC4lma\y либо по фомуле m = \h-p - tomC4ema\2, где п - количество периодов «р» (величина «р» равна 7 суткам). Использование приведённых формул при определении постоянной величины т позволяет «привязать» гиперболу к циклоиде яйценоскости. Например, согласно первой формулы величина т может быть получена посредством произведения расстояний каждой точки гиперболы, замеренных от вертикальных прямых / = 0 суток и t = 294 суток. Так, исходя из того, что кривая графика циклоиды яйценоскости самым непосредственным образом связана с такими величинами оси абсцисс / как / = 182 суток и 1отсчета = 294 суток, величина т гиперболы может иметь значение т = 182182 - 294 = 20384 суток2. Здесь сомножителями являются числа 182 и 1182 - 2941. Отсюда следует, что координаты вершины ветви гиперболы составят величину у = t = л/20384 = 142,77 суток, что близко к графическим данным, изображённым на рис.3. Если исходить из того, что на практике точкой отсчёта интенсивности яйценоскости является возраст птицы tomC4tma = 182 суток, а при / = 252 суткам наступает начало периода максимальной яйценоскости, то постоянная величина т гиперболы в этом случае будет иметь значение т - 252-J252 - 182 = 17640 суток2, а координаты вершины ветви гиперболы составят величину = / = V17640 = 132,8156 суток. Из приведённых примеров видно, что координаты вершины ветви гиперболы находятся между 132,8156 и 142,77-суточного возраста птицы.
