《飼料配方設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

1、飼料配方設(shè)計(jì)FEED FORMULATION,劉 強(qiáng) 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院 College of Animal Science 選用樣本描述與實(shí)際原料最接近的數(shù)據(jù)。 實(shí)際測定結(jié)果： 適時(shí)抽樣檢測，結(jié)果最可靠，但往往指標(biāo)不全； 根據(jù)常規(guī)成分分析結(jié)果預(yù)測： 對有效能值的預(yù)測 對氨基酸含量的預(yù)測,常用原料Cp和HAA含量,From: The AmiPig database released by the following organizations: French Feed Database, Ajinomoto Eurolysine, Aventis Animal Nutrition, I

2、NRA, Technical Institute for Cereals and Forage (ITCF),常用原料Cp和HAA消化率,From: The AmiPig database released by the following organizations: French Feed Database, Ajinomoto Eurolysine, Aventis Animal Nutrition, INRA, Technical Institute for Cereals and Forage (ITCF),常用原料Cp和HAA可消化量,From: The AmiPig databa

3、se released by the following organizations: French Feed Database, Ajinomoto Eurolysine, Aventis Animal Nutrition, INRA, Technical Institute for Cereals and Forage (ITCF),用常規(guī)成分預(yù)測飼料代謝能的公式,用常規(guī)成分預(yù)測賴氨酸含量的公式,X1粗蛋白；X2水分；X3粗脂肪；X4粗纖維；X5粗灰分，數(shù)值為各種成分的百分比。,用常規(guī)成分預(yù)測含硫氨酸的公式,X1粗蛋白；X2水分；X3粗脂肪；X4粗纖維；X5粗灰分，數(shù)值為各種成分的百分比。

4、,原料及其營養(yǎng)價(jià)值數(shù)據(jù),主原料 參加全部計(jì)算過程,輔原料 不參加前期計(jì)算,重點(diǎn)平衡的指標(biāo),可能平衡的指標(biāo),擬定初始配方,預(yù)定各主原料的用量比例，預(yù)留補(bǔ)充礦物質(zhì)、維生素和添加劑的比例空間。 全價(jià)配合料的原料構(gòu)成 (%),預(yù)留空間：,58%,24%,810%,非常規(guī)原料的參考用量,分析初擬配方,調(diào)整配方,判別標(biāo)準(zhǔn)： D0能量和蛋白同高或同低于需要量，D0與需要量相比，兩指標(biāo)一高一低。,檢驗(yàn)數(shù)： 取 Cij 中與 D 符號相同，數(shù)值最接近的原料可能組合進(jìn)行替換。,取代量： 能量優(yōu)先的取代量： 蛋白優(yōu)先的取代量：,常見問題及解決方案,某種原料的取代量大于其原有用量： 全部取代該原料，重新分析配方，進(jìn)行

5、二次調(diào)整。 RCp與RDE的差值很大： 一次不能平衡，可按RCp和RDE的中間量進(jìn)行取代，重新分析配方，進(jìn)行二次調(diào)整。,常見問題及解決方案,始終不能平衡： 檢查選用的原料與需要量是否匹配，若每種原料的能量和蛋白含量均大于或小于對應(yīng)需要量 重新選擇原料，重?cái)M初始配方，再計(jì)算。 建議能量飼料和蛋白飼料各選擇23種，其中能量飼料的有效能、蛋白飼料的粗蛋白分別大于對應(yīng)的需要量。 預(yù)留比例空間過大或過?。?空比例差額1%，重新擬定配方，進(jìn)行計(jì)算。,配方結(jié)果報(bào)告,原料種類及其主要質(zhì)量指標(biāo)或描述： 例如：黃玉米GB二級，水分43%，均勻的淡黃色等。 配合比例： 關(guān)鍵營養(yǎng)指標(biāo)的計(jì)算值： 特殊原料使用或加工注意

6、事項(xiàng)： 例如：用量1.0kg/T的添加劑應(yīng)先與10倍載體混合后再用； 植物油先用58倍的豆粕粉吸附后再用，等。,作業(yè)一,利用試差法為兩種動物分別計(jì)算一個(gè)全價(jià)配合飼料配方 要求： 按照寫出每個(gè)步驟的詳細(xì)計(jì)算過程和完整的最終配方結(jié)果； 總結(jié)每個(gè)配方計(jì)算過程的體會，并對最終配方進(jìn)行分析； 字跡清晰，書寫要有條理； 不得抄襲同學(xué)或其他文獻(xiàn)中的配方，如被發(fā)現(xiàn)，本課程成績以零分計(jì)。,試差法的缺點(diǎn),能兼顧的指標(biāo)少，一般只能平衡兩個(gè)指標(biāo)； 需要有一定的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識； 計(jì)算的數(shù)學(xué)方法不嚴(yán)密，過程繁瑣，需要多次反復(fù)； 不能優(yōu)化配方成本進(jìn)行。,線性求解問題的提出,配方過程的數(shù)學(xué)含義： 用m種原料，配制成能

7、滿足n個(gè)營養(yǎng)需要量指標(biāo)的飼料，求各種原料的配合比例。 設(shè)m種原料的用量為x1, x2, , xm，n個(gè)營養(yǎng)指標(biāo)為b1, b2, , bn；第 i 種原料的第 j 個(gè)指標(biāo)含量為aij，則可建立以下方程組，求解即可得配方比例。,方程組求解存在的問題,原料或指標(biāo)多時(shí)，方程過大，計(jì)算不便； mn，可能有多個(gè)解； m=0。 未考慮價(jià)格因素。,現(xiàn)有玉米、魚粉、豆粕和米糠四種原料，已知其消化能、粗蛋白和賴氨酸含量、價(jià)格，以及仔豬的營養(yǎng)需要量(見下表)，請問四種原料如何搭配才能既滿足仔豬營養(yǎng)需要，成本又最低？其中魚粉用量不能少于3%，米糠用量不能大于5%。,線性規(guī)劃法,假設(shè)： 玉米、魚粉、豆粕和米糠四種原料的

8、用量百分比分別為X1, X2, X3和X4。 配方需要滿足的條件： 滿足仔豬營養(yǎng)需要： 消化能3.41X1+3.10X2+3.15X3+3.02X4=3.30; 粗蛋白8.6X1+62.5X2+43.0X3+12.8X4=21.0; 賴氨酸0.24X1+5.12X2+2.45X3+0.74X4=1.35; 原料用量限制： 魚粉用量不能少于3%X2=3.0%； 米糠用量不能大于5%X4=5.0%；,建立配方數(shù)學(xué)模型(一),總量控制： 四種原料搭配X1+X2+X3+X4=100%； 解的屬性限制： X1、X2 、X3、X4 =0 求解目標(biāo)： 配成的飼料成本最低Min(1.10X1+2.30X2+5

9、.80X3+0.92X4),建立配方數(shù)學(xué)模型(二),配方數(shù)學(xué)模型總結(jié),求滿足方程組 X2=3.0%； X4=3.30； 8.6X1+62.5X2+43.0X3+12.8X4=21.0； 0.24X1+5.12X2+2.45X3+0.74X4=1.35； X1, X2, X3, X4 =0 而且能使： 1.10X1+2.30X2+5.80X3+0.92X4之和最小 則：X1, X2, X3和X4 =？,決策變量：X1, X2, , Xn 約束方程： a11*X1+a12*X2+a1n*Xn=b1 a21*X1+a22*X2+a2n*Xn=bm X1, X2, , Xn=0 目標(biāo)函數(shù)： Min/M

10、ax(C1*X1+C2*X2+Cn*Xn),aij技術(shù)系數(shù)； bi資源存量 或邊界； Cj貢獻(xiàn)系數(shù),線性規(guī)劃的一般模式,L.V. Kantorovich, 1939, Noticed its practical importance and gave the first algorithm solution G.B. Dantzig, 1947, invented the Simplex Method and applied in the U.S. Air Force. T.C. Koopmans, 1947, Applied in classical Economic Analysis Mo

11、del. L.V. Kantorovich and T.C. Koopmans, 1975 Nobel Prize for Economy.,模型的轉(zhuǎn)化-標(biāo)準(zhǔn)型： a11*X1 + a12*X2+ +a1n*Xn -X(n+1) =b1 a21*X1+ a22*X2+ +a2n*Xn +X(n+2) =b2 am1*X1+am2*X2+ +amn*Xn -X(n+m) =bm X1, X2, , Xn=0 即：AX=b; X=0 目標(biāo)函數(shù) Min(C1*X1+C2*X2+Cn*Xn),松弛變量,線性規(guī)劃問題的求解過程,假定：約束方程組系數(shù)矩陣Am*(n+m)的秩為m (即m個(gè)方程是線性無關(guān)的)

12、，則一定存在一個(gè)m*m階非奇異子矩陣B (即|B|0)，稱B為方程組的一個(gè)基。 原約束方程組可寫為： 若令Xm+1, Xm+2, , Xn=0，即可得在此基下的唯一解(基本解) 若該解為基本可行解，則代入目標(biāo)函數(shù)得： 可見，只有CBB-1N-CN0時(shí)，目標(biāo)函數(shù)才有最小值，Smin =CBB-1b,解集： 線性規(guī)劃的解域?yàn)橐煌辜?基本解： 滿足約束方程 AX=b 的解A(m*n)的秩為m，且有m個(gè)線性無關(guān)的列向量(nm)； 基本可行解： 既滿足AX=b，且Xij=0的解，即可行解域的頂點(diǎn)，頂點(diǎn)個(gè)數(shù)是有限的； 最優(yōu)解： 使得目標(biāo)函數(shù)取最小值的可行解，一定在可行解域的頂點(diǎn)上。,線性規(guī)劃解的類型,(

13、0,30),(40, 0),(34.4824, 12.4138),(20,24),(0, 0),線性規(guī)劃的圖解法,目標(biāo)函數(shù)S=Max(7X1+12X2)在各頂點(diǎn)的取值分別為：(0, 0)0; (0, 30)360; (20, 24)428; (40, 0)280; (34.4824, 12.4138)390.3424,創(chuàng)建基本數(shù)據(jù)表： 輸入原料養(yǎng)分含量(技術(shù)系數(shù), aij)、營養(yǎng)參數(shù)和原料用量的上下限(資源存量或邊界, bj)，以及原料單價(jià)(貢獻(xiàn)系數(shù), Ci)； 指定存放原料實(shí)際用量(決策變量, Xij)、實(shí)際養(yǎng)分濃度和配方成本(目標(biāo)函數(shù))計(jì)算結(jié)果所在的單元格； 在實(shí)際養(yǎng)分濃度和配方成本單元格

14、中，用公式正確反映aij和Xij，以及Xij和Ci間的數(shù)量關(guān)系； 計(jì)算原料實(shí)際用量總和，放入指定單元格中。,用EXCEL設(shè)計(jì)配方的步驟,調(diào)用“線性求解”功能，填寫各對話框： 目標(biāo)單元格配方成本所在單元格，選擇“最小值”選項(xiàng)； 可變單元格原料實(shí)際用量所在單元格； 約束條件逐項(xiàng)添加各種養(yǎng)分實(shí)際濃度與對應(yīng)營養(yǎng)參數(shù)上下限，各原料實(shí)際用量與用量上下限間的關(guān)系 (=, =, = or int / bin)，即各單元格間的關(guān)系；令實(shí)際用量總和為100%； 選擇“采用線性模型”和“假定非負(fù)”條件。 求解：,用EXCEL設(shè)計(jì)配方的步驟,無解： 可行解域?yàn)榭占?，即存在不相容的約束條件； 如某種原料用量或營養(yǎng)參數(shù)的

15、下限大于上限； 各原料用量下限之和大于100%，或上限之和小于100%； 某些營養(yǎng)指標(biāo)定得太高，而選擇的飼料質(zhì)量差或用量限制太低。 無窮解： 解域開放，非閉合的凸集，即約束條件不完善； 如原料用量未約束xi=100%； 目標(biāo)函數(shù)與約束條件之一存在線性相關(guān)。,常見問題及解決辦法,EXCEL配方表的功能擴(kuò)展,多配方表： 在一張工作表上一次計(jì)算多個(gè)配方； 顯著降低工作量，且便于比較； 建模過程： 分別建立多個(gè)配方模型； 累加各模型的配方成本匯總為總成本，放入另一單元格中； 在對話框中將總成本框設(shè)定為目標(biāo)單元格；可變單元格中分別列舉各模型的原料實(shí)際用量；約束條件框中分別添加各模型的5項(xiàng)約束條件。,EX

16、CEL配方表的功能擴(kuò)展,原料分配或分?jǐn)偅?在多配方表單中，解決庫存量不足或剩余時(shí)的現(xiàn)有原料合理分配和分?jǐn)倖栴}； 模型修改： 累加各模型中該原料的實(shí)際用量，放入總用量單元格中； 在對話框的約束條件中添加相應(yīng)的約束條件。,濃縮料和預(yù)混料,應(yīng)用方法： 與養(yǎng)殖戶自有飼料 (多為谷物及其加工副產(chǎn)品以能量飼料為主) 按一定比例配合，構(gòu)成近似全價(jià)配合飼料。 構(gòu)成原料： 濃縮料蛋白質(zhì)飼料和氨基酸、礦物質(zhì)、維生素和飼料添加劑。 預(yù)混料氨基酸、礦物質(zhì)、維生素、飼料添加劑和少量蛋白質(zhì)飼料。 設(shè)計(jì)思路： 以當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖戶的自有飼料為基礎(chǔ)，分析多個(gè)典型配方的養(yǎng)分盈虧規(guī)律，平衡使用范圍和成本。,濃縮料和預(yù)混料配方,模型修改：

17、在全價(jià)料配方模型上： 選擇組成濃縮料或預(yù)混料的原料種類，并計(jì)算其用量總和，放入指定的單元格中； 計(jì)算預(yù)混料的配方成本，放入指定的單元格中； 在另外兩個(gè)單元格中，分別輸入預(yù)混料的價(jià)格上、下限； 調(diào)用“工具”“規(guī)劃求解”，在“約束條件”框中添加“預(yù)混料用量總和”單元格=實(shí)際用量比例，“預(yù)混料成本”單元格=“價(jià)格下限”和=“價(jià)格上限”單元格； 求解。,添加劑預(yù)混劑配方,種類和成分： 維生素預(yù)混劑：又稱“多維”，畜禽用產(chǎn)品一般含脂溶性維生素4種，B族維生素68種；水產(chǎn)用產(chǎn)品還應(yīng)有維生素C、肌醇和肉堿等成分。都不包括膽堿，添加量0.01%0.05%。 微量元素預(yù)混劑：單胃動物用產(chǎn)品一般含68種微量元素，

18、反芻動物用產(chǎn)品還應(yīng)有硫、鎂和鉬等元素，添加量0.05%0.5%。 復(fù)合預(yù)混劑：除上述兩種產(chǎn)品的復(fù)合物外，有時(shí)也包括膽堿，添加量0.1%1.0%。,添加劑預(yù)混劑配方,設(shè)計(jì)思路： 原料中的維生素和微量礦物的實(shí)際含量受品種、產(chǎn)地、儲藏時(shí)間和加工方式等影響，生產(chǎn)中一般不予考慮，全部依賴外源添加滿足動物的相應(yīng)需要； 多數(shù)維生素和礦物質(zhì)除常規(guī)營養(yǎng)功能外，還具有促進(jìn)生長、增強(qiáng)免疫或改善產(chǎn)品品質(zhì)等附加功能，實(shí)際添加往往高于推薦的營養(yǎng)需要量； 需要區(qū)分所用原料的有效成分、含量/活性、生物學(xué)價(jià)值、原料的加工工藝、最終產(chǎn)品的包裝方式和用戶的使用方式等。 鑒于上述原因，各種維生素和微量元素的實(shí)際添加量高于推薦營養(yǎng)需要

19、量110倍；,0.13,0.25,0.05,0.11,生物素mg,400,1200,500,-,膽堿 mg,0.95,0.80,0.3,0.68,葉酸 mg,22.0,20.0,10.0,13.4,泛酸 mg,42.0,25.0,15.0,23.0,煙酸 mg,32.0,60.0,17.5,23.0,VB12 g,8.0,6.0,3.50,3.10,VB2 mg,0.9,3.0,1.0,1.30,VB1 mg,3.3,2.0,0.50,2.20,VK mg,33,30,16,12,VE mg,2200,2000,220,240,VD IU,12000,20000,2200,2400,VA IU

20、,Conti(5610),Roche,NRC(1998),GB(1986),Per kg ration,510kg仔豬的維生素需要量,0.12,0.15,0.15,0.09,生物素mg,470,1500,1300,1300,膽堿 mg,1.00,1.50,0.55,0.55,葉酸 mg,13.0,20.0,10.0,9.3,泛酸 mg,81.0,50.0,35.0,37.0,煙酸 mg,15.0,30.0,10.0,9.0,VB12 g,7.9,8.0,3.6,7.2,VB2 mg,2.0,3.0,1.8,2.0,VB1 mg,3.0,3.0,0.50,0.53,VK mg,28,30,10,

21、10,VE mg,2750,1500,200,200,VD IU,10500,15000,1500,2700,VA IU,Conti(3610),Roche,NRC(1994),GB(1986),Per kg ration,04wk肉仔雞的維生素需要量,0.72,0.14,0.17,I (mg/kg As Fed),0.36,0.30,0.15,Se (mg/kg As Fed),1.2,-,-,Co (mg/kg As Fed),120,100,104,Zn (mg/kg As Fed),48,4.0,4.1,Mn (mg/kg As Fed),200,6.0,6.3,Cu (mg/kg A

22、s Fed),150,100,146,Fe (mg/kg As Fed),Conti(5610),NRC(1998),GB(1986),510kg仔豬的微量元素需要量,作業(yè)二,每人在一個(gè)工作表內(nèi)建立兩個(gè)配方模型，并嘗試多配方、原料分配或濃縮料配制等擴(kuò)展功能。 模型中的各類數(shù)據(jù)排列要有規(guī)律，結(jié)構(gòu)清晰明了、美觀大方，增強(qiáng)模型的可讀性。 實(shí)習(xí)結(jié)束后，在11月15日前，通過電子郵件發(fā)到 ； 文件用以下格式命名：“學(xué)號+姓名”，如“1517101 馬萬俊.xls”，并在郵件主題中務(wù)必標(biāo)明您的姓名。,作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)引用是否正確 (20%) 營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、原料的養(yǎng)分含量應(yīng)相互對應(yīng)，數(shù)值必須準(zhǔn)確。 模型結(jié)構(gòu)完

23、整性 (60%) 能否順利求解。 營養(yǎng)指標(biāo)選擇、原料用量上下限設(shè)置； 配方實(shí)際營養(yǎng)濃度、配方成本和原料總和的計(jì)算公式； 目標(biāo)單元格、可變單元格和約束條件設(shè)置； 實(shí)用性 (20%) 營養(yǎng)指標(biāo)的選用和原料用量上下限的設(shè)置應(yīng)盡量接近生產(chǎn)實(shí)際； (實(shí)際營養(yǎng)濃度-需要量)/需要量1% ； 整體評價(jià),國內(nèi)專業(yè)配方介紹-三新,國內(nèi)專業(yè)配方介紹-Refs 3.0,配方系統(tǒng)比較,數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獲取、更新和調(diào)用，軟件的關(guān)鍵。 建模子系統(tǒng) 表述營養(yǎng)需要、飼料營養(yǎng)價(jià)值、用量限制和原料價(jià)格間的數(shù)量關(guān)系。 規(guī)劃計(jì)算子系統(tǒng) 以線性規(guī)劃為核心，輔以目標(biāo)規(guī)劃和概率配方等。 結(jié)果診斷分析子系統(tǒng) 使結(jié)果直觀、形象、易于理解。 結(jié)果輸出子系統(tǒng) 知識庫子系統(tǒng) 軟件自身管理系統(tǒng),影響飼料配方的因素,飼料配方是飼料工業(yè)的核心技術(shù)之一，需要綜合應(yīng)用動物營養(yǎng)學(xué)、飼料學(xué)、畜禽養(yǎng)殖技術(shù)、飼料加工技術(shù)、化學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的知識；飼料配方又是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，配方人員需要切實(shí)考慮目標(biāo)動物的品種與生理階段、原料的變異性、飼料加工工藝參數(shù)、飼養(yǎng)管理方法和期望生產(chǎn)性能等，設(shè)計(jì)出能綜合體現(xiàn)營養(yǎng)供應(yīng)的全面、平衡、性價(jià)比最高的原料組合配比。,Scientific information r