本文關(guān)鍵詞：規(guī)�；半u場(chǎng)現(xiàn)代化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建立與應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

博文正文

規(guī)模化蛋雞場(chǎng)現(xiàn)代化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建立與應(yīng)用

   2013-06-25 20:57 星期二

1、引  言

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)與傳統(tǒng)家禽養(yǎng)殖業(yè)的結(jié)合，對(duì)養(yǎng)雞生產(chǎn)管理的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)綜合研究己成為可能。國(guó)外家禽業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，用于一般統(tǒng)計(jì)分析和飼料配方計(jì)算。20世紀(jì)70年代通過(guò)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)用于家禽遺傳育種；日本杉木等研究蛋雞模擬模型，由產(chǎn)蛋曲線變化來(lái)診斷疾病。20世紀(jì)80年代轉(zhuǎn)向知識(shí)處理，美國(guó)采用計(jì)算機(jī)分析腦電圖(EGG)來(lái)測(cè)定小雞維生素B6缺乏癥；日本對(duì)養(yǎng)雞場(chǎng)獸醫(yī)衛(wèi)生檢驗(yàn)與對(duì)策進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理rl-3]；美國(guó)Timmons-MB等(1989)開發(fā)了家禽管理專家系統(tǒng)，將家禽生物學(xué)模型和雞舍環(huán)境控制模型結(jié)合到專家系統(tǒng)，在控制雞舍溫度、計(jì)算通風(fēng)和加熱成本時(shí)，能確定不同的飼料、燃料、電和肉雞價(jià)格及室外溫度的條件下，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益所需的雞舍溫度rls]；Thorne-DH等(1989)研制了蛋雞高濕度日糧飼喂自動(dòng)化系統(tǒng)rl9]；Burnett-GA等(1989)報(bào)道了自動(dòng)控制自然通風(fēng)系統(tǒng)(ACNV)的性能及其在一個(gè)蛋雞場(chǎng)的應(yīng)用2。J。20世紀(jì)90年代后發(fā)達(dá)國(guó)家蛋雞生產(chǎn)趨于工廠化，美國(guó)百萬(wàn)羽規(guī)�；半u企業(yè)已占全美2.2億硐蛋雞飼養(yǎng)量的50%以上。主要通過(guò)傳感器與計(jì)算機(jī)作為雞舍的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，進(jìn)行以雞舍為單元的科學(xué)管理，F(xiàn)ilmer-D等(19 91)利用FI}()CKMAN系統(tǒng)來(lái)控制集約化雞舍的溫度、相對(duì)濕度、氨水平和通風(fēng)等環(huán)境條件r2l]；Sergeant-D等(1998)報(bào)道了家禽的監(jiān)視系統(tǒng)。

    國(guó)內(nèi)家禽業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用比國(guó)外晚15年。20世紀(jì)80年代中期，北京率先進(jìn)行生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)的研究；隨后我們開展“一個(gè)機(jī)械化蛋雞場(chǎng)生產(chǎn)管理輔助系統(tǒng)”的研制；其它一些養(yǎng)雞場(chǎng)亦有部分研究，系統(tǒng)研制雖然較多，但大多分散，集成度低。大體上經(jīng)歷了從DOS到Windows緩慢的發(fā)展過(guò)程，多采用我國(guó)頗有群眾基礎(chǔ)的FoxPro編制，飼料配方系統(tǒng)研制亦較多；當(dāng)國(guó)內(nèi)許劍琴等(1992)r4]、劉軍等(1995)『5n推出雞病診斷專家系統(tǒng)時(shí)，我們己將“八五”主持承擔(dān)的農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“雞常見疾病診斷專家系統(tǒng)”(Expert System about Chicken's CommonDiseases，ESCCD)『6_，針對(duì)ESCCD研究中，存在傳統(tǒng)專家系統(tǒng)較難解決的問(wèn)題：①雞群發(fā)病種類多，發(fā)病機(jī)理各異，癥狀復(fù)雜多變，受地域、季節(jié)和環(huán)境等外部因索影響較大。用產(chǎn)生式規(guī)則完整描述如此復(fù)雜系統(tǒng)，勢(shì)必因規(guī)則組合爆炸導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。ESCCD在建立模糊規(guī)則時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)化：將部分病癥的典型癥狀合并為“癥候群”進(jìn)行描述，該方法可減少規(guī)則數(shù)，提高診斷命中率，但因規(guī)則域未能完整覆蓋疾病診斷問(wèn)題空間或彼此產(chǎn)生交疊，可能導(dǎo)致不合理診斷結(jié)果，在一定程度上降低了系統(tǒng)的適應(yīng)性。②驗(yàn)證病歷使用聯(lián)機(jī)檢索的診斷報(bào)告，多數(shù)出自獸醫(yī)專業(yè)刊物。獸醫(yī)專家根據(jù)報(bào)告，對(duì)規(guī)則前件（前提）加權(quán)后輸入ESCCD中，達(dá)到80%完全符合率�；鶎邮褂谜咭蚺R床水平較低或受實(shí)驗(yàn)條件限制，對(duì)臨癥信息，特別是關(guān)鍵信息加權(quán)不夠準(zhǔn)確，會(huì)降低診斷正確率。③ESCCD缺乏自學(xué)習(xí)功能，獲取專家知識(shí)是建立ESCCD的“瓶頸”，為獲得較完整的雞病診斷規(guī)則和收集病例，開發(fā)者與獸醫(yī)專家進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)兩年的合作，而系統(tǒng)更新或添加知識(shí)完全由開發(fā)者手工進(jìn)行，用戶不能自行加入新規(guī)則，靈活性較差。我們利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)7—8.22，從知識(shí)表示、學(xué)習(xí)算法等入手，提高了診斷符合率，并加入最新的多媒體技術(shù)，界面更加友好直觀。免疫接種備忘子系統(tǒng)用來(lái)對(duì)免疫信息進(jìn)行管理和決策，國(guó)內(nèi)外尚不多見。在自動(dòng)控制技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)滕光輝等(1995)根椐不同生長(zhǎng)階段的雞群對(duì)其生長(zhǎng)環(huán)境的不同要求，設(shè)計(jì)了密閉式雞舍環(huán)境的自動(dòng)控制系統(tǒng)及監(jiān)控軟件，采用單片機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)密閉式雞舍以雞齡為基準(zhǔn)的溫度、光照度等環(huán)境控制，富通新能源生產(chǎn)銷售的飼料顆粒機(jī)秸稈顆粒機(jī)是養(yǎng)殖戶們生產(chǎn)顆粒飼料不錯(cuò)的選擇。

    我們針對(duì)國(guó)內(nèi)蛋雞生產(chǎn)水平與勞動(dòng)生產(chǎn)力低下的實(shí)情，借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家養(yǎng)雞業(yè)每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和集約化管理機(jī)制的成功經(jīng)驗(yàn)。本研究在已有成果『10—131推廣基礎(chǔ)上，將科學(xué)計(jì)算、繪圖處理、人工智能和自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)集成一體，采用傳感器、遙控?cái)z像、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)組成自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。軟件包括專家系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)等『14～1/]，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高度集成的系統(tǒng)，己在北京、上海和南京等規(guī)�；B(yǎng)雞場(chǎng)應(yīng)用。

2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成

2.1  結(jié)構(gòu)

    蛋雞規(guī)�；B(yǎng)殖場(chǎng)生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“蛋雞系統(tǒng)”）構(gòu)建如圖l所示。

2.2系統(tǒng)組成

2.2.1  管理系統(tǒng)

    由生產(chǎn)計(jì)劃子系統(tǒng)、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)、飼料庫(kù)存管理子系統(tǒng)、優(yōu)化飼料配方子系統(tǒng)和免疫接種備忘子系統(tǒng)等與數(shù)據(jù)庫(kù)相配套的若干應(yīng)用軟件組成管理系統(tǒng)。

2.2.2  實(shí)用的專家系統(tǒng)

    1) ESCCD數(shù)學(xué)模型耦合研究。對(duì)己收集的該領(lǐng)域?qū)＜业碾u病臨床和病理剖檢的理論和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，反復(fù)提煉臨床實(shí)踐中專家診治禽病的推理思維過(guò)程，定量分析雞疾病指標(biāo)，逐漸形成一套診斷雞病的邏輯推理方法，并與領(lǐng)域?qū)＜易劇⒂懻�，進(jìn)而歸納墼理出雞病的診斷知識(shí)，經(jīng)病歷驗(yàn)證，完全符合率達(dá)80%。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)ESCCD臨床實(shí)際應(yīng)用的不足，采用比例訓(xùn)練BP算法，對(duì)輸入數(shù)據(jù)降維處理，解決了收斂速度和特征提取的難點(diǎn)。針對(duì)雞群發(fā)病諸癥狀指標(biāo)分布具有數(shù)學(xué)意義上稀疏的、缺乏完整概念集的實(shí)例空間，訓(xùn)練模式對(duì)應(yīng)的稀疏矩陣的向量分布無(wú)平滑變化等特征，提出對(duì)訓(xùn)練模式進(jìn)行樣本重組的改進(jìn)方法『17]，其特點(diǎn)是訓(xùn)練速度快、特征抽取能力強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，診斷符合率由80%提高到94．1%，訓(xùn)練次數(shù)從7 900次（常規(guī)BP算法）減少到800次。由此證明知識(shí)表示有效實(shí)用（圖2）。

    2)簪考芳鷺勃乳診斷常見雞疾病的實(shí)用化多媒體系統(tǒng)。在原有ESCCD基礎(chǔ)上，研制一個(gè)高效的基于模糊推理機(jī)制和推理結(jié)果進(jìn)行有效說(shuō)明的解釋機(jī)制。對(duì)已有文字、聲音、圖形和圖像等多種媒體綜合加工處理，通過(guò)計(jì)算機(jī)即刻獲得有關(guān)臟器病理剖檢圖譜和不同時(shí)期病雞臨床癥狀動(dòng)畫圖片的新信息，讓用戶在輸入臨床癥狀、病理剖檢等有關(guān)指標(biāo)時(shí)，能夠與實(shí)際病雞的臨診情況進(jìn)行比較，輸入較吻合的信息，提高系統(tǒng)診斷雞病的能力。

2.2.3  自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

    1)分布式智能數(shù)據(jù)采集與控制網(wǎng)絡(luò)的建立：采用模制的智能測(cè)控端，各測(cè)控端通過(guò)RS-485網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

    2)移動(dòng)監(jiān)視、監(jiān)聽：現(xiàn)場(chǎng)圖像、聲音的全方位采集和觀察，用視頻分割器與長(zhǎng)延時(shí)錄像機(jī)組成音視頻信號(hào)的儲(chǔ)存�？刂朴�(jì)算機(jī)將前端攝像信號(hào)經(jīng)壓縮調(diào)制后通過(guò)電話線實(shí)現(xiàn)圖像遠(yuǎn)程傳輸（圖3）。

3  系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵

3.1  數(shù)據(jù)集成技術(shù)

    規(guī)�；B(yǎng)雞場(chǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的集成，為自動(dòng)化控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、人工智能、多媒體和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等技術(shù)提供一個(gè)支撐環(huán)境。系統(tǒng)分布于蛋雞場(chǎng)生產(chǎn)管理全過(guò)程，承擔(dān)信息的收集、顯示、存儲(chǔ)、傳送等功能。通過(guò)在數(shù)據(jù)級(jí)別上綜合和集成，將各子系統(tǒng)緊密連接，統(tǒng)一在應(yīng)用框架下按生產(chǎn)需要連接、配置和整合，使管理者能通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與雞場(chǎng)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化、管理控制一體化的雞場(chǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，及時(shí)了解企業(yè)經(jīng)營(yíng)、管理情況，為企業(yè)決策提供依據(jù)。

3.2利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改進(jìn)雞病專家系統(tǒng)

雞病專家系統(tǒng)現(xiàn)有200多個(gè)癥狀輸入指標(biāo)和30個(gè)診斷輸出指標(biāo)，這是一個(gè)多維空間問(wèn)題。針對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)BP算法收斂性和泛化能力較差的缺陷，提出模式樣本重組的比例訓(xùn)練BP算法，對(duì)輸入模式降維處理，以有效抽取網(wǎng)絡(luò)特征，提高了全局收斂能力。

3.3  自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

    采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。上層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為局域網(wǎng)，連接部門微機(jī)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，提供信息資源共享環(huán)境，運(yùn)行雞場(chǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)。底層控制網(wǎng)絡(luò)為分布式智能數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，依照RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，將若干智能測(cè)控端與上位機(jī)連接成網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)，測(cè)控端以雞舍為單元，監(jiān)測(cè)控制環(huán)境指標(biāo)和設(shè)備狀況，上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)控端，，處理測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，設(shè)定控制算法和參數(shù)。

    系統(tǒng)采用ActiveX組件開發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊，組件具有不依賴特定開發(fā)工具、重用性好、運(yùn)行效率高和便于管理等優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)定制組件完成采集任務(wù)，完整封裝了通信、采集、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)權(quán)限授予C()M組件，保證數(shù)據(jù)庫(kù)安全性、避免數(shù)據(jù)庫(kù)資源浪費(fèi)，將通信協(xié)議細(xì)節(jié)同應(yīng)用隔離。

3.4移動(dòng)監(jiān)控管理系統(tǒng)的核心

    YH-YJX移動(dòng)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)成4個(gè)獨(dú)立分體結(jié)構(gòu)（控制系統(tǒng)、移動(dòng)攝像、組合電纜和移動(dòng)導(dǎo)軌），其核心之一是移動(dòng)攝像系統(tǒng)，即采用汽車底盤結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直按安裝在底盤上，可作為獨(dú)立的部件方便拆卸；其核心之二是解決移動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)距離電纜的同步移動(dòng)，設(shè)計(jì)懸掛式結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)動(dòng)力力矩、阻力、摩擦力計(jì)算，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4  系統(tǒng)應(yīng)用

    系統(tǒng)己在北京、上海和南京等規(guī)�；B(yǎng)雞場(chǎng)應(yīng)用。用戶報(bào)告顯示：①上海市新楊家禽育種中心稱蛋雞系統(tǒng)是目前規(guī)�；曫B(yǎng)管理的好幫手，系統(tǒng)使用改善了種雞生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量和防疫條件，種雞成活率提高3%，產(chǎn)蛋率提年可創(chuàng)利183. 37萬(wàn)元。②南京市象山蛋雞場(chǎng)稱1999年全群產(chǎn)蛋率提高8%，死亡率下降5%，飼料成本每公斤節(jié)省0. 05元，每年新增產(chǎn)值143. 92萬(wàn)元。⑧北京華都峪口禽業(yè)有限責(zé)任公司稱在該系統(tǒng)全面優(yōu)化作用下，公司增收節(jié)支效果顯著，公司年飼養(yǎng)3萬(wàn)套祖代雞，30萬(wàn)套父母代雞，系統(tǒng)實(shí)施后產(chǎn)蛋率提高5%，新增產(chǎn)值360余萬(wàn)元；飼料年生產(chǎn)量4萬(wàn)t，每t飼料成本降低30元，節(jié)支120萬(wàn)元；飼料銷售量增加5 000 t，增加產(chǎn)值650萬(wàn)元；死淘率降低4%，減少損失100萬(wàn)元，間接增加產(chǎn)值400萬(wàn)元，共新增利稅230萬(wàn)元，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

5 結(jié)語(yǔ)

    蛋雞秀務(wù)簸藉立是我國(guó)信息管理系統(tǒng)、專家系統(tǒng)和自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在規(guī)模化養(yǎng)雞場(chǎng)生產(chǎn)應(yīng)用中的一個(gè)嘗試：

    1)建成適合于“規(guī)�；半u場(chǎng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)”的試驗(yàn)基地，與國(guó)外同期比較，德國(guó)Big Dutchman公司(1999)研制的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的功能包括溫度、濕度、氨氣濃度的環(huán)境參數(shù)采集，飲水量以及采食量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，雞舍溫度、通風(fēng)、喂料的自動(dòng)控制等。而我們所研究的內(nèi)容，除飲水量和耗料量數(shù)據(jù)采集因國(guó)內(nèi)養(yǎng)雞場(chǎng)當(dāng)前飼養(yǎng)的實(shí)情，尚未實(shí)現(xiàn)外，其他功能均己實(shí)現(xiàn)；在此基礎(chǔ)上，還利用專題組已有移動(dòng)攝像監(jiān)視專利，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，以及遠(yuǎn)程監(jiān)視圖像傳輸和設(shè)備故障報(bào)警等功能，更加貼近生產(chǎn)實(shí)際。

    2)建成“規(guī)�；半u場(chǎng)生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)”的中試線，除包括生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、飼料庫(kù)存管理和優(yōu)化飼料配方應(yīng)用軟件外，還根據(jù)養(yǎng)雞生產(chǎn)的需求，創(chuàng)建免疫接種備忘系統(tǒng)，它可對(duì)免疫信息進(jìn)行管理，提供雞法氏囊和新城疫首免日齡預(yù)測(cè)向?qū)�，根�?jù)母源抗體水平，推薦最佳首免日齡，達(dá)到更好的免疫效果。建立抗體測(cè)定檔案庫(kù)，探討免疫前后抗體滴度的變化趨勢(shì)，根據(jù)既定的免疫程序制訂免疫日歷，起到備忘錄作用，更好地安排生產(chǎn)，達(dá)到衛(wèi)生保健目的。

    3)建立“多媒體雞病專家泵統(tǒng)”生產(chǎn)線雛型，在已有ESCCD基礎(chǔ)上，我們用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提高雞病診斷符合率。與國(guó)外同期研究相比，Roush-WB等(1996)利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只對(duì)雞腹水癥1種疾病進(jìn)行診斷弘J。而我們采用該方法提出模式樣本重組的比例訓(xùn)練BP算法，對(duì)30種常見雞傳染病、營(yíng)養(yǎng)代謝和寄生蟲病進(jìn)行了優(yōu)化。與此同時(shí)又加入多媒體技術(shù)，讓用戶任意查詢9大類83個(gè)雞病的病原、癥狀、診斷、治療和防治等信息，以及對(duì)診斷過(guò)程進(jìn)行推理解釋等，為用戶配上一套百萬(wàn)字的雞病診斷及養(yǎng)雞咨詢電子書，使改進(jìn)后的ESCCD臨癥更加實(shí)用。

    蛋雞系統(tǒng)己在上海和南京兩場(chǎng)示范，同時(shí)又輻射北京和長(zhǎng)江中下游如皋、東臺(tái)和無(wú)錫等大型蛋雞企業(yè)。通過(guò)上述應(yīng)用，顯示規(guī)模化蛋雞場(chǎng)對(duì)信息管理以及自動(dòng)化生產(chǎn)具有廣泛的需求，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)類似并達(dá)到該項(xiàng)目之系統(tǒng)集成度的替代品。國(guó)家科技部己將“蛋雞規(guī)�；B(yǎng)殖場(chǎng)生產(chǎn)管理自動(dòng)化系統(tǒng)”列入“十五”國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃項(xiàng)目指南，系統(tǒng)的示范推廣具有廣闊的前景，可提高大型養(yǎng)殖場(chǎng)的自動(dòng)化控制程度，改善基層養(yǎng)殖場(chǎng)疾病診斷能力低下的現(xiàn)狀，提高經(jīng)濟(jì)效益，使建立我國(guó)家禽生盧企業(yè)信息管理體系成為可能。

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