饲料配方的科学与艺术_饲料配方软件的应用及存在的问题

smallgao · 发表于 2008-6-20 15:48:55

附件:

饲料配方的科学与艺术_饲料配方软件的应用及存在的问题.rar
[发布时间:2008-06-20 15:53:24 - 下载次数:0]

饲料配方的科学与艺术
———饲料配方软件的应用及存在的问题
武书庚, 苗燕编译
( 中国农业科学院饲料研究所, 北京100081)
饲料配方的制作应综合考虑原料成本、供应情况
及营养素含量, 从而配制出既能保证营养品质一致性
又能满足最低生产成本的饲料产品。饲料配方软件是
模拟未来可能发生的事件, 通过预测饲料产量, 可确定
未来原料的用量及库存水平。从某种意义来讲, 这是一
种风险管理。饲料公司在购买原料时存在一定的风险。
通过正确的加工和混合, 可将这些有营养价值的原料
实现增值; 但不正确或低效率的比例混合会使其变得
更加昂贵。确定原料用量的软件工具、未来库存水平以
及稀有原料的存放, 均是影响饲料产品生产及销售赢
利与否的风险因子。本文将讨论在使用软件系统过程
中有关饲料配方常见的问题。
1 配方的科学
世界各地饲料原料的供应情况、质量及成本参差
不齐。实际生产配方常包含25 种或更多的原料。采用
表格的方法将其逐一列出, 显而易见难以实现, 因此需
要更加简练的数学工具来解决该问题。
在过去几十年中, 饲料配方已经演变为一门极为
复杂的艺术和科学, 需要多个领域的经验和理论基础
知识及技巧。其中最重要的是: 动物营养需要、饲料原
料的营养组成、饲料原料成本及供应( 即具体的市场情
况)、数学公式( 主要是线形规划) 、计算机程序等。但事
实上, 我们很难同时具备这些领域的知识和能力。因
此, 成功地研发、安装和使用配方软件, 需要不同领域
人们的合作, 以及团队精神。
1.1 动物的营养需要
配制饲料的重要前提是了解动物的营养需要。配
方师不仅要参考书本上的动物营养需求, 还要结合饲
养环境、饲养管理等具体情况, 及时调整配方。
1.2 饲料原料的营养组成
配合饲料由多种原料组成, 可根据已知或已被估
测的原料的营养含量及配方, 计算饲料产品的营养组
成。世界上用到的饲料原料已达数千种, 不同地区的作
物生长、收割以及加工条件各不相同, 同种原料其营养
素种类及含量也会随之发生变化。在实际配方中, 配方
师除可参考有关饲养标准( 如NRC、CRC 等)外, 还应能
够准确了解现有饲料原料营养价值的知识与技能。
1.3 饲料原料的成本及供应情况
随着新的替代原料的不断开发和应用, 配方师可
以根据其所含营养成分及成本, 并结合动物营养需要
而设计出成千上万种的饲料配方。从饲料配合角度来
看, 这些配方均能满足动物的营养需要及原料限量的
要求, 都是“可行的”; 但由于各配方所涉及的每种原料
成本不同, 从而导致配方之间价格存在一定差异。一组
原料的配比能够使饲料产品成本最低则被认为是最低
成本的配方, 但这并不是意味着以牺牲质量为代价。最
低成本配方必须符合质量的期望水平, 其质量在很大
程度上取决于配方师对营养成分及原料限量的巧妙运
用。
1.4 数学在最低成本配方中的应用
并非所有最低成本配方系统均系线性规划, 多数
情况仍需要使用其他数学手段。虽然需要计算机进行
大量的计算, 但“配方软件”在此处指系统化的、迭代解
步骤的过程, 而非计算机程序语言。该技术通过使用线
性函数来解决实际问题。线性函数中的变量是限制性
的。线性规划在数学运算领域中是相对新的技术, 这一
应用最普遍运算技术的理论最初是由George B.Dantzig
在1947 年提出。因为需要大批量的计算, 当时没有高
速计算机, 该技术并未得到推广。
1.5 计算机及配方设计
饲料工业是首先认识到线性规划作用的行业之
一。早在19 世纪60 年代末, 就已经利用计算机软件来
开发饲料配方。这些早期的系统通过拨号终端进入大
型计算机运算, 尽管比手动操作快很多数倍, 但与现在
的系统相比, 运算速度慢、笨重、昂贵。70 年代末, 计算
机技术的发展提高了运算速度和配方设计能力, 价格
也有所降低, 此时配方运算速度为30 s/配方, 计算机
65 000 美元/台, 只有大型饲料企业才采用。80 年代以
来随着微机系统( 即个人电脑) 的到来, 计算机技术才
有了真正的突破。软件运算速度加快( 小于0.1 s/配
方) , 计算机价格也便宜, 使得配方软件的使用得到了
普及。现在的配方软件均能充分利用其视频功能, 系统
控制菜单、选择数据时的弹出窗口和更新文件时全屏
显示数据的功能使得系统易操作、易理解。
2 配方的调整及配方软件
2.1 配方调整的意义
过去, 对于体积大、价格高、速度相对慢的系统而
言, 实现低成本配方难度较大。随着原料成本的不断变
化, 每周都要根据新的原料成本, 对饲料产品成本进行
调整。配方变化的目的在于在保证饲料质量及营养组
成的前提下, 节省成本。随着每周数万吨的饲料的生
产, 即使是配方成本的小比例降低, 也能给饲料生产商
节约大笔资金, 每周对产品配方进行调整是饲料厂的
一项重要工作。迅速计算最低成本配方, 并用于生产饲
料, 正在改变着配方设计在当今饲料工业中的作用。
2.2 配方软件的作用
当今领先的家畜生产者已认识到饲料制造商的配
方是基于平均需要状况下的配方, 并非最佳配方。他们
在寻找专门针对自己生产设计的最佳配方, 先进的饲
料公司会把提供定制配方服务作为其市场策略的一部
分。多数情况下, 销售员都配备了手提电脑以便于他们
能现场设计配方。但是计算机输出饲料配方的准确性
取决于输入信息的准确性, 因此对销售员进行适当的
教育和培训, 最终将其培养成一名合格的配方师是必
要的。饲料生产商通过适当培训其销售团队, 并为他们
配备配方软件, 即可打入定制配方市场, 使自己处于有
利的竞争地位。这还能增加客户的满意度和忠诚度, 当
然没有饲料配方软件可能就无法达到该目的。
2.3 对饲料配方软件的要求
以目前计算机的处理水平, 菜单操作和屏幕显示
可引导使用者熟悉操作系统。也可以利用使用手册,
前提是系统能迅速搜索到手册相关内容, 一旦使用
者入门, 即可自行操作。当需要选择一个特殊条目
( 如原料选择或设计) 时, 弹出窗口应能显示目前已
存储的内容。使用者可通过键盘和鼠标来选择所需
要的项目。每个选定项目的数据都应显示在屏幕上,
这样在输入或者改变数据时都能够得到确认。新型
系统能让使用者知道是否输入了正确的数据。新系
统还具有全面纠错功能, 这样能很容易找到错误信
息。当发现明显错误时, 比如当要输入数值型数据时
却输入了字母或者输入值超过了最大允许值, 电脑
应能立即显示出来。
3 饲料配方的艺术
现在做饲料配方只需要按电脑键盘就可以了, 但
可能会出现不可行的配方, 此时软件会提醒操作者。然
而, 可行的配方也可能包含常被忽略的问题。下面就讨
论可能存在的问题, 并提供实用信息, 以使做出的配方
可用于饲料厂的生产, 最终配出可饲喂动物的饲料。
3.1 作为营养需要忽略配方空间
饲料配方系统中初始限量, 通常是默认的( 设定
100%) 。这对了解配方空间成本、对发生错误的警告均
非常重要。如果权重仅设定了最大或最小营养需要量,
提供数种原料, 软件将选择最便宜的原料去满足100%
的最大- 最小的重量设定。多数情况下将是石粉( 最便
宜的原料) , 紧接着就是食盐和玉米。此外也可将所有
的营养最小量由饲料的90%来代替100%的设置作为
缺省。在此情况下, 机器可能选择最便宜的原料满足另
外10%。结果就是饲料钙含量相对偏高, 因此钙磷比发
生变化。如果以钙的最大限量来再次配制同样的饲料,
则机器可能选择盐份补充另外10%。结果算出的饲料
将满足所有的限制, 但过多的钠将会影响动物健康和
生产性能。最后, 如果以钙和钠的最大限量再次配制饲
料, 玉米( 或者另一种成本更低的原料, 如麦麸) 将成为
下一个被选择的原料。这会更加安全, 但是此时操作者
必须预测到额外的能量是否影响动物生产性能。
最低要求: 注意设定钙和盐的最大需要量, 防止配
方中以石粉和食盐来填补配方空间, 对其它营养素和
原料也应遵守同样的原则。
配方空间同样影响最终配方成本和配制饲料的原
料的影子价格。影子价格是指最佳配方中每种原料或
营养素的单位价值。一般情况下, 配制富含营养( 高浓
度) 的配方要选择营养浓度高的原料, 反之亦然。原料
供给仅是一个简单的营养问题, 如赖氨酸, 不同原料的
含量, 对配方最终成本以及该原料的价值( 影子价格)
均会产生重要影响。多数情况, 原料的采购仅仅基于其
单位营养含量, 而非饲料配方中的影子价格。以赖氨酸
为例, 78%的赖氨酸较好且在高营养浓度饲料中有更
大价值, 而40%赖氨酸或者50%液体赖氨酸, 或许在
低浓度配方中更受欢迎。
最低要求: 评价饲料原料不仅局限于单位营养的
成本, 还要考虑其最终价值、对最终饲料成本的影响、
制造饲料的空间。
3.2 建立冲突抑制
冲突抑制并非意味着那些导致不可行的饲料配
方。它们可能是微妙的, 可能会改善生产性能但同时增
加饲料成本。例如, 对氨基酸和粗蛋白之间设置最小量
的关系。操作者一定要意识到氨基酸的限量( 恰好满足
其最小量, 并最大限度地压低成本) 及其对粗蛋白水平
的影响。如色氨酸是家禽饲料中一个敏感的冲突限制。
根据配方的基本原理, 除蛋氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、苏
氨酸和精氨酸外, 可以给色氨酸设置最小量。许多时
候, 色氨酸水平的设置将会导致日粮粗蛋白水平提高,
甚至超过最低设置水平, 增加饲料配方成本。研究表明
色氨酸并非肉鸡或蛋鸡的第三限制性氨基酸, 但各种
来源饲养标准的推荐量均较高, 此时就可以不将色氨
酸设置限量要求。
最低要求: 弄清楚相关营养素或原料之间的关
系, 知道如何限制其用量对最终产品及其配方成本的
影响。
3.3 先进的配方功能
给予相同的数据, 所有配方软件均应产生相同的
结果。但各软件的速度、灵活性、易操作性有较大的不
同。系统必须至少能够产生针对每个产品的最低成本
配方, 给出营养需量表和可利用的原料。
配方系统之间真正区别是有没有能力提供额外的
功能作为管理的工具使用, 如配方已定, 可以给出生产
数吨产品需要的每一种原料的量。原料成本经常占饲
料售价的70%~80%, 原料采购效率的稍微提高, 即可
对收益率产生较大影响。
对于研究、研制、采购和生产等功能, 配方技术能
够成为有价值的制定决策工具。另外, 运用线性规划的
高级模型可有助于决定, 应考虑从不同产地以不同价
格购买和配送的原料, 而非一个生产地。当原料过剩或
短缺时, 这些模型甚至可突出分配原料, 用于生产特殊
产品以节约成本。基于利益最大化而非成本最小化的
操作原则, 出现了更多的特殊模型。
3.4 良好的饲料配方设计实践( GFP) 注意事项
所有生产加药饲料的工厂均要符合GMP 标准,
同时也要按照HACCP 规则执行。好的配方设计均产
自研究室。在哪里研制生产配方? 何时才对配方库中
的原料及其营养进行最终审核? 厂家在生产饲料时是
否了解原料营养价值表和生产配方中原料的名称及
含义? 每种原料最大或最小的称量, 是否符合工厂衡
器的称量范围及灵敏度? 每种原料的营养值是否与其
营养含量相对应? 不同存放位置, 覆盖物是否使用正
确? 每批次混合的原料排列顺序是否正确? 能否使饲
料原料达到充分混合? 适当的控制和程序是否到位?
其能否允许及证明原料/营养成分的变化? 这些方面
都需要仔细考虑确保GFP 的建立, 其它提到的方面
也很重要。
最低要求: 控制最初的审查, 然后定期审查, 以便
建好配方数据库。记住这句格言: 您的输出其实是由您
的输入决定的。
3.5 建立各原料营养成分含量标准
现己公布的数据可为建立饲料用量水平提供良好
的指导, 但原料的最大和最小用量仍需要考虑到以下
几方面:
3.5.1 质量保证/控制程序使用的每种原料的营养
成分分析数据和对原料规格描述的详细程度, 决定
了日粮中每种原料的用量。如果缺少部分或全部控
制程序, 最大用量标准就会低于已公布的范围, 相
反, 对于具有较好营养素数据的良好软件, 可用较宽
的最大限量。
3.5.2 时间因素各种原料和饲料产品在饲料生产和
运输的过程中必须高效流通。因购买原料而导致的饲
料生产效率降低, 会抵消利用配方设计所节约的成本。
同样, 虽然脂肪添加量高的饲料在较暖和的气候中保
存良好, 但在寒冷季节会产生极端问题, 如在搬运、运
输和饲料罐中。原料添加量和营养标准应该随季节的
变化而变化。
3.5.3 饲料种类/生产阶段谷物类及动物蛋白类等
原料应有一定的限量, 从而日粮组成不至于产生极端
变化, 避免对动物生产性能的影响。允许不同饲料产品
中同一原料粒度有所不同, 否则影响动物健康及生产
性能。
3.5.4 原料和营养之间的关系不给仅含一种营养素
的原料设置限量, 否则会导致像盐分和钠等营养成分
低于或高于标准要求。
3.5.5 影子价格原料的影子价格表明在给定日粮限
量条件下的价值, 较低的影子价格限量是指在该价格
下可用到的该原量的最大量; 较高的影子价限量则指
在该价格下可用到的该原量的最低量。当实际成本低
于影子价格上限时, 设定一种原料的最大的添加量, 将
增加饲料成本, 这时就需要考虑放宽限量( 如把家禽副
产物的最大限量由5%提到8%) 。生产厂家应知道影
子价格和限量能影响最终饲料成本。
3.5.6 多重优化程序当今常用的饲料配方软件能够
调整配方中各原料的用量, 而使饲料达到最佳。例如,
开口料中需要某种原料的最小量, 而在生长料中需要
调整到最佳水平。
最低要求: 不仅要注意单一日粮中营养成分的限
量, 所有日粮配制均需如此。运用以上原则即可根据影
子价格和最终饲料成本找出最佳限量。
3.6 确定最低成本与最小争论的配方
理论上, 使用高性能配方软件的营养师能够为动
物生命中的每一天或不同的生长阶段配制出不同的配
方, 这有利于发挥动物生产性能, 却不切实际, 因为这
将导致整个饲料厂及饲料传输系统的混乱。另外, 全天
生产一种配方的饲料, 每天生产该饲料会使饲料厂生
产效率达到最好, 但该方法也同样不可行, 因为这样一
来每种动物及每种动物的每个生理阶段均需要一个专
门的饲料厂。
确定某一饲料产品的生产数量及配方改变的频率
需要营养学、市场、生产、采购及生产人员之间的良好
沟通。以上每一环节的变动均需考虑到其他方面的需
要及要求。配方的变化不仅取决于降低原料的成本, 还
需要仔细考虑原料供应、预测原料的需要量、饲料厂改
变新配方的成本等。
3.7 配方软件及其设计
当今的计算机性能可靠, 但是计算机本身远没有
软件重要。软件可提供合理的成本、高生产率及可靠
度。然而, 完美的软件是不存在的。软件是由人类发明
出来的, 人类本身并不完美, 因此其设计出来的软件也
并非十全十美。软件的少数问题通常意味着设计者致
力于改善产品的新功能, 并走在技术的前沿。
软件设计师最重要的品质是对不断变化着的技术
及消费者的需求做出反应的能力。正如前面提及的配
方软件的发展需要来自不同领域的技术与知识的结
合。所有的软件设计师都具有写程序的能力, 然而, 不
是所有的配方软件公司都有能力发展和维持线形规划
这一数学运算。虽然这一技术为最小的生产型配方服
务, 但其对增长和更加有效的运用具有非常有限的适
应性。随着对饲料配方认识到的功能改进和额外功能
的提出, 他们有能力做出反应, 而不依赖于外部的资源
研发和帮助。