奶牛場(chǎng)管理信息平臺(tái)研發(fā)

李鴻強(qiáng) 麻振華 趙書(shū)銀

（河北建筑工程學(xué)院數(shù)理系，河北 張家口075024）

0 引 言

發(fā)展奶業(yè)不僅是農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的一項(xiàng)戰(zhàn)略性任務(wù)，而且是改善消費(fèi)結(jié)構(gòu)，提高人民健康水平的一項(xiàng)重大舉措.養(yǎng)牛業(yè)正在從傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理方式向現(xiàn)代化的管理方式轉(zhuǎn)變，對(duì)牛群的管理也正在逐步由傳統(tǒng)的粗放型松散化管理向精養(yǎng)型、集體節(jié)約化管理方向發(fā)展.不同規(guī)模不同經(jīng)濟(jì)管理模式下的奶牛場(chǎng)都是我們奶業(yè)信息的源頭.他們?cè)诿可a(chǎn)1kg牛奶的同時(shí)需要獲得大量的信息，對(duì)信息進(jìn)行加工，然后又會(huì)產(chǎn)生各類有價(jià)值信息.這樣就需要有一套行之有效的完整的牧場(chǎng)管理軟件來(lái)起到對(duì)信息源的收集→管理→加工→管理→發(fā)布等功能.此種形勢(shì)下，奶牛場(chǎng)引入計(jì)算機(jī)管理已成為必然趨勢(shì)［1］.

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

本軟件采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中決定系統(tǒng)所涉及的類，給每個(gè)類提供完整的一組操作，明確地使用繼承來(lái)表現(xiàn)共同點(diǎn)減少代碼冗余.

本軟件設(shè)計(jì)采用J2EE架構(gòu).J2EE是一種利用Java2平臺(tái)來(lái)簡(jiǎn)化諸多與多級(jí)企業(yè)解決方案的開(kāi)發(fā)、部署和管理相關(guān)的復(fù)雜問(wèn)題的體系結(jié)構(gòu).J2EE構(gòu)架應(yīng)該是多層的，模型-視圖-控制器（MVC）是J2EE平臺(tái)的首選設(shè)計(jì)模式.

MVC是一個(gè)設(shè)計(jì)模式，它強(qiáng)制性的使應(yīng)用程序的輸入、處理和輸出分開(kāi).使用MVC應(yīng)用程序被分成三個(gè)核心部件：模型、視圖、控制器.它們各自處理自己的任務(wù).

視圖（View）：這是直接與最終用戶打交道的一層，即我們常說(shuō)的客戶端.它的主要作用是接收用戶的指令或者數(shù)據(jù)輸入，提交給業(yè)務(wù)邏輯層做處理，同時(shí)負(fù)責(zé)將業(yè)務(wù)邏輯層的處理結(jié)果顯示給用戶.這一層的實(shí)現(xiàn)上多用JSP，JSP能夠很容易的展現(xiàn)給用戶一個(gè)可操作且健壯的視圖.

控制器（Control）：負(fù)責(zé)接收視圖的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，將這些請(qǐng)求進(jìn)行必要的業(yè)務(wù)邏輯檢查，然后將請(qǐng)求分解成不同的數(shù)據(jù)層操作，由數(shù)據(jù)層進(jìn)行處理，最后將處理結(jié)果返回給表示層.業(yè)務(wù)邏輯層是實(shí)現(xiàn)核心業(yè)務(wù)的處理，主要完成企業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯處理.這一層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，使用Serelet／JavaBean.

模型（Model）：應(yīng)用程序的主體部分.所有的操作都是在這一部分實(shí)現(xiàn)的，模型提供應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯類，它若需要取得視圖中的對(duì)象或更新視圖時(shí)，需要通過(guò)控制器來(lái)進(jìn)行處理.這一層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)對(duì)應(yīng)于J2EE的EntityBean.JSP+Servlet+Javabean模式遵循MVC模式.在此模式里，JavaBean作為模型的角色，它充當(dāng)JSP和Servlet通信的中間工具.Servlet處理完后設(shè)置Bean的屬性，JSP讀取此Bean的屬性，然后進(jìn)行顯示.

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以遵循牛的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律為原則組織系統(tǒng)流程，系統(tǒng)把對(duì)奶牛的管理作為核心，通過(guò)奶牛號(hào)把整個(gè)牛場(chǎng)日常管理所涉及到的工作串聯(lián)起來(lái).針對(duì)奶牛場(chǎng)奶牛生產(chǎn)、繁殖、日常管理設(shè)計(jì)了三大功能模塊分別是：牛群管理模塊、泌乳管理模塊、飼料管理模塊.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

牛群管理模塊是后臺(tái)管理程序的基本模塊.主要實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體牛只資料的管理，企業(yè)職工檔案的管理，牛舍管理；泌乳管理模塊，牛奶生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)管理首先從個(gè)體奶牛日、月產(chǎn)奶記錄和整個(gè)牛群的日、月產(chǎn)奶記錄開(kāi)始，然后是根據(jù)產(chǎn)奶記錄情況，對(duì)牛只的飼養(yǎng)、育種等做出調(diào)整，以達(dá)到對(duì)牛奶生產(chǎn)的科學(xué)管理目的.

飼料管理模塊，此模塊主要完成三個(gè)功能：第一，建立和修改飼料數(shù)據(jù)庫(kù)功能.第二，建立和修改飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)功能.第三，奶牛飼料配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能.

關(guān)于飼料配方，一方面，飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)科學(xué)研究而制定的不同種類、年齡及生產(chǎn)性能的動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供給量，是動(dòng)物最低營(yíng)養(yǎng)需要量附加安全系數(shù)而計(jì)算的平均數(shù).實(shí)踐證明，許多營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)在一定范圍浮動(dòng)對(duì)畜禽的生長(zhǎng)并無(wú)多大的影響即畜禽對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求具有一定的模糊性.因此在飼料配方設(shè)計(jì)中，采用模糊線性規(guī)劃，它能更準(zhǔn)確地描述動(dòng)物的生長(zhǎng)特點(diǎn)，以便更好地滿足實(shí)際需要.另外模糊線性規(guī)劃也能較好地模擬配方調(diào)整過(guò)程，解決配方調(diào)整難的問(wèn)題.另一方面飼料原料中的養(yǎng)分含量是變異值，而不是穩(wěn)定的常數(shù).這無(wú)疑會(huì)影響配合飼料質(zhì)量和畜禽生產(chǎn)成績(jī).線性規(guī)劃作為飼料配方設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，從數(shù)理上來(lái)說(shuō)，它是一種確定性模型，未能涵容原料養(yǎng)分含量變異性.在線性規(guī)劃的模型中引入變異性的概念，建立一種隨機(jī)性的數(shù)學(xué)模型，旨在克服線性規(guī)劃不能涵容原料養(yǎng)分含量變異性的局限性.據(jù)隨機(jī)線性規(guī)劃組建飼料配方的原理可知，認(rèn)為第j種原料中的第i種養(yǎng)分的含量aij是概率統(tǒng)計(jì)意義上的隨機(jī)變量.隨機(jī)線性規(guī)劃組建飼料配方和模糊線性規(guī)劃組建飼料配方設(shè)計(jì)都是在線性規(guī)劃組建飼料配方的基礎(chǔ)上作的修改，感覺(jué)顧此失彼.

融合這兩種飼料配方技術(shù)，提出隨機(jī)-模糊規(guī)劃組建飼料配方［4-7］.因?yàn)橐氲碾S機(jī)性和模糊性不是針對(duì)一個(gè)變量的處理，所以可以認(rèn)為在對(duì)模型進(jìn)行處理時(shí)可以先引入隨機(jī)性，再引入模糊性.設(shè)aij服從總體均數(shù)和方差分別為μij和的正態(tài)分布.

模型如下：

其中：

aij表示第j種原料的第i種營(yíng)養(yǎng)成分系數(shù)

bi表示奶牛不同發(fā)育階段對(duì)第i種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要量

cj表示第j種原料的單價(jià)

di是各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)及原料用量約束的伸縮量，即各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)及原料約束值的一個(gè)浮動(dòng)范圍，是由動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)專家根據(jù)其經(jīng)驗(yàn)、飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際飼養(yǎng)對(duì)象等情況確定的.

xj表示第j種飼料的用量

maxλ為目標(biāo)函數(shù)，求飼料成本最低

m表示飼料種類數(shù)，n表示所需營(yíng)養(yǎng)種類數(shù)

Z0是應(yīng)用隨機(jī)規(guī)劃進(jìn)行配方的最優(yōu)解.

1.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)收集掌握的奶牛群和所有個(gè)體奶牛的基礎(chǔ)資料，使得奶牛場(chǎng)生產(chǎn)管理中各方面的信息得到很好的組織和利用，大大提高了牛場(chǎng)的生產(chǎn)效率，使人們對(duì)奶牛基本信息和生產(chǎn)性能有了詳細(xì)的了解，利于做出正確的判斷，可指導(dǎo)生產(chǎn)、管理工作.具體實(shí)現(xiàn)如下：

圖2是用戶登錄成功后進(jìn)入管理主界面，該主頁(yè)分成三部分：左端是按鈕導(dǎo)航，上端顯示標(biāo)題和登錄的用戶名稱，中間端是顯示內(nèi)容和操作區(qū)域.主界面指向系統(tǒng)的6個(gè)功能模塊，即系統(tǒng)設(shè)置，牛群管理，產(chǎn)乳管理，飼料管理，藥品管理，系統(tǒng)管理.主界面的左側(cè)窗口所列為系統(tǒng)主要功能的快捷按鈕，方便用戶操作，不用每次都須到菜單中選擇需要的功能項(xiàng).主界面的右中側(cè)窗口是數(shù)據(jù)顯示區(qū)域.

圖2 系統(tǒng)主界面

牛群管理模塊實(shí)現(xiàn)：

奶牛個(gè)體資料表：記錄個(gè)體奶牛的基本信息.以牛號(hào)為線，記錄牛只的名稱、品種、出生日期、出生重量、胎次、最近產(chǎn)犢日期、牛只分類、泌乳狀態(tài)、泌乳開(kāi)始時(shí)間、繁殖狀態(tài)、開(kāi)始時(shí)間、毛色、譜系等基本信息.泌乳管理模塊實(shí)現(xiàn)：牛奶記錄體系，主要記錄奶牛的產(chǎn)奶量和生產(chǎn)性能指標(biāo).乳牛牛奶記錄體系是乳牛改良工作的一個(gè)重要組成部分，同時(shí)也是牛場(chǎng)管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容.其對(duì)牛群中的每一頭泌乳牛每月定期測(cè)定日產(chǎn)量，并以每潮次按比例采集的奶樣混合后，通過(guò)牛奶成份測(cè)定儀及體細(xì)胞計(jì)數(shù)儀，測(cè)出牛奶中含脂率、體細(xì)胞、蛋白率、乳糖、尿素氮等DHI（Dairy Herd Improvement）數(shù)據(jù)，及時(shí)提供給牛場(chǎng)，這些乳牛生產(chǎn)性能信息，在制定飼養(yǎng)管理措施，調(diào)整奶牛的日糧配方，牛群選育，乳腺炎防治等方面的第一手資料.其中，日糧配方方面，根據(jù)實(shí)際飼喂反饋來(lái)的乳牛生產(chǎn)性能信息，可以調(diào)整各牛群的飼料配方結(jié)構(gòu)，下次做配方時(shí)對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行修正.通過(guò)含脂率、蛋白率的指標(biāo)可以去調(diào)整牛群的日糧營(yíng)養(yǎng)成分以維持或提高乳牛的乳汁水平.

飼料管理模塊實(shí)現(xiàn)：第一，建立飼料庫(kù)和飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)；第二，制定牛只日糧配給.系統(tǒng)所有的原料數(shù)據(jù)集中存放于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，按代碼分類，且原料名稱及其營(yíng)養(yǎng)含量等數(shù)據(jù)均可在同一屏幕中進(jìn)行編輯，不需要進(jìn)行屏幕切換，因而操作簡(jiǎn)單、直觀.飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)也是按代碼分類存放，其編輯方法與原料數(shù)據(jù)的編輯方法相同.原料原始數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)飼料數(shù)據(jù)庫(kù)，可以通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能實(shí)現(xiàn)原始飼料數(shù)據(jù)的建立.奶牛的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，也根據(jù)國(guó)家的相關(guān)規(guī)范制定，原始規(guī)范也可通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)倒導(dǎo)入功能實(shí)現(xiàn).由于飼料營(yíng)養(yǎng)的隨機(jī)性和飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的模糊性，用戶可以通過(guò)人機(jī)交互對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)和飼養(yǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)自行進(jìn)行修訂［2］.圖3為日糧配給界面.

圖3 日糧配給界面

2 小 結(jié)

近年來(lái)，我國(guó)中、小型奶牛場(chǎng)蓬勃興起.由于這些養(yǎng)殖企業(yè)建成歷史短，大多沿用手工收集、整理、統(tǒng)計(jì)分析奶牛場(chǎng)技術(shù)資料，工作強(qiáng)度大，效率低，資料統(tǒng)計(jì)不規(guī)范，影響奶牛的生產(chǎn)管理和技術(shù)管理，不能適應(yīng)現(xiàn)代奶牛場(chǎng)發(fā)展的需要.雖然市場(chǎng)上已經(jīng)有一些奶牛場(chǎng)管理軟件，但大多存在軟件操作系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等問(wèn)題，不適合中小型奶牛場(chǎng)使用.我們基于JSP+Servlet+Javabean模式和Microsoft SOL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，利用JBuilder2005開(kāi)發(fā)工具［3］，開(kāi)發(fā)適合中小型奶牛場(chǎng)使用的《奶牛場(chǎng)信息管理系統(tǒng)》.

［1］李鴻強(qiáng)，李亞敏，盧海博，龔學(xué)成，孫宏凱，楊俊超.基于 Web的奶牛場(chǎng)信息管理系統(tǒng)［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2011，（4）：171～174

［2］李鴻強(qiáng)，李亞敏，曾立華，蔣義然.基于JDBC技術(shù)的奶牛場(chǎng)信息管理系統(tǒng)［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2007，（5）：127～128

［3］李鴻強(qiáng)，李東斌，閆常麗.科學(xué)飼料配方數(shù)學(xué)方法新探討［J］.河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，（4）：102～104

［4］陳雄華等.精通Jbuilder2005［M］.北京：電子工業(yè)出版社.2005.

［5］熊本海，錢平，羅清堯，呂健強(qiáng).基于奶牛個(gè)體體況的精細(xì)飼養(yǎng)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（10）：118～123

［6］郝文育，李亞白，王寧生.基于線性規(guī)劃的配方優(yōu)化模型研究［J］.控制工程.2004，11（6）：488～450

［7］黃漢英，熊先安，魏明新.采用模糊線性規(guī)劃開(kāi)發(fā)飼料配方軟件［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).1999，18（5）：492～494

［8］張?jiān)S.采用隨機(jī)規(guī)劃法進(jìn)行飼料配方設(shè)計(jì)［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).1997，23（1）：58～62