奶牛場管理信息平臺研發(fā)

李鴻強(qiáng) 麻振華 趙書銀

（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都是我們奶業(yè)信息的源頭.他們在每生產(chǎn)1kg牛奶的同時需要獲得大量的信息，對信息進(jìn)行加工，然后又會產(chǎn)生各類有價值信息.這樣就需要有一套行之有效的完整的牧場管理軟件來起到對信息源的收集→管理→加工→管理→發(fā)布等功能.此種形勢下，奶牛場引入計算機(jī)管理已成為必然趨勢［1］.

1 系統(tǒng)設(shè)計介紹

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

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

本軟件設(shè)計采用J2EE架構(gòu).J2EE是一種利用Java2平臺來簡化諸多與多級企業(yè)解決方案的開發(fā)、部署和管理相關(guān)的復(fù)雜問題的體系結(jié)構(gòu).J2EE構(gòu)架應(yīng)該是多層的，模型-視圖-控制器（MVC）是J2EE平臺的首選設(shè)計模式.

MVC是一個設(shè)計模式，它強(qiáng)制性的使應(yīng)用程序的輸入、處理和輸出分開.使用MVC應(yīng)用程序被分成三個核心部件：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)請求，將這些請求進(jìn)行必要的業(yè)務(wù)邏輯檢查，然后將請求分解成不同的數(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象或更新視圖時，需要通過控制器來進(jìn)行處理.這一層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)對應(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

系統(tǒng)以遵循牛的生長發(fā)育規(guī)律為原則組織系統(tǒng)流程，系統(tǒng)把對奶牛的管理作為核心，通過奶牛號把整個牛場日常管理所涉及到的工作串聯(lián)起來.針對奶牛場奶牛生產(chǎn)、繁殖、日常管理設(shè)計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)見圖1.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

牛群管理模塊是后臺管理程序的基本模塊.主要實(shí)現(xiàn)對個體牛只資料的管理，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)的計算機(jī)管理首先從個體奶牛日、月產(chǎn)奶記錄和整個牛群的日、月產(chǎn)奶記錄開始，然后是根據(jù)產(chǎn)奶記錄情況，對牛只的飼養(yǎng)、育種等做出調(diào)整，以達(dá)到對牛奶生產(chǎn)的科學(xué)管理目的.

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

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)性能的動物營養(yǎng)物質(zhì)的供給量，是動物最低營養(yǎng)需要量附加安全系數(shù)而計算的平均數(shù).實(shí)踐證明，許多營養(yǎng)指標(biāo)在一定范圍浮動對畜禽的生長并無多大的影響即畜禽對營養(yǎng)的需求具有一定的模糊性.因此在飼料配方設(shè)計中，采用模糊線性規(guī)劃，它能更準(zhǔn)確地描述動物的生長特點(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)整過程，解決配方調(diào)整難的問題.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).這無疑會影響配合飼料質(zhì)量和畜禽生產(chǎn)成績.線性規(guī)劃作為飼料配方設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，從數(shù)理上來說，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］.因為引入的隨機(jī)性和模糊性不是針對一個變量的處理，所以可以認(rèn)為在對模型進(jìn)行處理時可以先引入隨機(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種營養(yǎng)成分系數(shù)

bi表示奶牛不同發(fā)育階段對第i種營養(yǎng)物質(zhì)的需要量

cj表示第j種原料的單價

di是各營養(yǎng)指標(biāo)及原料用量約束的伸縮量，即各項營養(yǎng)指標(biāo)及原料約束值的一個浮動范圍，是由動物營養(yǎng)專家根據(jù)其經(jīng)驗、飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際飼養(yǎng)對象等情況確定的.

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)庫收集掌握的奶牛群和所有個體奶牛的基礎(chǔ)資料，使得奶牛場生產(chǎn)管理中各方面的信息得到很好的組織和利用，大大提高了牛場的生產(chǎn)效率，使人們對奶?；拘畔⒑蜕a(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.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)：

奶牛個體資料表：記錄個體奶牛的基本信息.以牛號為線，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)、泌乳開始時間、繁殖狀態(tài)、開始時間、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重要組成部分，同時也是牛場管理的一項重要內(nèi)容.其對牛群中的每一頭泌乳牛每月定期測定日產(chǎn)量，并以每潮次按比例采集的奶樣混合后，通過牛奶成份測定儀及體細(xì)胞計數(shù)儀，測出牛奶中含脂率、體細(xì)胞、蛋白率、乳糖、尿素氮等DHI（Dairy Herd Improvement）數(shù)據(jù)，及時提供給牛場，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)，下次做配方時對某些參數(shù)進(jìn)行修正.通過含脂率、蛋白率的指標(biāo)可以去調(diào)整牛群的日糧營養(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)集中存放于一個數(shù)據(jù)庫中，按代碼分類，且原料名稱及其營養(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)來自中國飼料數(shù)據(jù)庫，可以通過系統(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)國家的相關(guān)規(guī)范制定，原始規(guī)范也可通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)倒導(dǎo)入功能實(shí)現(xiàn).由于飼料營養(yǎng)的隨機(jī)性和飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的模糊性，用戶可以通過人機(jī)交互對飼料營養(yǎng)數(shù)據(jù)庫和飼養(yǎng)數(shù)據(jù)庫自行進(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，我國中、小型奶牛場蓬勃興起.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)計分析奶牛場技術(shù)資料，工作強(qiáng)度大，效率低，資料統(tǒng)計不規(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)代奶牛場發(fā)展的需要.雖然市場上已經(jīng)有一些奶牛場管理軟件，但大多存在軟件操作系統(tǒng)復(fù)雜，價格昂貴等問題，不適合中小型奶牛場使用.我們基于JSP+Servlet+Javabean模式和Microsoft SOL Server 2000數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，利用JBuilder2005開發(fā)工具［3］，開發(fā)適合中小型奶牛場使用的《奶牛場信息管理系統(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，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).基于奶牛個體體況的精細(xì)飼養(yǎng)方案的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，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)劃開發(fā)飼料配方軟件［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報.1999，18（5）：492～494

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