Планирование и контроль технологического процесса на лососевых рыбоводных заводах
Эффективность заводского воспроизводства кеты и горбуши зависит от природных условий мест, где размещены заводы. На многих заводах температурный режим ниже оптимального природного на 0,5—1,0 °С, недостаточен расход воды, особенно в период зимней межени (Канидьев, 1986; Разработка..., 1988). Более низкая температура воды приводит к задержке эмбрионального и личиночного развития лососей. К моменту ската природной молоди заводская молодь может еще иметь остатки желточного мешка и не готова к скату.
Избежать осложнений можно путем планирования оптимального технологического процесса на каждый год и оперативного введения корректировок в план в зависимости от климатических условий (Курганский, 1998).
Планирование деятельности завода начинается с прогноза сроков подхода на нерест производителей и оптимального срока выпуска молоди. Таким образом определяется промежуток времени, в течение которого нужно проинкубировать икру, провести выдерживание личинок, подрастить их до жизнестойкой стадии и выпустить в природные водоемы.
Исходя из этого, основными задачами оперативного планирования технологического процесса являются: прогнозирование основных этапов развития лососей для всех закладываемых на заводе партий; выбор оптимального температурного режима по цехам; планирование профилактических работ; планирование сроков подращивания молоди; прогнозирование загрузки технологического оборудования на текущий год; определение оптимальных расходов воды на всех этапах и по всем цехам.
Технологический процесс на заводе рассматривается как система с распределенными параметрами, где каждый этап представлен системой конечных уравнений (Курганский, 1998). Выходные параметры каждого этапа являются входными для последующего. По принципу оптимальности управляющее воздействие на всех этапах должно обеспечить получение жизнестойкой молоди с массой не менее 0,6—1,0 г.
В соответствии с этапами технологического процесса ставятся задачи планирования (рис. 1). Они включают планы: вылова производителей, инкубации икры, выдерживания личинок, подращивания молоди.
План вылова производителей основывается на прогнозе подходов производителей на нерест по декадам или по пятидневкам. При этом закладывается цель - сохранение естественного генофонда, т. е. для про-
изводственной деятельности завода предполагается отбирать производителей из начала, середины хода и конца нерестового хода. Принципиально соотношение может быть любым биологически обоснованным (например, 25 : 50 : 25 % или 30 : 50 : 20 %).
В результате расчета этапа инкубации определяются следующие показатели: количество икры в каждой партии и занимаемая площадь инкубаторов; день закладки каждой партии в цех; время наступления стадии “глазок” (дни/градусо-дни); время начала и окончания выклева (дни/градусо-дни); время переноса каждой партии икры в личиночные бассейны; плановый отход икры; требуемый расход воды в зависимости от стадии развития.
Следующим этапом является выдерживание личинок до поднятия их на плав. Основной массив информации для расчета третьего этапа сформирован на втором этапе. Дополнительно вводимые параметры: планируемые для загрузки площади личиночных цехов и плотность посадки. Длительность выдерживания личинок составляет (Курганский, 1998):
Dv = N, (6)
где N - число дней от начала закладки партии, для которых выполняется условие ? (1/Dicon) > (1,45-1,50).
В результате расчета определяются: количество личинок, переносимых по партиям в цеха; дата начала и окончания всплытия личинок по партиям; количество всплывших личинок и сумма набранных градусо-дней; требуемый расход воды по бассейнам; плановый отход личинок; дата их перевода в бассейны для подращивания.
На дальневосточных заводах подкармливать личинок начинают обычно прямо в личиночных бассейнах. Затем при повышении температуры воды личинок переводят в выростные бассейны или пруды, где начинается четвертый этап - подращивание. Дополнительно вводимыми на этом этапе параметрами являются: количество бассейнов, площадь каждого бассейна, используемый корм, его средний кормовой коэффициент. Подращивание начинается со дня всплытия до намеченного срока выпуска. Расчеты на этом этапе целесообразно выполнять по декадам или неделям. Темп роста молоди зависит от температуры воды и количества задаваемого корма (Канидьев, 1986). Конечная масса молоди кеты зависит от длительности подращивания (Канидьев, 1986; Курганский, 1998):
Md = Mo * exp (0,0218 * Np), (7)
где Md - средняя масса подрощенной молоди, г; Mo - начальная масса личинок, г; Np - длительность подращивания, дни.
Общее количество корма, необходимое на весь процесс подращивания (Курганский, 1998):
KM = Sn * Kk * (Md - Mo) / 1000, (8)
где KM - количество корма, кг; Sn - количество молоди, шт.; Kk -кормовой коэффициент.
В расчетах для этапа подращивания определяются: время подращивания молоди в каждой партии; распределение партий по бассейнам; расход воды по бассейнам; расход кормов по декадам; средняя масса выпускаемой молоди; суммарный расход кормов по бассейнам и по заводу.
Потребность лососей в кислороде обеспечивается притоком свежей воды в бассейны. При расчетах расхода воды на всех этапах используются основы современных биотехник. Расход воды через бассейны или аппараты должен быть не менее:
Q = 0,0017*SM*exp(0,003338*Gt)/ (Ск1 - 0,5*Скг), (9)
где Q - расход воды, л/с; Ск1, Скг - концентрация кислорода во входящей воде и равновесная концентрация, мг/л; SM - общая масса рыбы в бассейне, кг; Gt - градусо-дни, набранные данной партией.
При составлении плана деятельности завода на конкретный год могут использоваться среднемноголетние данные и прогнозы. Возможно на этапе планирования и решение вопросов оптимизации, например прогнозирование снижения или повышения температуры воды на определенных этапах.
Наряду с планированием необходимы оперативный контроль и сопровождение технологического процесса (рис. 2).
Они включают: получение обобщенных данных о фактическом выполнении всех этапов технологического процесса; ежедневный анализ хода выполнения технологического процесса и сравнение его с плановыми показателями; корректировку плана на текущий год в соответствии с уточненным прогнозом.
Рассмотренный выше алгоритм управления производственным процессом должен реализовываться с учетом технических средств, обеспечивающих сбор необходимых данных. Важную роль играет точность измерений, поскольку от этого зависит точность проводимых расчетов. К числу параметров, которые необходимо контролировать многократно в течение суток, относятся: температура воды по цехам; расход воды по цехам; содержание кислорода и pH в воде, подаваемой в цеха и выходящей из цехов.
В связи с тем, что точки контроля располагаются в различных местах завода, систему сбора данных целесообразно проектировать как распределенную систему. При этом число точек контроля может достигать нескольких десятков, а расстояние от них до центра обработки данных до 200 м.
Учитывая небольшие объемы собираемой информации и достаточно высокую инерционность параметров среды, предлагаемый комплекс может быть реализован на любой ЭВМ пятого поколения. Поскольку каждый завод имеет отличные от других условия и конструктивные особенности, то программное обеспечение целесообразно строить в виде открытой для пополнения системы и ряда функционально независимых подсистем.
Г.Н.Курганский, Ю.В.Малышенко (ТИНРО-центр, НИЦ “Компьютерные технологии”)