飼料配方設(shè)計的原則與方法

飼料配方設(shè)計的原則與方法時間：2009-09T017:47來源:Admin作者:Admin點擊：146次飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了動物在一定條件（生長階段、生理狀況、生產(chǎn)水平等）下對各種營養(yǎng)物質(zhì)的需要量。其表達(dá)方式或以每日每頭動物所需供給的各種營養(yǎng)物質(zhì)的數(shù)量表示，或以各種營養(yǎng)物質(zhì)在單位重量（常為kg）中的濃度表示一、飼料配方設(shè)計的原則在飼料成分表中所列出的是不同種類飼用原料中各種營養(yǎng)物質(zhì)的含量。為了保證動物所采食的飼料含有飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的全部營養(yǎng)物質(zhì)量，就必須對飼用原料進(jìn)行相應(yīng)的選擇和搭配，即配合日糧或飼糧。飼料配方的設(shè)計涉及到許多制約因素，為了對各種資源進(jìn)行最佳分配，配方設(shè)計應(yīng)基本遵循以下原則：（一） 科學(xué)性原則飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)是對動物實行科學(xué)飼養(yǎng)的依據(jù)，因此，經(jīng)濟合理的飼料配方必須根據(jù)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的營養(yǎng)物質(zhì)需要量的指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計。在選用的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，可根據(jù)飼養(yǎng)實踐中動物的生長或生產(chǎn)性能等情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。一般按動物的膘情或季節(jié)等條件的變化，對飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)可作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。設(shè)計飼料配方應(yīng)熟悉所在地區(qū)的飼料資源現(xiàn)狀，根據(jù)當(dāng)?shù)仫暳腺Y源的品種、數(shù)量以及各種飼料的理化特性和飼用價值，盡量做到全年比較均衡地使用各種飼料原料。在這方面應(yīng)注意的問題是：飼料品質(zhì)應(yīng)選用新鮮無毒、無霉變、質(zhì)地良好的飼料。黃曲霉和重金屬砷、汞等有毒有害物質(zhì)不能超過規(guī)定含量。含毒素的飼料應(yīng)在脫毒后使用，或控制一定的喂量。飼料體積應(yīng)注意飼料的體積盡量和動物的消化生理特點相適應(yīng)。飼料的適口性飼料的適口性直接影響采食量。應(yīng)選擇適口性好、無異味的飼料。若采用營養(yǎng)價值雖高，但適口性卻差的飼料須限制其用量。特別是為幼齡動物和妊娠動物設(shè)計飼料配方時更應(yīng)注意。對味差的飼料也可采用適當(dāng)搭配適口性好的飼料或加入調(diào)味劑以提高其適口性，促使動物增加采食量。（二） 經(jīng)濟性和市場性原則經(jīng)濟性即考慮經(jīng)濟效益。飼料原料的成本在飼料企業(yè)中及畜牧業(yè)生產(chǎn)中均占很大比重，在追求高質(zhì)量的同時，往往會付出成本上的代價。營養(yǎng)參數(shù)的確定要結(jié)合實際，飼料原料的選用應(yīng)注意因地制宜和因時制宜，要合理安排飼料工藝流程和節(jié)省勞動力消耗，降低成本。不斷提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、降低成本是配方設(shè)計人員的責(zé)任，長期的目標(biāo)自然是為企業(yè)追求最大收益。產(chǎn)品的目標(biāo)是市場。設(shè)計配方時必須明確產(chǎn)品的定位，例如，應(yīng)明確產(chǎn)品的檔次、客戶范圍、現(xiàn)在與未來市場對本產(chǎn)品可能的認(rèn)可與接受前景等。另外，還應(yīng)特別注意同類競爭產(chǎn)品的特點。農(nóng)區(qū)與牧區(qū)、發(fā)達(dá)地區(qū)與不發(fā)達(dá)地區(qū)和欠發(fā)達(dá)地區(qū)、南方與北方、動物的集中飼養(yǎng)區(qū)與農(nóng)家散養(yǎng)區(qū)，產(chǎn)品的特性應(yīng)有所差別。（三） 可行性原則即生產(chǎn)上的可行性。配方在原材料選用的種類、質(zhì)量穩(wěn)定程度、價格及數(shù)量上都應(yīng)與市場情況及企業(yè)條件相配套。產(chǎn)品的種類與階段劃分應(yīng)符合養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)要求，還應(yīng)考慮加工工藝的可行性。（四） 安全性與合法性原則按配方設(shè)計出的產(chǎn)品應(yīng)嚴(yán)格符合國家法律法規(guī)及條例，如營養(yǎng)指標(biāo)、感觀指標(biāo)、衛(wèi)生指標(biāo)、包裝等。尤其違禁藥物及對動物和人體有害物質(zhì)的使用或含量應(yīng)強制性遵照國家規(guī)定。有的規(guī)定不太合理或落后于科學(xué)，雖可以利用合理渠道與方法超越限制，但在一些關(guān)鍵性的強制性指標(biāo)上必須注意執(zhí)行，因產(chǎn)品要接受質(zhì)量監(jiān)督部門的管理。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)通過合法途徑注冊并遵照執(zhí)行。隨著社會的進(jìn)步，飼料生物安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)將陸續(xù)出臺，配方設(shè)計要綜合考慮產(chǎn)品對環(huán)境生態(tài)和其他生物的影響，盡量提高營養(yǎng)物的利用效率，減少動物廢棄物中氮、磷、藥物及其他物質(zhì)對人類、生態(tài)系統(tǒng)的不利影響。逐級預(yù)混原則為了提高微量養(yǎng)分在全價飼料中的均勻度，原則上講，凡是在成品中的用量少于1%的原料，均首先進(jìn)行預(yù)混合處理。如預(yù)混料中的硒，就必須先預(yù)混。否則混合不均勻就可能會造成動物生產(chǎn)性能不良，整齊度差，飼料轉(zhuǎn)化率低，甚至造成動物死亡。二、飼料配方設(shè)計的方法飼料配方設(shè)計的基本步驟飼料配方設(shè)計有多種方法，但其設(shè)計步驟基本類似，一般按以下5個步驟進(jìn)行：明確目標(biāo)飼料配方設(shè)計的第一步是明確目標(biāo)，不同的目標(biāo)對配方要求有所差別。目標(biāo)可以包括整個產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)、整個產(chǎn)業(yè)中養(yǎng)殖場的目標(biāo)和養(yǎng)殖場中某批動物的目標(biāo)等不同層次。主要目標(biāo)含以下方面：(1)單位面積收益最大；(2)每頭上市動物收益最大；(3)使動物達(dá)到最佳生產(chǎn)性能；(4)使整個集團(tuán)收益最大；(5)對環(huán)境的影響最?。?6)生產(chǎn)含某種特定品質(zhì)的畜產(chǎn)品。隨養(yǎng)殖目標(biāo)的不同，配方設(shè)計也必須作相應(yīng)的調(diào)整，只有這樣才能實現(xiàn)各種層次的需求。確定動物的營養(yǎng)需要量國內(nèi)外的豬、雞、牛的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)可以作為營養(yǎng)需要量(nutrientrequirements)的基本參考。但由于養(yǎng)殖場的情況千差萬別，動物的生產(chǎn)性能各異，加上環(huán)境條件的不同，因此在選擇飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)時不應(yīng)照搬，而是在參考標(biāo)準(zhǔn)的同時，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，進(jìn)行必要的調(diào)整，穩(wěn)妥的方法是先進(jìn)行試驗，在有了一定的把握的情況下再大面積推廣。動物采食量是決定營養(yǎng)供給量的重要因素，雖然對采食量的預(yù)測及控制難度較大，但季節(jié)的變化及飼料中能量水平、粗纖維含量、飼料適口性等是影響采食量的主要因素，供給量的確定一般不能忽略這些方面的影響。選擇飼料原料這是飼料配制的第三步，即選擇可利用的原料并確定其養(yǎng)分含量和對動物的利用率。原料的選擇應(yīng)是適合動物的習(xí)性并考慮其生物學(xué)效價(或有效率)。飼料配方將以上三步所獲取的信息綜合處理，形成配方配制飼糧，可以用手工計算，也可以采用專門的計算機優(yōu)化配方軟件。配方質(zhì)量評定飼料配制出來以后，想弄清配制的飼糧質(zhì)量情況必須取樣進(jìn)行化學(xué)分析，并將分析結(jié)果和預(yù)期值進(jìn)行對比。如果所得結(jié)果在允許誤差的范圍內(nèi)，說明達(dá)到飼料配制的目的。反之，如果結(jié)果在這個范圍以外，說明存在問題，問題可能是出在加工過程、取樣混合或配方，也可能是出在實驗室。為此，送往實驗室的樣品應(yīng)保存好，供以后參考用。配方產(chǎn)品的實際飼養(yǎng)效果是評價配制質(zhì)量的最好尺度，條件較好的企業(yè)均以實際飼養(yǎng)效果和生產(chǎn)的畜產(chǎn)品品質(zhì)作為配方質(zhì)量的最終評價手段。隨著社會的進(jìn)步，配方產(chǎn)品安全性、最終的環(huán)境和生態(tài)效應(yīng)也將作為衡量配方質(zhì)量的尺度之一。配合飼糧時必須掌握的資料設(shè)計飼料配方必須具備下述幾種資料，才能著手進(jìn)行計算。動物的品種、生產(chǎn)階段及相應(yīng)的營養(yǎng)需要量（飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)）。擁有的飼料原料種類、質(zhì)量規(guī)格，所用飼料的營養(yǎng)物質(zhì)含量（飼料成分及營養(yǎng)價值表）及其用量限制。飼料的價格與成本，在滿足動物營養(yǎng)需要的前提下，應(yīng)選擇質(zhì)優(yōu)價廉的飼料以降低成本。飼喂方式、飼糧的類型和預(yù)期采食量。飼糧類型與其組成和養(yǎng)分的含量有關(guān)。即所設(shè)計的配方是全價飼料，還是濃縮飼料等。如果是全價飼料，它是用于限制飼喂還是自由采食故應(yīng)了解所配飼糧的類型。在設(shè)計配方時，應(yīng)使動物能夠食到所需要的數(shù)量，因為飼糧中各種養(yǎng)分所需濃度取決于采食量。（三）飼糧配合的方法飼糧配合主要是規(guī)劃計算各種飼料原料的用量比例。設(shè)計配方時采用的計算方法分手工計算和計算機規(guī)劃兩大類:①手工計算法，有交叉法、方程組法、試差法，可以借助計算器計算；②計算機規(guī)劃法，主要是根據(jù)有關(guān)數(shù)學(xué)模型編制專門程序軟件進(jìn)行飼料配方的優(yōu)化設(shè)計，涉及的數(shù)學(xué)模型主要包括線性規(guī)劃、多目標(biāo)規(guī)劃、模糊規(guī)劃、概率模型、靈敏度分析、多配方技術(shù)等。1交叉法（crossmethod）交叉法又稱四角法、方形法、對角線法或圖解法。在飼料種類不多及營養(yǎng)指標(biāo)少的情況下，采用此法，較為簡便。在采用多種類飼料及復(fù)合營養(yǎng)指標(biāo)的情況下，亦可采用本法。但由于計算要反復(fù)進(jìn)行兩兩組合，比較麻煩，而且不能使配合飼糧同時滿足多項營養(yǎng)指標(biāo)。（1） 2種飼料配合例如，用玉米、豆粕為主給體重35?60kg的生長育肥豬配制飼料。步驟如下：第一步查飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)或根據(jù)實際經(jīng)驗及質(zhì)量要求制定營養(yǎng)需要量，35?60kg生長肉豬要求飼料的粗蛋白質(zhì)一般水平為14%。經(jīng)取樣分析或查飼料營養(yǎng)成分表，設(shè)玉米含粗蛋白質(zhì)為8%，豆粕含粗蛋白質(zhì)為45%。第二步作十字交叉圖，把混合飼料所需要達(dá)到的粗白質(zhì)含量14%放在交叉處，玉米和豆粕的粗蛋白質(zhì)含量分別放在左上角和左下角；然后以左方上、下角為出發(fā)點，各向?qū)峭ㄟ^中心作交叉，大數(shù)減小數(shù)，所得的數(shù)分別記在右上角和右下角。玉米8 31 （45－14，玉米份數(shù)）14豆餅45 6 （14－8，豆餅份數(shù)）第三步上面所計算的各差數(shù)，分別除以這兩差數(shù)的和，就得2種飼料混合的百分比。玉米應(yīng)占比例=X100=% 檢驗： 8%X%=%豆餅應(yīng)占比例=X100=% 檢驗： 45%X%=%%＋%=14%因此，35?60kg體重生長豬的混合飼料，由％玉米與%豆餅組成。用此法時，應(yīng)注意2種飼料養(yǎng)分含量必須分別高于和低于所求的數(shù)值。（2）2種以上飼料組分的配合例如要用玉米、高粱、小麥麩、豆粕、棉籽粕、菜籽粕和礦物質(zhì)飼料（骨粉和食鹽）為體重35?60kg的生長育肥豬配成含粗蛋白質(zhì)為14%的混合飼料。則需先根據(jù)經(jīng)驗和養(yǎng)分含量把以上飼料分成比例已定好的3組飼料。即混合能量飼料、混合蛋白質(zhì)飼料和礦物質(zhì)飼料。把能量料和蛋白質(zhì)料當(dāng)作2種飼料做交叉配合。方法如下：第一步先明確用玉米、高粱、小麥麩、豆粕、棉籽粕、菜籽粕和礦物質(zhì)飼料粗蛋白質(zhì)含量，一般玉米為%、高粱%、小麥麩%、豆粕%、棉籽粕%、菜籽粕%和礦物質(zhì)飼料（骨粉和食鹽）0%。第二步將能量飼料類和蛋白質(zhì)類飼料分別組合，按類分別算出能量和蛋白質(zhì)飼料組粗蛋白質(zhì)的平均含量。設(shè)能量飼料組由60%玉米、20%高粱、20%麥麩組成，蛋白質(zhì)飼料組由70%豆粕、20%棉籽粕、10%菜籽粕構(gòu)成。則：能量飼料組的蛋白質(zhì)含量為：60%X%+20%X%+20%X%=%蛋白質(zhì)飼料組蛋白質(zhì)含量為：70%X%+20%X%+10%X%=%礦物質(zhì)飼料，一般占混合料的2%，其成分為骨粉和食鹽。按飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)食鹽宜占混合料的%,則食鹽在礦物質(zhì)飼料中應(yīng)占15%[即（-2）X100%],骨粉則占85%。第三步算出未加礦物質(zhì)料前混合料中粗蛋白質(zhì)的應(yīng)有含量。因為配好的混合料再摻入礦物質(zhì)料,等于變稀,其中粗蛋白質(zhì)含量就不足14%了。所以要先將礦物質(zhì)飼料用量從總量中扣除,以便按2%添加后混合料的粗蛋白質(zhì)含量仍為14%。即未加礦物質(zhì)飼料前混合料的總量為100%-2%=98%,那么,未加礦物質(zhì)飼料前混合料的粗蛋白質(zhì)含量應(yīng)為：14V98X100%=%。第四步將混合能量料和混合蛋白質(zhì)料當(dāng)作2種料,做交叉。即：混合能量料混合蛋白質(zhì)料混合能量飼料應(yīng)占比例=混合蛋白質(zhì)料應(yīng)占比例=第五步計算出混合料中各成分應(yīng)占的比例。即：玉米應(yīng)占60XX=，以此類推，高梁占、麥麩、豆粕、棉籽粕、菜籽粕、骨粉、食鹽、合計100。（3）蛋白質(zhì)混合料配方連續(xù)計算要求配一粗蛋白質(zhì)含量為%的蛋白質(zhì)混合料，其原料有亞麻仁粕（含蛋白質(zhì)%）、豆粕（含蛋白質(zhì)%）和菜籽粕（含蛋白質(zhì)%）。各種飼料配比如下：亞麻仁粕 5.0豆粕菜子粕用此法計算時，同一四角兩種飼料的養(yǎng)分含量必須分別高于和低于所求數(shù)值，即左列飼料的養(yǎng)分含量按間隔大于和小于所求數(shù)值排列。2?聯(lián)立方程法（equationmethod） 此法是利用數(shù)學(xué)上聯(lián)立方程求解法來計算飼料配方。優(yōu)點是條理清晰，方法簡單。缺點是飼料種類多時，計算較復(fù)雜。例如某豬場要配制含15%粗蛋白質(zhì)的混合飼料?，F(xiàn)有含粗蛋白質(zhì)9%的能量飼料（其中玉米占80%，大麥占20%）和含粗蛋白質(zhì)40%的蛋白質(zhì)補充料，其方法如下：2 混合飼料中能量飼料占x%,蛋白質(zhì)補充料占y%。得：x+y=1005 能量混合料的粗蛋白質(zhì)含量為9%,補充飼料含粗蛋白質(zhì)為40%,要求配合飼料含粗蛋白質(zhì)為15%。得：+=15（3） 列聯(lián)立方程：x+y=100+=15（4） 解聯(lián)立方程,得出：x=y=（5） 求玉米、大麥在配合飼料中所占的比例：玉米占比例=%X80%=%大麥占比例=%X20%=%因此,配合飼料中玉米、大麥和蛋白質(zhì)補充料各占%、%及%。3?試差法（trymethod）又稱為湊數(shù)法。這種方法首先根據(jù)經(jīng)驗初步擬出各種飼料原料的大致比例,然后用各自的比例去乘該原料所含的各種養(yǎng)分的百分含量,再將各種原料的同種養(yǎng)分之積相加,即得到該配方的每種養(yǎng)分的總量。將所得結(jié)果與飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照,若有任一養(yǎng)分超過或不足時,可通過增加或減少相應(yīng)的原料比例進(jìn)行調(diào)整和重新計算,直至所有的營養(yǎng)指標(biāo)都基本上滿足要求為止。此方法簡單,可用于各種配料技術(shù),應(yīng)用面廣。缺點是計算量大,十分繁瑣,盲目性較大,不易篩選出最佳配方,相對成本可能較高。例如,用玉米、麥麩、豆粕、棉籽粕、進(jìn)口魚粉、石粉、磷酸氫鈣、食鹽、維生素預(yù)混料和微量元素預(yù)混料，配合0?6周齡雛雞飼糧。第一步確定飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)從蛋雞飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中查得0?6周齡雛雞飼糧的營養(yǎng)水平為代謝能MJ/kg,粗蛋白質(zhì)18%，鈣%，總磷%，賴氨酸、蛋氨酸、胱氨酸分別為%、%、%。第二步根據(jù)飼料成分表查出或化驗分析所用各種飼料的養(yǎng)分含量（表15-2）。第三步按能量和蛋白質(zhì)的需求量初擬配方。根據(jù)實踐經(jīng)驗,初步擬定飼糧中各種飼料的比例。雛雞飼糧中各類飼料的比例一般為：能量飼料65%?70%,蛋白質(zhì)飼料25%?30%,礦物質(zhì)飼料等3%?%（其中維生素和微量元素預(yù)混料一般各為%），據(jù)此先擬定蛋白質(zhì)飼料用量（按占飼糧的26%估計）；棉籽粕適口性差并含有毒物質(zhì)，飼糧中用量有一定限制，可設(shè)定為3%；魚粉價格較貴，一般不希望多用，根據(jù)雞的采食習(xí)性，可定為4%；則豆粕可擬定為19%（26%-3%-4%）。礦物質(zhì)飼料等擬按3%后加。能量飼料中麥麩暫設(shè)為7%，玉米則為64%（100%-3%-7%-26%），計算初擬配方結(jié)果，如表15-3。表15-2飼料的養(yǎng)分含量代謝能(MJ代謝能(MJ/kg)粗蛋白質(zhì)（%）鈣(%)玉米麥麩豆粕棉籽粕魚粉磷酸氫鈣石粉——磷賴氨酸蛋氨酸胱氨酸(%)(%)(%)(%)表15-3初擬配方飼糧組成（）①ME(MJ/kg)CP(%)飼料原料中②飼糧中①X②飼料原料中③飼糧中①X③玉米64麥麩7豆粕19魚粉4棉籽粕3合計97標(biāo)準(zhǔn)第四步調(diào)整配方，使能量和粗蛋白質(zhì)符合飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定量。采用方法是降低配方中某一飼料的比例，同時增加另一飼料的比例，二者的增減數(shù)相同，即用一定比例的某一種飼料代替另一種飼料。計算時可先求出每代替1%時，飼糧能量和蛋白質(zhì)改變的程度，然后結(jié)合第三步中求出的與標(biāo)準(zhǔn)的差值，計算出應(yīng)該代替的百分?jǐn)?shù)。上述配方經(jīng)計算知，飼糧中代謝能濃度比標(biāo)準(zhǔn)低/kg，粗蛋白質(zhì)高％。用能量高和粗蛋白質(zhì)低的玉米代替麥麩，每代替1%可使能量升高/kg［即（）X1%］,粗蛋白質(zhì)降低［即（）X1%］?？梢姡?%玉米代替3%麥麩則飼糧能量和粗蛋白質(zhì)均與標(biāo)準(zhǔn)接近（分別為/kg和），而且蛋能比與標(biāo)準(zhǔn)相符合。則配方中玉米改為67%，麥麩改為4%。第五步計算礦物質(zhì)飼料和氨基酸用量調(diào)整后配方的鈣、磷、賴氨酸、蛋氨酸含量計算結(jié)果見表15-4。根據(jù)配方計算結(jié)果知，飼料中鈣比標(biāo)準(zhǔn)低%，磷低%。因磷酸氫鈣中含有鈣和磷，所以先用磷酸氫鈣來滿足磷，需磷酸氫鈣％—18%=%。％磷酸氫鈣可為飼糧提供鈣%X%=%，鈣還差%%=%，可用含鈣36%的石粉補充，約需％—36%=%。原料飼糧組成鈣磷賴氨酸蛋氨酸胱氨酸(%)(%)(%)(%)(%)(%)玉米67麥麩4豆粕19魚粉4棉籽粕合計標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)比較——++—賴氨酸含量超過標(biāo)準(zhǔn)％,說明不需另加5賴氨酸。蛋氨酸和胱氨酸比標(biāo)準(zhǔn)低％,可用蛋氨酸添加劑來補充。食鹽用量可設(shè)定為%，維生素預(yù)混料（多維）用量設(shè)為%，微量元素預(yù)混料用量設(shè)為%。原估計礦物質(zhì)飼料和添加劑約占飼糧的3%?，F(xiàn)根據(jù)設(shè)定結(jié)果，計算各種礦物質(zhì)飼料和添加劑實際總量：磷酸氫鈣+石粉+蛋氨酸+食鹽+維生素預(yù)混料+微量元素預(yù)混料=%+%+%+%+%+%=%，比估計值低3%%=%,象這樣的結(jié)果不必再算，可在玉米或麥麩中增加%即可。一般情況下，在能量飼料調(diào)整不大于1%時，對飼糧中能量、粗蛋白質(zhì)等指標(biāo)引起的變化不大,可忽略不計。第六步列出配方及主要營養(yǎng)指標(biāo)。0?6周齡產(chǎn)蛋雛雞飼糧配方及其營養(yǎng)指標(biāo)如表15-5。表15-5飼糧配方原料配比（％）成分含量玉米（％）麥麩（％）豆粕（％）魚粉（％）棉籽粕（％）石粉（％）磷酸氫鈣（％）食鹽（％）蛋氨酸（％）維生素預(yù)混料（％）微量元素預(yù)混料（％）合計代謝能（MJ/kg）粗蛋白質(zhì) （％）鈣 （％）磷 （％）賴氨酸 （％）蛋氨酸+胱氨酸（％）線性規(guī)劃法（linearprogramming）線性規(guī)劃法又簡稱LP法，是最早采用運籌學(xué)有關(guān)數(shù)學(xué)原理來進(jìn)行飼料配方優(yōu)化設(shè)計的一種方法。該法將飼料配方中的有關(guān)因素和限制條件轉(zhuǎn)化為線性數(shù)學(xué)函數(shù)、求解一定約束條件下的目標(biāo)值（最小值或最大值）。（1）線性規(guī)劃法的基本條件采用線性規(guī)劃法解決飼料配方設(shè)計問題時一般要求如下情況成立：飼料原料的價格、營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)是相對固定的，基本決策變量6）為飼

料配方中各種飼料原料的用量，飼料原料用量可以在指定的用量范圍波動；飼料原料的營養(yǎng)成分和營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)具有可加性，規(guī)劃過程不考慮各種營養(yǎng)成分或化學(xué)成分的相互作用關(guān)系；特定情況下動物對各種養(yǎng)分需要量為基本約束條件，并可轉(zhuǎn)化為決策變量的線性函數(shù)，每一線性函數(shù)為一個約束條件，所有線性函數(shù)構(gòu)成線性規(guī)劃的約束條件集；只有一個目標(biāo)函數(shù)，一般指配方成本的極小值，也可以是配方收益的最大值，目標(biāo)函數(shù)是決策變量的線性函數(shù)，各種原料所提供的成分與其使用量呈正比；最優(yōu)配方為不破壞約束條件的最低成本配方或最大收益配方。線性規(guī)劃法設(shè)計優(yōu)化飼料配方的數(shù)學(xué)模型設(shè)x(x,x,x,…，x)j123n為參與配方配制過程的各種原料相應(yīng)的用量，w為所有飼料原料用量之和(1、0100%、100或1000等)，n為原料個數(shù)，m為約束條件數(shù)，(i=1,2,…，m；j=1,2,…，n)為各種原料所含相應(yīng)的營養(yǎng)成分，b(b：b,b,…，b)i1 2 3 m為配萬中應(yīng)滿足的各項營養(yǎng)指標(biāo)或重量指標(biāo)的預(yù)疋值，c(c,c,c,…，c)j1 2 3 n為每種原料相應(yīng)的價格系數(shù)，Z為目標(biāo)值，則下列模型成立：目標(biāo)函數(shù)滿足約束條件：Z 目標(biāo)函數(shù)滿足約束條件：Z 二cx+cx+…+cxmin11 22nnW)b1W)b2ax+W)b1W)b2111 1221nnax+ax+…+ax$(=,211 2222nnax+ax+…+ax$(二，W)bm11m22mnn mxbx+???+X=W1 2n0x，x2，…，xn$0即求滿足約束條件下的最低成本配方。如果求解最大收益，可將目標(biāo)設(shè)疋為求解飼料轉(zhuǎn)換效率與飼料價格之乘積最低，利用飼料轉(zhuǎn)化隨代謝能變化的回歸關(guān)系，篩選最大收益配方，由于最大收益配方涉及因素多，編制模型和計算機軟件均有一疋難度，目前多用的仍是最低成本配方。線性規(guī)劃問題的解法上述線性規(guī)劃飼料配方計算模型由于含有多個不等式，實際計算時不太方便，如果將所建立的線性規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)型，則可通過單純形法或改進(jìn)單純形法來求解。如果引入松弛變量X(x,x,……,x)，則可將約束條件下的不等式n+i n+1 n+2 n+m轉(zhuǎn)化為等式，得到線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)型：Z二cx+cX+…+cXmin11 22nnax+ax+…+ax+x=b111122 1nnn+11ax+ax+…+ax+x=b211222 2nnn+22ax+ax+…+ax+x=bm11m22 mnnn+mmx+x+…+x=w1 2 n0x$0j上述標(biāo)準(zhǔn)型可簡化表示如下：目標(biāo)函數(shù)滿足約束條件X1+X2+…+Xn=wox$0j單純形法適用于任意多個變量和約束條件的線性規(guī)劃求解問題。單純形法是一個迭代過程，它是根據(jù)規(guī)劃問題的標(biāo)準(zhǔn)型，從可行域中的基本可行解開始，轉(zhuǎn)移到下一個基本可行解，若轉(zhuǎn)移后目標(biāo)函數(shù)值不變小則要繼續(xù)轉(zhuǎn)移。如有最優(yōu)解存在，就轉(zhuǎn)移到求得最優(yōu)解為止。改進(jìn)單純形法系單純形法的改進(jìn)算法。其優(yōu)點是中間變量少，運算量小，適宜解決變量多、約束多的飼料配方計算問題。一般線性規(guī)劃的計算機程序大部分采用改進(jìn)單純形法設(shè)計。線性規(guī)劃法詳細(xì)求解過程參閱《運籌學(xué)》有關(guān)書籍。（4）線性規(guī)劃最低成本配方設(shè)計的一般步驟線性規(guī)劃法計算飼料配方時可以手工計算，但手工計算比較費時，目前多采用專門的計算機軟件求解，用于飼料配方設(shè)計的計算機機型和線性規(guī)劃軟件很多，但優(yōu)化的原理是一樣的，方法和步驟也差別不大，茲僅介紹飼料配方軟件一般的操作步驟。建立和維護(hù)飼料原料數(shù)據(jù)庫和飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)庫將飼料原料的名稱、代碼、中國飼料號、原料特性和描述、適應(yīng)動物、飼料價格（成本）、飼料的營養(yǎng)和化學(xué)成分、利用率、效價、能蛋比（或蛋能比）、鈣磷比、氨基酸比例（其他氨基酸/賴氨酸）等數(shù)據(jù)輸入飼料原料庫，將飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)名稱、代碼、標(biāo)準(zhǔn)編號、標(biāo)準(zhǔn)來源、營養(yǎng)需要量、適應(yīng)動物、標(biāo)準(zhǔn)描述等數(shù)據(jù)輸入飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)庫。也可對以前已輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、補充和完善。制作數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)表根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計方案從原料庫選擇相應(yīng)的飼料原料、從標(biāo)準(zhǔn)庫中選擇相應(yīng)的營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置原料的用量限制和營養(yǎng)需要量的上下限，并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)型數(shù)據(jù)表。目前大多數(shù)計算機配方軟件可以存儲以前輸入的數(shù)據(jù)和建立的相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，可進(jìn)行適當(dāng)修改后用于新的飼料配方設(shè)計。數(shù)學(xué)模型的好壞直接影響配方的水平。模型過細(xì)，原料品種越多，營養(yǎng)指標(biāo)越全，數(shù)學(xué)模型越復(fù)雜，計算量就越大，無解的可能性也越大。但若原料品種和營養(yǎng)指標(biāo)太少，就會得不到令人滿意的配方，如家禽配方最主要考慮的營養(yǎng)指標(biāo)是代謝能、粗蛋白質(zhì)、賴氨酸、蛋氨酸、鈣、磷（或可利用磷），豬飼料配方最主要考慮的營養(yǎng)指標(biāo)是消化能、粗蛋白質(zhì)、賴氨酸、蛋氨酸（或蛋＋胱氨酸）、鈣、磷（或可利用磷）等，其次考慮的指標(biāo)有亞油酸、色氨酸、蘇氨酸等，在生產(chǎn)實際中有的企業(yè)設(shè)計飼料配方時會增加考慮粗纖維、粗脂肪等指標(biāo)。需要注意的是約束條件中的關(guān)系或排列順序一定要嚴(yán)格遵循的順序，約束條件可根據(jù)需要增減。某些配方程序需要手工記錄相應(yīng)的原料品種數(shù)、條件數(shù)（$、=、W的方程數(shù)）等參數(shù)值。目前大多數(shù)配方程序自動統(tǒng)計原料個數(shù)和條件數(shù)。由計算機計算飼料配方并顯示結(jié)果。對配方結(jié)果進(jìn)行分析判斷是否符合要求及是否有必要加以調(diào)整。如果符合要求則保存或打印配方表；如果有必要加以調(diào)整，則可刪除或增加原料品種，應(yīng)將原品種的各項營養(yǎng)成分及價格換成新增品種的相應(yīng)數(shù)據(jù)，若對原料的某一數(shù)據(jù)增刪，則只需在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行即可。也可改變某項指標(biāo)的$、=、w數(shù)據(jù)來調(diào)整運算模型。調(diào)整好后重新運算，直至配方結(jié)果滿意為止。線性規(guī)劃最低成本配方設(shè)計實例以設(shè)計生長蛋雞配合飼料為例，介紹線性規(guī)劃在飼料配方設(shè)計上的應(yīng)用。步驟如下：從原料庫選擇玉米、麥麩、豆粕、棉籽粕、菜籽粕、魚粉、石粉、磷酸氫鈣、賴氨酸、蛋氨酸、食鹽、1％添加劑復(fù)合預(yù)混料，并修改完善飼料價格、營養(yǎng)成分等數(shù)據(jù)。如果原料庫中沒有某種飼料原料則增加一條記錄，填入相應(yīng)數(shù)據(jù)，并保存。所選原料的營養(yǎng)成分和價格見表15-6。表15-6 飼料原料營養(yǎng)成分和價格表項目玉米麥麩豆粕棉籽粕菜籽粕魚粉石粉磷酸氫鈣蛋氨酸賴氨酸食鹽預(yù)混料代謝能0000粗蛋白質(zhì)00987800鈣360000磷0180000賴氨酸0007800蛋+胱氨酸0098000鈉00000價格(C)241810從飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)庫中選擇蛋雞生長期營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，修改和完善營養(yǎng)需要數(shù)據(jù)。也可增加一條記錄，自行建立相應(yīng)的營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并保存。本例蛋雞生長期營養(yǎng)需要為代謝能MJ/kg,粗蛋白質(zhì)19%,鈣％，總磷％,賴氨酸％,蛋+胱氨酸分別為％,鈉%。建立飼料配方的數(shù)學(xué)模型,設(shè)置原料的用量限制和營養(yǎng)需要量的上下限,制定設(shè)計配方的專用表格,最后完善相應(yīng)的數(shù)據(jù),構(gòu)成飼料配方的數(shù)學(xué)模型,見表15-7。表15-7生長蛋雞飼料原料及配方約束條件玉米麥麩豆粕棉籽粕菜籽粕魚粉石粉磷酸氫鈣蛋氨酸賴氨酸食鹽預(yù)混料約束方式約束值⑹變量XX2X3XXXX7X8X9X10XX12代謝能0000$粗蛋白質(zhì)00987800$19鈣360000$磷0180000$賴氨酸0007800$蛋+胱氨酸0098000$鈉00000$價格(C)241810minZmin用量控制$40W10W5$1W=1⑹W5以上表格用線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型表示如下：卄+++++MX100卄++++98X+78X$19X1009 10++++++36X+$X1007卄++++18xMX1008卄++++78xMX10010卄++++98xMX1009卄++++MX100x$4010WxW102x$030WxW54x$051WxW56x$07x$08x$09x$0100WxW11x=112x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+x=1001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12目標(biāo)函數(shù)Z（元/100kg）=++++++++24x+18x++10xmin 9 10 12min④用單純形法求解，或運行優(yōu)化配方程序計算配方，結(jié)果見表15-8。表15-8線性規(guī)劃配方及其營養(yǎng)指標(biāo)原料配比（％）營養(yǎng)成分含量玉米代謝能（MJ/kg）小麥麩一粗蛋白質(zhì)（％）豆粕鈣（％）魚粉磷（％）棉籽粕一賴氨酸（％）菜籽粕一蛋+胱氨酸（％）磷酸氫鈣鈉（％）石粉價格（元/1kg）食鹽賴氨酸一蛋氨酸一預(yù)混料合計100（6）線性規(guī)劃法設(shè)計飼料配方的求解思想約束條件可分3方面考慮：一是預(yù)定并保證配方設(shè)計要求的營養(yǎng)指標(biāo)，設(shè)定營養(yǎng)指標(biāo)的上下限；二是對某些非常規(guī)飼料或含抗?fàn)I養(yǎng)因子及毒素而不可多用的原料、或資源緊俏的原料規(guī)定其用量范圍；三是所有飼料用量之和，可以是1、100%、100或1000。為使問題達(dá)到最優(yōu)解，可以適當(dāng)降低某些營養(yǎng)指標(biāo)、放寬原料用量上下限、擴大原料的選擇面等。對于給定的某一線性規(guī)劃問題，求解過程存在從一個基可行解到另一基可行解的“旅行”，而且基可行解對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值依次嚴(yán)格下降。線性規(guī)劃法如果有最優(yōu)解則具有唯一性。若無最優(yōu)解，則最后一個基可行解最接近目標(biāo)要求，因此可以利用此理得出“參考配方”。當(dāng)提供參考解時，可根據(jù)營養(yǎng)學(xué)知識判別是否可用。（7）線性規(guī)劃最大收益飼料配方設(shè)計最低成本配方模型可以實現(xiàn)一定生產(chǎn)水平下的動物單位飼料成本最低，但并不意味著所設(shè)計的配方具有最佳的飼料報酬或經(jīng)濟效益。一般而言飼料價格越低，其營養(yǎng)價值可能越差，追求最低成本往往會導(dǎo)致那些廉價的營養(yǎng)價值較低的原料入選或用量增加，使配方的使用價值降低。要防止這種情況發(fā)生，就要給予比較嚴(yán)格的限制條件，從而不易得到最優(yōu)解。最大收益配方主要針對特定的養(yǎng)殖場，考慮飼料成本的投入與養(yǎng)殖經(jīng)濟效益的產(chǎn)出最佳，最大收益可以指生產(chǎn)單位畜產(chǎn)品的飼料費用最低，畜產(chǎn)品質(zhì)量要求及飼料的利用效率將是關(guān)鍵決定因素之一。最大收益配方仍以線性規(guī)劃求目標(biāo)函數(shù)極小值為基礎(chǔ)，所不同的只是目標(biāo)不再是最低成本，而是飼料轉(zhuǎn)換效率與飼料價格之乘積最低。最大收益配方不僅要選擇適當(dāng)?shù)那笏髂繕?biāo)，還要給出目標(biāo)函數(shù)與營養(yǎng)需要之間或肉、蛋、奶等產(chǎn)品及性狀之間的關(guān)系，而這些關(guān)系往往需要通過大量的飼養(yǎng)試驗取得數(shù)據(jù)，再加以分析整理而得。目前由于動物營養(yǎng)與飼料科技水平的限制，難以得到最大收益配方，需要許多科學(xué)模型的完善。多目標(biāo)規(guī)劃法（multi-objectprogramming）飼料配方設(shè)計也是個多目標(biāo)規(guī)劃問題，常常需要在多種目標(biāo)之間進(jìn)行優(yōu)化。線性規(guī)劃模型得出的最優(yōu)解，是追求成本最低的結(jié)果，難以兼顧其它目標(biāo)的滿足，實際上是數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解，而不一定是實際問題的滿意解。線性規(guī)劃缺乏彈性，在優(yōu)化時必須絕對優(yōu)先滿足約束條件，從而有可能丟失價格和營養(yǎng)平衡2方面都比較滿意的解，且只能提供一個解，使我們無法進(jìn)行優(yōu)化篩選，也不能提供足夠的參考數(shù)據(jù)，以便進(jìn)一步改進(jìn)配方。對于上述問題，采用多目標(biāo)規(guī)劃技術(shù)，即可有效地處理約束條件和目標(biāo)函數(shù)之間的矛盾，又可解決多目標(biāo)的優(yōu)化問題。目標(biāo)規(guī)劃法是在線性規(guī)劃法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。目標(biāo)規(guī)劃也稱多目標(biāo)規(guī)劃，可把所有約束條件均作為處理目標(biāo)，目標(biāo)之間可以依據(jù)權(quán)重的變化而相互破壞，給配方設(shè)計帶來更大的靈活性。（1）建立目標(biāo)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型的附加條件引人正、負(fù)偏差變量d+、d-0正偏差變量d+表示決策值超過目標(biāo)值的部分，負(fù)偏差變量d-表示決策值未達(dá)到目標(biāo)值的部分。因決策值不可能既超過目標(biāo)值同時又未達(dá)到目標(biāo)值，所以恒有d+Xd-=0,即d+與d-之間至少有一個為零，并規(guī)定d+^0,d-^0o絕對約束與目標(biāo)約束的轉(zhuǎn)化。絕對約束指必須嚴(yán)格滿足的等式約束和不等式約束，如線性規(guī)劃問題的所有約束條件，不能滿足這些條件的解稱為非可行解，所以它們是硬約束。目標(biāo)約束為目標(biāo)規(guī)劃所特有，可把約束右端項看作要追求的目標(biāo)值。在達(dá)到此目標(biāo)值時允許發(fā)生正或負(fù)偏差，因此在這些約束條件中加入正負(fù)偏差變量，它們是軟約束。線性規(guī)劃問題的目標(biāo)函數(shù)在給定值和加入正負(fù)偏差變量后可轉(zhuǎn)換為目標(biāo)約束。也可根據(jù)問題的需要將絕對約束變換為目標(biāo)約束。優(yōu)先因子（優(yōu)先等級）與權(quán)重系數(shù)的引入設(shè)有L個決策目標(biāo)，根據(jù)L個目標(biāo)的優(yōu)先程度，把它們分成K個優(yōu)先等級P，凡要求第一位達(dá)到的目標(biāo)賦于優(yōu)先因子P，次位的目標(biāo)賦于優(yōu)先因子P，…,并規(guī)定P$P，k=1,2,…，K，表示P比P有更大的優(yōu)先權(quán)。即首先保證kk+1 k k+1

P級目標(biāo)的實現(xiàn)，這時可不考慮次級目標(biāo)，而P級目標(biāo)是在實現(xiàn)P級目標(biāo)的基礎(chǔ)上考慮的，以此類推。在同一個優(yōu)先級別中的不同目標(biāo)，它們的正負(fù)偏差變量的重要程度還可以有差別．這時還可以給同一優(yōu)先級別的正負(fù)偏差變量賦予不同的權(quán)重系數(shù)和。2.多目標(biāo)規(guī)劃飼料配方數(shù)學(xué)模型飼料配方多目標(biāo)規(guī)劃的數(shù)學(xué)表達(dá)式可為：約束條件x+x+…+x=w12nx+x+…+x=w12n0x$0jd+Xd-=0lld+，d-$0ll(j=1,2,…，n)(l=0,1，2，…，m)目標(biāo)函數(shù)多目標(biāo)規(guī)劃法求解過程可采用改進(jìn)單純形法。（3） 多目標(biāo)規(guī)劃模型的優(yōu)點將飼料配方計算問題歸結(jié)為一個具有多種優(yōu)化目標(biāo)的問題。將各目標(biāo)分級綜合在目標(biāo)函數(shù)中，在優(yōu)化求解過程中能夠有效地兼顧各目標(biāo)的相互關(guān)系，能夠適應(yīng)多種情況下提出的飼料配方計算問題。飼料配方計算的約束邊界具有一定的彈性。因為該模型將約束真實地描述為目標(biāo)約束，并且合理地引入了離差變量，這確切地反映了標(biāo)準(zhǔn)中各指標(biāo)的真實含義（即指標(biāo)多為目標(biāo)值），并且目標(biāo)值允許有一定的正負(fù)偏差，利用這個具有彈性邊界的模型，我們可以求得一組而非一個在一定偏差范圍內(nèi)的滿意解。減少了無可行解的情況。由于采用分級優(yōu)化的辦法，當(dāng)我們提出的約束條件不盡相容時，即以約束條件為剛性邊界構(gòu)成的可行解為空集時，求解數(shù)學(xué)模型總可以使具有較高優(yōu)先級別的若干目標(biāo)得以實現(xiàn)，從而得到一組權(quán)宜解。建立模型時，需要確定目標(biāo)值、優(yōu)化等級、權(quán)重系數(shù)等，它們具有一定的主管性和模糊性，可以用專家評定法給予量化?？傊?，飼料配方計算的多目標(biāo)規(guī)劃模型有著堅實的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)與行之有效的計算方法，用于各種動物飼料配方計算是可行的。它不再把價格作為唯一的目標(biāo)絕對優(yōu)先地考慮，可以在規(guī)定配方價格的基礎(chǔ)上求最優(yōu)解。（4） 多目標(biāo)規(guī)劃飼料配方設(shè)計的一般步驟根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計方案，確定其營養(yǎng)水平；選定飼料原料的種類、價格和營養(yǎng)成分值；確定各種優(yōu)化指標(biāo)（價格、營養(yǎng)水平）及其優(yōu)化形態(tài)；確定應(yīng)限量的原料種類及其限量值與優(yōu)化形態(tài)；根據(jù)各目標(biāo)的重要性程度，設(shè)置目標(biāo)的優(yōu)先級或權(quán)重；生成配方計算的系數(shù)矩陣和目標(biāo)值；配方的多目標(biāo)規(guī)劃優(yōu)化計算；對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析，確定是否需要重新優(yōu)化；修改系數(shù)矩陣和目標(biāo)值、目標(biāo)的優(yōu)先級或權(quán)重，進(jìn)行重新優(yōu)化。多目標(biāo)規(guī)劃計算飼料配方的示例要求以玉米、麥麩、豆粕、棉籽粕、菜籽粕、魚粉、石粉、磷酸氫鈣、賴氨酸、蛋氨酸、食鹽、1％添加劑復(fù)合預(yù)混料為原料，為生長蛋用雞設(shè)計幾個可供選擇的配方。配方的營養(yǎng)水平為：代謝能/kg,粗蛋白質(zhì)%，鈣%