Abstract. When clipping sheep, their wool soaks a certain part of the liquid. This leads to a certain consumption of the working liquid of the bath. The consumption of bath liquid is directly proportional to the area of wool and the total number of treated sheep. The length of the residual wool after crutching has a significant effect on the bath liquid consumption. The smaller the short shearing is, the greater the number of sheep can be processed. The change of consumption of the working liquid is strongly dependent on the number of sheep treated. The mathematical model of the process of sheep crutching and dipping operation was developed for IBM-compatible personal computers with the Windows 98/2000/XP/ NT/ 7/10 operating systems in the Delphi 7 programming language. The window based front panel for data entry is implemented, as well as a graphic representation of the calculation results. The output parameters of the mathematical model are: a graph of changes in the temperature of the working liquid in a bath for sheep dipping operation; a graph to determine the time range in which the permissible temperature value is reached; a graph to determine the number of sheep, after which the liquid must be added. A mathematical description of the process of
sheep, sheep crutching, cattle bath, working liquid, experiment, mathematical model, optimization.
Постановка проблемы (Introduction)
При купании овец определенная часть их шерсти пропитывается жидкостью, что приводит в итоге к расходу рабочей жидкости ванны. Он прямо пропорционален площади шерсти и общему количеству обработанных овец. Поэтому в большинстве случаев обработка овец производится после стрижки. Качество стрижки овец также влияет на купание овец.
Целью настоящей работы является исследование процесса расхода рабочей жидкости и программирования процессов стрижки и купания овец.
Методология и методы исследования (Methods)
Методами исследования стали системный подход; анализ и синтез; оптимизация процессов, происходящие при стрижке и купании овец; программа, позволяющая провести расчет на компьютере
Рассмотрим процесс уменьшения или расхода рабочей жидкости ванны. Начальный объем ванны для купания овец – V0, после купания N овец жидкость в ванне уменьшается на объем V и требуется дополнительный объем Vдоп.
Рис. 1. Общий вид ванны для купания овец
Fig. 1. General view of the bathtub for bathing sheep
Когда расход рабочей жидкости в ванне V доходит до объема Vдоп., купальщик должен дополнить жидкость в ванне. Для этого расход рабочей жидкости находится по следующей формуле
V = V0 – Vдоп. (1)
Изменение расхода рабочей жидкости V сильно зависит от количества обработанных овец N, тогда можно записать уравнение изменения объема V рабочей жидкости в ванне:
dV = kSldN, (2)
где k – коэффициент, показывающий расход насыщения жидкостью шерсти;
S – площадь наружного покрова одного овца, м2;
l – длина шерсти овца после стрижки, м.
Из уравнения (2) получим
(3)
Если дополнительного объема Vдоп рабочей жидкости ванны требуется 1/i часть общего объема жидкости, тогда можно определить расход до дополнительного объема.
, (4)
где i – число, показывающие часть общего объема жидкости ванны.
Число i найдется из соотношения
.
Из уравнения (4) можно определить количество овец до зарядки ванны:
. (5)
Уравнение (5) определяет количество овец, после которого нужно дополнить жидкость.
График изменения обрабатываемого количества овец в зависимости от длины остаточной шерсти после стрижки при разных значениях объема изображен на рис. 2.
График (рис. 2), показывает, что качество стрижки, т. е. длина остаточной шерсти после стрижки, оказывает существенное влияние на расход жидкости в ванне для купания. Чем меньше будет короткая стрижка, тем большее количество овец можно будет обрабатывать.
График изменения расхода жидкости в зависимости от количества овец при разных значениях длины остаточной шерсти после стрижки представлен на рис. 3.
Результаты (Results)
Для анализа оптимизации процессов, происходящих при стрижке и купании овец, по вышеописанным уравнениям нами была создана программа, позволяющая провести расчет на компьютере.
Математическая модель процесса стрижки и купания овец разработана для совместимых с IBM персональных компьютеров с операционной системой Windows 98/2000/XP/NT/7/10 на языке программирования Delphi 7. Реализован оконный пользовательский интерфейс ввода данных, а также графическое 
[U2] представление результатов расчета.
1 2
Рис. 2. График изменения обрабатываемого количества овец в зависимости от длины остаточной шерсти после стрижки:
1 – при объеме V = 4000 л; 2- при объеме V = 6000 л
Fig. 2. Schedule changes in the processed quantities of sheep depending on the length residual hair after shearing:
1 – with a volume of V = 4000 l; 2 – with a volume of V = 6000 l
1 2
Рис. 3. График изменения расхода жидкости в зависимости от количества овец:
1 – при значении длины остаточной шерсти после стрижки l = 8 мм;
2 – при значении длины остаточной шерсти после стрижки l = 4 мм
Fig. 3. Schedule changes in fluid flow from the number of sheep:
1 – with the value of the length of the residual hair after shearing l = 8 mm;
2 – with the value of the length of the residual hair after cutting, l = 4 mm
Технические требования для работы программы следующие: персональный компьютер серии IBM 486 и выше, операционная система Windows 98 и выше и наличие пакета программ Office. Программа также протестирована в операционных системах Windows XP и Windows 7. Свободное место на жестком диске должно быть не менее 15 Мб, так как объем исполняемого файла составляет 1,5 Мб. Требование к оперативной памяти – не менее 64 Мб. Как правило, скорость работы программы зависит от быстродействия компьютера, а также от размера свободной оперативной памяти.
Программа, реализующая вычислительный эксперимент состоит из четырех окон (форм). На рис. 4 изображено стартовое окно выбора вывода результатов численных расчетов на математической модели. После выбора вывода графических результатов следует нажать на кнопку «ПЕРЕЙТИ» в правом нижнем углу окна для перехода к выбранному окну ввода.
Рис. 4. Окно выбора вывода результатов численных расчетов на математической модели
Fig. 4. Window for selecting the output of the results of numerical calculations on a mathematical model
При выборе «ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ВАННЫ» и нажатии на кнопку «ПЕРЕЙТИ» открывается окно «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ КУПОЧНОЙ ВАННЫ». Для вывода графика изменения температуры рабочей жидкости ванны для купания во времени следует ввести начальное и конечное время в секундах и нажать кнопку «ВЫВОД» (рис. 5 и 6).
Рис. 5. Окно вывода графика изменения температуры рабочей жидкости ванны для купания во времени
Fig. 5. The window for displaying a graph of the temperature change of the working fluid of the bathtub for bathing in time
Рис. 6. График изменения температуры рабочей жидкости купочной ванны со временем
Fig. 6. Schedule changes in the temperature of the working fluid of the bathtub with time
Окончание работы в текущем окне производится нажатием на кнопку «ГЛАВНОЕ ОКНО».
При выборе «ВРЕМЯ, ЗА КОТОРОЕ ДОСТИГАЕТСЯ ДОПУСТИМОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ» и нажатия на кнопку «ПЕРЕЙТИ» открывается окно «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ, ЗА КОТОРОЕ ДОСТИГАЕТСЯ ДОПУСТИМОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ». Для вывода графика по определению временного диапазона, в котором достигается допустимое значение температуры, следует ввести минимальное и максимальное количество овец и нажать кнопку «ВЫВОД» (рис. 7 и 8).
Рис. 7. Окно вывода графика по определению временного диапазона, в котором достигается допустимое значение температуры
Fig. 7. The graph output window for determining the time range in which the permissible temperature value is reached
Окончание работы в текущем окне производится нажатием на кнопку «ГЛАВНОЕ ОКНО». При выборе «РАСХОД РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ВАННЫ» и нажатия на кнопку «ПЕРЕЙТИ» открывается окно «ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ КУПОЧНОЙ ВАННЫ». Для вывода графика изменения обрабатываемых количеств овец в зависимости длины остаточной шерсти после стрижкиследует ввести минимальное и максимальное значения длины остаточной шерсти после стрижки и нажать кнопку «ВЫВОД» (рис. 9 и 10).
Рис. 8. График изменения временного диапазона, в котором достигается допустимое значение температуры
Fig. 8. The graph of the time range in which the permissible temperature value is reached
Рис. 9. Окно вывода графика изменения обрабатываемого количества овец в зависимости от длины остаточной шерсти после стрижки
Fig. 9. The window for displaying the graph of changes in the processed quantities of sheep depending on the length of the residual wool after shearing
Окончание работы в текущем окне производится нажатием на кнопку «ГЛАВНОЕ ОКНО».
По причине того, что ввод входных данных занимает значительное время, программой предусмотрено сохранение и загрузка входных параметров с файлов, что позволяет облегчить задачу и сэкономить время.
Выходными параметрами математической модели являются: график изменения температуры рабочей жидкости в ванне для купания овец; график по определению временного диапазона, в котором достигается допустимое значение температуры; график по определению количества овец, после которых нужно дополнить жидкость.
Рис. 10. График изменения обрабатываемого количества овец в зависимости от длины остаточной шерсти после стрижки
Fig. 10. Schedule of changes in the processed quantities of sheep depending on the length of the residual wool after shearing
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
Окончание работы производится нажатием на кнопку «
». При этом программа автоматически выгружается из памяти компьютера. Разработан специальный код программы.
По результатам работы были сделаны следующие выводы:
- Получено математическое описание процесса стрижки и купания овец, позволяющее определить: расход рабочей жидкости в ванне для купания овец, а также временной диапазон, в котором достигается допустимое значение температуры в ванне для купания.
- Разработанная математическая модель предназначена:
- для прогнозирования оптимального температурного режима при купании овец;
- для контроля поиска рационального режима и автоматизации процесса стрижки и купании овец.
1. Alekseev G. V. Optimizaciya v stacionarnyh zadachah teplomassoperenosa i magnitnoy gidrodinamiki. M.: Nauchnyy mir, 2010. 261 s.
2. Alifanov O. M. Obratnye zadachi v issledovanii slozhnogo teploobmena. M.: Yanus-K, 2009. 178 s.
3. Schweiger, G., Gomes C., Engel G., Hafner I., Schoeggl J., Posch A., Nouidui T. An Empirical Survey on Co-Simulation: Promising Standards, Challenges and Research Needs // Simulation Modelling Practice and Theory. 2019. Vol. 95. Pp. 148-163. DOI:https://doi.org/10.1016/j.simpat.2019.05.001.
4. Isachenko V. P. Osipova V. A., Sukomel A. S. Teploperedacha. M.: Nauka, 1975. 311 s.
5. Faronov V. V. Sistema programmirovaniya Delphi. V podlinnike. SPb., 2003. 912 s.
6. Bazhenova I. Yu. Delphi 7. Samouchitel' programmista. M., 2003. 448 s.
7. Kerman Mitchell K. Programmirovanie i otladka v Delphi. Uchebnyy kurs. M., 2004. 720 s.
8. Lin S., Shen L., Xiong C., Li. X. Multi-Criteria Group Decision Making and Group Agreement Quotient Analysis Based on the Delphi Method // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. Vol. 993. Pp. 237-246. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-22354-0_22.
9. Glushakov S. V., Klevcov A. L. Programmirovanie v srede Delphi 7.0. M., 2003. 528 s.
10. Wang S., Wang Z. Research on Regression Model Based on Uncertain System // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2020. Vol. 592. Pp. 24-29. DOI:https://doi.org/10.1007/978-981-32-9682-4_3.
11. Homonenko A., Gofman V. Samouchitel' Delphi. SPb., 2013. 576 s.
12. Simões-Marques M., Filomena Teodoro M., Calhamonas G., Nunes I. L. Applying a Variation of Delphi Method for Knowledge Elicitation in the Context of an Intelligent System Design // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. Vol. 959. Pp. 386-398. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-20040-4_35.
13. Tyukachev N. A., Mihaylova E. E., Rybak K. S. Programmirovanie v Delphi dlya nachinayuschih. SPb., 2007. 672 s.
14. Can G. F., Demirok S. Universal Usability Evaluation by using an Integrated Fuzzy Multi Criteria Decision Making Approach // International Journal of Intelligent Computing and Cybernetics. 2019. Vol. 12 (2). Pp. 194-223. DOI:https://doi.org/10.1108/IJICC-05-2018-0060.
15. Laciak M., Raskayova D., Flegner P., Kacur J., Durdan M. Automated System for Optimizing Input Parameters of the UCG Process // Proceedings of the 20th International Carpathian Control Conference. Kraków-Wieliczka, 2019. DOI:https://doi.org/10.1109/CarpathianCC.2019.8765962.
