Aplicación de la Simulación de Sistemas para Identificar Factores que Influencianla Producción Animal en la Región NEA (Nordeste Argentino)

López, María V.1,2 - Arias Mañotti, Adolfo A.1 - Pace, Guido J.2- Casco, J.F.1

1-Estación Experimental Agropecuaria Corrientes (INTA - Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria).C.C. 57. 3400 Corrientes. Argentina.2- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura (UNNE).9 de Julio 1449 - (3400) Corrientes - Argentina - E-mail : mvlopez@exa.unne.edu.ar

ANTECEDENTESEl desarrollo de modelos de análisis de sistemas de producción ha sido recomendado como una necesidadpara los futuros avances en el conocimiento de sistemas complejos. En Latinoamérica se pueden encontrarproyectos sobre sistemas de producción animal en Costa Rica, Chile, Guatemala, Panamá, Perú. Unarevisión de la literatura mundial sobre modelos de simulación usados en análisis de sistemas en producciónanimal ha sido excelentemente detallada por Van Dyne (1978) donde más de 63 modelos son descriptos yexaminados. Se han desarrollado modelos que simulan la producción animal bajo distintas alternativas demanejo (Keener, 1979; Blakburn, 1984; Sabder y Cartwright, 1978) o bajo condiciones de pastoreo en praderanatural (Wight, 1983; Noy-Meir, 1978). Al mismo tiempo han evolucionado los modelos que : determinan laproductividad primaria de un sitio (Williams et al. 1983; Saxton et al. 1981; Detling et al. 1979; Scarnecchia,1982; Hanson et al, 1982, 1983; Wisiol, 1984; Innis, 1978); balancean productividad primaria con la demandaanimal para determinar carga animal actual y/o proyectada (Casco, 1987); planifican las actividades de laempresa ganadera (Tanaka et al. 1987); asisten en la toma de decisiones en problemas nutricionales (Huston,1986).Una creciente población mundial con limitados recursos de tierra requiere del uso de animales para maximizarla producción de alimentos y mantener la calidad de vida. A menos que los requerimientos nutricionales seancubiertos, no es posible lograr una eficiente producción animal. Se han realizado varios intentos paradesarrollar sistemas que permitan a los ganaderos calcular, para sus animales, raciones que proporcionen losnutrientes necesarios para permitir el crecimiento, el mantenimiento y la reproducción. Estos sistemas constande dos partes: en primer lugar, tablas que muestran la composición, los nutrientes digestibles, y el valoralimenticio estimado de los forrajes: y en segundo lugar, detalles de los requerimientos nutricionales de losanimales de diferente tamaño, edad y condición.Es necesario proporcionar una ración de mínimo costo que es balanceada en términos de nutrición para losanimales y que los mismos consumirán. Llevar a cabo esto satisfactoriamente requiere muchos más cálculosque los que la mayoría de la gente puede hacer o está dispuesta a hacer usando un lápiz o aún una calculadorade bolsillo. Por esta razón, en los últimos años se ha oído mucho acerca de las raciones por computadora y eluso de computadoras electrónicas de alta velocidad para proporcionar programas de cálculo de raciones.(McCullough,1973).El método empleado para formular raciones de mínimo costo con computadoras es conocido comoProgramación Lineal (Linear Programming). Técnicamente, la definición de la programación lineal es lasiguiente : “Es una técnica para obtener una única solución óptima o ponderada para un conjunto deecuaciones lineales simultáneas en las cuales el número de variables desconocidas puede exceder el númerode ecuaciones y en las cuales ninguna variable tiene valor negativo.” (McCullough,1973).El método Simplex inventado por George B. Dantzig en 1947 es aún la herramienta principal en casi todaslas aplicaciones de la programación lineal. Dantzig es considerado como uno de los tres fundadores de laprogramación lineal, compartiendo dicho honor con Von Neumann y Kantorovich.

MATERIALES Y MÉTODOSSe ha desarrollado un programa denominado "Sistema de Cálculo de Raciones Alimentarias paraBovinos de Carne" o Sistema RBC. Este sistema permite la actualización y consultas a una base de datosque contiene información relativa a los alimentos que se utilizan para formular raciones para el ganado bovinode carne. Se ha utilizado para la prueba del sistema una base de datos de alimentos proporcionada por el Ing.Agr. José F. Casco et al. El usuario puede manipular la base de datos de alimentos para calcular una ración de

mínimo costo, con la opción de guardar estas raciones balanceadas en una base de datos de raciones. Losrequerimientos de energía, proteína, calcio y fósforo de ganado en crecimiento y engorde se han presentadoen una base de datos de Requerimientos, y esta información ha sido extraída de las Tablas de "NecesidadesNutritivas del Ganado Vacuno de Carne". NRC. 1994. También es posible visualizar tablas y listados de tiposvarios en pantalla, y obtener impresiones de los mismos.El Sistema de Cálculo de Raciones para Bovinos de Carne resuelve el problema de formulación de dietas,el cual se expone seguidamente: Se cuenta con el contenido de elementos nutritivos o nutrientes de variosalimentos diferentes. Por ejemplo, se podría conocer cuántos mg de fósforo o de proteínas contiene un kg decada alimento que se está considerando. También se conocen los requerimientos diarios mínimos de cadanutriente. Puesto que se conoce el costo por kg de alimento, el problema consiste en determinar la dieta quesatisfaga las necesidades diarias mínimas y también sea la dieta con costo mínimo. Se definen: m = númerode nutrientes, n = número de alimentos, aij = cantidad del nutriente i en un kg del alimento j, bi = cantidadmínima necesaria del nutriente i, cj = costo por kg del alimento j, Xj = número de kg del alimento j quedeberán comprarse (Xj >= 0).La cantidad total del nutriente i contenido en todos los alimentos comprados está dada por:

X a ... X a X a nin2i21i1 +++Puesto que esta cantidad total deberá ser mayor que, o igual a, el mínimo diario necesario del nutriente i, esteproblema de programación lineal involucra la minimización de la función de costos:

X c ... X c X c nn2211 +++Sujeta a las condiciones:

Xi >= 0 ; i=1,...,n y

nnnn2n21n1

2n2n222121

1n1n212111

b X a ... X a X a

.........................................................

b X a ... X a X a

b X a ... X a X a

≥+++

≥+++≥+++

(Gass, 1977)Las rutinas a ser utilizadas en el procesamiento electrónico del modelo de programación lineal fuerondesarrolladas en el lenguaje Microsoft Visual Basic 5.0. Además se utilizó el producto de software MicrosoftHelp Workshop para el desarrollo de los archivos de Ayuda con hipertexto. También se hizo uso de unalibrería para el modelado y la resolución de problemas de optimización lineales, llamada EZMod. Se accedióa la misma desde el entorno de programación de Microsoft Visual Basic, mediante llamadas a DLLs. UnaDLL es una librería de procedimientos, externa a la aplicación, que puede ser llamada desde la misma. Elcódigo en una DLL puede ejecutarse más rápido que el código de Visual Basic.

DISCUSIÓN DE RESULTADOSCuando se inicia la ejecución del Sistema, se observa una pantalla de Inicio por unos segundos, y luego sesolicita una contraseña. Una vez ingresada la misma, se accede a la pantalla principal del sistema. En la parteinferior de la pantalla se encuentra una barra de estado, donde se indican la fecha y hora actuales, y el estadode las teclas Bloq Mayús, Bloq Num e Insert. En la barra de menús, se tienen los siguientes menúsdesplegables: Alimentos, Raciones, Cálculos, Mantenimiento BD, Varios, Ayuda y Salir.El Menú Alimentos contiene las opciones relativas a la consulta y mantenimiento de la base de datos quecontiene los diferentes alimentos. Éstas son:• Ingreso de alimentos: Permite almacenar un nuevo alimento en la base de datos, si se pulsa el botón

Grabar luego de haber ingresado los datos. Cuando se incorpora un nuevo alimento, y no se tieneinformación de la Energía metabolizable, Energía de mantenimiento y/o Energía de aumento, ingresandoel Total de Nutrientes Digestibles (TDN) el sistema calcula los valores de energía (en Megacalorías) apartir del valor del TDN, mediante las siguientes fórmulas:El TND es convertido a ED (Energía digestible) mediante la relación: 1 kg de TND = 4.4 Mcal de ED(Schneider y Faltt, 1975).EM = 0.82 ED, (NRC, 1976; ARC, 1965); ENm = 1.37 EM - 0.138 EM2 + 0.0105 EM3 - 1.12, (Garrett,1980a); ENg = 1.42 EM - 0.174 EM2 + 0.0122 EM3 - 1.65, (Garrett, 1980a).

• Eliminación y modificación de alimentos: Permite eliminar un alimento de la base de datos, o bienmodificar el valor de algún campo, en caso de que se hubiese ingresado erróneamente. Cuando seselecciona esta opción se accede a una pantalla que muestra una grilla (tabla) con todos los registros de labase de datos. Se pueden ordenar los registros por un campo determinado, haciendo click con el mouse enuna cabecera de columna (la que contiene el campo por el que se quiere ordenar).

• Listado e impresión de alimentos: Permite visualizar una lista de los alimentos contenidos en la base dealimentos, con las opciones de ordenarlos por un campo determinado, o imprimirlos.

El Menú Raciones contiene las opciones relativas a la consulta y mantenimiento de la base de datos quecontiene los raciones de mínimo costo guardadas. Éstas son:• Eliminación de raciones: Permite eliminar una ración de la base de datos. Cuando se selecciona esta

opción se accede a una pantalla que muestra una grilla (tabla) con todos los registros de la base de datos.• Listado e impresión de raciones: Permite visualizar una lista de las raciones de mínimo costo guardadas

previamente en la base de raciones, con las opciones de ordenarlas por un campo determinado, oimprimirlas. Esta pantalla es similar a la de Listado e impresión de alimentos.

El Menú Cálculos permite calcular raciones de mínimo costo.• Cálculo de raciones de mínimo costo: Cuando se selecciona esta opción, se accede a una pantalla

dividida en tres secciones. En la sección superior a la izquierda se tiene una grilla que muestra losalimentos contenidos en la base de datos de alimentos. El primer paso es elegir los alimentos que sedesea que compongan la ración. Luego, se debe seleccionar un tipo de animal de la lista desplegable, eingresar el peso en Kg en el cuadro de texto correspondiente. Finalmente hay que especificar la gananciadiaria deseada en Kg. El paso siguiente es calcular la ración pulsando el botón Efectuar cálculos.Una vez realizados los cálculos, se observan dos nuevas grillas. La grilla inferior izquierda contiene lafunción objetivo a minimizar y el cuadro de partida del método Simplex, empleado para calcular lasraciones : cada columna es un Alimento, y cada fila representa una restricción del problema deminimización. La grilla inferior derecha contiene la ración óptima y el costo de la misma. El botónGuardar permite guardar la ración calculada en la base de datos de raciones, y el botón Imprimir permiteimprimir el contenido de las grillas.

Figura 1: Pantalla de Cálculo de Raciones de mínimo costo del Sistema RBC

El Menú Mantenimiento BD permite realizar tareas de mantenimiento de la base de datos Alimento.mdb. ElMenú Varios permite ejecutar aplicaciones varias, que resultan de utilidad en el trabajo diario. El MenúAyuda permite acceder a la Ayuda del Sistema RBC. El Menú Salir permite salir del Sistema.La aplicación desarrollada cuenta con una interfase que permite al usuario ejecutar fácilmente la tarea de suinterés a través de menús desplegables, botones de orden, cajas de diálogo, teclas de función y botones deopción, con soporte de mouse y de teclado. Pueden obtenerse impresiones de las tablas y listados visualizadosen pantalla. El usuario puede ingresar, eliminar o modificar los elementos de la base datos fácilmente, a travésde una grilla de edición y eliminación de datos. Finalmente, el Sistema proporciona una completa Ayuda, conla opción de impresión de los temas de Ayuda ó de exportación de los mismos a un procesador de textos.

ConclusionesEl uso de la programación lineal (que el programa RBC utiliza para calcular las raciones de mínimo costo)no ha tenido gran difusión dentro de la alimentación de bovinos. Esto se debe, en parte, a que en el pasadohabía que utilizar programas para todo propósito, que utilizaban lenguaje de investigación de operaciones ynormalmente estaban escritos en inglés, lo cual alejaba a los usuarios de esta poderosa herramienta de laInvestigación Operativa. El programa RBC hace desaparecer esta barrera y les permite a los productoresacceder a una metodología probada y con una interfase con el usuario muy amigable.El principal objetivo del programa RBC (Raciones para Bovinos de Carne) es ayudar a los a los usuarios(productores, técnicos, etc.) en la toma de decisiones respecto a la alimentación de bovinos para carne. Esteobjetivo se cumple a través de la implementación de un algoritmo de programación lineal que permite laobtención de raciones de mínimo costo, y la facilidad de uso del programa aún para usuarios con pocapreparación en el manejo de software de computadoras. Este programa permite a los usuarios usar loshallazgos de la investigación científica en su propio establecimiento, sintetizando la información disponibleen el área de suplementación de rumiantes considerando los costos, tipo, cantidad y calidad de lossuplementos. Además, este programa es de uso potencial para investigadores, docentes, estudiantes y técnicosespecialistas.

BIBLIOGRAFÍA

• GASS, SAÚL I. "Programación Lineal. Métodos y aplicaciones". Compañía Ed. Continental S.A.México. 1977.

• McCULLOUGH, MARSHALL E. "Optimum feeding of dairy animals - For meat and milk". TheUniversity of Georgia Press. Athens. Second Edition. 1973.

• MUNIER, NOLBERTO J. "Programación Lineal". Ed. Astrea. Buenos Aires. Argentina. 1979.• "Necesidades Nutritivas del Ganado Vacuno de Carne". NRC. Subcomisión para ganado vacuno de

carne. Comisión de nutrición animal. Junta de Agricultura y recursos renovables. Consejo Nacional deInvestigaciones. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. Argentina. Tercera edición. 1994.

• Informes del Plan 038 del Dr. Adolfo A. Arias Mañotti et al. “Suplementación con subproductosenergético-proteicos de vacunos para carne en pastoreo, en la Pcia. de Corrientes” (05-051-0038),desarrollado en la EEA Corrientes del INTA.

• Informes y presentaciones del Plan 043 del Ing. Agr. José F. Casco et al. “Aplicación del análisis desistemas para el estudio de la Producción Animal en la Región NEA y la elaboración de propuestas parasu mejoramiento” (05-051-0043), desarrollado en la EEA Corrientes del INTA.

• Apuntes de la Cátedra "Investigación Operativa" de la FACENA (UNNE).• Ayuda del software "Visual Basic" versión 5.0 de Microsoft.• Información recopilada del sitio de Internet "George Dantzig: Fundador de la Programación Lineal" e

"Investigación Operativa", páginas desarrolladas por el Ing. Alejandro Piza Dávila. Noviembre de 1994.• Información recopilada del sitio de Internet "EZMod" desarrollado por la empresa Modellium, Inc.

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