employee
Kazan, Kazan, Russian Federation
employee
Russian Federation
employee
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
The use of modern computer technology in animal husbandry without taking into account an experience can lead to unexpected results. From an economic point of view, the introduction and use of innovations in agriculture is not always justified, because of it is necessary to deal with the natural environment, and it is difficult to make predictions for obtaining particular results under such conditions. The article summarizes the experience of using modern computer technologies in dairy farming, considers approaches to improving the technology of milk production in cattle breeding, its innovative potential. Industrial-type enterprises must be modernized with the maximum use of existing facilities and technical equipment, with equipping them with advanced machines, automatic machines and equipment. The use of mechanization and automation should ensure reliable implementation and control of the processes of preparation, transportation and dosing of feed, removal and processing of manure and wastewater, and the creation of an optimal microclimate regardless of the season and climatic zone. The necessity of spreading a loose-line method of keeping cows, milking parlors and automated systems is substantiated. Cow milking should be considered a significant element in the mechanization of technological processes on a livestock farm, and therefore the most promising development of milking systems in automated and computerized installations such as Europarallel, Herringbone, and Carousel. The use of innovative digital developments such as the creation of large databases in dairy farming allows us to more accurately determine the possible results of investments and more efficiently integrate agriculture into society. The development of modern technologies contributes to a more complete realization of the genetic potential of animals and thereby increases the efficiency of dairy cattle breeding
dairy farming, digitalization of agribusiness, innovation
Введение. Распространение цифровых продуктов и технологий может быть катализатором ощутимого (в разы) роста производительности труда на современных сельскохозяйственных предприятиях [1]. Изучением вопросов развития молочного животноводства с использованием современных технологий занимались многие учёные. При этом проблема остается актуальной и сегодня.
К одному из направлений повышения эффективности отрасли относится автоматизация доения, значимость которой состоит не только в повышении производительности труда операторов в 1,5…2 раза, но и в основном в том, что обеспечивается полнота выдаивания и, как следствие, повышение продуктивности коров. При этом исключаются передержки доильных стаканов на сосках вымени животных, вызывающие травмирование вакуумом внутренних тканей, что служит основной причиной массовых заболеваний вымени, ухудшения качества молока, снижения удоев и сокращения продуктивного долголетия коров до 2,5…3,5 лет [2].
Устранение перечисленных причин достигается при техническом переоснащении ферм и комплексов современным оборудованием для доения и первичной обработки молока, в котором всё чаще применяют композитные материалы и используют элементы «интеллектуальных» систем [3].
По мнению С. Тулинова, для полной реализации генетического потенциала скота и улучшения качества продукции целесообразно использовать оборудование, обеспечивающее своевременную стимуляцию процесса молокоотдачи, полноту выдаивания, возможность регулирования силы вакуума в каждом доильном стакане, быстрое охлаждение и транспортировку молока [4].
Для производства молока высшего сорта, по мнению академика А.С. Всяких, на доильных установках следует устанавливать оборудование, которое не только соответствует физиологической норме для доения животных, но и максимально сохраняет в молоке исходные и полезные вещества (жир, белок, СОМО, сухое вещество, лактоза, витамины и микроэлементы). При этом показатели качества молока служат одним из критериев определения эффективности доильных установок [5].
Еще один важный аспект – организация производства молока [6]. Так, И. Н. Калугина и соавторы предлагают увеличивать его рентабельность посредством установки доильных роботов, что позволит уменьшить затраты средств и ресурсов. Однако это не всегда оправдано, поскольку сокращение рабочих мест, как правило, приводит к росту социальной нестабильности. Поэтому одновременно необходимо усиливать подготовку специалистов, повышать их компетентность [7].
Эффективность автоматизированной системы доения зависит не только от типа конструкции; параметров и режимов работы доильной установки, ее узлов и систем, но и от квалифицированного выполнения персоналом технологических операций; своевременного и качественного проведения слесарями-наладчиками контрольных и обслуживающих мероприятий. То есть без высококвалифицированного персонала обойтись невозможно [8, 9].
При этом установлено, что использование роботов способствует значительному сокращению стрессов у коров, как следствие, уменьшается их ранняя выбраковка, а затраты труда снижаются, по сравнению с использованием других доильных установок, на 55 % [10, 11].
Опыт автоматизации, компьютеризации и роботизации доения в нашей стране еще недостаточен. Многие полагают, что само по себе приобретение современных машин и оборудования позволит перевести производство молока на более высокую ступень. Однако это осуществимо только при должной технологической подготовке отрасли, создании необходимых условий для функционирования новых технологий и технических средств [12].
В связи с этим особое значение приобретает обоснование принимаемых решений и совершенствование методов разработки, проектирования и расчета технологических линий и технических средств, особенно автоматизированных и компьютеризированных систем.
Цель исследований – определить сферы применения современных компьютерных технологий в молочном животноводстве и наметить пути их реализации для достижения оптимального уровня производства молочной продукции.
Условия, материалы и методы исследований. Использованы методы контент-анализа соответствующей литературы по теме молочного скотоводства и его совершенствования и автоматизации. Также применялся метод синергетического анализа, позволяющий определить место и роль различных систем, участвующих в производстве молока, в молочном животноводстве.
Анализ и обсуждение результатов исследований. Использование современных цифровых и компьютерных технологий в сельском хозяйстве и особенно в молочном животноводстве не всегда приводит к ожидаемым результатам, что обусловлено взаимодействием с живыми объектами, реакция которых не всегда предсказуема для человека. Поэтому возможно лишь накопление полезной информации и создание большой базы данных для рационализации использования современных технологий. В таком случае максимальная польза предполагает снижение энтропийных проявлений и неучтённых последствий.
Для производства молока лучшего качества и в большем количестве, по нашему мнению, стоит уделить внимание следующим аспектам:
развитие направлений, связанных с инновациями в молочном скотоводстве;
биотехнологические разработки, способные увеличить продуктивность молочного скота, в первую очередь на основе улучшения рационов кормления, усовершенствования способов кормления, новых кормовых добавок, премиксов, биостимуляторов и др., ветеринарных препаратов, новых методов диагностики и своевременного лечения животных;
оптимизация управленческого труда, предусматривающая соответствующую подготовку персонала, повышение специализации и концентрации производства, совершенствование менеджмента (организация, нормирование и оплата труда, производительные методы анализа, планирование, мотивация и контроль).
Наиболее трудоемкая из животноводческих отраслей – молочное скотоводство. Это связано с биологическими особенностями крупного рогатого скота, численностью операций по уходу за ним, необходимостью обеспечения соответствующего уровня кормления для производства продукции [13].
Организация эффективного менеджмента, раскрывающая генетический потенциал животных – основная задача руководителя предприятия [14]. В современном отечественном молочном скотоводстве распространены различные программы, оптимизирующие этот процесс. Преимущества компьютерной автоматизации заключаются в значительном сокращении затрат ручного труда и снижении трудоемкости при ведении документооборота, а также в повышении оперативности и точности расчетов [15]. Однако на сегодняшний день большинство из этих программ оптимизированы под содержание и доение коров на привязи в стойлах, а специализированные доильные помещения, которые вполне функциональны, если и используют, то не по назначению.
Одно из эффективных направлений наращивания объемов производства молочной продукции в современных условиях – реконструкция действующих животноводческих помещений с использованием новейших достижений в технологиях и средствах механизации.
С точки зрения элементарной экономической целесообразности, сохранённые со времён Советского Союза коровники и, в первую очередь, доильные помещения сегодня нуждаются в реконструкции, модернизации и техническом переоснащении [10]. Как свидетельствуют результаты изучения особенностей эксплуатации существующих доильных залов со станками различного типа, а также накопленный за последние годы опыт организационно-технологической перестройки молочных хозяйств, подобные решения возможны только с использованием компьютерных технологий. Это способствует повышению контроля над процессом доения, качеством молока и здоровьем коров. Так, действующая в некоторых хозяйствах «Компьютерная система управления «Стимул» обеспечивает улучшение функциональной диагностики, отладки, живучести и надежности доильного аппарата, что снижает влияние человеческого фактора в нештатных ситуациях в системе «человек – доильный аппарат – животное». Освоение ее промышленного производства решает задачу импортозамещения зарубежного автоматизированного доильного оборудования [16].
Внедрение компьютерных систем управления путем реконструкции с техническим перевооружением и дооборудованием существующих доильных станков повышает уровень автоматизации контроля и управления технологическими операциями производства молока и, как следствие, повышает производительность (пропускная способность) доильного зала. Подобная модернизация предполагает укомплектование основными техническими средствами и элементами автоматики [11, 17].
Один из недостатков, существующих технологии доения, – конструктивное несовершенство оборудования, лишенного каких-либо элементов автоматизации управления процессом получения и подсчета объема молока.
Специфически сложная техническая задача – создание современной контрольно-измерительной аппаратуры для регистрации индивидуального надоя и показателей качества молока. Использование с этой целью традиционных принципов измерения массы жидкости, заимствованных из других областей, оказалось не эффективным, поскольку процесс молокоотдачи уникален, а точность показаний счетчиков зависит от физико-химических свойств молока, изменчивости молокоотдачи, способа работы, количества аппаратов, работающих одновременно, и других факторов. Тем не менее, использование средств автоматизации контроля надоенного молока, элементной базой которых служат микропроцессоры, – обязательное условие реализации любой автоматизированной системы управления технологическими процессами в молочном хозяйстве. Они позволяют максимально исключить затраты ручного труда, повысить точность, надежность и достоверность регистрации надоев [18].
Используемые на некоторых фермах переносные доильные аппараты не способны гибко адаптировать режим работы к изменению молокоотдачи и учитывать физиологические свойства каждой коровы. Доения имеющимися аппаратами (с воздействием на соски нерегулируемым вакуумом) пагубно влияет на здоровье животных и, в конечном счете, приводит к снижению производительности в целом до 30 % [19]. Для решения этой проблемы предлагаются различные способы, например, двухрежимные доильные аппараты с автоматической сменой двухтактного цикла попарного доения на трехтактный цикл синхронного извлечения молока адекватно его наличию и интенсивности, что гарантирует извлечение молока в соответствии с биологическими потребностями каждой отдельной особи [20]. Однако стратегическое направление – это перевод операции доения в доильные залы [21].
Наиболее эффективно с точки зрения производительности и энергоемкости доение коров на поточных автоматизированных и компьютеризированных доильных установках типа «Европараллель», «Елочка», «Карусель». Современные доильные залы обеспечивают высокую пропускную способность, за счет быстрого входа, размещения и выхода коров, что позволяет оператору обслуживать больше доильных аппаратов. В них применяются компьютерные технологии, связанные с управлением технологическими процессами, функциями предупреждения мастита и выявления состояния коров.
При использовании высокомеханизированных автоматизированных и компьютеризированных доильных залов, занимающих небольшую площадь, удельная трудоемкость основных операций снижается, по сравнению с другими системами доения, на 40…50 %, что позволяет довести затраты труда на обслуживание одной коровы до 14…22 чел.-ч. [22]. Так, после монтажа установки «Карусель» в АО «Восход» затраты времени на дойку молочного стада размером 306 гол. сократились, по сравнению с привязным содержанием, на 40 мин. (до 2 ч 30 мин – 2 ч 40 мин). Дополнительное использование автоподгонщика коров, способствовало их уменьшению еще на 40 мин. (до 1 ч 50 мин – 2 ч). Доильную установку «Карусель» обслуживают 2 доярки, 1 оператор и 1 подгонщик, при привязном содержании для выполнения аналогичного объема работы требовалось 5 доярок и 2 оператора [23].
На доильной платформе «Карусель» фиксация коров происходит без помех со стороны соседних животных, поэтому они чувствуют себя комфортно и безопасно. Поток животных в процессе доения не прекращается, что служит главным отличием доильных залов «Карусель». Коровы из накопителя, не останавливаясь, проходят на платформу. Это ускоряет их пересмену и повышает пропускную способность доильного зала.
Операторы роторного доильного зала при выполнении всех необходимых действий находятся на одном месте и покидают его только при появлении проблем с животными или оборудованием. Непрерывный поток коров в роторном доильном зале позволяет дояру работать без простоев, поскольку ему не приходится заниматься обеспечением потока животных, что открывает возможности для концентрации на основных операциях доения [24].
Хорошее сочетание поточного автоматизированного обслуживания коров и обеспечение индивидуального подхода к каждому животному при доении повышают распространение доильных залов роторного типа на молочных комплексах нашей страны и за рубежом.
Кроме правильной организации доения, важное значение, имеет система содержания молочного стада. В основе его современных технологий лежит создание для животных максимально комфортных условий, например, не следует ограничивать естественную активность коров в течение дня (поедание корма, поения, отдых, жевания корма) и др. Использование такого подхода способствует полной реализации потенциала их молочной продуктивности, поддержанию здоровья, повышению производительности труда и снижению затрат [25].
Наиболее перспективно в промышленном молочном скотоводстве – беспривязно-боксовое содержание с однотипным кормлением в течение года. Оно более полно отвечает физиологическим особенностям крупного рогатого скота, а также обеспечивает возможность применения прогрессивных компьютерных технологий. В подавляющем большинстве предприятий, применяющих этот способ, используют традиционную поточно-цеховую технологию. Она подразумевает разделение поголовья на четыре цеха: сухостойных коров, отела, раздоя и осеменения, производства продукции [26]. При использовании такой технология производства молока возрастает специализация, что, в свою очередь, повышает качество выполнения профессиональных функций, строго прописанных для каждого работника цеха, однако это требует более сложной системы контроля над цехами [27].
Реализация дифференцированного подхода к комплектованию поголовья при беспривязно-боксовом содержании с учетом потребностей в питательных веществах и физиологических особенностей сухостойных коров и первотелок способствует формированию однородных, выровненных по продуктивности и возрасту групп, при этом происходит оптимизация кормопотребления, снижение стресса и увеличение молочной продуктивности [25].
Затраты труда при переходе на беспривязное содержание сокращаются от 30 до 60 %, электроэнергии – до 11 %. Это может стать дополнительным стимулом для освоения такой технологии. Управлять поголовьем в современном коровнике можно с использованием автоматических компьютерных систем. Они осуществляет регистрацию и контроль более 35 параметров по каждому животному, управляют процессами кормления и доения, а также воспроизводства стада. Программное обеспечение и база статистических данных позволяют проводить сравнительный анализ производительности труда и цифровизировать производство молока на фермах. Важное звено таких систем – идентификация коров с использованием микрочипов, без которой невозможна обратная связь с животными [22].
Новые технологии в молочном скотоводстве должны быть основаны на отечественном и мировом опыте использования автоматического оборудования: автоматических манипуляторов, поточно-механизированных линий и систем машин. Высокоинтенсивная инновационная система ведения молочного животноводства позволяет снизить себестоимость продукции на 30…35 % и повысить рентабельность производства до уровня, обеспечивающего расширенное воспроизводство отрасли (30…40 %) [28].
Выводы. Таким образом, инновационные технологии в условиях развития конкурентной среды и неустойчивости животноводческого, особенно молочного, комплекса имеют преимущества перед традиционными, что влияет на эффективность производства молока, а, следовательно, и прибыльность крупных предприятий и в фермерских хозяйств России. Политика государства в области животноводства должна быть направлена на поддержку исследований в сфере инновационных технологий и их широкомасштабного распространения. Опыт внедрения инновационных подходов в молочном скотоводстве свидетельствует о высокой эффективности наукоемких и опытных нововведений.
Предприятия промышленного типа необходимо модернизировать с максимальным использованием существующих сооружений и технических средств с оснащением их перспективными машинами, автоматами и оборудованием. Применение средств механизации и автоматизации должно обеспечить надежную реализацию и контроль процессов приготовления, транспортирования и дозирования корма, удаления и переработки навоза и сточных вод, создания оптимального микроклимата независимо от сезона года и климатической зоны.
Сегодня в России использование инновационных технологий и инновационных принципов управления производством – залог для перевода молочного скотоводства из предкризисного состояния на новый уровень развития. Чтобы полностью вывести отрасль на международный уровень необходимо осуществить ее модернизацию, включая комплексную механизацию и автоматизацию в первую очередь доения, вводить автоматизированный мониторинг молочного стада, максимально учитывать особенности содержания, доения и кормления коров.
1. Ganieva I. A. Cifrovaya transformaciya sel'skogo hozyaystva Rossii: konsolidaciya gosudarstva i agrobiznesa // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2019. T. 33. № 4. S. 5-7.
2. Trofimov A. F., Timoshenko V. N., Muzyka A. A. Napravleniya sovershenstvovaniya tehnologiy proizvodstva moloka / // Sbornik materialov VIII mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii «Innovacii - prioritetnyy put' razvitiya APK». Kemerovo: Kemerovskaya GSHA, 2009. S. 51-54.
3. Koba V. G., Braginec N. V., Murusidze D. N. Mehanizaciya i tehnologiya proizvodstva produkcii zhivotnovodstva. M.: Kolos, 2000. 528 s.
4. Tulinov S. Doil'naya tehnika i molochnaya produktivnost' korov // Zhivotnovod. 2003. № 2. S. 18-21.
5. Vsyakih A. S. Proizvodstvo moloka na promyshlennoy osnove. M.: Kolos, 1984. 384 s.
6. Osobennosti organizacii proizvodstva moloka v integrirovannyh agropromyshlennyh formirovaniyah / K. S. Ternovyh, L. V. Dan'kova, N. A. Zolotareva i dr. // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. № 3 (58). S. 148-158.
7. Kalugina I. N., Nikolaenko A. V., Morozova N. D. Doil'nye roboty molochnyh ferm // Sbornik statey po materialam H Vserossiyskoy konferencii molodyh uchenyh «Nauchnoe obespechenie agropromyshlennogo kompleksa». Krasnodar: Kubanskiy GAU, 2017. S. 528-529.
8. Anan'eva E.V. Vliyanie razlichnyh tehnologicheskih processov doeniya korov-pervotelok na ih razdoy i molochnuyu produktivnost': avtoref. dis. … kand. s.-h. nauk. Balashiha, 2018. 24 s.
9. Mehanizaciya processa doeniya korov s pomosch'yu robota-doyara // M. R. Kudrin, A. L. Shklyaev, K. L. Shklyaev i dr. // Vestnik NGIEI. 2019. № 5 (96). S. 21-33.
10. Mozhaev E. E., Shafirov V. G., Serdyuk N. S. Sravnitel'nyy analiz ekonomicheskoy effektivnosti robotizirovannogo doeniya korov // Veterinariya, zootehniya i biotehnologiya. 2019. № 11. S. 88-93.
11. Fedoseeva N. A., Sanova Z. S., Anan'eva E. V. Ekonomicheskaya ocenka razlichnyh tehnologiy doeniya korov v hozyaystvah Kaluzhskoy oblasti // Vestnik Rossiyskogo gosudarstvennogo agrarnogo zaochnogo universiteta. 2017. №24 (29). S. 21-29.
12. Zakrevskiy A., Hukstra A. Doil'nyy robot v Rossii - byt' ili ne byt'? // Sel'skohozyaystvennye vesti. 2008. №4. S.15-16.
13. Rodenburg J., Kairis F. A. Hutch Housing for calves, Fachtsheet ministery of Agriculture and Food. Ontario: U.S. Department of Agriculture, 2002. R. 12-34.
14. Ulez'ko A. V., Ryabova E. P. Prioritetnye napravleniya naraschivaniya potenciala razvitiya skotovodstva // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019. T. 12. № 1 (60). S. 142-152.
15. Semkiv L.P., Guleychik A. I., Pritula O. D. Innovacii v molochnom zhivotnovodstve kak osnova effektivnogo menedzhmenta // Materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii «Effektivnyy menedzhment v molochnom skotovodstve - uslovie konkurentosposobnosti proizvodstva moloka». Velikiy Novgorod: NovGU im. Yaroslava Mudrogo, 2016. S. 47-55.
16. Sedov A. M. Sozdanie otechestvennogo cifrovogo intellektualizirovannogo doil'nogo zala // Elektrotehnologii i elektrooborudovanie v APK. 2019. № 3 (36). S. 68-73.
17. Kirsanov V. V., Pavkin D. Yu. Razrabotka avtomatizirovannogo doil'nogo apparata s pochetvertnym upravleniem processom doeniya // Vestnik NGIEI. 2016. № 6 (61). S. 37-43.
18. Galimullin I. Sh., Muhametshin Z. Z., Sharipov D. R. Tehnologicheskie svoystva moloka korov pri ispol'zovanii sistemy dobrovol'nogo doeniya // Vestnik Irkutskoy gosudarstvennoy sel'skohozyaystvennoy akademii. 2017. № 81-1. S. 49-55.
19. Povyshenie effektivnosti mashinnogo doeniya korov putem sovershenstvovaniya doil'nogo stakana / L. R. Zagidullin, R. R. Kayumov, I. V. Lomakin i dr. // Uchenye zapiski Kazanskoy gosudarstvennoy akademii veterinarnoy mediciny. 2018. T. 234 (II). S. 108-112.
20. Rylov A. A., Savinyh P. A., Shulyat'ev V. N. Sravnitel'nyy analiz funkcionirovaniya dvuhrezhimnyh doil'nyh apparatov // Vestnik NGIEI. 2018. № 10 (89). S. 65-76.
21. Hisamov R. R., Kayumov R. R., Safiullin N. A. Ocenka povedencheskih reakciy korov-pervotelok pri besprivyazno-boksovoy sisteme soderzhaniya i doeniya na robotah // Uchenye zapiski Kazanskoy gosudarstvennoy akademii veterinarnoy mediciny. 2011. T. 206. S. 251-255.
22. Innovacionnye tehnologii v molochnom skotovodstve Respubliki Tatarstan / D. I. Fayzrahmanov, F. N. Muhametgaliev, G. S. Sharafutdinov i dr. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2006. № 4. S. 34-40.
23. Istomina L.A. Peredovoy opyt vedeniya zhivotnovodstva v Udmurtskoy respublike s primeneniem sovremennyh innovacionnyh tehnologiy v proizvodstve moloka // Vestnik Udmurtskogo universiteta. Seriya Ekonomika i pravo. 2019. T. 29. № 4. S. 428-432.
24. Sharafutdinov G. S., Shaydullin R. R. Effektivnye sistemy doeniya korov - doil'nye zaly tipa «Karusel'» // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2007. T. 2. № 2 (6). S. 97-100.
25. Analiz tehnicheskih resheniy v optimizacii usloviy soderzhaniya molochnogo skota pri stroitel'stve i rekonstrukcii zhivotnovodcheskih ferm / B. G. Ziganshin, R. R. Shaydullin, A. R. Valiev // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. № 2 (49). S. 138-143.
26. Ivanov Yu.A. Novye tehnologii v zhivotnovodstve // Tehnika i oborudovanie dlya sela. 2010. № 1. S. 36-39.
27. Maslennikova A.V. Tehnologiya proizvodstva moloka pri potochno-cehovoy sisteme soderzhaniya korov // Vestnik APK Verhnevolzh'ya. 2018. № 3 (43). S. 86-91.
28. Neobhodimost' vnedreniya innovacionnyh tehnologiy v molochnom zhivotnovodstve / F. F. Sitdikov, B. G. Ziganshin, R. R. Shaydullin i dr. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta». 2019. № 4(56). S. 69-74.
