сотрудник
Россия
сотрудник
Казань, Республика Татарстан, Россия
сотрудник
Россия
сотрудник
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
ОКСО 35.06.04 Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве
ББК 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
ТБК 56 Сельское хозяйство
В настоящее время в условиях увеличения информации и роли знаний в деятельности человека возникает необходимость также использовать передовые автоматизированные, компьютеризированные и информационные технологии, которые используются на современных животноводческих фермах в молочном животноводстве. В статье речь идёт об эффективном применении автоматизации и дистанционного управления технологическими процессами производства молока, в том числе роботов доения. Также затрагиваются вопросы использования дистанционных методов получения необходимой полезной информации для контроля за состоянием здоровья коров в процессе доения. Автоматизация процесса доения коров повышает производительность труда операторов машинного доения коров в 1,5-2 раза, а также обеспечивается полнота выдаивания и повышение продуктивности коров на 10-15 %. Компьютерная программа, основанная на электронных и «умных» датчиках, позволяет распознавать коров с подозрительным снижением продуктивности, при этом вычисляет для каждой четверти вымени показатели качества молока, основанные на электропроводности, содержании крови и соматических клеток, интервале доения, потоке молока и пиках проводимости. Тем самым контролирует как здоровье коровы, так и качество получаемого от неё молока. Формирование базы данных посредством накапливания и анализа необходимой информации молочного животноводства позволит рационально использовать кормовую базу, этапы и время доения коров. Определение приоритетов использования новых технологий в молочном животноводстве увеличит производительность труда человека.
автоматизация, компьютеризация, робот, продуктивность, эффективность труда, дистанционное управление, здоровье, корова
Введение. Понятие инновационной деятельности и ее особенностей в аграрной сфере рассматриваются в трудах различных ученых. Так, одни ученые рассматривают данную проблему с позиции разработки специальных компьютерных программ для дистанционного контроля за качеством и количеством молока, получаемого при помощи доильного аппарата. Это важный момент в молочном животноводстве, однако более полным было бы ещё и определение состояния здоровья коров [1].
Другие видят инновационные методы улучшения отрасли молочного животноводства в усилении управленческого потенциала сельского хозяйства, менеджмента и соответствующего подбора кадровых специалистов[2].
Третьи предлагают усиливать организацию инженерно-технической службы в молочном животноводстве. Инновационное управление представляется как в первую очередь управление техническими средствами сельского хозяйства. Однако, дистанционный контроль за состоянием здоровья коров также был бы важным в использовании дистанционных технологий для АПК [3].
В данной статье использованы методы контент-анализа соответствующей литературы по теме молочного животноводства и его автоматизации и цифровизации. Также применялся метод синергетического анализа, позволяющий определить место и роль молочного животноводства в агропромышленном комплексе страны и хозяйства в целом.
Анализ и обсуждение результатов исследования. В последнее время возросло актуальность и значимость исследований, посвященных изучению инструментов стимулирования инновационной деятельности в аграрной сфере, в том числе за счет государственной поддержки и финансирования аграрных инноваций. «В молочном скотоводстве - разработка технологических карт производства молока, выращивания ремонтного молодняка, откорма бычков от молочных коров и выбракованных коров на мясо. В остальном технологические карты скотоводства схожи с аналогичными для растениеводства. Причем, важной частью этих расчетов является калькуляция затрат на единицу площади и единицу производимой продукции» [2]. На современном этапе расширенное воспроизводство в аграрной сфере становится невозможным без присутствия в нем фактора науки, а экономическое развитие сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий АПК получило инновационный характер. Одна из центральных проблем при этом – стимулирование инновационной деятельности, рациональное финансирование научно-технических и инновационных программ в аграрной сфере, что требует соответствующих исследований.
В отечественной науке в настоящее время не сформирован согласованный взгляд на то, какова суть понятий «инновационный процесс» и «инновационная деятельности», и, каким образом они соотносятся между собой в аграрной сфере. Инновационный процесс в аграрной сфере является более широким понятием, чем инновационная деятельность предприятий АПК. Он может быть рассмотрен с различных позиций и степени детализации [4].
В настоящее время в молочное скотоводство все шире внедряются прогрессивные технологии кормления, содержания и доения коров.
Основным критерием эффективности использования современного доильного оборудования является получение молока высокого качества, полное выдаивание вымени коровы за короткий промежуток времени, сохранение здоровья животного и повышение её продуктивного долголетия. При техническом переоснащении животноводческих ферм современным оборудованием, для которых, всё чаще, применяют нестандартные композитные материалы и используют элементы «интеллектуальной» техники, для доения коров и первичной обработки молока, которые отвечают всем необходимым требованиям, можно получить высококачественную продукцию [5].
Одним из путей повышения эффективности молочного животноводства является автоматизация и компьютеризация процесса доения коров, актуальность, которой состоит не только в повышении производительности труда операторов машинного доения коров в 1,5-2 раза, а главным образом в том, что обеспечивается полнота выдаивания и повышение продуктивности коров. При этом исключаются передержки доильных стаканов на сосках вымени коров, приводящие к травмированию вакуумом внутренних тканей сосков, что является основной причиной массовых заболеваний вымени, ухудшения качества молока, удоев и продуктивного использования животных до 2,5 – 3,5 лет.
Известно, что одним из непременных условий научно-технического прогресса является соответствие накопленного опыта масштабу новизны. К сожалению, опыт автоматизации и роботизации доения в нашей стране еще недостаточен. Во многих хозяйствах полагают, что приобретение техники и оборудования позволит перевести производство молока с одной качественной ступени на другую. Однако, это осуществимо только при достаточно глубоком обосновании и должной технологической подготовке отрасли производства молока и создании необходимых условий функционирования новых технологий и комплексов технических средств.
Для выведения отрасли на международный уровень необходимо осуществить ее модернизацию, включая комплексную механизацию, автоматизацию и компьютеризацию доения, вводить автоматизированный мониторинг молочного стада, максимально учитывая требования доильных систем. В связи с этим важное значение приобретает обоснованность принимаемых решений и совершенствование методов разработки, проектирования и расчета технологических линий и технических средств, и особенно автоматизированных и роботизированных систем.
Многолетний опыт работы ведущих ученых и практиков в этом направлении показывает, что решение многих проблем автоматизации и компьютеризации доения без квалифицированной методической помощи невозможны не только отдельным конструкторам и ученым, но даже коллективам.
Постоянное совершенствование технологии производства молока с помощью увеличения доли механизации и автоматизации процессов привело к созданию полностью автоматизированной системы доения, при которой практически все функции по получению молока от животных выполняются роботом [6].
Компьютеризация процессов на животноводческих фермах Европейских стран способствовала значительному увеличению продуктивности животных (8000-9000 кг молока за лактацию), сокращению затрат труда и повышению эффективности молочного скотоводства. Достигнутый при этом уровень контроля над ходом лактации и состоянием здоровья коров, управления обслуживанием дойного поголовья, позволили комплексно автоматизировать процесс доения коров при помощи компьютерных манипуляторов (роботов) и проводить его без участия (и даже присутствия) человека, избавляя последнего от тяжелой ежедневной работы [7].
Как показывает накопленный опыт, эффективность применения автоматических и компьютерных систем на фермах заключается не в традиционных экономических преимуществах автоматизации индустриального производства (например, исключение затрат ручного труда или эффект от повышения интенсивности эксплуатации дорогостоящего оборудования по 2-3 смены в сутки), а достигается так называемый «технологический эффект», т.е. обеспечиваются более благоприятные физиологически естественные условия для дойных коров [8]. Практически это проявляется в повышении частоты доек и максимальной реализации генетического потенциала продуктивности животных.
Многочисленными наблюдениями установлено, что каждое животное, имея свободный доступ к доильному оборудованию, в соответствии со своей естественной потребностью, добровольно, без какого-либо принудительного воздействия, посещает доильную систему и выдаивается 2-5 раза в день. Такая частота доений приводит к увеличению продуктивности животных в первой трети лактации на 16 % и во время всего периода – на 9-12 % [9].
По мнению отечественных специалистов животноводческих предприятий, за счет внедрения роботизированной установки, продуктивность коров повысилась на 10%, товарность молока возросла на 14%, снизился риск заболеваемости коров [10].
При «добровольном самообслуживании» у коров на 10-15 % повышается продуктивность в сравнении с использованием двухразового доения зале. Преимущество роботизированного доения лучше проявляется на высокопродуктивных стадах, где для полной реализации их генетического потенциала двукратное доение недостаточно. К примеру, три раза выдаиваемые за день коровы дали примерно на 10 кг больше молока, чем таковые с двукратным доением. При трехразовом доении по сравнению с двухразовым, удои высокопродуктивных коров увеличиваются на 3-10 %, а при переходе на четырехразовое доение - еще на 5-10 %. Также при применении робота-дояра на ферме создаётся более спокойная обстановка, поскольку там почти не остается людей. Благодаря этому у коров значительно сокращаются стрессы, которые они получают, когда их перегоняют на преддоильную площадку, загоняют в доильный зал. Между тем именно стрессы дойного стада являются одной из основных причин их ранней выбраковки [11].
Обеспечение индивидуального подхода и благоприятное воздействие полной автоматизации кормления и доения на продуктивность и здоровье коров создает реальность увеличения продолжительности продуктивного использования животных с 2-3 до 5-7 лактации. Также основным преимуществом систем автоматического доения - сокращение расходов на оплату труда примерно на 2/3 по сравнению с использованием системы «Елочка» [12].
Накопленный хозяйственный опыт применения данных автоматических систем доения указывает также на значительное возрастание затрат на техническое обслуживание, диагностику работы по обеспечению должной надежности их функционирования в производственных условиях ферм. Параллельно, на основе всестороннего изучения особенностей хозяйственного использования доильных систем для получения молока, фирмами производителями продолжается дальнейшее совершенствование оборудования [13].
Высокая степень автоматизации и компьютеризации технологических процессов потенциально позволяет достичь на современных фермах производительности труда и экономических показателей мирового уровня: затраты труда на производство 1 ц молока могут находиться в диапазоне 0,7-1,2 чел.-ч.; производство молока на одного работника может составить от 115 до 290 т [14]. Что и подтверждается на практике, так с экономической точки зрения при доения коров на роботизированной ферме себестоимость 1 литра производства молока ниже, чем при доении коров в доильном зале.
Современные автоматизированные системы фермы оснащены специальным программным обеспечением, которые позволяют осуществлять контроль за состоянием здоровья животного, процесса кормления, работы всех систем доильной установки, а также транспортировки и охлаждения молока. С помощью управляющей панели можно быстро найти в стаде животных, которым требуются дополнительное кормление, ветеринарное обслуживание, додаивание или начало запуска. Определяется это по большому числу показателей, среди которых главное место занимает удой и качество молока. Компьютерная программа также позволяет корректировать при необходимости время доения и рацион кормления, точно составлять график доения при раздое и переводе на сухостой [15].
Для большего удобства доступ к системе можно получить удаленно: с домашнего или офисного компьютера, специального приложения для смартфонов.
В продолжение и дополнения вышесказанного для дистанционного управления молочным животноводством, включая диагностику состояния здоровья коров, режим питания и т.д. некоторые специалисты предлагают использовать Wi-Fi модули и «Lpwan» технологии». Это позволит писать программы (Sketch) с помощью известных для контроллера «Arduino» функций и библиотек и запускать их прямо на программу «ESP8266», без внешней платы «Arduino». Программа «ESP8266» поставляется с библиотеками, которые позволяют через интерфейс Wi-Fi. С помощью протоколов IP, TCP, UDP обмениваться данными с WEB, SSDP, mDNS и DNS серверами, использовать flash-память для создания файловой системы, обеспечить работу с SD картами, сервоприводами, работать с периферийными устройствами по шинам SPI и I2C». Вместе с этим, внедрение новых технологий позволит контролировать процесс производства молока доильным оборудованием и исключит возможность его порчи. Предлагается разработка и внедрение сетевых технологий в области молочного животноводства, которая позволила бы решить задачу автоматизации и мониторинга доильного оборудования. Технические решения для дистанционного контроля по сети и мониторинга количества и качества надоенного молока позволит предотвратить его неконтролируемое разбавление производителем [1].
По данным европейских исследований, хорошим инструментом выявления аномалий молока и наличия мастита у коров можно считать электронный датчик определения цвета молока. Данное устройство превосходно определяет качество молока, выявляя желтоватые или водянистые выделения, показывающие наличии мастита. Такие коровы распознаются компьютерной системой, а полученное от них молоко направляется в отдельную емкость для хранения некачественного молока и дальнейшее её утилизация. Система запрограммирована на тщательный промыв всех поверхностей, контактирующих с молоком больного животного.
Поэтому, в борьбе с маститом важен комплексный подход, включающий в себя диагностику и профилактику заболевания.
В настоящее время голландскими учеными для большей точности диагностики мастита коров разрабатывается компьютерный анализ трех переменных величин – надоя, температуры и электропроводности молока (технология «MDi»). Технология «MDi» – система предупреждения о мастите в системе управления стадом животноводческого предприятия. Но технология «MDi» устанавливается на современных автоматизированных установках доения коров и не применяется на традиционных фермах [16].
Следовательно, повышение оперативности и достоверности мониторинга состояния вымени дойного стада на основе применения автоматизированных биотехнических систем является актуальной задачей в молочном скотоводстве.
Биотехническая система позволяет распознавать коров с подозрительным снижением продуктивности, обусловленным заболеванием. Система точно вычисляет для каждой четверти вымени показатели качества молока, основанные на электропроводности, содержании крови и соматических клеток, интервале доения, потоке молока и пиках проводимости. Система предупреждает о потенциальном заболевании маститом не менее чем за 3-4 дня, давая время отреагировать до того, как здоровье коровы резко ухудшится. Тем самым подозрительную корову отделяют от основного дойного стада для более глубокой диагностики на наличие мастита.
В состав биотехнической системы входят биодатчики, установленные на доильном аппарате, которые:
- анализируют выдаиваемое молоко от каждой четверти вымени,
- регистрируют отклонения состава и свойств молока по электропроводности, содержании крови и соматических клеток, уровню удоя,
- сигнализируют человека о наличия подозрения на скрытый мастит.
Биотехническую систему раннего предупреждения заболевания дойного стада коров необходимо внедрять на предприятиях по производству молока как на крупных животноводческих комплексах (Мега фермы), так и в фермерских хозяйствах при применении для доения коров современных автоматизированных и компьютеризированных систем.
Некоторые специалисты, которые предлагают использовать специальные компьютерные системы «Стимул» и «Селекс». Это своего рода специальные компьютерные программы, которые собирают и анализируют данные о надоях молока, рационе питания и т.д. «Компьютерная система управления процессом доения «Стимул» позволяет проанализировать, сколько молока дает каждая корова. Каждое животное имеет индивидуальный номер, независимо от размеров дойного стада, а контроль данных осуществляется в режиме реального времени. Затем данные по каждому животному попадают в базу обработки данных. Таким образом, в «Стимул» уже сейчас созданы все условия для разработки и развития big data. «Большие Данные» представляет собой набор данных получаемых от различных источников внутри и за пределами объектов производства в молочном животноводстве. Данные в интегрированной системе «Стимул – Селекс» будут собираться от: цифровых индикаторов физического состояния животных, индикаторов состояния рабочих органов всего многообразия машин и оборудования, датчиков количества и качества молочной продукции, обслуживающего персонала, дилеров, сервисных центров, и т.д. [17].
Важную роль играет кормовая база молочного животноводства. Тут также можно говорить о использовании инновационных методов, например, создание больших баз данных с последующим применением результатов обработки компьютерными программами исходя из той или иной потребности. «Промышленную основу производства в животноводстве нельзя представлять иначе, чем это принято в машиностроении, химии и других индустриальных отраслях [18].
Все технологические предпосылки к проектированию предприятий основываются на эффективности производства сырья. Если суммарные показатели по его качеству, количеству, себестоимости и расходам на промышленную переработку будут превышать рыночные или оптовые цены на конечную продукцию, то производство считается нецелесообразным» [19]. В молочном же животноводстве использование и учёт многих факторов (содержание скота, кормовая база и т.д.) могут способствовать снижению затрат. Для этого необходимо, прежде всего, обладать нужной информацией по основным факторам увеличения производства молока. Наличие нужной и своевременной информации поможет оптимально распределить ресурсы производства молока и будет способствовать снижению себестоимости молочной продукции. При проектировании технологий важнейшее значение имеет принцип организации управления качеством технологических процессов. Учитывая тот факт, что качество технологических процессов обеспечивается адекватностью и своевременностью управляющих воздействий на организм животных со стороны подсистемы «человек-машина», может быть несколько вариантов организации управления качеством технологических процессов:
- подбор животных по их приспособленности к принятым технологиям и режимам работы машин;
- настройка машин в процессе их использования на режимы соответствующие параметрам состояния животных;
- визуальный контроль и ручное управление режимами технологического процесса;
- использование автоматизированных систем контроля и управления качеством технологических процессов [20].
Выводы. Преобразование АПК проходило на основе его старой материально-технической базы, шло быстрым моральным и техническим старением техники и отставанием технологии, которые по это время практически не обновлялись и исчерпали свой ресурс. Следовательно, назрела острая необходимость освоения новой техники с использованием автоматизированных и цифровых технологий.
Таким образом, на современном этапе в отрасли молочного скотоводства сложились все условия для перехода к инновационному пути развития.
1. Абдрахманов, В.Х. Разработка средств автоматизации с использованием Wi-Fi модулей ESP8266 и Lpwan технологий / В.Х. 2. Абдрахманов, К.В. Важдаев, Р.Б. Салихов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2017. - Т. 13. № 4. - С. 98-108.
2. Слепцов, В.В. Эффективное управление молочным животноводством / В.В. Слепцов // Эпоха науки. - 2018. - № 16. - С. 130-133.
3. Чепурина, Е.Л. Организация инженерно-технической службы в молочном животноводстве / Е.Л. Чепурина, А.В. Чепурин, Д.Л. Севостьянова // Сборник статей X Международного научно-практического конкурса «Лучшая научно-исследовательская работа 2017». - 2017. - С. 23-29.
4. Доровских, В.И. Принципы управления качеством технологических процессов в молочном животноводстве / В.И. Доровских, Д.В. Доровских // Наука в центральной России. - 2014. - № 6 (12). - С. 22-28.
5. Коба, В.Г. Механизация и технология производства продукции животноводства / В.Г. Коба, Н.В. Брагинец, Д.Н. Мурусидзе. - М. : Колос, 2000. - 528 с.
6. Тулинов, С. Доильная техника и молочная продуктивность коров / С. Тулинов // Животновод. - 2003. - №2. - С. 18-21.
7. Бородин, И.Ф. Автоматизация технологических процессов / И.Ф. Бородин, Ю.А. Судник. - М. : КолосС, 2004. - 344 с.
8. Kotting, C. Technische und menschliche Einflusse auf Eutergesundheit und Arbeitsqualitat / C. Kotting, [et al.] // Landtechnick. - 2000. -№ 6. - S. 420-425.
9. Самохин, В.Т. Профилактика нарушений обмена микроэлементов у животных / В.Т. Самохин. - Воронеж: Воронежский гос. ун-т, 2003. - 136 с.
10. Федосеева, Н.А. Роботизация залог успешного развития молочного скотоводства в Калужской области / Н.А. Федосеева, З.С. Санова, Е.В. Ананьева // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2018. - №2. - С. 154-159.
11. Цой, Ю.А. Тенденции развития доильного оборудования за рубежом / Ю.А. Цой [и др.]. - М. : Росинформагротех. - 2000. - 76 с. Холманов, А. Доильные роботы: преимущества и проблемы / А. Холманов, О. Осадчая, А. Алексеенко // Животноводство России. - 2008. - №5. - С. 73-77
12. Кормановский, Л.П. Тенденции применения доильных роботов / Л.П. Кормановский, Ю.А. Иванов, И. К. Текучев // Техника и оборудование для села. - 2008. - №8. - С. 36-38.
13. Кормановский, Л.П. Автоматизация машинного доения коров - этапы развития / Л.П. Кормановский // Машинно-технологическое обеспечение животноводства - проблемы эффективности и качества : сб. науч. тр. ГНУ ВНИИМЖ. - М.: ГНУ ВНИИМЖ, 2010. - Т. 21. 4.2. - С. 3-9.
14. Чукавин, В.П. Современные средства механизации доения сельскохозяйственных животных / В.П. Чукавин, В.А. Николаев // Материалы Международной научно-практической конференции «Наука, инновации и образование в современном АПК».- Ижевск: Ижевская ГСХА, 2014. - С. 220-221.
15. Ананьева, Е.В. Влияние различных технологических процессов доения коров-первотелок на их раздой и молочную продуктивность: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.02.10 / Ананьева Елена Владимировна. - Балашиха, 2018. - 24 с.
16. Седов, А.М. Цифровая трансформация управления в молочном животноводстве на базовой платформе интегрированных компьютерных систем «Стимул» и «Селекс» / А.М. Седов // Инновации в сельском хозяйстве. - 2018. - № 1 (26). - С. 357-367.
17. Ibatova, A.Z. Global challenges for the agrarian sector of russian economy and its human recourses / A.Z. Ibatova, F.T. Nezhmetdinova, F.F. Sitdikov // Espacios. - 2018. - Т. 39. - № 26.
18. Тесленко, И.И. Информационные источники проектируемого кормопроизводства в молочном животноводстве / И.И. Тесленко, И.Н. Тесленко, Е.И. Карпусенко // Естественно-гуманитарные исследования. - 2017. - № 17 (3). - С. 24-28.
19. Зиганшин, Б.Г. Современные энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве / Б.Г. Зиганшин, Ю.Х. Шогенов, И.Х. Гайфуллин, И.И. Кашапов, А.Х. Абделфаттах. - Казань, Издательство: КГАУ: 2018. - 276 с.
20. Sleptsov V.V. Effective management of dairy farming. [Effektivnoe upravlenie molochnym zhivotnovodstvom]. / V.V. Sleptsov // Epokha nauki. - The age of science. - 2018. - № 16. - P. 130-133.
