CC BY
34Вывод:
Для предотвращения и минимизации имущественного ущерба, обеспечения безопасности работников и людей следует регулярно и своевременно проводить инструктажи по правилам пожарной безопасности, обучать гражданское население методам и способам первичного тушения огня и возгораний, проводить периодические проверки специальных инспекций и оперативно исправлять нарушения, обнаруженные во время осмотра соответствия.
Список литературы
1. МЧС в 2020 году спасло более 100 тыс. человек (https://tass.ru/obschestvo/10321203) (дата обращения 12.11.2021)
2. В 2020 году в России произошло почти 420 тыс. пожаров (https://tass.ru/proisshestviya/10467411) (дата обращения 12.11.2021)
3. Федеральный закон "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" от 30.12.2009 N 384-ФЗ (последняя редакция) Статья 8. Требования пожарной безопасности (http://www.consultantш/document/cons_doc_LAW_ 95720/3a9228a03f058b5299126f6í3d1f5b51db0d15cb /) (дата обращения 13.11.2021)
4. Николаева В.Н. Виды огнетушителей и их характеристики. Классификация огнетушителей. АЛЛЕЯ НАУКИ. 2019 -с 50-54.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И КОРРЕКЦИИ РАЦИОНОВ КОРМЛЕНИЯ
ЖИВОТНЫХ
Шигимага В.А.
Государственный биотехнологический университет, профессор кафедры биомедицинской инженерии и теоретической электротехники, д.т.н., профессор
Файзуллин Р.А.
ФГБНУ «Удмуртский федеральный исследовательский центр» УрО РАН, старший научный сотрудник удмуртского научно-исследовательского института сельского хозяйства, к.с.-х.н. Косулина Н.Г.
Государственный биотехнологический университет, заведующая кафедрой биомедицинской инженерии и теоретической электротехники, д.т.н., профессор Сухин В.В.
Государственный биотехнологический университет, старший преподаватель кафедры биомедицинской инженерии и теоретической электротехники
Коршунов К.С.
Государственный биотехнологический университет, аспирант кафедры биомедицинской инженерии и теоретической электротехники
AUTOMATIC CONTROL AND CORRECTION SYSTEMS RATIONS FOR ANIMAL FEEDING
Shigimaga V.
State biotechnological university,
professor of the department of biomedical engineering and theoretical electrical engineering, doctor of
technical sciences, professor Faizullin R.
FSBIS « Udmurtskiy federal research center » UB RAS, senior researcher of the udmurtskogo research institute of agriculture, candidate agricultural sciences
Kosulina N. State biotechnological university,
head of the department of biomedical engineering and theoretical electrical engineering, doctor of technical sciences, professor Sukhin V.
State biotechnological university, senior lecturer of the department of biomedical engineering and theoretical electrical engineering
Korshunov K. State biotechnological university,
graduate student of the department of biomedical engineering and theoretical electrical engineering
Аннотация
Автоматические системы занимают важнейшее место в ряду оборудования и технологии удаленного контроля кормления животных, причем в это понятие входит не только непосредственный контроль в потоке, но и раздача корма, а также его приготовление. Система корректировки рационов представляет собой комплекс оборудования и ПО, позволяющий проводить корректировку рациона по сухому веществу «на лету» при загрузке компонентов в кормосмеситель. Основу системы составляет прикладная программа, подсистема контроля приготовления и раздачи кормов на базе программируемого весового терминала, а также ИК-анализатор кормов, встраиваемый в ковш погрузчика.
Кроме автоматизированных систем прямого контроля и коррекции рационов кормления животных существуют и комплексные системы, решающие аналогичные задачи, а также и непосредственно связанные с кормлением проблемы диагностики качества продуктов животноводства. В настоящее время в молочном животноводстве набирает популярность так называемый «навигатор стада». «Навигатор стада» представляет собой техническое средство диагностики, которое во время доения автоматически анализирует состав молока, выявляет коров требующих внимания ветеринара и предоставляет специалистам протоколы для работы с животными.
Для автоматического экспресс-анализа кормов, в том числе и в потоке, разработаны специальные устройства. Вся информация о корме содержится в его спектре в ближней инфракрасной области, путем автоматизированного анализа которого можно получить такие показатели, как влажность, жир, белок и прочие компоненты. Более сложные системы, включающие подобные устройства, имеют и большую функциональность, в том числе, способны составлять рационы, обеспечивать кормозаготовки и контролировать качество кормового сырья.
В статье описаны современные автоматические системы подготовки рационов, их коррекции для кормления животных. Рассмотрены некоторые элементы автоматического контроля и коррекции рационов. Представлены инновационные автоматические анализаторы кормов в потоке.
Abstract
Automatic systems occupy the most important place in the range of equipment and technology for remote control of animal feeding, and this concept includes not only direct control in the flow, but also the distribution of feed, as well as its preparation. The ration adjustment system is a set of equipment and Software that allows you to adjust the ration for dry matter "on the fly" when loading components into the feed mixer. The system is based on an application program, a subsystem for monitoring feed preparation and distribution based on a programmable weighing terminal, as well as an IR feed analyzer embedded in the loader bucket.
In addition to automated systems for direct monitoring and correction of animal feeding rations, there are also complex systems that solve similar problems, as well as problems directly related to feeding diagnostics of the quality of animal products. Currently, the so-called "herd navigator" is gaining popularity in dairy farming. "Herd navigator" is a technical diagnostic tool that automatically analyzes the composition of milk during milking, identifies cows that require the attention of a veterinarian and provides specialists with protocols for working with animals.
Special devices have been developed for automatic rapid analysis of feed, including in the stream. All information about the feed is contained in its spectrum in the near-infrared region, through automated analysis of which you can get indicators such as humidity, fat, protein and other components. More complex systems that include such devices also have more functionality, including the ability to make rations, provide forage harvesting and control the quality of feed raw materials.
The article describes modern automatic systems for preparing diets and correcting them for feeding animals. Some elements of automatic control and correction of rations are considered. Innovative automatic feed analyzers in the stream are presented.
Ключевые слова: автоматические системы, рацион, кормление, контроль, коррекция, ИК-анализатор.
Keywords: automatic systems, ration, feeding, control, correction, IR-analyzer.
Введение.
Важнейшее место в ряду автоматических систем в животноводстве занимают оборудование и технология удаленного контроля кормления, причем в это понятие входит не только непосредственный контроль в потоке, но и раздача корма, а также его приготовление. Системы контроля кормления состоят из микрокомпьютера, программного обеспечения (ПО) для управления рационами, весового комплекта для распределения порций и модуля для удаленной передачи данных (GPRS или Wi-Fi) [1, 2]. На рынке предлагаются стационарные и мобильные модели, способные загружаться кормом из любой точки фермы [1-4].
Актуальность проблемы. В настоящее время в животноводство активно внедряются современные автоматизированные и роботизированные технологии. Одна из актуальных тенденций - роботизация технологии кормления, как важнейшего процесса животноводства, а также и других направлений и процессов. Вслед за доильными роботами на фермах и в научных исследованиях стали появляться автоматические системы кормления животных и контроля продукции [1, 2, 5-7].
По сравнению с распространенной системой кормления мобильными кормоцехами, автоматические системы кормления обладают целым рядом
преимуществ: существенное снижение трудоемкости процесса кормления и энергопотребления, экономия рабочего времени, повышение кратности кормления, увеличение полезной площади животноводческих помещений, повышение точности кормления, а также возможность контроля качества и коррекция рационов «на лету», т.е. в процессе загрузки и/или раздачи корма.
Формулирование цели исследования.
В данном исследовании ставилось целью выполнить краткий обзор современных технических решений в области коррекции рационов и контроля качества кормов непосредственно в процессе автоматизированного кормления животных.
Результаты анализа последних исследований.
Рис. 1 - Анализаторы кормов, встраиваемые в рабочие органы погрузочных машин
Зоотехник, используя программу DTM 1С, про- цион, согласно технологии кормления, задавая дан-граммирует необходимый в данный момент ра- ные на выносном индикаторе кормосмесителя, рис.
2.
Элементы автоматического контроля и корректировки рационов. Система корректировки рационов представляет собой комплекс оборудования и ПО, позволяющий проводить корректировку рациона по сухому веществу «на лету» при загрузке компонентов в кормосмеситель [1, 2]. Основу системы составляет программа DTM 1С, система контроля приготовления и раздачи кормов на базе программируемого весового терминала DG 8000 1С, а также ИК-анализатор кормов, встраиваемый в ковш погрузчика [1-3]. Если у фермера самоходный кормосмеситель, то анализатор встраивается непосредственно во фрезу, рис. 1.
Рис. 2 - Выносной терминал для задания и контроля параметров корма
Данные поступают также на весовой модуль, встроенный в ковш погрузчика. Оператор погрузчика при загрузке компонента корма, например, силоса, набирает на терминале компонент и нажимает кнопку анализа. Через 15 секунд автоматическая система анализа выдает 9 химических показателей и предлагает скорректировать вес загружаемого компонента исходя из новых данных по сухому веществу. Если оператор это хочет осуществить, то нажимает кнопку ввод и система автоматически меняет вес компонента на весовом терминале кор-мосмесителя. Таким образом, получается полностью сбалансированная смесь корма по сухому веществу. Фактически происходит контроль над процентным содержанием сухого вещества в смеси, а коровы получают оптимальный рацион.
Как правило, все параметры настраиваются фермером самостоятельно вручную. Фермер указывает, что и в каком порядке должно подаваться в
емкость для смешения кормов, назначает время приготовления (в основном все сводится лишь к перемешиванию ингредиентов специальным миксером) и распределяет по группам - каким животным, чего и сколько необходимо. Иными словами, автоматической системе нужно один раз подробно указать, что от нее требуется, а далее весь процесс осуществлять и контролировать будет уже она сама. В дальнейшем от фермера потребуется лишь запустить процесс одним или двумя нажатиями кнопки - все остальное будет уже в памяти. Хотя при желании он может все проконтролировать, наблюдая за информацией, которая выводится на специальное дублирующее табло - там отображаются все данные во время работы системы. Кроме того, электроника контролирует также вес порции и даже ее стоимость. Для этого нужно лишь заранее ввести цену ингредиентов, а потом можно контролировать кормление в рамках заданного бюджета.
Дополнительные возможности контроля корм- кормов внутри смесителя во время приготовления ления предоставляет инновационная система рациона, рис. 3 [8-10]. УКЮМХХ, основанная на технологии компьютерного распознавания образов. Система способна измерять однородность кормосмеси и длину волокна
Рис. 3 - Система VISIOMIX, установленная на автоматизированном кормосмесителе-раздатчике
Система УКЮМГХ оснащена цифровой камерой, автоматически анализирует и сравнивает полученные кадры с изображением идеально приготовленного рациона, хранящимся в памяти. Фермер определяет правильную степень смешивания рациона и качества на конкретном приложении. Когда система УШОМ1Х распознаёт, что заданное качество кормосмеси достигнуто, фермер получает уведомление на свой смартфон. Кроме того, система подаёт звуковые и визуальные сигналы на весовой микрокомпьютер кормосмесителя.
Стоимость представленных систем и компонентов начинается в среднем от 100 тыс. грн. и доходит до 700 тыс. грн. При этом стоит заметить, что все основные функции есть и у самых дешевых образцов. Более дорогие модели комплектуются дополнительными опциями. Среди них, например, возможность управления складскими запасами, удаленная передача информации на миксер, а также статистическая информация - ведение всевозможных отчетов, составление графиков, анализ (вплоть до химического) и прочие полезные данные.
Автоматизированные системы оптимального кормления животных.
Современное животноводство работает по тем же принципам, что и любой бизнес. Это постоянное
к
стремление снижать себестоимость единицы продукции и повышать производительность в расчёте на единицу затраченных ресурсов. Ещё совсем недавно достигать этих целей позволяло классическое механизированное оборудование, но сейчас существуют инновационные подходы.
Среди новейших автоматизированных систем кормления можно отметить проект «Ферма будущего» [9]. Это эффективное техническое решение, позволяющее автоматически отслеживать и контролировать основные технологические процессы на ферме:
- контроль заготовки, поступления сырья и кормов;
- контроль складских запасов кормов и сырья;
- контроль загрузки компонентов, приготовления кормосмеси и кормления;
- контроль здоровья, привесов и продуктивности стада.
На рис. 4 представлена схема автоматизированной технической системы из проекта «Ферма будущего», позволяющей комплексно решить проблему загрузки компонентов корма, приготовления кормосмеси и кормораздачи [9].
Рис. 4 - Автоматизированная система загрузки компонентов корма, приготовления кормосмеси и
кормораздача из проекта «Ферма будущего»
Важно отметить, что в данном проекте задействован модульный принцип, т. е. можно использовать как все технологии сразу, так и лишь некоторые, эффект от которых будет наиболее значительным для данного предприятия. Это позволяет «конструировать» собственные автоматизирован-
ные технологические системы кормления на каждой конкретной ферме, сообразуясь с имеющимися ресурсами.
Анализ состояния животных и кормов.
Кроме автоматизированных систем прямого контроля и коррекции рационов кормления суще-
ствуют и комплексные системы, решающие аналогичные задачи, а также и непосредственно связанные с кормлением проблемы диагностики качества продуктов животноводства. В настоящее время в молочном животноводстве набирает популярность так называемый «навигатор стада», который, однако, к навигации в географическом смысле отношения не имеет. Такое устройство разработала фирма DeLaval, рис. 5 [10]. «Навигатор стада»
представляет собой техническое средство диагностики, которое во время доения автоматически анализирует состав молока, выявляет коров требующих внимания и предоставляет специалистам протоколы для работы с животными. Ранняя диагностика этих параметров улучшает продуктивность стада, повышает эффективность и рентабельность хозяйства, улучшает условия содержания животных и безопасность продуктов питания.
Рис. 5 - Аналитическая система «навигатор стада» фирмы DeLaval
Прибор анализирует образцы молока по 4 различным параметрам и определяет текущее состояние здоровья коровы - например, может выявить какое-либо заболевание (мастит) или прогнозировать период охоты. Также с помощью прибора можно узнать о нарушении у животного обмена веществ и даже о несбалансированном рационе кормления с дальнейшей возможностью его корректировки. Последнее как раз и обеспечивает комплексность подхода к решению задачи автоматизированного кормления животных.
Автоматические анализаторы кормов в потоке.
Стоит упомянуть о более специфических устройствах, предназначенных непосредственно для автоматического экспресс-анализа кормов, в том числе и в потоке. Современные портативные приборы, выполняющие эту важную для любого фермера задачу, основаны на анализе корма в ближней инфракрасной (БИК) области по БИК-технологии, рис. 6.
Рис. 6 - БИК-анализаторы фирмы Dinamica Generale (Италия)
В отличие от химического анализа, в этом случае не нужно из образца выделять конкретный компонент для изучения. Вся информация о корме содержится в его спектре в БИК области, путем автоматизированного анализа которого можно получить такие показатели, как влажность, жир, белок и прочие компоненты. Более сложные системы, включающие подобные устройства, имеют и большую функциональность, в том числе, способны составлять рационы, обеспечивать кормозаготовки и контролировать качество кормового сырья [11-13]. В самом общем приближении БИК-анализатор состоит из источника излучения, светофильтров и модуляторов, которые позволяют выделить анализируемое излучение на необходимых длинах волн, фотоприемников, собирающих отраженное излучение, и устройств обработки сигнала. Для каждого из контролируемых веществ подбирается своя длина измеряющей волны, а также разрабатываются алгоритмы, в соответствии с которыми анализируется отраженное излучение.
Автоматический анализ корма в БИК-области спектра.
Метод БИК спектрометрии основан на явлении поглощения и отражения электромагнитного излучения физическими телами. Молекулы любого вещества по-разному взаимодействуют с излучением, имеющим различную длину волны. Оно может отражаться, поглощаться, пропускаться. В итоге появляется возможность, анализируя отраженное или пропущенное инфракрасное излучение, измерить уровень содержания того или иного вещества [14-15]. Достоинством БИК является возможность его применения для широкого класса веществ: газов, жидкостей, твердых и сыпучих тел как органического, так и неорганического происхождения, в том числе в отдельных образцах и в потоке. Можно отметить и относительную простоту конструкции БИК-анализаторов, для которых за предыдущие десятилетия наработана вся необходимая элементная база, ПО и технология производства.
Метод БИК спектрометрии в последние годы стал одним из основных для определения качества и питательной ценности кормов. В отличие от химических методов, он практически не требует под-
готовки образцов, анализ проводится в течение минут, в том числе «на лету» и предоставляет точные данные о контролируемых показателях. В зависимости от сложности анализатора можно измерить уровень содержания нескольких десятков компонентов. Наиболее доступные и распространенные модели устройств позволяют контролировать влажность кормов, содержание крахмала, сырого протеина и жира, ADF, NDF и золы. БИК-анализаторы сегодня предлагаются в стационарном и портативном исполнении [11, 12]. Как правило, последние позволяют контролировать количество параметров, минимально достаточное для оценки качества кормов. Для более детального анализа используются стационарные лабораторные приборы.
Выводы.
Современные автоматические системы подготовки и коррекции рационов для кормления животных занимают одно из основных мест в комплексе машин точного животноводства. В качестве основных узлов инновационных систем кормления наиболее перспективны автоматические анализаторы кормов в потоке, принцип действия которых основан на использовании явления поглощения и отражения в ближней инфракрасной области спектра.
Список литературы
1. Жуков А. Корма в потоке. Контроль качества на лету. Белорусское сельское хозяйство. 2014. №8 (148). С. 56-61.
2. Контроль кормления со встроенными анализаторами кормов. URL: https://www.onlinescales.ru/catalog/selskoe-hozyaystvo/ferma-budushego/tovar-11071. html (дата обращения 02.11.21).
3. Производитель анализаторов кормов. URL: https://www.dinamicagenerale.com (дата обращения 02.11.21).
4. Анализаторы кормов. URL: https://foss-ua.com/products/feed_analyzers (дата обращения 07.10.20).
5. Шигимага В. А. Импульсная кондуктомет-рия в изменяемом электрическом поле: перспективы развития измерений. Измерительная техника. 2014. №10. С. 65-69.
6. Шигимага В. О. Бютехшчний комплекс iM-пульсно! кондуктометри i електроманшуляци з кль тинами тварин: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.11.17. Харшв, 2014. 36 с.
7. Шигимага В. А. Метод и аппаратура импульсной кондуктометрии одиночных клеток животных и жидких сред. Акт. вопр. биофизики и химии: мат. VII междунар. науч.-техн. конф. (г. Севастополь, 26-30 апр. 2011 г.). Севастополь, 2011. С. 25- 26.
8. Сасимова И. А., Косулина Н. Г., Черенков А. Д. Результаты экспериментальных исследований c эмбрионами животных. Вюник Харшв. нац. техн. ун-ту сшьського господарства iм. П. Василенка «Проблеми енергозабезпечення та енергозбере-ження в АПК Укра!ни». Харшв, 2010. Вип. 101, Т. 1. С. 109 - 112.
9. Анализатор для питания животных на содержание питательных веществ VISIOMIX. URL: https://www.agriexpo.ru/prod/dinamica-generale-spa/product-168827-124283.html (дата обращения 02.11.21).
10. Ферма будущего. Технологические решения для сельского хозяйства. URL: https://www.onlinescales.ru/storage/catalog/sections_f iles/future_farm_2020_preview.pdf (дата обращения 02.11.21).
11 . Навигатор стада инновационный продукт в области управления фермой. Farm Animals. 2014. №1 (5). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/naviga-tor-stada-innovatsionnyy-produkt-v-oblasti-uprav-leniya-fermoy (дата обращения: 02.11.21).
12. Анализатор кормов универсальный, инфракрасный, NIRS DA 1650 Foss. URL: https://www.dia-m.ru/catalog/lab/analizatory-zerna/analizator-kormov-i-furazha-nirs-da1650-vv/ (дата обращения 02.11.21).
13. Анализаторы кормов. URL: http://www.tehperm.ru/page69/ (дата обращения 02.11.21).
14. Эффективное животноводство. 2019. Спецвыпуск «Техника и оборудование для животноводства». №6 (154). URL: https ://www.yumpu. com/ru/document/view/62812626 /-no6-154-2019 (дата обращения 02.11.21).
15. Lindon J. Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry. 2th ed. Academic Press, 2010. 3312 p.
