CC BY
94
УДК 631.171:636
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КАК ФАКТОР МОДЕРНИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА И ЕГО ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ
Ю.А.Иванов, Н.Н.Новиков
Показана важная роль автоматизации в повышении эффективности технологических процессов в животноводстве. Описаны средства автоматизации приготовления и раздачи кормов, уборки навоза из помещения. Изложен опыт применения роботов для доения коров. Рекомендованы новые автоматизированные системы микроклимата аэрационного типа.
Ключевые слова: автоматизация технологических процессов, роботы на фермах, аэрационные системы микроклимата.
В настоящее время Президентом и правительством РФ поставлена задача модернизации всех сфер жизни страны и ускорения ее социально -экономического развития [1]. Решение этой задачи в отрасли животноводства в значительной мере опирается на автоматизацию процессов.
Применение средств и систем автоматизации обеспечивает:
1. Рациональное использование ресурсов:
- удельные затраты кормов за счет автоматизации, подготовки кормов и их раздачи (балансирование, ввод добавок, дозированная выдача) могут быть снижены на 10... 12%;
- затраты на получение одного центнера молока доведены до 0,9.1,1 ц корм. ед. вместо существующих 1,2.1,4 ц корм. ед.; на получение 1 ц привеса свиней - до 3,5. 4,0 ц корм. ед. вместо нынешних 5,5. 6,5 ц корм. ед.;
- экономия электрической энергии достигается в размере 40%.
2. Повышение продуктивности животных за счет обеспечения оптимального микроклимата, создания комфортных условий содержания - на 20.35%:
- молочная продуктивность коров может быть доведена до 6,5.7,0 тыс. кг молока в год;
- привесы свиней до 850. 950 г в сутки (вместо 380. 400 г);
- привесы скота до 950.1100 г в сутки (вместо 45.550 г в сутки).
3. Увеличение продолжительности продуктивного использования коров до 3,7.4,0 отелов (вместо 3), что приводит к снижению себестоимости молока на 12. 15% за счет уменьшения расходов на воспроизводство скота.
4. Повышение производительности труда за счет устранения тяжелых ручных операций в 1,5.2,2 раза.
5. Повышение престижности и привлекательности труда в животноводстве: энерговооруженность труда повышается до 2-х раз; труд становится разновидностью индустриального; вместо скотников, сторожей вводятся катего-
рии операторов, диспетчеров, специалистов по обслуживанию поточных линий с оплатой труда не ниже, чем в промышленности.
Средства автоматизации и управления в животноводстве должны составлять единую и технологическую общность с исполнительными (рабочими) органами машин. Сложность автоматизации процессов в животноводстве обусловлена взаимодействием с биологическими объектами, функционированием в средах с высокой влажностью, повышенной концентрацией углекислого газа, аммиака, сероводорода, пыли.
Адаптация режимов работы рабочих органов машин к физиологическому состоянию животных составляет суть проблем автоматизации процессов в животноводстве. Исключение стрессов и вредных воздействий средств автоматизации и систем управления на протекание естественных процессов - важнейшее требование как к ним самим, так и связанным с ними рабочими органами машин.
Управление процессами производства продукции в животноводстве требует мониторинга почти 2000 различных параметров: физических (температура, давление, влажность...), технических (уровень, усилие, скорость...), химических (БПК, ХПК, рН...), электрических (электропроводность молока, величины тока и напряжения.), световых (освещенность, спектральная плотность.), биологических (толщина шпига, соматика, двигательная активность.). Около 20% из них пока недоступны непосредственному измерению, для некоторых из них, таких, как степень измельчения, качество смешивания и др., не разработаны даже первичные преобразователи.
Современные установки для приготовления сбалансированных по питательности кормосмесей для КРС, свиней, а также комбикормов должны комплектоваться системами автоматического весового дозирования компонентов кормов, работать по принципам как порционного, так и непрерывного действия, а также осуществлять дозированную выгрузку заданного количества кормосмеси в средства доставки.
К числу актуальных проблем следует также отнести создание комплектных систем управления для кормораздающих машин. Такие автоматизированные кормораздатчики должны в автоматическом режиме по заданной программе производить дозированную раздачу кормов животным в индивидуальные и групповые кормушки, а также обеспечивать корректировку дозы корма по массе, возрасту и продуктивности животных.
Системы автоматизации доения должны быть ориентированы на обеспечение щадящего режима процесса: автоматическое поддержание требуемого уровня вакуума, стимуляцию вымени, своевременный переход на режим додаивания, окончания доения.
Отечественная доильная техника, прежде всего из-за отсутствия совершенной автоматики, пока не позволяет выбирать режим пульсации и порог мо-локоотдачи каждой корове, изменять частоту пульсаций, соотношение тактов
сосания-сжатия в процессе доения, осуществлять дифференцированный режим доения каждой четверти вымени.
На фермах, за рубежом достигнут высокий уровень автоматизации процессов. Он характерен для современных роботизированных систем доения, получивших распространение в настоящее время в странах Евросоюза.
Представителем современных доильных систем является робот Astronaut A3 фирмьи^^» (рис.1, Нидерланды).
Рис. 1. Робот Astronaut A3 фирмы «Lety»
Известна также роботизированная система фирмы RMS (Robot Milking Solutions, рис.2, Нидерланды), которая может обслуживать два-пять расположенных друг за другом доильных боксов.
Рис. 2. Роботизированная система Robot Milking Solution, Нидерланды
Одна из первых роботизированных систем в отечественном молочном животноводстве введена в начале 2008 г. в колхозе «Племзавод Родина» Вологодской области. Предстоит внимательно комплексно изучить и проанализировать опыт эксплуатации робота в наших условиях, т.к. помимо очевидных преимуществ, роботизация требует высоких капвложений, высокой продуктивности стада, жесткой выбраковки коров с нестандартным выменем, не желающих доиться роботом, либо тех, которые подходят к роботу слишком часто и т.д. Около 30% энергии, потребляемой на фермах, идет на поддержание микроклимата в помещениях.
Проведенные исследования показывают, что разработка новых систем управления микроклиматом, которые наряду с регулированием по температуре имеют также и контуры регулирования по влажности и загазованности (в основном, содержанию углекислого газа), а также обеспечивают плавное ре-
гулирование воздухообмена и мощности нагревательных установок, позволяют до 20% уменьшить энергопотребление на рассматриваемый процесс.
В последние годы поиск путей снижения потребления энергии на обеспечение микроклимата привел к целесообразности конструктивного изменения покрытия животноводческого помещения в направлении устройства двойной кровли и «фонаря» с открывающимися жалюзи (рис.3), а также вентиляционных каналов по контуру кровли (рис.4). Коровники с такой есте -ственной вентиляцией уже находятся в эксплуатации в Московской и других областях России. Полученные предварительные данные свидетельствуют об удовлетворительном микроклимате в коровниках в течение всего года без затрат энергии. Регулирование живых сечений воздушных каналов такой системы микроклимата ввиду их большой протяженности, неудобства расположения (на высоте 4..5 и более метров, в зонах навозоудаления и т.п.) без автоматических устройств, как показывает опыт, весьма затруднительно.
Рис. 3. «Фонарь» коровников с естественной системой вентиляции
Рис. 4. Приточные вентиляционные каналы коровников с естественной системой вентиляции
Следует отметить, что в настоящее время к числу наименее автоматизированных относятся операции по уходу за животными. Проблема механизации и автоматизации этих операций (привязывание, отвязывание, контрольное взвешивание, вакцинация, лечение и др.) должна комплексно решаться усилиями многих специалистов-инженеров, строителей, врачей, специалистов по охране труда, экологии.
Вполне удовлетворительные результаты, достигнутые нашими учеными по решению проблемы технологического взвешивания свиней в станках, а также КРС на проходных весах целесообразно развить с учетом новейших достижений в области отечественного приборостроения, а также перспективных зарубежных решений.
В настоящее время в отечественной и зарубежной практике успешно применяются датчики двигательной активности, температуры тела, частоты пульса животных. Сигналы датчиков передаются по радиоканалам в компьютер. Анализ этих данных совместно с данными о молочной продуктивности, привесах позволяет с высокой достоверностью прогнозировать период прихода животных в охоту, возникновение заболеваний, производить оценку качества кормов, решать другие важные производственные задачи.
Передовые в мире зарубежные фирмы уже существенно продвинулись и в этом направлении.
Устройство Step Metrix фирмы BouMatic Gascoigne Ме-lotte представляет собой узкую проходную платформу, при движении животного по ней фиксирует и анализирует его текущую шаговую схему движения (рис.5).
Рис. 5. Устройство Step Metrix фирмы BouMatic Gascoigne Ме1оИе
Компьютерный анализ на предмет выявления отклонений от нормальной схемы движения животного позволяет выявить состояния, требующие внимания обслуживающего персонала.
Новая система Qwes-HR фирмы Lely (рис.6), помимо идентификации животных обеспечивает передачу в компьютер звука при пережевывании кормов. Это позволяет контролировать состояние здоровья поголовья, наступление «охоты» и т.д
Рис. 6. Система идентификации животных Qwes-HR фирмы Lely
С помощью системы «Орйсотр» немецкой фирмы Weda можно производить измерение массы откармливаемых свиней по результатам компьютерной обработки их 5-6 цифровых фотографий. Погрешность результата вычисления массы - не более 1,5 кг.
В современном животноводстве все большее распространение получают персональные компьютеры. Наряду с использованием для решения планово-экономических и бухгалтерских задач они все шире применяются и для управления технологическими процессами: в селекционно-племенном деле, зоотехнии, ветеринарии, комплексном управлении крупными животноводческими объектами.
В ГНУ ВНИИМЖ функционирует уникальная лаборатория экспресс-анализа качества молока и кормов с использованием оборудования Шведской фирмы Foss Analitical. Анализы молока производятся компьютеризированными приборами «Milkoskan» и «Fossomatic» (рис.7) по следующим параметрам: жир, белок, лактоза, мочевина, соматические клетки, сухое вещество, СОМО.
Производительность лаборатории - 200 анализов в час, точность измерений - 0,3%.
Рис. 7. Экспресс-анализатор качества молока «Milkoskan» и Fossomatic» ГНУ ВНИИМЖ
Для анализа качества кормов используется компьютерный ИК-анализатор «1пй"аХасЪ> (рис.8), который способен в течение 1 мин. определить содержание влаги, белка, жира, клетчатки, крахмала, золы и питательной ценности корма.
Рис. 8. Компьютерный ИК-анализатор кормов «InfraXact» ГНУ ВНИИМЖ
В качестве объекта исследований могут быть сухие (зерновые, рыбная мука, грубые корма), влажные (силос, сенаж) корма.
ГНУ ВНИИМЖ заключено более 20 договоров с хозяйствами с целью проведения экспресс-анализа, обработки результатов и передачи хозяйствам для оперативного информирования их о состоянии поголовья, качестве получаемой продукции, техническом состоянии оборудования фермы и др.
Возрастающее внимание следует уделять защите окружающей среды от вредных выбросов животноводческих предприятий. Здесь, прежде всего, необходимо осуществить поиск эффективных технологий мониторинга загрязнения окружающей среды, а также соответствующего приборного обеспечения. Требуется создать также системы контроля и управления процессами уборки, удаления и переработки навоза и стоков животноводческих помещений.
Унифицированная станция управления оборудованием уборки навоза, разработанная ГНУ ВНИИМЖ (рис. 9) позволяет полностью автоматизировать работу системы навозоудаления: без участия оператора производить уборку помещения с заданной кратностью, защитить животных от травмирования, а оборудование - от аварий, оперативно оповещать персонал о нештатных ситуациях.
Рис. 9. Унифицированная станция
Унификация станции, ее небольшие габариты, масса, стоимость достигнуты путем применения «интеллектуального» реле (рис.10), которое дает возможность также и в процессе эксплуатации варьировать не только отдельные параметры станции, но и ее структуру.
Рис. 10. «Интеллектуальное» реле управления оборудованием уборки навоза SR2201FU фирмы Schneider Elektrik
В настоящее время животноводческие фермы, как известно, являются не только производителями, но и переработчиками животноводческой продукции. В этой связи становятся актуальными также и проблемы мониторинга качества получаемой продукции, а также ее сохранность.
Особая проблема - обеспечение надлежащей эксплуатации и ремонта приборного оборудования и автоматических устройств. Следует отметить, что систематической работы в отрасли в организационном и техническом аспектах в этой части до настоящего времени практически не проводилось.
В настоящем докладе освещены, как нам представляется, наиболее актуальные проблемы автоматизации в животноводстве на современном этапе. За пределами данного сообщения остались вопросы управления селекционно-племенной работой, ветеринарией, ряд проблем создания АСУ животноводческих предприятий и некоторые другие.
Решение этих проблем предстоит осуществлять ускоренными темпами, т.к. использование средств автоматики обуславливает жесткие требования к надежности соответствующей техники и, следовательно, к средствам автоматики. Необходимо также уже сейчас уделять повышенное внимание решению проблем подготовки кадров соответствующих специализаций как в звене высшего и среднего специального образования, так и в звене подготовки рабочих специальностей. Успешное решение перечисленных задач автоматизации в животноводстве, помимо значительного положительного влияния на эффективность производства, качество получаемой продукции, усиления режима экономии всех видов ресурсов, уменьшения вредного воздействия на окружающую среду будет содействовать тому, чтобы сделать труд сельского животновода социально привлекательным, престижным для молодых квалифицированных кадров - залог возрождения российского села, его модернизации и инновационного развития.
Литература:
1.Модернизация России как построение нового государства / И.Пономарев. - М., 2009.
2.Стратегия машинно-технологического обеспечения производства продукции животноводства до 2010 г. / Л. П. Кормановский [и др.]. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. - 57с.
3. Иванов, Ю.А. Автоматизация процессов как фактор повышения эффективности производства животноводческой продукции // Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве. - Углич, 2006. - Ч.1.
Иванов Юрий Анатольевич, доктор сельскохозяйственных наук, директор Новиков Николай Николаевич, кандидат технических наук, зав. отделом ГНУ Всероссийский научно- исследовательский институт механизации животноводства Тел. 8(495)867-43-33 E-mail: vniimzh@mail.ru
Shows an important role to play in enhancing the effectiveness of automation of technological processes in animal husbandry. Describes the tools for automating preparation and feeding, manure from the premises. Is experience in the application of robots for milking cows. Recommended new automated systems of microclimate of aeracionnogo type.
Keywords: automation of technological processes, robots in farms, aeration microclimate systems.
