CC BY
84
УДК 636.2.034:004
ИНФОРМАЦИОННЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ МОЛОЧНОГО
СКОТОВОДСТВА
Н.П. Мишуров, кандидат технических наук, заведующий отделом
ФГБНУ «Росинформагротех»
E-mail: mishurov@rosinformagrotech.ru
Показано, что современные информационные технологии, применяемые на молочных фермах, представляют собой системные решения, которые позволяют создать надежные коммуникационные связи между всеми элементами фермы и обеспечить их согласованную и эффективную работу. Ключевые слова: информационные технологии, электронные системы идентификации животных, автоматизированные системы управления, доильный робот.
Модернизация молочного скотоводства, базирующаяся на применении информационных технологий, позволяет повысить уровень контроля за выполнением технологических операций на ферме и качеством получаемого молока, увеличить производительность труда и сократить производственные затраты, обеспечить решение вопросов ресурсосбережения и экологической безопасности. Все это, в конечном итоге, обеспечивает устойчивую и эффективную работу молочной фермы [1].
Ключевым элементом информационных технологий в животноводстве являются электронные системы идентификации животных, которые лежат в основе автоматизации многих операций и технологических процессов, выполняемых на фермах.
Принцип автоматической идентификации основан на взаимодействии специального маркировочного устройства, содержащего код животного и размещенного на его теле, и приемного блока с антенной, установленного на соответствующем оборудовании [2].
Обычно маркировочное устройство выполнено в виде бесконтактного импульсного
датчика-ответчика (транспондера): пассивного (без источника питания) или активного (с источником питания). Использование датчиков того или иного типа зависит от конкретной ситуации [3].
Благодаря использованию новейших средств микроэлектроники и сенсорики, снижению потребления энергии и улучшению передачи сигнала появилась возможность применения в качестве датчика так называемых чипов (Radio Frequency IDentification - RFID), т. е. электронных микросхем, находящихся в отдельном корпусе минимальных размеров и массы, которые можно вмонтировать в ушные бирки или вживлять (имплантировать) в тело животных [4].
Большинство RFID-меток состоит из двух частей.
Первая - интегральная схема для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного сигнала и некоторых других функций.
Вторая - антенна для приема и передачи сигнала.
Систематизация RFID-меток производится по рабочей частоте, по источнику питания и по типу памяти.
По рабочей частоте метки делятся на четыре группы: LF (125-134 кГц), HF (13,56 МГц), UHF (860-960 МГц) и UHF-метки ближнего поля. Для чипирования животных используют метки группы LF. Они имеют низкие цены, однако, в связи с длиной волны, существуют проблемы со считыванием на больших расстояниях.
По типу источника питания RFID-метки делятся на пассивные, активные и полупассивные.
Для мечения животных используются пассивные метки с рабочей частотой 134,2 кГц. Пассивные RFID-метки не имеют встроенного источника энергии. Электрический ток, индуцированный в антенне электромагнитным сигналом от считывателя, обеспечивает достаточную мощность для функционирования кремниевого чипа, размещенного в метке, и передачи ответного сигнала. Чипы, в зависимости от вида и размера, обладают различной памятью (96-128 бит), 10- или 15-значным кодированием.
Расстояние считывания находится в прямой зависимости от размера микрочипа -чем больше чип, тем больше расстояние. Вторым важнейшим фактором, влияющим на расстояние считывания, является мощность считывателя (сканера).
По типу используемой памяти метки делятся на:
RO (англ. Read Only) - данные записываются только один раз, сразу при изготовлении. Такие метки пригодны только для идентификации. Никакую новую информацию в них записать нельзя, и их практически невозможно подделать;
WORM (англ. Write Once Read Many) -кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок однократно записываемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно читать;
RW (англ. Read and Write) - такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны многократно.
Принципиальные различия микрочипов разных производителей касаются их массы, размеров, объема памяти, кодирования, материала изготовления капсулы, инъектора и цены. Необходимым условием для широкого распространения транспондеров на практике является совместимость и взаимная читабельность электронных систем распознавания животных. Это требование вызвано тем, что при перемещении скота из одного хозяйства в другое вживленный транспондер может стать причиной неправильной идентификации, результаты которой в виде номера животного используются для решения орга-
низационных задач. Поэтому возникла проблема создания единого стандарта в области электронной идентификации.
На данный момент времени существует несколько стандартов [5]:
- «Открытый стандарт» Европейской Ветеринарной Ассоциации (FECAVA), которая предложила взять за образец стандарт, разработанный компанией Destron. Ее протоколы и интерфейс были помещены в открытый доступ, и таким образом любая компания могла вполне легитимно воспользоваться информационными материалами для производства микрочипов, ничем не отличающихся от микрочипов Destron. Таким способом воспользовалась, например, компания AVID, которая начала программирование кодов с противоположного конца номерного ряда. В какой-то момент номера компаний Destron и AVID начнут «налагаться» друг на друга, что создаст большую проблему, так как смысл идентификации состоит, в том числе, в обеспечении уникальности кода для каждого животного;
- «Открытый стандарт» ISO (International Organization for Standardization), который разрабатывался в течение пяти лет крупнейшими компаниями-производителями электронных систем идентификации - группой четырех (AEG, Datamars, Nedap и Trovan) и Texas Instruments. Он получил международное признание, и большинство компаний-производителей используют именно ISO 11784/85.
В ISO 11784 представлена структура кодировки номера животного, а в рабочем документе ISO/WD 11785 установлены технические функции системы идентификации (SC 19).
Объем информации, содержащейся в датчике, составляет 64 бита, которые первоначально сгруппированы в три блока. Начальный блок содержит 16 бит, первый бит которого служит как флагбит для характеристики типа транспондера: если он установлен в «1», датчик предназначен для идентификации животных; транспондеры, предназначенные для других целей, содержат в первом бите «0». Следующие 14 бит первоначально не
заняты, однако они являются составной частью стандарта и поэтому использование их по собственному усмотрению запрещено. Они служат резервом для расширения цифрового кода. Бит 16 служит для характеристики блока данных, подлежащих передаче. Поскольку возможна комбинация транспон-дера с сенсорами для сбора физиологических параметров, необходимо сообщение о том, передается ли только номер животного «0» или также и дополнительная информация «1».
Второй блок с 17 по 26 бит характеризует национальную принадлежность животного. Здесь используются коды стран по системе Международной организации стандартизации в соответствии со стандартом ISO 3166. Остальное кодовое поле с 38 битами составляет третий блок, используется для ввода идентификационного номера животного в конкретной стране и устанавливается персональной особи «пожизненно».
В настоящее время готовится к выходу новый, модернизированный стандарт ISO 14223, в котором будут затрагиваться такие вопросы, как применение микрочипов стандарта RW (Read/Write), новые уровни безопасности (второй уровень кодирования микрочипа), температурные датчики и пр. Действующий стандарт будет включен в ISO 11784/85 [5].
Следует подчеркнуть, что пока ни один из стандартов не является обязательным, что создает проблему совместимости различных систем идентификации друг с другом. Но большинство компаний, которые работают на международном рынке и стремятся к соответствию международным стандартам качества, используют стандарт ISO.
Наряду с отслеживанием перемещения животных системы электронной идентификации получили широкое распространение в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП). Так, в молочном животноводстве автоматизация подготовительных операций доения, самого доения и заключительных операций в сочетании с автоматической идентификацией животных позволяют создать единую систему управления стадом.
Компания «ОеЬауа1» для молочных ферм с беспривязным содержанием коров предлагает систему управления ALPRO™ , которая эффективно организует ежедневные и помогает планировать будущие мероприятия.
Возможности системы управления ЛЬРЯО™ [6]:
• ежедневный обзор, сигналы об отклонениях, списки действий: список предупреждений; ежедневный календарь;
• воспроизводство стада: список разведения; отчет по воспроизводству (неоплодо-творенные коровы); отчет о случаях абортов; отчет о сухостойных коровах; отчет с ожидаемыми датами отела; отчет о коровах, требующих проверки на стельность; отчет о нарушениях репродуктивных функций (репродуктивные проблемы);
• здоровье животных: сводка событий; сводка заболеваний; отчет ветеринара; предполагаемые проблемы после отела; проверка здоровья; статус коровы; заметки по коровам; лечение; отчет о низкой активности; вес коров; содержание крови в молоке и его электропроводность;
• молочная продуктивность: молочная продуктивность для стада, групп и индивидуальная по животным; отчет по низкопродуктивным коровам; история отгрузки молока;
• эффективность доения: характеристики доения, надои, поток молока, продолжительность; сигналы о соскальзывании доильных стаканов с сосков; сигналы о наличии воздушных пробок; график и отчет по эффективности программы доения в доильном зале; инциденты при доении, повторное присоединение, ручная регулировка, сброс, ручное снятие подвесной части; проблемы с невы-доенными или дважды выдоенными коровами на текущий день; отчет о работе оборудования; отчет о проверке молока стада;
• кормление: мониторинг потребления корма с возможностью подачи сигнала тревоги после 8, 24 и 72 часов; расчет изменений рациона для кормовых столов; изменение групп с проверкой режима кормления;
• перемещение животных между группами: импорт/экспорт данных о корове, посту-
пившей с другой фермы с системой ALPRO; экспорт данных о коровах, выбывающих из стада; двусторонний обмен данными с программой Селэкс.
С учетом последних достижений компания «БеЬауаЬ» усовершенствовала свою систему управления молочными фермами с привязным содержанием животных БеЬауа1 Бе1Рго БагшМапа§ег (рис. 1).
стам протоколы для работы с животными. Это настолько мощный инструмент управления фермой, что, по утверждению разработчиков, способствует получению дополнительной выручки - как минимум 450 евро от каждой коровы. Био-модель навигатора стада может работать с 8 доильными роботами VMS или доильными залами типа «Параллель 2х16» или «Елочка 2х16».
Рис. 1. Функциональная схема системы управления фермой БеЬауа1 Бе1Рго FarmManager
Сейчас эта система позволяет: проводить комплексный учет результатов работы операторов машинного доения; составлять ежедневные задания специалистам и вовремя напоминать о сроках выполнения основных технологических операций; предоставлять точную и достоверную информацию об удоях для расчета программы кормления в соответствии с продуктивностью животных; вести учет и предоставлять отчеты о здоровье каждого животного и всего стада [7].
Кроме того, в программу был добавлен инструмент анализа БеЬауа1 ИегёКау1§а1;ог (рис. 2), который во время доения выявляет коров, требующих внимания, формирует био-модель стада и предоставляет специали-
Навигатор стада разработан БеЬауа1 совместно с компанией FOSS.
Система БеЬауа1 ИегёКау1§а1;ог значительно улучшает контроль и управление за тремя ключевыми факторами молочного производства: воспроизводство; обнаружение мастита и кетоза.
ИегёКау1§а1;ог имеет следующие возможности:
- автоматический отбор проб молока во время доения, анализ заданных показателей по молоку;
- анализирует четыре параметра, специфичных для мастита, воспроизводства, нарушений обмена веществ и баланса пищевого белка;
- выявляет коров, которым необходимо особое внимание - по воспроизводству, состоянию здоровья и условиям пребывания;
- рекомендует план действий по улучшению состояния коровы;
- позволяет быстро принять меры еще до того, как у коровы проявятся клинические признаки заболевания;
- автоматически выявляет наличие половой охоты (даже у коров со скрытой половой охотой) по содержанию прогестерона;
- повышает эффективность выполнения повседневных задач и сокращает затраты
времени и усилий на рутинную работу.
Наряду с уже известными продуктами и решениями компания «DeLaval» предлагает новые и усовершенствованные инструменты анализа исходной информации. Среди них DeLaval VPR200 - инновационная информационная платформа, способная измерять и анализировать характеристики молочного оборудования и процессов доения. DeLaval VPR200 может измерить статическое и динамическое давление, пульсацию, тахомет-рию и проводить анализ операций доения. Многие измерения осуществляются с помощью беспроводных коммуникаций. Как показывают исследования «DeLaval», с помощью VPR200 и PASS производители могут добиться увеличения надоев молока до 5,5% и сокращения времени доения до 30 %.
В свою очередь, компания GEA Farm Technologies предлагает потребителям систему управления стадом DairyManagement System 21, которая объединяет целый комплекс программ различного направления [8]: • система управления стадом постоянно регистрирует в реальном времени индивидуальные данные каждого животного и важные показатели через подключенные в сеть DPN et компоненты, передает их на центральный компьютер и анализирует их с помощью
Рис. 2. Схема работы DeLaval HerdNavigator
программы DairyPlan 21. В соответствии с потребностями животного и предприятия управление периферийными устройствами происходит автоматически (например, стимуляция доения, обслуживание входных и выходных ворот и др.);
• DPVet - программа для ветеринарного и зоотехнического планирования, дает возможность устанавливать любые схемы вакцинаций, лечений, обработок, а система управления напомнит, когда и какой корове требуется введение препарата. Данная функция позволяет не забыть про необходимость лечения и профилактики каждого животного;
• программы DPHerdStat и DPTableGraf обеспечивают точное измерение показателей выдоенного молока, признанное ГСАВ., различные графические анализы данных о животных;
• система DPMeasGraf+датчики Rescoun-ter служит для выявления коров в охоте для своевременного осеменения по отклонению активности, как следствие - снижение межотельного периода и затрат на осеменение;
• программа DPSingle выполняет анализ электропроводности молока для определения потенциально больных маститом животных (контроль состояния здоровья коров);
• автоматический расчет стимуляции перед доением и додаивания осуществляет DPSetup;
• управление выдачей концентратов в зависимости от продуктивности осуществляется программой DPFeed, автоматов по выпойке телят - DairyFeedJ;
• сравнение производительности различных смен доярок, эффективности работы осеменителей и качества семени, календарь воспроизводства контролируют программы DPHerdStat и DPEvents;
• программа DPSystemView выполняет контроль и управление работой танка-охладителя молока;
• составление отчетов по расходу кормов и медикаментов выполняет DPList;
• AutoSelect отвечает за автоматическую сортировку животных после доения по любым заданным пользователем критериям.
Для оптимизации общего процесса производства на молочно-товарных фермах эта же компания разработала новое программное обеспечение GEA DairyProView, позволяющее визуально отразить все зоны предприятия и рабочие процессы, происходящие в них: в коровнике, переходных галереях и прогонах, в доильно-молочном блоке. Такая уникальная возможность обзора, основывающаяся на данных, получаемых в режиме реального времени, позволяет принимать более точные и эффективные решения, а также лучше осуществлять управление группами в стаде [7].
Программа GEA DairyProView работает в сочетании с инновационной системой GEA CowView (рис. 3), которая позволяет определять местоположение животного и анализировать его поведение в режиме реального времени. CowViewLabel с помощью стационарных датчиков в коровнике отправляет информацию о месте нахождения животного и его активности по выбору на ноутбук, смартфон или ПК. Таким образом, впервые появилась возможность проводить непрерывный анализ позиции и поведения каждой отдельной коровы в любой момент времени и без потерь исходной информации. Информация о времени нахождения коровы в бок-
се, в проходах, у кормового стола, преодоленном ею расстоянии в течение дня позволяет с высокой долей вероятности судить о состоянии ее здоровья и помогает точно определить состояние охоты каждого отдельного животного.
Рис. 3. Система GEA CowView
Наряду с регистрацией, контролем, обработкой и управлением данных все большее значение приобретает интерактивный обмен информацией. Компания «GEA Farm Technologies» предлагает возможность мобильной записи данных через карманный ПК (DPMo-bile), что позволяет производить регистрацию событий в любом месте, минимизировать бумажную работу. Уже в течение нескольких лет активно применяется обмен данными с программой племенного учета Селэкс, начато внедрение обмена по молоку и концентрированным кормам с программой 1С [8]. Подобные системы управления стадом созданы и другими ведущими зарубежными производителями доильного оборудования.
Системы управления являются также ключевым элементом доильных роботов. Так, взаимодействие всех блоков доильного робота VMS фирмы «DeLaval» между собой и реализация поставленных задач осуществляется системой управления, оснащенной компьютерной программой VMS Management. Основная рабочая панель программы -«Мониторинг коров» - в режиме реального
времени отображает коров, на которых следует обратить внимание в первую очередь. Программа позволяет оптимизировать интервалы между доениями за счет наличия функции автоматической настройки разрешений на доение. При этом информационной базой для работы автоматической настройки являются сведения о прогнозируемом уровне надоя, порядковом номере и стадии лактации каждой коровы. Использование функции автоматической настройки разрешений на доение позволяет увеличить величину обслуживаемого поголовья коров за счет снижения частоты посещения робота животными, находящимися на начальной или заключительной стадии лактации (из-за снижения молочной продуктивности коров в этот период можно перевести с трех- на двукратное доение).
Для эффективного менеджмента молочного стада система управления доильного робота Astronaut A4 фирмы «Lely» оснащена усовершенствованным программным обеспечением Т4С, которое позволяет в режиме реального времени отображать все данные о каждой корове на экране компьютера в виде понятной и легко читаемой графической информации, а также накапливать и сохранять их. Программа оснащена системой предупреждения, которая при необходимости оповещает оператора о сбоях в технологическом процессе. Кроме того, она реализует функцию дистанционного управления работой доильного робота. Это, помимо всего прочего, облегчает и работу сервисной службы, потому что некоторые проблемы в работе робота могут быть решены путем дистанционной диагностики. Для контроля за работой робота на месте он оснащен системой управления с сенсорным экраном X-LINK. При установке дополнительного модуля динамического кормления (DLM) система управления робота Astronaut A4 получает возможность автоматически определять экономически целесообразную норму выдачи корма каждой корове, исходя из результата решения компромиссной задачи «затраты-прибыль». В этом случае можно говорить не о ферме, производящей максимальное коли-
чество молока, а о предприятии, обеспечивающем максимальную экономическую выгоду.
Управляющее программное обеспечение системы управления многобоксовой роботизированной установки Mlone компании «GEA Farm Technologies» преобразовывает информацию, получаемую от доильной системы, в удобную и наглядную форму, обеспечивая ее доступность для пользователя. Изменения и их влияния можно использовать при создании текущего списка работ и рабочих планов, что значительно улучшает качество повседневной работы со стадом.
Вся работа по управлению стадом выполняется в месте размещения животных. Для управления нет необходимости постоянно находиться на рабочем месте. Вся наиболее важная информация (по решению оператора) передается на его мобильный телефон. Благодаря этому оператор постоянно находится в курсе всех текущих действий робота и может при необходимости принимать соответствующие решения. Для анализа информация может передаваться непосредственно в RDM (систему управления данными Mlone) или в программу DairyPlan C21 (поставляется как опция). Помимо программы DairyPlan C21 робот может оснащаться в виде опции устройством Rescounter II для контроля активности животного и распознавания периода охоты. Программное управление в стандартной комплектации выдает: число доений в день; число доений на животное; надой животного; надой за одно доение; проводимость и цвет молока по долям вымени; время и длительность доения; прием концентрированных кормов на животное; производительность и нагрузку установки; проблемных животных; контрольную информацию по оборудованию.
Управление работой доильного робота Galaxy ASTREA 20.20 фирмы «Insentec» осуществляется c помощью программы SA-TURNUS 20.20 Farm Management, которая осуществляет сбор информации и преобразует ее в удобную для принятия решений форму. Для этого на мониторе компьютера в графической и цифровой форме отобража-
ются все необходимые сведения о выполняемой в данный момент времени технологической операции.
Управление процессом доения и определение качества молока в режиме реального времени (on-line) выполняется с помощью подсистемы и SMART COLLECT© (Starline Milk Acceptation and Registration Technology). При этом сбор исходных данных осуществляется инновационным техническим решением в виде модуля SENSE (SENsor Support Entry), выполненного на базе современных сенсорных датчиков. Для обеспечения высокой интенсивности молокоотдачи, а значит, сокращения времени доения, управляющей программой робота обеспечивается эффективная подготовка к доению каждой коровы с учетом ее индивидуальных особенностей.
Управление работой робота SAC Future-line Max фирмы «S.A.Christensen» и в целом производством молока осуществляется при помощи автоматизированной системы управления стадом TIM Management, обладающей большим набором функций: проверка активности животных, электропроводности, измерение температуры, контроль кормов и т.д. TIM обладает логически понятным и доступным пользовательским интерфейсом, позволяя при этом создавать собственные системы отчетности с углубленными возможностями статистики и графики.
Доильный робот Merlin225 фирмы «Lem-mer-Fullwood» работает под управлением автоматизированной программы управления стадом Crystal. Разработанная под пользовательскую оболочку Windows, программа обеспечивает постоянный доступ к данным с возможностью внесения изменений и программирования новых параметров при необходимости. Благодаря тому, что программа уже содержит все данные, пользователю необходимо нажать несколько клавиш для ввода самой последней информации. Crystal объединяет весь спектр информационных модулей (кормление, доение, взвешивание, сортировка, активность, календарь животного, графики лактации) и обладает возможностью импорта-экспорта данных (записи о передвижениях коров, различные формы учета
доений и качества молока и др.) Система управляется через ПК, при необходимости получения экстренной сервисной поддержки достаточно наличие доступа в Internet.
Таким образом, современные информационные технологии, применяемые на молочных фермах, представляют собой системные решения, которые позволяют создать надежные коммуникационные связи между всеми элементами фермы и обеспечить их согласованную и эффективную работу. Всевозможные датчики в качестве многофункционального инструмента для управления стадом поставляют информацию в рамках проактивного менеджмента здоровья животных, а также для оптимизации режимов и параметров работы оборудования. Современные решения в менеджменте животноводства обеспечивают индивидуальный подход к каждому животному, который позволяет получать высокие результаты, увеличивает период продуктивного использования животного и снижает внутрихозяйственные риски.
Литература:
1. Морозов Н.М. Развитие машинных технологий и систем технических средств для механизации и автоматизации процессов в животноводстве // Техника и оборудование для села. 2013. №7. С. 2-9.
2. Никитина А. Современные методы идентификации животных // Животноводство России. 2011. №5. С. 25.
3. Средства мечения животных // Свиноводство. 2011. №2. С. 56.
4. Сандип Л. RFID. Руководство по внедрению=Тйе RFID Sourcebook. М., 2007. 312 с.
5. Электронные системы идентификации в животноводстве: аналит. справка. М., 2011. 29 с.
6. Система управления фермой ALPRO™ для беспривязного содержания животных. URL: http://www. delaval.ru/-/Product-Information1
7. Новинки выставки EuroTier-2012. URL: http://www. eurotier. com/999. html
8. URL: http://www. geafarmtechnologies.com
The article presents current information technologies used on dairy farms. They are integra-ted solutions enabling to create reliable communication links between all elements of a farm and ensure their consistent and effective work. Keywords: information technologies, electronic identification systems, automated management systems, milking robot.
