CC BY
100
УДК 637.116
КЛАССИФИКАЦИЯ РОБОТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
ДОЕНИЯ
Д. Р. Шарипов, кандидат биологических наук
Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана E-mail: abdul0401@rambler.ru
Аннотация. В статье представлена общая информация о развитии автоматизированных систем доения. Системы автоматического доения группировались по конструктивным особенностям и основным отличительным характеристикам, оказывающим влияние на технологический процесс и особенности получения молока. Приводится разработанная классификация роботизированной системы доения, рассмотрены технологические и конструктивные особенности роботов-дояров таких производителей, как «Lely Industries N.V.», «DeLaval», «Fullwood Ltd», «GEA Farm Technologies», «Insentec», «BouMatic Robotics», «S.A. Christensen & Co». Действующие конструкции роботизированных систем доения различаются по количеству доильных боксов: однобоксовые и многобоксовые. При этом многобоксовые роботы-дояры могут состоять из двух параллельно расположенных доильных боксов и нескольких доильных боксов, смонтированных друг с другом в один ряд. По расположению манипулятора можно выделить системы с боковым расположением от вымени и расположением сзади вымени коровы, по управлению приводом манипулятора - гидравлический, пневматический и электрический. Доильные роботы отличаются и по решению очистки сосков и стимуляции молокоотдачи, используются решения с отдельным стаканом и роликовые щетки. Существуют несколько конструктивных решений входа и выхода животных в доильные боксы. По данному признаку их можно разделить на боковое, прямое и комбинированное управление. Большинство доильных роботов оснащены боковым входом и выходом, имеются конструкции входных и выходных ворот с торцевым расположением, что обеспечивает прямое движение животных через доильный бокс. Также используется комбинированное управление входа и выхода, животные входят в доильный бокс и выходят из него как сбоку, так и прямо. Таким образом, представленная классификация разработанных и поставляемых на рынок роботизированных систем доения позволяет сгруппировать их по конструктивным особенностям и технологическим особенностям.
Ключевые слова: роботизированная доильная система, классификация, доильный бокс, конструкция.
Введение. Во всем мире растет тенденция использования автоматизированных технологий в сельском хозяйстве [1], в том числе в животноводстве [2]. Несомненный успех в этом направлении - применение роботизированной системы доения коров.
История развития роботизированных доильных установок берет свое начало с середины прошлого столетия. Так, в 50-е годы XX века проводились работы, связанные с изучением и внедрением полной автоматизации процесса доения. В 1970-90 годы целый ряд институтов Западной Европы работал над системой определения правильного положения сосков, разрабатывал устройство для автоматического одевания доильных стаканов [3]. Научные разработки автоматизированных систем доения начали практически одновременно такие производители, как «Lely Industries N.V.» (Нидерланды), «Gas-
coigne Melotte» (Бельгия), «Insentec» (Нидерланды). Первый экспериментальный робот-дояр был представлен в 1985 году, и одновременно с этим проводили исследования по возможности приспособления коров к доению в этих установках [4]. После многочисленных изменений и доработок окончательное их использование и внедрение в производство осуществилось в 1992 году, когда фермерами были закуплены первые четыре роботизированные доильные установки фирмы «Lely» [5]. К 1998 г. порядка 100 доильных роботов «Astronaut» было установлено на фермах Нидерландов, 40 - в Германии, 7 - в Великобритании, 5 - во Франции, по 2 - в Дании, Швеции, Италии и Японии [6].
В 1999 году в Европе было уже 400 доильных роботов, в том числе 200 - в Нидерландах, 100 - в Германии, по 50 - в Дании, Бельгии, Великобритании и во Франции [7].
В Северной Америке первая коммерческая автоматизированная система доения установлена в Канаде [8]. В конце 2002 года в мире насчитывалось 1754 доильных робота, в 2007 году их было 8190, в 2010 году - более 16 тыс. При этом в Германии и Франции в 2010 году роботы составляли 30% всего доильного оборудования, в Дании - 50%, Нидерландах - 57% [9].
Одна из первых роботизированных систем в отечественном молочном скотоводстве введена в конце 2007 года в АО «Плем-завод Родина» Вологодской области. Таким образом, в 2016 году в мире насчитывается порядка 40 тыс. доильных роботов, на начало 2017 года в России эксплуатируется около 100 роботизированных молочных ферм или более 500 доильных роботов. Проведенный анализ применяемых на практике автоматизированных систем доения показал, что они имеют конструктивные и технологические различия.
Цель исследования - структурировать имеющуюся информацию и создать классификацию существующих роботизированных систем доения по конструктивным и технологическим особенностям.
Материалы и методы. Системы автоматического доения группировались по конструктивным особенностям и основным отличительным характеристикам, оказывающим влияние на технологический процесс и особенности получения молока.
Результаты и обсуждение. На рисунке 1 представлена предлагаемая классификация роботизированных доильных систем.
Основным правилом при эксплуатации системы автоматического доения является соблюдение направления передвижения животных. Применяются два решения передвижения животных: принудительное (направленное) и свободное. В первом решении передвижения животных коровник разделяется на зоны отдыха, доения и кормления. Здесь выделяют системы «сначала доение» и «сначала кормление».
При реализации системы «сначала доение» животные получают доступ к кормам, лишь пройдя зону доения. Система «сначала кормление» обеспечивает коровам доступ к кормам в любое время и в зависимости от того, сколько времени прошло с момента последнего доения, направляет животных в ту или иную зону.
Рис. 1. Классификация роботизированных систем доения
Недостатком этого решения является то, что часто коровы ожидают очереди на доение. В отличие от первого решения в системе с добровольным передвижением доступ в зону кормления является свободным, с тем, чтобы стимулировать приход коров на станцию для доения. Разработанные для роботизированного доения решения передвижения коров позволяют довести среднее количество доек до 2,5-3,0 раз в сутки [10, 11].
Действующие конструкции роботизированных систем доения различаются по количеству доильных боксов.
Однобоксовые («Astronaut А4» фирмы «Lely Industries N.V.»; «VMS» фирмы «De-Laval»; «M2erlin» фирмы «Fullwood Ltd»; «MR-S1TM» фирмы «BouMatic Robotics» и др.) размещаются непосредственно в коровниках между местами для отдыха коров (рис. 2а). Каждая такая установка выдаивает не более 70 коров в сутки. Многобоксовые доильные роботы - от 2 до 5 мест - размещаются в отдельном помещении и могут выдаивать до 160 коров в сутки. При этом много-
боксовые роботы-дояры могут состоять из двух параллельно расположенных доильных боксов («RDS FutureLine» фирмы «S.A. Christensen & Co», «Galaxy Starline» фирмы «Insentec»; «MR-D1TM» фирмы «BouMatic Robotics» и др.) (рис. 2b) и нескольких доильных боксов, смонтированных друг с другом в один ряд (тандемного типа) («MIone» фирмы «GEA WestfaliaSurge GmbH» и др.) (рис. 2c). Основным рабочим элементом доильного робота является многофункциональный манипулятор, сконструированный по образу руки человека. Манипулятор способен совершать трехмерные движения и проводит подготовку вымени к доению, надевание доильных стаканов на соски вымени и, в некоторых исполнениях, дезинфекцию сосков после доения.
По расположению манипулятора можно выделить системы с боковым расположением от вымени («Astronaut А4» фирмы «Lely Industries N.V.»; «VMS» фирмы «DeLaval» и др.) и расположением сзади вымени коровы («MR-S1TM» фирмы «BouMatic Robotics»).
Рис. 2. Конструкции роботизированных систем доения: а - однобоксовая; Ь - многобоксовая с двумя параллельно расположенными доильными боксами; с - многобоксовая с несколькими доильными
боксами, расположенными в один ряд
По управлению приводом манипулятора - гидравлический («VMS» фирмы «DeLaval» и др.), пневматический («Astronaut А4» фирмы «Lely Industries N.V.» и др.), электрический («RDS FutureLine» фирмы «S.A. Christensen & Co» и др.).
Используемые доильные роботы отличаются и по решению очистки сосков и стимуляции молокоотдачи. Так, ряд производителей для решения данной задачи использует модуль подготовки вымени с отдельным стаканом, разработанным специально для этих процедур. При этом каждый сосок вымени индивидуально обмывается, стимулируется, сдаиваются первые порции молока, подсушивается теплым воздухом («VMS» фирмы «DeLaval»; «MR-S1TM» фирмы «BouMatic Robotics»; «Galaxy Starline» фирмы «In-sentec»; «RDS FutureLine» фирмы «S.A. Christensen & Co» и др.). Другие фирмы выпускают систему очистки и стимуляции -роликовые щетки. Данная система очищает зону вокруг сосков, с которой соприкасаются доильные стаканы. Сдаивание первой порции молока и его утилизация происходит при надетых доильных стаканах («Astronaut А4» фирмы «Lely Industries N.V.»; «MIone» фирмы «GEA WestfaliaSurge GmbH»; «M2er-lin» фирмы «Fullwood Ltd» и др.).
Существует несколько конструктивных решений входа и выхода животных в доильные боксы. По данному признаку их можно разделить на боковое, прямое и комбинированное управление. Большинство доильных роботов оснащены боковым входом и выходом («VMS» фирмы «DeLaval»; «MR-S1TM» фирмы «BouMatic Robotics»; «Galaxy Starline» фирмы «Insentec» и др.) (рис. 3а). Фирма «Lely Industries N.V.» с четвертого поколения робота-дояра «Astronaut» разработала конструкцию входных и выходных ворот с торцевым расположением, что обеспечивает прямое движение животных через доильный бокс (рис. 3b). Данная концепция, названная «I-flow», облегчает и ускоряет процесс приучения коров к доению и повышает пропускную способность системы.
Фирма «Fullwood Ltd» в последнем поколении автоматизированной доильной системы «M erlin» разработала комбинированное управление входа и выхода, животные входят в доильный бокс и выходят из него как сбоку, так и прямо (рис. 3с). Благодаря двойному выходу, конструкция объединяет выходные и сортировочные ворота в единое целое, что позволяет управлять движением коров без использования дополнительных сортировочных ворот.
Рис. 3. Управление входом и выходом из доильного бокса: а - боковое; Ь - прямое; с - комбинированное
Выводы. Представленная классификация разработанных и поставляемых на рынок роботизированных систем доения позволяет сгруппировать их по конструктивным особенностям и технологическим особенностям.
Литература:
1. Marinello F. Application of the Kinect sensor for dynamic soil surface characterization // Precision Agriculture. 2015. Vol. 5. P. 1-12.
2. Unal H., Kuraloglu H. Determination of operating parameters in milking robots with free cow traffic // Engineering for Rural Development. 2015. Vol. 14. P. 100.
3. Rossing W., Hogewerf P.H. State of the art of automatic milking systems // Computers and Electronics in Agriculture. 1997. Vol. 17. P. 1-17.
4. Rossing W., Ipema A.H., Weltman P.F. The feasibility of milking in a feeding box. Netherlands, 1985.
5. Bottema J. Automatic milking: reality // Proceedings of the international symposium on prospects for automatic milking. Netherlands, 1992. P. 63-71.
6. Соболь Н. Роботы-дояры на Вологодской земле // Животноводство России. 2008. № 3. С. 44-46.
7. Холманов А., Осадчая О., Алексеенко А. Доильные роботы: преимущества и проблемы // Животноводство России. 2008. № 5. С. 73-75.
8. Rodenburg J., Wheeler B. Strategies for Incorporating Robotic Milking into North American Herd Management // Proc. of the First North American Conference on Robotic Milking. Toronto, 2002.
9. Кормановский Л.П. Развитие роботизации доения коров // Вестник ВНИИМЖ. 2013. № 2(10). С. 78-81.
10. Иванов Ю.А. Направления научных исследований по созданию инновационной техники с интеллектуальными системами для животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2014. № 3(15). С. 4-16.
11. Миронова Т.А., Муромцев А.Б. Соответствие современных доильных систем физиологическим процессам лактации и молоковыведения у коров // Зоотехния. 2014. № 4. С. 23-24.
Literatura:
1. Marinello F. Application of the Kinect sensor for dynamic soil surface characterization // Precision Agriculture. 2015. Vol. 5. P. 1-12.
2. Unal H., Kuraloglu H. Determination of operating parameters in milking robots with free cow traffic // Engineering for Rural Development. 2015. Vol. 14. P. 100.
3. Rossing W., Hogewerf P.H. State of the art of automatic milking systems // Computers and Electronics in Agriculture. 1997. Vol. 17. P. 1-17.
4. Rossing W., Ipema A.H., Weltman P.F. The feasibility of milking in a feeding box. Netherlands, 1985.
5. Bottema J. Automatic milking: reality // Proceedings of the international symposium on prospects for automatic milking. Netherlands, 1992. P. 63-71.
6. Sobol' N. Roboty-doyary na Vologodskoj zemle // ZHi-votnovodstvo Rossii. 2008. № 3. S. 44-46.
7. Holmanov A., Osadchaya O., Alekseenko A. Doil'nye roboty: preimushchestva i problemy // ZHivotnovodstvo Rossii. 2008. № 5. S. 73-75.
8. Rodenburg J., Wheeler B. Strategies for Incorporating Robotic Milking into North American Herd Management // Proc. of the First North American Conference on Robotic Milking. Toronto, 2002.
9. Kormanovskij L.P. Razvitie robotizacii doeniya korov // Vestnik VNIIMZH. 2013. № 2(10). S. 78-81.
10. Ivanov YU.A. Napravleniya nauchnyh issledovanij po sozdaniyu innovacionnoj tekhniki s intellektual'nymi sis-temami dlya zhivotnovodstva // Vestnik VNIIMZH. 2014. № 3(15). S. 4-16.
11. Mironova T.A., Muromcev A.B. Sootvetstvie sovre-mennyh doil'nyh sistem fiziologicheskim pro-cessam lak-tacii i molokovyvedeniya u korov // Zootekhniya. 2014. № 4. S. 23-24.
CLASSIFICATION OF ROBOTIC MILKING SYSTEMS D.R. Sharipov, candidate of biological sciences
Kazan state academy of veterinary medicine named after N.E. Bauman
Abstract. The article presents general information about the automated milking systems' development. The automated milking systems were grouped by features of design and the main distinctive characteristics influencing on technological process and milk production's features. The developed classification of a robotic milking system is gi -ven, the technological and design features of robot milkers of such manufacturers as "Lely Industries N. V.", "DeLa-val", "Fullwood Ltd", "GEA Farm Technologies", "Insentec", "BouMatic Robotics", "S.A. Christensen & Co" are discussed. The existing of robotic milking systems' designs are differed in the number of milking boxes as: single-boxes and multi-boxes. At the same time, the multi-boxes' robots-milkers can consist of two parallel located milking boxes and several milking boxes mounted in a row with each other. According to the manipulator' location it can be identified the systems with a lateral location of the cow udder and behind the udder, according to manipulator drive's control - as hydraulic, pneumatic and electric. Milking robots are differed and according to nipple cleaning solution and milk stimulation, the solutions with separate glass and roller brushes are used. There are several constructive decisions of animals' entrance in and exit from milking boxes. By this trait, they can be divided into lateral, direct and combined control. Most of the milking robots are equipped with lateral entrance and exit, it has entrance and exit gates' design with frontal or end location, which provides direct animals' movement through the milking box. The combined control of the entrance and exit is also used, the animals enter in and exit from milking box both laterally and directly. Thus, the presented classification of developed and supplied to the market robotic milking systems allows to group them by design's and technological features. Keywords: robotic milking system, classification, milking box, design.
