CC BY
22
УДК 631.152:658.012.011.56+636
НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Ю. Ф. Лачуга
В статье рассмотрены основные направления научных исследований по автоматизации животноводства, показаны экономическая и социальная роль автоматизации.
Ключевые слова: автоматизация, роботизация, информатизация, мониторинг, животноводство.
Исследования научных коллективов технологического и инженерного на -правлений России (ВИЖ, ВНИИМЖ, ВИЭСХ), Беларуси, Германии, Польши доказали, что средства автоматизации и системы управления технологическими процессами в животноводстве являются неотъемлемой, составной частью инновационных технологий производства продукции и условием достижения высоких экономических показателей, рационального использования ресурсов (кормов, энергии, животных, основных фондов, рабочего времени), создания благоприятных социальных условий труда работников, охраны окружающей среды. Известно, что одним из основных условий неконкурентности производства молока, говядины, свинины в хозяйствах всех типов России являются перерасход кормов, энергии и рабочего времени на получение продукции по сравнению с хозяйствами в странах Европейского Союза и США от 20-30% до 2,53,0 раз из-за отсутствия эффективных средств управления и контроля для балансирования кормовых рационов, нормирования выдачи кормов с учетом продуктивности отдельных и групп животных, регулирования параметров микроклимата, контроля за осуществлением технологических операций.
В последние годы исследованиями, выполненными в ГНУ ВИЭСХ, ГНУ СЗ НИИМЭСХ, ГНУ ВИЖ и др., подтверждено, что за счет автоматического управления доения коров можно полностью исключить заболевание вымени маститом и на этой основе повысить продуктивность и срок использования коров. Управление режимами кормления скота и свиней, балансирование кормовых рационов, обеспечение параметров микроклимата позволит повысить среднесуточные привесы свиней с 380...400 до 600...750 г, скота с 500 до 800-900 г. Из-за недостаточной продуктивности животных в России в течение многих лет сохраняется высокий удельный вес импорта, особенно мяса до 40%, молока и молочных продуктов до 20 .25%, а низкая рентабельность производства и убы -точность говядины приводит к снижению поголовья в хозяйствах всех типов.
Основные показатели развития животноводства за 2010-2012 гг. приведены в таблице 1.
Таблица 1. Основные показатели развития животноводства и птицеводства (Сводные данные по крупным, средним и малым сельскохозяйственным предприятиям, на 1 января 2013 года; без домохозяйств)
Показатели 2012г. к 2012г к 1990г.
1990г. 2010г. 2011г. 2012г. 201 1г.
% + - 1 % + - 1
Реализовано скота и
птицы на убой в живой 11137,0 6062,7 6590,3 7365,4 111,8 775,1 66,1 -3771,2
массе, всего, тыс.тонн
В том числе:
- крупного рогатого скота 6175,6 979,9 893,6 926,7 103,7 33,1 15 -5248,9
- свиней 2705,8 1608,2 1773,2 2011,1 113,4 237,9 74,3 -694,7
- овец и коз 503,3 33,8 35,7 33,6 94,1 -2,1 6,7 -469,7
- птицы 1782,0 3412,9 3860,4 4367,2 113,1 506,8 245,1 2585,2
Валовой надой молока,
включая закупленное у населения по догово- 55,7 31,9 31,7 31,9 100,6 0,2 57,3 -23,8
рам, млн тонн
Надоено в расчете на одну корову молочно- 2782,0 4589,0 4739,0 4987,0 105,2 248,0 179,3 2205,0
го стада, кг в год
Получено куриных яиц, млн штук 36278,0 31061,7 31491,7 32298,4 102,6 806,7 89,0 -3979,7
Средняя яйценоскость одной курицы- 236,0 306,0 309,0 306,0 99,0 -3,0 129,7 70,0
несушки, штук в год
Численность скота и
птицы, млн голов:
- крупного рогатого скота 45,6 9,2 9,1 9,0 98,9 -0,1 19,7 -36,6
- в том числе коров 15,0 3,7 3,7 3,6 97,3 -0,1 24,0 -11,4
- свиней 27,8 10,7 11,3 13,5 119,5 2,2 48,6 -14,3
- овец и коз 41,6 4,3 4,4 4,5 102,3 0,1 10,8 -37,1
- птицы 457,1 347,3 370 393,8 106,4 23,8 86,2 -63,3
К сожалению и в первом квартале 2013 г. произошло снижение поголовья крупного рогатого скота на 200,0 тыс. голов, коров на 100 тыс. голов, а также снижение производства молока и продуктивности коров по сравнению с 2012 г. (табл. 2).
Таблица 2. Сводные данные по развитию животноводства в 1-м квартале 2012 и 2013гг. по крупным, средним и малым сельскохозяйственным предприятиям
2013г. к 2012г.
Показатели 2012г. 2013г.
% + - ?
Реализовано скота и птицы на убой в живой массе, всего, тыс. т 1711,5 1911 111,7 199,5
В том числе:
- крупного рогатого скота 215,1 215,9 100,4 0,8
- свиней 434,3 552,7 127,3 118,4
- овец и коз 4,6 4,9 106,5 0,3
- птицы 1052,8 1131,7 107,5 78,9
Валовой надой молока, включая
закупленное у населения по договорам, 3543,2 3360,6 94,8 -182,6
тыс. т
Надоено в расчете на одну корову молочного стада, кг в год 1217 1200 98,6 -17
Получено куриных яиц, млн штук 8224,5 8092 98,4 -132,5
Средняя яйценоскость одной курицы несушки, штук 77 76 98,7 -1
Численность скота и птицы, млн голов:
- крупного рогатого скота 9,3 9,1 98,2 -0,2
- в том числе коров 3,7 3,6 97,7 -0,1
- свиней 12,0 14,4 120,1 2,4
- овец и коз 4,6 4,5 99,4 0
- птицы 390,4 406,3 104,1 15,9
Достижение целевых показателей, предусмотренных Госпрограммой развития сельского хозяйства на 2013 -2020 гг. по увеличению производства, повышению качества и эффективности продукции животноводства и прежде всего молока, свинины, яиц и мяса птицы, потребует коренного преобразования технологий, создания принципиально новой инновационной техники, применения автоматизированных поточных линий, обеспечивающих автоматическое управление осуществлением технологических процессов и операций, адаптированных с физиологическими требованиями животных и птицы, укомплектование объектов квалифицированными кадрами инженерно -технических работников. Программа комплексной модернизации технологий на основе автоматизирован -ных систем машин и оборудования станет инженерной основой повышения производительности труда, решения экономических, социальных и экологических вопросов в животноводстве.
Влияние автоматизированных систем управления технологическими процессами в животноводстве на экономические, социальные и экологические аспекты производства будет осуществляться по следующим направлениям:
1. Рациональное (эффективное) использование ресурсов:
- удельные затраты кормов за счет автоматизации подготовки их к скармливанию и нормированной выдачи (балансирование, ввод добавок, дозированная выдача) могут быть реально снижены на 10.. .12%. Особенно актуально это направление при интенсивном росте цен на зерновые компоненты рациона, составляющие основу производства продукции птицеводства, свинины. В первом квартале 2013 г. при дефиците зерна и росте закупочных цен на него до 15 -13 руб./кг производители продукции животноводства переплатили за него более 25 млрд рублей.
2. Повышение продуктивности животных за счет обеспечения оптимальных условий содержания и кормления, прежде всего соблюдение нормативных параметров (микроклимат, балансирование кормовых рационов, сокращения травматизма, исключение стрессов и др.).
3. Увеличение продолжительности продуктивного использования коров, что приведет к снижению себестоимости молока на 12.15% за счет уменьшения расходов на воспроизводство стада. В мире достигнуто 2,34 опороса свиноматок в год; 4,2 лактации коров за период продуктивного использования против 2,5-3,0 в России.
4. Повышение производительности труда в 1,5.2,2 раза, за счет совершенствования технологии, управление выполнением процессов и операций, устранения ручных операций и перевода их на машинное выполнение с применением автоматических систем управления.
5. Повышение престижности и привлекательности труда в животноводстве: энерговооруженность труда повышается до 2-х раз; труд становится разновидностью труда индустриального.
Средства автоматизации и управления в животноводстве должны составлять единую технологическую общность с исполнительными (рабочими) органами машин. Сложность автоматизации процессов в животноводстве обусло -влена технологическими особенностями производства и физиологическими особенностями предметов труда:
- взаимодействием с биологическими объектами, функционирование в средах с высокой влажностью, повышенной концентрацией углекислого газа, аммиака, сероводорода, пыли;
- необходимостью адаптации режимов работы рабочих органов машин и систем автоматизации к физиологическим требованиям и состоянию животных, что составляет суть проблем автоматизации процессов в животноводстве. Важ-но при этом обеспечить исключение стрессов и вредных воздействий средств автоматизации и систем управления на животных и птицу;
- управление технологическими процессами производства продукции в животноводстве требует мониторинга почти 2000 различных параметров. Около 20% из них (степень измельчения, качество смешивания и т.п.) пока недоступны для непосредственного измерения;
- в современных установках для приготовления сбалансированных по питательности кормосмесей для крупного рогатого скота, свиней, а также комбикормов используются системы автоматического весового дозирования компонентов кормов на основе принципов как порционного, так и непрерывного действия.
К числу актуальных научных проблем автоматизации животноводства следует также отнести создание комплектных систем управления для кормо-раздающих машин, обеспечивающих дозированную выдачу кормов животным в индивидуальные или групповые кормушки с учетом параметров и жизненного цикла животных.
Создание систем автоматизации доения должно быть направлено на обеспечение безвредного (щадящего) режима осуществления процесса: автоматическое поддержание требуемого уровня вакуума, массаж вымени, своевременный переход на режим додаивания, окончания доения и др. В этом направлении зарубежными фирмами достигнуты высокие результаты, позволившие создать полностью автоматические системы доения коров с регулируемым контролем и управлением всех параметров доения. Особенно он характерен для современных роботизированных систем доения, получивших распространение в настоящее время в странах Евросоюза.
Одна из первых роботизированных систем в отечественном молочном животноводстве введена в начале 2008 г. в колхозе «Племзавод Родина» Вологодской области. Нам предстоит внимательно комплексно изучить и проанализировать опыт эксплуатации доильных роботов в наших условиях, т.к. помимо очевидных преимуществ роботизация требует значительных капвложений, высокой продуктивности стада, жесткой выбраковки коров с нестандартным выменем, которые подходят к роботу слишком часто и т.д.
Важным направлением в автоматизации животноводства является снижение потребления энергии, энергоемкости выполнения всех процессов на фермах. Около 30% энергии, потребляемой на фермах, используется на поддержание микроклимата в помещениях.
В последние годы поиск путей снижения потребления энергии на обеспечение микроклимата привел к целесообразности конструктивного изменения покрытия животноводческих помещений путем устройства двойной кровли и «фонаря» с открывающимися жалюзи, а также вентиляционных каналов по контуру кровли или по периметру стен. Коровники с такой естественной вентиляцией уже находятся в эксплуатации в Московской и других областях России. «Фемакс» ими комплектует фермы в Ивановской и других областях.
В настоящее время к числу наименее автоматизированных, но актуальных вопросов, относятся операции по автоматизации ухода за животными. Механизация и автоматизация этих операций (привязывание и отвязывание животных, контрольное взвешивание, вакцинация, лечение) еще не получили эффективного научного и инженерного решения. В отечественной и зарубежной практике
успешно применяются датчики двигательной активности, температуры тела, частоты пульсаций животных. Сигналы датчиков передаются по радиоканалам в компьютер. Это позволяет решать важные производственные задачи, и, прежде всего, диагностировать (заболевания и т.д.). Следует также глубже изучать и применять опыт зарубежных фирм по автоматизации осуществления технологических процессов фирмы Lely по идентификации животных, «Opticomp» немецкой фирмы Weda по измерению массы откармливаемых свиней по результатам компьютерной обработки их 5 -6 цифровых фотографий и др.
Исключительно важная роль при осуществлении автоматизации принадлежит охране окружающей среды, особенно контроль и обеззараживание вредных выбросов животноводческих предприятий. Здесь, прежде всего, необходимо осуществить поиск эффективных технологий мониторинга загрязнения ок -ружающей среды, а также соответствующего приборного обеспечения. Требуется создать также системы контроля и управления процессами уборки, удаления и переработки отходов: навоза и стоков животноводческих помещений.
Предметом особой заботы является качество продукции животноводства. Актуальность решения этой группы вопросов возрастает в связи с вступлением России в ВТО, где качеству продукции уделяется большое внимание.
Не менее важным является обеспечение надлежащей эксплуатации и ремонта приборного оборудования и автоматических устройств. Следует отметить, что системной работы в отрасли в организационном и техническом аспектах в этой части до настоящего времени практически не проводилось. Здесь могли бы найти для себя поле деятельности ВИЭСХ и ГОСНИТИ.
Важными являются также проблемы подготовки кадров соответствующих специализаций как в звене высшего и среднего специального образования, так и в звене подготовки рабочих специальностей. Отмеченные вопросы являются частью общей технологии производства продукции. Средства автоматизации и системы управления относятся к числу высокозатратных сегментов модернизации животноводства, удельный вес которых достигает 60% от стоимости рабочих машин и оборудования. Поэтому необходимо определять наиболее эффективные технические решения по автоматизации, обеспечить их рациональную эксплуатацию и на этой основе добиваться роста объемов, повышения эффективности производства, качества продукции и цен ее реализации.
Лачуга Юрий Федорович, академик, вице-президент Россельхозакадемии Российская академия сельскохозяйственных наук Тел. 8(499)124-81-63 E-mail: [email protected]
In the article the basic directions of scientific researches on the automation of livestock, shows the economic and social role of automation. Keywords: automation, robotics, information, monitoring, and livestock.
