CC BY
28
УДК 631.171:363 DOI 10.51794/27132064-2022-2-11
НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА
Н.М. Морозов, академик РАН, доктор экономических наук, профессор Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ E-mail: vim@vim.ru
Аннотация. Рассмотрено состояние технического оснащения объектов животноводства, показана зависимость России от импорта техники. Указаны объемы производства привесов скота и птицы в последние годы, масштабы их снижения в сравнении с дореформенным периодом. Наибольший уровень снижения имеет место в производстве молока и продукции овцеводства. Низкий уровень механизации процессов, медленные темпы применения инновационных ресурсосберегающих технологий производства в сочетании с высокой стоимостью технических средств и потребляемых ресурсов комбикормов, электроэнергии и топлива являются основными причинами низкой рентабельности производства молока, убыточности говядины и продукции овцеводства. Рассмотрены направления развития технического прогресса в механизации и автоматизации выполнения процессов на объектах по производству молока, говядины, свинины, продукции овцеводства, оптимизации параметров микроклимата, производству комбикормов, эвакуации экскрементов и приготовлению органических удобрений, которые положены в основу разработки Системы машин на период до 2030 года. Новая Система машин, подготовленная ведущими научно-исследовательскими и образовательными учреждениями страны под руководством ФНАЦ ВИМ, должна стать научно-методической основой проведения НИР, ОКР по созданию инновационной техники, организации производства технических средств, устранению зависимости России от импорта средств механизации для подотраслей животноводства. Изложенные в Системе машин направления развития технического прогресса необходимо использовать в Программах обучения инженерных кадров и зооспециалистов. Ключевые слова: технический прогресс, эффективность, способы механизации и автоматизации, Система машин, затраты ресурсов, экономические показатели.
Введение. Животноводство в России занимает значительное место в валовом производстве продукции сельского хозяйства. Удельный вес отрасли, несмотря на уменьшение поголовья (особенно крупного рогатого скота, коров и овец), ликвидацию многих ферм и комплексов в период реформирования агропромышленного комплекса, сохраняется на уровне 47-48% в валовой продукции сельского хозяйства против 63% в дореформенный период [1]. Подотрасли животноводства выполняют большую социально-демографическую роль, обеспечивая постоянную занятость сельского населения, способствуют сохранению и стабильности сельских поселений.
В развитии подотраслей животноводства - достижении высоких показателей эффективности производства и рентабельности продукции, создании благоприятных условий труда работникам, комфортных условий для животных и птицы, позволяющих макси-
мально реализовать их продуктивный потенциал, влияющих на продуктивность и удельные затраты ресурсов - важная роль принадлежит технической оснащенности объектов средствами механизации, электрификации и автоматизации, являющимися инженерной основой технологий и условий их развития, позволяющими перейти к автоматическому выполнению процессов, роботизации, инновационным технологиям.
Влияние технических средств на эффективность производства в животноводстве осуществляется по различным направлениям: сокращение затрат рабочего времени на выполнение технологических процессов; сокращение потребления топлива, электроэнергии и кормов на основе оптимизации режимов функционирования установок и исключения потерь; уменьшение стоимости зданий и сооружений на основе оптимизации объемно-строительных и планировочных решений; повышение продуктивности живот-
ных и птицы на основе улучшений условий их содержания и кормления; повышение качества и сохранности продукции; устранение загрязнения окружающей среды отходами и выбросами; улучшение условий труда работников.
В России, несмотря на принимаемые в последние годы меры по поддержке сельхозтоваропроизводителей продукции животноводства, не достигнуто существенных результатов, прежде всего - по увеличению производства молока, говядины и продукции овцеводства (таблица).
Таблица. Динамика производства молока
Цель исследования. Академики РАН Кормановский Л.П., Сыроватка В.И., Стреб-ков Д.С. считали крайне важными и приоритетными исследования по обоснованию прогнозов развития механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства, которые отражены в разработанных под их методическим руководством и при непосредственном участии стратегии и прогнозах развития техники, системах машин на 10-15-летний периоды. Они активно участвовали в разработке систем машин для механизации животноводства, включая Систему машин на период до 2030 года [2-4].
Направления технического прогресса в механизации и автоматизации животноводства. В современных условиях, исходя из экономической целесообразности, необходимости решения социальных, демографических и экологических проблем, направления технического прогресса в механизации и автоматизации животноводства следует сконцентрировать на решении следующих проблем:
- полное замещение ручного труда при выполнении процессов содержания и выращивания животных всех половозрастных групп;
- создание автоматизированных и автоматически управляемых поточных технологических линий, обеспечивающих комфортные условия содержания животных и птицы с учетом их физиологических требований и способствующих повышению их продуктивности;
- производство высококачественной продукции, исключение ее порчи и потерь;
- исключение загрязнения отходами животноводства водного, воздушного бассейнов, почвы;
- рациональное использование материальных, трудовых, энергетических ресурсов;
- минимизация издержек и рабочего времени на выполнение процессов и операций, получение продукции, создание благоприятных условий труда операторам.
Результаты исследований. Одним из ключевых вопросов в животноводстве является обеспечение оптимальных условий содержания животных и птицы (температурно-влажностный режим в помещениях, освещенность и состав воздуха), влияющих на реализацию продуктивного потенциала животных. На создание и поддержание оптимального микроклимата в помещениях потребляется 38-40% электроэнергии. Важным направлением снижения энергозатрат является уменьшение потерь теплоты ограждающими конструкциями зданий и с вентиляционным воздухом. Создание и применение теплообменных систем вентиляции, утилизирующих теплоту, выделяемую животными, и использующих ее для подогрева приточно-
и привесов скота в России
Поголовье КРС, Мо- Привес скота
Годы тыс. гол. локо, и птицы на убой в
всего в т. ч. коров млн т живой массе, тыс. т
Хозяйства всех типов
1990 57000,0 20500,0 55,7 15500,0
2010 18151,4 7942,0 30,61 14880,2
2016 18346,1 8100,0 29,79 13896,0
2018 19700,0 8200,0 30,6 14880,0
2019 18126,0 7964,0 31,4 15164,0
в том числе сельхозорганизации
2016 8355,9 3359,5 15,06 10162,4
2017 8252,2 3315,7 15,67 10865,8
2019 8103,9 3272,4 16,96 11627,1
ЛПХ
2016 7289,7 3329,6 11,72 2971,6
2017 7500,8 3400,2 12,15 3134,7
2019 7567,2 3426,8 12,55 3246,2
К(Ф)Х
2016 2728,8 1360,5 2,67 564,8
2017 2541,3 1234,7 2,37 512,9
2019 2423,0 1179,7 2,17 487,4
го воздуха, как показали результаты госиспытаний, позволяет почти полностью устранить дефицит теплоты в помещениях.
Системой машин для животноводства на период до 2030 года предусмотрены следующие направления развития технического прогресса в механизации и автоматизации обеспечения параметров микроклимата:
- создание высокоэффективных комплексов с управлением на базе микропроцессорной техники, обеспечивающей автоматическое регулирование воздухообмена;
- новые технологии кондиционирования, очистки, дезодорации, санации воздуха;
- использование биологической теплоты животных и защита окружающей среды от загрязнения вентиляционными выбросами от объектов животноводства.
В номенклатуре технических средств для механизации процессов на объектах по производству молока центральное место занимают установки для доения коров. Затраты рабочего времени на осуществление этого процесса занимают 35-40% трудоемкости содержания коров, а качество выполнения влияет на продолжительность их продуктивного использования. Высокий технический уровень доильных установок и обеспечение физиологических требований молоковыве-дения способствуют не только достижению минимальных затрат ресурсов на выполнение процесса, но и получению молока высокого качества, сохранению здоровья и продуктивного долголетия коров.
На период до 2030 г. предусмотрены следующие направления машинного доения коров - в стойлах коровников со сбором молока в молокопровод, в доильных залах, в пастбищных доильных установках и в установках для свободного доения. При доении коров в молокопровод предусмотрен автоматизированный контроль выполнения операций - стимуляция рефлекса молокоотдачи, перевод на пониженный вакуум в заключительной фазе, индивидуальный и групповой учет надоев, транспортирование молока в молочные танки и его очистка, автоматическая промывка оборудования, подъем молокопро-водной арки над кормовыми проходами.
Для доения в залах рекомендуются автоматизированные доильные установки со станками «Тандем», «Елочка» и параллельно-проходного типа, при применении которых в автоматическом режиме осуществляется подготовка вымени, контроль за моло-ковыведением, заключительный массаж, отключение и отвод доильных аппаратов, передача данных о надоях в автоматизированную систему учета.
На предстоящий период предусмотрено также создание высокопроизводительных автоматизированных доильных установок конвейерно-кольцевого типа «Карусель» на 24-40 станков на новой элементной базе для объектов мощностью 800 и более коров. В конвейерно-кольцевых установках предусмотрено размещение доильных станков по типу «Елочка», что позволяет уменьшить площадь и стоимость доильного зала. Также предусмотрена автоматизированная доильная установка с параллельно-проходными станками для доения коров в помещениях и летних лагерях, оснащенная цифровым по-токомером контроля качества молока.
В последнее десятилетие во многих странах мира, в том числе и в России, проведены фундаментальные исследования по созданию автоматических доильных установок-«робо-тов» с автоматизацией выполнения всех операций без участия операторов. Животные, исходя из их физиологического состояния, продуктивности, «определяют» количество доений в сутки, а системы автоматического управления обеспечивают впуск коров в станок, подготовку вымени, подключение аппаратов, контроль за молоковыведением, заключительный массаж, отключение доильных стаканов, санитарную обработку вымени.
Применение «роботов» для доения, как показали исследования отечественных и зарубежных ученых, за счет повышения кратности доений, соблюдения требований по подготовке вымени и автоматического контроля доения позволяет повысить продуктивность коров до 12-15%. Однако высокие капитальные затраты на их приобретение (до 12-14 млн руб. на одну установку для доения до 60 коров) и техническое обслуживание не
позволяют уменьшить издержки на доение по сравнению с применением установок со станками различных конструкций. Профилактику и лечение мастита вымени без антибиотиков предусмотрено осуществлять электромагнитным полем высокой частоты. Его применение обеспечивает экологически безопасное физиотерапевтическое лечение и профилактику.
Важную роль в сохранении здоровья животных играет пастбищное содержание на прифермских пастбищах, позволяющее увеличить продолжительность хозяйственного использования коров до 5-7 лактаций, а выход телят - до 98%. Системой машин предусмотрена принципиально новая технология пастбищного содержания животных на основе применения порционной пастьбы шеренгой посредством включения и выключения инфракрасных или ультразвуковых лучей, образующих виртуальные изгороди и исключающих стрессовое воздействие на животных. Ее применение позволит улучшить использование пастбищ, сократить затраты труда на обслуживание животных и установку изгородей.
Анализ и обобщение опыта по технологической модернизации объектов животноводства показал, что наиболее эффективной стратегией увеличения производства молока в России является технологическая модернизация действующих объектов и развитие молочных ферм мощностью до 400 коров. Опыт многих хозяйств страны и исследования показывают, что стоимость скотоместа при строительстве новых помещений на территории существующих ферм с учетом покупки нетелей в 2-2,5 раза ниже по сравнению со строительством мегаферм на новом месте, а сроки реализации проекта - не более 1,5 лет. Модернизируемые фермы, как правило, привязаны к определенному населенному пункту с соответствующей социальной инфраструктурой, а их возрождение на новой основе будет способствовать сохранению и развитию сельских территорий. Модернизация действующих объектов животноводства, наряду со строительством новых, является важным инновационным направле-
нием технического прогресса, позволяющим применить имеющиеся достижения науки и передовой практики по техническому оснащению, технологиям, экономике и организации производства продукции. Однако масштабы практического применения этих важных направлений в последние годы остаются крайне низкими. Так, в период с 2014 по 2016 гг. в стране вводилось по 112-117 новых объектов по производству молока, в которых имелось 147,6 тыс. скотомест, и по 97119 реконструированных - на 58,9 тыс. ско-томест. Общий объем производства молока на вновь построенных и модернизированных объектах составлял от 61,7 тыс. до 234 тыс. тонн в год или 1,0-1,5% от общего его производства в сельхозорганизациях. В 2018 и 2019 годах в сельхозпредприятиях вводились в эксплуатацию новые помещения для крупного рогатого скота, соответственно, на 145,6 и 136,5 тыс. скотомест, или менее 2% от имеющегося поголовья скота [5].
Анализ технологий производства свинины показывает, что развитие этой подотрасли животноводства в России и ведущих странах мира осуществляется по пути концентрации и интенсификации производства и создания комфортных условий для животных, автоматизации выполнения технологических процессов, специализации, кооперации и интеграции с перерабатывающей промышленностью с целью получения законченных товарных видов продукции. Основой применения инновационных технологий производства свинины являются высокоэффективные, автоматически управляемые технические средства. В станках для содержания свиней всех половозрастных групп необходимо обеспечивать комфортные условия животным - требуемый фронт поения, кормления, отдыха и дефекации, параметры микроклимата. Технические средства для кормления должны исключать загрязнение, потери и порчу кормов, обеспечивать нормирование выдачи, одновременный доступ к кормушкам всем животным, соответствовать требованиям надежности, удобству обслуживания. В последние годы возросла актуальность жидкого кормления свиней кормами влаж-
ностью не более 75%, позволяющего более точно дозировать корма, сокращать продолжительность раздачи, исключать распыление, вводить микродобавки и лечебные препараты. Для приготовления и раздачи жидких кормов целесообразно применять резервуары с мешалками, насосы, трубопроводы с управляемыми клапанами. При кормлении свиней высококачественными сбалансированными кормами в увлажненном или жидком виде необходимо применять автоматизированные системы, исключающие их потери и порчу.
В овцеводстве важнейшим технологическим процессом, влияющим на качество получаемой шерсти и издержки на ее производство, является машинная стрижка. Резкое уменьшение поголовья овец в сельскохозяйственных организациях и увеличение в личных и фермерских хозяйствах с низким уровнем концентрации (от 100 до 500 голов) оказали влияние на стратегию развития стригальной техники и организацию процесса стрижки животных. В этих условиях возросла актуальность создания мобильной техники и организации стрижки овец передвижными специализированными звеньями. Для проведения машинной стрижки овец в хозяйствах с концентрацией поголовья 50 и более голов предусмотрены разработка и освоение производства мобильных стригальных пунктов на базе автомобилей грузопассажирского исполнения, трехколесных тяжелых мотоциклов, квадроциклов, а также на базе автомобильных и тракторных прицепов с электро- и гидрофицированным приводом. Системой машин также предусмотрено создание высокопроизводительных стригальных агрегатов и оборудования для организации стрижки овец и обработки шерсти в крупных специализированных овцеводческих хозяйствах.
В России в последние годы на производство продукции животноводства потреблялось 45-48 млн т зерна. В то же время из общего количества потребляемого зерна для производства полноценных сбалансированных комбикормов использовалось не более 50%, а остальное зерно скармливалось пре-
имущественно в составе зерносмесей. В России более чем в четыре раза сократились объемы производства БВМД, более чем в два раза - производство премиксов по сравнению с 1990 г. Практически все кормовые витамины, ферменты и значительная часть аминокислот для производства комбикормов поставлялись из-за рубежа, что является главной причиной повышения их стоимости.
Для производства комбикормов в хозяйствах учеными ФГБНУ ФНАЦ ВИМ и его филиалами под научным руководством академика РАН Сыроватка В.И. разработаны высокоэффективные комплекты комбикормовых цехов модульного типа производительностью 5-12 т/ч [6]. Анализ результатов исследований, выполненных учеными России и других стран, показывает, что для обеспечения высокого качества комбикормов необходимо применять различные методы тепловой обработки как исходных компонентов комбикормов, так и конечной продукции, повышающие их питательную ценность. На предстоящий период рекомендуются к применению гранулирование, экструдирова-ние, экспандирование и микронизация.
Системой машин на период до 2030 года предусмотрены следующие направления развития технологий и технических средств для производства комбикормов:
- кооперация и интеграция сельскохозяйственных товаропроизводителей с предприятиями комбикормовой промышленности, обеспечение комбикормовых цехов высококачественным сырьем, белково-витамин-ными добавками;
- модульное исполнение установок и оборудования, позволяющее упростить не только их монтаж и обслуживание, но и технологические решения в однотипных узлах и машинах;
- гибкость типоразмерного ряда комбикормовых цехов производительностью 0,5; 1,0; 2,0; 3,0, 8 т/ч, позволяющих обеспечивать потребности хозяйства в комбикормах от 3,0 до 120 т в сутки;
- создание и производство поточных систем с применением современных способов обработки сырья на базе микропроцессорной
техники, которые могут стать переходным этапом к применению цифровых технологий производства премиксов, БВД и комбикормов в цехах-автоматах.
По расчетам Сыроватка В.И., в сельхоз-организациях необходимо иметь 25,5 тыс. комбикормовых цехов производительностью 5-12 т/ч с возможностью производства в них 41,5-46,7 млн т комбикормов в год.
Развитие исследований по уборке экскрементов из помещений, утилизации навоза в России, как и во всем мире, направлено на обоснование энергоресурсосберегающих, экологически безопасных технологий очистки помещений и подготовки навоза к использованию в виде высококачественных органических удобрений. Энергоресурсосбережение при этом достигается на основе сокращения количества выполняемых операций, минимизации или полного исключения технологической воды, попадающей в экскременты. При применении созданных учеными ИМЖ - филиала ФНАЦ ВИМ штанговых транспортеров обеспечивается транспортирование экскрементов к точкам выгрузки кратчайшим путем, эвакуация бесподстилочного и подстилочного навоза, длинносте-бельчатых материалов с минимальными затратами инвестиций, энергии, рабочего времени. При использовании этих транспортеров очистка помещений может осуществляться по заданной программе в автоматическом режиме без присутствия операторов. Для уборки навоза из помещений при содержании животных без подстилки или с использованием подстилки в виде опилок, торфа, измельченной соломы рекомендуется применять высоконадежные шнековые транспортеры.
Перспективным направлением механизации очистки помещений является создание технических средств, работающих по принципу порционности забора навоза, транспортирования его к местам выгрузки кратчайшим путем, исключения многократного перемешивания. При беспривязном содержании КРС для уборки навоза из проходов шириной до 3,5 м следует использовать скреперные установки с гидравлическим приво-
дом, пошаговым перемещением скрепера. От одной гидравлической станции с мощностью привода 3 кВт в автоматическом режиме могут функционировать до четырех контуров, что позволит убирать навоз из восьми каналов длиною до 150 м. Наиболее распространенными технологиями подготовки навоза к использованию в России и во многих странах Европы являются компостирование, гомогенизация, естественное и механическое разделение на фракции, биологическая очистка жидких экскрементов и стоков.
Перспективной является технология получения компостной смеси в процессе уборки экскрементов из животноводческих помещений, обеспечивающая эффективное производство органических удобрений и использование удобрительных ресурсов навоза. При ее применении достигается круглогодичное производство компостной смеси с дозированной подачей компонентов и регулируемым качеством смешивания. При этом сокращаются энергоемкость процесса и издержки на производство компостов, устраняется необходимость в строительстве навозохранилищ.
Одним из перспективных направлений подготовки к использованию полужидкого навоза является технология производства комплексных органо-минерально-бактери-альных удобрений. Эта технология производства нового типа комплексного удобрения базируется на принципах ротационного гранулирования и предусматривает дозирование минеральных и других компонентов непосредственно в процессе приготовления компостной смеси и дальнейшую ее стабилизацию. Применение технических средств для механизации уборки навоза из помещений и подготовки его к использованию, предусмотренных Системой машин, обеспечивает выполнение всех операций - от внесения подстилки до смешивания экскрементов в навозохранилищах с влагопоглощающими материалами; аэробную стабилизацию бесподстилочного навоза и анаэробное сбраживание навоза; внесение подстилки в стойла, станки; уборку экскрементов из стойл и станков в каналы; транспортирование навоза
по продольным открытым или перекрытым решетками каналам в поперечные каналы и далее в навозоприемники и в хранилища.
Заключение. Достижение высоких показателей продуктивности и минимальных издержек на производство продукции, как показывает передовой опыт многих хозяйств России и других стран, станет возможным только на основе создания и массового применения инновационной техники и интенсивных технологий выполнения процессов, предусмотренных Системой машин, обеспечивающих комфортные условия для животных и рост их продуктивности, минимальные затраты ресурсов, охрану окружающей среды, высокое качество продукции.
Расчеты показывают, что при применении новой Системы машин потребление кормов на производство 1 ц молока составит
0.9-1,1 корм ед., на 1 ц прироста крупного рогатого скота - 6,5-7,0 ц корм ед., на 1 ц прироста свиней - 3,0-3,5 ц корм ед. Затраты рабочего времени на получение молока могут быть уменьшены до 1,5-2,0 чел-ч/ц, привеса скота - до 4-6 чел-ч/ц, привеса свиней -до 2,5-3,0 чел-ч/ц.
Литература:
1. Агропромышленный комплекс России в 2020 году. М., 2021. 705 с.
2. Система машин для механизации и автоматизации выполнения процессов при производстве продукции животноводства и птицеводства на период до 2030 года / Морозов Н.М. и др. М., 2021. 180 с.
3. Кормановский Л.П., Морозов Н.М., Цой Л.М. Обоснование системы технологий и машин для животноводства. М., 1999. 227 с.
4. Энергетическая стратегия сельского хозяйства России на период до 2020 года / Стребков Д.С. и др. М., 2009. 36 с.
5. Цой Ю.А. Интенсификация технологических процессов и повышение эффективности техники для молочных ферм. М., 2021. 72 с.
6. Сыроватка В.И., Жданова Н.В., Обухов А.Д. Система машин для приготовления комбикормов в хозяйствах // Техника и технологии в животноводстве.
2020. № 1(37). С. 24-31.
Literatura:
1. Agropromyshlennyj kompleks Rossii v 2020 godu. М.,
2021. 705 s.
2. Sistema mashin dlya mekhanizacii i avtomatizacii vy-polneniya processov pri proizvodstve produkcii zhivotno-vodstva i pticevodstva na period do 2030 goda / Morozov N.M. i dr. M., 2021. 180 s.
3. Kormanovskij L.P., Morozov N.M., Coj L.M. Obosno-vanie sistemy tekhnologij i mashin dlya zhivotnovodstva. M., 1999. 227 s.
4. Energeticheskaya strategiya sel'skogo hozyajstva Rossii na period do 2020 goda / Strebkov D.S. i dr. M., 2009. 36 s.
5. Coj YU.A. Intensifikaciya tekhnologicheskih processov i povyshenie effektivnosti tekhniki dlya molochnyh ferm. M., 2021. 72 s.
6. Syrovatka V.I., ZHdanova N.V., Obuhov A.D. Sistema mashin dlya prigotovleniya kombikormov v hozyajstvah // Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. 2020. № 1 (37). S. 24-31.
DIRECTIONS OF MACHINERY FOR LIVESTOCK MECHANIZATION AND AUTOMATION DEVELOPMENT N.M. Morozov, RAS academician, doctor of economical sciences, professor Federal scientific agroengineering center VIM
Abstract. The state of livestock facilities' technical equipment is considered, the Russian dependence on machinery import is shown. The livestock and poultry weights production's volumes in recent years, their scale declining in comparison with the pre-reform period are indicated. This declining greatest level occurs in the milk and sheep production. The processes mechanization low level, innovative resource-saving producing technologies application's slow pace, in combined with technical means and consumed compound feeds, electricity and fuel resources' high cost are the main reasons for milk production low profitability, beef and sheep products loss-making. The mechanization and automation processes directions development's technical progress on milk beef, pork, sheep, feed production, microclimate parameters' optimization, excrement evacuation and organic fertilizers' preparation facilities, that are the basis for the System of machines development for the period up to 2030, are considered. The new machines system, prepared by the country leading research and educational institutions under the FNAC VIM leadership, should become NIR, OKR basis for innovative machinery creation, research and technical means productivity organization's development, Russian dependence on livestock subsectors of imports mechanization tools eliminating. The directions of technical progress development outlined in this machine system, it should for engineering personnel and zoospecialists's training programs be used.
Keywords: technical progress, efficiency, mechanization and automation methods, machine system, resource costs, economic indicators.
