CC BY
70
УДК 636.2:673.115.6:004 DOI 10.51794/27132064-2021-4-17
ЦИФРОВИЗАЦИЯ МОЛОЧНОГО СКОТОВОДСТВА НА ПРИМЕРЕ СИСТЕМЫ РОБОТИЗИРОВАННОГО ДОЕНИЯ
Л.Р. Загидуллин, кандидат биологических наук, доцент Р.Р. Хисамов, кандидат биологических наук, доцент
Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана E-mail: [email protected]
Р.Р. Шайдуллин, доктор сельскохозяйственных наук, доцент Казанский государственный аграрный университет E-mail: [email protected]
Аннотация. Рассматриваются вопросы применения цифровых технологий в молочном скотоводстве, в частности, при применении системы роботизированного доения. Актуальность задачи определяется тем, что в России ставится задача внедрения технологий прецизионного животноводства, базирующихся на применении современных информационных технологий. Отмечается, что во многих хозяйствах уже функционируют молочные комплексы, где применяются инструменты цифровых технологий, в том числе и робототехника. Программы управления доильными роботами и фермой в целом имеют в основе одинаковый функционал, направленный на сбор, сохранение и анализ разнообразной информации. Приводятся примеры применения технологий идентификации животных, определения качества продукции, управления доильными роботами и процессом доения посредством программного обеспечения. Делается вывод, что система роботизированного доения является самой прогрессивной технологией в молочном скотоводстве в отношении использования элементов цифровых технологий: интернет вещей, большие данные, искусственный интеллект. Республика Татарстан по темпам внедрения прогрессивных технологий в молочное скотоводство является одним из лидеров в России. На конец 2021 года количество доильных роботов составит более 120 единиц. Исследования проведены в хозяйствах Республики Татарстан, применяющих технологии роботизированного доения, где разводится высокопродуктивный молочный скот голштинской, черно-пестрой и холмогорской (татарстанский тип) породы. Необходимо учитывать опыт этих хозяйств для повышения эффективности внедрения инноваций. Ключевые слова: молочное скотоводство, роботизированное доение, цифровые технологии.
Введение. Увеличение численности населения Земли диктует необходимость перехода сельского хозяйства к интенсивным формам производства все больших объемов продовольствия. К 2050 г., согласно данным ФАО, нужно будет обеспечить пищей более 9 млрд жителей Земли, т. е. нужно будет производить на 60% больше пищи, чем в настоящее время. Это, в свою очередь, требует повышения эффективности сельскохозяйственного производства [7]. Несмотря на то, что темпы освоения инноваций в мире значительно ускорились, животноводство России находится на ранних этапах использования цифровых технологий, хотя условия для формирования цифровой платформы «Цифровое сельское хозяйство» уже созданы [3]. Россия по уровню цифровизации в сельском хозяйстве занимает 15-е место в мире [10].
Основная цель цифровой трансформации сельского хозяйства - это создание условий для обеспечения технологического прорыва в АПК и достижения роста производительности на «цифровых» сельскохозяйственных предприятиях [4]. Важность ускоренного развития цифровизации для агропромышленного комплекса России обуславливается тем, что это позволит не только резко повысить эффективность сельскохозяйственного производства, но и существенно сократить количество работников, необходимых для производства требуемых объемов сельхозпродукции [13]. Вследствие роста образовательного уровня и социальных ожиданий нового поколения кадров повышаются требования к условиям и характеру труда. Сегодняшнюю молодежь не привлекает лишенный творческого подхода ручной труд в сельском
хозяйстве, поскольку претерпели трансформацию сами представления о рабочем месте и содержании труда [9].
Перспективным направлением, активно развивающимся в настоящее время во всем мире, является «умное животноводство». По оценке ФНАЦ ВИМ, цифровизация молочной фермы при внедрении комплексных решений может снизить издержки производства на 30-40% [5]. Согласно данным Мин-сельхоза РФ, объем отечественного рынка информационных технологий в АПК в 2019 г. составил около 360 млрд рублей. По прогнозам ведомства, объем данного рынка к 2026 г. возрастет более чем в 5 раз [11].
Цель исследований. Надо отметить, что во многих регионах России, в том числе и в Республике Татарстан, уже функционируют молочные комплексы, где многие производственные процессы автоматизированы и роботизированы. То есть уже накоплен определенный опыт в области цифровизации молочного скотоводства, который необходимо учитывать при внедрении цифровых технологий. В связи с этим целью исследований было изучение и анализ системы роботизированного доения в аспекте применения инструментов цифровых технологий.
Материалы и методы исследований. Исследования проведены в хозяйствах Республики Татарстан, применяющих технологии роботизированного доения (ООО «СХП им. Рахимова», КФХ «Мухаметшин З.З.», КФХ «Ахметов» и др.), где разводится высокопродуктивный молочный скот голштин-ской, черно-пестрой и холмогорской породы. В хозяйствах использовались доильные роботы фирм DeLaval и Lely. Информацию о продуктивности, показателях лактации животных и др. сведения брали из программы управления стадом VMS Mgmt и T4C. В ходе исследований применялись общие методы научного познания (наблюдение, анализ, обобщение), статистические методы анализа.
Результаты исследований и их обсуждение. Исследования, связанные с изучением автоматизации процесса доения, начали проводиться в 50-е гг. XX в. Концепция устройства, способного доить коров без вмешатель-
ства человека, сложилась в 1970-е годы. Научные разработки практически одновременно вели такие производители, как «Lely Industries N.V.», «Insentec» (Нидерланды), «Gas-coigne Melotte» (Бельгия). Первый прототип доильного робота был представлен в 1984 г. фирмой «Lely Industries N.V.». В 1989 г. доильный робот был смонтирован в животноводческой ферме. После многочисленных изменений и доработок окончательное их внедрение в производство произошло в 1992 г., когда фермерами были закуплены первые четыре системы автоматизированного доения. Это были однобоксовые роботы под названием Astronaut. С этого момента началось их массовое производство [1, 2].
В 1990-е годы к разработке автоматических систем доения подключились еще свыше десятка различных ведущих поставщиков доильного оборудования: «DeLaval» (Швеция), «GEA Farm Technologies» (Германия), «SAC» (Дания), «BouMatic» (США), «Full-wood» (Великобритания) и др. Динамика внедрения систем роботизированного доения приведена на рисунке 1. По расчетам, общее количество таких систем на сегодняшний день составляет более 60 тысяч единиц.
60 000
16 000
30
1500 1 800
1995 г. 2000 г. 2005 г. 2010 г. 2015 г. 2020 г.
Рис. 1. Количество доильных роботов в мире
В России первая система автоматизированного доения появилась в 2007 году (Вологодская область). На сегодняшний день количество применяемых доильных роботов приближается к 1000 единицам. Доля роботизированного доения, таким образом, составляет менее 1%. Республика Татарстан по темпам внедрения прогрессивных техноло-
гий в молочное скотоводство является одним из лидеров в России. На конец 2021 года количество доильных роботов составит более 120 единиц. В Сабинском районе работает один из крупнейших в мире роботизированных молочных комплексов в ООО «ПМК», количество роботов в котором после завершения строительства достигнет 60 единиц.
Действующие конструкции роботизированных систем доения различаются по количеству доильных боксов [14]: однобоксовые (рис. 2а) (Astronaut фирмы «Lely», VMS фирмы «DeLaval», Merlin фирмы «Fullwood», MR-S1TM фирмы «BouMatic» и др.), размещаются непосредственно в коровниках между местами для отдыха коров, каждая такая установка выдаивает не более 70 коров в сутки; многобоксовые (рис. 2б) - от 2 до 5 мест, размещаются в отдельном помещении и могут выдаивать до 160 коров в сутки.
б)
Рис. 2. Однобоксовое и многобоксовое исполнение доильного робота
По расположению манипулятора: с боковым расположением от вымени (Astronaut, «VMS» и др.); с задним расположением от вымени (MR-S1TM). По управлению приводом манипулятора: гидравлический (VMS и др.), пневматический (Astronaut и др.), электрический (RDS Futureline фирмы «S.A. Christensen & Co» и др.). По способу очистки со-
сков и стимуляции молокоотдачи: с отдельным стаканом (VMS, MR-S1TM, Galaxy Starline фирмы «Insentec», RDS Futureline); с роликовыми щетками (Astronaut MIone фирмы «GEA Westfalia Surge», Merlin).
В системе роботизированного доения реализована концепция «точного» животноводства, основой которой является идентификация каждого животного, сбор и хранение сведений. Технология идентификации позволяет осуществлять индивидуальное обслуживание каждой особи и мониторить состояние здоровья, удои, активность, привесы, качество продукции и др. интересующие показатели. При входе коровы в доильный бокс происходит ее идентификация, и программа управления определяет (в зависимости от времени предыдущего доения) необходимость доения. Без ограничения количества доения производительность доильных роботов значительно снизится, т. к. определенная часть коров заходит в доильный бокс часто. Суть идентификации животных состоит в том, что с датчиков, прикрепленных на коровах (респондер на ошейнике или ноге, ушные чипы-бирки), считывается уникальный номер животного при его нахождении рядом с приемным устройством (сканером).
В животноводстве активно применяется технология радиочастотной идентификации (RFID). RFID-технология в животноводстве решает весь комплекс производственных и управленческих задач, начиная от учета поголовья скота, контроля его перемещения и всех текущих показателей, до вакцинации и оптимизации селекционной работы. Это значительно сокращает трудозатраты, ликвидирует возможность ошибок, вызванных человеческим фактором, ускоряется обработка информации даже в крупных хозяйствах, упрощается выявление положительной и отрицательной наследственности. Все это позволяет значительно повысить доходность сельскохозяйственных предприятий и их конкурентоспособность на мировом рынке [3].
Одним из преимуществ роботизированного доения является получение молока высокого качества за счет точного выполнения всех операций по подготовке вымени к дое-
нию, раздельного доения каждой четверти вымени со своевременным отключением доильных стаканов после завершения молоко-выведения, выдаивания некондиционного молока от больных животных в изолированную емкость, промывки доильных стаканов после каждого доения, возможности ранней диагностики заболеваний вымени по количеству соматических клеток в молоке встроенными датчиками.
Для определения количества соматических клеток в молоке в доильных роботах VMS («DeLaval») применяется счетчик ОСС (рис. 3 а). Проба молока из системы VMS (1) и красящие реагенты (2) подаются в шпри-цевой насос (3). Затем эта смесь пропускается через измерительный прибор (4), где цифровая камера делает снимок ядер соматических клеток крови и подсчитывает каждое из этих ядер для получения результата. Между сеансами доения производится очистка измерительного инструмента. Счетчик берет пробу молока и анализирует ее при каждом доении. Подсчет количества соматических клеток крови занимает несколько секунд, а результат выводится на экране «Состояние коров» программы управления стадом. Датчик количества соматических клеток Dairy Milk M6850 (рис. 3б), входящий в систему доильного робота DairyRobot R9500 компании «GEA», предназначен для подсчета количества соматических клеток в потоке и работает в непрерывном режиме. Измерение производится с использованием запатентованной технологии EPT (порог диэлектрической проницаемости) без применения реагентов. Система Lely MQC (рис. 3в) измеряет такие параметры молока, как цвет, проводимость, время доения, объем молока и скорость молоковыведения четвертей вымени. Дополнительная функция MQC-C регулярно измеряет количество соматических клеток, благодаря чему выполняется постоянный мониторинг здоровья коров.
Для сохранения и анализа данных, которые фиксируются различными датчиками, и в целом для эффективного управления молочным стадом система роботизированного доения оснащена программой управления. В
программу стекается большой объем информации о процессах кормления, активности, доения, качестве молока каждого животного, основываясь на которых, специалисты принимают управленческие решения. Для наглядности и удобства анализа данные представляются, как правило, в виде графиков.
а) OCC (DeLaval)
б) M6850 (GEA)
в) MQC (Lely) Рис. 3. Датчики определения качества молока
Понимание данных о надое из каждой доли вымени, скорости молоковыведения, показателей активности и кратности доения, интервала доения с учетом фазы лактации позволяет более объективно оценивать физиологическое состояние животного, диагностировать заболевания на ранней стадии. Информация об активности помогает в выявле-
нии охоты и информирует о животных с пониженной активностью, требующих дополнительного внимания со стороны специалистов фермы.
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. Система управления доильным роботом Astronaut фирмы «Lely» оснащена 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. Кроме того, она реализует функцию дистанционного управления работой доильного робота. Управление работой доильного робота Galaxy ASTREA 20.20 фирмы «Insentec» осуществляется c помощью программы SATURNUS 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 отображаются все необходимые сведения о выполняемой в данный момент времени технологической операции [8].
Таким образом, программы управления доильными роботами и фермой в целом имеют в основе одинаковый функционал, направленный на сохранение и анализ разнообразной информации. Умение своевременно и квалифицированно реагировать на данные, выдаваемые программой, является одной из основных задач специалистов.
Применение системы роботизированного доения имеет еще одно существенное отличие от других систем - это повышение комфорта для животных. Объективным показателем этого является то, что срок хозяйственного использования животных повышается практически в два раза [12]. Это достигается за счет рациональной компоновки ко-
ровника, минимизации контакта животных с человеком - животные как бы предоставлены сами себе и имеют возможность в любое время поесть, полежать, подоиться (рис. 4), передвигаться.
12
so
10
s
I 8
о
? 6
m
5 4
s
§ 2 sc
Ю 00 О fN ^ 11222 i i i i i ^ Ю 00 О fN 11122
Время, ч
Рис. 4. Распределение доения коров в течение суток [6]
Выводы. Внедрение цифровых технологий в животноводстве является одной из приоритетных задач, установленных Мин-сельхозом на современном этапе развития. Благодаря цифровой трансформации планируется значительно повысить производительность труда, качество и количество животноводческой продукции. Нельзя не отметить социальный аспект цифровизации, при которой меняется содержание труда - молочные фермы становятся местом для квалифицированных специалистов, владеющих современными цифровыми технологиями.
Система роботизированного доения является прогрессивной технологией в молочном скотоводстве, в ней реализованы основные инструменты цифровых технологий: робототехника, интернет вещей, искусственный интеллект. Следует отметить, что данная технология является для рынка России дорогой, поэтому не следует ожидать ее распространения в ближайшей перспективе. Однако внедрение цифровых технологий не обязательно должно осуществляться комплексно, многие хозяйства проводят поэтапную работу. Для повышения эффективности от внедрения инноваций необходимо учитывать опыт передовых хозяйств, в т.ч. тех, где применяется система роботизированного доения.
0
Литература:
1. Rossing W. State of the art of automatic milking systems // Computers and Electronics in Agriculture. 1997. Vol. 17. P. 1-17.
2. The feasibility of milking in a feeding box / Rossing W. etc. Netherlands, 1985.
3. Буклагин Д.С. Цифровые технологии и системы управления в животноводстве // Техника и технологии в животноводстве. 2020. № 4(40). С. 105-112.
4. Цифровое с. х. URL: https://mcx. gov.ru/upload/iblock /900/900863fae06c026826a9ee43e124d058.pdf
5. Конец ручного управления. URL: https://www.agro-investor.ru/animal/article/33325-konets-ruchnogo-uprav-leniya-kakie-tsifrovye-tekhnologii-vnedryayutsya-na-zhi-votnovodcheskikh-predpri/
6. Лактационная деятельность коров-первотелок в условиях роботизированного доения / Хисамов Р. и др. // Ученые записки КГАВМ. 2021. Т. 246. С. 256-261.
7. Маринченко Т.Е. Перспективные разработки в области молочного скотоводства // Техника и технологии в животноводстве. 2020. № 2(38). С. 124-129.
8. Мишуров Н. Информационный менеджмент молочного скотоводства // Вестник ВНИИМЖ. 2014. № 4.
9. Применение робототехники в регионе / Скворцов Е. и др. // Экономика региона. 2017. Т. 13. С. 249-260.
10. Россия вошла в топ-15 стран по развитию технологий в с. х. URL: https://tass.ru/ekonomika/4979176
11. Ториков В.Е. Состояние цифровой трансформации с. х. // Вестник Курской ГСХА. 2020. № 9. С. 6-13.
12. Сравнительная оценка экономической эффективности использования доильных роботов в ООО «Пок-ровское» Вологодской обл. / Маклахов А. и др. // Вопросы территориального развития. 2017. № 5. С. 3-15.
13. О перспективах цифровизации животноводства / Федоров А.Д. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2019. № 1. С. 127-131.
14. Шарипов Д.Р. Классификация роботизированных систем доения // Вестник ВНИИМЖ. 2019. № 1. С. 77.
Literatura:
1. Rossing W. State of the art of automatic milking systems // Computers and Electronics in Agriculture. 1997. Vol. 17. P. 1-17.
2. The feasibility of milking in a feeding box / Rossing W. ets. Netherlands, 1985.
3. Buklagin D.S. Cifrovye tekhnologii i sistemy upravle-niya v zhivotnovodstve // Tekhnika i tekhnologii v zhivot-novodstve. 2020. № 4(40). S. 105-112.
4. Cifrovoe s. h. URL: https://mcx. gov.ru/upload/iblock/ 900/900863fae06c026826a9ee43e124d058.pdf
5. Konec ruchnogo upravleniya. URL: https://www.agro-investor.ru/animal/article/33325-konets-ruchnogo-uprav-leniya-kakie-tsifrovye-tekhnologii-vnedryayutsya-na-zhi-votnovodcheskikh-predpri/
6. Laktacionnaya deyatel'nost' korov-pervotelok v uslovi-yah robotizirovannogo doeniya / Hisamov R. i dr. // Uchenye zapiski KGAVM. 2021. T. 246. S. 256-261.
7. Marinchenko T.E. Perspektivnye razrabotki v oblasti molochnogo skotovodstva // Tekhnika i tekhnologii v zhi-votnovodstve. 2020. № 2(38). S. 124-129.
8. Mishurov N. Informacionnyj menedzhment molochno-go skotovodstva // Vestnik VNIIMZH. 2014. № 4.
9. Primenenie robototekhniki v regione / Skvorcov E. i dr. // Ekonomika regiona. 2017. T. 13. S. 249-260.
10. Rossiya voshla v top-15 stran po razvitiyu tekhnolo-gij v s. h. URL: https://tass.ru/ekonomika/4979176
11. Torikov V.E. Sostoyanie cifrovoj transformacii s. h. // Vestnik Kurskoj GSKHA. 2020. № 9. S. 6-13.
12. Sravnitel'naya ocenka ekonomicheskoj effektivnosti ispol'zovaniya doil'nyh robotov v OOO «Pokrovskoe» Vologodskoj obl. / Maklahov A. i dr. // Voprosy territori-al'nogo razvitiya. 2017. № 5. S. 3-15.
13. O perspektivah cifrovizacii zhivotnovodstva / Fedorov A.D. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2019. № 1. S. 127-131.
14. SHaripov D.R. Klassifikaciya robotizirovannyh sis-tem doeniya // Vestnik VNIIMZH. 2019. № 1. S. 77.
DIGITALIZATION OF DAIRY CATTLE BREEDING ON THE ROBOTIC MILKING SYSTEM EXAMPLE L.R. Zagidullin, candidate of biological sciences, docent R.R. Hisamov, candidate of biological sciences, docent Kazan state academy of veterinary medicine named after N.E. Bauman R.R. Shaidullin, doctor of agricultural sciences, docent Kazan state agrarian university
Abstract. The dairy cattle breeding digital technologies' issues, in particular, at a robotic milking system using, are considered. This theme's relevance based on fact that Russian livestock precision technologies the modern informa -tion technologies introducing is determined. It is noted already dairy complexes on many farms functioning, at digital technology tools, including robotics, are used. Milking robot management at programs and the farm as a whole are based on the same functionality aimed at information's variety collecting, storing and analyzing. Examples of animals' identification, product quality determination, milking robots control and the milking process's technologies application through software are given. It is concluded that the robotic milking system is dairy cattle breeding the most advanced technology in terms of digital technology elements' using: the Internet of things, Big data, artificial intelligence. The Republic of Tatarstan is one of the Russian leaders in terms of dairy cattle breeding advanced technologies introduction. By the end of2021, the number of milking robots will be more than 120 units. The research on Republic of Tatarstan's farms with robotic milking technologies using, where are bred highly productive Holstein, black-and-white and Kholmogorsky (tatarstan type) cattle's breeds was carried out. It is necessary to take into account of these farms' experience of the innovative efficiency increasing. Keywords: dairy cattle breeding, robotic milking, digital technologies.
