CC BY
44
УДК 631.171:004.3
ЦИФРОВИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ДАННЫХ ДОЕНИЯ ВО ВЗАИМОИНТЕГРИРОВАННОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ «СТИМУЛ-СЕЛЕКС» - ОСНОВА ТЕХНОЛОГИИ «BIG DATA» В МОЛОЧНОМ ЖИВОТНОВОДСТВЕ
А.М. Седов, кандидат технических наук ФГБНУ ФНАЦ ВИМ E-mail: [email protected]
Аннотация. В настоящее время в лаборатории мехатроники, интеллектуальных и компьютерных систем управления ФГБНУ ФНАЦ ВИМ разработана компьютерная система управления процессом доения «Стимул». Освоение ее промышленного производства позволит решить проблему импортозамещения зарубежного автоматизированного доильного оборудования. В настоящее время также получила широкое распространение созданная РТЦ «Плинор» компьютерная система племенного учета (АСУ ПУ «Селекс»). Концепция развития этих двух систем: взаимоинтеграция КСУ «Стимул» и «Селекс» для создания платформы цифровизации мониторинга индивидуальных данных доения в молочном животноводстве, основы цифровой трансформации контроля и управления, по технологии «Big Data» Индустрии 4.0, что позволит существенно повысить эффективность и интеллектуальность производства молока. Интегрированная система «Стимул-Селекс» может стать отечественной платформой для ведения автоматизированной широкомасштабной селекции животных в хозяйствах Российской Федерации.
Ключевые слова: компьютерная система управления процессом доения, импортозамещение автоматизированного доильного оборудования, цифровизация мониторинга индивидуальных данных доения.
Введение. Анализ современных зарубежных и отечественных исследований показывает, что тренд на цифровизацию производства в животноводстве в настоящее время является неизбежным [1,2,3,5]. Вопрос состоит только в том, насколько интенсивно и эффективно цифровизация будет реализовы-ваться и в каком объеме.
В лаборатории мехатроники, интеллектуальных и компьютерных систем управления ФГБНУ ФНАЦ ВИМ разработана современная высокотехнологичная инновационная компьютерная система управления (КСУ) процессом доения «Стимул» [1]. В настоящее время также получила широкое распространение созданная РТЦ «Плинор» компьютерная система племенного учета (АСУ ПУ «Селекс») [2], основными функциями которой являются: автоматизация первичного учета (оперативная обработка данных зоотехнического и племенного дела); бонитировка и ее анализ; оперативное управление селекционно-племенной рабо-
той; учет и анализ качественных показателей молока по каждой корове; прогнозирование производства продукции (модуль продуктивности); работа с молодняком; обмен данными с компьютерной системой доения «Стимул»; экономический анализ (модуль экономики); модуль «Подготовка данных для передачи данных в бухгалтерские программы».
Концепция дальнейшего развития взаи-моинтегрированной компьютерной системы «Стимул-Селекс» как базовой платформы цифровизации в молочном животноводстве в соответствии с технологиями четвертой промышленной революции «Индустрия 4.0». Актуальность концепции подтверждается:
1. Указом Президента РФ «О стратегии развития информационного общества в РФ на 2017-2030 гг.» от 9 мая 2017 г. № 203;
2. Государственной программой «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденной распоряжением правительства от 28 июля 2017 г. № 1632-р;
3. Стратегией развития сельскохозяйственного машиностроения на период до 2030 года, утвержденной распоряжением правительства РФ от 7 июля 2017 г. № 1455-р;
4. Концепцией «Индустрии 4.0».
КСУ «Стимул-Селекс», как базовая платформа цифровизации производства в молочном животноводстве, может стать основой цифровой трансформации систем контроля и управления для этой области сельского хозяйства по той же совокупности технологий, что и Индустрия 4.0 [4,6].
Цель исследования. Разработать принципы построения мехатронных, интелектуа-лизированных и компьютерных систем управления технологическими процессами в молочном животноводстве, которые будут обеспечивать их развитие в направлении базовых технологий Индустрии 4.0 и Программы «Цифровизации экономики»:
Материалы и методы. Эффективная си-нергетическая взаимоинтеграция систем КСУ «Стимул» и КС ПУ «Селекс» была обеспечена наличием общих свойств в организации их программного обеспечения. В качестве среды программирования подсистемы сбора и обработки информации «Стимул» используется SCADA - система, обеспечивающая поддержку связи с базой данных Interbase. В свою очередь «Селекс» работает с базой данных Firebird 2,0 (Клон БД Interbase). Для передачи данных из КСУ «Стимул» в КС ПУ «Селекс» в дереве «Система» программы «Стимул» добавлен БД-коннек-тор Interbase. В него вставлены необходимое количество блоков процедур «Селекс 1.....N» с
входными параметрами. В свою очередь, в «Селексе» сформирована база для обмена данных между системами «Стимул» и «Селекс». Она хранится в каталоге с:\ vim _selex. В эту базу данных введены соответствующие необходимые процедуры.
Практическая реализация технологии «Big Data». Компьютерная система управления процессом доения «Стимул» позволяет получить информацию о надоях каждой коровы. Каждое животное имеет индивидуальный номер независимо от размеров дойного стада, а контроль данных осуществляется в
режиме реального времени. Затем индивидуальные данные по каждому животному попадают в базу обработки данных. Таким образом, в «Стимуле» уже сейчас созданы все условия для разработки и развития технологии «Big Data». «Big Data» представляет собой набор данных, получаемых от различных источников внутри и за пределами объектов производства в молочном животноводстве. Данные в системе «Стимул-Селекс» будут собираться от цифровых индикаторов физического состояния животных, индикаторов состояния рабочих органов всего многообразия машин и оборудования, датчиков количества и качества молочной продукции, обслуживающего персонала, дилеров, сервисных центров и т.д. Управление, структурирование, интерпретация, анализ и эффективное использование данных - важнейшие задачи цифровизации производства в молочном производстве, которые предстоит решать.
Внедрение в молочное животноводство "интернета компонентов и продукции" -комплексной системы датчиков, которые позволят контролировать и анализировать состояние множества различных параметров оборудования и рабочих процессов, качество продукции, связано с решением следующих основных вопросов: оснащение машин и оборудования для животноводства соответствующими цифровыми, совместимыми, программируемыми средствами контроля и управления; обеспечение технического унифицированного инструментария для оперативного сбора данных необходимой и приоритетной информации; разработка большого объема специализированных совместимых программных продуктов для анализа и интерпретации полученных сведений в режиме on-line с целью принятия решений по управлению процессами и производством.
Функциональная совместимость компонентов управления производством в молочном животноводстве - важнейший фактор промышленной концепции Industry 4.0. Без функциональной совместимости невозможно создать эффективную интегрированную производственную систему в животноводстве. В настоящее время в лаборатории МИКСУ
106
Вестник ВНИИМЖ №3(31)-2018
ФНАЦ ВИМ разрабатывается методология создания и внедрения мехатронных, интел-лектуализированных и компьютерных систем управления технологическими процессами в молочном животноводстве, которая базируется на интеграции предложенных принципов их построения [2], обеспечивающих их развитие в направлении базовых технологий Индустрии 4.0 и Программы «Циф-ровизации экономики»:
- открытость конфигурации и возможность взаимной интеграции мехатронных модулей, интеллектуализированных и компьютерных систем управления в животноводстве на основе унификации компонентов, интерфейса и программного обеспечения;
- преимущественно двухуровневая, распределенная структура с компьютерным управлением с разделением функций обработки и управления между блоками управления и сервером;
- обязательная программная интеграция создаваемых компьютерных систем управления с отечественной системой компьютерного ведения племенного учета «Селекс»;
- обеспечение возможности архивации данных на доильном оборудовании бюджетных модификаций без включения в структуру компьютера;
- поэтапное создание базы программ (макросов) автоматизации технологических операций в животноводстве;
- обеспечение функциональной диагностики создаваемых систем компьютерного управления молочно-товарных ферм благодаря наличию встроенных программных средств имитации и отладки с графическим представлением значений важнейших технологических параметров и состояния контролирующих и управляющих модулей в рабочих режимах;
- разработка корректирующих программ управления с учетом поведения животных в нештатных ситуациях;
- разработка программных модулей для высокоточных измерительных систем потоков молока с учетом меняющихся в реальных условиях эксплуатации технологических параметров;
- обеспечение достаточного повышения надежности создаваемых систем для тяжелых условий эксплуатации в условиях животноводческих ферм методом программно-физического резервирования входов, выходов и нагруженных элементов блоков управления, а также их линий связи с компьютером;
- осуществление поэтапной интеллектуализации функциональных компонентов МИ-КСУ, прежде всего на основе рационального сочетания с естественным интеллектом участвующего в управлении обслуживающего персонала;
- основным принципом построения ин-теллектуализированных сельскохозяйственных систем является обеспечение их достаточной структурной и программной избыточностью для реализации гибких алгоритмов их функционирования с учетом взаимодействия с живыми организмами;
- функциональные возможности МИКСУ должны обеспечивать потенциал их непрерывного совершенствования с учетом развития молочных ферм и сельскохозяйственных предприятий;
- компоненты и программное обеспечение мехатронных и компьютерных систем управления машин и оборудования должны позволять проводить их доработку и настройку основных параметров непосредственно на объекте производства продукции животноводства.
Разработанные принципы построения КСУ в животноводстве позволили сформировать план первоочередных работ лаборатории МИКСУ по их цифровой трансформации, а также по совершенствованию и созданию цифровых мехатронных модулей:
1. Компьютерные модульные системы (КМС) для индивидуального обслуживания животных с управлением производством, техническими и программными средствами получения информации для ведения широкомасштабной селекции в РФ;
1.1. Интеллектуализация КСУ доением «Стимул» (с опцией диагностики мастита) для доильной установки «Елочка», совершенствование отечественной системы компьютерного управления стадом на базе инте-
грации КСУ «Стимул» и системы племенного учета «Селекс»;
1.2. Интеллектуализация мехатронных систем группового и суммарного учета молока на доильной установке с молокопроводом;
1.3. Разработка компьютерной системы управления процессом доения на доильной установке с молокопроводом;
1.4. Создание автоматической станции и распределенных систем нормированной выдачи концентрированных кормов животным;
1.5. Разработка систем автоматического выделения животных по заданным признакам;
1.6. Проведение исследований и разработка КСУ ТП нормированного поения телят;
2. Компьютеризация систем автоматического учета сельхозпродукции.
План создания и совершенствования цифровых мехатронных модулей: индикаторов потока молока на 200, 400, 600 г/мин; датчиков интенсивности молокоотдачи и счетчиков-датчиков молока; электроуправ-ляемых пневмостимуляторов молокоотдачи; электроуправляемых пневмоклапанов своевременного отключения и снятия доильного аппарата (импортозамещение); анализаторов качества молока в технологических линиях доильных установок.
Результаты и обсуждение. КСУ «Сти-мул-Селекс» как базовая платформа цифровизации производства в молочном животноводстве является основой цифровой трансформации систем контроля и управления для этой области сельского хозяйства по той же
совокупности технологий, что и Индустрия 4.0. Интегрированная система «Стимул-Се-лекс» может стать отечественной платформой для ведения автоматизированной широкомасштабной селекции животных в хозяйствах Российской Федерации.
Литература:
1. Седов А.М. Особенности компьютерной системы управления доением «Стимул» // Вестник РАСХН. 2016. №3.
2. Седов А.М. Принципы построения и модификации модульных исполнений компьютерной системы управления процессом доения «Стимул» // Вестник ВИ-ЭСХ. 2016. №2.
3. Стребков Д.С., Кузнецов И.М. Совершенствование методов и средств управления с.-х. производством в регионах // Вестник ВИЭСХ. 2015. №3(20). С. 3-13.
4. Юдина М.А. Индустрия 4.0. Перспективы и вызовы для общества // Гос. управление. 2017. №60.
5. Иванов Ю.,Сидоренко М. Исследование микропроцессорной системы дистанционного мониторинга сигналов коров // Вестник МГАУ. 2015. №2. С. 7.
6. Мишуров Н.П., Соловьева Н.Ф., Цой Ю.А. Роботизированные системы в с.-х. производстве. М., 2009.
Literatura:
1. Sedov A.M. Osobennosti komp'yuternoj sistemy uprav-leniya doeniem «Stimul» // Vestnik RASHN. 2016. №3.
2. Sedov A.M. Principy postroeniya i modifikacii modul'-nyh ispolnenij komp'yuternoj sistemy upravleniya proces-som doeniya «Stimul» // Vestnik VIEHSKH. 2016. №2.
3. Strebkov D.S., Kuznecov I.M. Sovershenstvovanie me-todov i sredstv upravleniya s.-h. proizvodstvom v regio-nah // Vestnik VIEHSKH. 2015. №3(20). S. 3-13.
4. YUdina M.A. Industriya 4.0. Perspektivy i vyzovy dlya obshchestva // Gos. upravlenie. 2017. №60.
5. Ivanov YU., Sidorenko M. Issledovanie mikroproces-sornoj sistemy distancionnogo monitoringa signalov ko-rov // Vestnik MGAU. 2015. №2. S. 7.
6. Mishurov N.P., Solov'eva N.F., Coj YU.A. Robotiziro-vannye sistemy v s.-h. proizvodstve. M., 2009.
THE DIGITALIZATION OF MILKING INDIVIDUAL DATA MONITORING IN MUTUAL INTEGRATED COMPUTER
SYSTEM OF CONTROL «STIMULUS-SELEX» - IS BASE OF TECHNOLOGY «BIG DATA» IN DAIRY FARMING A.M. Sedov, candidate of technical sciences FGBNY FNAC VIM
Abstract. Currently in the laboratory of mechatronics, intelligent and computer control systems of FGBNY FNAC VIM was developed milking process's control computer system "Stimulus". The development of its industrial activity will solve the problem of import substitution of foreign automated milking equipment. At present also widespread by RTC "Plinor" new created computer system of breeding records (ASY PY "Selex"). These two systems development's concept is: mutual integration of KSY "Stimulus" and "Selex" to create a platform for individual milking data in dairy farming monitoring digitalization, control and management's transformation digital basics due to technology "Big Data" of Industry 4.0, that will significantly allows the milk production's efficiency and intelligence to i m-prove. The integrated "Stimulus-Selex" system can become a domestic platform for farm animals' automated large-scale selection in the Russian Federation conducting.
Keywords: milking process system of computer control, automated milking equipment's import substitution, dig i-talization of milking individual data monitoring.
1G8
Вестник ВНИИМЖ №3(31)-2G18
