CC BY
46
УДК 631.152:658.012.011.56:631.223.2
УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В МОЛОЧНОМ ЖИВОТНОВОДСТВЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННОЙ КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННОЙ ТЕХНИКИ
Ю.А. Иванов, академик РАН
В.К. Скоркин, доктор с.-х. наук
Н.Н. Новиков, кандидат технических наук
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: vniimzh@mail.ru
Аннотация. В работе предложены методы эффективного использования компьютерной техники на молочной ферме для экспресс-анализа состояния здоровья животных, своевременной диагностики заболеваний, корректировки рационов кормления, оценки состояния технических средств, планирования ремонтных и профилактических работ. Рассмотрены методики обработки результатов измерений, полученных с помощью автоматического анализатора молока, с целью получить обобщенные данные, позволяющие с различной степенью детализации оценить уровень заболеваемости маститом, кетозом, качество сборного молока и др. Решение поставленных задач достигнуто путем использования компьютеров, данных автоматической аналитической техники с высокой производительностью выполнения анализов 200-300 и более (до 500) анализов в час. Каждый анализ содержит более 10 параметров и включает такие показатели, которые с достоверностью позволяют на ранней стадии (субклинический мастит, кетоз и др.) выявлять нарушения технологических процессов. Погрешность результатов измерения не превышает 1%. Это и позволяет, как показал опыт, использовать приборы в настоящее время для управления производством высококачественного молока. Другой составляющей эффективности рассматриваемых методов является возможность обслуживания одной лабораторией многих хозяйств в зоне нескольких сотен километров, что снижает стоимость обслуживания до значения, доступного для пользователей. Ключевые слова: молочные фермы, аппаратурный мониторинг, интеллектуальное управление.
Введение. Важным условием эффективного производства молока на молочно-товар-ных фермах является мониторинг состояния дойного стада, качества получаемой продукции, исправности технологического оборудования. Перечисленные задачи могут быть решены путем использования данных, получаемых по результатам экспресс-анализа молока (рис. 1).
Экспресс анализ молока каждого животного позволяет достоверно оценить его физическое состояние. Обработка и обобщение анализов многих животных способствует поддержанию высоких показателей по надоям и качеству продукции, выявлению проблем при выполнении технологических операций, своевременной корректировке рационов, планов ремонтов и техобслуживания технологического оборудования [1]. Опыт показал, что такой подход в наибольшей степени благоприятствует решению пере-
численных задач, т.к. позволяет с высокой достоверностью выявлять проблемы производства на самой ранней стадии. Достигается существенная экономия ресурсов за счет увеличения количества и повышения качества продукции, снижения заболеваемости и падежа животных, экономии кормов [2].
Рис. 1. Комплект оборудования экспресс-анализатора молока
Экспресс-анализ молока животного содержит данные, представленные в таблице 1. Сам прибор, выполняющий экспресс-анализ, имеет производительность 250-300 и до 500 анализов в час. Эта производительность дает возможность обслужить оперативным наблюдением порядка 20000 голов животных молочных ферм, расположенных на удалении до 300 км. Проба содержит около 50 мл молока, погрешность выполнения анализа не превышает 1%.
Такие показатели экспресс-анализа основной продукции молочных ферм позволяют сделать этот анализ рентабельным при коллективном обслуживании хозяйств, т.к. уменьшают стоимость выполнения анализа до величины, доступной потребителям. Поэтому создание сети лабораторий экспресс-
анализа молока для молочной отрасли в настоящее время является актуальным.
Метод исследования. Известные технические решения экспресс-анализаторов молока, которые находятся в эксплуатации, работают как измерительные приборы, позволяющие получить фактические данные по каждой пробе согласно таблице 1. Таблицы 2-5 содержат данные, которые заложены в алгоритмы результатов первичных анализов. Для повышения эффекта от использования прибора на молочной ферме требуется совершенствование его программного обеспечения, чтобы наряду с первичными данными измерений в информационно-советующем режиме пользователям также предоставлялись и рекомендации о мерах, которые целесообразно принять в сложившихся условиях.
Таблица 1. Фрагмент записи результатов экспресс-анализа молока. Лист 1, блок 6, дата 22.01.2017
№ пробы № п/п Pos Содержание Кислотность, pH
жира, % FatB(T) протеина, % Prot(T) лактозы, % Lact(T) мочевины, г/100мл Urea соматических клеток, тыс/мл Cell сухого вещества, % TS(T) ацетона, мг% Aceton ß-гидро-ксибутират, мг% BNB
61 1 4,33 3,3 4,55 0,0315 168 12,77 0,18 0,07 6,5
62 2 5,12 2,56 4,86 0,0326 340 13,04 0,36 0,13 6,67
63 3 4,88 3,3 4,53 0,0259 108 13,26 0,24 0,08 6,55
64 4 4,59 3,38 4,73 0,0270 127 13,26 0,18 0,06 6,57
Таблица 2. Оценка состояния животного, технологического оборудования по данным измерения соматических клеток в молоке животного и рекомендуемые действия по результатам измерений
Число соматических клеток, тыс/мл Оценка состояния животного, производства Рекомендуемые действия
Менее 170 Животное здорово, сбалансированный рацион, оборудование в рабочем состоянии Продолжать выполнение производственной программы
170-500 Диагностируется заболевание, если животное не из первой физиологической группы, не старше 5 лет, соблюдается гигиена вымени, технология доения Требуется перевод под наблюдение
500-1000 Наиболее вероятен субклинический мастит. Недостаточная гигиена вымени, несоблюдение технологии доения, дефекты доильного оборудования Перевести животное на доение в ведро, начать лечение. При массовом заболевании животных сделать профилактику доильного оборудования, проверить квалификацию персонала
Более 1000 Клинический мастит Перевод на доение в ведро, лечение. Заменить или отремонтировать доильное оборудование (высокий, низкий или нестабильный вакуум, изношенная сосковая резина, отсутствие контроля потока молока, несвоевременное отключение доильных стаканов и т.п.), проверка соблюдения технологии (надевание доильных стаканов, соблюдение гигиены вымени, общей санитарии), ошибки в кормлении (недостаток энергии, дефицит сырой клетчатки, недостаток витаминов, микроэлементов, селена)
Таблица 3. Оценка кормления коров по результатам измерения содержания молочного жира в молоке
Содержание молочного жира Наиболее вероятные причины нарушений при кормлении Рекомендуемые действия
Менее 3,3%, соотношение жир/ белок менее 1,1 Недостаточна энергетика корма, мало сырой клетчатки, плохая структура корма, несоблюдение технологии кормления, слишком резкая смена вида корма, некачественное приготовление и состав корма и концентратов Улучшить качество основных кормов, контролировать степень измельчения, не допускать превышения доли крахмала и сахара в общем рационе более 25%, при необходимости добавлять в рацион 0,5-1,0 кг соломы, уменьшить долю влажных сенажей, основной корм давать вволю, установить одинаковый рацион утром и вечером, продлять время кормления, чаще пододвигать (раздавать) корм, медленно и плавно менять корма (минимально в течение недели), применять подготовительное кормление перед отелом, плавно увеличивать долю концентратов после отела, сбалансировать концентраты, выдавая не более 2 кг за 1 кормление, применять комбикорм с повышенным содержанием кукурузы, контролировать содержание жира (не более 5% в общем рационе), уменьшить содержание макухи, соды, оксида магния
Более 4,5-5,0% в начале лактации, резкое снижение во время 2-й и 3-й контрольных доек Животное перекормлено в конце лактации, недостаточно энергии после отела Применить дозированное кормление коров в последней стадии лактации, а также сухостойных коров, выполнить подготовительное кормление перед отелом, после отела кормить вволю высококачественным основным кормом и правильно дозированным комбикормом, выполнить профилактику кето-за, добавляя в корма пропионат натрия, пропилен гликоль
Изменение на более 1,0% в течение года, за исключением периода трех недель после отела Изменение состава и качества основного корма Стабильное кормление, плавный переход от одного корма к другому, применение кукурузного силоса, скармливание грубых кормов
Накоплен определенный опыт обработки и анализа данных о состоянии производства на молочных фермах [3,4] различными способами: визуальному наблюдению, бонитировке, лабораторному биохимическому исследованию и др. В данной работе этот опыт использован для разработки алгоритмов обработки первичных данных экспресс анализатора молока и подготовки сводной информации о состоянии производства.
Результаты и их обсуждение. Обработка данных результатов анализа молока на содержание соматических клеток позволяет оперативно оценить состояние здоровья вымени животных, достоверно зафиксировать появление субклинической стадии заболевания маститом, а также оценить состояние оборудования доения, косвенно судить о сбалансированности рационов (таблицы 2, 6).
В молоке каждой коровы содержатся соматические клетки; количество их в 1 мл зависит от индивидуальных особенностей животного: периода лактации (в первые три недели после отела соматика выше), возраста (чем старше, тем клеток больше), породы и
т.д. В анализах молока отдельных коров содержание в 1 мл от 10 до 170 тыс. соматических клеток свидетельствует о том, что животное здорово, во всех остальных случаях к животному требуется повышенное внимание. При содержании клеток в 1 мл сборного молока выше 200 тыс. потери продукции составляют до 2%; требуется реакция зооветеринарной службы. Наиболее часто причиной повышения соматики в молоке является заболевание вымени маститом. Животные, заболевшие маститом, должны изолироваться от здоровых и доиться в ведро.
Подмешивать маститное молоко к молоку здоровых коров не допускается. Повышение содержания соматических клеток одновременно у многих животных может быть вызвано нарушением режима работы доильного оборудования, а также ошибок в кормлении (недостаток энергии, дефицит сырой клетчатки, микроэлементов, селена) или погрешностями содержания: наличие острых ограждений, гладкой поверхности пола, приводящие к травмам вымени и сосков (таблица 6). Еще большую информацию дают анализы
содержания в молоке жира, белка, мочевины. Содержание молочного жира позволяет судить о дозировке кормов и структуре рациона животных, количестве поедаемого корма, содержании в общей массе грубых, сочных кормов по отношению к концентрированным (таблица 3).
Изменение содержания молочного жира рассматривается в зависимости от стадии лактации (таблица 7). Высокое, более 5%, содержание жира в молоке чаще всего свидетельствует о перекорме животных в пре-
дыдущей лактации и во время сухостоя, у них резко повышается надой в начале лактации, и они в текущее время едят мало корма.
Низкое содержание жира может быть следствием ацидоза из-за нарушения структуры рациона: увеличения потребления высоко крахмалистых концкормов и снижения доли в кормах структурной клетчатки. Содержание жира также может понизиться из-за повышения температуры окружающего воздуха выше +27°С в комбинации с высокой влажностью.
Таблица 4. Оценка кормления коров по результатам измерения содержания белка и мочевины в молоке
Содержание белка, % Содержание мочевины в молоке, мг/100 мл Наиболее вероятные причины нарушений в кормлении Рекомендуемые действия
<3,20 Меньше 0,0150 Недостаточное обеспечение энергией, сырым протеином и усвоенным в кишечнике протеином Улучшить качество основного корма; повысить количество потребления корма, количество комбикорма в соответствии с продуктивностью; повысить содержание сырого протеина в рационе; не перекармливать коров в конце лактации
<3,20 0,0150-0,0300 Недостаточное обеспечение энергией и усвоенным в кишечнике протеином Улучшить качество основного корма; повысить количество потребления корма и количество комбикорма в соответствии с продуктивностью, использовать сырье с высокой долей нерасщепляемого в рубце протеина (соевый жмых, жмых тыквенного семени, пивная дробина, кукуруза, сухой жом)
3,20-3,60 Меньше 0,0150 Недостаток сырого протеина Повысить содержание сырого протеина в рационе, использовать богатые белком корма с высокой долей нерасщепляемого в рубце протеина
3,20-3,60 0,015-0,030 Сбалансированное кормление Выполнять производственную программу
3,20-3,60 более 0,030-0,035 Избыток сырого протеина Снизить содержание сырого протеина в рационе
>3,60 меньше 0,0150 Избыток энергии и недостаток сырого протеина Коровам последнего периода лактации снизить количество концентратов, снизить количество кукурузного силоса, использовать богатое белком сырье с высокой долей нерасщепляемого в рубце протеина
>3,60 0,015-0,030 Избыток энергии Коровам последнего периода лактации снизить количество концентратов, снизить количество кукурузного силоса, повысить содержание сена
>3,60 более 0,030-0,035 Избыток энергии и протеина Коровам последнего периода лактации снизить количество концентратов и сырого протеина, снизить количество кукурузного силоса
Таблица 5. Оценка рациона коров по результатам измерения содержания в-гидроксибутирата (ВНВ)
Содержание ВНВ Наиболее вероятные причины Рекомендуемые действия
Менее 0,1-0,2 мг/децилитр Норма Выполнять производственную программу
Более 0,5 мг/децилитр Избыточное кормление концкормами на фоне недостатка грубых кормов, энергетический дефицит в сочетании с белковым перекормом во время раздоя, энергетический и белковый перекорм во время затухания лактации, скармливание недоброкачественных кормов, недостаточное солнечное облучение, низкий воздухообмен Сахаро-протеиновое отношение поддерживать на уровне 1:1, крахмала к сахарам 1,5:1; соблюдать технологию раздоя, не до-пускать энергетического дефицита и перекорма в стадиях затухания лактации и сухостоя; в зимне-стойловый период активный моцион на расстояние 2-3 км в день
Содержание белка в молоке показывает уровень обеспеченности энергетической составляющей корма (таблица 4). Считается нормой, если в первой трети лактации вследствие высоких удоев содержание белка снижается, оставаясь на уровне несколько выше 3,1%. В поздней стадии лактации удои снижаются, а животное набирает вес, содержание белка в молоке возрастает до 3,8%. Соотношение содержания жира и белка в молоке должно быть в пределах от 1,1:1 до 1,5:1, что свидетельствует о сбалансированном кормлении. Значение показателя более 1,5 может быть следствием низкого качества грубых кормов и недостатка концентратов. Этому сопутствует низкая молочная продуктивность и низкое содержание белка. Показатель ниже 1,1 реализуется при рационе, перенасыщенном концентратами.
Содержание мочевины в молоке показывает, сохраняется ли баланс азота в рубце
желудка животного, который обеспечивается соответствующим рационом. В норме в 100 мл молока должно содержаться 20-25 мг мочевины. Содержание мочевины более 30-35 мг указывает на избыток азота и сырого протеина в рубце и на необходимость соответствующей коррекции рациона. По данным ряда исследователей 12-80% коров, продуктивность которых выше 4000 кг, подвержены заболеванию кетозом. Кетоз вызывает снижение молочной продуктивности на 10-15%, расстройство функции воспроизводства, сокращение срока использования, преждевременную выбраковку на мясо, падеж народившихся телят и поэтому приносит значительный материальный ущерб. Начальная стадия заболевания - субклинический кетоз. Он может быть диагностирован измерением содержания кетоновых тел в молоке - Р-гид-роксибутирата (ВНВ), определяемом в анализах молока на разные даты (таблица 5).
Таблица 6. Оценка состояния стада, производства по данным измерения соматических клеток _в сборном молоке и рекомендуемые действия по результатам измерений_
Число соматических клеток, тыс/мл Оценка состояния стада, производства Рекомендуемые действия
Менее 200 Очень хорошее, животные здоровы, сбалансированный рацион, оборудование в рабочем состоянии, нет потерь молока Продолжать выполнение производственной программы
200-300 Хорошее, возможно снижение иммунитета, потери продукции до 2% Выполнить внеочередной анализ качества кормов, скорректировать рацион
300-400 Удовлетворительное, возможно снижение иммунитета, субклинический мастит, потери продукции до 4% В стаде до 20% больных коров, которых следует доить в ведро и лечить. Сбалансировать рацион, сделать внеочередную профилактику доильного оборудования
400-500 Неудовлетворительное, снижение иммунитета, субклинический мастит, потери продукции до 5% В стаде до 30% больных коров, которых надо доить в ведро и лечить. Сбалансировать рацион, сделать внеочередную профилактику доильного оборудования
500-700 Плохое, снижение иммунитета, субклинический мастит, потери продукции более 5% В стаде до 40% больных коров, которых следует доить в ведро и лечить. Сбалансировать рацион, провести внеочередную профилактику доильного оборудования
Более 700 Очень плохое, снижение иммунитета, субклинический и клинический мастит, потери продукции более 12% В стаде до 50% больных коров, которых необходимо доить в ведро и лечить. Сбалансировать рацион, сделать внеочередную профилактику доильного оборудования
Таблица 7. Усредненные показатели динамики некоторых компонентов молока по стадиям лактации
Показатель молоко в основном перио- молозиво стародойное молоко
де лактации (280 дн.), % (5-7 дн. после отела),% (за 10-15 дн. до отела),%
Массовая доля сухих веществ 12,5 Т 25-30 Т 16-17
Массовая доля жира 3,5 Т 5,4 Т 6,7
Массовая доля белка 3,2 Т 15,2 (за счёт сывороточных белков) Т 5,3
Массовая доля лактозы 4,8 4 3,3 4 3,7
Контроль стада на ВНВ следует проводить для первотелок не менее одного раза в неделю в первые две-четыре недели лактации, а также проблемных коров и всех коров во время тепловых стрессов. Выявление ке-тоза на субклинической стадии и своевременные действия по устранению причин заболевания позволяют полностью исключить ущерб от заболевания. С помощью экспресс-анализа и оперативной обработки результатов можно контролировать также содержание ацетона в молоке, что позволяет своевременно корректировать рационы животных, предотвращая нарушение рубцового пищеварения и белкового обмена в желудке коров вследствие обильного кормления концкор-мами. Повышение концентрации ацетона в молоке до 3-5 мг% также наблюдается при кетозах. При соблюдении производственной программы фермы в молоке коров содержатся следы ацетона (0,01-0,12 мг%). По результатам обработки данных экс-пресс-анализа молока формируются сводные ведомости «Соматика, Лактоза, Мочевина, Кетоз». Эти ведомости и используются для управления производством на ферме. Они передаются на ферму вместе с первичными анализами.
Выводы. Экспресс-анализ молока может использоваться на молочных фермах при управлении производством, позволяя обеспечить получение молока высокого качества за счет своевременной диагностики заболеваний животных, необходимости корректиров-
THE TECHNOLOGICAL PROCESSES IN DAIRY CATTLE MANAGEMENT BY MODERN COMPUTERIZED
MACHINERY USING
Y.A. Ivanov, RAS academician V.K. Skorkin, doctor of agricultural sciences N.N. Novikov, candidate of technical sciences All-Russian research institute of livestock mechanization
Abstract. The work proposes the computer machinery effective methods using on a dairy farm for the express-analysis of animals' health condition, timely diagnostics of diseases, feeding rations correction, technical means' cond i-tion assessment, repair and preventive works planning. The methods of the measurements results processing obtained by the automatic milk analyzer using with the aim to aggregate data to receive, allowing at different levels of detalization the mastitis, ketosis incidence's rate, assorted milk quality etc to evaluate, are considered. The decision of the given tasks is achieved by the computers, data of automatic analytical machinery using with high performance of analyses in 200-300 or more (up to 500) analyses per hour. Each analysis contains more than 10 parameters and includes such indicators that allow with high level of reliability at an early stage (subclinical mastitis, ketosis, etc.) to detect of technological processes' violations. The error of results' measurement does not exceed 1%. This makes it possible, as experience had shown, at present the devices for the high-quality milk production's control to use. Another component of the considered methods effectiveness is the ability of one laboratory serving of many farms in the several hundred kilometers' area, that the maintenance cost's reducing till value available to users. Keywords: dairy farms, equipment monitoring, intelligent management.
ки рационов, профилактики и ремонта оборудования. Значительная стоимость выполнения оперативных анализов молока компенсируется высокой производительностью аналитического прибора и вследствие этого возможностью охвата обслуживанием большого числа молочных ферм. Эффективное использование экспресс-анализатора на фермах достигается совершенствованием его программного обеспечения с тем, чтобы вместе с первичными данными измерений пользователям предоставлялись рекомендации о мерах, которые целесообразно принять в сложившихся условиях.
Литература:
1. Иванов Ю., Новиков Н. Автоматизация процессов как фактор модернизации животноводства и его инновационного развития // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №1.
2. Стратегия развития механизации и автоматизации животноводства на период до 2030 г. М., 2015. 150 с.
3. Рекомендации по техническому перевооружению молочно-товарных ферм на 100, 200, 400 голов и свиноводческих ферм / Скоркин В.К. и др. М., 2003.
4. Молочное скотоводство России. М., 2013.
Literatura:
1. Ivanov YU., Novikov N. Avtomatizaciya processov kak faktor modernizacii zhivotnovodstva i ego innovacionno-go razvitiya // Vestnik VNIIMZH. 2013. №1.
2. Strategiya razvitiya mekhanizacii i avtomatizacii zhivotnovodstva na period do 2030 g. M., 2015. 150 s.
3. Rekomendacii po tekhnicheskomu perevooruzheniyu molochno-tovarnyh ferm na 100, 200, 400 golov i svino-vodcheskih ferm / Skorkin V.K. i dr. M., 2003.
4. Molochnoe skotovodstvo Rossii. M., 2013.
