CC BY
29
Обзорная статья
УДК 636.083.1
doi: 10.37670/2073-0853-2022-95-3-166-170
Внедрение новых технологий для автоматизации процессов животноводства
Надежда Леонидовна Лопаева, Ольга Петровна Неверова,
Алина Раязовна Ахметьянова, Павел Викторович Шаравьев
Уральский государственный аграрный университет, Екатеринбург, Россия
Аннотация. В статье освещены основные направления применения робототехнических систем в области животноводства. Выявлены их преимущества и недостатки по сравнению с традиционными способами организации ухода за животными на ферме. Рассмотрены принципы работы данных систем и обоснована экономическая эффективность их применения в современных условиях. Актуальность темы исследования обусловлена высокими темпами внедрения доильных роботов (automatic milking ystem, AMS) в мировом производстве молока, в различных регионах России, в том числе и на Среднем Урале. Проанализирована доильная робототехника разной мощности, применяемая в хозяйствах региона. Рассмотрены социально-экономические причины внедрения робототехники, результаты влияния роботов на экономические показатели производства молока. Использование робототехники в животноводческих хозяйствах даёт возможность снижения применения ручного труда на 50 %, снижения нагрузки на кадры, что необходимо в определённых условиях, например в период пандемии.
Ключевые слова: автоматизация, кормление, доение, уборка навоза, учёт параметров животного.
Для цитирования: Внедрение новых технологий для автоматизации процессов животноводства / Н.Л. Лопаева, О.П. Неверова, А.Р. Ахметьянова и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 3 (95). С. 166 - 170. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-95-3-166-170.
Original article
Introduction of new technologies for automation of animal breeding processes
Nadezhda L. Lopaeva, Olga P. Neverova, Alina R. Akhmetyanova, Pavel V. Sharaviev
Ural State Agrarian University, Yekaterinburg, Russia
Abstract. The article highlights the main areas of application of robotic systems in the field of animal husbandry. Their advantages and disadvantages are revealed in comparison with traditional methods of organizing the care of animals on a farm. The principles of operation of these systems are considered and the economic efficiency of their application in modern conditions is substantiated. The relevance of the research topic is due to the high rate of introduction of milking robots (automatic milking ystem, AMS) in the world milk production, including in the Middle Urals. The milking robotics of different power used in the farms of the region is analyzed. The socio-economic reasons for the introduction of robotics, the results of the influence of robots on the economic indicators of milk production are considered. The use of robotics in livestock farms makes it possible to reduce the use of manual labor by 50 %, reduce the workload on staff, which is necessary in certain conditions, for example, during a pandemic.
Keywords: automation, feeding, milking, manure cleaning, accounting animal data.
For citation: Introduction of new technologies for automation of animal breeding processes / N.L. Lopaeva, O.P. Neverova, A.R. Akhmetyanova et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 95(3): 166-170. (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-95-3-166-170.
Роботизация животноводства необходима не только для решения определённых задач, но и с целью полностью модифицировать организацию хозяйства. Использование роботизированной техники позволяет достичь наивысших результатов и при этом сокращать риски, которые всегда неразрывно связаны с человеческим фактором. Данные системы способствуют повышению общей экономики сельского хозяйства, делают труд в этой сфере более упрощённым для людей. Помимо всего прочего сокращается значительная часть тяжёлого труда, с которым люди не всегда готовы справляться с высоким энтузиазмом и результативностью.
Цель исследования - изучить процессы внедрения и использования робототехнических
систем для автоматизации процессов животноводства.
Материал и методы. Большей продуктивности можно достичь при полной автоматизации с использованием роботов. Вся работа на ферме должна находиться под управлением общей ИТ-системы, которая получает данные от всех звеньев механизированного хозяйства и управляет техникой и прочими приспособлениями. Материал, который собирает программа, хранится в «досье» животного, что позволяет в любое время проводить анализ полученной информации и отслеживать динамику изменений.
Система замечает любые отрицательные изменения, происходящие в жизни животного и подаёт сигнал владельцу фермы, после чего он уже
может на уровне стада, группы или отдельного животного выявить тот фактор, который вызвал проблему. На основе полученной информации можно принять наиболее подходящее решение. Это не только упрощает управление большим хозяйством, но и существенно экономит время и оптимизирует затраты усилий на сбор и обработку информации.
Такая информационная система способна предоставлять полученную информацию о животном в наиболее удобном для человека формате. Программное обеспечение для мобильных устройств позволяет сотруднику фермы вводить или получать данные (например, об осеменении или лечении животного) прямо со своего мобильного телефона или планшета.
Наличие подобной техники является безусловным конкурентным преимуществом фермы.
Результаты и обсуждение. На сегодняшний день наиболее известны следующие системы роботизации животноводства, применяемые в Свердловской области.
1. Доильные роботы.
Доильный робот (робот-дояр) - это система, обеспечивающая автоматическое доение коров на фермах с беспривязным содержанием и добровольным доением [1]. Эти системы позволяют практически полностью исключить негативные влияния человеческого фактора и создать наилучшие условия для животных, а также это позволяет сэкономить на оплате труда и увеличить прибыль за счёт роста удоев. Следует отметить, что преимущества роботов-дояров заключаются не только в большем объёме надоев, который достигается путём тщательного планирования системы доения, но и в увеличении содержания питательных элементов в молоке. Результаты одного из исследований, проведённого на эту тему, отражены в таблице 1.
Один робот-дояр способен обслуживать от 50 до 70 дойных коров, что означает получение от 5000 до 7000 кг молока в год.
При каждом посещении животного система не только обеспечивает доение и одновременное кормление животного, но и проводит комплексный анализ молока, взвешивание животного и передаёт все полученные данные в систему управления [2].
Работизированная система доения не идеальна, наряду с преимуществами имеет и недостатки, но в любом случае гораздо эффективнее, чем ручной труд дояра (табл. 2). Применение роботизированных систем для удоя облегчает и работу ветеринарного врача. С их помощью он
может вести мониторинг за состоянием здоровья животных. Система даёт возможность оценить состояние каждого соска вымени коровы и выявлять признаки мастита даже на ранних стадиях. Для диагностики выявления маститов применяют два параметра - температура молока и электропроводность [3, 4].
2. Автоматизированные системы кормления.
Такие системы отвечают за автоматическое
кормление скота. Они способны до нескольких дней работать независимо. Есть возможность установить схему питания, подходящую к разнообразным группам животных по виду, возрасту, направлению продуктивности и другим параметрам [5].
Автоматизированные системы кормления обычно состоят из нескольких взаимосвязанных частей. В специально отведённом помещении используется грейфер, который выбирает нужный корм, захватывает его и загружает в машину для размешивания и подачи. Автодозатор концентратов с точностью осуществляет контроль нужного объёма корма. Также сохраняется возможность добавления витаминных групп и минеральных подкормок к основной массе. Рацион питания в любой момент можно подкорректировать с помощью компьютера.
Робот определяет уровень кормов с помощью сенсорного датчика. Он обладает информацией о количестве корма в кормушках, о месте его необходимого внесения без участия обслуживающих лиц. Автоматизированная система обеспечивает постоянную подачу свежих кормов. От персонала требуется только вовремя заполнять склад кормами и при необходимости корректировать и вносить изменения в схему кормления [6, 7].
3. Подравниватели (пододвигатели) кормов.
Обычно, когда животные едят корм, они
отодвигают часть его за пределы досягаемости. В традиционном животноводстве скотникам несколько раз в день приходится пододвигать корм к животным. Эта задача вполне поддаётся автоматизации, роботы могут выполнять данную работу 10 - 12 раз в сутки, повышая доступ к корму для животных с низким положением в стаде [8, 9] (табл. 3).
4. Робот - уборщик навоза.
Для улучшения условий содержания животных и защиты их здоровья нужно своевременно убирать навоз из помещений. Ручная уборка навоза в животноводческих помещениях трудоёмкая, может доставлять человеку определённые неудобства и даже вызывать заболевания (в част-
1. Сравнение методов традиционного и роботизированного доения
Метод Удой на корову, кг/сут Протеин, г/сут Жир, г/сут
Традиционное доение 28,5 927 1241
Молочные роботы 29,1 991 1266
Прирост, % 2,1 1,9 2
2. Преимущества и недостатки роботизированных систем доения
Преимущества Недостатки
Значительное увеличение экономической эффективности (надои повышаются с 4000 л в год до 6000 - 8000 л) Стоимость приобретения роботов достаточно высокая, и не каждый фермер может позволить себе такую покупку
Качество молока более высокое Необходимо резервировать электропитание
Роботизированная доильная система соответствует всем потребностям животных. В среднем коровы самостоятельно заходят к роботу на дойку до трёх раз в день, а на обычных фермах, как правило, дойка происходит 2 раза. После отёла коровы могут доиться до пяти раз в день Необходимо периодически проводить техобслуживание квалифицированными специалистами
Менее травматично Отсутствие на рынке российских роботизированных систем
На таких предприятиях у коров значительно реже встречаются маститы Необходимость установки решётчатых полов в помещениях
Для каждого животного во время удоя производится ряд тестов, которые заносятся в уникальное досье, опознаваемое по специальному идентификационному датчику на ухе. Информация сохраняется в базе данных, что позволяет проводить дальнейший анализ. Желательно обучение специалистов за рубежом (главного зоотехника, операторов)
Роботизация фермы позволяет автоматически вести сепарацию молока в зависимости от его качества. Не все дойные коровы имеют идеальное расположение и форму сосков, позволяющее им доиться роботом
Снижается доля работы, которую раньше выполнял человек, следовательно, сокращается число работников, что позволяет сэкономить финансы. В РФ на 200 гол. коров привязного содержания работает обычно 2 скотника и 30 доярок. На роботизированном производстве требуется всего 5 чел.
3. Преимущества подравнивателей кормов
Преимущества для фермера Преимущества для животных
Свежий корм круглосуточно, при низких затратах труда Свежий корм доступен коровам любого ранга
Трудозатраты минимизированы, но производительность труда существенно возрастает Доступность корма в течение всего дня, возможность потреблять его 24 час. в сутки небольшими порциями
Расходы на обслуживание и энергопотребление минимальны Повышение здоровья рубца. Из-за порционности корм лучше усваивается
Зимой не происходит выстуживание коровника (в сравнении с тракторным подталкиванием) Показатель стресса по стаду уменьшается
Возрастание удоев на 0,5 - 1,0 л в день вследствие поедае-мости корма Практически весь корм съедается
Меньше остатков несъеденного корма к концу дня
ности, органов дыхания). Для роботизации этого процесса необходимы помещения со специальным решётчатым полом. Сам робот представляет собой колёсную платформу с электроприводом, работающую на аккумуляторах. Робот проезжает по загону и смывает навоз сквозь решётку [10, 11].
5. BCS-камераучёта параметров животных (DeLaval).
Система, предложенная компанией DeLaval, позволяет автоматически считывать параметры коровы в движении. Это позволяет фермерам и ветеринарным врачам ежедневно отслеживать состояние здоровья животных всего стада [12].
Данную систему можно использовать для мониторинга как отдельной коровы, так и стада в целом, для более точного расчёта рациона питания, а также для оптимизации процессов, влияющих на прибыльность производства.
3D-камера определяет бонитировку стада, информирует о прибавке в весе или недостаточном кормлении.
Наличие на ферме такого оборудования позволяет значительно быстрее принимать важные решения. Это уникальное изобретение, имеющее большие перспективы в современном животноводстве.
Выводы. Роботизация сельского хозяйства неизбежна, просто жизненно необходима в современных условиях. В настоящее российские фермы проходят новый этап развития, и роботы помогут ускорить процесс перехода на более высокий уровень, и в какой-то степени повысить продовольственную безопасность РФ.
Преимущества роботов заключаются в том, что они способны почти полностью заменить ручной человеческий труд, позволяют значительно экономить на оплате труда, получать больше продукции, лучше следить за здоровьем животных и вовремя замечать все отклонения, соответственно снизить себестоимость получаемой продукции.
Полномасштабной роботизации ферм в России мешают высокая стоимость оборудования,
отсутствие квалифицированных специалистов для её обслуживания. Чтобы фермеры покупали роботизированную технику, она должна стоить меньше, чем человеческий труд, но пока это не представляется возможным.
В настоящее время возникли новые препятствия для приобретения зарубежной робототехники, связанные с экономическими санкциями стран-производителей и слабостью процесса импортозамещения в сфере производства отечественных аналогов. Целью разработок в области роботизации животноводческих предприятий является повышение производства продукции животноводства за счёт рационализации и снижения энергоёмкости процессов на предприятиях.
Список источников
1. RoboTrends.ru: Robo-педия [Электронный ресурс]. URL: http://robotrends.ru/robopedia/zhivotnovodstvo-i-roboty (Дата обращения: 01.02.2022).
2. Молочная энциклопедия [Электронный ресурс]. URL: http://milknet.ru/info/show?id=18 (Дата обращения: 01.02.2022).
3. Perfectagro.ru [Электронный ресурс]. URL: http:// www.perfectagro.ru/pdf/mol_giv_vo/mol_giv_13.html (Дата обращения: 01.02.2022).
4. Техническое обеспечение животноводства: учебник / А.И. Завражнов, С.М. Ведищев и др. СПб., М.: Лань, 2021. 516 с.
5. Туманов А.М., Туманова М.И. К вопросу роботизации машин по приготовлению и раздаче кормов // Юный учёный. 2016. № 3 (6). С. 124 - 127.
6. Использование роботизированной техники в условиях откормочного комплекса / А.А. Катков, А.М. Ка-лимуллин, Т.А. Седых и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (77). С. 157 - 160.
7. Техника и технологии в животноводстве: учебник / В.И. Трухачев, И.В. Атанов, И.В. Капустин и др.. СПб., М.: Лань, 2021. 380 с.
8. Бажов Г.М. Технология современного свиноводства: учебн. пособ. СПб., М.: Лань, 2021. 320 с.
9. Технологическая модернизация и реконструкция ферм крупного рогатого скота: монография / В.И. Трухачев, И.В. Капустин, Н.З. Злыднев и др. СПб., М.: Лань, 2022. 296 с.
10. Бородин И.Ф., Андреев С.А. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического
управления: учебник для прикладного бакалавриата. 2-е изд., испр. и доп. М.: Издательство «Юрайт», 2018. 386 с.
11. Тенденции развития инженерного обеспечения в сельском хозяйстве: учебник / А.И. Завражнов, Л.В. Бо-брович и др. СПб.: Лань, 2022. 688 с.
12. BCS камера учёта параметров животных (DeLa-val) [Электронный ресурс]. - URL: https://www.delaval. com/ru/explore/delaval-delpro/precision-analytics/delaval-body-condition-scoring-bcs/ (Дата обращения: 01.02.2022).
References
1. RoboTrends.ru : Robo-pedia [Electronic resource]. URL: http://robotrends.ru/robopedia/zhivotnovodstvo-i-roboty (Date of reference: 01.02.2022).
2. Dairy Encyclopedia [Electronic resource]. URL: http://milknet.ru/info/show?id=18 (Date of application: 01.02.2022).
3. Perfectagro.ru [Electronic resource]. URL: http:// www.perfectagro.ru/pdf/mol_giv_vo/mol_giv_13.html (Date of address: 01.02.2022).
4.. Technical support of animal husbandry: textbook / A.I. Zavrazhnov, S.M. Vedishchev et al. St. Peterburg, M.: Lan, 2021. 516 p.
5. Tumanov A.M., Tumanova M.I. On the issue of robotization of machines for the preparation and distribution of feed. Young scientist. 2016; 3(6): 124-127.
6. The use of robotic technology in the conditions of a fattening complex / A.A. Katkov, A.M. Kalimullin, T.A. Se-dykh et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2019; 77(3): 157-160.
7. Equipment and technologies in animal husbandry: textbook / V.I. Trukhachev, I.V. Atanov, I.V. Kapustin et al. St. Peterburg, M.: Lan, 2021. 380 p.
8. Bazhov G.M. Technology of modern pig breeding: textbook. help. St. Peterburg, M.: Lan, 2021. 320 p.
9. Technological modernization and reconstruction of cattle farms: monograph / V.I. Trukhachev, I.V. Kapustin, N.Z. Zlydnev et al. St. Peterburg, M.: Lan, 2022. 296 p.
10. Borodin I.F., Andreev S.A. Automation of technological processes and automatic control systems: textbook for applied bachelor's degree. 2nd ed., ispr. and dop M.: Yurayt Publishing House, 2018. 386 p.
11. Trends in the development of engineering support in agriculture: textbook / A.I. Zavrazhnov, L.V. Bobrovich et al. St. Peterburg, M.: Lan, 2022. 688 p.
12. BCS animal Parameters Accounting Chamber (DeLaval) [Electronic resource]. URL: https://www.delaval. com/ru/explore/delaval-delpro/precision-analytics/delaval-body-condition-scoring-bcs / (Accessed: 01.02.2022).
Надежда Леонидовна Лопаева, кандидат биологических наук, доцент, Lopaeva77@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-3825-7691
Ольга Петровна Неверова, кандидат биологических наук, доцент, opneverova@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2474-2290
Алина Раязовна Ахметьянова, соискатель, dragon.ice2018@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-6143-1969
Павел Викторович Шаравьев, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, spv2388@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3355-9487
Nadezhda L. Lopaeva, Candidate of Biologу, Associate Professor, Lopaeva77@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-3825-7691
Olga P. Neverova, Candidate of Biologу, Associate Professor, opneverova@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2474-2290
Alina R. Akhmetyanova, research worker, dragon.ice2018@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-6143-1969
Pavel V. Sharaviev, Candidate of Agriculture, Associate Professor, spv2388@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3355-9487
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 01.02.2022; одобрена после рецензирования 18.02.2022; принята к публикации 11.05.2022.
The article was submitted 01.02.2021; approved after reviewing 18.02.2022; accepted for publication 11.05.2022.
-Ф-
Научная статья УДК 631.16
Анализ состояния и пути совершенствования использования тракторного парка, зерноуборочной и кормоуборочной техники агропредприятия
Татьяна Ивановна Сорокина
Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Тюмень, Россия
Аннотация. В статье представлены результаты оценки состояния и использования тракторного парка, зерноуборочной и кормоуборочной техники агропредприятия. Проведена сравнительная оценка эффективности зерноуборочных комбайнов Д0Н-1500Б и ACR0S-550 (РСМ-142). Показано, что при использовании комбайна ACR0S-550 (РСМ-142) по сравнению с комбайном Д0Н-1500Б более чем на 6 % снижаются потери зерна, увеличивается нагрузка на 1 комбайн, сокращаются сроки уборки. Разработан план модернизации и обновления машинно-тракторного парка на агропредприятии. Рассчитана потребность и обоснована целесообразность инвестиций в развитие отрасли растениеводства по следующим направлениям: зерновое хозяйство, семеноводство, кормопроизводство.
Ключевые слова: тракторный парк, состояние и использование, техническое перевооружение, инвестиции.
Для цитирования: Сорокина Т.И. Анализ состояния и пути совершенствования использования тракторного парка, зерноуборочной и кормоуборочной техники агропредприятия // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 3 (95). С. 170 - 176.
Original article
Analysis of the state and ways to improve the use of the tractor fleet, grain harvesting and fodder harvesting equipment of the agricultural enterprise
Tatyana I. Sorokina
Northern Trans-Ural State Agricultural University, Tyumen, Russia
Abstract. The article presents the results of assessing the state and use of the tractor fleet, grain and forage harvesting equipment of an agricultural enterprise. A comparative evaluation of the efficiency of combine harvesters D0N-1500B and ACR0S-550 (RSM-142) was carried out. It is shown that when using the ACR0S-550 (RSM-142) combine, in comparison with the D0N-1500B combine, grain losses are reduced by more than 6 %, the load per 1 combine increases, and the harvesting time is reduced. A plan has been developed for the modernization and renewal of the machine and tractor equipment at the agricultural enterprise. The need is calculated and the expediency of investments in the development of the crop production industry in the following areas is substantiated: grain farming, seed production, fodder production.
Keywords: tractor park; condition and use, technical re-equipment, investments.
For citation: Sorokina T.I. Analysis of the state and ways to improve the use of the tractor fleet, grain harvesting and fodder harvesting equipment of the agricultural enterprise. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 95(3): 170-176. (In Russ.).
Обеспеченность агропредприятий основными средствами производства и эффективность их использования - важнейшие факторы, от которых зависят результаты хозяйственной деятельности. В частности, качество, полнота и своевременность выполнения сельскохозяйственных работ, а следовательно, и объём производства продукции, её себестоимость и финансовое состояние предприятия [1].
Цель воспроизводства тракторного парка, парка зерноуборочной и кормоуборочной техники
сельскохозяйственных предприятий - обеспечение техническими ресурсами, позволяющими достигнуть максимального экономического эффекта при производстве агропродукции в условиях конкуренции. В этой связи техническое оснащение необходимо рассматривать с точки зрения модернизации парка, а не как обновление новой техникой взамен устаревшей и списанной.
Материал и методы. Цель исследования -анализ состояния использования тракторного парка, зерноуборочной и кормоуборочной техники
