CC BY
77
УДК 637.115.6
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДОИЛЬНЫХ РОБОТОВ В МОЛОЧНОМ СКОТОВОДСТВЕ
И.А. Тихомиров, кандидат с.-х. наук В.К. Скоркин, доктор с.-х. наук ИМЖ - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ E-mail: [email protected]
Аннотация. Одним из наиболее перспективных направлений развития отечественного молочного скотоводства является его роботизация, открывающая новые возможности для развития высокодоходного молочного скотоводства в хозяйствах различных форм собственности. Активное использование современных технологий производства способствует не только повышению качества и конкурентоспособности производимой продукции, но и ее успешной реализации. Целью исследования являлось изучение технологических особенностей роботизированных доильных средств в молочном скотоводстве и определение факторов, влияющих на эффективность их применения. Установлено, что использование роботов для доения коров способствует возникновению новой технологии, основная суть которой заключается в самообслуживании животного и которая оставляет корове право на свободу выбора срока и частоты посещений доильного бокса. Частота посещений доильных роботов лактирующими коровами в первую очередь зависит от уровня разового удоя и варьирует от одного до пяти раз в сутки. Применение доильных роботов требует иной организации технологического процесса производства молока с соответствующей планировкой коровника в отличие от традиционных животноводческих помещений. Применение роботов для доения животных снижает эксплуатационные затраты на производство молока на 30%, повышает продуктивность коров на 15-20% и исключает ручной труд при доении животных, способствует увеличению продолжительности хозяйственного использования животных. Это обеспечивается за счет естественного добровольного доения, систематического контроля полноценности кормления и диагностики выявления заболеваний животных по биохимическим показателям молока животных. Ключевые слова: молочное скотоводство, инновационные технологии, автоматизированные доильные системы, доильная робототехника.
Введение. Повысить эффективность и конкурентоспособность молочного скотоводства невозможно без внедрения новейших технологий и технических средств. Технологическая модернизация и техническое переоснащение молочных ферм, комплексов, освоение наукоемких инновационных технологий, связанных с механизацией, автоматизацией производственных процессов, позволят не только увеличить объемы производства высококачественного молока, но и создадут условия для повышения производительности труда и решения проблемы дефицита кадров за счет автоматизации технологических процессов и высокого уровня заработной платы.
Цель исследования - изучение технологических особенностей современных роботизированных доильных систем и определение факторов, влияющих на эффективность их применения в молочном скотоводстве.
Материалы и методы исследования.
Методологической основой исследования являлись труды ведущих отечественных и зарубежных ученых в области использования роботизированных систем доения коров. В ходе исследования использовались методы системного и сравнительного анализа статистического, монографического и текстового материала (статьи из журналов), результаты научно-производственных исследований, полученные в хозяйствах, применяющих доильную робототехнику, обзоры службы государственной статистики и аналитические ресурсы сети Интернет.
Результаты и их обсуждение. Перспективным направлением модернизации молочного скотоводства является создание роботизированных ферм, оснащенных инновационными системами добровольного доения коров, обеспечивающими постоянное выпол-
нение комплекса технологических операций, повторяющихся в строго определенной последовательности, уменьшающими стрессовую нагрузку на животных, исключающими травмы и воспаление вымени, снижающими уровень заболеваемости коров, позволяющими повысить производительность труда, качество производимой продукции и увеличить продуктивное долголетие животных.
Использование роботов для доения коров способствует возникновению практически новой технологии, основная суть которой заключается в самообслуживании животного и которая оставляет корове право на свободу выбора срока и частоты посещений доильного бокса. Исследования показывают, что животные достаточно быстро привыкают к доению роботом и самостоятельно посещают доильный бокс. При этом увеличивается частота доений у высокопродуктивных коров, что благотворно сказывается на здоровье вымени животного и способствует повышению продуктивности до 20%.
При использовании автоматической системы доения проекты коровников должны учитывать то, что в соответствии с суточным режимом дня и физиологическими потребностями животные совершают многократные перемещения по помещению (для доения -до 5 и более раз в сутки, для кормления - в среднем 7 раз). Эксплуатация роботов в коровниках подразумевает соблюдение определенных требований. Каждое автоматически выдаиваемое животное должно давать не менее 7000 кг молока за лактацию. При меньшей продуктивности обслуживаемых коров применение этого оборудования экономически нецелесообразно [1,2].
Роботы автоматизированной системы доения выполняют практически все необходимые при доении функции: обрабатывают вымя до и после доения, одевают и снимают доильные стаканы, дезинфицируют сосковую резину, измеряют удой молока и т. д. Доильные роботы позволяют оценить состояние каждой четверти вымени и своевременно выявить признаки мастита. Эффективность использования роботизированных систем для доения коров заключается не толь-
ко в исключении ручного труда, но и в создании комфортных физиологических условий для самих животных. Корове предоставляется свобода выбора времени и частоты посещения доильного бокса, каждое животное обслуживается в соответствии со своими суточными ритмами.
Исследования отечественных и зарубежных ученых [2,3,4] при доении коров роботом фирмы «<Ье1у» показали, что число доений, выбираемое животными, зависит, главным образом, от их продуктивности. Так, коровы со средним суточным надоем 16,3-26,7 л посещали доильный бокс до двух раз в сутки (35% от общего количества животных), со средним суточным надоем 30,1 л - три раза (48% от общего поголовья), а четыре раза посещали доильный бокс коровы, средний суточный удой которых составил 38 л (таблица 1). Однако для доения роботом пригодны не все животные. При формировании стада приходится отбраковывать 5-15% коров.
Таблица 1. Влияние молочной продуктивности _коров на частоту их доения_
Число доений Число коров Суточный надой от одной коровы, л
средний минимальный максимальный
1 2 16,3 - -
2 20 26,7 16,2 38,9
3 30 30,1 15,5 42,3
4 11 38,0 20,0 51,5
Анализ результатов зарубежных исследований и данных фирм-изготовителей позволил сформировать общие требования, которым должны отвечать животные при доении их роботом:
- высокая молочная продуктивность и уровень молокоотдачи;
- плотно прикрепленное вымя, одинаковые по размеру соски, нижняя точка которых не должна быть ниже 33 см до уровня пола;
- минимальное расстояние между задними сосками 3 см, между передними - 12,5 см;
- диаметр сосков - в пределах от 1,5 до 3,5 см;
- задние соски должны быть ниже самой низкой части вымени на 3 см;
- передний сосок должен находиться на расстоянии не менее 7 см от заднего соска;
- угол отклонения сосков от вертикали не должен превышать 30°;
- диагональное расположение сосков не допускается;
- животное должно быть активное, со здоровыми копытами, нервные коровы подлежат выбраковке.
Ряд фирм-изготовителей доильных роботов, учитывая конструктивные особенности и функциональные возможности своих машин, разрабатывают свои собственные тре-
Данные выводы подтверждают специальные исследования работы роботов различных изготовителей, проведенные в хозяйствах Германии. Так, в хозяйстве «Biechl» стадо в 45,4 молочных коровы (средний размер стада за 60 дней исследований) обслуживал доильный робот Merlin, который совершил за этот период 6851 дойку.
Анализ результатов исследований показал, что при среднем показателе 2,8 доений на одну корову в сутки его значения для отдельных особей варьировали от одной до шести доений. Увеличение частоты посещения доильного робота коровами с 6 до 7 ч утра связано с появлением обслуживающего персонала на ферме, что, как оказалось, стимулирует животных к доению. Снижение посещаемости коровами робота с 7 до 8 ч
бования (таблица 2). Анализ суточного распределения количества доений в зависимости от времени показал, что чаще животные приходят в доильный бокс в 9-11 ч утра и 2021 ч вечера (через 1-2 ч после раздачи им сбалансированного и смешанного кормового рациона).
Рано утром (в 5-6 ч) и во время жвачки и отдыха в доильные боксы приходит меньшее количество животных. Это может служить этологическим подтверждением того, что время доения животных на обычных доильных установках следует пересмотреть.
было связано с его технологическим простоем (осуществлялась выгрузка выдоенного молока из резервуара-охладителя). Максимальное количество посещений коровами робота (5,7 - среднее значение за все время наблюдений) наблюдалось с 10 до 11 ч, а минимальное (3,4) - с 5 до 6 ч.
Исследования в хозяйстве «Feldhaus» показали, что при среднем размере стада в 71,2 коровы за 69 дней исследований доильный робот Astronaut совершил 11871 доений. В среднем, показатель частоты посещений робота составил 2,4 дойки на одну корову в сутки при разбросе показателей от одного до пяти доений. Максимальное количество посещений коровами робота (8,1 - среднее значение за все время наблюдений) отмечалось с 18 до 19 ч, а минимальное (4,7) - с 5 до 6 ч.
Таблица 2. Требования к коровам, п
шгодным для доения доильным роботом VMS фирмы «DeLaval»
Рисунок
Условные обозначения
Параметры
Значения параметра, мм
min
max
A
Расстояние между нижней частью вымени и кончиком заднего соска
B
Расстояние между нижней частью живота и кончиком переднего соска_
C
Расстояние между кончиками сосков и полом
30
30
270
750
D
Расстояние между задним соском и ногой коровы
E
Отклонение сосков от вертикали
Длина сосков
Диаметр сосков
Расстояние между сосками
15
30
15
15
45°
70
50
F
Анализ результатов исследований в хозяйстве «Biechl» (робот Merlin) показал, что средняя молочная продуктивность (6-12 л на 1 корову за одно доение) отмечается в 69% от общего количества доений, в 10% доений продуктивность животных за одно доение превысила 14 кг, а в 1% - однократный надой не превысил 4 кг молока.
Использование роботов показало, что не все коровы охотно посещают доильный бокс. В результате длительных исследований доения коров в однобоксовом роботе специалисты фирмы «Lely» сформулировали пять основных требований, выполнение которых увеличит частоту посещения коровами автоматизированной доильной системы:
1. Необходимо организовать движение коров в помещении таким образом, чтобы оно стимулировало их к регулярному посещению доильных боксов. Выбор способа движения (свободного или управляемого) зависит от планировки животноводческого помещения и состава стада.
2. Медлительных коров, которые посещают доильный робот менее двух раз в сутки, необходимо подгонять к боксу. Рекомендуется подгонять коров с интервалом между доениями 14 ч и более. В течение короткого промежутка времени животные привыкают к необходимости посещения доильного робота.
3. Только животные со здоровыми копытами охотно посещают доильный робот, поэтому необходимо регулярно контролировать состояние копыт и своевременно выполнять уход за ними.
4. Коровы должны иметь круглосуточно свободный доступ к воде и корму.
5. Доильный робот должен надежно работать 24 ч в сутки. Каждая неисправность и простой оборудования оказывают влияние на интервалы между доениями, что может вызвать стресс у животных с последующими негативными последствиями [3,4,5].
Применение роботизированных систем обеспечивает постоянное фиксированное выполнение технологических операций, повторяющихся в строго определенной последовательности, что позволяет уменьшить стрессовую нагрузку на животных. Эффек-
тивность использования роботизированных систем для доения коров заключается не только в исключении ручного труда, но и в создании для молочного скота наиболее благоприятных условий с точки зрения физиологии. Кроме того, доильные роботы позволяют оценивать состояние каждой из четвертей вымени и своевременно выявлять признаки мастита. Для диагностики субклинических маститов используются два параметра -электропроводность и температура молока. Для большей точности диагностики мастита ученые разработали компьютерный анализ трех переменных величин - надоя, температуры и электропроводности молока.
Для оценки технико-технологических характеристик и производственных параметров работы доильных роботов был проведен сравнительный анализ, результаты которого приведены в таблице 3.
Роботы для автоматизированной системы доения выполняют множество функций, которые ранее были частично возложены на доярок. Они подготавливают вымя перед подключением доильного аппарата, находят соски и подключают к ним доильный аппарат, своевременно его снимают, дезинфицируют сосковую резину и подсчитывают количество шагов коровы, сделанных ею после последней дойки (выявление коров в охоте). Роботы подают сигналы селекционным воротам для выборки проблемных коров, измеряют удой молока, кислотность, температуру, содержание соматических клеток и т. д. [5,6,7].
В таблице 4 приведены затраты рабочего времени на доение роботом при трех вариантах организации технологии:
1 вариант - свободное доение. Животное перемещается по коровнику свободно между кормовым столом, индивидуальным боксом и роботом. Корова добровольно проходит дойку.
2 вариант - сначала доение. Для того, чтобы после отдыха попасть к кормовому столу, животное проходит через робот или селекционные ворота.
3 вариант - сначала кормление. Чтобы попасть к индивидуальным боксам из зоны
кормления, животное проходит через систе- Затраты рабочего времени на роботизи-му доения или селекционные ворота. рованном комплексе приведены в таблице 5.
Таблица 3. Сравнительная характеристика роботов-дояров
Показатели Наименование робота
Lely ASTRONAUT SAC Futureline Max/ Double box FULLWOOD Fullwood Merlin М2 Farm Technologies MIone DeLaval VMS
Потребляемая электроэнергия на доение, кВт-ч 0,37 0,55 0,17 0,19 _ *
Среднее время подготовки вымени, с 40 50 34 5-15 70
Среднее время подсоединения с 1 по 4-й сосок, с 10-15 30 10-15 30-40 45-50
Фактическое время доения, мин. 5,0-6,0 5,0-7,0 5,0-6,0 6,0-6,5 6,5-7,4
*нет точных данных
Таблица 4. Затраты времени на доение роботом, мин.
Технологические операции Lely B.1 DeLaval B.1 DeLaval B.2 GEA B.3
Заход в бокс для доения и позиционирование коровы 0,18 0,13 0,12 0,12
Ожидание надевания доильных стаканов - - - 1,40
Сдаивание первых струек молока, очищение сосков вымени 0,81 1,11 1,20 0,78
Надевание доильных стаканов 0,50 1,09 1,56 1,05
Время машинного доения 4,78 4,93 3,75 6,72
Гигиеническое смазывание сосков вымени (распыление) 0,10 0,10 0,10 -
Выход из бокса 0,23 0,22 0,32 0,22
Продолжительность пребывания в боксе для доения 6,60 7,58 7,20 10,40
Таблица 5. Затраты рабочего времени на роботизи
юванном комплексе, мин.
Рабочий процесс Lely B.1 DeLaval B.1 DeLaval B.2 GEA B.3
Менеджмент стада на компьютере, контроль доения 1,10 0,60 0,90 0,90
Подгон коров к роботу 2,15 2,50 1,50 1,30
Помощь при начале доения 0,70 0,50 0,50 0,45
Поддой коров после отела 0,41 0,40 0,40 0,42
Сухостойные коровы в роботе 0,26 0,26 0,26 0,26
Уход за выменем в роботе 0,04 0,04 0,04 0,04
Уборка и мойка робота 1,30 1,60 1,30 1,30
Основным достоинством роботизированных комплексов доения является существенная экономия затрат труда. При этом достигается высокий уровень физиологичности доения вследствие строгого соблюдения технологии [8-13].
Выводы. Эффективность использования роботизированных систем доения коров заключается не только в преимуществах автоматизации индустриального производства, но и в достижении технологического эффекта путем создания физиологически более благоприятных условий для молочного скота.
Применение доильных роботов позволяет: сократить затраты ручного труда на молочном комплексе на 30%; увеличить про-
дуктивность коров на 10-20%; увеличить хозяйственное использование коров за счет создания им комфортных условий; повысить престижность труда в молочном скотоводстве.
Литература:
1. Marcussen D. The Basics of Dairy Cattle Production. Denmark, 2007. 234 s.
2. Кормановский Л.П., Иванов Ю.А., Текучев И.К. Перспективы применения доильных роботов на фермах России // Тр. 14 Межд. симпозиума по машинному доению с.-х. животных. Углич, 2008. С. 46-55.
3. Artmann R. Ergebnisse aus langjährigem Praxiseinsatz von Melkrobotern // Konferenzmaterialen der 7 Internationalen Tagung. Darmstadt, 2005. S. 145-150.
4. Науменко А. Роботизированные системы в молочном животноводстве // Вестник ХТУСХ. 2014. № 144.
5. Инструкция по эксплуатации VMS Mgmt // VMS Client, 2008. 298 с.
6. Тихомиров И.А., Скоркин В.К. Опыт использования доильных роботов в молочном скотоводстве на примере хозяйств Калужской области // Вестник ВНИИМЖ. 2019. № 1(33). С. 160-165.
7. Герасименко И.В. К вопросу повышения эффективности роботизации системы доения коров. URL: https://moluch.ru/th78/archive/57/2167/
8. Цой Ю.А., Кирсанов В.В. Функционально-стоимостной анализ роботизированных систем и выбор альтернативных вариантов добровольного доения коров // Техника и оборудование для села. 2014. № 8. С. 33.
9. Григорьев Д.А. Технология машинного доения коров на основе конвергентных принципов управления автоматизированными процессами. Гродно, 2017.
10. Скоркин В.К. Резервы повышения производительности труда за счет автоматизации подготовительно-заключительных операций при доении коров // Вестник ВНИИМЖ. 2015. № 3(19). С. 62-68.
11. Иванов Ю.А., Новиков Н.Н. Автоматизация процессов как фактор повышения эффективности производства животноводческой продукции // Сборник научных докладов ВИМ. 2006. Т. 1. С. 104-109.
12. Тихомиров И.А., Скоркин В.К., Рахманова Т.А. Соблюдение технологии машинного доения - залог повышения качества молока и продуктивного долголетия коров // Вестник ВНИИМЖ. 2017. № 4. С. 53.
13. Иванов Ю.А. Научные проблемы управления технологическими процессами и качеством продукции животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2013. № 2(10). С. 10-17.
Literatura:
1. Marcussen D. The Basics of Dairy Cattle Production. Denmark, 2007. 234 s.
2. Kormanovskij L.P., Ivanov YU.A., Tekuchev I.K. Per-spektivy primeneniya doil'nyh robotov na fermah Rossii // Tr. 14 Mezhd. simpoziuma po mashinno-mu doeniyu s.-h. zhivotnyh. Uglich, 2008. S. 46-55.
3. Artmann R. Ergebnisse aus langjährigem Praxiseinsatz von Melkrobotern // Konferenzmaterialen der 7 Internationalen Tagung. Darmstadt, 2005. S. 145-150.
4. Naumenko A. Robotizirovannye sistemy v molochnom zhivotnovodstve // Vestnik HTUSKH. 2014. № 144.
5. Instrukciya po ekspluatacii VMS Mgmt // VMS Client, 2008. 298 s.
6. Tihomirov I.A., Skorkin V.K. Opyt ispol'zovaniya doil'nyh robotov v molochnom skotovodstve na primere ho-zyajstv Kaluzhskoj oblasti // Vestnik VNIIMZH. 2019. № 1(33). S. 160-165.
7. Gerasimenko I.V. K voprosu povysheniya effektivnos-ti robotizacii sistemy doeniya korov. URL: https://mo-luch.ru/ th/8/archive/57/2167/
8. Coj YU.A., Kirsanov V.V. Funkcional'no-stoimostnoj analiz robotizirovannyh sistem i vybor al'ternativnyh var-iantov dobrovol'nogo doeniya korov // Tekhnika i oboru-dovanie dlya sela. 2014. № 8. S. 33.
9. Grigor'ev D.A. Tekhnologiya mashinnogo doeniya korov na osnove konvergentnyh principov upravleniya avto-matizirovannymi processami. Grodno, 2017.
10. Skorkin V.K. Rezervy povysheniya proizvoditel'nosti truda za schet avtomatizacii podgotovitel'no-zaklyuchitel'-nyh operacij pri doenii korov // Vestnik VNIIMZH. 2015. № 3(19). S. 62-68.
11. Ivanov YU.A., Novikov N.N. Avtomatizaciya proces-sov kak faktor povysheniya effektivnosti proizvodstva zhivotnovodcheskoj produkcii // Sbornik nauchnyh dokla-dov VIM. 2006. T. 1. S. 104-109.
12. Tihomirov I.A., Skorkin V.K., Rahmanova T.A. Sob-lyudenie tekhnologii mashinnogo doeniya - zalog povy-sheniya kachestva moloka i produktivnogo dolgoletiya korov // Vestnik VNIIMZH. 2017. № 4. S. 53.
13. Ivanov YU.A. Nauchnye problemy upravleniya tekh-nologicheskimi processami i kachestvom produkcii zhi-votnovodstva // Vestnik VNIIMZH. 2013. № 2(10). S. 10-17.
TECHNOLOGICAL FEATURES OF MILKING ROBOTS IN LIVESTOCK USING I.A. Tihomirov, candidate of agricultural sciences V.K. Skorkin, doctor of agricultural sciences IMJ - filial of FGBNY FNAC VIM
Abstract. One of the most promising directions of dairy cattle breeding development is its robotization, opening up new opportunities for high-production dairy cattle breeding on various ownership's form's farms development. The modern producing technologies active using contributes not only in the products' quality and competitiveness improving, but also their successful implementing. This study purpose was dairy farming robotic milking machines technological features to learn and the factors affecting on their effectiveness to determine. It is established that the milking cows' robots using contributes to a new technology emergence, the main essence of which is animal self-servicing and that gives the cow of the milking box's visit time and frequency right choosing. The milking robots visits' frequency by lactating cows depends primarily on single milk yield level and varies from one to five times a day. The milking robots using requires milk production process different organization at the cowshed in contrast to traditional livestock facilities' appropriate design. The robots' using for animals' milking milk production operating costs in 30% to reduce, cows' milk production in 15-20% to increase, manual labor at animals' milking to eliminate, helps the animals' economic use to improve. This is achieved through animals' natural voluntary milking, feeding's fullness systematic monitoring and animal diseases diagnostics based on the animal milk's biochemical parameters. Keywords: dairy cattle breeding, innovative technologies, automated milking systems, milking robotics.
