Устройство Fullwood Merlin AMS 1990-х годов, выставка в Немецком музее в Германии.
Автоматическое доение — это доение молочных животных , особенно молочного скота , без участия человека. Автоматические доильные системы (AMS), также называемые системами добровольного доения (VMS), были разработаны в конце 20 века. Они были коммерчески доступны с начала 1990-х годов. Ядром таких систем, позволяющим полностью автоматизировать процесс доения, является своего рода сельскохозяйственный робот . Поэтому автоматизированное доение еще называют роботизированным доением . [1] Общие системы основаны на использовании компьютеров и специального программного обеспечения для управления стадом . Их также можно использовать для мониторинга состояния здоровья коров.
Автоматизированное доение
Корова и доильный аппарат – частичная автоматизация по сравнению с ручным доениемРоторный доильный зал – более высокая эффективность по сравнению со стационарными доильными залами, но все же требует ручного труда с доильными аппаратами и т. д.
Основы – процесс доения и графики доения
Процесс доения — это совокупность задач, специально посвященных получению молока от животного (а не более широкой области молочного животноводства ). Этот процесс можно разбить на несколько подзадач: сбор животных перед дойкой, направление животных в доильный зал, осмотр и очистка сосков , прикрепление доильного оборудования к соскам и часто массирование задней части вымени, чтобы высвободить задержку молока. , доение молока, вынос доильного оборудования и вывод животных из зала.
Поддержание надоев молока в период лактации (около 300 дней) требует постоянных интервалов доения, обычно два раза в день и с максимальным промежутком времени между дойками. [2] Фактически, все действия на молочной ферме должны быть запланированы вокруг процесса доения. Такой режим доения накладывает ограничения на управление временем и личную жизнь отдельного фермера , поскольку фермер обязан доить ранним утром и вечером семь дней в неделю, независимо от личного здоровья, семейных обязанностей или социального графика. Это ограничение времени усугубляется для одиноких фермеров и фермерских семей, если дополнительную рабочую силу невозможно легко или экономически выгодно получить, и это является фактором упадка мелкомасштабного молочного животноводства. Такие методы, как доение один раз в день и добровольное доение (см. ниже), были исследованы с целью сокращения этих временных ограничений.
Прогресс автоматизации в 20 веке
Чтобы облегчить труд, связанный с доением, большая часть процесса доения в течение 20-го века была автоматизирована: многие фермеры используют полуавтоматическое или автоматическое управление движением коров (приводные ворота и т. д.), доильные машины (базовая форма была разработана в конец 19 века) имеет полностью автоматизированную экстракцию молока, а также автоматическое снятие доильного аппарата после доения. Существуют автоматические системы опрыскивания сосков, однако ведутся споры по поводу их эффективности очистки. [ нужна цитата ]
Машинное доение работает с использованием вакуумного давления для извлечения молока у коров. Специализированные машины создают постоянный вакуум над соском коровы, аккуратно высасывая молоко и перекладывая его в контейнер. Кроме того, эти машины периодически оказывают внешнее давление на весь сосок, что помогает поддерживать правильное кровообращение. [3]
Последними задачами ручного труда, оставшимися в процессе доения, были чистка и проверка сосков, а также крепление доильного оборудования (доильных стаканов) к соскам. Автоматическая очистка и установка доильных стаканов — сложная задача, требующая точного определения положения сосков и ловкого механического манипулятора. Эти задачи были успешно автоматизированы в системе добровольного доения (VMS) или автоматической системе доения (AMS).
Автоматические доильные системы (АМС)
Старая установка Lely Astronaut AMS за работой (доение)
С 1970-х годов было затрачено много исследовательских усилий на изучение методов облегчения ограничений в управлении временем в традиционном молочном животноводстве, кульминацией которых стала разработка автоматизированной системы добровольного доения. В научно-исследовательском институте Силсо есть видео исторической разработки доильного робота.
Добровольное доение позволяет корове самостоятельно выбирать время и интервалы доения, а не доить ее как часть группы в установленное время доения. AMS требует полной автоматизации процесса доения, поскольку корова может выбрать вариант доения в любое время.
Доильный аппарат состоит из доильного аппарата , датчика положения сосков (обычно лазера ), роботизированной руки для автоматического наложения и снятия доильных стаканов и системы ворот для контроля движения коров. Коровы могут постоянно содержаться в коровнике и проводить большую часть времени, отдыхая или кормясь, в зоне беспривязного содержания. Если коров также необходимо выпасать, некоторые производители AMS рекомендуют использовать селекционные ворота, позволяющие допускать на внешние пастбища только тех коров, которые были доены.
Когда корова решает войти в доильный аппарат (из-за очень вкусного корма, который она находит в доильном боксе), датчик идентификации коровы считывает идентификационную метку ( транспондер ) на корове и передает идентификатор коровы в систему управления. Если корову доили слишком недавно, система автоматических ворот выгоняет корову из агрегата. Если корову можно доить, происходит автоматическая очистка сосков, установка доильных чашек, доение и опрыскивание сосков. В качестве стимула посещения доильного аппарата корову в доильном аппарате необходимо скармливать концентрированными кормами.
Коровник может быть устроен таким образом, чтобы доступ к основной зоне кормления можно было получить только минуя доильный аппарат. Такая схема называется управляемым движением коров . В качестве альтернативы коровник может быть устроен таким образом, чтобы у коровы всегда был доступ к корму, воде и удобному месту для лежания, и она была мотивирована посещать доильную систему только имеющимся там вкусным кормом. Это называется свободным движением коров .
Инновационным ядром системы AMS является робот-манипулятор в доильном аппарате. Этот роботизированный манипулятор автоматизирует задачи по очистке сосков и доильных приспособлений, а также устраняет последние элементы ручного труда из процесса доения. Тщательная конструкция манипулятора робота и связанных с ним датчиков и элементов управления обеспечивает надежную работу без присмотра, так что фермеру требуется посещать коров только для проверки их состояния и тогда, когда корова не пришла на доение. [4]
Типичная производительность АМС составляет 50–70 коров на доильный агрегат. [5] AMS обычно обеспечивает частоту доения от 2 до 3 раз в день, поэтому производительность одной доильной установки, обслуживающей 60 коров и доящей каждую корову 3 раза в день, составляет 7,5 коров в час. Такая низкая производительность удобна для более дешевой конструкции манипулятора робота и связанной с ним системы управления, поскольку для каждой коровы доступно окно продолжительностью в несколько минут и не требуется высокая скорость работы.
Установки AMS коммерчески доступны с начала 1990-х годов и оказались относительно успешными в реализации метода добровольного доения. Большая часть исследований и разработок проводилась в Нидерландах . Большинство ферм с СКАТ расположены в Нидерландах и Дании .
Новый вариант роботизированного доения включает в себя аналогичную систему роботизированных манипуляторов, но в сочетании с поворотной платформой, что позволяет увеличить количество коров, которых можно обработать на одну роботизированную руку. [6] В Канаде используется мобильный вариант роботизированного доения, адаптированный к конфигурации привязных стойл (стойковые коровники). В этой конфигурации система AMS перемещается по центру коровника, приближаясь к коровам сзади, чтобы доить их в стойлах.
Переносной доильный аппарат представляет собой АСУ на колесах. Портативные доильные аппараты завоевали популярность благодаря низкой стоимости установки и возможности подносить их близко к животным, которых нельзя доить в коровнике. [7] Однако при доении они полагаются на ручной труд и могут не подходить в качестве единственного метода доения на крупных фермах.
Преимущества
Установка AMS за работой (очистка сосков)
Устранение труда . Фермер освобождается от процесса доения и связанного с ним жесткого графика, а труд посвящен присмотру за животными, кормлению и т. д.
Стабильность доения . Процесс доения одинаков для каждой коровы и каждого посещения и не зависит от того, доят ли коров разные люди. Четыре отдельных доильных стакана снимаются по отдельности, что означает, что пустая четверть не остается прикрепленной, пока остальные три доятся, что снижает риск травм. Новейшие модели автоматических доильных аппаратов могут изменять частоту пульсации и уровень вакуума в зависимости от потока молока из каждой четверти.
Увеличение частоты доения . Частота доения может увеличиться до трех раз в день, однако обычно достигается 2,5 раза в день. [8] Это может привести к снижению нагрузки на вымя и повышению комфорта коровы, поскольку в среднем сохраняется меньше молока. Более частое доение увеличивает надои молока на корову, однако большая часть этого прироста приходится на воду, а не на твердые вещества. [ нужна цитата ]
Воспринимаемая среда с меньшим стрессом . Существует мнение, что выборочный график доения снижает стресс коровы.
Управление стадом . Использование компьютерного управления расширяет возможности для сбора данных. Такие данные позволяют фермеру улучшить управление посредством анализа тенденций в стаде, например, реакции производства молока на изменения в кормах. Также можно изучить историю отдельных коров и установить оповещения, предупреждающие фермера о необычных изменениях, указывающих на болезнь или травму. Сбор информации обеспечивает дополнительную ценность для AMS, однако правильная интерпретация и использование такой информации во многом зависит от навыков пользователя или точности компьютерных алгоритмов для создания отчетов.
Соображения и недостатки
Более высокая первоначальная стоимость : по состоянию на 2003 год системы AMS стоили примерно 120 000 евро (190 524 доллара США) за доильную установку (при условии, что в коровнике уже есть место для беспривязного содержания). Затраты на оборудование снизились со 175 000 долларов США за первый киоск до 158 000 долларов США. Затраты на оборудование снизились с 10 000 долларов США за стойло для доильного зала с двойной шестеркой до 9 000 долларов США за стойло для зала с двойной десяткой при стоимости 1 200 долларов США за стойло для конвейерного доения. Первоначальная стоимость зала была увеличена на 5000 долларов за стойло, чтобы обеспечить более высокую стоимость зала. [9] Экономически выгодно ли инвестировать в АСУ вместо обычного доильного зала, зависит от затрат на строительство, инвестиций в доильную систему и затрат на рабочую силу. Помимо затрат на рабочую силу, следует также принимать во внимание наличие рабочей силы. В целом, AMS экономически выгодна для небольших ферм, а крупные молочные предприятия обычно могут обходиться дешевле, имея доильный зал.
Увеличение затрат на электроэнергию для работы роботов, но это может быть с лихвой компенсировано снижением трудоемкости.
Повышенная сложность . Хотя сложность оборудования является необходимой частью технологического прогресса, повышенная сложность доильного агрегата AMS по сравнению с обычными системами увеличивает зависимость от услуг по техническому обслуживанию производителя и, возможно, увеличивает эксплуатационные расходы. Фермер подвергается риску в случае полного сбоя системы, полагаясь на оперативную реакцию поставщика услуг. На практике системы AMS доказали свою надежность, и производители предоставляют хорошие сервисные сети. Поскольку все дойные коровы должны посещать АМС добровольно, система требует высокого качества управления. Система также предполагает центральное место компьютера в повседневной работе.
Трудно применять в пастбищных системах – поскольку для оптимального использования установки AMS требуется постоянное присутствие животных, AMS лучше всего работает в системах с нулевым выпасом, в которых корову большую часть периода лактации содержат в помещении. Нулевой выпас подходит для регионов (например, в Нидерландах), где земля стоит дороже, поскольку максимум земли может быть отведен под производство кормов, которые затем собираются фермером и доставляются животным в сарае. В пастбищных системах коровы пасутся на полях, и им приходится ходить в доильный зал пешком. Было обнаружено, что может быть сложно заставить коров поддерживать высокую частоту доения, если расстояние между пастбищем и доильным аппаратом слишком велико. Однако сохранение производства на пастбищах возможно, в частности, в рамках проекта AUTOGRASSMILK. [10] В настоящее время реализуются исследовательские проекты на предприятии Dexcel в Новой Зеландии , на объекте FutureDairy Сиднейского университета , на биологической станции Келлогг Университета штата Мичиган и в исследовательском центре Шведского университета сельскохозяйственных наук в Исследовательском центре животноводства Лёвста, где крупный рогатый скот находятся на пастбище и доятся системой AMS.
Снижение качества молока – При автоматическом доении увеличивается количество анаэробных спор, температура замерзания, частота ухудшения качества молока увеличивается почти в два раза, что в полной мере отражает качество молока, вызванное автоматическим доением. Хотя автоматический доильный аппарат очищает сосок коровы и проверяет предварительно отжатое молоко, все же существует явление, когда зараженное молоко не передается, а само устройство также не очищается, и молоко не обрабатывается должным образом. Эта ситуация также была подтверждена в 2002 году при исследовании почти 98 ферм в Дании, оснащенных автоматическими доильными системами. [11] Автоматическое доение также влияет на общее количество бактерий в молоке (BMTBC) и количество соматических клеток (BMSCC). Эти два показателя были изучены при внедрении автоматической системы доения у коров, которых раньше доили традиционным способом. Было обнаружено, что BMSCC незначительно увеличивается между до и после установки AMS, но было обнаружено, что BMTBC значительно увеличивается в первые три месяца, но затем возвращается к нормальному уровню. Было обнаружено, что BMSCC значительно улучшился на третий год по сравнению с уровнем, существовавшим до внедрения. [12]
Возможно увеличение стресса у некоторых коров . Коровы являются социальными животными, и было обнаружено, что из-за доминирования одних коров другие будут вынуждены доить только ночью. [ нужна цитата ] Такое поведение несовместимо с представлением о том, что AMS снижает стресс, предоставляя «свободный выбор» времени доения.
Снижение контакта между фермером и стадом . Эффективное животноводство требует, чтобы фермер был полностью осведомлен о состоянии стада. При обычном доении за коровами наблюдают до того, как будет прикреплено доильное оборудование, и больные или травмированные коровы могут быть выделены для внимания. Автоматическое доение сокращает время тесного контакта фермера с животным, при этом существует вероятность того, что болезнь может оставаться незамеченной в течение более длительных периодов времени, что пострадает как качество молока, так и благополучие коров. На практике датчики качества молока на доильном агрегате пытаются обнаружить изменения в молоке из-за инфекции, и фермеры часто осматривают стадо. (Фермерам по-прежнему необходимо обеспечивать коров подстилкой, оказывать услуги по репродуктивному здоровью, ухаживать за копытами , кормить их и время от времени ремонтировать части коровника.) Однако эта озабоченность означает, что фермеры по-прежнему привязаны к семидневному графику. Современные автоматические системы доения пытаются решить эту проблему, собирая данные, которые не были бы доступны во многих традиционных системах, включая температуру молока, проводимость молока, цвет молока, включая инфракрасное сканирование, изменение скорости доения, изменение времени доения или потерю молока по четвертям, коровье молоко. вес, активность коровы (движения), время, потраченное на пережевывание пищи и т. д.
Зависимость от компании, производящей робототехнику : техническое обслуживание становится значительно более критичным по времени и может подвергнуть фермера большему риску. Например, одна ферма в Эстонии сообщила об убытках в размере более 1 миллиона евро, когда роботы BouMatic Robotics работали ниже обещанных стандартов, а компания не обеспечила техническое обслуживание. [13]
SAC (Дания) приобрела голландского производителя Galaxy Robot AMS в 2005 году и продает под брендами SAC RDS Futureline MARK II , Insentec Galaxy Starline , BouMatic's ProFlex.
BoumaticRobotics (Нидерланды), MR-S1 , MR-D1
Prompt Softech (Ахмедабад, Индия) Производитель автоматических систем сбора молока.
ADF Milking (Великобритания), Производитель автоматической системы погружения и промывки.
АО Mototecha Литва, производитель мобильных доильных залов.
^ «Удои молока и продолжительность лактации у тропического крупного рогатого скота» . www.фао.орг . Проверено 31 мая 2023 г.
^ «Доение, гигиена производства молока и здоровье вымени» . www.фао.орг . Проверено 31 мая 2023 г.
^ «Профиль устройства: Система добровольного доения DeLaval» . LinuxDevices.com. 21 октября 2005 г. Архивировано из оригинала 14 февраля 2009 г.
^ «Автоматические доильные системы». www.dairyaustralia.com.au . Проверено 31 мая 2023 г.
^ «Информационный бюллетень по робототехнике» (PDF) . FutureDairy. Ноябрь 2010 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 марта 2012 г.
^ «Доильный аппарат». Депо фермы и ранчо . 31 мая 2023 г. Проверено 31 мая 2023 г.
^ Лессир, Франсуаза (31 мая 2023 г.). «Влияние минимального интервала доения на движение и молочную продуктивность коров, доенных с помощью пастбищной автоматической доильной системы». Животные . 12 (10): 1281. дои : 10.3390/ani12101281 . ПМЦ 9138149 . ПМИД 35625127.
^ Ротц, Калифорния; Монетник, CU; Содер, К.Дж. (2003). «Автоматические доильные системы, размер фермы и производство молока». Журнал молочной науки . 86 (12): 4167–4177. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(03)74032-6 . ПМИД 14740859.
^ «Результаты и результаты». autograssmilk.dk . Проверено 26 марта 2017 г.
^ Расмуссен, доктор медицины; Бьерринг, М.; Юстесен, П.; Джепсен, Л. (1 ноября 2002 г.). «Качество молока на датских фермах с автоматическими доильными системами». Журнал молочной науки . 85 (11): 2869–2878. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(02)74374-9 . ISSN 0022-0302. ПМИД 12487454.
^ Кастро, Ангел (2018). «Долгосрочная изменчивость количества соматических клеток и бактерий в молочном молоке, связанная с переходом молочных ферм от традиционных к автоматическим системам доения». Итальянский журнал зоотехники . 17 . Журнал зоотехники: 218–225. дои : 10.1080/1828051X.2017.1332498 . hdl : 10347/22393 .
Хогевен Х., В. и др. (2001), «Интервал доения, надои молока и расход молока в автоматической доильной системе», Livestock Production Science, Vol. 72, стр. 157–167.
Хопстер Х. и др. (2002), «Реакция на стресс во время доения; сравнение обычного и автоматического доения у первородящих молочных коров», Journal of Dairy Science Vol. 85, стр. 3206–3216.
Миллар, К.М., (2000), «Уважение автономии животных в биоэтическом анализе: случай автоматических доильных систем (AMS)», Журнал сельскохозяйственной и экологической этики , Спрингер, Нидерланды, Vol. 12, № 1, стр. 41–50.
Россинг В. и Хогеверф ПХ (1997), «Состояние автоматических доильных систем», Компьютеры и электроника в сельском хозяйстве , Vol. 17, стр. 1–17.
Шуккен Ю.Х., Хогевен Х. и Сминк Б.Дж. (1999), «Роботизированное доение и качество молока, опыт Нидерландов», Протоколы регионального собрания Национального совета по маститу, 1999 г. , стр. 64–69 [1]
Внешние ссылки
Викискладе есть медиафайлы по теме автоматических доильных систем .
Первый прототип доильного робота и современная установка AMS в работе на YouTube (комментарий на фризском языке )
Производители доильных аппаратов
Дуг Райнеманн (18 июля 2018 г.). «Доильные машины: первые 100 лет». pbswisconsin.org . Проверено 10 июня 2021 г.
