Устройство Fullwood Merlin AMS 1990-х годов, экспонат Немецкого музея в Германии.
Автоматическое доение — это доение молочных животных, особенно молочного скота , без человеческого труда. Автоматические доильные системы (AMS), также называемые системами добровольного доения (VMS), были разработаны в конце 20-го века. Они появились в продаже с начала 1990-х годов. Ядром таких систем, позволяющих полностью автоматизировать процесс доения, является тип сельскохозяйственного робота . Поэтому автоматизированное доение также называют роботизированным доением . [1] Обычные системы полагаются на использование 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 доениемДоильный зал карусельного типа — более высокая эффективность по сравнению со стационарными доильными залами, но все еще требующая ручного труда с доильными аппаратами и т. д.
Основы – процесс доения и графики доения
Процесс доения представляет собой совокупность задач, специально предназначенных для извлечения молока из животного (а не более широкой области молочного животноводства ). Этот процесс можно разбить на несколько подзадач: сбор животных перед доением, направление животных в доильный зал, осмотр и очистка сосков , присоединение доильного оборудования к соскам и часто массаж задней части вымени для удаления задержанного молока, извлечение молока, снятие доильного оборудования и направление животных из доильного зала.
Поддержание надоев в период лактации (приблизительно 300 дней) требует постоянных интервалов доения, обычно два раза в день и с максимальным временным интервалом между доениями. [2] Фактически, все действия на молочной ферме должны быть запланированы вокруг процесса доения. Такая рутина доения накладывает ограничения на управление временем и личную жизнь отдельного фермера , поскольку фермер обязан доить рано утром и вечером семь дней в неделю, независимо от личного здоровья, семейных обязанностей или социального расписания. Это ограничение времени усугубляется для одиноких фермеров и фермерских семей, если дополнительная рабочая сила не может быть легко или экономически невыгодна, и является фактором упадка мелкого молочного животноводства. Такие методы, как доение один раз в день и добровольное доение (см. ниже), были исследованы для сокращения этих временных ограничений.
Прогресс автоматизации в 20 веке
Чтобы облегчить труд, связанный с доением, большая часть процесса доения была автоматизирована в течение 20-го века: многие фермеры используют полуавтоматическое или автоматическое управление движением коров (электрические ворота и т. д.), доильный аппарат (базовая форма была разработана в конце 19-го века) полностью автоматизировал извлечение молока, и доступно автоматическое снятие доильного аппарата после доения. Доступны автоматические системы распыления сосков, однако ведутся споры об эффективности их очистки. [ необходима цитата ]
Машинное доение работает с использованием вакуумного давления для извлечения молока из коров. Специализированные машины применяют постоянный вакуум к соску коровы, аккуратно высасывая молоко и переливая его в контейнер. Кроме того, эти машины периодически применяют внешнее давление ко всему соску, что помогает поддерживать правильное кровообращение. [3]
Последними задачами ручного труда, оставшимися в процессе доения, были очистка и осмотр сосков и присоединение доильного оборудования (доильных стаканов) к соскам. Автоматическая очистка и присоединение доильных стаканов — сложная задача, требующая точного определения положения соска и ловкого механического манипулятора. Эти задачи были успешно автоматизированы в системе добровольного доения (VMS) или автоматической системе доения (AMS).
Автоматические системы доения (АСД)
Старая модель Lely Astronaut AMS в работе (доение)
С 1970-х годов было потрачено много исследовательских усилий на изучение методов смягчения ограничений по управлению временем в традиционном молочном животноводстве, что привело к разработке автоматизированной системы добровольного доения. Существует видеозапись исторического развития доильного робота в Научно-исследовательском институте Силсо.
Добровольное доение позволяет корове самостоятельно выбирать время и интервал доения, а не доиться в составе группы в установленное время доения. AMS требует полной автоматизации процесса доения, поскольку корова может выбрать, когда ее будут доить.
Доильный агрегат состоит из доильного аппарата , датчика положения соска (обычно лазера ), роботизированной руки для автоматического надевания и снятия доильных стаканов и системы ворот для управления движением коров. Коровы могут постоянно содержаться в коровнике и проводить большую часть времени, отдыхая или питаясь в зоне свободного содержания. Если коровы также должны пастись, некоторые производители AMS рекомендуют использовать селекционные ворота, чтобы допускать на внешние пастбища только тех коров, которых подоили.
Когда корова решает войти в доильный аппарат (из-за очень вкусного корма, который она находит в доильном боксе), датчик идентификации коровы считывает идентификационную бирку ( транспондер ) на корове и передает идентификатор коровы в систему управления. Если корову доили слишком недавно, автоматическая система ворот отправляет корову из аппарата. Если корову можно доить, происходит автоматическая очистка сосков, надевание доильного стакана, доение и опрыскивание сосков. В качестве стимула для посещения доильного аппарата корове в доильном аппарате необходимо давать концентрированные корма.
Коровник может быть устроен таким образом, что доступ к основной зоне кормления может быть получен только путем прохождения доильного аппарата. Такая схема называется управляемым движением коров . В качестве альтернативы коровник может быть устроен таким образом, что корова всегда имеет доступ к корму, воде и удобному месту для лежания, и мотивирована посещать доильную систему только доступным там вкусным кормом. Это называется свободным движением коров .
Инновационным ядром системы AMS является роботизированный манипулятор в доильном аппарате. Этот роботизированный манипулятор автоматизирует задачи очистки сосков и доильного оборудования и устраняет последние элементы ручного труда из процесса доения. Тщательная конструкция роботизированного манипулятора и связанных с ним датчиков и элементов управления обеспечивает надежную работу без присмотра, так что фермеру требуется только следить за коровами для проверки состояния и когда корова не пришла на дойку. [4]
Типичная производительность AMS составляет 50–70 коров на доильное устройство. [5] AMS обычно достигают частоты доения от 2 до 3 раз в день, поэтому одно доильное устройство, обрабатывающее 60 коров и доящее каждую корову 3 раза в день, имеет производительность 7,5 коров в час. Такая низкая производительность удобна для менее затратной конструкции роботизированной руки и связанной с ней системы управления, поскольку для каждой коровы доступно окно в несколько минут, и высокоскоростная работа не требуется.
Устройства AMS доступны на рынке 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 AMS расположены в Нидерландах и Дании .
Новая вариация на тему роботизированного доения включает в себя похожую систему роботизированной руки, но в сочетании с поворотной платформой, что увеличивает количество коров, которых можно обработать одной рукой робота. [6] Мобильная вариация роботизированного доения, адаптированная к конфигурации с привязным стойлом (стойла с привязью), используется в Канаде. В этой конфигурации AMS перемещается по центральному проходу хлева, приближаясь к коровам сзади, чтобы подоить их в стойлах.
Переносной доильный аппарат — это AMS на колесах. Переносные доильные аппараты приобрели популярность благодаря низкой стоимости установки и возможности подвозить их к животным, которых нельзя отвести в коровник для доения. [7] Однако они зависят от ручного труда при доении и могут не подходить в качестве единственного метода доения на крупных фермах.
Преимущества
Работа устройства AMS (очистка сосков)
Устранение труда — фермер освобождается от процесса доения и связанного с ним жесткого графика, а его труд посвящается присмотру за животными, кормлению и т. д.
Постоянство доения – процесс доения постоянен 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 заканчивают доение, что снижает риск получения травмы. 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 уменьшению нагрузки на вымя и повышению комфорта для коровы, поскольку в среднем хранится меньше молока. Более частое доение увеличивает надои молока на корову, однако большая часть этого увеличения приходится на воду, а не на твердые частицы. [ необходима цитата ]
Воспринимаемая среда с меньшим уровнем стресса . Существует мнение, что графики доения по выбору снижают уровень стресса у коров.
Управление стадом – использование компьютерного управления расширяет возможности сбора данных. Такие данные позволяют фермеру улучшить управление посредством анализа тенденций в стаде, например, реакции производства молока на изменения в кормах. Также можно изучить истории отдельных коров и настроить оповещения, чтобы предупредить фермера о необычных изменениях, указывающих на болезнь или травму. Сбор информации обеспечивает дополнительную ценность для AMS, однако правильная интерпретация и использование такой информации в значительной степени зависят от навыков пользователя или точности компьютерных алгоритмов для создания отчетов о внимании.
Соображения и недостатки
Более высокая начальная стоимость — системы AMS стоили приблизительно €120,000 ($190,524) за доильное отделение по состоянию на 2003 год (предполагая, что пространство в коровнике уже доступно для беспривязного содержания). Стоимость оборудования снизилась с $175,000 за первое стойло до $158,000. Стоимость оборудования снизилась с $10,000/стойло для доильного зала double-шесть до $9000/стойло для доильного зала double-десять со стоимостью $1200/стойло для доения по трубопроводу. Первоначальная стоимость доильного зала была увеличена на $5000/стойло, чтобы представить доильный зал с высокой стоимостью. [9] Экономическая выгода инвестирования в AMS вместо обычного доильного зала зависит от стоимости строительства, инвестиций в систему доения и стоимости рабочей силы. Помимо стоимости рабочей силы следует также учитывать наличие рабочей силы. В целом, система AMS экономически выгодна для небольших ферм, а крупные молочные заводы обычно могут обходиться дешевле, используя доильный зал.
Увеличение затрат на электроэнергию для работы роботов, однако это может быть более чем компенсировано снижением трудозатрат.
Повышенная сложность – хотя сложность оборудования является необходимой частью технологического прогресса, повышенная сложность доильного аппарата 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 отказа системы, полагаясь на оперативную реакцию поставщика услуг. На практике системы AMS доказали свою надежность, а производители предоставляют хорошие сервисные сети. Поскольку все дойные коровы должны посещать AMS добровольно, система требует высокого качества управления. Система также подразумевает центральное место для компьютера в ежедневных рабочих процедурах.
Трудно применять в пастбищных системах — поскольку для оптимального использования блока AMS требуется постоянное присутствие животных, AMS лучше всего работает в системах нулевого выпаса, в которых корова содержится в помещении большую часть периода лактации. Нулевой выпас подходит для регионов (например, Нидерландов), где земля в цене, так как максимум земли может быть отведен под производство кормов, которые затем собираются фермером и доставляются животным в коровник. В пастбищных системах коровы пасутся на полях и должны идти в доильный зал. Было обнаружено, что может быть сложно заставить коров поддерживать высокую частоту доения, если расстояние, которое нужно пройти между пастбищем и доильным залом, слишком велико. Однако было показано, что поддержание производства на пастбище возможно, среди прочего, в проекте AUTOGRASSMILK. [10] В настоящее время ведутся исследовательские проекты на предприятии Dexcel в Новой Зеландии , на предприятии FutureDairy Сиднейского университета , на биологической станции Kellogg Мичиганского государственного университета и в исследовательском центре Lövsta Животноводческого исследовательского центра Шведского университета сельскохозяйственных наук , где крупный рогатый скот находится на пастбище и доится с помощью AMS.
Более низкое качество молока – при автоматическом доении количество анаэробных спор, точка замерзания увеличивается, частота ухудшения качества молока почти удваивается, что полностью отражает качество молока, вызванное автоматическим доением. Хотя автоматический доильный аппарат очищает сосок коровы и проверяет предварительно выжатое молоко, все еще существует явление, что инфицированное молоко не передается, и само устройство также не очищается, а молоко не обрабатывается должным образом. Эта ситуация также была подтверждена в 2002 году при исследовании почти 98 ферм в Дании с автоматическими системами доения. [11] Общее количество бактерий в молоке (BMTBC) и количество соматических клеток (BMSCC) также зависят от автоматического доения. Эти два показателя изучались при внедрении автоматической системы доения для коров, которых ранее доили традиционным способом. Было обнаружено, что BMSCC не увеличился значительно между установкой AMS и после нее, но было обнаружено, что BMTBC значительно увеличился в первые три месяца, но затем вернулся к нормальному уровню. Было обнаружено, что BMSCC значительно улучшился на третий год по сравнению с уровнем до внедрения. [12]
Возможное увеличение стресса у некоторых коров . Коровы — социальные животные, и было обнаружено, что из-за доминирования некоторых коров другие вынуждены доиться только ночью. [ необходима ссылка ] Такое поведение не соответствует представлению о том, что AMS снижает стресс, предоставляя «свободный выбор» времени доения.
Сокращение контактов между фермером и стадом . Эффективное животноводство требует, чтобы фермер был полностью осведомлен о состоянии стада. При традиционном доении коровы наблюдаются до того, как будет установлено доильное оборудование, и больные или травмированные коровы могут быть отмечены для внимания. Автоматическое доение сокращает время, в течение которого фермер имеет такой тесный контакт с животным, с возможностью того, что болезнь может оставаться незамеченной в течение более длительных периодов, и страдают как качество молока, так и благополучие коровы. На практике датчики качества молока на доильном аппарате пытаются обнаружить изменения в молоке из-за инфекции, и фермеры часто осматривают стадо. (Фермерам по-прежнему необходимо предоставлять подстилку для коров, оказывать услуги по охране репродуктивного здоровья, обеспечивать уход за копытами , кормить их и иногда ремонтировать части коровника.) Однако эта проблема привела к тому, что фермеры по-прежнему привязаны к семидневному графику. Современные системы автоматического доения пытаются решить эту проблему, собирая данные, которые были бы недоступны во многих традиционных системах, включая температуру молока, проводимость молока, цвет молока, включая инфракрасное сканирование, изменение скорости доения, изменение времени доения или молокоотдачу по четвертям, вес коровы, ее активность (движения), время, затраченное на пережевывание жвачки и т. д.
Зависимость от компании-производителя робототехники — 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 от BouMatic Robotics не справились с обещанными стандартами, а компания не смогла обеспечить техническое обслуживание. [13]
SAC (Дания), в 2005 году приобрела голландского производителя Galaxy Robot AMS , продает под брендами SAC RDS Futureline MARK II , Insentec Galaxy Starline , BouMatic's ProFlex
BoumaticRobotics (Нидерланды), MR-S1 , MR-D1
Prompt Softech (Ахмадабад, Индия) Производитель автоматической системы сбора молока.
ADF Milking (Великобритания), производитель автоматической системы окунания и промывки.
ЗАО «Mototecha Литва», производитель мобильных доильных залов.
^ Лессире, Франсуаза (2023-05-31). «Влияние минимального интервала доения на движение и производство молока коровами, доимыми с помощью автоматической системы доения на пастбище». Животные . 12 (10): 1281. doi : 10.3390/ani12101281 . PMC 9138149 . PMID 35625127.
^ Ротц, Калифорния; Коинер, Куанер; Содер, К.Дж. (2003). «Автоматические системы доения, размер фермы и производство молока». Журнал молочной науки . 86 (12): 4167–4177. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(03)74032-6 . PMID 14740859.
^ "Результаты и поставки". autograssmilk.dk . Получено 2017-03-26 .
^ Расмуссен, МД; Бьерринг, М.; Юстесен, П.; Йепсен, Л. (2002-11-01). «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. PMID 12487454.
^ Кастро, Энджел (2018). «Долгосрочная изменчивость количества соматических клеток и бактерий в молоке в больших объемах, связанная с переходом молочных ферм от традиционных к автоматическим системам доения». Итальянский журнал по науке о животных . 17. Журнал по науке о животных: 218–225. doi : 10.1080/1828051X.2017.1332498 . hdl : 10347/22393 .
Хогевен, Х., В. и др. (2001), «Интервал доения, производство молока и скорость потока молока в автоматической доильной системе», Наука о животноводстве, т. 72, стр. 157–167.
Хопстер, Х. и др. (2002), «Реакции на стресс во время доения; сравнение традиционного и автоматического доения у первотелок», Журнал молочной науки , т. 85, стр. 3206–3216
Миллар, К.М. (2000), «Уважение к автономии животных в биоэтическом анализе: случай автоматических систем доения (AMS)», Журнал сельскохозяйственной и экологической этики , Springer, Нидерланды, том 12, № 1, стр. 41–50
Россинг, В. и Хогеверф, П.Х. (1997), «Современное состояние систем автоматического доения», Компьютеры и электроника в сельском хозяйстве , т. 17, стр. 1–17
Шуккен, Й. Х., Хогевен Х. и Сминк, Б. Дж. (1999), «Роботизированное доение и качество молока, опыт Нидерландов», Материалы регионального заседания Национального совета по борьбе с маститом 1999 г. , стр. 64–69 [1]
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме « Автоматические доильные системы» .
Первый прототип доильного робота и современный блок AMS в работе на YouTube (комментарий на фризском языке )
Производители доильных аппаратов
Doug Reinemann (18 июля 2018 г.). «Доильные машины: первые 100 лет». pbswisconsin.org . Получено 10 июня 2021 г. .
