Обзор применения доильных роботов в молочном скотоводстве

Повышение продуктивности коров и на этой основе увеличение валового производства молока и роста производительности труда являются основными условиями повышения эффективности молочного скотоводства в Республике Беларусь. Получение молочного сырья, отвечающего санитарно-гигиеническим нормам и требованиям переработчиков, давно перестало быть только зоотехнической и технологической задачей, перейдя в разряд экономических, экологических и социальных. Ее решению должно способствовать широкое применение современных технологий, позволяющих получать продукцию высокого качества. [8, 9]

Роботизированное доение гарантирует наивысшее качество молока, а его уникальные функции управления обеспечивают полный контроль над стадом. По мере увеличения поголовья скота, становится все труднее распознавать каждую отдельную корову в стаде, поэтому приходится иметь дело со всем стадом в целом. Благодаря системе роботизированного доения многие факторы можно контролировать по каждой отдельной корове, в то время как при традиционном доении животных это сделать невозможно. Успешное роботизированное доение является новой формой управления фермой. Программа управления собирает данные и предоставляет информацию для долгосрочного анализа, а также информацию по каждодневному уходу за животными. Кроме этого, появляется возможность отслеживать коров на индивидуальной основе, что способствует улучшению состояния здоровья коров, сокращению интервалов между отелами и уменьшению затрат на корма.

Положение дел в молочном скотоводстве, как и в целом в животноводстве, определяется уровнем применения современных ресурсосберегающих технологий, организацией кормопроизводства, и в первую очередь качеством заготавливаемых, производимых и используемых кормов, эффективностью работы по воспроизводству поголовья и его сохранности, особенно коров и приплода, укомплектованностью необходимыми кадрами и осуществлением их подготовки и переподготовки.

В отрасли произошли серьёзные структурные изменения. Если в 2000 году преобладал привязной способ содержания коров с доением в переносные ведра или молокопровод на молочно-товарных фермах с поголовьем от 100 до 400 голов дойного стада (около 95 %), то в настоящее время наблюдается концентрация поголовья и увеличение мощности ферм с широким внедрением промышленных технологий производства. Кроме того, сформирована генетическая основа молочного стада с потенциалом выше 8 тыс. килограммов молока, реконструированы и построены новые молочно-товарные фермы, на которых используется современное технологическое оборудование (вся линейка доильных установок «Ёлочка», «Параллель», «Тандем», «Карусель», доильные роботы и роботизированные установки), повысился общий уровень культуры производства и, прежде всего, квалификация кадров.

Динамичному развитию молочной отрасли способствовала принятая в 2003 году, в соответствие с решением Главы государства, программа по достижению 4000 кг молока от коровы в 700 сельскохозяйственных организациях. Это позволило в 2006 году в целом по республике обеспечить запланированный уровень продуктивности и увеличить производство молока более чем в 2 раза к уровню 2000 года.

В период реализации программы положено начало масштабному переводу молочного скотоводства на промышленную основу.

В республике имеется около 4000 молочно-товарных ферм и комплексов, из которых оборудованы доильными залами и роботами более 1680, или примерно 40-45 % к их общему наличию. На индустриальных фермах содержится почти 2/3 поголовья молочных коров и производится более 60 % валового производства молока в общественном секторе. На промышленную технологию производства молока в Брестской области переведено практически 50 % всех молочно-товарных ферм и комплексов, Витебской - 17, Гомельской -43, Гродненской - 47, Минской - 38 и в Могилёвской области - 50 % [4].

На этих фермах применяются современные ресурсосберегающие технологии содержания и кормления животных с доением в современных доильных залах или на роботизированных доильных установках с компьютерным обеспечением всех технологических процессов.

В результате реализованных мероприятий отрасль молочного скотоводства приобрела ярко выраженный индустриальный характер, что позволило перейти на новый технологический уклад.

Ряд исследователей отмечают высокую эффективность дополнения высокопроизводительных доильных установок системами автоматизированного управления. Так, при определении особенностей использования различных способов доения коров В.К Скоркин установил, что доение коров в доильных залах, оснащённых автоматизированными доильными установками со станками «Ёлочка», «Параллель», «Карусель», позволяет уменьшить затраты труда на доение коровы с 45-50 до 15-22 чел./ч в год, а также обеспечивающих контроль за молокоотдачей, подготовку вымени и отключение аппаратов [1]. Автоматизация данных установок позволяет снизить затраты труда до 16-21 чел.-ч/гол. Основными достоинствами роботизированных комплексов доения, наряду с существенной экономией затрат труда, исследователи считают высокий уровень физиологичности доения вследствие строгого соблюдения технологии [2, 3, 7, 10, 11, 12].

Использование роботов для доения коров способствует возникновению практически новой технологии, позволяющей учитывать индивидуальные суточные ритмы каждой коровы. Чёткое выполнение всех необходимых операций с соблюдением санитарных норм в подготовительный период и во время дойки, отсутствие травм вымени и его воспалений позволяют сохранить качество молока практически на уровне естественной микрофлоры. На фермах, где установлены роботы, обстановка более спокойная, там достигается самый высокий уровень комфорта для коров, что тоже способствует росту продуктивности. Роботизированные системы подготавливают вымя перед подключением доильного аппарата, находят соски и подключают к ним до-ильный 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, количество соматических клеток и т. д. Один робот (один доильный бокс), в зависимости от модели, может обслуживать от 50 до 70 дойных коров, что означает получение от 500 до 700 тыс. кг молока в год [4]. При этом среднестатистически он экономит до 1050 ч рабочего времени в год. Кроме того, доильные роботы позволяют оценивать состояние каждой из четвертей вымени и своевременно выявлять признаки мастита. Современные модели доильных роботов имеют возможность контролировать качество молока по показателям цвета, кислотности, температуры, электропроводности, числу соматических клеток, а также определять скорость молокоотдачи, объём по каждой доли вымени и отделять качественное молоко от брака в отдельные ёмкости.

Структурно-функциональной модульной единицей, осуществляющей функцию автоматизированного доения, могут быть доильные роботы. Производительность большинства однобоксовых доильных роботов до 60 коров в сутки. Для крупных молочных ферм могут быть использованы несколько однобоксовых роботов или одна многобоксовая роботизированная доильная система (рис. 1).

Рисунок 1 - Схема планировки коровника многобоксовой роботизированной доильной системой Lely Astronaut [4]

Группировка нескольких однобоксовых роботов на одной площадке позволяет более

Агротехника и энергообеспечение. - 2022. - № 4 (37)                      |233

рационально организовать формирование технологических групп на крупном комплексе, синхронизировав комплектацию секций коровников с ритмом работы родильного отделения. При этом общий блок управления объединяет центральный вакуум и систему очистки стойл роботов, а также упрощает систему интеграции управляющих функций отдельных модулей в общую цифровую базу программы менеджмента фермы [4].

Примерами однобоксовых систем могут служить роботы VMS (DeLaval), Astronaut (Lely), а также модуль автоматизированного доения Monobox компании GEA Farm Technologies.

По данным Г. Шляйтцнер (2011), затраты рабочего времени на доение роботом составляет в год при свободном доступе коров и при повышенных затратах времени на подгон около шести часов в расчете на одну корову (табл. 8.1). При использовании feed-first-System (системы «сначала кормление») есть возможность снизить затраты на подгон примерно на один час в расчете на корову в год. В доильных установках группового доения для выполнения той же работы требуется от 14 до 20 часов, а для доения на современных доильных установках типа «Карусель» затрачивается от 9 до 10,2 часа в расчете на 1 корову в год. [5]

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 обсуждение. Исследования отечественных и зарубежных ученых [11] при доении коров роботом фирмы «Lely» 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. Также по приведенной ниже математической модели можно сделать заключение об оптимальном числу доений равным 3, так как при таком количестве продуктивность коров будет наибольшей.

Таблица 1 - Влияние молочной продуктивности коров на частоту их доения [11]

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

Задача определения оптимальных интервалов времени между доениями, использующая в качестве критерия максимум суточного удоя, при трехразовом доении коровы в сутки имеет следующую математическую формулировку [6]:

f 3 S t i = 24, i = 1

z = y max g S ^{1 — e} i = 1

v

—

T 1

—

g l 1 — e

V

^T i A T 2

max

Выразив из первого уравнения системы (1) интервал τ 3 :

^T 3 = ^{24 — T} 1 ^{— T} 2

и подставив его в целевую функцию системы (1), получим в итоге задачу поиска минимума непрерывной функции двух переменных:

—

z y max

—

+

1 — e

^{24 — T} 1 ^—T 2 T 1

1 — e

—

1 — e

^T 1 A

T 2

/

+

1 — e

V

^{24 —T} 1 ^—T 2 T 2

^T 2 —

T 1

T 2

1 — e ~ T ²

max

+

Численное решение данной задачи

^T 1 = ^T 2 = ^T 3 = ⁸ _ч

приводит к выводу о необходимости доения через равные интервалы времени для повышения суточного удоя.

При использовании математической модели (2) суточный удой коровы при некотором целом числе n доений через равные интервалы времени выражается формулой:

/

—

y c = y max Э^{7 g 1 e}

24 A n gT 1

—

24 A

g 1 — e n g T 2

V

7 V

Исследуя данную зависимость от числа n в интервале от 2 до 6 (рис. 1) с учетом численных значений параметров T 1 , T 2 , получим, что пик продуктивности соответствует трехразовому доению.

Рисунок 2 - Влияние числа доений на суточный удой коровы [6]

Однако следует понимать, что всегда будет небольшая группа животных, которых нужно подгонять (<5-10%): коровы, которые не идут добровольно (ленивые или больные животные); новотельные, которых нужно еще приучать. Поэтому рекомендуется в системах

сводного доступа создание временных заграждений накопителя (зоны ожидания) для небольшой группы (10% от всех животных), которые сразу после доения этой группы необходимо убирать.

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 продуктивность коров на 10-20%; увеличить хозяйственное использование коров за счет создания им комфортных условий; повысить качество молока, увеличивается число доек; обеспечить жёсткое выполнение всего технологического процесса; даёт возможность доить коров с любой формой вымени и скоростью молокоотдачи; проводить сепарирование молока в зависимости от его качества; снизить себестоимость молока. Особенно можно выделить уменьшение необходимого числа доильных мест и снижение трудозатрат за счёт уменьшения количества обслуживающего персонала по сравнению с классическими доильными установками, так как доильный робот может работать круглосуточно без необходимости постоянного присутствия персонала.

Denis D. Slimakou,

Minsk, Republic of Belarus