К вопросу повышения эффективности роботизации системы доения коров



Дальнейший рост продукции в животноводстве должен осуществляться за счёт повышения продуктивности животных путём лучшего использования их индивидуальных особенностей. Большие перспективы в области автоматизации, как животноводства, так и всего сельского хозяйства раскрываются перед роботами и робототехническими системами [1].

Наибольший интерес, но и в то же самое и наибольшую сложность, представляет роботизация процесса доения коров. В нашей стране и за рубежом разработано довольно большое количество интересных и разнообразных конструкций манипуляторов. Их разработка ведется в трех направлениях: для стационарных установок, размещенных на специальных доильных площадках и в доильных залах («Тандем», «Елочка»), передвижных манипуляторов, перемещающихся по специальным направляющим, смонтированным вдоль стойл коровника, и переносных манипуляторов. Рассмотрим эти конструкции подробнее [1].

Манипуляторы стационарные содержат крепежную оснастку для фиксации на станке доильной установки, систему рычагов для контакта силовых элементов с доильными стаканами, датчики контроля интенсивности потока молока, различные логические элементы системы управления. Манипуляторы для доения коров в стойлах выполняются передвижными (по специальным направляющим) и переносными.

В настоящее время в ряде зарубежных стран (Нидерланды, Германия, Франция, Великобритания и др.) ведутся работы по созданию полностью автоматизированных систем для доения. Ведущими европейскими агропромышленными научно-исследовательскими центрами AFRC, BFA, CEMAGREF, IMAG, а также специализированными фирмами «Duvelsdorf'», «Gascoigne-Melott» и «Vicon international» разработаны и испытываются в производственных условиях роботизированные технологические комплексы для доения [1].

Роботы для автоматизированной системы доения выполняют множество функций, которые ранее были частично возложены на доярок. Они готовят 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, количество соматических клеток и т. д.

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. Некоторые исследователи считают измерение электропроводности молока достаточно эффективным методом обнаружения мастита в клинической стадии. Для большей точности диагностики мастита голландские ученые разработали компьютерный анализ трех переменных величин — надоя, температуры и электропроводности молока.

Применение роботизированных систем обеспечивает постоянное фиксированное выполнение технологических операций, повторяющихся в строго определенной последовательности. Причем здесь возникает уникальный синтез взаимодействия средств автоматизации с «механизмом» лактации коров, происходящий по желанию самого животного. Эффективность 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.

Использование роботов для доения коров способствует возникновению практически новой технологии, основная суть которой заключается в самообслуживании животного. Она 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 животных (у высокопродуктивных коров — до четырех и более раз в сутки), что благотворно сказывается на здоровье вымени и способствует повышению продуктивности до 15 %.

Эксплуатация роботов в коровниках подразумевает соблюдение определенных требований. Так, фактором, жестко обуславливающим эффективность применения роботов, является молочная продуктивность коров. Каждое автоматически выдаиваемое животное должно давать не менее 6500 кг молока за лактацию. При меньшей продуктивности обслуживаемых коров применение этого оборудования экономически нецелесообразно.

Общие требования, которым должны соответствовать животные при доении роботом, таковы:

− высокие молочная продуктивность и уровень молокоотдачи;

− плотно прикрепленное вымя, одинаковые по размеру соски, нижняя точка которых не должна быть ниже 33 см от уровня пола;

− минимальное расстояние между задними сосками в пределах 3 см, между передними сосками — 12,5…30 см;

− толщина сосков в пределах 1,5…3,5 см;

− задние соски должны быть расположены на 3 см ниже, чем нижняя часть вымени;

− минимальное расстояние между передним и задним сосками вымени — 7 см;

− угол отклонения сосков от вертикали не должен превышать 30⁰;

− диагональное расположение сосков не допускается;

− животное должно быть активным, со здоровыми копытами, в то же время нервные коровы подлежат выбраковке.

Не всех коров можно доить роботами. Некоторые животные, несмотря на тренировку, не приходят на доение. Кроме того, неправильно или плохо развитое вымя и искривленные соски приводят к тому, что устройство не может надеть на них доильные стаканы. Правда, уже существуют и такие роботы, которые надевают доильные стаканы на соски даже с большими отклонениями.

Кроме того требования предъявляются и к самим коровникам. Применение доильных роботов требует особой организации технологического процесса производства молока и соответствующей планировки коровника. При проектировании коровников для использования в них автоматической системы доения необходимо учитывать, что в соответствии с индивидуальным суточным режимом дня и физиологическими потребностями животные часто передвигаются по помещению (для доения — 3…5 раз в сутки, для кормления — в среднем 7 раз). Специалисты разработали три формы организации движения коров в помещении, обеспечивающие в той или иной степени самостоятельное посещение ими доильного робота: свободное движение; управляемое движение с возможностью последующего отбора животных (после доения), управляемое движение с предварительным (до доения) и последующим отбором.

Сельскохозяйственная организация готова к применению роботов только тогда, когда соблюдены необходимые условия:

− ферма укомплектована образованными сотрудниками, обученными работе с компьютерными программами по обслуживанию доильных роботов. Установки автоматизированного доения должны работать всегда — 24 ч в сутки, 365 дней в году, поэтому работники должны быть хорошо мотивированы;

− специалисты по работе с доильными роботами мобильны и могут находиться на ферме в течение необходимого времени (от 12 до 24 ч) в случае возникновения проблем с работой системы автоматизированного доения;

− персонал прошел обучение по работе с системой автоматизированного доения. Требуется от трех до четырех месяцев, чтобы изучить детали и нюансы процесса;

− отобран скот, который не вписывается в новую систему работы. В других странах этот процент выбраковки составляет от 0 до 3 %.

Кроме того, нужно помнить, что в стадах, где качество молока слишком низкое, использовать роботов не следует, ведь качество зависит не только от гигиены доильного зала. Нельзя игнорировать и финансовый вопрос: фермы, особенно крупные (600 голов и более), требуют серьезных инвестиций.

Исследования и испытания роботов для животноводства проводятся с целью определения их технических возможностей, что может быть выявлено путем оценки технической характеристики манипулятора и системы управления, а также физиологических данных обслуживаемых животных.

Аналогично испытаниям промышленных роботов, основными показателями эффективности всей системы являются эргономические (показатели работы человека-оператора) и технико-экономические (стоимость робота, срок его окупаемости, экономическая эффективность применения). Наиболее точными методами оценки труда человека являются биомеханические. С их помощью можно определить энергоемкость выполнения работы и удобство в обслуживании робота. Технико-экономические показатели применения роботизированных комплексов (РТК) в животноводстве рассчитываются по известным методикам.

При проведении испытаний и исследований роботов выделяют три группы технических характеристик: конструктивно-геометрические (модульность, габаритные размеры, зоны обслуживания, число степеней свободы, маневренность и др.); энергетические (грузоподъемность, мощность приводов, масса робота и др.); информационные (надежность, внешние связи робота, характеристики сенсорных датчиков, управление и программирование).

Методы установления данных технических характеристик подобны тем, которые применяются при испытаниях промышленных роботов. Однако в них необходимо внести существенные особенности, учитывающие физиологию животных. В связи с этим возникает необходимость определения физиологических показателей животных, обслуживаемых непосредственно или косвенно роботами. Для эффективной работы РТК необходимо осуществлять подбор групп коров по анатомическим и морфологическим признакам.

К сожалению, все существующие методики испытаний доильного оборудования не позволяют учесть влияние отдельно взятого фактора в отрыве от других. Отсюда возникает трудность воспроизведения экспериментальных исследований и адекватное повторение результатов. Таким образом, встает задача разработки таких методик испытаний и определения таких критериев оценки, по которым можно получать сопоставимые данные [2].

Основными оценочными показателями степени совершенства доильного оборудования являются уровень содержания в крови животных лизоцима и β — лизина, а также форма и характер кривой молокоотдачи. Способ оценки доильного оборудования по форме и характеру кривой молокоотдачи используется многими исследователями и дает достаточно достоверные результаты [1].

К сожалению не имея группу достоверно подобранных животных-аналогов, трудно рассчитывать на объективность сравнительных испытаний. Кроме того, воздействие на животных новых машин может отрицательно сказаться на состоянии их здоровья.

Таким образом, испытания доильного оборудования РТК нужно проводить в лабораторных условиях на специальных стендах, которые в своей работе могли бы создавать различные режимы доения [3, 4, 5, 6].

Литература:

1. Герасименко И. В. «Разработка методики и определение конструктивно-режимных параметров испытательного стенда для доильных аппаратов»: Дис. канд. техн. наук. Оренбург. 2008. — 151 с.
2. Шахов В. А., Поздняков В. Д., Козловцев А. П., Герасименко И. В. Повышение эффективности использования и эксплуатационной надежности доильных аппаратов / Вестник ЧГАА том 67/1 // Научный журнал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия» — Челябинск 2014. — С. 60–64.
3. Соловьев С. А., Герасименко И. В. Стенд для испытания доильных аппаратов Патент РФ № 2279797, Бюл. № 20, 20.07.2006.
4. Соловьев С. А., Герасименко И. В., Шахов В. А. Стенд для испытания доильных аппаратов Патент РФ № 2285390, Бюл. № 29, 20.10.2006.
5. Соловьев С. А., Герасименко И. В., Шахов В. А. Стенд для испытания доильных аппаратов Патент РФ № 2298317, Бюл. № 13, 10.05.2007.
6. Соловьев С. А., Герасименко И. В., Шахов В. А. Контрольно-испытательный комплекс Патент РФ на полезную модель № 66150, Бюл. № 25, 10.09.2007.