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奶牛规模养殖机械化先进适用装备概述
2022-01-15 15:34:24

摘 要:奶业装备是奶牛规模化养殖的基础,本文对饲喂设备、挤奶设备、养殖监控设备的发展情况进行了简要分析,概括了部分产品的先进适用特点,以期为相关产品改进和推广应用提供参考。

近年来,全国奶牛规模养殖比重不断增加,年存栏100头以上的比重,已经从2005年的11.2%提升到了2020年的67.2%(图1),增长了5倍。奶牛规模化养殖比重的持续增加,对先进适用装备的应用需求愈加明显,客观上推动了奶业机械化技术的进步和装备的改进研发。政策利好也支撑了奶业装备制造业的发展,《国务院关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》(国发〔2018〕42号)、《国务院办公厅关于促进畜牧业高质量发展的意见》(国办发〔2020〕31号)、《农业农村部关于加快畜牧业机械化发展的意见》(农机发〔2019〕6号)等文件对加强畜牧业装备信息化发展提出了明确意见。在2021年7月份举办的第12届中国奶业大会上展出的全自动挤奶机器人、推料机器人、药浴机器人等奶业装备,以及同期举办的“全自动机器人创新技术分析报告发布及奶业新技术分享”荐新论坛、“奶业装备数字化智能化解决方案”论坛等活动,也受到了奶业人士高度关注。

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图1 2005-2020年存栏100头以上规模养殖比重变化

 

先进适用的养殖装备对于高效、绿色、安全生产,降低劳动强度,提高管理效益,具有重要作用。本文结合2020年农业农村部农业机械试验鉴定总站、农业农村部农业机械化技术开发推广总站组织开展的先进适用畜牧养殖机械装备遴选活动、奶业装备推广鉴定情况,对饲喂、挤奶、养殖监控等环节的部分先进适用装备进行介绍分析。

1、饲喂设备

1.1 TMR制备机

全混合日粮(Total mixed ration,TMR)是将精饲料、粗饲料、预混饲料和其他辅助饲料按一定比例充分混合,制成适宜反刍动物采食、营养合理的混合饲料。

TMR制备机是具备称重功能,通过切割、揉搓、搅拌等方式生产全混合日粮的机械。根据绞龙垂直或水平设置,机体外形呈立式或卧式,配套动力有固定、牵引、自走等形式。TMR制备机按照“外形+动力形式”分类,例如,卧式自走式、立式牵引式、立式固定式等。TMR制备机自80年代中期引入我国,2007年开始得到原农业部的大力推广,实现快速发展和应用,成为奶牛养殖的关键设备。2020年全国95%的规模牧场配备了TMR搅拌车。目前,国产品牌的固定式、牵引式产品已经较为成熟,但在自走式产品的研发方面还有一定差距。

通过对450个农机推广鉴定证书处于有效期内的TMR制备机产品进行分析,容积在10m3及以下的产品中,4m3、5m3、9m3容积产品较多(图2),合计占比达到52%;5m3容积产品数量最多,达到103个,主要原因是用于肉牛、肉羊养殖场的产品占有一定比例。

 

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图2 450个TMR制备机产品不同容积数量统计

随着奶牛规模养殖标准化水平提升,养殖场道路、棚架等设施建设与大容积TMR制备机相适应,12m3及以上容积的产品受到青睐。在144个容积为10m3以上的产品中,12m3容积产品有74个,占比为51%;21~30m3容积的产品有25个,占比17%;最大容积为48m3。TMR制备机向大容量发展的趋势明显。

先进适用的TMR制备机产品,具有称重装置计量准确、切割效果好、材质耐磨、容积大、搅拌速度快且效果均匀等特点。

1.2 TMR智能加工中心

TMR智能加工中心是基于固定式TMR生产模式,通过料仓、输送设备、称重系统、暂存装置、搅拌加工设备等的配合,采用自动控制,实现日粮精准制作的成套设备。TMR智能加工中心适用于大型养殖场,被形象地誉为“牧场的中央厨房”。

据测算,TMR智能加工中心在提高生产效率方面,可节省制作时间40%以上;在减少人工方面,可降低用工数量60%;在绿色节能方面,可降低能耗成本50%以上。同时,可以最大程度减少人为因素造成的饲料加错、加不准等现象的发生,使全混合日粮制作更加接近配方要求。

不同的TMR智能加工中心的差异,主要体现在粗饲料及其他副饲料添加的自动化程度上。此类产品的国内制造商有北京国科诚泰、上海正宏等。

1.3 精准饲喂系统

奶牛精准饲喂系统是基于物联网技术,将日粮配方数据、称重数据、TMR生产数据、投料数据、圈舍信息等进行集中处理分析,实现对全混合日粮精准加工、精准投放的信息管理决策系统。

奶牛精准饲喂系统将原有饲喂模式下的装载设备、TMR加工设备、撒料车、称重系统、牛舍、管理系统主机等赋予了数据化联系和可视化界面。通过装载设备、TMR加工设备上的数据信息显示,进一步控制饲料组分添加的精准程度;通过撒料车上的数据信息显示,控制投料过程,避免投放过多或过少,提升均匀度。

目前,北京、河北、黑龙江等地部分养殖场使用了精准饲喂系统,实时采集和分析数据,较好地实现了精准拌料、投料、剩料管理、库存管理等功能。

1.4 自动推料机

自动推料机是用于养殖场内,将畜禽采食过程中推离饲喂带的饲料,自动推送回饲喂带的机械。自动推料机的应用可减少人工,并提高推料及时性,有利于促进奶牛采食量的增加。目前,自动推料机应用还处在起步阶段,在用数量还不多。

常见的自动推料机按照工作部件的结构形式,可分为刮板式、自转式、螺旋式等(图3)。本次调研中11个自动推料机产品,自转式有7个,螺旋式有3个,刮板式有1个。例如,河北优牧YM1820型全自动推草机为刮板式结构,莱力Juno自动推料机器人、安徽永牧N1型机器人推料机为自转式结构,利拉伐OptiDuoTM自动推料机器人为螺旋式结构。

 

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图3 自动推料机常见结构形式示例

 

刮板式自动推料机一般需要在采食通道下方设置轨道,通过驱动钢丝绞盘拉动,拉力大、刮料彻底。但是由于轨道位置固定,不能在各圈舍之间自由移动。单台成本造价相对要低。在自动导航定位方面,自转式和螺旋式具有明显的优势,移动更加自由灵活,可自动回到充电位。自转式自动推料机的自重对于推料效果有影响,目前市场上的此类设备的自重多数在400~700kg之间。螺旋式自动推料机优点在于,推进过程中可以将饲料进行一定程度的搅拌,提高饲料均匀度。在安全性方面,自动推料机一般设置急停按钮和避障功能。

2、挤奶设备

挤奶机是用于挤奶的全套机械设备,一般由真空系统、脉动系统、奶系统、挤奶单元等部分组成。截至2019年底,国内挤奶机保有量已达到9.79万台,规模牧场挤奶机械化程度达到100%。随着挤奶机结构改进、功能完善,以及奶厅管理系统的应用,挤奶自动化程度得到大幅提升。目前,规模养殖场在用挤奶机基本都实现了电子计量、自动脱杯等自动化功能。在挤奶的仿生设计方面,通过调节脉动频率、脉动比率、脉动真空等参数,模拟犊牛吸吮和按摩过程,降低挤奶损伤,提高了奶产量。同时,挤奶机器人、药浴机器人正在被引进和应用。

目前养殖场在用的挤奶机中,鱼骨式由于其具有成本低的优势,市场上还有较大存量。养殖场新购置挤奶机中,并列式和转盘式是主要选择,通过对参加先进适用畜牧养殖机械装备遴选和获得农机推广鉴定证书的71套挤奶机产品进行统计,并列式有30套、转盘式有27套,两者占比达到80%(图4)。未来5~10年内,并列式、转盘式挤奶机仍然是养殖场装备升级的主要选择。

 

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图4 71套挤奶机产品型式数量占比

 

并列式挤奶机是养殖场新建挤奶厅采用最多的产品型式,具有很多优点。相比于鱼骨式挤奶机,更加节省占地面积,挤奶单元间距小,奶牛站位更加便于工人操作,缩短了前处理时间,提升了奶牛舒适度,有利于提高产奶量。此外,并列式挤奶机还可以实现奶牛的快速放行。国内制造商有安徽永牧、山东成城物联网科技股份有限公司等。

转盘式挤奶机在各类挤奶机中的效率最高,转盘设计提高了奶牛进、出挤奶位的速度,无需等待全部牛只挤奶完毕就可以退出转盘。同时,操作工无需来回走动,就可以实现对每一头奶牛的药浴和套杯作业,节省了用工数量。国内转盘式挤奶机制造商如内蒙古华农机械、江苏斯凯威等。

近年来,全自动机挤奶器人正在被引进,但目前国内在用数量很少,不超过20台,主要是利拉伐、基伊埃、莱力等国外品牌设备。全自动挤奶机器人基本实现了无人操作,包括药浴、分离前三把奶、清洗消毒环节,是挤奶设备中科技含量、复杂程度最高的产品。单台挤奶机器人造价较高,一般可以服务60头左右的奶牛。挤奶机器人可以分为单箱挤奶机器人、多箱挤奶机器人、挤奶机器人转盘等形式,采用3D摄像头、激光成像等技术识别乳区(图5),使用机械臂实施药浴和套杯作业。挤奶机器人更加强调奶牛福利和挤奶自愿性。

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图5 实施套杯作业的挤奶机器人

 

养殖监控设备

3.1 奶牛行为监控设备

奶牛行为监控设备是利用传感器采集和记录奶牛的身体物理参数(活动量),并通过基站将数据自动传输至终端或云端的设备。主要用于发情监测,还可以揭示疾病、记录采食状况。相比于人工,奶牛行为监控设备更加准确、及时,解决了用工成本高、养殖工人经验不足、监测工作环境差等问题。近年来,河北等奶牛重点养殖地区,通过专门项目推进养殖场信息化改造,促进了此类设备的推广应用。目前,养殖场在用的奶牛行为监控设备中,国外品牌有阿菲金、博美特、安乐福等,国内品牌的制造商有银川奥特、北京清科云等。

奶牛行为监控设备的数据采集终端按照佩戴位置分为两种,腿部佩戴主要是计步器功能,颈部佩戴的产品又称智能项圈,可监测反刍、爬跨、采食等更多数据。此类设备的发情揭发率普遍在90%以上。采集终端的电池续航能力是一个重要参数,多数产品的设计值在5年以上,电量耗尽后一般不被重新使用。

奶牛行为监控设备的另一个重要作用,是通过其身份标识作用,建立起牛、奶、料等数据的衔接,实现对牛只在养殖场各环节数据的全程精准管理。

先进适用的奶牛行为监控设备产品,具有以下特点:①探测灵敏度高,算法设计精良,能够较好地揭示发情、健康状况;②数据处理能力强,信号稳定、数据丢失率低,监测参数多、功能丰富;③电量续航久,产品售后服务和培训及时全面;④系统兼容性好,可与多种数据平台配合使用。

3.2 奶厅管理系统

奶厅管理系统是用于监测和管理挤奶数据的信息决策系统,对于养殖场生产效益具有越来越重要的价值。目前新建挤奶厅基本都配备了奶厅管理系统。

通过奶厅管理系统监测挤奶班次、牛只产奶量、挤奶曲线、牛奶电导率等数据信息,及时识别不合格奶,评估奶牛状况,判断乳房炎等,大幅提升了奶厅管理的自动化、精细化水平。养殖场使用的奶厅管理系统中,阿菲金等国外品牌占有一定比例,国内制造商有南京丰顿、山东成城等。

4、总结

机械化是奶牛规模化养殖的内在要求,先进适用的机械装备有利于提高规模养殖场的生产效率,自动化、信息化、智能化是饲喂设备、挤奶设备、养殖监控设备的发展方向,通过采集和分析各环节数据,提升了养殖场管理的精细化程度,实现了降本增效。

 

吕占民,金红伟,王明磊

农业农村部农业机械化总站,北京