Доильные роботы: от маленькой фермы до большого комплекса

Доильные роботы: от маленькой фермы до большого комплекса
Владимир Тимошенко, Андрей Музыка, Александр Москалев
Опубликовано в №8 (160) август

Автоматизация — одна из главных тенденций мирового технического прогресса. Она затрагивает все сферы деятельности человека, в том числе сельское хозяйство. Особенно ярко это проявляется в птицеводстве и свиноводстве, где на предприятия работает всего по 50–60 человек. Подобные изменения не могли не затронуть и молочное животноводство.

Сегодня в развитых странах молочное животноводство — это не просто производство молока. Это бизнес. И фермеры главным образом занимаются не хозяйством, а управлением. Это основное отличие современных европейских молочных ферм. Животноводы стремятся максимально внедрить в производственный процесс последние технические достижения.

Автоматические системы привлекли внимание производителей доильного оборудования в конце 1980-х годов. Однако разработка принципиальной концепции доильных роботов осложнялась прежде всего тем, что, в отличие от роботов промышленных, имеющих дело с неодушевленными объектами, они должны были взаимодействовать с живыми организмами, которым присуща вариабельность. Это стало возможным только после создания достаточно чувствительных сенсоров, анализаторов и соответствующего программного обеспечения для компьютера — интегральной части автоматической доильной системы. Помимо собственно доения, роботы должны были взять на себя еще целый ряд операций, ранее выполнявшихся операторами и работниками лабораторий.

Первые роботы появились на рынке в начале 1990-х. К 2002 году предлагалось уже 11 одно- и многобоксовых систем для роботизированного доения. А сегодня практически все производители доильного оборудования имеют собственную автоматизированную систему.

От робота к интеллектуальной ферме

Автоматизация производства молока стремительно развивается и уже давно не ограничивается системами добровольного доения. Сегодня речь идет об интеграции интеллектуальных систем управления животноводческим хозяйством, контролирующих процессы кормления, доения, навозоудаления и управления стадом. Основная задача производителей на ближайшее будущее — создание интеллектуальных ферм (Smart Farm), объединяющих эти процессы.

В будущем фермер перестанет быть просто фермером в привычном для нас понимании. Риск человеческих ошибок и плохого менеджмента будет стремиться к нулю, т. к. интеллектуальная ферма сможет не только автоматизировать процесс доения, но и решать проблемы эффективного (и с экономической, и с зоотехнической точек зрения) кормления животных, прогнозирования и диагностики заболеваний.

В настоящее время в мире работает свыше 20 тыс. доильных роботов, а темпы роста продаж, согласно данным ИКАР, достигают 150 %. Статистика последних двух лет показывает, что более половины всех проданных в Германию, Швецию и Данию доильных систем — роботы. А в Финляндии автоматические установки составляют 80 % новых аппаратов. Причины, побудившие к созданию роботизированных дояров, для европейцев актуальны и по сей день: высокая стоимость ручного труда и необходимость обеспечения при этом высокого качества молока.

Концепцией, положенной в основу создания роботизированных систем, стал уход от рутинного труда, высвобождение времени у фермера, который практически один обслуживает все стадо и выполняет функции по заготовке, кормлению, доению, осеменению животных и т. д.

По статистике, накопленной многими европейскими институтами, в том числе Технологическим университетом Трали (Ирландия), Fraunhofer IPA (Германия) и IRIS (Испания), в ЕС на настоящий момент работает 126 тыс. хозяйств, поголовье которых составляет порядка 50–70 голов, и свыше 2 млн ферм, имеющих стадо из менее чем 50 голов. Этот кластер фермеров является потенциальным заказчиком роботов индивидуального доения. Он будет расширяться еще в течение многих лет, и не только на территории ЕС.

Хорош на малой ферме, но выгоден ли на большом комплексе?

Однако подобные машины не решают проблемы доения в крупных хозяйствах. Оптимальное число животных, которых может обслужить однобоксовый робот, в среднем составляет 55–70 голов. Даже самый «широкозахватный» робот-дояр, имеющий пять постов одновременного доения (от GEA Farm Technologies), способен ежесуточно обслуживать стадо, насчитывающее не более 220–250 голов.

Однобоксовые и многобоксовые доильные роботы успешно работают на фермах до 500–700 коров. В более масштабных стадах доение такими системами становится малорентабельным. В среднем цена покупки одного робота в ЕС составляет 120 тыс. евро. А один роботизированный пост доения с выстраиванием инфраструктуры движения животных в коровнике, бункерами кормления, программой управления и селекционными воротами обойдется (в средней комплектации) в сумму около 150–200 тыс. евро.

Совокупная сумма затрат на оборудование роботизированными постами для стада в 1 000–1 500 голов выходит немалая. Так, для дойного стада от 1 000 голов решение с индивидуальным доильным роботом в пересчете на одну голову обойдется в 3,5–4 раза дороже, чем доильный зал типа «карусель».

Интересен тот факт, что тенденция к увеличению численности стада стала проявляться и в странах Евросоюза. По данным компании Dairymaster (они основаны на статистике трех европейских институтов), в течение последних двух лет количество предприятий, содержащих более 200 коров, увеличилось на 3 %. И 3–4 % молочно-товарных ферм в ЕС (около 100 тыс. предприятий) ежегодно инвестируют в новые доильные залы индустриального производства. Кроме того, отмена квот на молоко в ЕС даст фермерам возможность наращивать объемы, т. к. до сих пор европейские производители не могли в полном объеме извлекать выгоду из повышения мирового спроса на молочные продукты.

Сейчас дискутируются вопросы о перспективной технологии производства продуктов животноводства и о том, кто будет их главным производителем, — мелкие или крупные фермы. Некоторые считают, что фермерские хозяйства более перспективны. Однако анализ отечественного и мирового опыта показывает, что магистральное направление — современные комплексно-механизированные и автоматизированные фермы. Только там есть благоприятные условия для реализации новых эффективных технологий и для работников. СССР был первопроходцем в создании ферм с высокой концентрацией животных: именно у нас были разработаны и реализованы технологии крупномасштабного производства продуктов животноводства. И этот бесценный опыт с успехом используется во всем мире. Необходимо дальнейшее совершенствование технологии производства в условиях крупных ферм. Должны быть усилены исследования и разработки в системе взаимодействия организма животных и механизмов. Решение этой проблемы будет в значительной степени определять эффективность отрасли.

Такая перспектива создает серьезный прецедент для поиска альтернативных решений, совмещающих в себе доение большого количества коров при сокращении трудозатрат и без потери качества. Благодаря этим мерам производители смогут обеспечить себе конкурентоспособность и эффективность в новых условиях.

Роботизированные «карусели»

Сложившаяся ситуация создала рынок для появления принципиально нового продукта, сочетающего плюсы роботизированного доения (точность операций, избавление от рутины, кадровая независимость) и быстроту обслуживания больших поголовий (одновременное доение более 200 животных). Этим продуктом, который представляет собой комбинацию автоматизированного доения и промышленного производства молока, стала так называемая роботизированная «карусель». То есть роторная установка, где животные доятся одновременно большими группами, но при этом операции по обработке вымени проводятся роботами-манипуляторами, смонтированными на «карусели».

Учитывая отмену квот в ЕС, неудивительно, что пионерами в создании роботизированных альтернатив «карусели» выступили европейские разработчики: на международной выставке EuroTier-2010 компания DeLaval представила первую интегрированную автоматизированную доильную установку типа «карусель» на 24 места, оснащенную пятью роботами, — Automatic Milking Rotary (AMR).

Роботизированная «карусель» AMR представляет собой стойла, расположенные по кругу, как на «елочке» — под углом к центру, где установлены три поста с манипуляторами, осуществляющими доение

На первом посту, как только корова ступила на «карусель» и ридер считал ее идентификационный номер, проводится подготовка сосков к доению. Эту операцию выполняют последовательно «две руки»: одна обмывает вымя, стимулирует и сдаивает первые струйки молока из задних сосков, другая проделывает то же самое с передними сосками. Затем «в две руки» попарно прикрепляются доильные стаканы: первую пару ставит один манипулятор, предварительно просканировав вымя, вторую — другой. А по завершении доения, когда корова почти подъехала к выходу из «карусели», эстафету перенимает третий манипулятор: он обрабатывает соски после доения дезинфицирующим раствором.

Универсальность нового продукта заключается в том, что имеется возможность постепенного наращивания его автоматизированного оснащения. Отдельные модули позволяют сначала автоматизировать один пост, к примеру установить только робота, обрабатывающего соски после доения, а преддоильные операции оставить человеку. Со временем можно занять автоматами все три поста и отказаться от услуг доярок.

Заявленная производительность этой системы составляет до 1 600 доений в день. То есть при ежедневной бесперебойной эксплуатации в течение 18–19 часов производительность AMR может достигать 90 коров в час. Это соответствует времени вращения «карусели» с 24 местами в течение 16 минут, чего вполне достаточно для выдаивания высокопродуктивных коров. Одна система AMR в данный момент рассчитана на дойку до 800 голов в день при двухразовом доении.

Почти одновременно с DeLaval свою концепцию роботизированной доильной «карусели» представила компания GEA Farm Technologies.

Роботизированная «карусель» DairyProQ 

Разработка, получившая название DairyProQ, принципиально отличается тем, что роботами-манипуляторами оснащены все доильные посты «карусели». Все операции с выменем (обработка сосков перед доением, прикрепление стаканов, дезинфекция после доения и др.) осуществляются, как и в индивидуальных боксах, одной «рукой». Также автоматически выполняется промежуточная дезинфекция доильных стаканов и их очистка снаружи в промежутке между доениями, что предотвращает передачу инфекции от одной коровы к другой. В качестве опции можно поставить кормушки. То есть доение животного происходит полностью индивидуально на каждом доильном посту. Для коров с «особенными потребностями» есть режим полуавтоматического или ручного доения.

Как и у DeLaval, оснащать DairyProQ доильными роботами можно постепенно: к примеру, для начала установить два поста, затем — еще два и т. д., со временем наращивая мощности.

Главным плюсом DairyProQ является максимально высокая производительность: доильные боксы могут монтироваться на «карусели», насчитывающей от 16 до 80 мест.

Каждое место для доения может быть дооборудовано модулем-манипулятором, их устанавливают на разделители для каждой коровы. То есть любую промышленную «карусель», в том числе и других производителей, можно полностью либо частично роботизировать.

Кроме того, наличие роботов на каждом доильном посту выгодно с точки зрения надежности. Если по какой-то причине вышел из строя или встал на профилактику один из роботов в боксе, то «карусель» продолжит движение. В случае если сломался робот, обслуживающий все посты, установка работать не будет.

В настоящий момент в мире установлено семь AMR-систем компании DeLaval. Помимо тестовой модели в Швеции (ферма Odensviholm на 480 коров), на которой система оттачивала работу с 2009 года, две из них работают на фермах Levsta (Швеция, 163 головы) и GalaFarm (Тасмания, 330 голов) с 2011 года. Фермы Laproma (Германия, 360 голов) и Ottenby (Швеция, 160 голов) эксплуатируют AMR с 2013 года.

Примечательно, что предприятие с AMR в Тасмании — первая ферма в мире, где технология применяется в сочетании с пастбищным содержанием животных и добровольным доением. Коровы сами заходят на «карусель», устанавливая свою очередность доения.

Еще две немецкие компании проводят пусконаладочные работы роботизированной «карусели» от DeLaval: ферма Gersdorf на 400 голов и ферма Kamsdorf для обслуживания 700 дойных коров.

Две установки DairyProQ от GEA Farm Technologies (на 42 и 28 доильных постов) отработали по два года на немецких фермах, где автоматические мощности наращивались постепенно, начиная с 20%-ного оснащения. А со второй половины августа 2014 года компания GEA Farm Technologies приступила к строительству и монтажу доильной карусели на 72 места на ферме Mlsna East Town Dairy (штат Висконсин, США).

Доить будет робот, но человеку все равно придется работать

Одна из целей создания роботизированной «карусели» (уход от ручного труда) тем не менее достигнута лишь частично — только в секторе доения. В то же время решить задачу подгона без использования рабочей силы пока удается плохо, а трудозатрат такая операция при многотысячных стадах требует немалых.

По подсчетам профессора Лейпцигского университета, доктора Герхарда Шляйтцнера, чтобы доставить на автоматическую дойку в «карусель» 90 коров в час, необходимо ежедневно задействовать трех работников. И даже если они только 30 % рабочего времени будут тратить на подгон и выгон коров, на это уйдет четыре часа в расчете на корову в год. Если же рабочий будет в основном специализироваться на трафике животных, т. е. на 80 % заниматься их подгоном, все равно в год в расчете на корову затрачивается примерно три часа рабочего времени (для подгона и отгона 240 и более коров в час на каждое доение должен привлекаться один работник).

Соответственно, для полной экономии трудозатрат роботизированная «карусель» должна также оснащаться системой подгона. По сведениям Герхарда Шляйтцнера, работа в данном направлении ведется. К примеру, в течение нескольких лет в молочном хозяйстве «Гёргсдорф» (федеральная земля Бранденбург) тестируется управляемая с помощью компьютерной программы система подгона. В ней коровы одной группы направляются из сектора отдыха через центральный коридор к накопителю. Выдоенные же коровы от доильной установки автоматически перенаправляются в сектор отдыха.

Наличие интеллектуальных сортировочных ворот, успешно применяемых на фермах с VMS, решает указанные задачи и в случае AMR: направление коров на дойку, их возвращение в коровник, сортировку, отсечение для обработки и т. д.

Фактически на число обслуживающего персонала наибольшее влияние оказывает уровень менеджмента на ферме.

Важнейшим фактором для совершенствования можно назвать высокую стоимость таких установок. Действительно, величина вложений в подобные системы, как правило, является одной из ведущих причин, сдерживающих их распространение. На данный момент они в 2,5 раза дороже стандартной «карусели» того же размера и потенциала.

Частичная автоматизация

Крупнейший американский производитель доильного оборудования, компания BouMatic, тоже работает над созданием автоматизированных доильных «каруселей» для коров. На данный момент покупателям доступны лишь частично автоматизированные решения.

За последние два года успешно прошли испытания и были запущены в серийное производство доильные «карусели», оснащенные спрей-роботом — автоматическим манипулятором, обрабатывающим соски после доения. Операции по подготовке вымени к доению и подсоединению стаканов по-прежнему выполняет человек. Такая система называется Spray robot SR1. Она уже действуют на фермах в Германии, Франции, Англии и ряде других стран.

Например, в в 2013 году Восточной Германии установлены две «карусели» Xcalibur 360 EX со Spray robot SR1 — на 72 места одновременного доения. А в 2014 году недалеко от Берлина заработали две такие модели на 50 мест. Эти частично роботизированные установки обслуживают стада в 1 200 и 2 000 голов с потенциалом расширения.

«Карусель» Xcalibur 360 EX на 50 мест

В ближайшем будущем BouMatic планирует окончательно дооснастить свою установку роботами и представить сельхозпроизводителям собственный вариант роботизированной доильной «карусели».

Над усовершенствованием и воплощением в жизнь своих моделей сейчас трудятся и другие производители молочного оборудования. Так, в ирландской компании Dairymaster поставлена задача разработать роботизированную «карусель», которая будет очищать соски, подготавливать вымя и надевать стаканы так же быстро, как человек.

В Dairymaster подсчитали, что в среднем один доильный робот тратит на преддоильные операции порядка двух минут. Кроме того, система должна подождать, пока животное войдет бокс, а предыдущее выйдет из него, что в среднем занимает около пяти минут. Таким образом, в роботизированной «карусели» один манипулятор может обслуживать от 22 до 45 коров за час. Профессиональному дояру, по данным специалистов Dairymaster, на выполнение такой работы требуется около 20–30 секунд. А значит, производительность труда у него достигает 120 коров в час.

Именно над этим в консорциуме с компаниями Europe Dairy Systems (Голландия) и Bolton Electronics (UK) работают сейчас специалисты Dairymaster с привлечением таких научных институтов, как Трали (Ирландия), Fraunhofer IPA (Германия) и IRIS (Испания).

Концептуальная модель роботизированной «карусели» (RotaBot) уже существует и в настоящий момент проходит испытания в лаборатории Moo-park в Ирландии. Как говорится на сайте Dairymaster, в ближайшее время RotaBot будет представлен миру.

Решения по частичной автоматизации роторных установок доения уже нашли применение в продуктах Dairymaster, предназначенных для козоводства. Так, в 2012 году компания представила установку Swiftflo Goat Revolver Rotary, которая стала самым автоматизированным проектом карусельного зала для доения коз в мире.

Инновация состоит в том, что подготовленные доильные стаканы, «выскакивая» из нижнего люка под выменем козы, подаются оператору прямо в руки. При этом ему не нужно для промывки доильного оборудования вручную ставить доильные аппараты на промывочные стенды: «карусель» Dairymaster сделает все самостоятельно. Таким образом, один человек может с легкостью доить 900 коз в час. На данный момент Dairymaster установила 120 «каруселей» для доения коз Swiftflo Goat Rotary. В том числе одна из них, рассчитанная на доение 1 000 коз, монтируется сейчас в России — в КФХ А. Н. Храмова, расположенном в Рязанской области.

Другие материалы рубрики
Снижаем энергетическую составляющую в себестоимости продукции
Опубликовано в №11 (175), ноябрь

Себестоимость — важнейший показатель, характеризующий экономическую эффективность производства. Он отражает степень использования ресурсов, результаты внедрения новой техники и прогрессивных технологий, уровень организации...

Опубликовано в №4(192), апрель
Теги:

Научно-производственное предприятие ООО «Белама плюс» более 20 лет разрабатывает и производит машины для внесения средств защиты растений. Техника «Белама плюс» не только хорошо продается...

Логистические резервы заготовки кормов
Петр Морозов
Опубликовано в №5 (133), май

Качество и себестоимость кормов определяются множеством факторов. Каждый год ведутся дискуссии о том, что сеять, чем убирать, по каким технологиям, какие консерванты использовать при заготовке кормов. Логистике и транспорту уделяется...

Что делает биогазовый комплекс эффективным?
Петр Морозов
Опубликовано в №5 (133), май
Теги: биогаз

Недостаток ископаемых энергоресурсов делает биоэнергетику одной из наиболее интересных и перспективных отраслей отечественного АПК. Государство поддерживает ее развитие, применяя стимулирующие тарифы на энергию, вырабатываемую...

Уборочная-2016: предварительные итоги по технике
Александр Клочков
Опубликовано в №8 (172), август

Несмотря на многочисленные сложности, хозяйства Беларуси своевременно и качественно убирают выращенный урожай. Во многом это было обеспечено эффективными зерноуборочными комбайнами.

Беспилотники на страже урожая. Французский опыт
Алексей Семков
Опубликовано в №4 (156), апрель

Технологии точного земледелия продолжают стремительно развиваться. Один из модных трендов в Европе и Америке — использование беспилотников для сбора информации о состоянии посевов. Дронам был посвящен семинар, организованный...

Комментарии
Войти как