Кому бокс, а кому и карусель?

Роботизированное доение на крупных фермах

Технологии автоматизированного доения коров постоянно вызывают интерес у крупных сельскохозяйственных предприятий. В свою очередь, промышленность тоже готова предложить рынку новую технику. Но как формируется общий тренд? Будут ли в будущем доить коров в автоматических децентрализованных боксах или же централизованно на работизированной карусели?

 Проф. Д-р Герхард Шляйтцнер, Лейпциг, ФРГ

Поставщики оборудования для крупных молочных комплексов, такие как DeLaval, GEA, Lely и другие компании, в последние годы создали и довели до продажной «зрелости» свои роботы-боксы, способные обслуживать до 60 дойных коров, и даже продали несколько тысяч роботов по всему миру. Конечно, и раньше промышленность пыталась автоматизировать процессы доения на молочных комплексах. Выпускались вначале одиночные роботы, а затем получили развитие системы, включающие много боксов для доения, расположенных в ряд. Они предлагаются для предприятий, имеющих большое дойное стадо.

Затраты времени на доение

Проведенные исследования различных типов роботов-боксов в стадах с поголовьем от 240 до 360 коров дали следующие результаты по затратам времени : автоматическое доение одной коровы продолжалось от 6,6 до 10,4 минуты (табл.1). В «традиционных» доильных установках это время составляет от 12 до 16 минут. Для очищения вымени, сдаивания первых струек молока и подсоединения молочных стаканов к вымени коров роботу требовалось от 1,31 до 2,76 минут в расчете на разовое доение. В доильной установке «карусель» один робот мог обслуживать от 22 до 45 коров за час. Обученному же дояру на выполнение такой работы требуется меньше половины минуты, и производительность труда достигает у него 120 коров в час.

Получение молока является работой, требующей больших затрат ручного труда. Чтобы уйти от дефицита рабочей силы, производители молока, имеющие большие стада, всё активнее используют роботизированную доильную технику.               Фото фирмы imago

Удивительно малым было время машинного доения коров в доильных боксах, оборудованных роботами. Оно составило от 3,75 до 6,72 минут при количестве молока, полученного за одно доение, от 10,65 до 15,8 кг. Это можно объяснить применением принципа добровольного доения и улучшением управления вакуумом при выполнении операции.

Количество обслуживаемых коров при доении в расчете на одного робота составляет в исследуемых комплексах от 53 до 61 животного в сутки. Коровы за это время доились в среднем от 2,41 до 2,74 раз. Производительное время использования робота составляло от 15,6 до 19,6 часов в сутки

Сравнение потребности во времени

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 2). При использовании feed-first-Sistem (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. В настоящее время информация о разнообразии физиологических процессов, протекающих в каждой четверти вымени коровы, надежно определяется роботом и передается на компьютер. Менеджер стада на основании этих данных может принять обоснованное решение о состоянии здоровья, продуктивности, охоте и т.д. каждой отдельной коровы. Для обработки данных нам компьютере в год требуется в расчете на животное только один час.

Экстра-бокс для ухода

Во всех современных системах автоматизированным является только доение. Нерешенными остаются уход за сухостойными коровами, раздой телок, у также в случае необходимости уход за выменем. В маленьких стадах с поголовьем от 60 до 120 коров это не играет большой роли. В больших стадах для выполнения данных работ нужно искать решение, экономящее рабочее время. Здесь каждую неделю от 20 и более коров уходит в сухостой, такое же количество раздаивается, и ежедневно от четырех до восьми коров нуждаются в уходе за выменем. На больших комплексах в секторе воспроизводства, чтобы можно было все эти виды работ выполнять квалифицированно и рационально, следует установить один робот-бокс. В противном случае для выполнения указанных операций дополнительно требуется 0,7 часа рабочего времени в расчете на корову в год (табл. 2).

Таблица 1. Затраты рабочего времени на выполнение технологических операций при автоматическом доении коров за одно доение

Технологические операции	Комплекс А (Lely) свободный доступ	Комплекс В (DeLaval) свободный доступ	Комплекс С (DeLaval) feed-first  «сначала кормление»	Комплекс D (GEA 3-Boxen) «потом кормление»
Заход в бокс для доения и позиционирование коровы	0,18	0,13	0,12	0,12
Ожидание надевания доильных стаканов	-	-	-	1,40
Сдаивание первых струек молока, очищение сосков вымени	0,81	1,11	1,20	0,78
Надевание доильных стаканов	0,50	1,09	1,56	1,05
Время машинного доения	4,78	4,93	3,75	6,72
Гигиеническое смазывание сосков вымени (распыление)	0,10	0,10	0,10	-
Выход из бокса	0,23	0,22	0,32	0,22
Продолжительность пребывания в боксе для доения, всего	6,60	7,58	7,20	10,40

Децентрализация: много затрат на монтаж оборудования

В больших стадах необходимо решить следующие важные вопросы: должно ли доение осуществляться децентрализовано при помощи значительного количества роботов в системах с одним или многими боксами или в одном автоматизированном центре доения?  При децентрализованном доении один или два робота устанавливаются фронтально в боксах и обслуживают 60 или 120 дойных коров. Соответственно, для коров формируются короткие пути передвижения между местами отдыха, кормления и доения.

Таблица 2. Затраты рабочего времени на доение при помощи робота на молочных комплексах, чел-ч на 1 корову в год

Рабочий процесс	Комплекс А (Lely) свободный доступ	Комплекс В (DeLaval) свободный доступ	Комплекс С (DeLaval) feed-first  «сначала кормление»	Комплекс D (GEA 3-Boxen) «потом кормление»
Менеджмент стада на компьютере, контроль доения	1,10	0,60	0,90	0,90
Подгон коров к роботу	2,15	2,50	1,50	1,30
Помощь при начале доения	0,70	0,50	0,50	0,45
Поддой коров после отела	0,41	0,40	0,40	0,42
Сухостойные коровы в роботе	0,26	0,26	0,26	0,26
Уход за выменем в роботе	0,04	0,04	0,04	0,04
Уборка и мойка робота	1,30	1,60	1,30	1,30

Для обслуживания 1000 коров (840 дойных)  необходимо  децентрализовано устанавливать 14 роботов. Однако монтаж системы подачи двух различных видов комбикормов, подводки электроэнергии и воды, обеспечения вакуума и оборудование помещения для сбора и хранения молока, размещение системы промывки доильного оборудования, а также отопления, являются технически затратными. Если же используется feed-first-Sistem, то тогда для каждой группы коров и двух роботов монтируются как минимум двое селекционных ворот, множество ворот для движения в одну сторону, накопитель и решетка для направления животных и один селекционный бокс для ухода за коровами. Это тоже требует значительных финансовых затрат.

При строительстве молочного комплекса, рассчитанного на содержание больше 1000 коров (см. рисунок), можно установить с обеих сторон центрального коридора в боксах для отдыха по одному роботу. Соответственно 60 молочных коров будут обслуживаться одним автоматом. В секторе отела и проблемных коров устанавливается ещё один робот-бокс. Если должен использоваться робот с тремя боксами для доения, то тогда между ними можно смонтировать  два кормовых конвейера или кормушку на 150 коров. При таком решении будет упрощен доступ для менеджеров по управлению стадом к роботам и к группам коров. Центральный проход с поперечными пересечениями может функционировать как бокс селекции, куда отделяются сухостойные коровы или животные с болезнями вымени, которые затем перемещаются в сектор воспроизводства.

 

 

Рисунок 1. Молочный комплекс проекта 1830 на 1000 коров: 840 дойных коров, 15 роботов (система одного бокса)

Легенда: 1- Сектор производства; 2-Сектор воспроизводства; 3- Роботы, центральный прход для прогона, боксы селекции; 4- Помещение для хранения молока; 5 - Сектор ухода за животными.

Централизация: автоматическая карусель

До сих под централизованное получение молока на доильных установках типа «карусель» с количеством мест для доения от 48 до 92 и их производительностью от 240 до 600 коров в час было наиболее эффективным решением для больших стад. Это объясняется тем, что для получения молока при трехразовом доении требуется в год чуть больше 9 часов рабочего времени в расчете на корову. На построенных ранее доильных залах типа наружная «карусель» на 48 мест с автоматизацией дезинфекции сосков (при помощи робота или непосредственно в доильном стакане) два дояра в силах обслужить 240 коров в час.

 Как показывает опыт, многие процессы, уже опробованные на роботах, могут применяться и на «карусели». Так, коллектор поделен на четыре камеры, а измерение электропроводности позволяет определять заболевания вымени и сычуга, а также выявлять приход коров в охоту. На международной выставке EuroTier 2010 компания DeLaval представила первую интегрированную автоматизированную доильную установку типа «карусель» на 24 места. Установка оснащена пятью роботами. В настоящее время несколько таких «каруселей» проходят стадию тестирования на фермах. Целью применения техники является возможность обеспечить до 1700 доек в день. При трехразовам доении автоматизированная карусель (AMR) может обслужить до 560 дойных коров.

При ежедневной бесперебойной эксплуатации в течение 18-19 часов её производительность может достигать в час до 90 коров. Это соответствует времени обращения карусели с 24 местами в течение 16 минут, что вполне достаточно для выдаивания высокопродуктивных коров. На данной карусели в расчете на одного робота приходится в среднем 4,8 места доения и осуществляется 18 доений в час.

В отдельно расположенных боксах компании DeLaval при пребывании в них коровы  в течение 7,58 минуты аналогичный показатель составляет 7,9 доений в расчете на робота в час.

Все применяемые роботы очищают соски, отбирают предварительные пробы молока, подсоединяют и снимают молочные стаканы с вымени коровы сбоку. Но они не могут успешно работать, если расстояние между задними конечностями составляет меньше 35 см. Попытки технически решить эту проблему предпринимаются и в настоящее время. Идея автоматического подведения молочных стаканов к вымени коровы из-под платформы ещё несколько лет назад активно оспаривалась.

Подгон к карусели

Если к автоматической доильной установке в течение часа требуется подогнать «вручную» 90 коров, то необходимо ежедневно планировать привлечение трех работников. И даже если они только 30% рабочего времени будут тратить на подгон и выгон коров, то на это уйдет уже четыре часа рабочего времени в расчете на корову в год. Поэтому «карусель» с роботами должна оснащаться автоматической высокопроизводительной системой подгона. В противном случае это техническое решение по сравнению с децентрализованным доильным боксом будет заметно проигрывать.

Работа в данном направлении ведется. Уже в течение нескольких лет в молочном хозяйстве «Гёргсдорф» (федеральная земля Брандербург) в качестве прототипа используется программно-управляемая система подгона. В ней коровы одной группы направляются из сектора отдыха через центральный коридор к накопителю. Выдоенные же коровы от доильной установки автоматически направляются в сектор отдыха. Процесс прогона управляется в автоматическом режиме и проходит для животных спокойно. Экономия рабочего времени здесь очевидна. Ведь для подгона и отгона 240 и более коров в час на каждое доение должен привлекаться один работник. И даже если он на 80% занят подгоном животных, а дополнительно убирает боксы для отдыха коров и поилки, все равно в год в расчете на корову затрачивается примерно три часа рабочего времени.

Если бы эту автоматизированную систему подгона можно было скомбинировать с доильной установкой типа «карусель» компании DeLaval, то тогда её общая концепция, по сравнению со всеми до сих пор исследованными децентрализованными комплексами по получению молока с системой одного или нескольких боксов, по затратам труда стала бы выигрышной.

Потребность в капитале

Для определения потребности в капитале были протестированы: одна доильная установка «карусель» на 48 мест для доения, которая эксплуатируется уже 3 года (компания DeLaval), и шесть роботов, которые также работают в течение трех лет (система с одним босом компании Lely) (табл. 3).

При оценке двух комплексов были использованы цены покупки оборудования. Оказалось, что для приобретения новой доильной установки типа «карусель» в расчете на одно скотоместо необходимо затратить 800-900 евро, а при покупке доильной системы с одним боксом с роботами придется инвестировать примерно 2000 евро. Но если при приобретении доильной установки типа «карусель» учитывать ещё и затраты на установку робота для обработки сосков и монтаж автоматической системы подгона коров, то тогда затраты в расчете на одно скотоместо превысят 1000 евро.

Предлагаемая компанией GEA автоматизированная трехбоксовая система для доения коров (Mlone) стоит в настоящее время примерно 200 тыс. евро. На таком комплексе может доиться от 150 до 160 дойных коров. Потребность в капитале для технического оснащения комплекса составляет от 1250 до 1350 евро в расчете на одну дойную корову. К этому надо добавить ещё потребность в капитале для проведения строительных работ в сумме примерно 250 евро на одну корову. Поэтому, для приобретения данной системы в расчете на одну дойную корову требуется от 1500 до 1600 евро.

Что касается доильной установки типа карусель компании DeLaval, оснащенной пятью роботами, цены на неё пока не были озвучены. Так как один робот на карусели может обслуживать в среднем 4,8 места и за час на нем доятся до 18 коров, то в любом случае можно рассчитывать на более низкую потребность в капитале на 1 дойную корову (по сравнению с системой с одним боксом).

Таблица 3. Потребность в капитале на оборудование молочного комплекса на 1200 дойных коров (доильная установка типа «карусель»: вынесенный дояр, 48 мест для доения); робот: система одного бокса (20 штук), бокс воспроизводства.

Показатель	Доильная установка типа «карусель»	Доильный робот
Техника для доения, всего, тыс. евро	550-640	1900-2200
Техника для доения на одну корову, евро	458-533	1580-1830
Затраты на строительство, всего, тыс. евро	320-345	250-276
Затраты на строительство на одну корову, евро	266-287	210-230
Сумма затрат, всего, тыс. евро	870-985	2150-2476
Сумма затрат на 1 корову, евро	724-820	1790-2060

  Сравнение затрат

Затраты на получение молока на «традиционных» и автоматизированных доильных установках на молочных комплексах, так же как и потребность в капитале, были рассчитаны по одинаковой методике (табл. 4). Как и ожидалось, затраты на рабочую силу при трехразовом доении в расчете на корову в год на доильной установке типа «карусель» на 48 мест были почти в два раза выше по сравнению с автоматизированным доением роботами.

Доильные установки типа «карусель», использующиеся многие годы на больших молочных комплексах, работают практически бесперебойно и формируют, включая плановый уход за ними и замену изношенных частей, относительно низкие затраты на корову в год. Расходы на ремонт при автоматическом доении в системе с одним боксом были существенно выше и составляли в исследованных предприятиях 114 евро на одну корову в год (табл. 4). Такая разница объясняется, в первую очередь, более высокими затратами на моющие и дезинфицирующие вещества. Расходы на капитал для обеих систем доения были посчитаны одинаково, и проценты по кредитам взяты на уровне 2,5%. Для калькуляции затрат списание основных средств по техническим средствам было взято на уровне 10%, а для зданий и сооружений - на уровне 2,5%. По имеющимся в настоящее время результатам исследований, затраты на получение молока в расчете на корову в год на доильных установках типа наружная «карусель» на 48 мест на 100 евро ниже, чем на доильных установках с одним боксом и роботом.

Таблица 4. Сравнение затрат на получение молока на молочном комплексе на 1200 дойных коров (доильная установка типа «карусель»: «вынесенный дояр», 48 мест для доения; робот: система одного бокса (20 штук), бокс воспроизводства), евро на 1 корову в год

Показатели	Доильная установка типа «карусель»	Доильный робот
Затраты на персонал (15 евро в час)	135,0	73,5
Затраты на ремонт	74,0	114,7
Очищение и дезинфекция	14,0	44,3
Затраты на энергию (расчетные)	74,0	74,0
Затраты на воду (расчетные)	12,0	12,0
Сумма затрат на капитал и амортизацию техники	123,8	213,1
Сумма затрат на капитал и амортизацию зданий и сооружений	13,8	11,0
Всего затрат	446,6	542,6

  Заключение

Получение молока в молочных комплексах будет постепенно автоматизироваться. В настоящее время пока нет возможности однозначно ответить на вопрос, будут ли коровы в них в будущем доиться в автоматическом режиме децентрализовано в системах с одним или несколькими боксами или централизованно на доильной установке типа «карусель». По всей видимости, оба метода доения - централизованный и децентрализованный - будут развиваться параллельно.

Опубликовано: Новое сельское хозяйство, 2011, № 6, с. 46...50

 

Комментарии специалистов

Будущее за роботами

Автоматизация и роботизация постепенно захватывают все области производства. В сельском хозяйстве важное отличие доильных роботов состоит в учете индивидуальных особенностей животных. При этом реализуемая концепция свободного доения позволяет находящимся в одной секции животным по индивидуальному графику определять время кормления, поения, отдыха и, самое главное, время доения. Именно добровольное доение позволяет новотельным и высокопродуктивным коровам использовать весь генетический потенциал, что гармонированно увеличивает их продуктивность минимум на 10%. Это и новый стиль управления фермой, при котором в процессе принятия решений о ежедневном трафике животных главную роль играет не фермер, а сама корова. Поэтому успешную роботизацию ферм мы считаем возможной только при сочетании двух факторов: наличия свободы выбора у животного и предоставления максимального комфорта управляющему фермой. Именно данная концепция, имеющая большое будущее, заложена в основу разработки роботов Lely. А вот роботизированная карусель в отличие от робота не предполагает концептуально ничего нового: это лишь частичная замена физического труда.

НСХ, Николай Дубина, генеральный директор ООО «Фермы Ясногорья»

Первый масштабный опыт

В настоящее время в ООО «СХП им. Рахимова» на молочном комплексе содержится 1320 коров. Все они, за исключением сухостойных, попеременно доятся на 16 доильных роботах компании DeLaval. Планируется к запуску и вторая очередь комплекса. В малых коровниках будут размещены высокоудойные коровы и нагрузка на одного робота снизится. Если сейчас на одного робота приходится от 55 до 60 голов, то там будет от 45 до 50 голов. Соответственно, количество роботов увеличится до 32, а поголовье животных вырастет до 2000 коров.

По итогам первого года эксплуатации молочного комплекса, средняя продуктивность коров составила 8300 кг. Вторая лактация ещё не закончилась, но продуктивность коров будет чуть ниже: на уровне 8100 кг молока. Это связано с тем, что на состояние животных довольно сильное влияние оказала летняя засуха 2010 года и корма по качеству оказались хуже.

Опыт показал, что использование доильных роботов в молочном скотоводстве имеет несколько плюсов. Их применение позволяет решить проблему нехватки доярок. Кроме того, доение коров роботом происходит автоматически, без применения ручного труда. А в связи с тем, что коровы в группе содержатся в свободном режиме, у животных нет стресса. При использовании роботов также возможен индивидуальный учет выдаиваемого молока из каждого соска, счетчики же соматических клеток позволяют определить заболевание маститом у каждой коровы уже на субклинической стадии. Но самым важным плюсом является то, что роботы «работают» 24 часа в сутки и 365 дней в году. Что касается роботизированной доильной установки типа «карусель» компании DeLaval, то как только её доведут до совершенства, она станет ещё одним вариантом автоматизации доения коров.

НСХ, Фарид Рахимов, учредитель и представитель инвесторов ООО «СХП им. Рахимова», Республика Татарстан.

Разные решения

При организации роботизированного доения каждая компания предлагает свои интересные решения. Если у одних компаний используется feed-first-Sistem (система «вначале накормить»), то компания GEA придерживается иной методики: чтобы попасть к кормовому столу, корова вначале должна зайтив доильный бокс, где она отдаивается и после этого выходит к кормовому столу.

Также в системе GEA один робот на 150 голов устанавливается с одной стороны коровника и животные двигаются по определенному маршруту: после того, как корова прошла мимо кормового стола, попила воды и уходит в бокс для отдыха, обратно к кормовому столу она вернуться уде не может. Роботизированное доение в коровнике нельзя назвать децентрализованным, ведь на ферме устанавливаются от одного до пяти боксов и применяется одна рука подключения, что делает возможным  одновременное доение одним роботом до пяти коров. О возможном применении в хозяйствах роботизированной карусели, о её преимуществах и перспективах использования говорить пока рано, ибо в настоящее время она только проходит стадию тестирования.

НСХ, Михаил Мозговой, технический директор ГЕА ФТ.