加快智慧奶業建設，推進江蘇奶業現代化

胡肄農， 柏宗春， 還紅華

(江蘇省農業科學院，江蘇南京 210014)

江蘇《關于推進奶業振興保障乳品質量安全的實施意見》中，明確加快構建現代奶業生產、經營和質量安全體系，大力推進奶業現代化的指導思想，提出至2025年，奶源基地、產品加工、乳品質量和產業競爭力顯著增強，奶業基本實現現代化的發展目標[1]。

加快奶業科技與物聯網、大數據和人工智能等現代信息技術的融合，對各環節生產要素進行精確感知、優化配置和精準調控，提高生產水平和效率，改善動物福利，提升產品質量，降低環境、疫病及食品安全風險，建設以數字化、網絡化、智能化為特征的智慧奶業，是實現奶業現代化的關鍵舉措。

1 江蘇省智慧奶業建設成效

近年來，江蘇省積極推進奶業發展向機械化、數字化、智能化方向轉變，奶牛養殖規模化、標準化水平顯著提高，牛場機械化、數字化、智能化技術提檔升級；乳制品加工、流通和營銷水平不斷提升，低溫乳品全程冷鏈、質量溯源和數字化營銷平臺日趨完善；乳品質量檢測和行業監管體系成效顯著；科技企業和科研院校在大數據技術研發與服務、物聯網技術和裝備、奶牛場智能化建設與升級等方面服務全國奶業，發展智慧奶業成為江蘇奶業振興和高質量發展的新動能。

1.1 智慧奶牛養殖

規模養殖企業新建和擴建的牧場，普遍引入自動擠奶機、TMR日糧自動/半自動飼喂機、牛舍環境監控設備、奶牛發情監測設備、生鮮乳儲存運輸設備及糞污處理設備等機械化、智能化裝備與系統，牧場從傳統人工模式向機械化、信息化模式轉型升級。

徐州樂源牧業有限公司投入3 200余萬元購入奶牛飼喂TMR設備、德國GEA 60位轉盤式擠奶設備、飼草加工設備、精料加工設備、自動清糞系統、推料機器人等先進裝備170多臺套。引進管理軟件包括：豐頓奶牛管理系統軟件、科湃騰飼料控制系統、TMR飼料監控軟件，對場區進行多層次、全方位的信息化管理。牧場現存欄荷斯坦奶牛3 900余頭，平均單產達10.8 t/(頭·年)，乳蛋白含量達3.4%，乳脂肪含量達4.0%。通過使用智能養殖設備，逐步減少用工人數及勞動強度，人均飼養頭數達40頭；隨著設備購置和更新，牧場年收入從6 000萬元提升至 7 200 萬元，增加20%；年利潤由500余萬元提升至 1 350 萬元，增加170%。

揚州市揚大康源乳業有限公司生態智慧牧場擁有轉盤式擠奶機、牛奶速冷系統、TMR自動飼喂車、犢牛自動飼喂站、牛舍環境控制系統及糞污處理設備，泌乳牛舍、后備牛舍、犢牛舍及特需牛舍等單體間流程順暢，各種設備與管理系統兼容性高，管理水平和生產效率得到提升。奶牛生產環境舒適度顯著提高，生產性能進一步提高，奶牛單產超10 t/(頭·年)，乳蛋白含量3.2%以上，乳脂肪含量3.7%以上，細菌數小于5萬 CFU/mL，體細胞數小于30萬 SC/mL。牧場設計奶牛飼養總規模3 000頭，年生產優質生鮮乳 1 000 萬kg。

1.2 智慧乳品生產

乳品行業啟動智能工廠建設，依托數據采集、自動化、大數據等技術，將信息技術(IT)與操作技術(OT)進行融合，制造業務縱向集成，牛奶收獲、乳品加工和產品包裝各環節工藝趨向自動化和智能化；管理業務橫向打通，養殖、加工、銷售和市場各環節信息互聯互通。

南京衛崗乳業有限公司打造精益化、柔性化、個性化的智能工廠。制造執行系統(MES)整合從原料進廠至產品出口的全部生產環節中的生產過程數據，導入企業資源計劃系統(ERP)，智能計劃排產系統精準實現多品類、多批次產品的計劃排產，提高生產效率；在二次包裝系統方面，應用新一代裝箱機器人單元，模擬二次包裝過程的13個手工作業，實現連續自動填裝；應用瓶奶套標、食品泵在線添加等技術進行柔性化生產，生產品種切換時，采用果粒泵和灌裝機同步，柔性生產不同口味的果粒奶。2021年2月，乳制品智能化生產項目在江寧開發區空港片區正式啟動，建設運營總部、乳制品智能無人工廠，以實現產品全生命周期管理、研發設計生產協同、機器代替人工為目標，生產過程的所有環節包括分揀、碼垛、出入庫等采用自動化。設計年產能45萬t，預計年產值35億元。

1.3 智慧乳品營銷

在奶業產業鏈下游，全程冷鏈系統與全程可追溯系統，有效保障低溫奶制品的品質；彈性供應鏈體系，滿足消費者個性化需求；大數據分析系統，深刻挖掘消費者潛在需求，分析乳制品消費趨勢，實現乳制品高效精準營銷。

南京衛崗乳業有限公司采用產品全生命周期身份管理條形碼系統，通過賦碼唯一、自動關聯，集防偽、防竄貨、追溯、營銷互動等多重功能于一體，在提高物流集成管理水平的同時，為定制化產品提供基礎。建立的“衛崗天天訂”自有物流配送體系，涵蓋全功能在線訂購支付系統、異構平臺無縫信息傳遞的電子商務網站。既能滿足周期性訂購社區生鮮乳品配送，同時結合新零售特征，完善集訂、配、送服務為一體的線上零售業務。通過智能化管控，鮮奶產品在8 h內可從源頭到消費者手中，產品品質和消費者安全得到有效保障。

1.4 智慧乳業監管

乳品行業監管進入智慧時代，應用大數據平臺對奶牛養殖、鮮奶流通、液態奶和奶粉生產、乳品質檢等各環節進行全方位監管，探索建立乳品安全風險預警機制。

鎮江市農業農村局對生鮮奶的生產、收購和運輸環節加強監管，確保質量安全。針對奶牛養殖環節，對奶牛場的飼料和飼料添加劑使用、獸藥使用、動物免疫、疾病診療、生鮮奶生產、生鮮奶銷售臺賬、消毒管理、病死畜無害化處理等“八項記錄”建立例行監督檢查制度，保障生鮮奶源頭質量安全；針對生鮮奶收購站與運輸車輛、生鮮奶的銷售和運輸流程制定監管制度，落實“雙隨機、一公開”的監管機制；建立生鮮奶收購站視頻監控、運輸車輛GPS定位和儲奶罐實時溫度監控等信息化系統，推進“智慧畜牧”生鮮奶監管平臺建設，提升信息化監管能力。

1.5 智慧乳業服務

科研院校與科技企業在奶牛養殖場智能化裝備和系統、乳品加工廠產業物聯網、乳業大數據平臺等領域的研發成果在全國得到行業內認可和應用，農機企業在養殖設施、環境控制和物聯網采集等領域的產品在全國打開市場。

奶牛生產性能(DHI)測定軟件系統方面，2008年，南京豐頓科技有限公司研發的“中國奶牛生產性能測定分析系統軟件”(簡稱CNDHI軟件)，由中國奶業協會認定為中國DHI分析標準軟件，豐頓公司負責技術服務。中國奶業協會在全國DHI測定中心統一配發CNDHI軟件，規范DHI測定數據處理和分析報告，連續積累形成全國奶牛生產性能測定數據庫，為奶牛群體遺傳改良等奠定基礎，CNDHI軟件同時取得良好的運營效果。

奶牛生產性能測定服務方面，江蘇省農業科學院畜牧研究所和南京衛崗乳業有限公司于2018年合作組建南京奶牛生產性能(DHI)測定中心，裝備福斯、本特利乳成分及體細胞聯合分析儀、本特利ILAS 3000樣品制備自動進樣器等儀器，檢測能力達到700 樣品/h。中心面向全省開展DHI測定及技術服務，2018年參測奶牛數為1.1萬頭，2019年為2.9萬頭，2020年達到3.7萬頭，2021年達5.0萬頭以上。

奶牛電子標志和動物傳感技術方面，無錫市富華科技有限責任公司研究開發動物電子標簽、生理傳感器及養殖物聯網系統，提供基于RFID、無線傳感網絡的解決方案，應用于畜牧業信息化、畜產品安全溯源等領域。自主設計的家畜個體標志和體溫監測專用低頻RFID芯片，植入動物體內后測溫精度達±0.1 ℃，芯片工作電流10 nA，突破動物體征感知系統的微型化、高精度等瓶頸問題[2]。相關產品銷售覆蓋全國范圍及全球80多個國家。

奶牛體溫遠程監測和預警系統方面，江蘇省農業科學院和南京稻盛弘網絡科技有限公司合作研發動物體溫監測及預警系統，設計牛羊瘤胃、母畜陰道、牛尾靜脈和動物耳部專用的無線體溫發射器，為養殖畜禽、實驗動物乃至人群提供體溫檢測和預警的基礎設備平臺。產品被中國獸醫藥品監察所、中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所馬流感、馬傳貧國家參考實驗室(OIE馬病實驗室)，中國農業科學院蘭州獸醫研究所、加拿大圭爾夫大學等單位采用，用于動物體溫模型建立、發病模型建立、牛布病篩查、支原體疫苗實驗、牛用疫苗試驗、奶牛圍產期發病監測[3]。還被解放軍第302醫院、第306醫院、江蘇省疾控中心等單位用于埃博拉病毒疫苗臨床試驗[4-5]。

牧場大數據研發與服務方面，南京豐頓科技股份有限公司研發“奶牛場智能化綜合管控系統”，針對牧場智能設備、系統數據互聯互通的瓶頸問題，研發面向智慧牧場的大數據分析管理平臺，實現信息數據采集、牛場養殖管理、乳品生產監控、產品質量安全溯源、財務數據分析等子系統，有效提升奶牛場生產管理效率，提高生鮮奶質量安全水平。系統2019年榮獲“數字農業農村新技術新產品新模式優秀項目”，是全國奶牛場智能化管理領域的唯一入選項目。“面向智慧牧場的奶業大數據分析管理平臺”同時被列入2019年智慧江蘇建設成果[6]。

牧場智能管理平臺方面，南京慧牧科技有限公司研制的智慧牧場管理平臺，以牧場管理為中心，將物聯網數據集中到牧場養殖數據中心，通過對數據的挖掘分析，實現牧場經營的數據化和精細化。接入平臺的物聯網系統包括：智能環控系統，對牧場傳統噴淋風扇進行智能化升級；自動稱質量分群系統，動態稱量牛的體質量，精度達千分之一；AI巡檢機器人，確保生物資產安全；發情檢測項圈，采集活動量和躺臥信息，智能檢測分析發情；智能化奶廳系統，兼容各品牌奶廳系統，實現奶廳數據的融合和分析功能。

2 江蘇省智慧奶業發展的挑戰與機遇

2.1 乳品行業競爭激烈，龍頭企業競爭力相對下降

江蘇省奶牛養殖受資源稟賦局限，原料奶生產規模小于乳制品加工規模，多年來形成以乳品加工帶動奶牛養殖發展的局面。目前，江蘇奶業的格局是以衛崗、維維、梁豐等3家國家級農業產業化龍頭企業及11家省級農業產業化龍頭企業為核心，帶動徐淮宿、沿海2個奶牛產區為主體發展。從“十一五”末的2010年至“十三五”末的2020年，在奶牛養殖端，江蘇省奶牛存欄從22.1萬頭減少至12.9萬頭，在全國占比從1.83%降至1.24%，牛奶產量從57.3萬t略升至63.0萬t，在全國占比從1.89%降至1.83%，原料奶供應基本穩定；在乳品加工端，乳制品產量起伏較大，其中液態奶產量在全國占比從5.22%降低至4.55%，2018年達峰值6.19%，而干乳制品產量有所增長，在全國占比從1.22%增長至3.85%。江蘇省乳品企業在行業內的競爭力呈現相對下降的趨勢(圖1、圖2)。

江蘇省奶業龍頭企業衛崗乳業，躋身中國奶業20強，2020年，全國乳業前三強伊利乳業、蒙牛乳業和光明乳業，加工銷售額為別為969億、760億、252億元，衛崗乳業加工銷售額為30億元，名列第12名；全國養殖企業前三強優然牧業、現代牧業和輝山乳業的牛奶產量分別為158萬、149萬、68萬t，衛崗乳業的牛奶產量為8.7萬t，位列第28名。光明、蒙牛、伊利、三元、君樂寶等國內外知名乳品企業競相在建設奶源基地，開辦加工工廠，產品在江蘇市場上爭奇斗艷，地方龍頭企業面臨巨大的競爭壓力。

2.2 養殖企業裝備投入大，牧場效益增加不顯著

近幾年，受國外產品沖擊，奶價持續低迷，大部分奶牛養殖場經營困難，處于虧損和勉強保本狀態。養殖場投資改建奶廳或圈舍，設備折舊、資金貸款等財務成本高企。目前，根據牧場規模化要求，絕大多數牧場已安裝使用TMR飼喂和機械化擠奶設備，但刮糞板清糞、發情監控、自動奶量計量和品質分析、電子標簽等數字化、智能化裝備與系統，主要在千頭以上大型牧場使用。

中國農業科學院2019年對全國五大奶業產區266個規模牧場的調研和研究[7]表明，目前，國內奶牛養殖場的效率提升和效益提高，主要取決于養殖區域的自然資源稟賦，單純依靠擴大規模和增加養殖配置，尚難以實現“提質增效”的目標。如大城市周邊產區和南方產區，固定資產折舊水平高于其他產區，導致成本效率較低，采用高投入、高產出養殖模式的牧場，效益增加不顯著。

與種植業相比，江蘇省農業部門對畜牧業機械化、智能化的供給不足[8]。一是資金投入不足，支持畜牧業發展的各級財政項目資金，主要為綜合性獎補，對機械設備購置、更新支持不足；農機購置補貼方面，由于畜牧機械的行業標準和鑒定大綱制訂不及時，部分企業制造的畜牧業機械無法通過推廣鑒定，無法享受補貼政策；二是推廣應用力度不大，基層農機推廣機構主要以推廣種植業機械為主，對畜牧業機械推廣力度不夠；三是生產制造企業不強，江蘇是農機制造大省，但畜牧業機械生產廠家較少，整體規模不大，地區聚集度不強；四是畜牧業機械研發、試驗、示范項目資金數量少，企業研發投入主動性不高，一些科研單位成果轉化率低。

2.3 技術產品國產化程度不高，技術標準有待完善

奶牛機械化、智能化設備高度依賴國外設備廠家。據國家奶牛產業技術體系首席科學家李勝利[9]調查，在規模化奶牛場的主要機械設施中，飼喂機械中的TMR攪拌車、自動飼喂車、傳送帶飼喂系統、犢牛飼喂小車等機械65%依賴進口；在擠奶機械中，機器人擠奶100%靠進口，其他擠奶設備70%依賴進口；環境控制機械60%靠進口；糞污處理機械的進口產品也超過了80%。

國內研發生產的奶牛養殖數字化與智能化技術產品很多尚處于模仿和試驗階段，尚未充分掌握關鍵技術，造成產品性能和質量參差不齊；還有部分科研成果雖然在技術上取得突破，但往往停留在研究和試驗層面，實際生產驗證和完善不足，產品性能和可靠性不高，產品標準化程度有待提高，導致在關鍵技術產品上競爭力不強，產品價格居高不下，服務質量差強人意，企業用戶受制于國外廠商。全行業的數字化、智能化升級，需要建立在掌握自主知識產權、圍繞國內企業需求提供技術產品的基礎上。

奶業智能化的技術研究、系統開發、產品應用、農機農藝結合等領域，牽涉到奶牛養殖、牛奶品質、奶產品加工等技術及相關信息技術，目前智能化養殖相關的技術規范與標準尚不完善。以養殖環境智能控制為例，目前已發布養殖環境要求、養殖環境評價、飼養管理、排放和廢棄物管理等國家和行業標準，與環境監控相關的數據采集、管控設備及信息化系統方面的內容，都急需建立行業標準進行規范。

2.4 奶牛養殖數據分析模型與決策算法欠缺，應用效果差強人意

奶牛場使用的管理軟件和數據平臺，在數據收集與軟件功能方面存在不少問題：一是軟件種類多、功能簡單，基礎數據需重復輸入，效率低下且數據質量變差；二是數據不能共享和兼容，形成信息孤島和信息壁壘，如很多進口奶廳軟件的數據能輸出統計報表但不能導出原始數據，對第三方抓取數據持反對態度，甚至以停止產品保修進行要挾，對用戶數據所有權造成侵害；三是數據共享缺乏統一標準，用戶獲得的數據，可能缺失關鍵信息，或需進行復雜的數據轉換，影響使用效果。

奶牛養殖場智能設施裝備與軟件系統大多依賴國外進口產品，牧場依靠智能裝備可采集大量畜禽生態、生理及生長過程等數據，可解決奶牛生產和牛場管理部分環節的問題，如擠奶和品質檢測、TMR飼料投喂、發情監測等，實現過程智能化。但對于奶牛選育、牛場繁殖管理、奶牛健康管理、牛場經營等更為復雜的問題，需要結合企業管理、資源條件、生產能力和市場行情等進行綜合分析，仍缺乏簡便有效的工具，無法對海量數據、知識進行分析和建立模型，難以讓數據變得有價值，造成數據豐富、信息貧乏(DRIP)現象，距離智慧奶業目標仍有很大距離。

3 推進智慧奶業發展的思考與建議

3.1 加快智慧牧場建設，提高奶牛規模化養殖水平

經過多年發展，江蘇省奶業形成以龍頭企業帶動蘇中、蘇北奶牛主產區，同時維持一定規模城鄉區域供奶的格局。“十四五”期間，在政策導向方面，應鼓勵發展智慧奶業，提高奶牛養殖技術水平和經濟效益。一方面支持龍頭奶企加強優質奶源基地建設，打造一批“智慧牧場”，實現生產方式和管理方式的升級換代；另一方面支持奶業主產縣扶持奶農合作社和家庭牧場，發展適度規模養殖和智慧養殖模式。通過以智能化設備代替部分勞動力，解決勞動力短缺問題，提高規模化養殖水平，實現奶牛養殖提質增效的目標。

3.2 推進智慧奶業平臺和體系建設，實現奶業標準化生產

建立完善奶業生產過程安全控制體系，嚴格乳品安全生產監測和質量安全監管，推廣奶牛養殖、生鮮乳收購、運輸等各環節智能化管控系統。推進現有養殖和加工管理系統及數據資源的梳理整合，暢通數據采集渠道，打破數據孤島和系統孤島，積極加入省級農業農村大數據平臺及“全國數字奶業信息服務云平臺”。提高DHI測定中心服務能力，建設乳品檢測高科技平臺，將DHI測定覆蓋所有規模牧場覆蓋。支持企業加入“全國奶牛遺傳改良計劃(2021—2035)”，對參加奶牛品種登記、體型鑒定、生產性能測定和公牛聯合后測的養殖企業進行補貼。建設完善標準化養殖場建設規范，對養殖設施裝備、信息化系統的技術參數進行規范，加快養殖“宜機化”步伐。

3.3 增加奶業科技投入，提升奶業技術裝備水平

增加奶業科技投入，以機械化、數字化、智能化技術推動奶業技術進步。引導企業與院校共同研發技術產品，包括：環控機械、生理傳感裝置、擠奶機器人、飼喂機器人、糞污處理設備、圖像識別分析系統等，解決核心關鍵問題和卡脖子技術；建立成果轉化促進機制，對產品技術鑒定、中試生產、批量生產給予獎勵，對轉化成果進入市場給予財政和稅收政策支持，扶持新產品研發、生產和服務企業。完善落實農機購置補貼政策，將牧場、合作社購置環境控制、自動飼喂、自動擠奶、健康監測、疫病控制、糞污處理等農機裝備按規定進行納入財政補貼。

3.4 發揮機械制造和信息技術優勢，打造江蘇省智慧奶業制造產業

江蘇省在數字農業新技術新產品的創新研發方面走在全國前列[10]，以南京農芯智慧農業研究院、江蘇中農、南京深農智能、無錫富華、南京豐頓等為代表的創新企業，在種植業、水產、畜牧業領域的軟硬件技術水平居國內領先地位；揚州、常州等地是傳統的農業機械生產制造集中區域，制造能力、產業聚集度和市場占有率在國內占有一席之地。建議圍繞智慧奶業的制造和服務，打造產業集聚區，一方面支持揚州、常州等地興建畜牧機械產業區，生產飼料加工、奶牛飼喂、糞污處理等設備，另一方面以江蘇省智慧奶業優秀服務企業為核心，打造智慧奶業軟件產業集聚區，面向全國奶業企業提供管理軟件、大數據分析軟件和工業控制專用軟件。通過2個產業集聚區的融合，逐步轉向高端設備和系統的制造和服務，打造為全國智慧奶業服務的制造產業。