青島市奶牛養(yǎng)殖智能化技術(shù)和裝備應(yīng)用分析

李培培，王建華＊，劉錫武，李德文

1 青島市畜牧工作站，山東青島 266100

2 青島市平度市李園動物衛(wèi)生與產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督站，山東青島 266707

0 引言

奶業(yè)是健康中國、強(qiáng)壯民族不可或缺的產(chǎn)業(yè)，是食品安全的代表性產(chǎn)業(yè)[1]。“十四五”期間，奶業(yè)發(fā)展處于轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵期，隨著奶牛規(guī)模化養(yǎng)殖和單產(chǎn)水平不斷提高、勞動力成本上漲，以及“數(shù)字+”快速發(fā)展，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代技術(shù)已用于奶業(yè)各環(huán)節(jié)[2]，智能化賦能已成為奶業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然趨勢。為掌握青島市奶牛場的智能化現(xiàn)狀，調(diào)研組按照15%的比例對規(guī)模奶牛場進(jìn)行抽樣，通過統(tǒng)計、實地查看、問卷調(diào)查等方式，對具有代表性的40 家規(guī)模奶牛場的智能化設(shè)施設(shè)備配置、應(yīng)用等情況進(jìn)行調(diào)研，分析存在問題，提出相應(yīng)對策建議。

1 智能裝備在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用

現(xiàn)代規(guī)模化奶牛場主要圍繞營養(yǎng)、繁殖、擠奶、環(huán)控等關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展飼養(yǎng)管理，飼料成本占飼養(yǎng)成本的70%[3]，奶牛參配率、產(chǎn)奶量、環(huán)境條件等直接影響奶牛場經(jīng)濟(jì)效益。智能養(yǎng)殖裝備的推廣應(yīng)用有效降低飼養(yǎng)成本，提升管理水平，實現(xiàn)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益最大化[4]。

1.1 精準(zhǔn)飼喂

1.1.1 全混合日糧（TMR）精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)

該系統(tǒng)自動監(jiān)控TMR配制和投喂過程，采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將加料、撒料誤差及剩料率控制在合理范圍，實現(xiàn)配方、投喂和采食日糧的統(tǒng)一，并對整個飼喂數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計分析，有效提高了奶牛精準(zhǔn)飼喂程度[4]（圖1）。

圖1 全混合日糧（TMR）精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)的稱重顯示器

1.1.2 智能推草機(jī)器人

該機(jī)器人具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動充電等功能，放置于飼喂通道，通過設(shè)定推草頻次，會按照預(yù)定時間開展工作，將飼喂通道上遠(yuǎn)離圍欄的TMR推送至采食區(qū)域（圖2）。

1.2 繁殖監(jiān)測

目前用于奶牛發(fā)情鑒定的智能化裝備主要有電子計步器（圖3）、智能項圈（圖4）等。智能裝備佩戴在奶牛腿部或頸部，具備牛號識別功能，與牛只一對一綁定，采集活動量等數(shù)據(jù)，傳輸至處理器判定是否處于發(fā)情狀態(tài)、預(yù)警肢蹄疾病，發(fā)情揭發(fā)率可達(dá)95%。智能項圈還能監(jiān)測奶牛體溫及反芻情況，及時掌握健康狀況。

圖4 智能項圈

1.3 擠奶監(jiān)測

1.3.1 個體識別系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于奶牛個體識別，是奶牛場實施智能化管理的基礎(chǔ)，主要有兩種類型：一是無線射頻（RFID）電子耳標(biāo)，擠奶通道入口處安有識別裝置，奶牛進(jìn)入擠奶通道時通過RFID識別；二是腳環(huán)，每個擠奶位安裝識別裝置，奶牛進(jìn)入擠奶位通過RFID識別[5]（圖5）。

圖5 計步器與奶廳接收器信息傳遞

1.3.2 電子計量系統(tǒng)

產(chǎn)奶量反映奶牛場收益和奶牛健康狀況，奶牛場多通過計量裝置自動獲取產(chǎn)奶量，并將該記錄直接傳輸至管理軟件；少數(shù)奶牛場需將自動計量的數(shù)據(jù)輸入管理軟件。產(chǎn)奶量數(shù)據(jù)為判定牛只生理狀況、疾病防治等提供重要依據(jù)，便于開展奶牛分群、精準(zhǔn)飼喂管理。

1.3.3 乳成分在線測定

又稱“魔盒”（圖6），在擠奶過程中能及時監(jiān)測牛奶中乳蛋白、乳脂肪和體細(xì)胞數(shù)等指標(biāo)。奶牛場可依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及早了解奶牛乳房健康情況，防控隱性乳房炎；掌握奶牛營養(yǎng)狀況，優(yōu)化日糧配方和降低飼養(yǎng)成本。

圖6 乳成分在線監(jiān)測（魔盒）

1.3.4 自愿擠奶系統(tǒng)

又稱“擠奶機(jī)器人”，可實現(xiàn)奶牛自主擠奶，自動識別乳頭、持續(xù)監(jiān)測牛奶流量，感應(yīng)到無牛奶流出時自動脫杯；同時通過在線監(jiān)測預(yù)警牛奶質(zhì)量和奶牛健康狀況，不合格的牛奶即時分流；不但節(jié)約勞動力成本，而且提高奶牛單產(chǎn)與終生產(chǎn)奶量。

1.4 精準(zhǔn)噴淋系統(tǒng)

智能噴淋系統(tǒng)（圖7）自動監(jiān)測牛舍環(huán)境的溫度、濕度等指標(biāo)，當(dāng)溫度達(dá)臨界值，通過智能方式準(zhǔn)確識別牛只，并開啟和關(guān)閉噴淋裝置、風(fēng)扇，緩解奶牛的熱應(yīng)激，保持舒適的牛舍環(huán)境，同時大幅節(jié)約水源和降低污水產(chǎn)生量。

圖7 牛舍噴淋降溫設(shè)施設(shè)備

1.5 智能管理

1.5.1 智能體況評分系統(tǒng)

通過安裝在分隔門上的3D攝像頭，在奶牛經(jīng)過時自動拍攝其活動視頻，并選出最佳的靜態(tài)照片，通過機(jī)器視覺等人工智能技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)體況評分，確保泌乳期各階段的體況分?jǐn)?shù)都處于良好水平，保障奶牛健康。

1.5.2 智能分群門系統(tǒng)

通過安裝在奶廳出口位置的智能化裝備，將擠奶后通過的奶牛分離進(jìn)入不同的通道或區(qū)域（圖8）。奶牛場每天約10%的奶牛需配種或治療疾病，應(yīng)用該系統(tǒng)可對需處理奶牛進(jìn)行手動或自動設(shè)置，使其余90%的奶牛減少應(yīng)激。

圖8 分群門應(yīng)用場景

2 青島市規(guī)模奶牛場智能化現(xiàn)狀

2.1 智能裝備逐漸融入奶牛養(yǎng)殖

2021年末，青島市奶牛存欄9.93 萬頭，1 000頭以下奶牛場奶牛存欄量約占總存欄量的90.91%。調(diào)研的40 家奶牛場合計存欄約2 萬頭，智能裝備配備情況見表1。其中存欄1 000頭以上的奶牛場普遍應(yīng)用智能裝備，501～1 000 頭的奶牛場智能裝備應(yīng)用情況居中，200～500 頭的奶牛場智能裝備應(yīng)用較少。其中，智能發(fā)情鑒定系統(tǒng)應(yīng)用率62.5%，擠奶智能化設(shè)備應(yīng)用率55.0%、TMR精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)應(yīng)用率37.5%、智能分群門系統(tǒng)應(yīng)用率27.5%；40 家奶牛場全部應(yīng)用防暑降溫噴淋設(shè)備，但應(yīng)用精準(zhǔn)噴淋系統(tǒng)的僅占20.0%，僅1 家奶牛場應(yīng)用智能推草機(jī)器人。

表1 調(diào)研奶牛場的智能裝備配備情況

2.2 智能大數(shù)據(jù)應(yīng)用于奶牛場管理

奶牛場應(yīng)用智能裝備準(zhǔn)確便捷獲取奶牛飼養(yǎng)管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用成為提升奶牛場飼養(yǎng)管理水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。調(diào)研中，有50%的奶牛場配備專職統(tǒng)計分析人員，每天收集與分析智能裝備的采集、預(yù)警數(shù)據(jù)，及時掌握奶牛營養(yǎng)、繁育、擠奶、疾病等信息，發(fā)現(xiàn)奶牛場飼養(yǎng)管理、奶牛個體問題，并及時反饋給各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為奶牛場智慧管理提供決策依據(jù)，有效降低生產(chǎn)成本、減少經(jīng)濟(jì)損失、提高生產(chǎn)效率。

3 奶牛場智能裝備應(yīng)用存在問題

3.1 對奶牛場智能化的認(rèn)識度有待提升

從政策和資金支持方面看，雖然青島市人民政府辦公廳印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)奶業(yè)振興保障乳品質(zhì)量安全的貫徹實施意見》中明確要求發(fā)展智慧奶業(yè)，但近幾年的項目資金集中在糧改飼、奶牛場改造等方面，對配備和升級智能裝備沒有配套政策。從企業(yè)層面看，中小奶牛場管理者沒有認(rèn)識到向智能化轉(zhuǎn)型的重要性和必要性，關(guān)注點集中在應(yīng)用高精料、優(yōu)質(zhì)粗飼料提高產(chǎn)奶量上，對其他數(shù)據(jù)不重視；盡管配備了智能裝備，但數(shù)據(jù)未能有效應(yīng)用。

3.2 智能裝備投入高，奶牛場改造難度大

從調(diào)研結(jié)果看，計步器、擠奶等智能裝備以進(jìn)口為主，價格普遍偏高，國產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量良莠不齊。2022年奶價低迷，且飼草料、人工成本等價格快速上漲，大部分奶牛場處于盈虧平衡點，導(dǎo)致部分奶牛場有心應(yīng)用智能裝備，但無力投入。奶牛場智能化必須以機(jī)械化、信息化為基礎(chǔ)，青島市現(xiàn)有奶牛場大多從家庭牧場起步進(jìn)行改擴(kuò)建，布局缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，導(dǎo)致智能裝備難以安裝應(yīng)用。

3.3 缺乏專業(yè)技術(shù)人員，存在信息孤島

目前，中小規(guī)模奶牛場普遍用人難，缺乏專業(yè)的數(shù)據(jù)分析人員，多為飼料供應(yīng)商在定期提供技術(shù)服務(wù)時簡單分析數(shù)據(jù)，不能實時有效指導(dǎo)生產(chǎn)。部分奶牛場的智能裝備來源于不同廠家，各部分有獨立的軟件系統(tǒng)，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)分開收集，不能對接和調(diào)用，無法將這些數(shù)據(jù)整體處理[6]。各生產(chǎn)部門之間未形成有效的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，部分?jǐn)?shù)據(jù)采集、上傳不及時，割裂的數(shù)據(jù)信息孤島導(dǎo)致不能對奶牛場情況綜合分析、飼養(yǎng)管理問題不能及時解決[7]。部分?jǐn)?shù)據(jù)采集錄入較好的奶牛場，智能化停留在數(shù)據(jù)采集、存儲等層面，盡管數(shù)據(jù)豐富，但信息貧乏，未將數(shù)據(jù)變?yōu)橛行У臎Q策和指令[8]。

4 提升奶牛場智能化水平的對策建議

4.1 加強(qiáng)引導(dǎo)，提升奶牛場智能化認(rèn)識度

隨著現(xiàn)代奶業(yè)格局初步形成，將智能化融入奶牛場管理全過程，是實現(xiàn)奶業(yè)振興的重要舉措。從政府層面，以青島市數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展行動為契機(jī)，實施智慧奶牛場建設(shè)工程，發(fā)揮項目的引導(dǎo)作用，培樹典型智慧奶牛場，通過其示范引領(lǐng)作用，宣傳推廣智能裝備和技術(shù)。技術(shù)推廣機(jī)構(gòu)總結(jié)智能裝備和技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗和做法，從投入較少且見效快的智能技術(shù)入手，通過現(xiàn)場觀摩、技術(shù)示范等方式廣泛宣傳推廣，使奶牛場管理者真正了解智能裝備的價值，自主選擇相應(yīng)智能裝備。

4.2 集成創(chuàng)新，提升奶業(yè)科技支撐能力

智能化、數(shù)字化是未來奶業(yè)的發(fā)展方向。科技支撐作用尤為重要，應(yīng)強(qiáng)化質(zhì)優(yōu)價廉智能裝備和技術(shù)的集成創(chuàng)新。整合高校、科研院所、推廣機(jī)構(gòu)、企業(yè)等優(yōu)勢資源，建立“政產(chǎn)學(xué)研推用”平臺，根據(jù)奶牛場生產(chǎn)管理需求，逐步建立政府對奶業(yè)科技投入的穩(wěn)定增長機(jī)制[5]，為新裝備、新技術(shù)研發(fā)提供基礎(chǔ)資金保障；企業(yè)加大研發(fā)投入，聯(lián)合高校、科研院所組織團(tuán)隊有針對性開展研發(fā)；成果由推廣機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗證，確保其實用性，形成研發(fā)集成的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步提高奶牛場對智能化科研成果的應(yīng)用能力，以科技支撐奶牛養(yǎng)殖提質(zhì)增效。

4.3 整合資源，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)指導(dǎo)奶牛場生產(chǎn)

專業(yè)技術(shù)人員是實現(xiàn)奶牛場智能化的重要因素之一，企業(yè)和技術(shù)推廣機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)對技術(shù)人員智能裝備應(yīng)用及數(shù)據(jù)解讀、分析的線上線下培訓(xùn)，提供專業(yè)化服務(wù)，培養(yǎng)從業(yè)人員熟練運用智能裝備采集和生成的數(shù)據(jù)管理奶牛場。優(yōu)化從業(yè)環(huán)境，創(chuàng)新人員管理機(jī)制，采用靈活薪酬，促使專職數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析人員服務(wù)于奶牛場。將各智能裝備與軟件系統(tǒng)打通，圍繞飼料、繁殖、管理、奶廳、投入等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過硬件系統(tǒng)與各類軟件的數(shù)據(jù)調(diào)用、集成、整合等，進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，實現(xiàn)奶牛場精細(xì)化、智能化管理。