Обзор технологий роботизированного доения коров

Как все начиналось

До недавних пор главным достижением прогресса в машинном доении были классические доильные залы «елочка», «карусель», а вершиной технической мысли – «параллель». Первым автоматом, появившимся на фермах, стал аппарат по обработке вымени коров, предложенный несколькими европейскими производителями. 

Известно, что эта операция – одна из самых ответственных и при этом хлопотных и трудоемких. Такие аппараты еще не означали повальной замены всего оборудования ферм, а лишь дополняли существующее.

Попытки создания полностью автоматизированных систем для молочных ферм начались еще в 1980-х, но оказалось, что тогдашний уровень развития техники был еще слабым: требовались достаточно чувствительные сенсоры, датчики, позволяющие идентифицировать каждое животное и все его характеристики, а главное – программное обеспечение, которое сведет всю эту информацию воедино и должным образом использует.

Первые доильные роботы, точнее комплексы, действительно пригодные для этой цели, появились в Нидерландах в 1992 году. Это был робот компании Lely Industries N. V. В 1998 году фирма DeLaval начала продажи своих автоматизированных систем, а через 10 лет в линейке компании уже насчитывалось 11 систем автоматизированного доения – одно- и многобоксовых.

Теперь каждая четвертая доильная установка, покупаемая фермерами в Нидерландах — автоматическая. В Азии практически все доильные роботы сосредоточены в Японии. Есть сведения, что количество автоматизированных доильных систем в мире уже перевалило за сорок тысяч.

 
Доильная система “елочка”. Источник: delaval.ru

Как это работает?

Доильный робот, как правило, состоит из манипулятора, способного двигаться в трех плоскостях, системы очистки сосков и вымени с помощью щеток и моющего раствора, устройства для надевания и снятия доильных стаканов, контрольных и сенсорных приборов, весов для автоматического взвешивания коров, молока и концентратов. Работой всех этих устройств управляет компьютер с соответствующим программным обеспечением (это наиболее ответственная часть системы, манипуляторы без «головы» научились делать еще в XVIII веке).

Особого интереса заслуживает система контроля качества молока, которая оценивает его по цвету, электропроводности, температуре, кислотности, в отдельных системах – по количеству соматических клеток.

Кроме того, система контролирует объем и скорость молокоотдачи не только по отдельной корове, но даже по долям вымени  у каждой коровы. Это позволяет отбраковывать продукцию нежелательного качества, отделяя ее в отдельную емкость. Также система способна контролировать состояние здоровья каждой коровы с помощью датчика, который прикреплен к уху или шеи животного.

Конструктивно доильные системы могут быть с одним боксом и одним манипулятором, с несколькими боксами и одним манипулятором, а также – с несколькими манипуляторами, каждый из которых обслуживает несколько боксов. Наиболее популярны однобоксовые системы, способные обслуживать 50 – 70 коров.

Интересна также разработка компании GEA Farm Technologies – мультибоксовые системы MIone, работающие по принципу «доильного центра»: все оборудование сконцентрировано в одном месте, окруженном «зоной ожидания». Это дает возможность отбора как до, так и после доения с удобным доступом оператора как к технике, так и к коровам.

Доильная система “карусель”. Источник: prof.com

Дальнейший путь прогресса

Дальнейший путь прогресса в этом направлении – создание «интеллектуальной фермы», в которой кроме доения, будет автоматизирован ряд других работ, прежде всего, наиболее тяжелых и неприятных, таких как уборка навоза. Машине можно поручить такую работу как кормление животных, контроль за их состоянием и даже управление стадом.

Системы динамического кормления (например, модуль DLM, система управления Т4С робота Astronaut A4 компании Lely) дают возможность автоматически определять экономически целесообразную норму выдачи корма каждой корове, исходя из результата ее же последнего доения. А логическим завершением стали системы контроля работы всего оборудования, состояния животных, комфортности условий их содержания и так далее. Например, в Германии для оценки состояния коров была разработана система Cows and More с одноименной программой для планшета, который контролирует работу системы.

Lely Astronaut A4. Источник: elcom-ltd.com.ua

Шведская компания DeLaval разработала устройство мониторинга InService Remote, позволяющее получать показатели работы доильной установки прямо из системы ее управления в реальном времени, оперативно выявлять проблемы в функционировании узлов и своевременно их устранять.

Речь идет не только о поломках самих механизмов и агрегатов, но и качестве молока. Его изменения могут свидетельствовать о болезни коровы, и об этом тоже предупредит робот, даже с помощью смс на ваш телефон. Он же и отделяет молоко от больной коровы – с кровью (при мастите), насыщенное антибиотиками в результате лечения и так далее.

Но вот решать задачу подгона стада без участия человека пока удается плохо, так что, несмотря на весь технический прогресс, ковбоев пока рано списывать в запас. По подсчетам профессора Лейпцигского университета, доктора Герхарда Шляйтцнера, чтобы загонять на дойку 90 коров в час, нужно не менее трех человек ежедневно, не менее четырех человеко-часов на корову в год.

Правда, работа в этом направлении ведется. Например, 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. Вообще, перспективное направление – интеллектуальные сортировочные ворота, которые пропускают или на дойку, или на обработку, или назад в коровник.

Кроме этого, большинство доильных роботов работает по системе добровольного доения, когда корова сама идет в зону доения. В этом случае ворота доильного робота срабатывают на приближение цифрового идентификатора коровы, открывая ему вход в установку, где животное также получат порцию концентрированного корма, как вознаграждение. Чтобы коровы, для которых концентрированные корма, как сладости для детей не ходили каждый час на доение, компьютер не пускает животных в зону доения следующие 5-8 часов. Оператору же удобно следить за стадом, так как система сама сигнализирует о животных, которые долго не приходили на доение, что может сигнализировать как о болезни, так и банальной лени животного, которое в данном случае на доение пригоняет менеджер стада.

Плюсы и минусы

Главное преимущество — сокращение расходов на оплату труда примерно на 2/3 по сравнению с использованием «елочки», что для европейских фермеров при дороговизне рабочей силы имеет большое значение.

Правда, тут следует учесть разницу между хозяйствами развитых стран и нашими. Если там речь идет о стоимости оборудования в сотни тысяч евро, то примерно столько же тратится в год на оплату труда наемных рабочих на крупной европейской ферме. Тут выгода налицо.

Другое дело у нас. В части оплаты труда Украина отстает не только от развитых стран Западной Европы, но и от большинства азиатских. Потому, несмотря на всю привлекательность и перспективность данного направления, особо спешить тут, видимо, не стоит – как все новое, это пока что дорогое удовольствие, тогда как отечественная рабочая сила вовсе не дорога. Социальный фактор тоже стоит принимать во внимание – по данным Минсельхоза Израиля, каждый доильный робот заменяет собой 2,5 работника, а жители села, оставшиеся без работы, вряд ли воспримут этот факт с восторгом.

Отечественные производители молока утверждают, что у них работают в основном крестьяне старшего поколения, потому что сельская молодежь идет на фермы неохотно, а автоматизация наиболее трудоемких и грязных работ вместе с гордым званием «оператора» вместо обычного «скотника» может повысить престижность труда на ферме. Может и так, но работа оператора автоматизированной системы требует определенного уровня специальных знаний – кто должен его дать и кто будет за это платить? Если работодатель, то это лишние расходы, а больше вроде бы и некому.

Еще один плюс роботов — технология «добровольного» доения, которая дает животному право выбора времени и частоты посещения доильного бокса. Это особо актуально для стран, практикующих беспривязное содержание коров (в развитых странах 70 – 85%, в России – менее 5%).

Внедрение автоматических доильных установок на небольших фермах с традиционным двукратным доением, по данным голландских специалистов, повышает надой молока до 15% за счет увеличения числа доений при свободном доступе коров к доильной установке, что в свою очередь способствует сравнительно быстрой окупаемости затрат на нее.

Однако само по себе автоматическое доение не повышает надои по сравнению с обычным трехразовым. Исследования, проведенные в Швейцарии, показали, что по степени выдаивания молока из вымени достоверных различий между автоматической системой и традиционной «елочкой» не установлено.

Зато робот дает возможность индивидуального подхода не просто к каждой корове, а и к каждому соску. Ведь понятно, что не во всех запас молока одинаков, и одной из наиболее распространенных причин заболевания сосков является именно «холостое» доение, которое чаще всего происходит в конце процесса – в одном соске молоко еще есть, в другом – уже нет, а механизм продолжает тянуть. Во избежание этого создана VMS – Voluntary Milking System, «система добровольного доения», при которой каждая четверть вымени выдаивается отдельно и с соска, в котором уже ничего нет, доильный стакан автоматически снимается.

Насчет того, действительно ли при автоматическом доении животные испытывают меньший стресс, данные разнятся. Некоторые утверждают, что различий практически нет. Но тут вопрос в том, что с чем сравнивать: если персонал опытный и хорошо обученный – это одно, а если новые, случайные люди – совершенно другое.

Есть повышенные требования и к коровам. Робот не работает с коровами, имеющими нестандартное вымя (например, соски расположены слишком близко друг к другу). Иногда попадаются коровы, которые упорно не желают заходить в доильный бокс – таких придется продать населению в индивидуальные хозяйства или отправить на забой. Отбраковка может достигать 10%. Кроме того, стадо не должно быть разношерстным, следует отдавать предпочтение какой-то одной породе – в соответствии с выбором будут подбираться и доильные стаканы.

Важным преимуществом также называют повышение качества молока – это не означает, что отдельно взятая корова начинает давать молоко лучшего качества, общее повышение достигается за счет более тщательной отбраковки негодного продукта. В частности, используя роботизированное доение, легче придерживаться стандарта ЕС по бактериальному загрязнению – не выше 100 тыс. на см³.

Что же касается недостатков, то прежде всего среди них называют высокую цену: в Европе цена робота, способного доить 50–70 коров, по разным источникам, колеблется от 80 до 170 тыс. евро, в США — $150–170 тыс., а традиционная «елочка» стоит на 50–70% дешевле. При этом наиболее экономичным считается использование роботов на ферме с поголовьем от 140 до 200 коров, если больше или меньше – удельные затраты очень возрастают. Однако высокая стоимость оплаты труда в развитых странах позволяет окупить любые затраты на робота за несколько лет.

Другое дело, что к стоимости покупки оборудования следует добавить вовсе немалую стоимость его технического обслуживания – порядка 5 тыс. евро в год на один бокс. А вовсе без техобслуживания обойтись не удастся.

И напоследок: придется переоборудовать помещения, например, устанавливать решетчатые полы. Иногда  удается обойтись сравнительно небольшой переделкой, а в некоторых случаях все придется перестраивать практически с нуля.

Сколько это стоит?

На сегодня уже все крупные производители доильного оборудования предлагают минимум одну собственную автоматизированную систему. Более половины всех доильных систем проданных в Германию, Швецию и Данию за последние два года — роботы. А в Финляндии 80 % новых аппаратов – автоматические установки.

Оценка объема рынка установленных на молочных фермах в 2016 году доильных роботов составляет $1,9 млрд. По мнению немецких специалистов, к 2025 году роботы будут доминировать на фермах с поголовьем от 50 до 250 коров.

Таких в ЕС порядка 126 тысяч, и более 2 млн фермеров со стадом менее 50 голов. В более крупных хозяйствах использовать роботов нецелесообразно: пропускная способность одного бокса – в среднем 55–70 голов, а самый высокопроизводительный робот GEA Farm Technologies имеет пять боксов. При этом 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.

Для стада от 1000 голов сумма затрат на одну корову выходит такая, что доильный зал типа «карусель» или «параллель» получается экономичнее. То есть на ферме, насчитывающей более 500-700 голов, доильные роботы считаются нерентабельными.

При этом в ЕС проявляется не сильная, но все же заметная тенденция роста численности стада. По данным компании Dairymaster, в течение последних двух лет количество предприятий, содержащих более 200 коров, увеличилось на 3%. Если тенденция сохранится, тогда существующий рост продаж доильных роботов скоро сменится застоем, если, конечно, не будут предложены принципиально новые технические решения.

Доильная система “параллель”. Источник: amb.com.ru

«Бюджетная» альтернатива

Одним из решений, по мнению белорусских ученых, может стать все та же хорошо знакомая «карусель», но роботизированная. Первым дополнением к классической «карусели» стали «спрей-роботы» по обработке вымени после доения. Операции по подготовке вымени к доению и подсоединению стаканов по-прежнему выполняет человек. Такие установки уже успели получить в Европе довольно широкое распространение.

Теперь прогресс шагает в том же направлении дальше. 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).

Automatic Milking Rotary. Источник: foodprocessing-technology.com

Заявленная производительность этой системы – до 1 600 доений в день, то есть, до 800 голов в день при двухразовом доении в течение 18–19 часов. Это соответствует времени вращения «карусели» с 24 местами в течение 16 минут, чего вполне достаточно для выдаивания высокопродуктивных коров.

Но, стоят такие системы немало: автоматизированная «карусель» примерно в два с половиной раза дороже стандартной такого же размера и производительности. Зато не обязательно устанавливать сразу все модули системы, можно наращивать их постепенно на сколько хватит денег, остальные операции по-прежнему будет выполнять человек. В этом отличие такой системы (если хотите – преимущество) перед полностью роботизированным комплексом.

В настоящий момент в мире установлено семь AMR-систем компании DeLaval. Наиболее интересный пример – ферма GalaFarm на 330 голов в  Тасмании. Она первая в мире ферма, где технология применяется в сочетании с пастбищным содержанием животных и добровольным доением. Коровы сами заходят на «карусель», устанавливая свою очередность доения.

Примечательно, что компания Dairymaster в 2012 году представила установку Swiftflo Goat Revolver Rotary, которая стала самым автоматизированным в мире проектом карусельного зала для доения коз.

Спрос и предложение в ближнем зарубежье

Число производителей роботизированного оборудования для доения не слишком велико, но его вполне достаточно для того, чтобы обеспечить конкуренцию. По результатам 2015 года 60% продаж на мировом рынке по числу проданных изделий занимала компания Lely, нидерландская компания, известная своими комплексами Astronaut — их в мире продано несколько десятков тысяч.

В Украине в начале 2013 года в Белоцерковском районе на Киевщине была открыта первая в Украине молочнотоварная фирма с роботизированными доильными установками DeLaval. Там содержатся коровы украинской черно-рябой породы и голштинской первой–третьей лактации, суточный надой на фуражную корову – 28 кг, кратность доения – 2,2 раза.

Сейчас в Украине около 14 станций добровольного доения VMS. Якобы были намерения внедрить новые проекты на основе разработок других производителей, но удалось ли их реализовать — неизвестно.

Видимо, заминка с реализацией планов произошла сугубо по финансовым причинам в связи с изменениями режима налогообложения НДС в животноводстве, из-за чего производство молока стало намного менее рентабельным, а стоимость оборудования существенно выросла из-за девальвации национальной валюты.

В России лидером продаж является компания DeLaval (40% рынка), но и у нее объемы сбыта весьма невелики из-за падения курса рубля и слабого финансового состояния сельхозпроизводителей. Представительство в России известной компании Boumatic, по слухам, близко к банкротству, продажи остальных мировых производителей (GEA Farm, Insentec — Galaxy Starline, SAC и других) или мизерны, или вообще о них нет сведений.

Это и неудивительно: если в мире насчитывается около 40 тысяч хозяйств, использующих доильных роботов, то в России их порядка 90. Российские аграрии робко намекают на необходимость государственного финансирования, но надежд на это мало.

Планы создания собственных производств более дешевых аналогов зарубежной техники имеются – ООО «Промтехника-Приволжье», сколковский проект ООО «Р.СЕПТ» и другие. Но на практике эти проекты находятся на той же стадии реализации, что и строительство Керченского моста. 

Кроме того, российские специалисты сомневаются, будут ли эти разработки работоспособными, учитывая предыдущий опыт создания компьютерных флеш-карт размером с чемодан и других выдающихся достижений сколковской технической мысли. То же касается и других российских проектов аналогичного направления – они с шумом анонсируются, но дальше дело не двигается.

Белорусы рекламируют более дешевую продукцию ООО «Биоком технология».

Однако политика низких цен на товар должна включать не только цену самого оборудования, но и стоимость весьма частых ремонтов с привлечением квалифицированных специалистов. Ведь робот – это не тот механизм, который может починить кувалдой любой сельский умелец, потому нужно закладывать в цену эти риски.

Если же вы лелеете мечту приобрести оборудование, по качеству сравнимое с европейским, но дешевле, рассчитывать нужно совсем на другую страну. Многим аграриям, в том числе и украинским, уже известно высокое качество устройств для животноводства при приемлемой цене от китайских производителей.

Это производство поддерживают власти КНР, предоставляя льготные ссуды на создание новых ферм — но исключительно с отечественным оборудованием. Правда, пока что роботов там не выпускают, лишь традиционное оборудование типа «елочки» и «параллель» — side-by-side  и тому подобное. Мы уверены, что китайские роботы не появятся на рынке в самое ближайшее время и по существенно более низкой цене, чем у европейских производителей.

Слідкуйте за актуальними статтями та новинами у нашому Телеграм-каналі або на сторінці в Фейсбуці.