我国智能化养猪业现状与发展趋势

2017-01-15邓奇风刘志强肖淑华

中国猪业 2017年12期

关键词：养猪业种猪养猪

邓奇风陈颀刘志强肖淑华

（湖南九鼎动物营养研究院有限公司，湖南长沙 410003）

我国智能化养猪业现状与发展趋势

邓奇风陈颀刘志强肖淑华*

（湖南九鼎动物营养研究院有限公司，湖南长沙 410003）

随着我国养猪业的快速发展，健康养殖、福利养殖、精确化养殖等概念被不断提出，养猪业的可持续发展问题备受社会关注。为淘汰过剩产能并迎合人们的物质需求，我国养猪业将从单纯追求数量转向追求数量、质量及综合效益并重发展。智能化养猪业利用自动化技术、信息技术和物联网技术等，对推进我国养猪业健康化、标准化、福利化、精确化具有重要意义。

智能化；养猪业；现状；发展趋势

S818.9

1673-4645(2017)12-0048-06

2017-11-03

邓奇风（1990-），男，汉族，湖南娄底人，研究生，主要从事饲料配方技术研究，E-mail：1204194718@qq.com*

肖淑华（1969-），博士，E-mail：xiaoshuhua@126.com

Current Situation and Development Trend of Intelligent Pig Industry in China

DENG QifengCHEN QiLIU ZhiqiangXIAO Shuhua
（Hunan Jiuding Animal Nutrition Research Institute Co.,Ltd.,Changsha 410003）

With the rapid development of pig industry in China,the concept of healthy breeding,welfare farming and precision breeding has been put forward.The sustainable development of pig industry has attracted much attention.To eliminate the excess capacity and meet the material needs of people,China's pig industry will gradually shift from pursuing purely quantitative development to balancing emphasis on quantity,quality and comprehensive benefit.Intelligent pig industry was using automation technology,information technology and internet of things technology.It is of great significance to promote China's pig industry health,standardization,welfare,and accurate breeding.

intelligent;pig industry;current situation;development trend

我国是世界养猪大国，无论是养殖规模还是猪肉消费量均居世界第一[1]。但我国并不是养猪强国，与一些养猪发达国家相比，在生产技术、动物福利、环境治理及智能化设施等方面还存在较大差距。近年来，我国畜禽养殖环境污染问题日益突出，动物福利养殖的观念也逐渐被人们所重视，在产能过剩与环保压力加剧的形势下，如何突破养猪业现有瓶颈，推进我国养猪业健康化、标准化、福利化和精确化发展显得尤为重要。在寻求我国养猪业可持续发展道路上，智能化养猪技术顺应时代需求，成为当下的研究热点。智能化养猪技术目前虽然没有明确的定义，但基本可概括为利用自动化技术、信息技术和物联网技术等为养猪业带来便捷、智能和健康的养殖技术。我国智能化养猪业发展较为薄弱[2]，一直以来都是以引进国外设备、借鉴国外技术的发展为主，很少自主研发智能化养猪设备。因此，本文就我国智能化养猪业的发展现状进行介绍，以期为推进我国智能化养猪技术的发展提供参考。

1 我国智能化养猪业的发展现状

我国智能化养猪业的研究起步较晚，过去20年是我国养猪业向自动化、高效化、智能化生产模式转变的变革时期。以2008年国内推广和采用的怀孕母猪智能化饲养管理的养猪模式[3]为典型案例，这一养猪模式后来在实际生产过程中的应用被证明还存在许多问题。我国智能化养猪技术目前可分为自动化技术、信息技术和物联网技术三大部分，这些技术的相互交织利用和各分支新技术的不断引入，使得我国智能化养猪业的发展较为活跃。

1.1 自动化技术

自动化技术是一门综合性技术，主要是指用机械来替代人工进行操作[4]。在控制理论不断完善下，快速发展的计算机技术使得自动化技术有了长足的进步。自动化技术在我国智能化养猪业中的应用目前主要集中在自动化饲喂、自动化通风、自动化粪污处理等技术工艺上。

自动化饲喂设备主要包括自动化喂料设备和饮水设备。自动化喂料设备又因饲料形态分为干料和液态料设备两种，干料工艺是一种全封闭的输送过程，其流程为：饲料厂→散装饲料车→料塔→通过管道输送→定量筒→下料管、食槽[5]。干料自动输送供给能保持饲料清洁，减少饲料运输损失[6]，并可实现在喂料的同时减少粉尘污染，但设备价格高、维修困难，多以自制或厂家定制使用，主要应用群体为大中型养殖场。液态料工艺是将混合均匀的液态料经饲料泵泵出，经热塑性树脂（PVC）饲料输送管道送至各个下料阀，指令通过传感器控制，由压缩空气的排放时间长短来控制下料量[7]，整个过程由计算机控制。大量研究显示，液态料自动输送供给为发酵饲料创造了一个良好的乳酸菌培养环境，能降低液态料pH值，有助于提高饲料生物安全和减少抗生素使用[8]，此外还能提高饲料转化率、降低生产成本等。我国现有液态料自动输送设备基本是引进国外设备技术后进行改良优化，使其适用于本土的养猪生产，目前主要存在问题是自动控制设备的控制精度不够、饲料混合过程中出现饲料分层、营养素分离等。由于设备费用高，基本应用于大型养猪场。养猪业中自动化饮水设备有乳头式饮水器、鸭嘴式饮水器和杯式饮水器等，国内较为常见的是鸭嘴式饮水器，有的还配备有饮水自动加热设备。

自动化通风需要考虑夏季通风和冬季通风，夏季通风与冬季通风目的不同，夏季温度较高，湿帘+风机纵向通风能降低舍内温度；冬季舍内有害气体浓度较高，横向通风能减少有害气体对猪只健康的危害。目前，我国养猪业自动化通风设备的研究与应用主要集中在控制夏季高温，通过在猪舍内安装热敏仪[9]，超过适宜温度范围就可自动启动通风设施。虽然国内外有害气体感应器的研究开展很多，但国内猪场冬季通风的研究更多是侧重于通风技术，如屋顶无动力风机+地暖模式。由此可见，冬季猪场常利用供热与通风相结合的方式达到健康养殖。

自动化粪污处理在国内并未形成系统化应用，主要包括机械刮粪和粪污处理，而粪污传送至猪场废弃物处理中心仍然需要人工参与。我国规模化养猪场清粪方式可分为三种：水泡粪、水冲粪和干清粪[10]。水泡粪是我国规模化猪场第一代粪污处理工艺，引自美国，采用漏缝地板+水池，舍内臭气浓度高，废水多且难以处理，由于猪场周边没有足够耕地供灌溉，因此逐渐被淘汰使用。水冲粪是针对水泡粪用水量大、臭气大而做出的改进方法，采用漏缝地板+水池+闸门+排风扇的模式，国内还有许多猪场使用。随着畜禽养殖污染防治逐渐受到重视，干清粪模式以其废水少、容易处理和及时清理等优点将占主导地位，虽然耗时耗力，但其优点显而易见。漏缝地板+机械刮粪能省去人工，还能解决因粪便清理带来的人员难聘问题。国内目前较常用的粪污处理工艺是固液分离+UASB+两级生化+物化，虽然治理效果较好，对污水能够做到净化达标后排放，但运行成本较高[11]。因此，以资源化利用为前提的粪污处理工艺成为当下的研究热点。

1.2 信息技术

信息技术集计算机与数据工程为一体，是发展最为迅速的一种现代科学技术。以计算机为主的信息技术在一定意义上与物联网技术相同，文中把以计算机为主的信息技术暂且归于物联网技术。信息技术在我国养猪业应用较为广泛，其中涉及育种技术、饲料与营养、生产管理和肉品质分层等[12]。

现代育种技术的发展可表现为：育种技术=基因库+育种学理论+计算机技术+系统工程+生物技术，计算机技术的快速发展使得育种技术更精确、更有预见性。目前国内许多大中型种猪场使用苑存忠等[13]开发出的“现代种猪管理软件”，这款综合管理软件是运用家畜比较育种学原理和现代计算机应用技术，以Visual FoxPro 8.0软件包为工具，可在Windows 9X/Me/NT/2000/XP等操作平台上运行。“现代种猪管理软件”通过育种数据的输入（可修改），能做到育种资料的输出及种猪种用价值的排序等，可为现代种猪生产提供有益的帮助。在母猪产仔数的选择方面，最佳线性无偏预测（best linear unbiased predication,BLUP）法的建立革新了过去常用的选择指数法。我国从20世纪80年代中期开始在育种工作中进行尝试，到20世纪90年代中期走向成熟和完善[14]。随着计算机与生物技术的不断发展进步，与BLUP育种值估计方法相关的软件正在推出与应用，如从单性状育种值估计发展为多性状育种值估计，从常规繁育体系的育种值估计发展为有胚胎移植、胚胎切割等非常规繁育体系的育种值估计，并被广泛应用于养猪生产[15]。

信息技术渗透在饲料与营养中的应用主要集中在饲料配方与加工工艺及营养优化等方面。张子仪等[16]在1989年采用dBASE语言建立了中国饲料数据库管理系统，能通过与优化配方程序接口，输入市场价格，从而实现优化配方，以BASIC语言和线性规划原理编制了“袖珍电脑最佳饲料配方”。杨国才等[17]应用模糊数学原理，将饲养标准和目标函数模糊化，更易得到畜禽饲料的优化配方。在饲料加工方面，通过计算机技术对饲料混合工艺、原料的计量管理、制粒机及整个生产过程的控制，既能追溯产品原料来源，又能更好地控制产品质量。我国饲料配方优化设计所使用的信息技术主要分为以下几类：一为目前应用最多的线性优化软件；二为模糊线性规划软件；三为目标优化应用软件；四为“专家系统”优化软件，构建猪的营养代谢模拟模型，如艾景军等[18]建立的生长育肥猪营养代谢模型。

信息技术在养猪生产管理中的应用较为广泛，主要包括猪场监控、工作安排、种猪系谱管理、电脑选配、猪群保健和购销管理等[19]。通过应用数据化管理软件，能快速掌握猪群生产性能方面的信息，凭分析结果做出正确决策，还能通过生产系统数据分析，根据市场行情调整上市猪的数量和猪群结构，控制养殖成本。我国猪场信息管理系统的研究近几年发展较快，出现大量以Foxbase编制代替早期dBASE语言编辑的软件，主要产品有中国农业大学研发的“金牧猪场综合管理软件”、广东省农机研究所研发的“工厂化猪场计算机管理信息系统”、华南农业大学计算机中心与广东省食品进出口公司电脑室共同研制的“PPMS”系统等[12]。还有根据遗传特性、代谢特点、生产函数和环境因素等建立的养猪生产系统计算机模型，能指导生产方向，改进生产技术，如PIG模型[20]。这些系统的研发应用不仅能提高猪场的管理效率，还有利于猪场实现标准化、健康化饲养。此外，市场上还有很多其他关于养猪业的信息软件，如兽医专家系统、畜牧宝典等，它们能提供关于饲料营养、市场行情、疾病治疗等信息。

信息技术在猪肉品质分层和估算种猪体重方面也有应用，但还未开发出成套的产品应用于实际生产。在猪肉品质检测中，通过计算机视觉技术提取图像原始颜色信息和纹理特征，还可进行几何尺寸的测量。用图像处理技术对图片进行特征提取，选取适合的分类判决模型，对胴体特性如胴体长、屠宰率、背膘厚度、瘦肉率、眼肌面积等以及猪肉品质特性如肉色、肌内脂肪含量、嫩度和风味等均可做出评定。既达到无损、客观、快速评定的目的，又能克服人为因素[21]。种猪体重估算是通过数据图像分析技术测量和计算种猪投影面积，分析其与体重的相关性，通过相关性即可估算出种猪的体重。

1.3 物联网技术

物联网是互联网的应用拓展，是指利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网技术在我国养猪生产中的研究开展较多，包括智能耳标识别、母猪发情鉴定、智能分栏、精细饲养技术、环境检测、生猪和产品追踪及溯源等，也形成了一些专利和产品，但在实际生产中的应用较少，主要原因在于造价太高和技术不成熟。

RFID（Radio Frequency Identification）即无线射频识别，是一种可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关信息的自动识别技术。与传统的二维码耳标相比，RFID电子标签具有存储数据量大、多目标识别、耐磨损和可回收等优势。利用RFID技术，能跟踪和记录猪只品种、日龄、生产性能指标、日常管理信息、疾病、免疫和出场等信息，这些数据不仅可以通过大数据、云计算等先进技术促进行业的健康有序发展，还为物联网技术在养猪业中展开应用做好了铺垫。张杰[22]等收集1963—2011年间的RFID技术相关专利文献统计发现，RFID技术的专利主要被美国、日本、韩国和中国等掌握，且形成技术垄断，国外RFID技术系统随意定价，使得国内很多养猪户望而却步。由于市场需求，我国RFID技术发展迅速，在读写器和芯片方面的专利接近60%[23]，有相关产品可用于猪场智能耳标识别。在软件方面，白红武[24]等构建的基于物联网的种猪管理系统，通过RFID电子耳标的识别与记录，实现饲养过程可追溯。黄瑞森[25]等利用RFID识别、自动称重传感等技术结合自主研发的系统可生成种猪日生长性能报告。鄢祖建[26]结合使用RFID技术、单片技术、数据库和上位机管理软件技术等设计出一套生猪生长性能测定系统，使生猪生长性能测定自动化、智能化。

准确鉴定母猪发情有利于提高母猪配种受胎率，也是诸多养殖户所关注的问题。母猪发情鉴定主要有观察法、电阻法、公猪试情法和外激素法等，其中电阻法精确度高于观察法，外激素法能避免试情法过程中驱赶公猪的繁琐，所以外激素法是近几年研究较多的应用方法。经查询2010—2013年的专利可发现，有通过设计运载公猪的“母猪试情车”、设计测量体温来判断母猪是否发情的装置、监测母猪与公猪接触频率和次数等来实现母猪发情鉴定。但未见上述专利可形成的产品在实际生产中应用的报道。国内现有的母猪发情鉴定方面的系统应用基本引自国外。

智能分栏技术的研究在我国还处于起步阶段，这一技术的完善有利于推动母猪大群智能群养系统和育肥猪智能化分栏饲养的研究。智能分栏装置系统是对猪群以预先人为设定的标准条件进行分离，通过智能耳标识别确认个体信息，软件管理系统即可获取其相关生产性能或生长性能方面的信息，经智能判断后，对怀疑生病、发情鉴定、免疫接种、临产转舍和丢失耳标的猪只个体自动喷色记忆并分离到指定区域，不需要处理的猪只可返回大群。母猪大群智能群养系统又分怀孕母猪智能化群养和哺乳母猪智能化群养，我国从2008年开始推广和采用怀孕母猪智能化群养管理，其本质上是智能耳标识别、智能分栏和精细饲养技术的整合，群养能改善母猪健康，精细饲养能细化到每头母猪，实现不同怀孕阶段、不同体况、不同品种母猪在不同饲养条件下的饲养管理目标。国内70%的市场份额由荷兰NEDAP公司研发的VELOS母猪饲喂管理系统占据[27]。育肥猪智能化分栏饲养既可实现不同体重饲料的科学利用，又可准确进行出栏猪体重挑选，提高出栏猪整齐度。在中国已有两家猪场使用荷兰NEDAP公司的育肥猪智能化分栏饲养设备，应用情况较好。国内研发的“种猪（含商品猪）精细管理综合网络平台”已在50多家集约化种猪场得到示范应用，这一综合系统主要包括个体标识信息和生产档案数据的采集与数据库的建立。通过对猪群结构、核心群种猪的配种、产仔和断奶性能的历史记录进行统计分析；对各种繁殖状态和周期性参数的可视化分析，尤其是对繁殖母猪的精准喂养，降低了母猪生产成本，提高了仔猪成活率[28]。

畜禽养殖环境的监控对改善猪只健康、提升猪的福利养殖具有重要意义。有关畜禽养殖环境的影响因子（如温度、湿度及CO2、NH3、H2S等有害气体）传感器的研究较多。电子鼻主要由传感器阵列和智能算法组成[29]，传感器阵列首先将探测到的信息经过主成分分析进行压缩，再通过具有判断能力的模式识别技术处理，从而对多种成分混合气体进行分析[30]。电子鼻技术开发的产品已经存在，以国外产品为主，国内虽然技术还不够成熟，但发展态势很好。物联网的应用使得畜禽养殖环境能实现连续监控，从而推进畜禽健康养殖的发展。

生猪及其产品生产的跟踪及溯源是未来畜禽养殖生产中保障食品安全的根本路线，利用猪肉质量安全可追溯体系即可得知提供商品猪的猪场生产条件、猪的饲养过程、屠宰加工及市场流通等信息。目前，国内在猪肉质量安全可追溯体系方面研究较多，主要通过智能标识、信息采集与传输等技术，实现从种猪、商品猪生产，到生猪屠宰分割、标识对接、数据采集与传输、物质流与信息流对接，从而做到从源头到消费终端的跟踪[31]。这些技术解决方案适用于散养模式及规模化饲养模式的产品质量跟踪与溯源。

2 我国智能化养猪业的发展趋势

智能化养猪业大大提高了猪场的管理效率，提高了动物的福利水平，提高了猪场生产效率和对畜产品质量安全的监管能力，其发展前景较为广阔，在新技术不断引入与现有技术不断提升的情况下，我国智能化养猪在未来的发展中将取得长足进步。我国智能化养猪业现有技术逐渐从照搬国外产品向自主创新过渡，但这中间还需要大量科研工作的展开及专利产品化的转换。

2.1 自动化技术

在实际生产中，国内自动化喂料设备还存在以下问题：⑴产生较多粉尘；⑵投料精度低，容易出现不足或过量的现象；⑶喂料设备费用高，容易出问题。针对这些问题，在自动化喂料设备未来发展中需要重视饲料运输管道的材质研究，使其既便宜又耐用；将喂料设备的成本聚集在控制系统的应用上，使其既精准又不改变饲料的营养结构；对放料产生的粉尘问题则需要考虑成本与效益之间的关系。自动化通风技术的研究主要是针对冬季猪场有害气体浓度过高的问题，在福利健康养殖的推进下，冬季通风也可和夏季通风一样采用有害气体传感器对猪舍实施小通量换气，冬季与秋季使用的风机大小不同、位置不同，所以冬季自动化通风技术将增加饲养成本。而在自动化粪污处理上，粪污露天或封闭传送将是未来生态养殖的发展趋势，既节约人力又能防止人为运输粪便造成的二次污染。粪、尿及病死猪无害化的自动化处理技术也会越来越完善。

2.2 信息技术

信息技术的应用几乎占据整个猪场的生产管理，信息化数据管理应用不仅能评估猪场生产技术水平，还能为猪场提供决策性信息。随着信息技术的不断发展，应用于猪场的信息技术将是推进整个行业快速发展的动力。BLUP法的不断优化及推广应用、大数据下饲料营养的优化及猪只生产性能的提高、更成熟的猪场监控管理系统等是现有发展较快的部分，养猪生产中还有许多环节的信息技术有待开发，如内置芯片、福利设备研究等。总体说来，信息技术在我国养猪业已取得显著成绩，但还应继续加大信息技术基础设施建设的投入。

2.3 物联网技术

物联网技术的引入给我国养猪业资源整合、优化提升的发展提供机会，但我国养猪业物联网技术的研究还处于初级阶段，许多专利无法形成产品应用于生产实践。应用效果较好的管理系统均是引自国外，国内自主研发的系统精密度不够、准确率不高。RFID技术的突破、母猪发情鉴定系统的研发、智能分栏及精细饲养的研究和追溯系统的完善优化是国内现在积极发展的几大板块。因此，我国养猪业物联网技术还应在已有研究基础上，拓宽思路，填补研究空白，如病猪自动识别系统、环境综合检测系统、行为习性检测研究等。

3 小结

现阶段我国养猪业面临较大的环保压力，许多猪场关注的中心点都转移到粪污治理。这就导致养猪业应用智能化技术的积极性不高，但智能化养猪技术是促进我国养猪业健康可持续发展的重要力量。环保整治下，我国养猪业规模化、集约化猪场必将占据主要地位，努力发展各项智能技术将更有利于规模化、集约化猪场的运行。智能养猪技术的发展研究不仅有利于提升我国养猪技术水平及降低生产成本，还能迎合当下养猪业资源整合后的可持续发展。

[1]刘文涛,顾立伟.关于中国与美国养猪业的比较研究 [J].中国畜牧杂志,2016(6)：3-7.

[2]闫颖.智能化母猪饲喂管理系统设计 [D].太原：中北大学,2014.

[3]杨秀丽,张铁民,邢航,等.母猪大栏智能群养系统关键技术研究进展[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2016(4)：24-32.

[4]葛文博.浅谈机械自动化技术发展趋势和要点分析[J].特区经济,2016(1)：146-147.

[5]陈安国.猪用干湿饲喂器的设计原理及应用技术参数研究[D].杭州：浙江大学,2005.

[6]杨亮,易渺,熊本海.饲喂设备在养猪业的应用[J].中国农业科技导报,2013,15(6)：147-151.

[7]陈安国.猪用干湿饲喂器的设计原理及应用技术参数研究[D].杭州：浙江大学,2005.

[8]郭忠利.规模化养猪场群体母猪精细饲喂控制系统的研究与设计[D].哈尔滨：东北农业大学,2012.

[9]季邦,王春光,刘涛.我国生猪饲喂设备的研究现状及发展趋势[J].黑龙江畜牧兽医,2016(14)：57-59.

[10]朱杰,黄涛.畜禽养殖废水达标处理新工艺[M].北京：化学工业出版社,2010：16-17,35-41.

[11]宋立,刘刈,王智勇,等.猪场污水处理与综合利用技术[J].中国畜牧杂志,2015(10)：51-57.

[12]程宇,张树敏.信息技术在养猪业中的应用[J].畜牧与饲料科学,2009(9)：108-110.