我国规模化奶牛场智能饲喂设备的应用及发展趋势

文/王 波 梁丽平

（北京农业职业学院机电工程学院）

在奶牛场运营管理中，饲料条件与饲喂设备对提高奶牛的产奶量和牛奶品质，有着重要的影响。经过近30 年的发展，基于全混合日粮（Total Mixed Rations，TMR）饲喂技术的TMR饲喂车已成为我国规模化奶牛场普遍采用的一种先进饲喂模式，此模式根据牛群营养需求进行饲料配制与自动进料混合，在提高了饲料营养转化率的同时，也使饲料利用率和操作人员的劳动效率得到了显著的提升[1]。近年来，随着国外先进养殖理念、技术和设备的引进，农业物联网、大数据技术的兴起，对动物福利的重视，加之农业劳动力的大量转移，国内奶牛场饲喂装备与技术应用又呈现出了信息化、精细化、智能化的趋势[2～4]。本文主要从智能饲喂设备方面，总结国内规模化奶牛场主要智能饲喂设备的应用情况，为国产智能饲喂设备的设计与进一步发展提供参考。

1 TMR智能饲喂管理系统

TMR饲喂技术是根据不同类群或泌乳阶段奶牛的营养需求，按设计比例，将青贮、干草、精饲料以及各种矿物质、维生素等添加剂进行充分搅拌、混合而调制成的一种营养相对平衡的日粮[5]。得益于其巨大的优势，TMR饲喂车在我国规模化奶牛场中的应用已超过95%。TMR技术的关键点之一是奶牛采食到的饲料与饲料配方一致，即理论配方、搅拌配方和采食配方三者一致[6]。但是，在TMR设备实际使用过程中发现，TMR在制作过程中存在着配料和投料过程不易监管控制等问题，影响牛群营养均衡而造成牛奶产量、质量不稳定，人员操作过程和生产数据也模糊不清，应用TMR提供均衡营养、提高饲喂效率、实现降本增效成为空谈。

为了解决此问题，国内外畜牧设备公司和科研院所进行了不同类型TMR智能饲喂系统的研发，一些成熟产品在国内规模化奶牛场得到了广泛应用。

较有代表性的如司达特（北京）畜牧设备有限公司（简称“司达特”）的数据传输（有线和远程）可编程称重系统（图1），除了具有常规的准确称量、报警功能外，还能够在系统中进行配方和卸料方案的录入和设定，进行配方生产，尤其是称重仪表中的流程数据，如加料配方、卸料方案、位置及实际物料增减情况等，能够通过数据传输软件与计算机之间进行数据上传和下载，并与奶牛场管理软件兼容，进而实现了远程调用生产数据、直接查看牛群的饲料配方、了解牛群的饲喂数据等高级功能。奶牛场管理者可基于这些数据，分析奶牛实际营养情况，结合挤奶厅提供的牛群生产数据，进一步调整牛群饲料配方，使生产更符合奶牛场实际需求，以获得更好的效益[7]。

图1 司达特可编程称重控制器

此外，美国DIGI-STAR公司开发的DIGI-STAT TMR Tracker精准饲喂管理系统基于现代信息技术，将铲车、TMR饲喂车、管理系统通过无线网络连接在一起，能够为养殖场（户）提供管理饲料、提高效率和增加产量的整体解决方案。饲料组分、配方、生产群组和饲料搅拌器信息可由管理系统输入，并远程无线传输给驾驶室或饲料搅拌的指示器，同时饲喂过程信息回传给管理系统。因此，该系统能够实时跟踪TMR饲喂车的重量、饲料种类、不同圈舍奶牛的饲喂情况、人员操作准确度等信息，具有配方管理、配料管理、剩料回重管理、圈舍管理、饲料仓库信息管理和饲喂过程监管等功能，并生成相关报表，用于指导和监管奶牛饲喂过程，从而实现奶牛的精准化饲养[8]。

南京丰顿科技股份有限公司（简称“南京丰顿”）开发的TMR智能管理系统（图2）也是类似工作原理，该系统采用了自建工业级iWiNet无线网络系统，由TMR饲喂车数据终端系统、装料车数据终端系统和数据管理系统三大部分组成，能够从投料过程、投料曲线、投喂误差、采食分析、饲喂成本、饲喂效率六个方面进行全面分析，实现饲喂工作实时监管，使饲喂更精准，成本更可控。目前，该系统在新疆、宁夏、甘肃等地区规模化奶牛场中已得到广泛应用[9，10]。

图2 南京丰顿TMR智能管理系统示意图

以上三种智能饲喂管理系统，从不同牛群的编码与标识，到利用不同通信技术进行生产过程的数据采集和传输，再到云平台和服务器的应用，直至利用以上生产数据进行分析、挖掘、开发和利用，均代表了农业物联网技术在畜牧业的典型应用，也成为规模化奶牛场未来管理的发展方向。

2 奶牛个体精准饲喂设备

奶牛个体精准饲喂设备主要包含两大类。一种为精饲料补饲设备，分为固定式（图3）和移动式，主要由奶牛个体身份识别系统、控制系统和投料系统组成，能够实现对奶牛个体身份的准确识别，并投喂对应奶牛所需的精饲料，实现了基于奶牛个体差异的精饲料投喂。目前国内一些科研院所结合国内具体使用条件，进行了相关设备的研发，但在实际使用中并未普及[11，12]。另一种为TMR全混合饲料精准饲喂站，此种设备克服了前者无法控制和记录每头奶牛粗饲料采食量、进而无法获取每头牛每天完整的干物质采食量的问题，但缺点是需要在牛舍中成排安装，成本高昂，因此，便于开展比较不同饲料营养价值的科学试验，而鲜见应用于我国规模化奶牛场[2]。

3 传送带式饲喂系统

TMR饲喂车通过粗料和精料的均匀混合，改善了饲料的适口性，更有利于牛体营养的均衡化，显著提高了牛群的生产性能；简化了工作步骤，降低了饲喂工作人员的劳动强度，大大提高了工作效率；实现了奶牛场运营在饲喂方面的机械化、自动化、专业化生产。但是，从不同规模和不同地区奶牛场的使用效果来看，TMR饲喂车显然存在一些不足之处，如土地利用率低，油耗大，废气和噪声污染、冬季冷应激大等问题。

图3 奥地利Schauer公司的COMPIDENT奶牛精料饲喂站

图4 芬兰PELLON公司传送带式饲喂系统示意图

芬兰PELLON集团开发的传送带式饲喂系统在解决以上问题的同时，更以其显著的优势推动了TMR饲喂模式的技术革新。如图4所示，传送带式饲喂系统基于固定式TMR设备，通过集成高度自动化的模块化填料设备、精料塔和多种功能的传送带单元，并由饲喂管理软件系统进行智能化控制，可实现不同牛舍、不同牛群的多次饲喂，精确、自然的饲喂方式有效提高了奶牛的产奶量，也大大提高了饲料利用率，节省了饲料成本[13]。该系统采用了电力驱动传送带输送饲料的方式，在避免常见自走式或牵引式TMR饲喂车造成的废气和噪声污染的同时，更明显降低了油耗成本，从而降低了奶牛场运营成本。另外，区别于国内广泛使用的移动式TMR饲喂车需要4 m左右的饲喂通道宽度，传送带式饲喂系统的饲喂面宽可缩小至1.5～1.8 m，因此，大大节省了建筑面积和土地，进而降低奶牛场建设初始投入资金。智能化的控制也使得奶牛场管理数据如饲料配方、饲喂群组、饲喂时间、设备运行等信息可以有效地采集、存储和利用，实现了信息化和数字化的奶牛场运营[14]。目前，该系统已在我国内蒙古、西藏等地区得到了成功推广和应用。

4 未来发展建议

从本文介绍的几种智能饲喂设备可以看出，随着感知技术的发展与成熟，物联网、现代信息、自动控制与畜牧养殖技术的结合，传统奶牛场饲喂设备正向着智能化、信息化的趋势发展，畜牧养殖业面临的人力资源紧缺问题，也助推了此进程的加速。纵观国内外先进智能饲喂设备在我国规模化奶牛场的应用情况，未来，智能饲喂设备的进一步发展，应着重考虑以下四点。

4.1 匹配养殖模式

智能饲喂设备的应用要与养殖模式结合，如不同地区牛群的分群方式、饲料组分等对设备种类、性能的需求不同，不能一味追求智能化，照搬国外技术，而忽略了与养殖模式的匹配。

4.2 考虑畜舍布局

智能饲喂设备的使用需要综合考虑奶牛场畜舍布局和畜舍建筑结构，如常规TMR饲喂车和传送带式饲喂系统对奶牛场建筑的要求是不同的。

4.3 重视动物福利

智能饲喂设备的使用要综合考虑牛群对设备的协调适应性，减少奶牛应激，提高对动物福利的重视程度。

4.4 注重人才培养

智能饲喂设备的使用效果深受操作人员的技术水平影响。目前，年轻人在奶牛场工作的意愿较低，而年长者对高科技的智能化设备操作困难，对设备运行的内在逻辑理解不足，既难以达到预期使用效果，也易造成设备故障。因此，改善奶牛场工作环境，选择具备一定文化水平和技术水平的人员，进行系统性的专业培训，依靠先进的智能化设备、科学化管理和先进生产工艺，变“饲养员”为“管理员”，是解决我国养殖业人力资源短缺问题的有效途径。