我国奶牛养殖机械化智能化信息化应用现状分析

彭华 李军平

摘 要：近年来，随着我国奶牛存栏规模及单产水平的不断提高，为减少用工量、改善牧场管理及提高生鲜乳质量安全水平，牧场机械化信息化智能化技术应用逐渐普及。本课题组先后前往北京、新疆、山西、河北、河南等地区实地调研53家牧场，发现调研的牧场100%实现机械化挤奶和TMR饲喂，但刮粪板清粪、自动发情鉴定、奶量自动计量、电子耳标等前沿技术主要应用于千头以上牧场，此类牧场大部分具有集团化经营背景，资金实力雄厚，技术力量强。千头以下牧场以私营为主，经营以养牛售奶为主，机械化信息化智能化技术应用较为被动。针对此种情况，提出加大科技投入，提高奶业科技支撑能力;加强培训，提高牧场主对智能化信息化的认识度;引导养殖企业多元经营，拓宽收入渠道等政策建议。

关键词：奶牛养殖;机械化;智能化;信息化

近年来，我国奶牛养殖方式发生了巨大变化，规模化比例（奶牛存栏100头以上）由2008年的19.5%上升到2017年的58.3%，奶牛单产水平也由2008年的4.8 t/头上升到2017年的7.0 t/头。随着奶牛存栏规模及单产水平的提高，奶牛场管理要求也随之提高，再加上近年来劳动力成本不断上涨，牧场机械化信息化智能化技术应用逐渐普及。本课题组先后前往北京、新疆、山西、河北、河南等地区进行实地调研，了解我国奶牛养殖场在生鲜乳生产过程中机械化信息化智能化应用现状，找出存在的问题，并提出相应的政策建议。

1 调研奶牛场基本情况

从表1可以看出，新疆地区牧场规模普遍较大，可能与新疆地区土地资源丰富、饲草料供应充足有关。山西牧场规模偏小，可能与山西地区地形以山地为主、土地资源相对匮乏、难以配套充足的饲草料基地有关。

2 相关环节机械化智能化信息化应用情况

2.1 减少用工量

2.1.1 集中式机械化挤奶 与传统的人工挤奶相比，机械化挤奶的应用极大地提高了奶牛养殖业的劳动生产效率、鲜奶卫生质量和乳品质量。调研的规模养殖场100%实现了集中式机械化挤奶，但挤奶机的类型因牧场的规模和资金实力存在一定差异。存栏在1 000头以下的奶牛场，挤奶机以鱼骨式和并列式为主，转盘式挤奶机主要应用于存栏1 000头以上牧场。而伴随着机械化挤奶的应用，为减轻挤奶工频繁而机械弯腰作业的艰辛，避免“过挤”现象的发生，进而减少乳房炎的发生，自动脱杯技术在牧场应用日趋广泛。但从调研结果看，自动脱杯技术在牧场应用并不理想，主要在存栏1 000头以上牧场应用。原因主要有两方面：一是自动脱杯挤奶装置成本较高，小规模牧场不愿意投入;二是小规模场在建场之初，因自身条件的限制，接触不到如此先进的技术，没有机会采用。

2.1.2 TMR搅拌车和青贮取料机 与人工拌料相比，TMR技术提高了饲料的适口性，促进奶牛采食，提高了產奶量，同时其机械化、智能化功能降低了管理成本，简化了饲喂程序，替代了大部分相关的劳动力。在调研的牛场中，100%实现了TMR饲喂。TMR搅拌车按行走方式的不同可分为固定式、牵引式、自走式。固定式搅拌车在设备固定的状态下完成搅拌作业，用撒料车将饲料拉运到牛舍进行投料饲喂，搅拌车的动力可用电力，相对于其他机型，运行成本较低。牵引式搅拌车靠拖拉机输出动力通过PTO传动轴带动搅拌车工作，精粗料装载完后可在运往牛舍的途中继续搅拌，到达牛舍搅拌结束，开始投料，动力源是耗柴油的拖拉机，油耗成本较高。自走式搅拌车集搅拌仓、动力及行走部分于一体，其自身就能完成上料、切割过程，但价格较高。搅拌车的应用类型因牛场规模及圈舍结构还有地区的不同有所差异。规模较小的牧场如存栏300头以下，主要应用固定式搅拌车，原因是牛舍间距小，用牵引式搅拌车不划算。建场历史较久的（2010年以前）养殖小区改造而来的应用固定式较多，原因是这些牛场的牛舍饲喂通道较窄，牛舍高度无法满足牵引式搅拌车的要求。从地区来看，山西和河北的牛场较多应用固定式，原因可能与这两个省的牛场以私营企业为主，购买搅拌车时更多地考虑运行成本因素。新疆地区较多应用牵引式搅拌车，原因可能是新疆牛场以国营居多，土地资源丰富，牛场占地面积相对较大，应用牵引式优势更明显。自走式搅拌机主要应用于千头以上牧场，这类牧场同时还备有固定式或牵引式搅拌机，一方面满足不同牛舍的需求，另一方面可相互作为备用机。为提高牛场TMR配制效率，大部分牛场都配备了青贮取料机，千头以下牧场，使用牵引式搅拌机的牛场，有的只需配备1名熟练工人，便可完成全场的配料、喂料工作，固定式搅拌机一般需要2～3人完成配料、喂料工作。

2.1.3 机械清粪 调研的牛场清粪工艺主要有两种：人工清粪和机械清粪，机械清粪又有铲车清粪、吸粪车清粪、刮板清粪等方式。调研的牛场中人工清粪占较少比例，主要是养殖小区改造及建场时间超过20年的牛场，受圈舍结构的限制，无法应用机械清粪。调研的牛场中有一半采用铲车清粪，牛场通常是将铲车进行改装，推粪部分利用橡胶轮胎制成刮粪斗，驾驶员开车把粪道中的粪刮到牛舍一端的储粪池中，再用农用车集中运走。吸粪车是近两年才进入我国的一种牛舍清粪设备，这种设备集粪污收集与输送于一体，车上配有刮粪板，操作简单，高低可调。此设备在牧场应用不是很广泛，目前已做到国产化，调研的山西牛场中有两家牛场采用这种设备。冬季寒冷地区，粪便结冰情况下，不能使用清粪车进行清粪，牛场在冬季需要有备用的清粪方案。刮板清粪又可分为链条式或钢丝绳式和步行式。链条式或钢丝绳式是有一个驱动电机通过链条或钢绳带动两个刮板行成一个闭合环路，一个刮板前进清粪，另一个刮板翘起后退不清粪。步行式刮粪板靠电机驱动导轨进行直线往复运动，助推刮粪板进行步进式运动，即刮粪板向前运行一定距离后停下，当机头内转向销子落入下一个孔的时候，继续向前运动。智能控制系统可根据牛的排粪量和作息时间设置和修改刮粪板每天开机时间、每次开机的次数和每次间隔时间进而实现清粪的智能化。步进式刮粪板也是新近两年新推出的技术，应用范围也较小，调研的牛场中有1/3应用刮粪板清粪，但仅有1家采用此技术。

2.1.4 犊牛自动喂奶器 目前，国内犊牛的培养主要有犊牛岛和舍内群养两种模式。犊牛出生后第一个月其生长发育所需营养主要来自于牛乳。有研究发现，采用自动喂奶器的犊牛牛乳采食量明显大于犊牛岛饲喂犊牛，原因是采用自动饲喂器的犊牛，由于不受人工的限制，犊牛可以少量多次采食，采食量较大。犊牛自动喂奶器在国内的普及率不是太高，调研的牛场中仅有1家牛场采用该喂奶器。

2.2 改善管理

2.2.1 自动发情鉴定技术 目前，奶牛的发情鉴定主要有人工观察法、直肠检查法和数字化检测法。奶牛的发情周期以21 d计算，最佳人工授精时间在排卵后6～12 h。前两种方法需要大量的勞动力进行操作，尤其在养殖规模较大的牛场，常常会出现因为漏检和发情时间鉴别不准而错过奶牛最佳配种时间，直接影响产犊间隔、增加饲养成本和降低繁殖率。研究表明，处于发情期的奶牛每天的活动量是正常奶牛的2～3倍。数字化检测法是基于奶牛发情时活动量增加这一生理反应为基础设计的。目前用于奶牛发情鉴定的数字化检测法主要有三种方式，即电子计步器、电子项圈和电子芯片。其工作原理是将数据采集器绑在牛的腿上或脖子上，或植入牛的耳朵，数据采集器得到的活动量信息传输至处理器判定奶牛是否处于发情状态。这些数字化检测装备通常还具有牛号识别的功能。由于该项技术要求牧场配备较高计算机水平的人员，调研的牛场中，千头以上牛场应用较为普遍，千头以下牛场应用较少。

2.2.2 TMR智能饲喂系统 为提高牧场理论配方、搅拌配方、采食配方三个配方的一致性，减少加料误差、撒料误差和剩料率，实现奶牛饲喂的智能化管理，TMR智能饲喂系统在牧场的应用日益广泛。调研的牧场中，除了三元集团旗下的牧场由集团公司营养事业部制定饲料配方，大部分牧场由精料补充料或预混料提供商提供饲料配方，而配方的执行主要由称重显示系统完成。按照功能的不同，称重显示系统可分为几个不同的级别，即简单称重控制系统、可编程称重控制系统和数据传输编程控制系统。简单称重控制系统通常是在TMR搅拌机（固定式）上安装称重系统，能够将所加物料进行准确称重，并将重量在显示屏显示，同时，系统有报警功能，可以根据需要对装料卸料进行报警设置。TMR配制好后，手动设置好输送量，通过传输带将配制好的料输送到TMR饲喂车，运至牛舍饲喂。调研的牧场中，千头以下牧场主要应用此类系统。可编程称重控制系统除了能对饲料配制时的物料添加进行称重显示，同时可以设置卸料方案，通过对原料使用和成品卸载的记录，能够使生产监控更为有效。调研的牧场中，部分千头牧场及部分近几年新建的牧场应用此系统较多。数据传输编程控制系统除了能对配料、卸料进行监控，还能与牧场管理软件进行对接，实现牛群每次、每天实际TMR投放量的准确监控，分析奶牛实际营养状况，并通过挤奶厅提供的牛群生产数据，调整饲料配方，使称重系统提供更符合牛群实际营养需要的TMR。调研的牛场中，主要是实行集团化管理的千头以上牧场应用此系统，如TMR智能饲喂系统品牌主要有银川奥特、科拜腾、国科司达特、南京丰顿等。

2.2.3 奶量计量 产奶量不仅反映一个农场的收入状况，还反映了奶牛的健康状况。准确及时获取奶牛产奶量对于判断奶牛健康和生理状况、疾病防治、饲喂等具有重要意义，是奶牛精准饲喂的重要依据。调研的牛场中奶量计量方法主要有以下几种：第一种是计量人员通过人工观察奶瓶，读出液面读数并加以记录，然后再输入电脑。部分千头以下牧场受经济实力制约，无力承受巨大的资金投入，在挤奶厅建设过程中仅仅安装了自动挤奶设备而未安装计量系统，为了获得产奶量信息，方便与乳企奶款对账，采用这种方式记录产奶量，一般一周记录一次。第二种是直接读取并记录自动计量装置计量的产奶量，再输入电脑。此类牧场主要是因建场较久，所使用的挤奶软件陈旧老化，产奶量自动记录功能缺失。第三种是直接读取自动计量装置计量的产奶量，再手动输入与管理软件连通的记录器。河南地区采用的南京丰顿的管理软件，一些牧场采用的挤奶系统与其不兼容，导致数据无法对接，主要原因是挤奶系统软件与牧场使用的管理软件接口不匹配，无法实现实时对接。第四种是计量装置自动获取的产奶量记录直接对接管理软件。建场时间较短、国营性质的千头牧场应用此类装置较多。

2.2.4 奶牛无线身份识别器 奶牛无线身份识别器是牛场实施信息化智能化管理的基础，调研的牛场中，千头以上牧场应用此技术较多。奶牛无线身份识别器主要有以下几种类型：第一种是电子耳标，在挤奶通道入口处安装有识别器，奶牛在进入通道时进行识别，分别对应不同的挤奶位。调研的牛场中主要使用外挂式电子耳标，经常出现耳标脱落、被耳朵遮挡无法识别的情况，一些牛场在尝试应用嵌入式电子耳标。第二种是脚环，每个挤奶位处安装有识别器，奶牛在挤奶位就位后进行识别。

2.3 提高生鲜乳质量安全水平

2.3.1 视频监控管理信息系统 2008年三聚氰胺事件后，乳制品质量安全成为社会关注的焦点，奶厅、饲料库、配料间成为乳品企业关注的重点，养殖场主动或被动在这些区域安装了摄像头进行视频监控。各个地区监控程度存在一定差异。新疆地区部分牧场在储奶间安装了摄像头，仅能在场区内进行短距离监控，乳品企业无法进行监控。而在山西、河北、河南三个省，生鲜乳交售伊利、蒙牛的养殖场，牛舍、奶厅、储奶间、饲料库安装摄像头作为与两家乳品企业协议收奶的前提，并且视频监控系统与乳品企业联网，方便其实时监控。

2.3.2 生鲜乳运输车视频监控和GPS定位系统 虽然《生鲜乳生产收购管理办法》和《生鲜乳收购站标准化管理技术规范》（农牧发[2009]4号）仅对生鲜乳运输车需办理准运证并对运奶罐的材质进行了规定，并未对安装视频监控和GPS定位系统进行强制规定，但调研过程中，无论是养殖场自购，第三方提供还是乳品企业提供，运输车均安装了视频监控和GPS定位系统。调研的过程中了解到，乳品企业一般对生鲜乳从挤出到到达乳品企业的时间有严格的规定，车辆在途中若出现堵车或其他事故，可以利用视频监控或GPS系统的记录进行说明，也方便乳品企业进行监管。

3 智能化信息化取得的成功经验

3.1 部分省市实现全省范围内奶牛场养殖信息直连直报  河南省奶牛生产性能测定中心以奶牛生产性能测定（DHI）服务为纽带，开发了奶牛牧场精细化养殖管理信息系统，该系统涵盖综合信息服务平台及数据库、自动信息采集系统、奶牛场智能化繁育管理系统等，目前省内存栏100头以上规模奶牛场大部分已纳入此系统，能够实现奶牛存栏、奶价等信息的实时监测。

3.2 部分乳品企业建立了较为完备的生鲜乳质量安全追溯体系  为提高生鲜乳质量安全水平，部分乳品企业通过与奶牛养殖企业合作，安装信息化设备和软件，建立了较为完备的生鲜乳质量安全追溯体系。如在山西和河北地区的奶牛场，交售生鲜乳给蒙牛和伊利的奶牛场，自行投资，在牛舍、奶厅、TMR配制车间安装了视频监控设备，乳品加工企业可以随时监控奶牛场的生产情况，杜绝掺假使假现象的发生。这些企业中，部分通过第三方公司开发的管理软件如新牛人等，与本场的精准饲喂系统和挤奶监测系统对接，乳品企业可实时监控养殖场的用料情况及产奶情况。

3.3 部分省市先试先行拿出真金白银支持奶业信息化智能化建设  作为“全国数字奶业信息服务云平台”试点省份，河北省采用“总体规划、分步实施、先试点、后推广”的策略，先行在石家庄、保定、廊坊三个市试点建设，2019年投入省级财政资金将近1亿元支持三个市存栏300头以上的奶牛养殖场购置信息化设备、应用软件及相关设施，包括挤奶自动计量及奶量自动读取、奶牛发情自动提示、TMR自动监控、环境（温度、湿度等）自动监测等。通过试点项目建设，牧场可实现牛群结构动态管理、TMR精准饲喂监控、奶厅挤奶数据自动统计、生鲜乳收购及运输过程监管等功能，从而第一时间为牧场运营管理提供数据支持。同时，通过奶业云平台，可以实时获取全省奶牛存栏、生鲜乳生产量、生鲜乳出售量、生鲜乳价格、生鲜乳指标等数据，为企业、政府、消费者提供多维度服务，从而更好地保障河北省生鲜乳高效生产和质量安全。

3.4 有集团化经营背景的养殖企业智能化信息化应用更广泛  集团化经营是指由一个龙头企业牵头，联合若干个与饲养业相关的企业部门组成集团，统筹安排生产、销售和产前产后的服务。调研奶牛场共涉及4家集团化经营企业，分别是北京首农食品集团有限公司、山西九牛牧业股份有限公司、新疆西部牧业有限公司、新疆天山畜牧生物工程股份有限公司。这些集团化经营的企业有的龙头企业是乳品加工企业，有的是种畜禽企业，但无论是哪种类型，同单一的养殖企业相比，有着集团化公司背景的养殖企业无论在资金实力、技术力量等方面都有着无与伦比的优势，在集团公司的带动下，这些养殖企业能最先应用到先进的新技术、新方法，如自动发情鉴定技术、自动喂奶系统、电子耳标等技术更多地被用于这些企业。

4 智能化信息化发展过程中存在的主要问题

4.1 不同设备国产化率存在较大差异

从调研的结果看，挤奶机等关键设备主要使用进口品牌，如博美特、利拉伐、阿菲金等。TMR搅拌机卧式以国产品牌为主，牵引式和自走式集团化经营企业以进口组装为主。管理软件以国产品牌为主，如南京丰顿、银川奥特、科拜腾、国科司达特等。机械清粪设备和系统以国产品牌为主。出现这种情况的原因主要有以下几个方面：一是进口设备价格普遍较高，在对奶牛生产性能影响不大的情况下，企业倾向于选择国产设备。二是国产设备质量良莠不齐，维修成本较高，资金实力较强的国营和集团化企业倾向于选择进口设备。

4.2 对信息化智能化的认识度不够

首先从政府层面看，虽然农业农村部在2018年畜牧业工作要点中提出“启动现代化示范牧场创建”“完善畜禽规模养殖装备指标体系，推动开展重点机械品类标准建设，提升现代畜牧业设施装备水平与智能化水平”。但是从政府的配套政策上，目前主要集中在畜禽品种改良、粪污资源化利用等方面，导致智能装备技术应用规模小、分散，应用的环境单一。地方政府层面也是如此。从企业层面看，由于我国的大部分奶牛场从家庭农场一步步以滚雪球的方式发展起来，牧场主文化程度普遍不高，对信息化智能化装备对提高管理效率和生产效率认识不到位，对先进的设备获取信息渠道有限。在河北调研时发现，牧场主对政府支持购置的智能化设备并不清楚具体功能，为报项目而报项目。

4.3 智能化信息化产品缺少统一的行业标准

目前，瞄准奶牛养殖智能化信息化产品研发的企业和产品日益增多，但同类型的产品沒有统一的标准，不同产品间出现不兼容的问题。如在调研的过程中发现，奶牛场采用某进口品牌挤奶设备和挤奶管理软件，但牧场管理软件采用国内品牌，由于两品牌间没有签有兼容协议，挤奶管理软件自动获取的产奶量数据无法直接导入牧场管理软件，牧场只能手动将产奶量数据输入牧场管理软件。同样的产奶量数据，各品牌挤奶管理软件设置的产奶量单位也不一致，需要转化成同样的单位，转化的过程中易出错。

4.4 牧场经营压力大，难有资金投入

2015年以来，奶价持续低迷，大部分奶牛养殖场处于保本或亏损状态。再加上养殖企业与乳品企业之间利益联结松散，奶价低迷期，乳品企业提高生鲜乳收购标准，甚至要求奶牛养殖场按照企业要求对牧场进行改建，为达到乳品企业要求，养殖场贷款进行奶厅及圈舍改建，银行贷款、设备折旧等财务成本居高不下。而信息化智能化设备前期及后期运行均需要大量的资金投入，大部分牧场虽有心但无力投入。

5 政策建议

5.1 完善标准化体系

抓紧开展数字奶业信息化试点省份调研，弄清楚各省在试点推进过程中，在硬件软件方面遇到的技术瓶颈，加快相关设备和软件生产标准的制定和实施，开展信息化智能化设备企业的质量管理论证，逐步实现流量计、软件接口等设备兼容部分的规范化标准化生产。对不同类型的设备要分别制定标准与规范，并根据时间的变化和科技发展的步伐，及时或定期修订这些标准和规范。

5.2 加大科技投入，提高奶業科技支撑能力

未来奶业发展的方向是智能化、信息化，科技的支撑作用至关重要。从政府的角度，逐步建立政府对奶业科技投入的稳定增长机制，加大奶业机械设备研发的投入力度。从科研单位的角度，应加强调研，深刻剖析，找到制约奶牛养殖智能化信息化发展的关键问题，针对性地开展研究，并积极推进现有科技成果的转化。从企业的角度，设备企业应加大研发投入，提高企业的核心竞争力;养殖企业应积极整合资源，提高科研成果的应用能力。

5.3 进一步增加对牧场信息化智能化的投入

一方面应加大政府投入。充分发挥政府资金的撬动作用，引导养殖企业应用先进设备，提高生产效率。另一方面，引导社会资本投入奶牛养殖。通过制定政策和相应的引导措施，积极引导社会资本对奶牛养殖进行投入，拓宽养殖企业的融资渠道。

5.4 加强信息化智能化培训，提高牧场主对智能化信息化的认识度  各级政府及相关部门应通过集中举办培训班、召开现场观摩会等方式，加强奶牛养殖技术尤其信息化智能化技术应用的培训，让牧场主真正了解信息化智能化设备的应用价值，自主选择适合牧场的相应设施设备。

5.5 引导养殖企业多元经营，拓宽收入渠道

养殖企业与乳品加工企业之间的利益联结机制短时间内难以解决，应引导养殖企业向上延伸产业链，发展种植业，降低饲料成本，同时解决养殖场粪污难处理问题。向后发展加工业，自行开拓销售渠道，减少对乳品加工企业售奶的依存度。同时开拓养殖场产品类型，如大型养殖场可将牛粪生产成有机肥售卖，将出生的公犊进行育肥培育，发展肉牛养殖。◇

参考文献

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[3]姚竞杰，吕亚南，王玉庭，等.我国奶源生产监管信息化现状及需求对策[J].中国奶牛，2019（2）：46-49.

[4]方芳，黄骅，郑君杰，等.生鲜乳质量安全监管信息化建设探析[J].中国奶牛，2018（12）：44-46.

Abstract：In recent years，with the herd size and milk production per cow increasing，the application of mechanization，informatization and intelligence technology is gradually popularized in order to reduce labor requirements，improve management of herds and raise the quality and safety level of fresh milk.Totally 53 dairy farms in Beijing，Xinjiang，Shanxi，Hebei，Henan were visited.The survey indicated that the technology of total mix ration（TMR）and automatic milking were used in all of the farms.The technology such as manure scrapers，automation of oestrus detection，automatic metering device for fresh milk and electronic tag cow only used in the herds with more than 1 000 cows which was belong to the collectivized enterprises with strong financial strength and technical team.The herds with less than 1 000 cows were mainly private owned，mainly engaged in raising cattle and selling milk，and the application of mechanization，informatization and intelligence technology was relatively passive.In the future，the investment in science and technology from government should increase to improve the dairy science and technology support capacity，the training to dairy farmers should be strengthened to improve their knowledge about mechanization，intelligence and informatization and farming enterprises should be guided to to carry out diversified management to widen income channel.

Keywords：dairy farming;mechanization;intelligence;informatization