加快智慧奶业建设，推进江苏奶业现代化

胡肄农， 柏宗春， 还红华

(江苏省农业科学院，江苏南京 210014)

江苏《关于推进奶业振兴保障乳品质量安全的实施意见》中，明确加快构建现代奶业生产、经营和质量安全体系，大力推进奶业现代化的指导思想，提出至2025年，奶源基地、产品加工、乳品质量和产业竞争力显著增强，奶业基本实现现代化的发展目标[1]。

加快奶业科技与物联网、大数据和人工智能等现代信息技术的融合，对各环节生产要素进行精确感知、优化配置和精准调控，提高生产水平和效率，改善动物福利，提升产品质量，降低环境、疫病及食品安全风险，建设以数字化、网络化、智能化为特征的智慧奶业，是实现奶业现代化的关键举措。

1 江苏省智慧奶业建设成效

近年来，江苏省积极推进奶业发展向机械化、数字化、智能化方向转变，奶牛养殖规模化、标准化水平显著提高，牛场机械化、数字化、智能化技术提档升级；乳制品加工、流通和营销水平不断提升，低温乳品全程冷链、质量溯源和数字化营销平台日趋完善；乳品质量检测和行业监管体系成效显著；科技企业和科研院校在大数据技术研发与服务、物联网技术和装备、奶牛场智能化建设与升级等方面服务全国奶业，发展智慧奶业成为江苏奶业振兴和高质量发展的新动能。

1.1 智慧奶牛养殖

规模养殖企业新建和扩建的牧场，普遍引入自动挤奶机、TMR日粮自动/半自动饲喂机、牛舍环境监控设备、奶牛发情监测设备、生鲜乳储存运输设备及粪污处理设备等机械化、智能化装备与系统，牧场从传统人工模式向机械化、信息化模式转型升级。

徐州乐源牧业有限公司投入3 200余万元购入奶牛饲喂TMR设备、德国GEA 60位转盘式挤奶设备、饲草加工设备、精料加工设备、自动清粪系统、推料机器人等先进装备170多台套。引进管理软件包括：丰顿奶牛管理系统软件、科湃腾饲料控制系统、TMR饲料监控软件，对场区进行多层次、全方位的信息化管理。牧场现存栏荷斯坦奶牛3 900余头，平均单产达10.8 t/(头·年)，乳蛋白含量达3.4%，乳脂肪含量达4.0%。通过使用智能养殖设备，逐步减少用工人数及劳动强度，人均饲养头数达40头；随着设备购置和更新，牧场年收入从6 000万元提升至 7 200 万元，增加20%；年利润由500余万元提升至 1 350 万元，增加170%。

扬州市扬大康源乳业有限公司生态智慧牧场拥有转盘式挤奶机、牛奶速冷系统、TMR自动饲喂车、犊牛自动饲喂站、牛舍环境控制系统及粪污处理设备，泌乳牛舍、后备牛舍、犊牛舍及特需牛舍等单体间流程顺畅，各种设备与管理系统兼容性高，管理水平和生产效率得到提升。奶牛生产环境舒适度显著提高，生产性能进一步提高，奶牛单产超10 t/(头·年)，乳蛋白含量3.2%以上，乳脂肪含量3.7%以上，细菌数小于5万 CFU/mL，体细胞数小于30万 SC/mL。牧场设计奶牛饲养总规模3 000头，年生产优质生鲜乳 1 000 万kg。

1.2 智慧乳品生产

乳品行业启动智能工厂建设，依托数据采集、自动化、大数据等技术，将信息技术(IT)与操作技术(OT)进行融合，制造业务纵向集成，牛奶收获、乳品加工和产品包装各环节工艺趋向自动化和智能化；管理业务横向打通，养殖、加工、销售和市场各环节信息互联互通。

南京卫岗乳业有限公司打造精益化、柔性化、个性化的智能工厂。制造执行系统(MES)整合从原料进厂至产品出口的全部生产环节中的生产过程数据，导入企业资源计划系统(ERP)，智能计划排产系统精准实现多品类、多批次产品的计划排产，提高生产效率；在二次包装系统方面，应用新一代装箱机器人单元，模拟二次包装过程的13个手工作业，实现连续自动填装；应用瓶奶套标、食品泵在线添加等技术进行柔性化生产，生产品种切换时，采用果粒泵和灌装机同步，柔性生产不同口味的果粒奶。2021年2月，乳制品智能化生产项目在江宁开发区空港片区正式启动，建设运营总部、乳制品智能无人工厂，以实现产品全生命周期管理、研发设计生产协同、机器代替人工为目标，生产过程的所有环节包括分拣、码垛、出入库等采用自动化。设计年产能45万t，预计年产值35亿元。

1.3 智慧乳品营销

在奶业产业链下游，全程冷链系统与全程可追溯系统，有效保障低温奶制品的品质；弹性供应链体系，满足消费者个性化需求；大数据分析系统，深刻挖掘消费者潜在需求，分析乳制品消费趋势，实现乳制品高效精准营销。

南京卫岗乳业有限公司采用产品全生命周期身份管理条形码系统，通过赋码唯一、自动关联，集防伪、防窜货、追溯、营销互动等多重功能于一体，在提高物流集成管理水平的同时，为定制化产品提供基础。建立的“卫岗天天订”自有物流配送体系，涵盖全功能在线订购支付系统、异构平台无缝信息传递的电子商务网站。既能满足周期性订购社区生鲜乳品配送，同时结合新零售特征，完善集订、配、送服务为一体的线上零售业务。通过智能化管控，鲜奶产品在8 h内可从源头到消费者手中，产品品质和消费者安全得到有效保障。

1.4 智慧乳业监管

乳品行业监管进入智慧时代，应用大数据平台对奶牛养殖、鲜奶流通、液态奶和奶粉生产、乳品质检等各环节进行全方位监管，探索建立乳品安全风险预警机制。

镇江市农业农村局对生鲜奶的生产、收购和运输环节加强监管，确保质量安全。针对奶牛养殖环节，对奶牛场的饲料和饲料添加剂使用、兽药使用、动物免疫、疾病诊疗、生鲜奶生产、生鲜奶销售台账、消毒管理、病死畜无害化处理等“八项记录”建立例行监督检查制度，保障生鲜奶源头质量安全；针对生鲜奶收购站与运输车辆、生鲜奶的销售和运输流程制定监管制度，落实“双随机、一公开”的监管机制；建立生鲜奶收购站视频监控、运输车辆GPS定位和储奶罐实时温度监控等信息化系统，推进“智慧畜牧”生鲜奶监管平台建设，提升信息化监管能力。

1.5 智慧乳业服务

科研院校与科技企业在奶牛养殖场智能化装备和系统、乳品加工厂产业物联网、乳业大数据平台等领域的研发成果在全国得到行业内认可和应用，农机企业在养殖设施、环境控制和物联网采集等领域的产品在全国打开市场。

奶牛生产性能(DHI)测定软件系统方面，2008年，南京丰顿科技有限公司研发的“中国奶牛生产性能测定分析系统软件”(简称CNDHI软件)，由中国奶业协会认定为中国DHI分析标准软件，丰顿公司负责技术服务。中国奶业协会在全国DHI测定中心统一配发CNDHI软件，规范DHI测定数据处理和分析报告，连续积累形成全国奶牛生产性能测定数据库，为奶牛群体遗传改良等奠定基础，CNDHI软件同时取得良好的运营效果。

奶牛生产性能测定服务方面，江苏省农业科学院畜牧研究所和南京卫岗乳业有限公司于2018年合作组建南京奶牛生产性能(DHI)测定中心，装备福斯、本特利乳成分及体细胞联合分析仪、本特利ILAS 3000样品制备自动进样器等仪器，检测能力达到700 样品/h。中心面向全省开展DHI测定及技术服务，2018年参测奶牛数为1.1万头，2019年为2.9万头，2020年达到3.7万头，2021年达5.0万头以上。

奶牛电子标志和动物传感技术方面，无锡市富华科技有限责任公司研究开发动物电子标签、生理传感器及养殖物联网系统，提供基于RFID、无线传感网络的解决方案，应用于畜牧业信息化、畜产品安全溯源等领域。自主设计的家畜个体标志和体温监测专用低频RFID芯片，植入动物体内后测温精度达±0.1 ℃，芯片工作电流10 nA，突破动物体征感知系统的微型化、高精度等瓶颈问题[2]。相关产品销售覆盖全国范围及全球80多个国家。

奶牛体温远程监测和预警系统方面，江苏省农业科学院和南京稻盛弘网络科技有限公司合作研发动物体温监测及预警系统，设计牛羊瘤胃、母畜阴道、牛尾静脉和动物耳部专用的无线体温发射器，为养殖畜禽、实验动物乃至人群提供体温检测和预警的基础设备平台。产品被中国兽医药品监察所、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所马流感、马传贫国家参考实验室(OIE马病实验室)，中国农业科学院兰州兽医研究所、加拿大圭尔夫大学等单位采用，用于动物体温模型建立、发病模型建立、牛布病筛查、支原体疫苗实验、牛用疫苗试验、奶牛围产期发病监测[3]。还被解放军第302医院、第306医院、江苏省疾控中心等单位用于埃博拉病毒疫苗临床试验[4-5]。

牧场大数据研发与服务方面，南京丰顿科技股份有限公司研发“奶牛场智能化综合管控系统”，针对牧场智能设备、系统数据互联互通的瓶颈问题，研发面向智慧牧场的大数据分析管理平台，实现信息数据采集、牛场养殖管理、乳品生产监控、产品质量安全溯源、财务数据分析等子系统，有效提升奶牛场生产管理效率，提高生鲜奶质量安全水平。系统2019年荣获“数字农业农村新技术新产品新模式优秀项目”，是全国奶牛场智能化管理领域的唯一入选项目。“面向智慧牧场的奶业大数据分析管理平台”同时被列入2019年智慧江苏建设成果[6]。

牧场智能管理平台方面，南京慧牧科技有限公司研制的智慧牧场管理平台，以牧场管理为中心，将物联网数据集中到牧场养殖数据中心，通过对数据的挖掘分析，实现牧场经营的数据化和精细化。接入平台的物联网系统包括：智能环控系统，对牧场传统喷淋风扇进行智能化升级；自动称质量分群系统，动态称量牛的体质量，精度达千分之一；AI巡检机器人，确保生物资产安全；发情检测项圈，采集活动量和躺卧信息，智能检测分析发情；智能化奶厅系统，兼容各品牌奶厅系统，实现奶厅数据的融合和分析功能。

2 江苏省智慧奶业发展的挑战与机遇

2.1 乳品行业竞争激烈，龙头企业竞争力相对下降

江苏省奶牛养殖受资源禀赋局限，原料奶生产规模小于乳制品加工规模，多年来形成以乳品加工带动奶牛养殖发展的局面。目前，江苏奶业的格局是以卫岗、维维、梁丰等3家国家级农业产业化龙头企业及11家省级农业产业化龙头企业为核心，带动徐淮宿、沿海2个奶牛产区为主体发展。从“十一五”末的2010年至“十三五”末的2020年，在奶牛养殖端，江苏省奶牛存栏从22.1万头减少至12.9万头，在全国占比从1.83%降至1.24%，牛奶产量从57.3万t略升至63.0万t，在全国占比从1.89%降至1.83%，原料奶供应基本稳定；在乳品加工端，乳制品产量起伏较大，其中液态奶产量在全国占比从5.22%降低至4.55%，2018年达峰值6.19%，而干乳制品产量有所增长，在全国占比从1.22%增长至3.85%。江苏省乳品企业在行业内的竞争力呈现相对下降的趋势(图1、图2)。

江苏省奶业龙头企业卫岗乳业，跻身中国奶业20强，2020年，全国乳业前三强伊利乳业、蒙牛乳业和光明乳业，加工销售额为别为969亿、760亿、252亿元，卫岗乳业加工销售额为30亿元，名列第12名；全国养殖企业前三强优然牧业、现代牧业和辉山乳业的牛奶产量分别为158万、149万、68万t，卫岗乳业的牛奶产量为8.7万t，位列第28名。光明、蒙牛、伊利、三元、君乐宝等国内外知名乳品企业竞相在建设奶源基地，开办加工工厂，产品在江苏市场上争奇斗艳，地方龙头企业面临巨大的竞争压力。

2.2 养殖企业装备投入大，牧场效益增加不显著

近几年，受国外产品冲击，奶价持续低迷，大部分奶牛养殖场经营困难，处于亏损和勉强保本状态。养殖场投资改建奶厅或圈舍，设备折旧、资金贷款等财务成本高企。目前，根据牧场规模化要求，绝大多数牧场已安装使用TMR饲喂和机械化挤奶设备，但刮粪板清粪、发情监控、自动奶量计量和品质分析、电子标签等数字化、智能化装备与系统，主要在千头以上大型牧场使用。

中国农业科学院2019年对全国五大奶业产区266个规模牧场的调研和研究[7]表明，目前，国内奶牛养殖场的效率提升和效益提高，主要取决于养殖区域的自然资源禀赋，单纯依靠扩大规模和增加养殖配置，尚难以实现“提质增效”的目标。如大城市周边产区和南方产区，固定资产折旧水平高于其他产区，导致成本效率较低，采用高投入、高产出养殖模式的牧场，效益增加不显著。

与种植业相比，江苏省农业部门对畜牧业机械化、智能化的供给不足[8]。一是资金投入不足，支持畜牧业发展的各级财政项目资金，主要为综合性奖补，对机械设备购置、更新支持不足；农机购置补贴方面，由于畜牧机械的行业标准和鉴定大纲制订不及时，部分企业制造的畜牧业机械无法通过推广鉴定，无法享受补贴政策；二是推广应用力度不大，基层农机推广机构主要以推广种植业机械为主，对畜牧业机械推广力度不够；三是生产制造企业不强，江苏是农机制造大省，但畜牧业机械生产厂家较少，整体规模不大，地区聚集度不强；四是畜牧业机械研发、试验、示范项目资金数量少，企业研发投入主动性不高，一些科研单位成果转化率低。

2.3 技术产品国产化程度不高，技术标准有待完善

奶牛机械化、智能化设备高度依赖国外设备厂家。据国家奶牛产业技术体系首席科学家李胜利[9]调查，在规模化奶牛场的主要机械设施中，饲喂机械中的TMR搅拌车、自动饲喂车、传送带饲喂系统、犊牛饲喂小车等机械65%依赖进口；在挤奶机械中，机器人挤奶100%靠进口，其他挤奶设备70%依赖进口；环境控制机械60%靠进口；粪污处理机械的进口产品也超过了80%。

国内研发生产的奶牛养殖数字化与智能化技术产品很多尚处于模仿和试验阶段，尚未充分掌握关键技术，造成产品性能和质量参差不齐；还有部分科研成果虽然在技术上取得突破，但往往停留在研究和试验层面，实际生产验证和完善不足，产品性能和可靠性不高，产品标准化程度有待提高，导致在关键技术产品上竞争力不强，产品价格居高不下，服务质量差强人意，企业用户受制于国外厂商。全行业的数字化、智能化升级，需要建立在掌握自主知识产权、围绕国内企业需求提供技术产品的基础上。

奶业智能化的技术研究、系统开发、产品应用、农机农艺结合等领域，牵涉到奶牛养殖、牛奶品质、奶产品加工等技术及相关信息技术，目前智能化养殖相关的技术规范与标准尚不完善。以养殖环境智能控制为例，目前已发布养殖环境要求、养殖环境评价、饲养管理、排放和废弃物管理等国家和行业标准，与环境监控相关的数据采集、管控设备及信息化系统方面的内容，都急需建立行业标准进行规范。

2.4 奶牛养殖数据分析模型与决策算法欠缺，应用效果差强人意

奶牛场使用的管理软件和数据平台，在数据收集与软件功能方面存在不少问题：一是软件种类多、功能简单，基础数据需重复输入，效率低下且数据质量变差；二是数据不能共享和兼容，形成信息孤岛和信息壁垒，如很多进口奶厅软件的数据能输出统计报表但不能导出原始数据，对第三方抓取数据持反对态度，甚至以停止产品保修进行要挟，对用户数据所有权造成侵害；三是数据共享缺乏统一标准，用户获得的数据，可能缺失关键信息，或需进行复杂的数据转换，影响使用效果。

奶牛养殖场智能设施装备与软件系统大多依赖国外进口产品，牧场依靠智能装备可采集大量畜禽生态、生理及生长过程等数据，可解决奶牛生产和牛场管理部分环节的问题，如挤奶和品质检测、TMR饲料投喂、发情监测等，实现过程智能化。但对于奶牛选育、牛场繁殖管理、奶牛健康管理、牛场经营等更为复杂的问题，需要结合企业管理、资源条件、生产能力和市场行情等进行综合分析，仍缺乏简便有效的工具，无法对海量数据、知识进行分析和建立模型，难以让数据变得有价值，造成数据丰富、信息贫乏(DRIP)现象，距离智慧奶业目标仍有很大距离。

3 推进智慧奶业发展的思考与建议

3.1 加快智慧牧场建设，提高奶牛规模化养殖水平

经过多年发展，江苏省奶业形成以龙头企业带动苏中、苏北奶牛主产区，同时维持一定规模城乡区域供奶的格局。“十四五”期间，在政策导向方面，应鼓励发展智慧奶业，提高奶牛养殖技术水平和经济效益。一方面支持龙头奶企加强优质奶源基地建设，打造一批“智慧牧场”，实现生产方式和管理方式的升级换代；另一方面支持奶业主产县扶持奶农合作社和家庭牧场，发展适度规模养殖和智慧养殖模式。通过以智能化设备代替部分劳动力，解决劳动力短缺问题，提高规模化养殖水平，实现奶牛养殖提质增效的目标。

3.2 推进智慧奶业平台和体系建设，实现奶业标准化生产

建立完善奶业生产过程安全控制体系，严格乳品安全生产监测和质量安全监管，推广奶牛养殖、生鲜乳收购、运输等各环节智能化管控系统。推进现有养殖和加工管理系统及数据资源的梳理整合，畅通数据采集渠道，打破数据孤岛和系统孤岛，积极加入省级农业农村大数据平台及“全国数字奶业信息服务云平台”。提高DHI测定中心服务能力，建设乳品检测高科技平台，将DHI测定覆盖所有规模牧场覆盖。支持企业加入“全国奶牛遗传改良计划(2021—2035)”，对参加奶牛品种登记、体型鉴定、生产性能测定和公牛联合后测的养殖企业进行补贴。建设完善标准化养殖场建设规范，对养殖设施装备、信息化系统的技术参数进行规范，加快养殖“宜机化”步伐。

3.3 增加奶业科技投入，提升奶业技术装备水平

增加奶业科技投入，以机械化、数字化、智能化技术推动奶业技术进步。引导企业与院校共同研发技术产品，包括：环控机械、生理传感装置、挤奶机器人、饲喂机器人、粪污处理设备、图像识别分析系统等，解决核心关键问题和卡脖子技术；建立成果转化促进机制，对产品技术鉴定、中试生产、批量生产给予奖励，对转化成果进入市场给予财政和税收政策支持，扶持新产品研发、生产和服务企业。完善落实农机购置补贴政策，将牧场、合作社购置环境控制、自动饲喂、自动挤奶、健康监测、疫病控制、粪污处理等农机装备按规定进行纳入财政补贴。

3.4 发挥机械制造和信息技术优势，打造江苏省智慧奶业制造产业

江苏省在数字农业新技术新产品的创新研发方面走在全国前列[10]，以南京农芯智慧农业研究院、江苏中农、南京深农智能、无锡富华、南京丰顿等为代表的创新企业，在种植业、水产、畜牧业领域的软硬件技术水平居国内领先地位；扬州、常州等地是传统的农业机械生产制造集中区域，制造能力、产业聚集度和市场占有率在国内占有一席之地。建议围绕智慧奶业的制造和服务，打造产业集聚区，一方面支持扬州、常州等地兴建畜牧机械产业区，生产饲料加工、奶牛饲喂、粪污处理等设备，另一方面以江苏省智慧奶业优秀服务企业为核心，打造智慧奶业软件产业集聚区，面向全国奶业企业提供管理软件、大数据分析软件和工业控制专用软件。通过2个产业集聚区的融合，逐步转向高端设备和系统的制造和服务，打造为全国智慧奶业服务的制造产业。