Структурно­функциональные модели построения автоматизированных и роботизированных молочных ферм нового поколения

Показали, что крупные молочно-товарные комплексы на 2000 коров и более создают повышенную экологическую нагрузку на окружающую среду. Назвали основные возникающие при этом задачи: создание оптимального микроклимата в помещениях для разных половозрастных групп; обеспечение щадящих и комфортных режимов технологического и ветеринарно-санитарного обслуживания и содержания животных; переработка отходов; повышение продуктивного долголетия коров до 4-5 лактаций. (Цель исследований) Разработать методологии модульного построения расширенного типоразмерного ряда автоматизированных и роботизированных животноводческих ферм нового поколения. (Материалы и методы) Предложили основные критерии и показатели построения «умной» фермы: минимальные затраты корма на единицу продукции; пониженный расход энергии; оптимальная капиталоемкость оборудования и инженерных сооружений в расчете  на одно скотоместо; минимальная себестоимость единицы продукции при ее высоком качестве. Получили критериальное уравнение для суммарного функционала молочной  фермы. (Результаты и обсуждение) Проанализировали структурно-функциональные схемы молочных ферм различной конфигурации и размеров (Т-Нобразной формы), в том числе совмещенные фермы-хранилища, позволяющие создать объединенную функционально-логистическую инфраструктуру, состоящую из типовых модульных единиц. Предложили концепцию построения технологического модуля «умной» роботизированной фермы на 400 голов с совмещенными секционными хранилищами кормов и отходов, роботизированным доильным залом, многофункциональным электрифицированным роботизированным погрузчиком-пододвигателем-кормораздатчиком и оборудованием для дифференцированного обеспечения микроклимата. (Выводы) Разработали методы, модели и структурно-функциональные схемы модульного построения автоматизированных и роботизированных молочных ферм нового поколения различных форм и типоразмеров. Подтвердили их преимущества: оптимальные сроки возведения, щадящее воздействие на биологические объекты и окружающую среду, повышение уровня цифровизации и автоматизации производства, продуктивного долголетия животных, рентабельности молочного животноводства в целом.

1. Измайлов А.Ю., Цой Ю.А., Кирсанов В.В.Технологические основы алгоритмизации и цифрового управления процессами молочных ферм: Монография. М.: ИНФРА. 2019. 208 с.

2. Попов В.Д., Ерохин М.Н., Брюханов А.Ю., Васильев Э.В., Шалавина Е.В. Перспективы создания экологических центров промышленной переработки органических отходов животноводства // Агроинженерия. 2020. N3(97). С. 4-11.

3. Stojkov J., von Keyserlingk M.A.G., Duffield T. Fitness for transport of cull dairy cows at livestock markets. Journal of Dairy Science. 2020. Vol. 103. Iss. 3. 2650-2661.

4. Chernoivanov V., Katkov A., Gabitov I., Yukhin G., Martynov V., Khasanov E., Mudarisov S., Baltikov D., Khammatov R., Kovalev P. Technical equipment of farms for comfortable cow keeping in winter conditions. Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2019. Vol. 25. N2. 45-53.

5. Ерохин М.Н., Кирсанов В.В., Цой Ю.А., Казанцев С.П. Структурно-технологическое моделирование процессов и функциональных систем в молочном скотоводстве // Научные труды ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии. 2007. Т. 17. N1. С. 19-31.

6. Новиков Н.Н., Кольчик И.Е. Современное оборудование и технические средства обеспечения микроклимата на животноводческих фермах // Техника и технологии в животноводстве. 2020. N1(37). С. 81-88.

7. Купреенко А.И., Исаев Х.М., Михайличенко С.М. Технологическая линия приготовления и раздачи кормосмесей на базе автоматического кормового вагона // Сельский механизатор. 2020. N1. С. 14-15.

8. Tikhomirov D., Izmailov A., Lobachevsky Ya., Tikhomirov A. Energy consumption optimization in agriculture and development perspectives. International Journal of Energy Optimization and Engineering. 2020. Vol. 9. N4. С. 1-19

9. Kilcawley K.N., Faulkner, H., Clarke, H.J., O’Sullivan, M.G., Kerry, J.P. Factors influencing the flavour of bovine milk and cheese from grass based versus non-grass based milk production systems. Foods. 2018. N7(3). E37.

10. McDermoot A., Visentin G., McParland S., Berry D.P., Fenelon M.A., De Marchi M. Effectiveness of midinfrared spectroscopy to predict the color of bovine milk and the relationship between milk color and traditional milk quality traits. Journal of Dairy Science. 2016. N99(5). 3267-3273.

11. Иванов Ю.А., Скоркин В.К., Аксенова В.П. Оптимизация и модернизация технологических процессов молочных ферм // Международный технико-экономический журнал. 2020. N4. С. 7-15.

12. Попечителев Е.П. Проблемы синтеза биотехнических систем // Научное обозрение. Технические науки. 2016. N2. С. 54-62

13. Черноиванов В.И. Биомашсистемы: возникновение, развитие и перспективы // Биомашсистемы. 2017. Т. 1. N1. С. 7-58.

14. Durmaz U., Ozdemir M., Pehlivan H. An experimental investigation into heat transfer in milk cooling vessels. Scientia Iranica B. 2018. N25(3). 1258-1265.

15. Hogenboom J.A., Pellegrino L., Sandrucci A. Invited review: Hygienic quality, composition, and technological performance of raw milk obtained by robotic milking of cows. Journal of Dairy Science. 2019. Vol. 9. 7640-7654.

16. Jovović V., Pandurević T., Važić B., Erbez M. Microclimate parameters and ventilation inside the barns in the lowland region of Bosnia and Herzegovina. Journal of Animal Science of BIH. 2019. Vol. 1. N2. 14-18.

17. Морозов Н.М. Инновационная техника и технологии в животноводстве // Экономика сельского хозяйства России. 2020. N2. С. 2-8.

18. Ju C., Son H. I. Modeling and control of heterogeneous agricultural field robots based on Ramadge – Wonham theory. IEEE Robotics and Automation Letters. 2019. Vol. 5. N1. 48-55.

19. Замрий А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure 3D. М.: АПМ. 2006. 288 с.

20. Mahalakshmi J., Kuppusamy K., Kaleeswari C., Mahe­swari P. IoT Sensor-Based Smart Agricultural System. Emerging Technologies for Agriculture and Environment. Singapore. Springer. 2020. 39-52.