趙一廣，楊 亮，鄭姍姍，熊本海

1 引言

畜牧養(yǎng)殖業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前，我國(guó)畜牧養(yǎng)殖業(yè)正面臨“養(yǎng)殖效益低下、疫病問(wèn)題突出、環(huán)境污染嚴(yán)重、設(shè)施設(shè)備落后”四大瓶頸問(wèn)題。解決這些問(wèn)題的根本出路除了大力開(kāi)展家畜疫病防控，凈化與根除養(yǎng)殖環(huán)境污染源，推進(jìn)養(yǎng)殖廢棄物的無(wú)害化處理與資源化利用之外，在我國(guó)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)急劇變化、數(shù)量急劇減少的情形下，更要推動(dòng)智能家畜養(yǎng)殖設(shè)備的技術(shù)自主創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化，這也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)畜牧養(yǎng)殖業(yè)快速轉(zhuǎn)型、提質(zhì)增效和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的重要領(lǐng)域。

智能家畜養(yǎng)殖設(shè)備是智能農(nóng)機(jī)裝備的組成部分之一，是提高生產(chǎn)效率、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力的物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)前，我國(guó)畜牧養(yǎng)殖設(shè)施化、規(guī)?；?jīng)營(yíng)比例顯著增加，以生豬養(yǎng)殖為例，2014年我國(guó)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)（年出欄500頭以上）生豬出欄占比42%，到2015年我國(guó)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)生豬出欄占比44%，到2016年占比已接近50%。但隨著農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的大量轉(zhuǎn)移，對(duì)裝備技術(shù)的智能化要求更高，產(chǎn)品需求巨大。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)家畜養(yǎng)殖裝備尤其是智能設(shè)備研究基礎(chǔ)薄弱，整機(jī)可靠性和智能化程度不高，核心部件和高端產(chǎn)品依賴(lài)進(jìn)口，導(dǎo)致設(shè)施養(yǎng)殖場(chǎng)的硬件投入大，成本回收期長(zhǎng)。而核心養(yǎng)殖設(shè)備尤其是作業(yè)機(jī)器人嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致畜牧業(yè)綜合生產(chǎn)力較低，成本居高不下。發(fā)達(dá)養(yǎng)豬國(guó)家，如荷蘭、丹麥的繁殖母豬年供斷奶仔豬頭數(shù)（Piglets weaned/Sow/Year，PSY，反映母豬生產(chǎn)力）可達(dá)30頭以上，而我國(guó)2016年的PSY為16頭左右，與發(fā)達(dá)國(guó)家差距明顯。而最能體現(xiàn)精細(xì)化與智能化水平的泌乳牛年單產(chǎn)水平，以色列超過(guò)了11t，美國(guó)接近10t，而我國(guó)總體水平為6.5t。另一方面，我國(guó)肉、奶生產(chǎn)總體成本明顯偏高，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。例如，牛羊肉的生產(chǎn)成本是美國(guó)和澳大利亞的2～3倍，生乳生產(chǎn)成本是新西蘭的2倍以上等。國(guó)際知名智能養(yǎng)殖設(shè)備制造企業(yè)，如德國(guó)大荷蘭人（Big Dutchman）公司，法國(guó)ACEMO公司，奧地利Schauer公司，荷蘭睿寶樂(lè)（NeDaP）公司，美國(guó)奧斯本T業(yè)（Osbome）公司，瑞典利拉伐公司等，正憑借技術(shù)和資本優(yōu)勢(shì)全面進(jìn)入中國(guó)，搶占高端家畜養(yǎng)殖設(shè)備市場(chǎng)。因此，加快智能養(yǎng)殖裝備技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)，提升供給能力，縮小與國(guó)外主流產(chǎn)品差距，支撐現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展，對(duì)保障畜產(chǎn)品安全意義重大。本文主要從豬和奶牛的智能養(yǎng)殖設(shè)備兩方面，總結(jié)國(guó)際上主要智能養(yǎng)殖裝備的性能特點(diǎn)，為國(guó)產(chǎn)智能養(yǎng)殖設(shè)備的設(shè)計(jì)布局及發(fā)展提供參考。

2 豬智能養(yǎng)殖設(shè)備

養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)主要涉及的智能養(yǎng)殖設(shè)備，包括妊娠母豬電子飼喂站和哺乳母豬精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)兩種。

2.1 妊娠母豬電子飼喂站

妊娠母豬是指配種后到產(chǎn)崽之前的繁殖母豬。母豬妊娠平均為114天。傳統(tǒng)的飼喂方式是限位欄飼喂，即一豬一欄飼喂。一是可防止胚胎附植前流產(chǎn)，二是有利于妊娠前期限制飼料喂量。隨著電子標(biāo)識(shí)及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，尤其在歐美倡導(dǎo)的動(dòng)物福利理念作用下，母豬電子飼喂站應(yīng)運(yùn)而生。其飼喂的原理是圈欄散養(yǎng)，即數(shù)十頭妊娠母豬在一個(gè)圈欄內(nèi)，共用一臺(tái)母豬電子飼喂站（Electronic Sow Feeding，ESF）飼喂、休息、排泄甚至監(jiān)測(cè)發(fā)情等。電子飼喂站系統(tǒng)包括耳標(biāo)識(shí)別及嵌入式控制系統(tǒng)，可以按每頭母豬的采食曲線(xiàn)或妊娠日齡控制每天甚至每次的采食量，并自動(dòng)記錄采食量數(shù)據(jù)。反過(guò)來(lái)也可依據(jù)已完成的采食量，調(diào)控后續(xù)的采食量，因此具有智能化控制的特點(diǎn)。長(zhǎng)期的飼喂數(shù)據(jù)及效果表明，采用ESF不僅符合動(dòng)物福利，還能有效減少母豬肢體疾病、減少應(yīng)激、改善體況、促進(jìn)產(chǎn)仔健康，提高母豬生產(chǎn)壽命。如果設(shè)備進(jìn)一步和自動(dòng)供料線(xiàn)配套，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備與養(yǎng)殖畜舍的合理匹配，可明顯節(jié)省勞動(dòng)力。

在國(guó)際上，研究時(shí)間較長(zhǎng)且市場(chǎng)占有率較高的ESF有荷蘭NeDaP公司生產(chǎn)的Velos系統(tǒng)和加拿大JYGA公司生產(chǎn)的Gestal 3G系統(tǒng)。

圖1所示為荷蘭NeDaP公司生產(chǎn)的Velos ESF。每臺(tái)飼喂站可飼喂40～50頭母豬，每頭母豬單獨(dú)進(jìn)入采食不受其他豬只的干擾，進(jìn)入的豬只采食到它應(yīng)食入的飼料后，飼喂站會(huì)自動(dòng)停止下料。如果采食完的豬只在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不離開(kāi)飼喂站，進(jìn)入門(mén)也會(huì)打開(kāi)讓后續(xù)豬只進(jìn)入，去驅(qū)趕前序豬只離開(kāi)，從而提高設(shè)備的利用率。一般豬只經(jīng)過(guò)5～7天的飼喂過(guò)程培訓(xùn)后，都會(huì)有序采食并在圈欄中友好相處，體現(xiàn)了智能設(shè)備與動(dòng)物的和諧互動(dòng)。

圖1 荷蘭NeDaP公司生產(chǎn)的Velos母豬電子飼喂站

圖2所示為加拿大JYGA公司生產(chǎn)的Gestal 3G ESF，每臺(tái)ESF可飼喂16～22頭母豬，進(jìn)出口及通道高度融合，設(shè)備占地面積少，且安裝與移動(dòng)方便，可依據(jù)圈欄面積大小配備不同數(shù)量的ESF。這樣即使個(gè)別設(shè)備出問(wèn)題，也不太影響正常的飼喂，豬只之間因爭(zhēng)搶進(jìn)食發(fā)生的撕咬頻率明顯減少，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)理念到結(jié)構(gòu)調(diào)整的創(chuàng)新性突破。

圖2 加拿大JYGA公司生產(chǎn)的Gestal 3G母豬電子飼喂站

對(duì)比Velos和Gestal 3G兩種飼喂站不難發(fā)現(xiàn)，前者屬于傳統(tǒng)型飼喂站，每個(gè)豬圈放置一臺(tái)，每臺(tái)占地面積較大，可飼喂豬只頭數(shù)較多，因而限制了每頭母豬每天的采食次數(shù)。一旦飼喂站出現(xiàn)故障，會(huì)影響全圈母豬采食。而且設(shè)備設(shè)計(jì)較復(fù)雜，維修不便。相反，后者屬于簡(jiǎn)便性飼喂站，雖然每臺(tái)可飼喂豬只頭數(shù)相對(duì)較少，但占地面積小，每個(gè)豬圈可放置一組多臺(tái)，適合各種規(guī)模的母豬群。由于設(shè)計(jì)輕便，即使出現(xiàn)故障，維修也相對(duì)簡(jiǎn)易快速，減少對(duì)正常生產(chǎn)的影響。

在中國(guó)，母豬電子飼喂站的研究正在經(jīng)歷從模仿到自主創(chuàng)新的起步階段，大規(guī)模應(yīng)用尚需時(shí)日。代表性的產(chǎn)品是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所聯(lián)合南商農(nóng)牧科技股份有限公司研究的ESF（圖3），其實(shí)現(xiàn)了雨刷電機(jī)、接近傳感器與母豬采食行為的協(xié)同工作，基本上解決了國(guó)產(chǎn)飼喂站長(zhǎng)期存在的剩料難題，可飼喂的妊娠母豬頭數(shù)達(dá)40頭以上。成都肇元科技有限公司結(jié)合我國(guó)目前妊娠母豬的養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖設(shè)施及從業(yè)人員的養(yǎng)殖習(xí)慣，研制了一種輕便、適合小群體妊娠母豬的飼喂站（圖4），可飼喂16～22頭妊娠母豬。這種類(lèi)型的ESF在我國(guó)擁有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。

圖3 南商農(nóng)牧科技公司生產(chǎn)的ESF

圖4 成都肇元科技有限公司生產(chǎn)的ESF

通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，圖3和圖4的國(guó)產(chǎn)ESF分別對(duì)應(yīng)圖1和圖2的國(guó)外同類(lèi)型產(chǎn)品，性能和優(yōu)缺點(diǎn)也與前述圖1和圖2的類(lèi)似。目前，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)還基本處在跟蹤模仿階段，設(shè)備的制造工藝與外觀(guān)設(shè)計(jì)方面與國(guó)際主要產(chǎn)品有不小的差距。飼料從料塔到設(shè)備緩沖斗的穩(wěn)定送料是保證每臺(tái)設(shè)備精確下料的前提。除設(shè)備本身外，與設(shè)備運(yùn)行配套的料線(xiàn)也極其重要。國(guó)外的電子飼喂站系統(tǒng)與豬場(chǎng)料線(xiàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)整合和智能化自動(dòng)控制，國(guó)產(chǎn)智能飼喂設(shè)備尚未大范圍商業(yè)化應(yīng)用，智能設(shè)備與料線(xiàn)的結(jié)合問(wèn)題未涉及，這是進(jìn)一步研發(fā)與應(yīng)用的重點(diǎn)。

2.2 哺乳母豬精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)

母豬分娩后一般上產(chǎn)床，在產(chǎn)床的有限區(qū)域內(nèi)哺乳仔豬。懷孕母豬分娩后，并處于哺乳期的母豬稱(chēng)之為哺乳母豬，其飼喂模式不同于妊娠母豬小群體的圈欄。隨著現(xiàn)代養(yǎng)殖效率的提升，設(shè)備養(yǎng)殖的哺乳期已縮短到21天左右，在此階段的飼喂目標(biāo)是使母豬采食量最大化。有研究表明，每增加lkg母豬干物質(zhì)采食量，產(chǎn)仔率可提高8%，斷奶到發(fā)情間隔縮短1.8天，還有利于提高下一胎次的母豬生產(chǎn)成績(jī)。因此，圍繞哺乳母豬精準(zhǔn)飼喂設(shè)備的研究非?；钴S。

加拿大JYGA公司生產(chǎn)的Gestal哺乳母豬飼喂站是本領(lǐng)域代表產(chǎn)品，包括Gestal QUATTRO和Gestal SOLO兩種（圖5）。QUATTRO的特點(diǎn)是使用定制的加熱曲線(xiàn)和溫度探頭，在提高母豬產(chǎn)仔性能的同時(shí)可減少用電需求。此外，每個(gè)喂料器都兼容Wi-Fi，可以快速將數(shù)據(jù)傳送到平板電腦或移動(dòng)手機(jī)端，并向工作人員快速傳遞分娩信息，幫助改進(jìn)舍內(nèi)分娩母豬的監(jiān)測(cè)。特別地，其使用兩種飼料供料線(xiàn)，根據(jù)每頭母豬的營(yíng)養(yǎng)需要，定制多種日糧，還可實(shí)現(xiàn)分娩母豬一日四餐或六餐的個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)（圖5a）。GestalSOLO飼喂器同樣具有每日多次、連續(xù)及精確飼喂功能，且采用Wi-Fi無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)與移動(dòng)端管理軟件相連，在整個(gè)哺乳期間可以根據(jù)母豬食欲調(diào)整飼喂頻率，促進(jìn)哺乳母豬的采食量及泌乳量，改善仔豬斷奶體重（圖5b）。此外，由于每個(gè)飼喂器擁有獨(dú)立控制芯片和存儲(chǔ)器，當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)也不影響每臺(tái)飼喂站的獨(dú)立運(yùn)行。但與QUATTRO比較，SOLO不具備雙料線(xiàn)功能，不會(huì)改變?nèi)占Z的養(yǎng)分濃度，但可通過(guò)調(diào)控每天的飼喂次數(shù)來(lái)控制采食量。

上述兩種類(lèi)型的哺乳母豬精準(zhǔn)飼喂站，代表了哺乳母豬飼喂設(shè)備的領(lǐng)先水平，從飼喂控制機(jī)理方面也為國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的研發(fā)指明了方向。

3 奶牛智能養(yǎng)殖設(shè)備

奶牛的體型、養(yǎng)殖的模式及采食的飼料形態(tài)與豬有明顯不同，其飼喂設(shè)備，尤其是電子控制設(shè)備與養(yǎng)豬設(shè)備結(jié)構(gòu)迥異，奶牛的智能飼喂設(shè)備設(shè)施具有其自身特點(diǎn)。

3.1 奶牛個(gè)體精準(zhǔn)飼喂站

圖5 加拿大JYGA公司Gestal品牌哺乳母豬精準(zhǔn)飼喂裝置

奧地利Schauer公司生產(chǎn)的COMPIDENT奶牛飼喂站（圖6），采用堅(jiān)固的氣動(dòng)入口門(mén)設(shè)計(jì)，每臺(tái)飼喂站可飼喂50頭奶牛，在飼喂站里可以模塊化集成6種不同精飼料原料分配器。與飼喂站配套的TOPO飼料管理程序，可以使奶牛在一個(gè)綜合生產(chǎn)周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)精飼料配方和飼喂量的靈活調(diào)整，方便了料倉(cāng)的管理。并且可以根據(jù)每頭奶牛的生產(chǎn)階段和泌乳曲線(xiàn)分別計(jì)算和提供其所需的采食量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)周期內(nèi)全混合日糧飼喂效果的最優(yōu)化。由荷蘭Hokofarm集團(tuán)研制的奶牛精準(zhǔn)飼喂與計(jì)量裝置（圖7），同樣具有堅(jiān)固的氣動(dòng)門(mén)，配備有電子耳標(biāo)識(shí)讀系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)奶牛采食次數(shù)，采食時(shí)間及采食量自動(dòng)控制和記錄，適用于研究牛只個(gè)體的采食規(guī)律。

圖6 奧地利Schauer公司C.OMPIDENT奶牛飼喂站

圖7 荷蘭Hokofarm公司牛精準(zhǔn)飼喂站

顯然，圖6的個(gè)體飼喂站適合于為奶牛精準(zhǔn)提供精料補(bǔ)充料，但無(wú)法控制和記錄每頭牛粗飼料采食量，因此無(wú)法獲取每頭牛每天完整的干物質(zhì)采食量。圖7的精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)更適用于牛群青粗飼料或TMR全混合飼料。因其裝備簡(jiǎn)潔，可在牛舍中成排安裝，并能同時(shí)精準(zhǔn)控制和記錄多頭奶牛個(gè)體全天采食量。其軟件管理系統(tǒng)可以為奶牛分組，通過(guò)RFID耳標(biāo)可控制每個(gè)料槽允許訪(fǎng)問(wèn)的奶牛個(gè)體，因此十分便于開(kāi)展比較不同飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

3.2 奶牛自動(dòng)投料和推料機(jī)器人

投料機(jī)器人與飼喂站的不同是，飼喂站是固定不動(dòng)的，供不同的家畜去采食，而機(jī)器人則具有可行走的特性，代替人去完成飼喂工作。下圖分別是飼喂機(jī)器人和推料機(jī)器人。

圖8 荷蘭Lely公司Vector導(dǎo)軌式飼喂機(jī)器人

圖8所示是荷蘭Lely公司研制的導(dǎo)軌式投料機(jī)器人。其智能化程度高，可通過(guò)移動(dòng)終端選擇預(yù)存的日糧配方，下達(dá)配料任務(wù)后，機(jī)器人自動(dòng)進(jìn)入配料車(chē)間的特定位置，按順序接收不同的飼料原料。配料車(chē)間安裝有配套的起重機(jī)抓手，其可依據(jù)飼料配方依次抓取所需的飼料原料。飼料原料按種類(lèi)及比例投入機(jī)器人料倉(cāng)后，機(jī)器人按固定的導(dǎo)航軌道進(jìn)入牛舍。在行走至約定的投料位置過(guò)程中，基本完成必要的飼料混合，然后邊行走邊攪拌并邊投料，完成投料后會(huì)自動(dòng)返回到待崗位置。然而導(dǎo)軌式投料機(jī)器人需要牛舍及配料車(chē)間安裝有固定導(dǎo)航軌道，才能實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備與養(yǎng)殖畜舍的合理匹配。

圖9 荷蘭Lely公司Juno推料機(jī)器人

圖9是荷蘭Lely公司研制的Juno自動(dòng)推料機(jī)器人，其安裝有超聲波感應(yīng)器，可以感知與牛欄的距離并按預(yù)設(shè)的距離行進(jìn)推料。牛場(chǎng)可以通過(guò)軟件自由預(yù)設(shè)該距離，例如距離牛欄從遠(yuǎn)至近逐漸推料。其底部?jī)?nèi)置的電感式器件傳感器一方面保證其準(zhǔn)確按照預(yù)設(shè)路線(xiàn)行進(jìn)，另一方面也可以判定充電站的位置。推料機(jī)器人無(wú)論白天夜間均可準(zhǔn)時(shí)按照預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)為牛只推送飼料，不僅節(jié)省體力勞動(dòng)和時(shí)間，讓農(nóng)場(chǎng)主可以處理牛場(chǎng)其他的管理工作，還有利于增進(jìn)牛只采食量，尤其是粗飼料進(jìn)食量，從而提高產(chǎn)奶量和質(zhì)量。顯然推料機(jī)器人并不具備投料機(jī)器人存儲(chǔ)日糧配方和自動(dòng)取料、混料和投料的多種功能。但其是投料機(jī)器人的得力搭檔，可以簡(jiǎn)潔低能耗地完成全天多次后續(xù)推料工作，兩者結(jié)合使用可構(gòu)建起智能化牛場(chǎng)自動(dòng)飼喂系統(tǒng)。

3.3 擠奶機(jī)器人

在家畜養(yǎng)殖機(jī)器人研究領(lǐng)域中，投入最大、研究時(shí)間較長(zhǎng)、挑戰(zhàn)性最高、且產(chǎn)品最多的機(jī)器人是擠奶機(jī)器人。目前，在全球范圍內(nèi)，主要的領(lǐng)導(dǎo)品牌有Lely，DeLaval，Hokofarm，GEA Farm，F(xiàn)ullwood五大產(chǎn)品。然而，擠奶機(jī)器人的效率目前仍明顯低于其他自動(dòng)擠奶系統(tǒng)，設(shè)備的技術(shù)瓶頸卡在真空擠奶前的清洗及上杯的環(huán)節(jié)。由于奶牛個(gè)體有差異，每頭奶牛的4個(gè)乳頭的大小、位置及垂直度不同，在機(jī)器人通過(guò)紅外定位時(shí)，時(shí)有定位模糊、反復(fù)套不上杯或者是擠奶用的管道卡住而拽不出來(lái)的情況發(fā)生。一旦發(fā)生這類(lèi)情形，系統(tǒng)就得復(fù)位重新啟動(dòng)全過(guò)程程序進(jìn)行糾偏，這無(wú)疑延長(zhǎng)了奶牛個(gè)體的擠奶時(shí)間，增加了該奶牛的站立時(shí)間與應(yīng)激，同時(shí)影響后續(xù)排隊(duì)等待進(jìn)入的奶牛的擠奶過(guò)程，導(dǎo)致出現(xiàn)連鎖反應(yīng)。因此，即便是可全自動(dòng)擠奶，也要有專(zhuān)人處理異常情形，這意味著全自動(dòng)機(jī)器人擠奶技術(shù)的優(yōu)化空間還很大。圖10和圖11分別為L(zhǎng)ely Astronaut A4和DeLaval VMS擠奶機(jī)器人。上述兩大品牌的機(jī)器人也在不斷地從實(shí)際應(yīng)用中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化上杯方法，從而實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備與動(dòng)物的和諧互動(dòng)。

4 國(guó)內(nèi)外畜牧業(yè)智能裝備對(duì)比分析及對(duì)中國(guó)的啟示

4.1 國(guó)內(nèi)外畜牧業(yè)裝備水平、研發(fā)思路和職業(yè)態(tài)度對(duì)比

中國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家在畜牧業(yè)智能裝備水平、研發(fā)思路和職業(yè)發(fā)展態(tài)度上存在一定差距。首先，中國(guó)畜牧業(yè)生產(chǎn)面臨的主要問(wèn)題是勞動(dòng)效率低，主要投入品如飼料及獸藥的成本高，加之私人養(yǎng)殖場(chǎng)甚至規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的設(shè)備裝備水平較低，導(dǎo)致畜牧業(yè)綜合生產(chǎn)力低下、綜合成本高。

圖10 荷蘭Lely Astronaut A4 擠奶機(jī)器人

圖11 瑞典利拉伐擠奶機(jī)器人

例如，在歐洲，一個(gè)裝備規(guī)范、各生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化及專(zhuān)業(yè)化程度高的養(yǎng)雞企業(yè)，一個(gè)工人平均可飼養(yǎng)管理多達(dá)12萬(wàn)只。但在中國(guó)，即便是裝有自動(dòng)供料、水的養(yǎng)雞場(chǎng)，人均最多可管理1～2萬(wàn)只。其次，在智能設(shè)備的研發(fā)思路上，國(guó)際上密切結(jié)合動(dòng)物的福利，甚至與文化和生活體驗(yàn)融合起來(lái)，不斷追求人、機(jī)、動(dòng)物與環(huán)境的和諧發(fā)展，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。例如，歐美的家庭牧場(chǎng)，一般采用種養(yǎng)結(jié)合模式和采用全機(jī)械化作業(yè)。一個(gè)家庭可管理幾百頭奶牛，不僅奶牛的福利好，利用年限長(zhǎng)，而且將養(yǎng)殖當(dāng)做家族事業(yè)去傳承與發(fā)展，不過(guò)度追求高回報(bào)，善待家畜，整體上養(yǎng)殖效率相對(duì)穩(wěn)定。加之養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，較少出現(xiàn)行情大起大落的“養(yǎng)殖周期”。而我國(guó)目前畜禽養(yǎng)殖的主流還停留在小規(guī)模養(yǎng)殖，出于養(yǎng)殖成本的考慮，一般不會(huì)采用規(guī)?；酿B(yǎng)殖設(shè)備產(chǎn)品，往往導(dǎo)致養(yǎng)殖環(huán)境條件長(zhǎng)期處于低端水平，降低生產(chǎn)效率并影響動(dòng)物福利。另一方面部分養(yǎng)殖企業(yè)對(duì)養(yǎng)殖周期缺乏理性認(rèn)識(shí)，畜產(chǎn)品價(jià)格好時(shí)盲目擴(kuò)張或抽走資金挪作他用，當(dāng)價(jià)格下跌時(shí)易因資金斷裂而倒閉。第三，在對(duì)待職業(yè)的態(tài)度上，養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家，從事養(yǎng)殖的牧民或農(nóng)場(chǎng)主，將養(yǎng)殖看成是一件很體面的事業(yè)，一直追求如何解放勞動(dòng)力。由于對(duì)智能養(yǎng)殖設(shè)備的持續(xù)創(chuàng)新性研制與應(yīng)用，成就了像NeDaP，JYG，Lely及DeLaval等智能化養(yǎng)殖設(shè)備公司，引領(lǐng)了畜牧業(yè)智能設(shè)備的發(fā)展方向。而伴隨著我國(guó)改革開(kāi)放40年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的生活改善和我國(guó)逐漸進(jìn)入老齡化社會(huì)，畜牧養(yǎng)殖業(yè)面臨著人力資源緊張難題。一方面，是新一代年輕人不愿意從事養(yǎng)殖業(yè)：另一方面，是養(yǎng)殖業(yè)骨干們漸漸老去。因此，依靠先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)施設(shè)備、科學(xué)化管理和先進(jìn)生產(chǎn)工藝，讓飼養(yǎng)員變成管理員，是解決我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)人力資源短缺的必然選擇。

4.2 中國(guó)發(fā)展畜牧業(yè)智能裝備分析

基于國(guó)內(nèi)外差距，我國(guó)畜牧業(yè)智能裝備的進(jìn)一步發(fā)展，既需要注重設(shè)備“觸手可及”的便利性，又要體現(xiàn)動(dòng)物福利“畜性化”的追求。首先，隨著各種感知技術(shù)的發(fā)展與成熟、人工智能技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外智能設(shè)備的研發(fā)已成為畜牧發(fā)展的焦點(diǎn)。一方面是現(xiàn)代信息技術(shù)、感知技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)與畜牧養(yǎng)殖技術(shù)的結(jié)合，向各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的滲透與應(yīng)用，探索新技術(shù)的增長(zhǎng)點(diǎn)。另一方面從畜牧業(yè)生產(chǎn)本身而言，迫切需要解放勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率和改善新農(nóng)人的生活品質(zhì)，使農(nóng)牧業(yè)成為體面的行業(yè)，使未來(lái)的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)成為“觸手可及”的輕便性行為，成為新的“工業(yè)”。前面主要介紹的智能養(yǎng)殖設(shè)備和機(jī)器人，都從不同程度體現(xiàn)了“觸手可及”的追求。盡管在不同的設(shè)備及同一設(shè)備在不同應(yīng)用階段達(dá)成的程度有別，但研發(fā)的目標(biāo)都是朝著更智能、更便利、更可靠及更經(jīng)濟(jì)的方向推進(jìn)。

其次，智能設(shè)備研究的另一個(gè)特別關(guān)注點(diǎn)是要與養(yǎng)殖模式結(jié)合，與動(dòng)物福利結(jié)合，體現(xiàn)設(shè)備的“畜性化”。例如，妊娠母豬電子飼喂站的研究目的是希望將傳統(tǒng)的對(duì)妊娠全過(guò)程的限位欄飼喂回歸到圈欄自由飼喂。也可以在小群圈欄飼喂前在限位欄內(nèi)飼喂幾周，讓母豬安靜保胎后進(jìn)入圈欄飼喂，在一定的空間內(nèi)休養(yǎng)生息，繁衍后代。這不僅符合動(dòng)物福利，同時(shí)也有助于提高母豬的生產(chǎn)力水平。而哺乳母豬飼喂器則從另外一個(gè)角度追求豬只的福利，即通過(guò)計(jì)算機(jī)控制飼喂的次數(shù)和動(dòng)態(tài)變化的采食量，促進(jìn)哺乳母豬采食量的最大化，滿(mǎn)足母豬本身及撫養(yǎng)仔豬的養(yǎng)分需求。奶牛智能化飼喂設(shè)備與技術(shù)研發(fā)的挑戰(zhàn)難度明顯高于如豬和雞等單胃動(dòng)物，這是由奶牛本身的生長(zhǎng)、生理特點(diǎn)的復(fù)雜性決定的。奶牛要不斷地從配種、妊娠、產(chǎn)犢、泌乳、干奶，再到下一個(gè)泌乳周期，因而需要配套研制從不同生理或生產(chǎn)階段的自動(dòng)飼喂、轉(zhuǎn)料、清糞、修蹄及蹄保健到擠奶等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)每個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化甚至機(jī)器人生產(chǎn)，而且不少設(shè)備均可以研制成通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程遙控或在局域網(wǎng)內(nèi)控制的智能設(shè)備。

然而，智能裝備或機(jī)器人的應(yīng)用也是具有先決條件的，既需要對(duì)畜舍結(jié)構(gòu)建設(shè)進(jìn)行超前布局，又要求從業(yè)者掌握相關(guān)技能，同時(shí)也要訓(xùn)練家畜與智能設(shè)備協(xié)調(diào)互動(dòng)。首先是養(yǎng)殖設(shè)備必須與養(yǎng)殖模式結(jié)合起來(lái)，而養(yǎng)殖模式又與建筑結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)聯(lián)。例如，限位欄的豬圈結(jié)構(gòu)就無(wú)法使用母豬ESF，牛舍內(nèi)的喂料通道如果地面不平整或?qū)挾炔粔?，喂料和推料機(jī)器人也無(wú)法正常工作。因此，全自動(dòng)機(jī)器人的使用需要從畜舍結(jié)構(gòu)建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)著手，為設(shè)備的使用預(yù)留位置及作業(yè)空間。其次，凡是智能設(shè)備均具有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)系統(tǒng)及下位機(jī)系統(tǒng)。下位機(jī)即所謂嵌入式控制系統(tǒng)，一般以控制面板的方式呈現(xiàn)在運(yùn)行設(shè)備的某個(gè)位置上。例如，從圖1至圖5，圖10和圖11所示的每臺(tái)機(jī)器均有控制面板系統(tǒng)，可直接顯示或設(shè)置控制參數(shù)。而上位機(jī)系統(tǒng)則是接收來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)設(shè)備的飼喂控制參數(shù)及實(shí)際發(fā)生的數(shù)據(jù)，也可遠(yuǎn)程設(shè)置管轄的下位機(jī)的參數(shù)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)開(kāi)展數(shù)據(jù)分析及可視化展示等。因此，要求從業(yè)者具有一定的綜合素質(zhì)與技能，維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而發(fā)揮出設(shè)備最好的應(yīng)用效果。第三，設(shè)備的使用對(duì)象--家畜，也存在與設(shè)備協(xié)調(diào)互作的適應(yīng)問(wèn)題，這要求設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足家畜的習(xí)性。一般情況下，當(dāng)智能養(yǎng)殖設(shè)備與作用對(duì)象有密切接觸時(shí)，往往需要進(jìn)行人為監(jiān)督下的適應(yīng)性訓(xùn)練。典型的有母豬ESF，奶牛的擠奶機(jī)器人等，都需要事先試訓(xùn)，消除家畜的恐懼心理并對(duì)使用設(shè)備產(chǎn)生肌肉記憶，讓家畜意識(shí)到餓了去飼喂站進(jìn)食，乳房脹了去讓機(jī)器人擠奶等。

5 結(jié)論

全球的畜牧業(yè)朝著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；c智能化的發(fā)展態(tài)勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，迫切需要現(xiàn)代智能裝備和養(yǎng)殖機(jī)器人的支撐，需要設(shè)備與信息技術(shù)的高度融合。只有將信息感知技術(shù)、精準(zhǔn)飼喂理論與設(shè)備的自動(dòng)化控制結(jié)合起來(lái)，才能開(kāi)發(fā)出具有嵌入式系統(tǒng)控制的、從種畜到商品畜的智能化的養(yǎng)殖設(shè)備以及各種養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)器人。但是，智能養(yǎng)殖設(shè)備尤其是機(jī)器人的工業(yè)化應(yīng)用必須與養(yǎng)殖模式、畜舍結(jié)構(gòu)布局結(jié)合起來(lái)，才能發(fā)揮設(shè)備的使用效率。同時(shí)也必須與動(dòng)物的生理、生長(zhǎng)及行為結(jié)合起來(lái)，從滿(mǎn)足動(dòng)物的福利出發(fā)，形成設(shè)備與動(dòng)物的互作和相互適應(yīng)。

縱觀(guān)國(guó)際先進(jìn)的豬、牛智能養(yǎng)殖設(shè)備和技術(shù)現(xiàn)狀，已經(jīng)從以提高生產(chǎn)效率為目標(biāo)到追求人、機(jī)、動(dòng)物與環(huán)境的和諧發(fā)展，并不斷向更智能、更便利、更可靠及更經(jīng)濟(jì)的方向推進(jìn)。但目前在智能設(shè)備與動(dòng)物的和諧互動(dòng)（如母豬ESF試訓(xùn)和奶牛擠奶機(jī)器人上杯）和智能設(shè)備與養(yǎng)殖畜舍的合理匹配（如母豬ESF與豬圈結(jié)構(gòu)和奶牛投料推料機(jī)器人與牛舍設(shè)計(jì)）等方面仍有不少技術(shù)瓶頸待解決。因此，我國(guó)智慧畜牧業(yè)設(shè)備研發(fā)需要在改進(jìn)設(shè)備的制造工藝同時(shí)，也要加強(qiáng)畜牧業(yè)從業(yè)人員技術(shù)培訓(xùn)，合理規(guī)劃畜舍結(jié)構(gòu)，改善動(dòng)物行為和福利。

最后，我國(guó)今后智能設(shè)備的研究必須與畜牧業(yè)生產(chǎn)的理論、目標(biāo)產(chǎn)品的功能驅(qū)動(dòng)及養(yǎng)殖方式的創(chuàng)新協(xié)調(diào)一致，不斷更新?lián)Q代，助推畜牧業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

（摘自《智慧農(nóng)業(yè)》，2019年第1卷第1期）