Презентация механизация роботизация животноводства Павкин

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральный научный агроинженерный центр
ВИМ
Роботизированные технические средства для цифровой молочной
фермы
Заведующий лабораторией, к.т.н.
Павкин Дмитрий Юрьевич
ЦИФРОВАЯ МОЛОЧНАЯ ФЕРМА
ФГБНУ
ФНАЦ
ВИМ
Цифровая молочная ферма – ферма с полным циклом автоматизации
технологических процессов в которой на каждом этапе технологической
операции происходит сбор, анализ данных от технических средств и
животных, на основании которых самообучающаяся система управления
принимает решения.
Цель
проекта
расширение
возможностей
производства
высококачественной
продукции
на
основе
интеллектуализации,
автоматизации и роботизации технологических процессов на всем
протяжении цикла от производства до потребления.
Задачи проекта - Разработка наукоемких малозатратных экологически
безопасных
технологий производства и переработки продукции
животноводства на базе создания высокотехнологичного комплекса машин;
формирование условий для развития научно-технической и образовательной
деятельности
Результаты проекта:

снижение уровня импортозависимости на 30-40%, охват не менее 5%
мирового рынка

повышение качества и количества производимой продукции на 25-30%,

повышение производительности труда в основных под отраслях
животноводства в 1.5-2 раза.

Разработка централизованных и локальных интеллектуальных систем и
алгоритмов управления биомашинными
комплексами и локальными
биотехническими системами в животноводстве (микроклимат, доение,
кормление, утилизация отходов, зооветеринарное обслуживания животных и
др.)

сокращение издержек производства на 35-40%

повышение продуктивности животных на 15-20%
Сроки реализации:
1 год – проработка технологических решений
2 год – подбор фермы, запуск автоматики, сбор данных
3 год – отладка объекта, запуск стада
2
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Оснащенность в России и мире
техническими средствами
Количество роботизированных молочных
ферм
География роботизированных ферм в России (2,3% от всех молочных ферм)
Техническая оснащенности технологических процессов на ферме
Кормление
Доение
Навозоудаление
CAGR техники 1 5-20% в год
В мире ≈ 35,000 ферм
США ≈ 2,000 ферм
Европа, Китай,
Япония ≈
11,000 ферм
Россия ≈
124 фермы
Микроклимат
0
10
Роботизация
20
30
Автоматизация
40
50
60
70
Механизированный и ручной труд
80
Источник:IDTechEx
2
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Тенденция развития технологий и
технических средств
Ведущие производители
роботизированных средств в
молочном животноводстве
•
BouMatic Robotics
•
DeLaval
•
GEA
•
Lely
•
Dairy Australia
•
Fabdec
•
Fullwood
•
Future Dairy
•
Hokofarm
•
Merlin AMS
•
Milkwell Milking Systems
•
SAC
•
MiRobot Trendlines
•
Vansun Technologies
 Молочное животноводство занимает 6
место в мире по внедрению IOT
технологий
 До
2050
года
количество
роботизированных ферм увеличиться до
80% от общего числа
 В мире активно ведутся работы по
созданию
полностью
автономных
молочных ферм
Доильное оборудование 1960-2018
Кормораздатчики 1969-2018
Уборка навоза 1960-2018
3
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Российский и мировой рынок,
потребность в технических средствах
Объём рынка молочного животноводства
2016г – 1, 9 млрд $
2023 – 8 млрд $
Производство сельск. роботехнических систем
2016 г. - 32 тыс. единиц техники.
2023 г. - возрастет в 19 раз до 594 тыс. единиц техники
Источник:grandviewresearch
Мировое производство молока
К 2040 г. может достигнуть 1222 млн. т, что почти на
80% выше, чем в 2010 г.
Источник:IDtechex
Источник:tractica
Прогноз развития рынка агроробототехники
4
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Перспективные разработки
на ближайшие 5 лет
ТЕХНОЛОГИИ
ДОПОЛНЕННОЙ
РЕАЛЬНОСТИ
НЕЙРОСЕТЕВЫЕ
АЛГОРИТМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКИМИ
СРЕДСТВАМИ
НЕЙРОСЕТЕВАЯ
СИСТЕМА
ВИДЕОАНАЛИТИКИ
АНАЛИЗ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ
УПИТАНОСТИ
БЕСКОНТАКТНОЕ
ИЗМЕРЕНИЕ
ТЕМПЕРАТУРЫ
ТЕЛА
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
ОБЛАКА ТОЧЕК И
3D TOF КАМЕРЫ
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ О
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
АВТОМАТИЧЕСКОЕ
ВЫЯВЛЕНИЕ
ВНЕШНИХ
НЕЗАРАЗНЫХ
ЗАБОЛЕВАНИЙ
6
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Ключевые разработки за последние 5 лет
Контроль за физиологическим состоянием коров
Роботизированные системы доения
Самоходный самозагружающийся кормомиксер с автоматической системой контроля
и выгрузки
Комплект датчиков и программно-аппаратных
средств для оценки состояния здоровья
животного (внутренний и не инвазивный
мониторинг)
Определение качества молока в процессе доения
Роботизированная система уборки навоза
5
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Ключевые разработки за последние 5 лет
«Параллель» с
мультивходом
«Веер» с
мультивходом
«Елочка» с
мультивходом
1-санпункт
2-щетки
3-манипулятор
4-автокормушка
8
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Ключевые разработки за последние 5 лет
Роботизированная доильная установка с почетвертным управлением процессом доения и
определением качества молока в потоке
9
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Ключевые разработки за последние 5 лет
1 - контроллер управления процессом доения;
2 - счётчики-датчики потока молока; 3 –
приводы; 4 - рука-манипулятор; 5 - доильные
стаканы; 6 - 3-д камера
Роботизация доильного зала позволит:
 повысить качество молока на 15-20%
 снизить заболеваемость коров маститом на 50%
 снизить влияние недобросовестного труда на важные
технические процессы
10
Система внутреннего мониторинга здоровья КРС
Местоположение коров (GPS-трекер)
Идентификация (датчик идентификации)
Программа управления стадом
Двигательная активность (акселерометр)
Температура рубца (термометр)
Половая охота (акселерометр+термометр)
Уровень кормления (pH-метр)
Болюс внутри коровы (в
рубце)
Предстоящий отел (акселерометр+термометр)
Уровень кислотности рубца (pH-метр)
Уровень потребления воды (термометр)
Автодозатор лекарственных средств для поилки (доза
зависит от кислотности рубца)
Цели:
• Разработка комплексов технических решений и алгоритмов для сохранения здоровья животных и повышения качества молока.
• Увеличение продолжительности лактационного периода за счет своевременного выявления половой охоты и сокращения сервисного периода (период от отела до удачного осеменения).
• Снижение процента потери телят за счет выявления предстоящего отела (за 12 часов).
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Ключевые разработки за последние 5 лет
Радиосигнал
Канал связи: GSM 900/1800 мГц, Wi-Fi,
проводной
Базовая станция
Облачное
хранилище
Программа управления стадом
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Ключевые разработки за последние 5 лет
Сбор данных и анализ фенотипа животных
Стадии маститов при тепловом анализе
Анализ графиков молокоотдачи
макс. скорость
потока
Меньше 50 мл
Управление здоровьем животного в
любой точке мира
Отключение д/у
13
Ключевые разработки за последние 5 лет
•
Разработан
алгоритм,
двумерное
изображение с камеры и выделяет соски и
вымя, результат является частью в работе
системы компьютерного зрения, для
роботизированной почетвертной доильной
установки.
Вымя и соски коровы, вид снизу.
3D ToF camera.
Ферма
Русский
Пармезан.
Проведены
поисковые
натурные
испытания.
С
данного ракурса определяется
статичность изменения оси Z.
В правом нижнем углу
выводятся
результаты
измерения расстояния до
объекта.
14
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Ключевые разработки за последние 5 лет
Основные параметры мобильного многофункционального
Наименование показателей
Марка
агрегата
Исполнение
Силовой агрегат
Мощность двигателя, л.с./квт
Ширина захвата роторного очистителя стойл, боксов, регулируемая за
счет позиционирования, в т.ч. максимальная, м
Частота вращения роторного очистителя стойл, об/мин
Ширина захвата очищаемой поверхности на стойлах и боксах
Ширина очищаемой поверхности решетчатого пола за один проезд
Высота щетки очистителя в транспортном нерабочем положении от
поверхности, не менее, м
Вместимость бункера подстилочного материала, м3
Дальность внесения подстилочного материала, м
Мобильный агрегат с навесными
рабочими органами
Двигатель внутреннего сгорания
13,0
0,5
80-100
не менее 0,35 м от края
не менее 0,6 м
0,15
не менее 0,5
от 0,3 до 2,0
15
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Ключевые разработки за последние 5 лет
Схема промывки с
инжектированием
воздуха
 1,5
Qв = В / М
 ТР
gad М

1 d
 2 N a ( М )1 / 6
n 4
d М i  d М2 (1  а)

4 
4
Схема образования
пробкового режима в
молокопроводе
Схема с
предварительной
аккумуляцией
промывочной жидкости
t зб 
с = √ q λв / 2π
2 (
2
П
В
П
Ж
Qжпр
V р
nq ДА
;
t
V р
б
оп

V р
ср
Qжм
Lм
tпр = t  t пр  Q ср  V уст
жм
жм
2
Vпр 
h = dм (1 - а)
Эффективность:
интенсификация
режима
промывки оборудования (высокая скорость
движения жидкости от 5 до 20 м/с) при
оптимальном расходе воды и моющих средств

б
оп
) (V  V )
В 
g
1 d М 1/ 6
П
)
dМ i / 4
V Ж  2 Na (
n 4
В/М
ТР
V р
( Ратм  Рвак )2 g
0,082l П
[
 n мс ]
2/9
 dм 


 4l 
8V р

t пр

[
Ратм  Рвак 2 g



0,082l П

2/9
  d м  d  n
м
мс
 4l










]d м2
Lм
Ратм  Рвак 2 g




 0,082l П


 n мс 
2/9
  d м  d

м
 4l




16
16
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Макетный участок
17