國內外畜牧業智慧裝備對比分析及對中國的啟示
01
國內外畜牧業裝備水平、研發思路和職業態度對比
中國與世界發達國家在畜牧業智慧裝備水平、研發思路和職業發展態度上存在一定差距。首先，中國畜牧業生產面臨的主要問題是勞動效率低，主要投入品如飼料及獸藥的成本高，加之私人養殖場甚至規模化養殖場的裝置裝備水平較低，導致畜牧業綜合生產力低下、綜合成本高。例如，在歐洲，一個裝備規範、各生產環節智慧化及專業化程度高的養雞企業，一個工人平均可飼養管理多達12萬隻。但在中國，即便是裝有自動供料、供水的養雞場，人均最多可管理1~2萬隻。其次，在智慧裝置的研發思路上，國際上密切結合動物的福利，甚至與文化和生活體驗融合起來，不斷追求人、機、動物與環境的和諧發展，促進養殖業的健康可持續發展。例如，歐美的家庭牧場，一般採用種養結合模式和採用全機械化作業。一個家庭可管理幾百頭奶牛，不僅奶牛的福利好，利用年限長，而且將養殖當做家族事業去傳承與發展，不過度追求高回報，善待家畜，整體上養殖效率相對穩定。加之養殖產業鏈的延伸，較少出現行情大起大落的“養殖週期”。而我國目前畜禽養殖的主流還停留在小規模養殖，出於養殖成本的考慮，一般不會採用規模化的養殖裝置產品，往往導致養殖環境條件長期處於低端水平，降低生產效率並影響動物福利。另一方面部分養殖企業對養殖週期缺乏理性認識，畜產品價格好時盲目擴張或抽走資金挪作他用， 當價格下跌時易因資金斷裂而倒閉。第三，在對待職業的態度上，養殖業發達的歐美國家，從事養殖的牧民或農場主，將養殖看成是一件很體面的事業，一直追求如何解放勞動力。由於對智慧養殖裝置的持續創新性研製與應用，成就了像NeDaP，JYGA，Lely及DeLaval等智慧化養殖裝置公司，引領了畜牧業智慧裝置的發展方向。而伴隨著我國改革開放40年來經濟發展帶來的生活改善和我國逐漸進入老齡化社會，畜牧養殖業面臨著人力資源緊張難題。一方面，是新一代年輕人不願意從事養殖業;另一方面，是養殖業骨幹們漸漸老去。因此，依靠先進的自動化設施裝置、科學化管理和先進生產工藝，讓飼養員變成管理員，是解決我國養殖業人力資源短缺的必然選擇。
02
中國發展畜牧業智慧裝備分析
基於國內外差距，我國畜牧業智慧裝備的進一步發展，既需要注重裝置“觸手可及”的便利性，又要體現動物福利“畜性化”的追求。首先，隨著各種感知技術的發展與成熟、人工智慧技術的發展，國內外智慧裝置的研發已成為畜牧業發展的焦點。一方面是現代資訊科技、感知技術與自動控制技術與畜牧養殖技術的結合，向各個專業領域的滲透與應用，探索新技術的增長點。另一方面從畜牧業生產本身而言，迫切需要解放勞動力，提高生產效率和改善新農人的生活品質，使農牧業成為體面的行業，使未來的農牧業生產成為“觸手可及”的輕便性行為，成為新的“工業”。前面主要介紹的智慧養殖裝置和機器人，都從不同程度體現了“觸手可及”的追求。儘管在不同的裝置及同一裝置在不同應用階段達成的程度有別，但研發的目標都是朝著更智慧、更便利、更可靠及更經濟的方向推進。
其次，智慧裝置研究的另一個特別關注點是要與養殖模式結合，與動物福利結合，體現裝置的“畜性化”。例如，妊娠母豬電子飼餵站的研究目的是希望將傳統的對妊娠全過程的限位欄飼餵迴歸到圈欄自由飼餵。也可以在小群圈欄飼餵前在限位欄內飼餵幾周，讓母豬安靜保胎後進入圈欄飼餵，在一定的空間內休養生息，繁衍後代。這不僅符合動物福利，同時也有助於提高母豬的生產力水平。而哺乳母豬飼餵器則從另外一個角度追求豬隻的福利，即透過計算機控制飼餵的次數和動態變化的採食量，促進哺乳母豬採食量的最大化，滿足母豬本身及撫養仔豬的養分需求。奶牛智慧化飼餵裝置與技術研發的挑戰難度明顯高於如豬和雞等單胃動物，這是由奶牛本身的生長、生理特點的複雜性決定的。奶牛要不斷地從配種、妊娠、產犢、泌乳、幹奶，再到下一個泌乳週期，因而需要配套研製從不同生理或生產階段的自動飼餵、轉料、清糞、修蹄及蹄保健到擠奶等裝置，實現每個環節的自動化甚至機器人生產，而且不少裝置均可以研製成透過手機遠端遙控或在區域網內控制的智慧裝置。
然而，智慧裝備或機器人的應用也是具有先決條件的，既需要對畜舍結構建設進行超前佈局，又要求從業者掌握相關技能，同時也要訓練家畜與智慧裝置協調互動。首先是養殖裝置必須與養殖模式結合起來，而養殖模式又與建築結構及基礎設施相關聯。例如，限位欄的豬圈結構就無法使用母豬ESF，牛舍內的喂料通道如果地面不平整或寬度不夠，喂料和推料機器人也無法正常工作。因此，全自動機器人的使用需要從畜舍結構建設的頂層設計著手，為裝置的使用預留位置及作業空間。其次，凡是智慧裝置均具有計算機控制系統，包括上位機系統及下位機系統。下位機即所謂嵌入式控制系統，一般以控制面板的方式呈現在執行裝置的某個位置上。例如，從圖1至圖5，圖10和圖11所示的每臺機器均有控制面板系統，可直接顯示或設定控制引數。而上位機系統則是接收來自系統內各個裝置的飼餵控制引數及實際發生的資料，也可遠端設定管轄的下位機的引數，並對採集的資料開展資料分析及視覺化展示等。因此，要求從業者具有一定的綜合素質與技能，維護整個系統的協調運轉，從而發揮出裝置最好的應用效果。第三，裝置的使用物件—家畜，也存在與裝置協調互作的適應問題，這要求裝置應滿足家畜的習性。一般情況下，當智慧養殖裝置與作用物件有密切接觸時，往往需要進行人為監督下的適應性訓練。典型的有母豬ESF，奶牛的擠奶機器人等，都需要事先試訓，消除家畜的恐懼心理並對使用裝置產生肌肉記憶，讓家畜意識到餓了去飼餵站進食，乳房脹了去讓機器人擠奶等。
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溫馨提示：本文節選自《智慧農業》2019年第1卷第1期。點選文末“閱讀原文”可直達期刊官網免費閱讀、下載。
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趙一廣, 楊亮, 鄭姍姍, 熊本海. 家畜智慧養殖裝置和飼餵技術應用研究現狀與發展趨勢[J]. 智慧農業, 2019, 1(1): 20-31.
ZHAO Yiguang, YANG Liang, ZHENG Shanshan, XIONG Benhai. Advances in the development and applications of intelligent equipment and feeding technology for livestock production[J]. Smart Agriculture, 2019, 1(1): 20-31.
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