挤奶机器人对奶牛场挤奶管理能力的提升
——由《中国乳业》杂志社与利拉伐公司联合开设
文|高 然
中国农业科学院农业信息研究所
自20世纪90年代开始，基于劳动力成本不断攀升，挤奶机器人开始在欧美等发达国家的奶牛场普及，英国、荷兰等国家设计的全自动化挤奶机器人，不仅实现了无需人工协助的挤奶过程，还能记录产奶量和检测牛奶质量[1]，为奶牛场挤奶技术和挤奶管理能力的提升提供了可行性路径。我国作为养殖大国，劳动力短缺问题同样突出。近年来，我国的奶牛场开始逐步借助机器人来解决养殖中出现的实际问题，而挤奶环节的机械化是其中的关键一环。挤奶机器人在代替人工的基础上，完善了挤奶流程的一致性，通过科学分析完成分群挤奶、分区挤奶、优化挤奶间隔等操作，让奶牛场的挤奶管理更精准高效。
全自动化挤奶系统（Automatic Milking Systems，AMS）是指使挤奶程序和奶牛管理实现自动化的系统。全自动挤奶机器人（Robotic Milking Machine，RMM）将全自动化挤奶系统集成为一体。目前全自动挤奶机器人的国际供应商主要包括利拉伐（DELAVAL）、基伊埃（GEA）和莱利（LELY）等公司，2019年，由拓博尔研发的中国第一台挤奶机器人首次亮相。挤奶机器人通过全系统检测，可以提早预警并改善奶牛的健康福利问题及牛奶的质量问题，逐渐被行业推崇，应用量与覆盖率均处于迅速上升阶段[2]，成为奶牛场提升挤奶管理能力的关键保障。
1.1 挤奶机器人的技术特点
最新一代挤奶机器人通过集成先进的机器视觉、机械臂控制、传感器技术等多领域技术，实现高度的自动化和智能化，可以精准识别奶牛乳房的位置进行流程一致的挤奶操作，无需人工干预，大大提高了挤奶效率。挤奶机器人具备精准的数据采集与分析能力，能够实时采集奶牛的产奶量、挤奶频率、乳房健康状况等关键数据，并通过内置的数据处理系统进行分析。这些数据不仅为养殖者提供了直观的奶牛生产状态反馈，还为疾病防控提供了依据。基于对个体奶牛的生理状态和产奶情况分析结果，挤奶机器人可以自动调整挤奶参数，如挤奶次数、脉动频率、真空度等，实现个性化挤奶服务。不仅在一定程度上减少奶牛的应激反应，提高了奶牛的舒适度，还有助于提升奶牛的产奶量和牛奶品质。
1.2 挤奶机器人和传统挤奶方式的区别
传统的挤奶方式和机器人挤奶完全不同。传统挤奶是在每天的固定时间，先将需要挤奶的若干牛只统一从牛舍驱赶到奶厅，经过挤奶的前处理完成上杯，挤奶过程中进行巡杯，挤奶结束后对乳头进行后药浴杀菌工作，整个流程的每一个环节都需要人工进行操作[3]。而挤奶机器人则是由挤奶台、乳头识别系统、电子监控系统、记录系统、自动套杯系统和乳头清洗消毒系统等组成的一整套机械设备。挤奶机器人倾向于奶牛主动走进挤奶空间，无需人工的协助而是通过使用机器人完成整个挤奶流程，每台机器人每一次只服务一头奶牛挤奶，因此机器人挤奶更加关注奶牛个体，避免人工挤奶造成应激的风险，为奶牛提供一种良好、舒适和轻松的挤奶方式，有效提高奶牛生产性能[4]。2 挤奶机器人对奶牛场挤奶管理效率的提升
奶牛场挤奶技术管理是保障生鲜乳安全的一个重要环节，挤奶综合管理的水平直接影响奶牛场运营效率和可持续发展能力[5]。因此，奶牛场对挤奶管理的重视程度逐步提高。而挤奶机器人帮助奶牛场提高了挤奶效率及奶牛健康水平，在奶牛挤奶管理中展现出了显著的优势。
2.1 减少人工成本提高挤奶效率
机器人挤奶在降低人工成本上是显而易见的。随着现代社会节奏越来越快，效率的追求成为奶牛场日常管理和运营的重要目标之一，加之奶牛场的地理位置大多远离城镇，工作内容繁琐而重复，因此，很多奶牛场都面临招工难的问题，高素质的青年很难愿意在奶牛场完成每天高强度长时间的作业，致使奶牛场员工的流动性非常大，同时将员工培养成高级的牛群管理人员也要耗费大量的精力和成本[6]。
挤奶机器人从根本上解决了人工的问题，传统挤奶工作是劳动密集型的，需耗费大量的人力和时间。挤奶机器人的应用，将员工从繁重的挤奶工作中解放出来，使他们能够将更多精力投入到奶牛的日常照顾和健康管理中。挤奶机器人在某些高峰时期，可扩展挤奶能力，灵活应对乳量波动。这种劳动力资源的优化配置提高了整体的工作效率，同时也降低了因人为因素导致的操作失误。
2.2 优化挤奶操作提高产奶量
传统奶牛场通常会根据牛群的牛奶产量以及人工是否充足等因素来综合决定每日的挤奶次数。有研究认为，提高奶牛的挤奶频率可以增加奶牛的产奶量和泌乳的持久力，因此，国内大型奶牛场已经普遍将挤奶次数从过去的每天2 次提升至每天4 次（注：在目前的特殊时期，很多奶牛场又从4 次改为3 次）[7]。然而传统奶牛场往往机械化地调整全群奶牛的挤奶次数，并非与牛奶产量和质量呈完全正相关性。不同泌乳期的奶牛对挤奶次数的需求大不相同。泌乳早期的奶牛，因为日产奶量高并且产量提高速度快，日挤奶次数可高于4~5 次；泌乳中期的奶牛，预期产量和挤奶间隔可以适当提高，一般日均挤奶次数在3 次左右；而泌乳后期的奶牛，由于产量减少并且将逐步干奶，日均挤奶次数可以低于2 次[6]。由此可见，每天4 次挤奶对于泌乳后期的奶牛或者产量较低的奶牛而言，是非常不合理的，过高的挤奶频次和过低的单次产量，不仅增加了成本，而且增加了乳房炎感染的风险。挤奶机器人则是根据个体牛的情况来定制专属的挤奶方案。根据奶牛泌乳期、产量和行为等因素合理进行奶牛分群[6]，为不同奶牛提供合适的挤奶次数，真正有效增加奶牛的泌乳量，提高奶牛的产奶量[8]。北京奶牛中心数据显示，在相同的饲养和遗传条件下，对于头胎牛而言，头日产使用机器人自愿挤奶系统可以高出6.0 kg，高峰奶高出9.5 kg；对于经产牛而言，头日产高出9.0 kg，高峰奶高出11.0 kg[9]。Verde等[10]通过数据分析得出，使用利拉伐VMSTM V300挤奶机器人的奶牛场产量明显提高，最高可达10%。
此外，每头奶牛各乳区的日产奶量存在差异，通常前乳区的日奶产量低于后乳区20%左右。但在传统的挤奶流程中，四个乳区是同步脱杯的，这就导致有乳区挤奶不充分，或者过度挤奶。这不仅但影响奶产量，还易引发奶牛乳房炎等问题。挤奶机器人可以实现分乳区挤奶的功能，即每个乳区都单独挤奶、单独计量、单独检测，保证每个乳区都能挤干净，并且整个过程都自动化、数字化覆盖。超标的牛奶将自动分流，实现牛奶质量的最前端把控[11]。
2.3 稳定流程改善奶牛福利
奶牛是习惯性动物，极易产生应激反应，只有保证规律的挤奶流程才能有效降低奶牛应激。而传统的人工挤奶操作存在极大的不确定性。一旦操作发生偏差，不但奶牛的产量会随之减少，也极易因操作不当导致奶牛疾病率上升，影响牛奶的质量[12]。挤奶机器人可以根据奶牛的个体情况进行智能脉动甚至真空调节，通过个性化的挤奶减少奶牛乳房特别是乳头的损伤、辅以自动清洁和药浴消毒，降低奶牛患乳房炎等疾病的风险。
同时，挤奶机器人系统可实现全天24 h监测，及时识别牛群中的异常个体。通过数据分析，系统可以预测奶牛的发情周期和疾病风险，进而提前进行干预。通过对牛只活动的实时监控，可以帮助奶牛场管理者优化养殖环境，改善奶牛福利情况。
2.4 节约成本提升生鲜乳质量
挤奶机器人以其高效能的特点，在奶牛养殖业中展现出显著的成本节约优势。一方面，机器人可以根据奶牛泌乳天数、产量和个体情况给予奶牛个性化、无应激挤奶，帮助改善奶流量数据、提高牛奶的产量；另一方面，通过精准的数据采集与分析能力，养殖者能够更科学地制定饲养管理方案，减少饲料浪费和疾病发生概率，进一步降低养殖成本。Hanse等[13]的研究显示，规模化奶牛场使用挤奶机器人在大约4 年的过渡期之后，可以看到奶牛场盈利能力的大幅增长，因此尽管引入挤奶机器人的前期投入较大，就长远盈利能力来看是具有投资前景的。
部分研究证实了挤奶机器人对提升生鲜乳的质量具有一定相关性。北京奶牛中心研究数据显示，使用机器人自愿挤奶系统得到的生鲜乳，体细胞数低于同期奶厅挤奶得到的生鲜乳[9]。Verde等[10]在一项针对挤奶机器人的研究中得出，使用利拉伐VMSTM V300的奶牛场，生鲜乳的乳脂肪和乳蛋白含量明显提高。刘辉等[4]的研究指出，采用机器人挤奶可以提高经产牛日均产奶量、乳脂率和乳蛋白率，改善乳品质，但对初产牛无显著影响。
挤奶机器人的应用显著提升了奶牛场挤奶管理能力，在提升奶牛挤奶管理效率、优化资源配置、确保乳品质量等方面展现出良好的应用效果，为现代化奶牛养殖业提供了有力的技术支持。
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参考文献
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