Современные требования к управлению технологическими процессами на молочных фермах с целью повышения качества продукции

УДК 631.223.2:628.1

СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К УПРАВЛЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ НА МОЛОЧНЫХ ФЕРМАХ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

В.К. Скоркин

Приведены современные требования к управлению технологическими процессами на молочных фермах с целью повышения качества продукции. Ключевые слова: технологические процессы, животноводческие комплексы, управление процессами, продуктивность, качество продукции.

Острейшей экономической проблемой в животноводстве продолжает оставаться низкая конкурентоспособность отечественной продукции, обусловленная высокими затратами ресурсов - кормов, рабочего времени, энергии на получение продукции, обслуживание животных, низкими показателями продуктивности и воспроизводства стада, технического оснащения ферм и применения современных ресурсосберегающих технологий. Становится все более очевидным, что традиционные методы ведения хозяйства, применение высокозатратных, энергоемких технологий, устаревших моделей машин, несовершенного оборудования, неэффективных форм организации труда не могут обеспечить получение конкурентоспособной продукции.

В рыночных условиях инновационная стратегия становится важнейшим фактором «выживания».

Эффективность производства продукции животноводства характеризуется конечными результатами - чистым доходом, уровнем рентабельности, сроками окупаемости инвестиций и зависит от двух факторов:

- внешних - рынок потребности продукции, цена ее реализации, цены на потребляемые в отрасли ресурсы, машины, комбикорма и т.д.;

- внутренних - использование достижений НТП, генетический потенциал, системы кормления, управления технологическими процессами и др.

В последние годы во многих субъектах Федерации, особенно в Белгородской, Московской, Ленинградской, Омской областях, Краснодарском крае, модернизируются действующие и строятся новые фермы и животноводческие комплексы. В них применяются ресурсосберегающие доильные установки, беспривязное содержание коров, их кормление сбалансированными кормовыми смесями, мобильные раздатчики-смесители, холодный метод содержания телят в индивидуальных домиках, естественная вентиляция помещений через коньковую щель.

Анализ автоматизированных технологий обслуживания животных и объектов автоматизации в животноводстве позволил установить, что перспектив-

ным направлением является создание систем управления, построенных по модульному принципу с целью универсализации и унификации средств автоматизации и возможности их гибкого наращивания.

Установлено, что состояние отечественного машинного доения резко отстало от ряда ведущих зарубежных фирм, где процессы машинного доения и кормления достигли практически полной автоматизации, начиная с автоматического индивидуального кормления животных с применением универсальных управляющих микро ЭВМ.

Известно, что уровень реализации биологического потенциала животного зависит от рациональной оснащенности ферм современными техническими средствами контроля и управления технологическими процессами. Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в животноводстве позволяет повысить производительность труда в 1,2-2 раза, снизить энергозатраты на 30-40%, увеличить продуктивность животных до 20%, существенно улучшить условия труда животноводов.

Однако Россия уступает западным фирмам по уровню трудоемкости производства основных продуктов животноводства в 6-15 раз, по энергоемкости технических средств в животноводстве в 2,5-3 раза. Кардинальная перестройка технологий и техническое перевооружение ферм на основе совершенной техники, а также средств автоматизации позволит снизить затраты труда, энергии, кормов и других ресурсов.

Существующие методы и технические средства реализации этой задачи недостаточно эффективны. Поэтому разработка и совершенствование технических средств для контроля и управления технологическими процессами при индивидуальном обслуживании животных на молочных фермах и комплексах является актуальной задачей и имеет важное народнохозяйственное значение.

Анализ развития молочного скотоводства за ряд лет показывает, что в 2012 году практически удалось стабилизировать поголовье скота, а количество коров по сравнению с 2010 годом по данным Росстата и МСХ РФ возросло на 100 тыс. голов (табл. 1) [1].

Таблица 1. Поголовье скота в хозяйствах всех категорий

Виды скота 2000г. 2005г. 2010г. 2011г. 2012г. 2012г. в % к 2010г.

Крупный рогатый скот, в т.ч.: 27,5 21,6 20,0 20,1 20,0

коровы 12,7 9,5 8,8 8,9 8,9 101,1

Рост поголовья крупного рогатого скота, в т.ч. коров, достигнут за счет развития крестьянских (фермерских) хозяйств (табл. 2). В то же время продуктивность коров в 2012 г. возросла по сравнению с 2010 г. на 7,9% (табл. 3).

Таблица 2. Структура поголовья скота

Вид скота 2000 2005 2010 2011 2012

Сельскохозяйственные организации

Крупный рогатый скот, в т.ч.: коровы 60,0 50,9 51,2 45,0 46,4 42,0 45,5 41,3 45,6 40,9

Хозяйства населения

Крупный рогатый скот, в т.ч.: коровы 38.0 47.1 44,5 50,7 46,2 49,9 46,1 49,1 46,1 48,3

К рестьянские (фел рмерские) хозяйства

Крупный рогатый скот, в т.ч.: коровы 2,0 2,0 4,3 4,3 7,4 8,1 8,4 9,6 9,5 10,8

Таблица 3. Продуктивность скота в с/х организациях, кг

Показатели 2000г. 2005г. 2010г. 2011г. 2012г.

Средний годовой надой молока на корову 2341 3280 4189 4306 4520

Средняя ж.м. 1 головы при убое 277 314 363 362 365

Производство молока в хозяйствах всех категорий колебалось незначительно (табл. 4).

Таблица 4. Производство продукции животноводства

Виды продукции 2000г. 2005г. 2010г. 2011г. 2012г.

Молоко, млн т 32,3 31,1 31,8 31,6 31,9

Мясо (в живом весе), млн т 7,0 7,7 10,5 10,9 11,6

Структуру производства продукции животноводства по категориям хозяйств можно проследить по показателям таблицы 5.

Таблица 5. Структура производства продукции животноводства по категориям хозяйств, % от общего объема производства

Виды продукции 2000г. 2005г. 2010г. 2011г. 2012г.

Сельскохозяйственные организации

Молоко 47,3 45,0 44,9 45,5 46,2

Скот и птица на убой 40,3 46,2 58,0 60,4 63,5

Хозяйства населения

Молоко 50,9 51,8 50,4 49,7 48,4

Скот и птица на убой 57,9 51,4 38,7 36,2 33,1

Крестьянские (фермерские) хозяйства

Молоко 1,8 3,2 4,7 4,8 5,4

Скот и птица на убой 1,8 2,4 3,3 3,4 3,4

Данные таблицы показывают, что начиная с 2005 года доля с.-х. организаций в производстве молока медленно, но тенденциозно увеличивается с каждым годом (с 45,0 до 46,2%), в то время доля хозяйств населения сократилась с 51,8 до 48,4%, и крестьянских (фермерских) хозяйств увеличилась на 2,2% (с 3,2 до 5,4%). Эти данные свидетельствуют о том, что производство молока все -таки за специализированными фермами и крупными комплексами.

Сложные природно-климатические условия лета 2010 года показали, что в регионах, где были построены крупные молочные комплексы и фермы с индустриальной технологией производства молока, предусматривающие круглогодичное полноценное кормление, удалось увеличить производство молока.

За последние 5 лет введено в эксплуатацию 418 объектов, модернизирован и реконструирован 1371 объект молочных комплексов и ферм с использованием современных технологических решений. Только в 2010 г. построено, реконструировано и модернизировано 223 объекта для производства молока, что позволило увеличить его объемы более чем на 140 тыс. т. Наиболее эффективно используют указанные объекты регионы Центрального и Приволжского федеральных округов, в которых получено дополнительно более 100 тыс. т молока. В текущем году на стадии строительства находится 124 объекта молочного животноводства проектной мощностью 1192,9 тыс. т молока в год. Их них в 2011 г. введены в действие 11 объектов проектной мощностью 175,0 тыс. т молока в год, в 2012 г. - 56 объектов на 535,5 тыс. т, в 2013 г. планируется 34 объекта на 175,0 тыс. т, в 2014 г. - 16 объектов на 147,4 тыс. т молока в год.

За последние 3,5 года введено в эксплуатацию 278 объектов, модернизировано и реконструировано 726 молочных комплексов с использованием современных технологических решений. На новых, реконструированных и модернизированных животноводческих комплексах производится около 4 млн т молока или 12,5% от общего его объема в стране. Все эти проекты как раз и должны стимулировать рост показателей индустрии и численности поголовья крупного рогатого скота. По прогнозам специалистов в 2012/13 годах индустрия в целом сохранит нынешние показатели производства, после чего, как и в случае с поголовьем, начнется фаза роста.

Однако в последние годы во многих регионах России начали создаваться без должного экономического обоснования и без учета требований охраны окружающей среды мегафермы по производству молока, где уровень концентрации поголовья коров достигает 5,0 тыс. и выше голов. Такая гигантомания осуществляется под лозунгом «углубления интеграции сельхозтоваропроизводителей с перерабатывающими предприятиями». Безусловно, при такой «интеграции» исключаются нормальные условия для эффективного использования органических удобрений, возрастают транспортные издержки на подвоз кормов и эвакуацию отходов, усложняется организация проведения ветеринарно-санитарных работ, выпаса скота, снижаются сроки продуктивного использования коров [2].

Одной из проблем современного молочного скотоводства является отсутствие грамотного подхода к контролю и планированию технологического процесса содержания и эксплуатации животных. Нарушение данных требований является одной из основных причин, которое не позволяет достичь высоких экономических показателей производства в животноводческом секторе.

В большинстве скотоводческих хозяйств учет животных и технологических мероприятий по их эксплуатации производится вручную. При этом не соблюдаются технологические нормы и отсутствуют средства оперативного анализа эффективности производства. Для автоматизации оперативного управления фермой КРС, которое включает в себя учет, планирование, контроль, анализ работы молочно-товарной фермы, была разработана компьютерная программа «КОРАЛЛ - ферма КРС». Программный комплекс позволяет:

- вести электронную картотеку поголовья;

- проводить анализ, контроль, планирование и учет выполнения технологических операций на основе физиологического состояния животного;

- сформировать и подготовить для печати документы о показателях продуктивности и состояния животных, отчеты о проделанных технологических мероприятиях, а также задания для проведения технологических мероприятий;

- разделить поголовье на физиологические группы;

- прогнозировать, анализировать, планировать и контролировать молочную продуктивность, как для всего стада, так и для отдельной группы или индивидуально для каждой коровы;

- анализировать и учитывать родословную животных;

- проводить расчет и прогнозирование себестоимости молока, выручку от его реализации и в конечном итоге прибыль и рентабельность молочно-товар-ной фермы и многое другое.

В основу работы программного комплекса была заложена математическая модель, которая позволяет автоматизировать такие процессы производства как: учет, планирование, контроль, анализ.

Использование программного комплекса обеспечивает:

1. Повышение качества принимаемых решений.

2. Снижение затрат на управление фермой.

3. Своевременное выявление и упреждение технологических нарушений.

4. Повышение эффективности работы фермы.

Программа была создана для крупных сельскохозяйственных предприятий, фермеров, работников молочных ферм, зоотехнических служб.

В развитых странах мира развитие интенсивного и эффективного сельско -хозяйственного производства обеспечивается сегодня как при помощи внедрения новых технологических процессов производства, так и за счет улучшения информационно-технологической базы при управлении этими процессами. Как правило, основным фактором эффективности сельскохозяйственного производства являются современные информационные технологии.

Базовыми элементами новых информационных технологий являются компьютерные программы. В этих программах отображаются в виде математических моделей и методов обработки информации передовые современные методики производства сельскохозяйственной продукции, а также знания ведущих специалистов и ученых соответствующих областей сельского хозяйства.

Такие экономические показатели как прибыль, уровень рентабельности производства позволяют проводить оценку эффективности отдельно взятой сельскохозяйственной отрасли в условиях рыночной экономики. В максимальном увеличении этих показателей и заключается конечная цель внедрения новых информационных технологий [3].

Решение многовариантных задач, связанных с определением технико-экономических показателей производства продукции животноводства на фермах КРС при различном выборе технологий, зданий, сооружений, оборудования, технических средств и пр. из имеющихся в наличии ресурсов или предлагаемых современным агропромышленным рынком, требует выполнения очень большой вычислительной работы и, практически, неосуществимо без применения вычислительной техники.

Для решения подобной задачи применительно к молочно-товарным фермам КРС от 50 до 1200 голов при привязном содержании животных нами разработана экономико-математическая модель (ЭММ), представляющая собой компьютерную программу, выполненную в Microsoft Excel с использованием языка программирования Visual Basic Application (VBA) (рис.1).

Рис. 1. Блок-схема экономико-математической модели молочно-товарной фермы КРС

Программа ЭММ представляет собой многоуровневую и многофункциональную расчётную систему, состоящую из нескольких подпрограмм, каждая из которых выполняет определённые функции. Выбор исходных данных, зданий, сооружений, оборудования и технических средств производится из баз данных, распределенных по блокам, соответствующим конструктивным и планировочным решениям, а также производственным технологическим процессам любой фермы из рассматриваемого типоразмерного ряда. Описание блок-схемы, алгоритма и баз данных программы приведены в работах [4, 5].

Программа включает в себя следующие блоки:

• технологий;

• зданий и сооружений;

• содержания животных;

• производства и заготовки кормов;

• приготовления и раздачи кормов;

• водоснабжения;

• доения и первичной обработки, хранения и переработки молока;

• уборки и удаления навоза;

• электроснабжения;

• теплоснабжения и обеспечения микроклимата;

• ветеринарного обеспечения животных и воспроизводства стада;

• управления производством и транспортировки продукции.

Для расчётов вводятся следующие исходные данные:

- мощность фермы (поголовье) от 50 до 1200 голов;

- способ содержания (привязный или комбинированный);

- система содержания (стойлово -выгульная или стойлово-пастбищная);

- тип кормления (силосно-сенажно-концентратный или сенажно-концен-тратный);

- количество раз доения в сутки (два или три раза);

- продуктивность коров (от 5000 до 7000 кг/год с шагом 500 кг/год);

- вид подстилки (солома или опилки);

- метод содержания телят (обычный или холодный).

По введённым данным рассчитываются технологические показатели фермы:

• постановочное поголовье;

• суточная и годовая потребность в натуральных кормах в зависимости от продуктивности коров и выбранного типа кормления;

• потребность в пахотных землях, необходимых для собственного производства кормов;

• потребление воды для поения, доения и хозяйственных нужд;

• потребность в площадях для размещения животных;

• потребность в подстилке в зависимости от её вида;

• суточный и годовой выход навоза.

В зависимости от введённых исходных данных автоматически выполняется поиск баз данных оборудования и технических средств (ТС), соответствующих каждому блоку программы.

В блоке зданий и сооружений предоставляется возможность выбора вариантов необходимого комплекта для ферм различной мощности. Варианты отличаются типом и размерами коровников, родильных отделений и доильных помещений, а также наборами сооружений для заготовки и хранения кормов, выгула животных, хранения навоза и другими характеристиками. Условия выбора вариантов зданий определяются мощностью фермы. Выбор оборудования для содержания животных (стойла, кормушки, поилки, секции, домики и пр.) производится в соответствии с выбором варианта зданий и сооружений, но при этом имеется возможность для выбора не только варианта, соответствующего (или не соответствующего) варианту зданий и сооружений, но и выбора оборудования внутри варианта. Кроме того, если стойловое оборудование представляет собой комплект, включающий кормушки и поилки, то выбор последних отменяется. Условия выбора вариантов содержания определяются выбором вариантов зданий и набором оборудования для содержания.

Блок производства и заготовки кормов обеспечивает возможность выбора ТС из баз данных, соответствующих мощности фермы, которые включают в себя оборудование для обработки почвы (трактора, плуги, бороны), посева и обработки растений (сеялки, культиваторы и др.), уборки и транспортировки кормов (косилки, грабли, комбайны и т.п.). ТС для приготовления и раздачи кормов также выбираются из баз данных, соответствующих мощности фермы, и обеспечивается возможность выбора средств для загрузки сена, зеленой массы, сенажа, силоса, концкорма, приготовления и раздачи кормосмеси, загрузки и раздачи прессованного сена (рулонов), приготовления и раздачи растворов, а также накопления сухих кормов и приготовления собственного комбикорма. Условия выбора ТС определяются мощностью фермы.

Для водоснабжения предоставляется возможность выбора источника водоснабжения, устройств для подъёма воды и обеспечения напора, трубопроводов задвижек, колодцев и оборудования для пожаротушения, включающего в себя пожарные ёмкости, насосы, гидранты. Условия выбора ТС также определяются мощностью фермы.

Оборудование для доения и первичной обработки молока выбирается в соответствии с выбором варианта зданий и сооружений, т.к. от этого выбора зависит выбор доильного оборудования, но при этом имеется возможность для выбора различных ТС из базы данных, соответствующей вариантам зданий и содержания животных. Например, для ферм 50 и 100 голов рассматривается один вариант - доение в молокопровод в коровнике и доение в ведро в родильном отделении, расположенном в коровнике. Для ферм 200, 400 и 800 голов предусматривается два возможных варианта доения: 1 - в молокопровод, 2 - в доильном зале. А для фермы 1200 голов рассматриваются 3 варианта: при ис-

пользовании зданий 3-х блоков 2х200 варианты доения: 1 - в молокопровод, 2 -в доильном зале, а для 3-х блоков 1х400 вариант доения 3 - в доильном зале.

Уборка и удаление навоза также производится в соответствии с выбором варианта зданий и сооружений, т.к. от этого выбора зависит выбор навозоубо-рочного оборудования, но при этом имеется возможность для выбора различных ТС из базы данных, соответствующей варианту. При этом в расчётах ТЭП учитываются система содержания, тип кормления и вид подстилки.

Электроснабжение ферм осуществляется от трансформаторной подстанции типа КТП, мощность которой определяется мощностью фермы. Необходимое электрооборудование для электроснабжения зданий, внутреннего и наружного освещения и пр. также определяется по мощности фермы и количеству зданий. Обеспечение микроклимата в родильных отделениях и помещениях для молодняка фермы производится с применением приточно -вытяжных вентиляционных установок типа "Климат", количество которых определяется количеством зданий и поголовьем в них.

В коровниках применяется приточно-вытяжная естественная циркуляция воздуха, не требующая дополнительных капитальных и энергетических затрат, т.к. учитывается в стоимости здания. Подача воздуха в помещениях для КРС изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха. Исходя из времени стояния наружных температур, в центральном регионе среднегодовая подача воздуха составляет 7,7 м3/час на центнер живой массы. Количество вентиляционных установок в зданиях определяется с учётом постановочного поголовья и средней массы животных.

Оборудование для ветеринарно-санитарного ухода за животными и состоянием фермы выбирается из баз данных, соответствующих мощности фермы. Список оборудования и препаратов для воспроизводства стада определен постоянным для каждой фермы и учитывается при расчете технико-экономических показателей ферм.

Переработка молока в хозяйствах выполняется в типовых цехах. Характеристики цехов приведены в соответствующих базах данных. Управление производством осуществляется персоналом, штатное расписание которого зависит от мощности ферм и включает в себя следующие составы: руководства предприятием; главных специалистов; специалистов среднего звена; рабочих по обслуживанию животных, машин и оборудования; вспомогательных рабочих.

В расчётах технико-экономических показателей производства при определении стоимости кормов учитываются не только все эксплуатационные затраты, связанные с работой техники, необходимой для выращивания, уборки и транспортировки кормов, но и затраты на посевные материалы, удобрения, покупные корма и заготовку силоса и сенажа в траншеях или полиэтиленовых рукавах. При этом для приготовления силоса и сенажа в траншеях или рукавах рассчитываются затраты времени, топлива и, соответственно, финансовые затраты, необходимые для выполнения этих операций.

Выбор исходных данных, зданий, сооружений, оборудования, техничес -ких средств, а также выполнение расчётов производится с помощью программы, включающей в себя экранную форму (UserForm), отображающую все необходимые элементы управления: кнопки (CommandButton), текстовые (TextBox) и комбинированные (ComboBox) окна в многостраничной форме (MultiPage), где каждая страница соответствует одному блоку из вышеперечисленных. Каждому элементу управления соответствует одна или несколько подпрограмм (в зависимости от выполняемого действия).

Комплекс современных требований к управлению технологическими процессами и техническими средствами обеспечит получение качественной молочной продуктивности коров и удоев 5500-6000 кг молока в год с расходом кормов до 0,9-1,1 ц кормовых единиц и затратами труда 1,5-1,8 чел.-ч на 1 ц молока и рентабельностью производства 40-45%.

Литература:

1. Статистические материалы развития агропромышленного производства России. М.: Рос-сельхозакадемия, 2013. 35 с.

2. Скоркин В.К. Основные требования к системе машин и технологий для производства молока // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №2(6). С. 12-19.

3. URL: http://agrarnyisector.ru

4. Экономико-математическая модель и ее алгоритм при производстве молока / В.К. Скоркин, Д.К. Ларкин, В.П. Аксенова [и др.] // Проблемы интенсификации продукции животноводства. Варшава, 2011. С. 236-245.

5. Создание компьютерной программы формирования базы данных по технологическим и техническим решениям ферм КРС / В.К. Скоркин, Д.К. Ларкин, В.П. Аксенова [и др.] // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №2(6). С. 40-47.

Скоркин Владимир Кузьмич, доктор с.-х. наук, профессор, заведующий отделом ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства Тел. 8(495)867-43-61 E-mail: vniimzh@mail.ru

Given the modern requirements for process control in dairy farms in order to improve product quality.

Keywords: processes, livestock farms, process management, productivity, quality of products.