Резервы повышения производительности труда за счет автоматизации подготовительно-заключительных операций при доении коров

УДК 636.2.

РЕЗЕРВЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА

ЗА СЧЕТ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ

ПРИ ДОЕНИИ КОРОВ

В.К. Скоркин, доктор с.-х. наук, профессор Д.К. Ларкин, кандидат технических наук, доцент В.П. Аксенова, инженер-исследователь О.Л. Андрюхина, инженер-исследователь

Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: vniimzh@mail.ru

Аннотация. В статье приведен анализ технологического процесса машинного доения коров с использованием различных доильных установок. Доение коров является не только наиболее ответственным процессом, влияющим на продолжительность хозяйственного использования коров, их продуктивность и качество молока, но и трудоемким процессом. На данную технологическую операцию затрачивается до 35% рабочего времени по обслуживанию животных. Затраты труда на доение коров в основном зависят от степени механизации технологических операций. Технологический процесс при любом способе доения включает подготовительные и заключительные операции. Ряд операций, присущих доению в стойлах в переносное ведро, устраняется при доении в стационарный молокопровод, что приводит к сокращению затрат ручного труда. При доении в залах затраты труда на выполнение подготовительно-заключительных операций на 30-40% ниже, чем при доении в переносное ведро, и на 20-25% ниже, чем при доении в стойлах в молокопровод. Доение в автоматических доильных установках «Робот», в которых выполнение всех операций производится с учетом индивидуальных особенностей коров в автоматическом режиме, можно отнести к классическому принципу использования инновационных достижений в механизации и автоматизации животноводства. Роботизированные системы для доения коров исключают ручной труд, повышают интенсивность использования оборудования, создают более физиологически благоприятные условия для молочного скота, обеспечивают комфортное размещение животных в доильном боксе, быстрое и надежное определение расположения сосков вымени и подключение к ним доильных стаканов, высокие гигиенические стандарты доения и качество молока. В зависимости от капвложений эксплуатационные затраты также имеют тенденцию колебаний от 3,6 до 5,3%. Себестоимость молока отличается практически незначительно (21,3-21,8 руб/кг) при более значимых показателях рентабельности (19,2-21,8%). Эксплуатационные показатели доильной установки АДМ-8А-200 несколько предпочтительнее по сравнению с другими доильными установками «молокопровод».

Ключевые слова: доение коров, подготовительно-заключительные операции, затраты труда, технологический процесс, молокопровод, доильный зал, «робот».

Введение. Анализ использования отечественного парка доильных установок показывает, что наиболее распространенными способами доения коров являются доение в переносные ведра и стационарный молокопровод. Главные недостатки этих установок состоят в том, что условия труда дояров не позволяют им достичь высокой производительности, также затрудняется обеспечение требований для получения молока высокого качества. Передовой отечественный и зарубежный опыт подтверждает, что прогрессив-

ной тенденцией развития современной доильной техники является создание и совершенствование элементно-агрегатной базы доильных установок нового поколения на основе применения новых композиционных материалов и технологий, широкого использования элементов «интеллектуальной» техники. В этой связи большой интерес представляют новые технические решения как базовых элементов (пульсаторы, коллекторы, вакуумные системы и др.), так и вспомогательных (автоматы промывки, совмещенные

молоковакуумные краны, монтажные элементы и др.).

За последние годы найдены технические решения, позволяющие автоматизировать одну из важнейших технологических операций машинного доения - снятие аппарата с вымени после прекращения молокоотдачи. Ведущие мировые фирмы-производители доильно-молочного оборудования выпускают различные модели автоматических манипуляторов для снятия доильных аппаратов, где основным элементом является электронный датчик, контролирующий поток молока в шланге доильного аппарата.

Применяя эти средства автоматизации при доении в стойлах, один человек может обслуживать до 5 доильных аппаратов (вместо 2-3), выдаивая без нарушений правил машинного доения до 50 коров в час, то есть почти такое же количество животных, как и в доильных залах.

В странах с развитым молочным скотоводством создаются и начинают использоваться автоматические доильные роботы для доения коров без участия оператора. Главные преимущества «Робота» перед доильными залами - добровольный принцип доения и исключение человеческого фактора из технологического процесса. Робот обеспечивает четкое выполнение всего комплекса операций в строго определенной последовательности, что не всегда получается даже у опытных дояров.

Результаты исследований. На молочнотоварных фермах в настоящее время применяются несколько способов доения:

- доение коров в ведра;

- доение в молокопровод;

- доение в доильном зале;

- доение коров на пастбищах;

- индивидуальные доильные аппараты и установки;

- доение «Роботом».

Доение коров в ведра. Такой тип доения применяется в станках для отела, родильных отделениях и коровниках для ферм мощностью не более 10 голов. Доение осуществляется доильными установками в переносные ведра производительностью 16-18 доек в час.

Технологический процесс машинного доения представлен в таблице 1 [1].

Таблица 1. Технологический процесс машинного _доения коров в ведра_

Технологическая операция Затраты времени, мин/гол. Технические средства

Подготовка вымени (подмывание вымени теплой водой и легкий массаж) 0,50-0,67 Вручную

Сдаивание первых струек молока в отдельную кружку 0,08 Вручную

Обтирание вымени полотенцем 0,08 Вручную

Подключение доильного аппарата 0,12-0,17 Вручную

Процесс доения 5,0-7,0 Доильный аппарат

Машинное додаивание при снижении потока молока до 200 г/мин 0,33-0,67 Доильный аппарат

Снятие доильного аппарата по окончании доения 0,08-0,17 Вручную или автоматически

Перенос доильных ведер и аппаратов 0,17 Вручную

Слив молока в емкости 0,25-0,35 Вручную

Наблюдение за доением 0,75-0,85

Переходы во время доения 0,20-0,35

Итого (без учета процесса доения) 2,56-3,56

Производительность оператора, коров/ч 15

В зависимости от степени автоматизации доильной установки часть операций также может осуществляться автоматически. По окончании доения соски рекомендуется смазать защитным гелем и обработать дезинфицирующим раствором.

Доение коров в молокопровод. Подготовка вымени к доению и процесс доения аналогичны доению в ведра. Для такого доения на фермах применяются агрегаты с молокопро-водом типа АДМ-8А (100 или 200 в зависимости от мощности фермы) и УДМ-(100 или 200). Каждым аппаратом поочередно выдаивают двух соседних коров, стоящих по обе стороны от вакуумного крана. В конце доения проводят машинное додаивание.

Доение коров в доильном зале. Технологический процесс доения коров в доильном зале представлен в таблицах 3 [4] и 4.

В режиме доения молоко, выдоенное доильным аппаратом каждого манипулятора доения, поступает в молокопровод непосредственно или (при контрольных дойках) через счетчик молока. По молокопроводу молоко транспортируется в молокоопорожнитель, оттуда молочным насосом через фильтр и пластинчатый охладитель подается в резервуар или емкость для хранения [2, 5, 6, 7]. Доение коров в доильном зале при различных способах их содержания показывает, что затраты на подготовительно-заключительные работы при беспривязном содержании животных значительно ниже, чем при привязном (1,01-2,01 и 0,50-0,72 соответственно).

Применение доильных залов с индивидуальными станками (типа «Тандем», «Елочка», «Бок-о-бок», «Автотандем») показало значительный разброс значений трудозатрат на выполнение подготовительно-заключительных операций за счет уровня оснащения установок вспомогательными средствами автоматизации (табл. 5).

Таблица 3. Технологический процесс доения коров в доильном зале при привязном содержании коров

Технологическая операция Затраты времени, мин/гол. Технические средства

неавтоматизированный «Тандем УДТ-8» автоматизированный «Тандем УДА-8А»

цепная автоматическая цепная автоматическая

Привязывание и отвязывание коров 0,20-0,30 0,04-0,05 0,25-0,30 0,04-0,05

Подготовка животных к доильным установкам и возвращение после доения в стойла 0,25-0,30 0,25-0,30 0,25-0,30 0,25-0,30

Впуск коров в станки и выпуск из них 0,25-0,35 0,25-0,35 0,16-0,20 0,16-0,20

Подмывание вымени и сдаивание первых струек молока 0,32-0,40 0,32-0,40 0,20-0,25 0,20-0,25

Подключение аппаратов 0,15-0,20 0,15-0,20 0,15-0,20 0,15-0,20 автоматическое

Доение коров 5-7 5-7 5-7 5-7 механическое

Механический додой 0,46-0,50 0,46-0,50 - - автоматическое

Отключение аппаратов 0,10-0,12 0,10-0,12 - - автоматическое

Наблюдение за доением 0,15-0,25 0,15-0,25 0,10-0,12 0,10-0,12

Переходы во время доения 0,13-0,17 0,13-0,17 0,11-0,13 0,11-0,13

Итого (без учета процесса доения и механического додоя) 1,55-2,09 1,39-1,84 1,22-1,50 1,01-1,25

Всего (без учета процесса доения) 2,01-2,59 1,85-2,34 1,22-1,50 1,01-1,25

Производительность оператора, коров/ч 25 33 53-63

Технологический процесс машинного доения коров в молокопровод представлен в таблице 2 [2].

Таблица 2. Технологический процесс доения коров _в молокопровод_

Технологическая операция Затраты времени, мин/гол. Технические средства

Подмывание вымени и выдаивание первых струек 0,55-0,62 Вручную

Подключение аппаратов 0,30-0,40 Вручную

Отключение аппаратов, снятие 0,13-0,18 Вручную или автоматически

Процесс доения 5-7 Доильный аппарат

Механический додой 0,45-0,50 Доильный аппарат

Наблюдение за доением 0,50-0,60

Переходы во время доения 0,20-0,30

Перенос доильных аппаратов 0,12-0,13 Вручную

Итого (без учета процесса доения и механического додоя) 1,80-2,23

Всего (без учета процесса доения) 2,25-2,73

Производительность оператора, коров /ч 28-33

Таблица 4. Технологический процесс машинного доения коров в доильном зале при беспривязном

содержании коров

Технологическая операция Затраты времени, мин/гол.

«Елочка»-автомат УДА-16 «Тандем»-автомат УДА-8А «Параллель» «Елочка» с быстрым выходом

Впуск коров в станки и выпуск из них 0,18-0,22 0,16-0,20 0,08-0,11

Подмывание вымени и сдаивание первых струек молока 0,20-0,25 0,20-0,25 0,20-0,25

Подключение аппаратов 0,15-0,20 0,15-0,20 0,15-0,20

Машинное доение 5-7 5-7 5-7

Наблюдение за доением 0,06-0,10 0,10-0,12 0,04-0,06

Переходы за время доения 0,06-0,10 0,11-0,13 0,03-0,05

Итого (без учета процесса доения) 0,65-0,87 0,72-0,90 0,50-0,67

Производительность оператора, коров/ч 46 63 89-120

Таблица 5. Подготовительно-заключительные

операции при доении коров в доильном зале

Технологическая операция Затраты времени на доильном оборудовании со станками, мин/гол.

групповыми индивидуальными

«Елочка» «Бок-о-бок» «Тандем» «Автотандем»

Впуск коров 0,2 0,21 0,4 0,1

Подготовка вымени 0,55 0,3

Подключение доильного аппарата 0,2

Выравнивание доильного аппарата 0,03 -

Машинное додаивание 0,2 0,08

Снятие доильного аппарата 0,08 -

Контроль за состоянием сосков вымени 0,06

Выпуск коров 0,15 0,13 0,25 -

Перемещения оператора 0,21 0,14 0,13

Всего 1,7 1,6 1,9 0,9

Доение в автоматических доильных установках «Робот», в которых выполнение всех операций производится с учетом индивидуальных особенностей коров в автоматическом режиме, можно отнести к классическому принципу использования инновационных достижений в механизации и автоматизации животноводства. Однако принцип свободного доения коров в «роботах» в российских условиях (при стоимости двух доильных мест 8-10 млн руб. или в расчете на одну корову по 35-50 тыс. руб.) необходимо приме-

нять только в предприятиях, где созданы экономические и технологические предпосылки: продуктивность коров не менее 7,0 тыс. кг молока в год, уровень рентабельности производства молока не ниже 35-40%.

Роботизированные системы для доения коров:

- исключают ручной труд,

- повышают интенсивность использования оборудования,

- создают более физиологически благоприятные условия для молочного скота,

- обеспечивают комфортное размещение животных в доильном боксе, быстрое и надежное определение расположения сосков вымени и подключение к ним доильных стаканов, высокие гигиенические стандарты доения и качество молока.

По данным Цой Ю.А. и др. [3] использование доильных роботов имеет несколько положительных и отрицательных моментов: позволяет решить проблему замещения трудоемких монотонных ручных операций, выполняемых при машинном доении коров, снизить стрессовые нагрузки, проводить индивидуальный учет выдоенного молока из каждой четверти вымени с определением количества соматических клеток.

Недостатками доильных роботов считают высокую стоимость однобоксового робота (100-150 тыс. евро) и его сервисного обслуживания; достаточно жесткие требования к отбору животных.

Технологический процесс машинного доения коров на автоматизированной доильной установке «Робот» представлен в таблице 6.

Таблица 6. Технологический процесс машинного

Наиболее капиталоемкой операцией роботизации доения являются подготовительно-заключительные операции, выполняемые манипулятором и системой управления роботом:

- очистка сосков,

- сдаивание первых струек молока,

- надевание доильных стаканов и после-доильная профилактика.

Продолжительность ручного выполнения этих операций в доильных залах составляет 0,73 мин., роботом - от 1,31 до 2,76 мин., в том числе манипулятором трехбоксового доильного робота - 2,05 мин.

Ввиду несовершенства исполнительных устройств и механизмов продолжительность выполнения отдельных операций роботом в разы превышает продолжительность выполнения оператором. Во многобоксовых доильных роботах возникают простои при ожидании надевания доильных стаканов (в среднем 1,4 мин. на трехбоксовой установке), характерные для доильных залов. С целью сокращения этих затрат авторы предлагают использовать в многобоксовой установке оператора [4].

Доение коров на пастбищах на установке УДС-3А. Установка рассчитана на поголовье до 200 коров, пропускная способность уста-

новки 50-55 коров в час. Используется как на пастбищах, так и в доильных залах. Она обеспечивает выполнение следующих операций, приведенных в таблице 7.

Таблица 7. Технологический процесс доения коров _на пастбищах_

Технологическая операция Затраты времени, мин/гол Технические средства

Впуск коров в станок 0,01-0,02 вручную

Обмывание вымени водой и обтирание полотенцем 0,16-0,23 вручную

Сдаивание первых струек молока 0,05-0,08 вручную

Доение коров 5-7 механическое

Механический додой 0,33-0,50 механический

Снятие стаканов 0,05-0,07 вручную

Обработка сосков после доения 0,03-0,05 вручную

Итого (без учета процесса доения и механического додоя) 0,33-0,50

Всего (без учета процесса доения) 0,66-1,0

Производительность оператора, коров/ч 25

Минимально необходимое количество доильных установок на фермах различной мощности составляет: для фермы 100 голов - 1 шт.; для 200 голов - 2 шт.

Индивидуальные доильные аппараты и установки. Индивидуальные доильные установки и аппараты предназначены для доения коров в личных подсобных хозяйствах населения и на фермах крестьянских (фермерских) хозяйств. Данные агрегаты и установки находят все большее применение, так как число коров в указанных хозяйствах за последние годы непрерывно увеличивается.

Технологический процесс доения аналогичен доению коров в ведра. Обслуживает доильную установку один человек. Производительность различных установок от 5 до 25 коров в час.

Результаты анализа затрат труда на выполнение подготовительно-заключительных операций при доении коров с помощью различных доильных установок приведены в таблице 8.

доения коров на автоматизированной доильной _установке «Робот»_

Технологическая операция Затраты времени, мин/гол Технические средства

Впуск коров для доения 0,18 автоматическое

Сдаивание первых струек молока (среднее) 0,81 автоматическое

Надевание доильных стаканов (в среднем) 0,50 автоматическое

Машинное доение 4,78 автоматическое

Автоматическое снятие доильного аппарата 0,06 автоматическое

Гигиеническое смазывание сосков вымени (распыление) 0,10 автоматическое

Выпуск коров 0,23 автоматическое

Итого (без учета процесса доения) 1,88

Производительность робота, коров в час 10-12

Таблица 8. Подготовительные операции при доении коров

Технологическая операция Тип доильных установок

Доение в ведро Доение в молоко-провод Доение в доильном зале при привязном содержании Доение в доильном зале при беспривязном содержании Доение на доильной установке «Робот» УДС-3Б

Продолжительность подготовительно-заключительных операций, мин. всего в т.ч. вручную 2,75-3,33 2,75-3,33 2,13-2,60 1,68-2,10 2,01-1,22 1,55-1,22 0,90-0,72 0,21-0,12 1,62-1,07 0,82-1,22 0,48-0,72

Производительность оператора, коров в час 15-17 28-33 63 73 10-12 25

Таким образом, самые низкие затраты труда на подготовительно-заключительные операции определены на установке «Робот», где все технологические процессы выполняются без участия оператора. В то же время данная установка имеет низкую производительность и рассчитана на обслуживание 6065 коров. Эффективность использования различных доильных установок определяется не только трудозатратами на процессы доения, но и капитальными вложениями, эксплуатационными затратами, себестоимостью молока и рентабельностью производства (табл. 9, 10, 11).

Таблица 9. Удельные затраты труда при эксплуатации различных доильных

Тип доильной установки Общие затраты труда, чел-ч/(голтод) Ручной труд, %

Доение в ведра 54,7 12,7

Доение в молоко-провод 47,0 9,5

Доение в доильном зале 17,6 40,5

проводами (6,5-8,0%). Эксплуатационные затраты при эксплуатации молокопроводов (3,6-5,3%) находятся практически на одном уровне с установками в доильном зале (4,55,3%).

Таблица 10. Некоторые показатели эффективности

Доильная установка УДА-8А "Тандем" УДА-16А "Елочка-автомат"

Капитальные вложения (% от общих затрат) 6,5 8

Эксплуатационные затраты (% от общих затрат) 4,5 5,3

Себестоимость молока, руб/кг 21,6 21,8

Рентабельность, % 20,5 19,1

Таблица 11. Сравнительные ТЭП при доении

Так как комплекты молокопроводов имеют разную стоимость, капитальные вложения в процентах от общих затрат колеблются от 5 до 8,1%. В зависимости от капвложений эксплуатационные затраты также имеют тенденцию колебаний от 3,6 до 5,3%. Себестоимость молока отличается практически незначительно (21,3-21,8 руб/кг) при более значимых показателях рентабельности (19,221,8%).

Капитальные вложения в процентах от общих затрат при создании доильных залов были практически одинаковыми с молоко-

0 0 " "

А 8 УДМ-20( "Фемакс' 0 2- УДЛМ-2С "Авангард УДМ-20( "Авангард

Доильный агрегат - АД <

Капитальные

вложения 5,0 6,6 5,2 8,1 6,1

Эксплуатационные затраты (% от общих затрат) 3,6 4,5 3,7 5,3 4,2

Себестоимость молока, руб/кг 21,3 21,6 21,4 21,8 21,5

Рентабельность, % 21,8 20,4 21,7 19,2 20,9

Выводы. Проведенный анализ технологического процесса машинного доения коров при различных способах содержания (привязное и беспривязное) и доения на стационарных установках и в доильных залах показал, что:

- с совершенствованием технических средств для проведения подготовительно-заключительных операций обеспечивается сокращение затрат труда при доении коров: в молокопровод по сравнению с доением в ведро на 32%, в доильном зале при привязном содержании коров на 42%, в доильном зале при беспривязном содержании коров на 94,3% по сравнению с доением в молокопро-вод, установкой «Робот» на 72-47,5% по сравнению с доением в молокопровод;

- эксплуатационные показатели доильной установки АДМ-8А-200 несколько предпочтительнее по сравнению с другими доильными установками «молокопровод» (табл. 10).

Литература:

1. Технологическое и техническое обеспечение молочного скотоводства. Состояние, стратегия развития / Иванов Ю.А. и др. М., 2008. 228 с.

2. Морозов Н.М. Организационно-экономические и технологические основы механизации и автоматизации животноводства. М., 2011. 284 с.

3. Эффективность организации переработки молока в хозяйствах / Морозов Н.М. и др. М., 2007. 114 с.

4. Цой Ю.А., Кирсанов В.В., Петренко А.П. Функционально-стоимостный анализ роботизированных вариантов добровольного доения коров // Техника и оборудование для села. 2014. №8. С. 33-36.

5. Мишуров Н.П. Анализ затрат труда на доение и производительности доильных установок за рубежом // Техника и оборудование для села. 2005. №10. С. 43.

6. Морозов Н.М. Технологическая модернизация в животноводстве: технические, экономические и социальные проблемы // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2012. №2. С. 6-10.

7. Иванов Ю.А. Направления научных исследований по механизации и автоматизации животноводства // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2009. №1. С. 10.

Literatura:

1. Tekhnologicheskoe i tekhnicheskoe obespechenie mo-lochnogo skotovodstva. Sostoyanie, strategiya razvitiya / Ivanov YU.A. i dr. M., 2008. 228 s.

2. Morozov N.M. Organizacionno-ehkonomicheskie i te-khnologicheskie osnovy mekhanizacii i avtomatizacii zhi-votnovodstva. M., 2011. 284 s.

3. EHffektivnost' organizacii pererabotki moloka v hozya-jstvah / Morozov N.M. i dr. M., 2007. 114 s.

4. Coj YU.A., Kirsanov V.V., Petrenko A.P. Funkcional'-no-stoimostnyj analiz robotizirovannyh variantov dobro-vol'nogo doeniya korov // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2014. №8. S. 33-36.

5. Mishurov N.P. Analiz zatrat truda na doenie i proizvo-ditel'nosti doil'nyh ustanovok za rubezhom // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2005. №10. S. 43.

6. Morozov N.M. Tekhnologicheskaya modernizaciya v zhivotnovodstve: tekhnicheskie, ehkonomicheskie i soci-al'nye problemy // EHkonomika sel'skohozyajstvennyh i pererabatyvayushchih predpriyatij. 2012. №2. S. 6-10.

7. Ivanov YU.A. Napravleniya nauchnyh issledovanij po mekhanizacii i avtomatizacii zhivotnovodstva // Sel'sko-hozyajstvennye mashiny i tekhnologii. 2009. №1. S. 10.

RESERVES OF LABOUR PRODUCTIVITY BY COWS MILKING'S PRELIMENARY AND FINAL OPERATIONS AUTOMATIZATION'S INCREASING V.K. Skorkin, doctor of agricultural sciences, professor D.K. Larkin, candidate of tech. sciences, dozent V.P. Aksenova, engineer -researcher O.L. Andruchina, engineer- researcher Research Institute of mechanization of animal husbandry

Abstract. The article presents the cow machine milking with different milking systems technological process's analysis. Milking cows is not only the most important process, affecting the economic cows' use duration, their productivity and milk quality, but also a laborious one. This process takes up to 35% of the dairy animals maintenance's time. The milking cows' labor costs depend mainly on the technological operation mechanization's degree. The technological process at any ways of milking includes preliminary and final operations. Some of the operations inherent in the stalls the milking in a portable bucket, are removed when milking are made in a stationary milk pipe, resulting in a manual labor reduction. When milking in the milk parlors are performed, the labor costs of set-up operations are in 30-40% lower than when milking is in a portable bucket, and 20-25% lower than the stall's milking is in the milk pipe. Milking in "Robot "automatic milk installations, in which all activity is made with the cow individual characteristics in automatic mode, can be attributed to the classical principle of innovative advances using in livestock mechanization and automation. Milking cows' robotic systems eliminate manual labor, increase the equipment's use intensity, create a more physiologically favorable conditions for dairy cattle, provide comfortable cow accommodation in the milking box, fast and reliable determination of the udder teats location and connection with the teat cups, the highest hygiene standards of milking and milk quality. Depending on the capital investment, the operating costs tend also range from 3,6%> till 5,3%. The cost of milk differs almost negligible (21,3-21,8 rub/kg) at more significant profitability indicators (19,2-21,8%), Operational performances of milking machines ADM-8A-200 are several preferable compare to other "milk pipe" installations for cow milking.

Keywords: cow milking, preliminary and final operations, labor costs, production process, the milk pipe, the milking parlor, "robot".