Разработать научные основы создания цифровых систем и роботизированных комплексов машин и оборудования для молочного животноводства

Объектами исследований являются структурно-функциональные модели технологических модулей молочных ферм различной вместимости с единой совмещенной функционально-логистической инфраструктурой (ферма-хранилище) и компактной моноблочной застройкой, автоматизированные и роботизированные процессы обслуживания животных, методы автоматической диагностики физиологического состояния КРС с применением датчиков-болюсов, инновационные методы и оборудование для экспресс-диагностики качества молока, выпойки телят и тепловой обработки молока. Представленные результаты исследования содержат все элементы НИР и соответствуют установленным требованиям. Применение современных методов исследований и программного обеспечения, приборно-измерительных средств позволило получить новые значимые результаты в области механизации и автоматизации молочного животноводства. Цель исследования – разработать концептуальные основы построения, методы расчета и испытаний технологических модулей автоматизированных и роботизированных ферм нового поколения различной вместимости, интеллектуальные цифровые технологии и технические средства для механизации, автоматизации и роботизации процессов в молочном животноводстве с мониторингом качества получаемой продукции, обеспечивающие снижение энергоемкости, повышение производительности труда, экологической безопасности производства и качества выпускаемой продукции. Методы исследования базируются на современных подходах к концептуальному, математическому, компьютерному моделированию функциональных систем и процессов с использованием современного пакета прикладных программ, приборного оборудования, теории планировании эксперимента, технологий 3D– моделирования. Научная новизна представлена методами, математическими моделями и алгоритмами исследуемых процессов функционирования соответствующего технологического и сенсорного оборудования, которые получены и обобщены в результате проведенных результатов теоретических и экспериментальных исследований. В результате выполнения НИР были получены следующие основные результаты: -разработаны концепция, структурно-функциональные и графоаналитические модели построения и эффективного функционирования цифровых технологических модулей и локальных биотехнических систем (модульных единиц) доения, кормления, навозоудаления, микроклимата и др., обеспечивающие возможность адресного ускоренного проектирования современных объектов животноводства различной вместимости от 50 до 2400 голов с повышенной адаптацией к биологическим объектам (животным) и окружающей среде; - разработан опытный образец автоматизированного доильного модуля с интеллектуальным почетвертным управлением процессом доения для доильных залов типа «Елочка», обеспечивающий повышение продуктивности животных и снижение их заболеваемости маститом на 10-15%; - разработано программное обеспечение и лабораторная установка для проведения автоматизированной бонитировки животных на основе лазерно-оптической технологии сканирования с получением цифровых двойников животных, что позволяет сократить трудоемкость проведения бонитировочных работ в 1,5-2 раза и существенно повысить качество их проведения; - впервые в отечественной практике разработаны оптические методы навигации, оценки компонентного состава и качества кормовой смеси для управления усовершенствованным роботизированным устройством при обслуживании кормового стола, позволяющие улучшить поедаемость кормов на 20-25% и на 30-40% сократить трудозатраты на обслуживание животных; -разработана методика и получены экспериментальные данные оценки газового состава и движения воздушных потоков на животноводческой ферме, позволяющие осуществлять математическое и имитационное моделирование при проектировании систем вентиляции для различных типоразмеров животноводческих помещений; -на основе проведенной статистической обработки результатов лабораторных испытаний датчиков-болюсов создана имитационная модель, состоящая из датчика-болюса и вибростенда с установленными значениями виброускорений 3g (м/с2) и 5g (м/с2), соответствующими аналогичным показателям датчиков-болюсов, находящихся в рубце животных при их половой охоте с положительной корреляцией (r = 0,798, р <0,001), позволяющей производить точную калибровку датчиков-болюсов на вибростенде; - разработаны лабораторные установки на базе спектрофлюориметрадля изучения спектральных люминесцентных характеристик молока в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра и методе Рамановской спектроскопии при исследовании процессов изменения кислотности молока в технологических линиях получения кисло-молочных продуктов на молоко-заводах, а также охлаждения и хранения молока на фермах; - обоснованы параметры, алгоритмы функционирования и разработано программное обеспечение для лабораторной установки по индивидуальной выпойке телят на основе RFID-технологий; - разработаны техническое задание, технологическая схема, конструкторская документация на термоэлектрический пастеризатор-охладитель молока малой производительности (100-120л/час) для получения питьевого молока от одной коровы, позволяющего как нагревать, так и охлаждать молоко, осуществляя в последнем случае рекуперативный подогрев воды для мойки доильной аппаратуры при доении в роботах. Значимость работы - внедрение полученных результатов позволит разработать новые проекты автоматизированных и роботизированных модульных ферм различной вместимости от 50 до 3000 голов, интеллектуальные цифровые технологии и технические средства обслуживания животных, провести техническое перевооружение существующих ферм, что обеспечит повышение уровня механизации и автоматизации молочных ферм на 30-35%, снижение затрат труда и электроэнергии на 20-25%, повышение продуктивности животных на 10-15% и сроков их хозяйственного использования до 4-5 лактаций. Степень внедрения – лабораторные и опытные образцы: автоматизированный доильный модуль с интеллектуальным почетвертным управлением процессом доения для доильных залов типа «Елочка», установка для проведения автоматизированной бонитировки животных на основе лазерно-оптической технологии сканирования с получением цифровых двойников животных, усовершенствованное роботизированное устройство для обслуживания кормового стола, лабораторная установка на базе спектрофлюориметрадля изучения спектральных люминесцентных характеристик молока в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра.