Automatizálás az állattartásban

Kategória: Állattenyésztés | Szerző: Dr. Tóth László professzor emeritus (SZIE), 2019/05/20

A kisebb létszámú állományok egyedeit a tulajdonos a testi jegyek alapján felismeri, megkülönbözteti, a történések adatait írásban rögzíti (törzskönyv, istállókönyv stb.). Nagyobb létszámoknál a felismerés már lehetetlen, ezért a testi jegyeket kiegészítik például színes festésekkel, maradandóan a testre felírt (pl. beégetéssel, tetoválással, mélyhűtéssel rögzített) számokkal, jelekkel.

Az elektronikus azonosítás

Sajnos ezeknél a megoldásoknál technikailag lehetetlen az egyedek gyors gépi felismerése, az egyedek termelése során kapott információk gépi összegyűjtése, majd a PC, illetve a vezérlők, valamint a szenzorok közötti kapcsolatok technikai megvalósítása. Ezt segítették, majd tették lehetővé az elektronikus egyedi azonosítók, ezek közül is legmegfelelőbben a rádiófrekvenciás azonosító rendszer (RF-ID*).

A rádiófrekvenciás (röviden: RF) rendszer a chipkártyáshoz hasonló, de nincs szükség galvanikus kapcsolatra, rádióhullámokkal nagyobb távolságban is kommunikál. A rádiófrekvenciás adók az azonosítás helyén elektromágneses mezőt hoznak létre (1. ábra), amely a hatósugarába kerülő jelfogóban (válaszadó, transponder) olyan feszültséget indukál, amely elegendő annak működtetéséhez. Ez egy modulált frekvenciájú vagy amplitúdójú jelsorozatot (pulzuskódok) küld vissza a felismerő logikai egység vevőantennája felé, amely elégséges a jelek pontos azonosítására. Tehát a válaszadók (egyre inkább elterjedt nevükön chipek) nem rendelkeznek saját áramforrással. Ezeket a gyakorlatban passzív-, míg az áramforrással (szárazelemekkel) működőket aktív válaszadóknak nevezzük.

A gyakorlatban meghatározóan a passzív válaszadók (passzív RFID-TAG) terjedtek el. Igen sokféle kivitelben és miniatürizált változatokban is forgalomban vannak. Ma már az állattartásban is napi gyakorlat, hogy az energiaadó és jelfogó egy specializált okostelefon, a válaszadó transponder pedig egy miniatürizált, zárt üveg (szilikon) csövecskében nyer elhelyezést (lásd: 1. ábra, jobbra lent).

1. ábra. RFID adó vevő okos telefon és miniatürizált passzív válaszadó (transponder)

A szarvasmarháknál hagyományosnak tekinthetők a nyakszíjra erősített, ún. nagy méretű transponderek. Borjaknál és sertéseknél jól alkalmazhatók a fülkrotáliába szerelt, kisebb méretű kivitelek. Sok szempontból előnyösek az injektálható típusok, amelyek miniatürizáltak, a fejlesztések révén integrálták a transponder elektronikát és egyetlen chipben egyesítették.

A transponderek elhelyezése, alkalmazása

Az ISO 11784 és ISO 11785 szabványok rendelkeznek arról, hogy a transponderek az állatokra, illetve az állatokban hova és hogyan kerüljenek elhelyezése (2. ábra).

2. ábra. A transponderek elhelyezése és beültetése ISO szabványok szerint

Végül is az RFID széles körű alkalmazása tette lehetővé az állattartásban az automatizálás rohamos fejlődését, az olyan mezőgazdasági üzemek kialakulását, amelyben a vállalkozó például a tejtermelésre szakosodik, de valójában és elsősorban mezőgazdasági menedzseri képesítéssel rendelkezik.

Állatok egyedi etetése

Az állatokon (pl. nyakszíjon) lévő RFID egység (3. ábra) kapcsolatba kerül a jászol, illetve etetőcsésze peremén lévő adóvevővel. A vevőegységben felfogott jelek az erősítőn keresztül a vezérlőegységbe kerülnek, amely válaszkén a PC-vel együttműködve hozzárendeli a megfelelő takarmányadagot, és utasítja az adagolóberendezést a megfelelő mennyiség kiadagolására. Egy-egy adagoló több állat kiszolgálására is alkalmas.

3. ábra. Az elektronikus felismerésen alapuló egyedi takarmányozás elvi vázlata
1. azonosítóegység, transponder; 2. adóvevő; 3. abrakoscsésze; 4. vezérlőegység (kapcsolat a telepi központi PC-vel); 5. takarmánytároló garat; 6. adagoló

Az ivarzás jelzése

Az ivarzó állatok köztudottan nyugtalanabbak, mint a nem ivarzók. Ha a mozgásukat (lépésüket) egy meghatározott időtartam alatt mérjük, előfordul, hogy 30–200%-kal magasabb értékek adódnak, mint a normál állapotnál.

Az egész napos, folyamatos aktivitás (viselkedés) mérés jelzi például az ivarzás idejét, de a betegségekre is ismertek a jellemző „formák”. A rendszer alapvetően a lépések (a mozgás) időegység alatti számolására épül. Amennyiben a több napon át figyelt ún. referencia lépésszámtól a leolvasás idején, az ahhoz tartozó időtartamban eltér, például nagyobb, akkor az ivarzásra utal, ha a nyilvántartás szerint is így szerepel, akkor biztosan bekövetkezett.
Az állatok aktivitását, lépésszámlálását a hagyományos nagyméretű, nyakszíjon vagy állatok lábán lévő transponderek mellett elhelyezett érzékelők (pedométerek), jelfogók biztosítják. E rendszerek működése és az adatok leolvasása független a fejőháztól, mivel a tehén egyedi aktivitási adatait a telepen felszerelt antennák közvetítik a vezérlő PC felé.

A fejés automatizálása

A sokféle robotizálás közül az emberi jelenlétet nélkülöző fejőrobot napjaink egyik legfejlettebb technikai megoldásának tekinthető (ezért is emeltük ki ennek részletesebb bemutatását). Az élő szervezettel együttműködve hibamentesen kell, hogy működjön akár napi 18–20 órán át.

A fejés robotizálásának célja:

• Megszüntetni a nehéz, monoton fizikai munkát,
• nagyobb hatékonyság és jobb termékminőség elérése.

Amíg a fejésen belül a fejőkészülék felrakása nem volt automatizálva, a fejést csak felügyelettel és emberi közreműködéssel lehetett elvégezni. A fejőkészüléket is felhelyező robotegységek létrehozása jelentette a tejelő tehenészetek teljes automatizálásának (robotizálásának) lehetőségét. Az automatizált és robotizált tehenészetekben hatalmas adatbázis áll rendelkezésre, amelyből mindent szükséges információt megkapunk, ami a tehenek termelésével és a tenyésztéssel (stb.) kapcsolatos.
A fejőkészülék automatikus felhelyezése (4. ábra) a robotizálás alapja. Az A változat csak a kompakt, de a B megoldás a nagyüzemi és a kompakt kiviteleknél is alkalmazásban van.

4. ábra. A fejőkészülék felhelyezésének lehetőségei (a tőgy és bimbók megközelítése)
A) a négy kelyhet egyszerre; B) külön-külön; 
1. a hagyományos gépi fejéshez hasonlóan karos mechanizmussal (manipulálókarokkal);
2. függőlegesen a padlósíkból kiemelkedő egységgel;
3. hátulról a hátsó lábak között benyúló manipulálókarokkal

A gyártók először széles körben az egy állásos ún. kompakt** (konténeres) egységeket kezdték gyártani a hozzájuk tartozó teljes körű vezérlőegységgel, majd ezeket bővítették két-három álláshellyel.

Egy-egy fejőrobotegység kezdetben 25–30 tehenet szolgált ki naponta, de a fejlesztések révén ma már 60–70 tehenet is ellátnak. Ezek a számok alapvetően a tehénállomány teljesítményétől, a szelektáltságtól, egészségi állapotától (lábak, tőgyek) és a robot napi munkaidejétől is függnek. A SZIE tangazdaságában (József-major) működő DeLaval egység 65 tehenet szolgál ki, és a napi működési ideje ~19 óra (fejési átlag 25–27 liter/nap/tehén, a napi fejési gyakoriság 2,2 fejés/nap/tehén).

Az automatizálás révén a családi gazdaságban a gazda jórészt már csak a menedzseri feladatokat látja el. Mivel már egyéb robotok is rendelkezésre állnak, az összes telepi munkát, sőt az ellenőrző, valamint felügyeleti tevékenység jelentős részét is vezérelt automaták végzik. A robotoknál a 100%-os műveleti megbízhatóság úgy érhető el, hogy minden műveletet minőségi és mennyiségi szempontból is egy vagy két lépésben érzékelőkkel „ellenőriz”.

A fejés folyamata a robotban

A fejőrobotban az összes fejéssel kapcsolatos műveletet el kell végezni (5. ábra). A műveletsor a tehén belépésével kezdődik, amikor a tehén RFID azonosítása megtörténik. Ez a művelet egyes megoldásoknál már a válogatókapunál megkezdődik, amikor is a nem fejhető egyed belépését a kapurendszer megtagadja.

5. ábra. A fejés jellemző mozzanatai az egyállásos kompakt fejőrobotban (a be- és kilépéshez a kapuknak a vezérlő ad parancsot)

Az állásba belépő tehénnél (az RFID azonosításnak megfelelően) a korábban már megismert koordináták alapján a felhelyező kart a működtető szerkezet olyan helyzetbe hozza, hogy a fejőkehely (-készülék) megközelíti a tőgyet. Ezt az alappozicionálást meg kell „tanítani” a robottal úgy, hogy a fejést előkészítő személy kézzel vezetve helyezi fel a fejőkelyheket. Ezt a robot elektronikája megjegyzi és 5–6 nap után már hibamentesen elvégzi. És innen a fejőkelyhek felhelyezésének vezérlése már a szenzorok érzékelése segítségével folytatódik.

A bimbók érzékelésének leggyakoribb módja a robotkar végén lévő lézerdiódából kibocsátott pásztázó lézersugár (6. ábra), amely a bimbók felületéről visszaverődik. Ezt a jelfogók érzékelik. A jel kibocsátása, valamint a visszaverődése közötti időtartam (Dt) „méri” a kar és a bimbók távolságát (Z koordináta). A CCD-kamera képpontjai a függőleges, valamint a vízszintes elhelyezkedésüket (X–Y koordináták) adják, és ezzel in-situ, pontosan ismertté válik a bimbók vége.
Más megoldásoknál a robotkar a négy fejőkelyhet egyszerre pozícionálja a tőgy közelébe, majd egymást követően helyezi fel a tőgybimbókra.

6. ábra. A bimbó pozicionálása lézersugárral és kamerával

A fejés folyamata

A fejőkészülékek biztonságos, sérülésmentes felhelyezése kulcskérdése az automatizálásnak.
A robotokon többféle szenzort, például hőérzékelő diódát, szilárdtest-érzékelőt, lézert, radart, CCD-kame­rát stb. alkalmaznak.

Minekután az RFID által azonosított állat az etető-fejő állásba jut és elhelyezkedik, a pozicionáló egység „rögzíti”, az abrakadagoló pedig parancsot kap a megfelelő abrakmennyiség kiadagolására, majd megkezdődik a fejés, amelynek első lépése a tőgy, illetve tőgybimbó tisztogatása, megfelelő kefés szerkezettel vagy a speciális fejőkehellyel.
Speciális előkészítő fejőkehely esetén a robotkar leemeli az első tejsugarak kifejésére és mosókehelyként is szolgáló kelyhet, „megkeresi” a tőgybimbókat és elvégzi a tisztítási és előfejési műveleteket.

Ha mind a négy tőgybimbó egészséges, megkezdi a fejőkelyhek felrakását (Lásd: 6. és 7. ábrákat). A robot a fejési műveleteket optimálisan betartja, vagyis a mosás, egyben stimulálás és az első tejsugarak fejését követően 1,0 perc múlva a fejés (optimális időben) megkezdődik.

7. ábra. A fejőkehely felhelyezése a kellően pozícionált tőgybimbóra

A berendezés tőgynegyedenként méri a tejmennyiséget és a fejés sebességét, de ezen túlmenően mintát is vesz a tejből, amelyet azonnal elemez is.

A minőség felett őrködő ellenőrző részegységek:

• a tejfolyás mérése, tőgynegyedenként a fejési jelleggörbe felrajzolása;
• vezetőképesség mérése tőgynegyedenként;
• vértartalom ellenőrzése tőgynegyedenként.

A sejtszámlálóval kiegészítve lehetővé válik:

• a szubklinikai tőgygyulladás korai felismerése;
• a tőgygyulladás korai stádiumban kezelhető;
  és ezzel
• a tőgygyulladás terjedését korlátozza;
• a kezelt tehenek állapotát nyomon követi;
• a magas sejtszámú tejet elkülöníti;
• a tejhűtő tárolóba csak megfelelő minőségű tej kerülhet.

A tej szomatikus sejtszámának SCC (Somatic Cell Count) meghatározásához a DeLaval (Online Cell Counter) a sejtek magját reagenssel megfesti, így azok láthatóvá válnak az optikai kamera számára, amely képet készít a mintáról, majd az elemző programja megszámolja a sejtmagokat. A számadatok ezután a telepirányítási rendszerbe kerülnek.

Távoli kommunikáció, szerviz, javítás

A mai kor információs technológiái (az elvárásoknak megfelelően) lehetővé teszik, hogy megfelelő védelem, hozzáférési feltételek mellett a rendszervezérlő számítógép külső, távoli partnerrel, hálózaton át (internet) együttműködjön, adatokat szolgáltasson, az in situ helyzetet megmutassa.
A telepi vezérlőegységet tehát össze lehet kapcsolni például a szervizüzem központi gépével az online műveletek elvégzése céljából. Hiba esetén az ellenőrzési protokollon túl például a robot melletti kamerával a hiba a szervizüzem illetékesének vizuálisan is bemutatható.
A tulajdonosnak általában napi egy-két órát kell a számítógépes telepirányítással foglalkoznia.

Naponta az alábbi adatokat kell áttekintenie, legalább három alkalommal:

• fő termelési paraméterek, mérőszámok (összes tejtermelés, átlagos SCC-szám, felhasznált takarmány stb.);
• nem fejt tehenek (amelyek több mint 12 órája nem voltak fejve);
• nem teljesen kifejt tehenek: azon egyedek, melyeknek egy tőgynegyedénél a legutolsó fejés folyamán kifejt tejmennyiség, a megadott határértéknél nagyobb mértékben eltér az elvárt tejmennyiségtől;
• tőgygyulladás-gyanús tehenek (OCC-sejtszám, vértartalom, vezetőképesség);
• magas aktivitású vagy ivarzó tehenek, alacsony aktivitású, esetleg beteg tehenek;
• a robotos rendszerekben a speciális kezelést igénylő vagy figyelmeztetéssel rendelkező tehenek automatikusan elkülönítésre kerülnek egy válogatótérbe.

Tapasztalatok

A robotizált, jól begyakorolt rendszerekben a napi fejések száma az állományra vetítve átlagosan 2,5–2,7 fejés/nap. A rendszertől függően a robot 3–4 fejést engedélyez. Nyilván a nagyobb teljesítményű teheneknél nagyobb a szám. Arra törekszenek, hogy sikeres fejés esetén a két fejés között kellő idő teljen el.
A robot teljesítménye szempontjából leginkább meghatározó a tehenek fejési ideje. Rövidebb fejési időt produkáló állomány esetén az adott robot több tehenet kezelhet. A nagyobb tejhozamú állományoknál általános lett a 2,6–2,7 szeri napi fejés, ami csökkenti a kezelhető állomány méretét. Van egy lényeges harmadik szempont: a pihenésre fenntartott idő. Ha 21-22 órán át működik a robot, akkor az istállóban csupán 2–3 órán át van teljes nyugalom. sokak véleménye szerint 5–6 óra indokolt lenne, ami a termelésre is előnyösen hat.

Nagyüzemi robotok

A kifejezetten nagyobb üzemek termelékenységi igényeit már a kompakt megoldások nem elégítik ki.
A nagyüzemekben használatos robotoknál a minőségi követelmények azonosak, de a manipulálókarokat módosítják, „szakosítják” egy-egy fejési művelet végzésére. A nagyüzemi technológiát leginkább a fejőkarusszeles fejés képviseli (8. ábra).

8. ábra. Robotizált fejőkarusszel (DeLaval)

E rendszereket a fejők nem kedvelték a gép által diktált monoton és feszített munkatempó miatt. A 8 órás műszakok végére a fejők már meglehetősen elfáradtak. Sok vizsgálatban igazolták is, hogy ebben az időszakban az ún. fejési rutin már romlott, növekedett a hibásan végzett műveletek száma. A robotnak viszont kedvez a monotonitás, nem fárad, s az egyes műveleteket mindenkor azonos precizitással végzi.

Európában a tehénállomány egyre inkább koncentrálódik, és ezzel egyre inkább növekszik az igény a robotizált fejőkarusszelek iránt.

Az karusszel platformra belépett és már megfelelően elhelyezkedett tehénnél az első manipulálókar elvégzi a tőgymosást, a második az első tejsugarak kifejését (ellenőrző-próba anyag), a harmadik és negyedik manipulálókarok felhelyeznek két-két fejőkelyhet. Ezzel megkezdődik a fejés, ami a platform teljes körülfordulása után a kihajtókapu előtt fejeződik be. A tejfolyás csökkenését érzékelve a vákuum megszűnik, és a fejőkelyheket az automata levevő lehúzza a bimbókról. A kilépés előtti utolsó állásnál manipulálókar elvégzi a tőgy fejés utáni fertőtlenítését.

Összefoglalás

A fejőrobot pozitív szelekcióra orientál, amihez a szükséges adatokat a rendszer folyamatosan szolgáltatja is, hiszen minden fejésnél automatikusan rögzítésre kerülnek a termelés alapvető és igen összetett egyéb adatai. Előre jelzi az adott időszakban várható-, majd a ténylegesen fejt tejmennyiséget. A napot lezárva jelzi: mennyi volt a várt és a kifejt tej; változott-e az összetétele; a szomatikus sejtszám; jelentkezett–e fertőzés. A problémás tehenet, amelynek termelési adatai (jellemzői) a normálisan várttól eltérnek, külön kijelzi, s a fejés után elkülönítő helyre irányítja, de a programozástól függően, például ha fejésre jelentkezik a tehén, nem engedi be a fejőállásba stb.

A rendszer az adatok automatikus értékelésével a telep vezetőjét figyelmezteti (kényszeríti) a tennivalókra, és azt is megmutatja, ha azokat nem végezték el. Tehát megköveteli a minőségi munkát, a feladatok pontos elvégzését, aminek eredménye csak a termelés minőségi és mennyiségi javulása lehet. Elmarad az eredmény, ha a tulajdonos valamely területen nem működik együtt a robottal, nem tartja be például a takarmányozási igényeket, a lábápolás, tőgykezelés, szervizelés elmarad, szelekciós igényeket nem tartja be stb.

Az RFID azonosítás kiválóan alkalmazást nyert a borjú, sertés, juh és más (pl. hobbi) kisállatok tarásában is.

Dr. Tóth László
professzor emeritus (SZIE)

* Radio Frequency IDentification. Az első nemzetközi közlések 1974-től vannak (Braunschweig).
** A gyárban építőelemszerűen előre gyártott kivitel. Van megoldás, amikor a helyiség betonelemeivel együtt szerelve.

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználásaHarasztiné Lajtár Klára:
A borkezelés, palackozás, csomagolás és szállítás berendezései - Borászati technológiák II.

Ez is érdekelhetiA káposztafélék gépi betakarításaParlament előtt a 2025. év adózását meghatározó őszi adócsomagA lovak jólléte: a gondos lótartás eszközei és szabályai