范聞明 羅晶 李琳 李云宇 苗程穎 劉娟娟

摘要：伴隨著我國的全局的農(nóng)業(yè)與牧業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)供給結(jié)構(gòu)變化和發(fā)展的不斷調(diào)整以及我國居民整體生活水平的整體不斷提高，導(dǎo)致人民對奶制品的需求不斷上漲，從而促進(jìn)乳產(chǎn)品制造業(yè)逐漸成為一個高上升市場產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而也促使我國的人工飼養(yǎng)奶牛數(shù)量逐年上漲。相對地，畜牧養(yǎng)殖業(yè)的大規(guī)模出現(xiàn)也刺激了下游配套設(shè)備廠商的技術(shù)迭代更新。由于人工的繁重工作，也必然導(dǎo)致了傳統(tǒng)的人工擠奶逐漸被更加一體化、智能化、集成化的工業(yè)機(jī)器所取代，加之乳制品生物特性，對品質(zhì)的基本監(jiān)測與鑒定更是不可取少。至此，自動擠奶與檢測已成為一種不可避免的趨勢。

關(guān)鍵字：擠奶機(jī);智能;集成化

一、背景

在近幾年來，伴隨著乳業(yè)的蓬勃發(fā)展以及奶制品業(yè)的競爭加劇，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)組織改革的重要性將變得俞加明顯。全民科普和人均科學(xué)文明素質(zhì)的提高也讓人們對乳制品的質(zhì)量來源越來越重視，這也使加工生產(chǎn)乳制品的商家對乳制品源頭產(chǎn)品的品質(zhì)要求目標(biāo)提高，從而迫使整個乳產(chǎn)品上下游生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展從早期的數(shù)量型發(fā)展為現(xiàn)在的質(zhì)量與數(shù)量并重型。由于過去傳統(tǒng)的人工擠奶對于人力的消耗過于巨大，同時伴隨著現(xiàn)今的人力成本逐漸提高，現(xiàn)代自動化信息技術(shù)和現(xiàn)代管理自動化在畜牧業(yè)發(fā)展中起著越來越不可替代的作用。在現(xiàn)代奶供應(yīng)基地，擠奶機(jī)的功能與質(zhì)量優(yōu)勢是決定牛奶供應(yīng)質(zhì)量的一個重要因素，對生產(chǎn)乳產(chǎn)品的機(jī)械和設(shè)備的創(chuàng)新性技術(shù)的研究直接激勵了中國乳業(yè)采用新技術(shù)。

二、作用原理

智優(yōu)擠奶機(jī)其結(jié)構(gòu)大體分為入欄控制器，按摩擠壓器，無菌泵和檢測機(jī)四大部分組成。智優(yōu)擠奶機(jī)的按摩擠壓器與市場上傳統(tǒng)的擠壓器并無不同。而智優(yōu)真無菌包括電機(jī)、壓力表、調(diào)節(jié)器、收集罐等部件組成。每套智優(yōu)擠奶機(jī)由8～10套按摩擠壓器組成，每套可以提供應(yīng)80～100頭母牛，實(shí)現(xiàn)全自動擠奶的智能自動化過程。而智優(yōu)奶質(zhì)檢測機(jī)則集成了生物顯微鏡、電子分析天平和嵌入式微機(jī)等設(shè)備。通過該擠奶機(jī)擠奶，擠出來的奶通過管道直接流入無菌罐中，從而與外界完全隔絕開來，并且保證了更加安全、更加衛(wèi)生。且能根據(jù)乳液的流動，實(shí)時而智能的調(diào)節(jié)無菌擠奶杯的杯內(nèi)真空壓力數(shù)值。當(dāng)擠奶步驟完全完成時，無菌擠奶杯可自動脫離，通過多種冷凍劑，從而可使牛奶溫度迅速降到合適的低溫狀態(tài)，以減少細(xì)菌繁殖感染的可能和風(fēng)險(xiǎn)，通過人工套奶杯，打開剎車，打開電源，把機(jī)器轉(zhuǎn)過來，從而實(shí)現(xiàn)擠奶。在擠奶后，通過集成的檢測機(jī)，對收集的部分乳樣品通過電子分析天平進(jìn)行物質(zhì)含量分析，以及生物顯微鏡借助微機(jī)中安裝的含有OCR人工智能圖像識別技術(shù)的程序，檢測微生物含量。

三、工作過程

智優(yōu)擠奶機(jī)配備了入欄控制器，它的主要作用是避免奶牛在入欄時意外擁堵導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤停轉(zhuǎn)的問題，進(jìn)而快速而有序地引導(dǎo)奶牛進(jìn)入轉(zhuǎn)盤，從而可以降低奶牛在擠奶前的過度應(yīng)激反應(yīng)，從而可以大大提高擠奶速度和提高奶質(zhì)。

隨后，在奶牛進(jìn)入擠奶機(jī)后，先擠一些奶，把擠出的奶置于帶有高透過濾性的低滲濾網(wǎng)的杯子中，送入檢測機(jī)中檢查是否有異樣，以此判斷該乳區(qū)是否健康，進(jìn)而進(jìn)行進(jìn)一步的擠奶作業(yè)。在實(shí)地實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)初擠的幾杯奶中，往往會含有較多的微量微生物。所以在最初擠出的一些奶不能擠入優(yōu)質(zhì)的牛奶中，避免細(xì)菌從奶牛乳頭的乳頭孔進(jìn)入到健康的乳房區(qū)域。而且，在擠奶過程中要時刻注意奶牛的排乳反射現(xiàn)象，因此，當(dāng)作業(yè)的奶牛很明顯的出現(xiàn)排奶反射這一生理反應(yīng)時，一定要盡快戴上擠奶杯進(jìn)行擠奶。否則，乳汁從乳腺流入乳池的速度會減慢或中斷，進(jìn)而會影響工作效率進(jìn)而可能會影響乳產(chǎn)品的質(zhì)量。在實(shí)際操作中，如果存在錯失套杯時機(jī)的狀況，會大大縮減使用在擠奶時的催產(chǎn)素的作用時間，從而使乳房內(nèi)的殘留奶增多，這會很多造成不必要的污染和浪費(fèi)。所以一般要求從一開始擠奶開始計(jì)時，再擠了將近1分鐘時套杯。因?yàn)檠褐写弋a(chǎn)素的濃度此時已上升到最高狀態(tài)，而智優(yōu)擠奶機(jī)就會經(jīng)過大數(shù)據(jù)計(jì)算精準(zhǔn)套杯。

在判斷乳汁是否被擠出時，機(jī)器會通過多項(xiàng)精密的傳感器檢測管內(nèi)是否有乳汁流出，此時用機(jī)械檢查乳房是否有乳汁殘留情況發(fā)生。在精準(zhǔn)的機(jī)器識別下，能清楚而明確的得出相應(yīng)的結(jié)論。因?yàn)橐粋€乳房情況會有一定傾斜，使乳頭也不同文化程度地指向它們的身體下方，當(dāng)奶爪在地心引力的強(qiáng)作用影響作下，往往它們的乳頭方向總是垂直向下的，即使有偏移，它的左右擺動幅度也不會太大。當(dāng)乳房內(nèi)奶量剩余很少時，乳房內(nèi)的牛奶會在流向乳頭時受到一定的阻力作用。而在此時我們對它進(jìn)行擠奶時機(jī)器將按在奶爪的中心，不斷的給予不同程度的壓力，并且可以任意向幾個正常乳區(qū)產(chǎn)生重要的力的作用。如果有更多的殘留牛奶，需要過后詳細(xì)檢查橡膠套和杯子的真空。

擠奶后立即取下牛奶杯，防止空擠奶，不能用力拉。操作如下：

a.關(guān)閉奶爪所通的真空。

b.請等到乳房杯乳頭室的音壓下降為止。奶杯精準(zhǔn)穩(wěn)定的放在操作臺上。

c.將無菌奶杯全部豎直朝下，并快速打開無菌泵開關(guān)，將奶杯和奶管里的牛奶液體快速而準(zhǔn)確的吸進(jìn)奶瓶中。

智優(yōu)擠奶機(jī)中的檢測機(jī)還要對奶質(zhì)進(jìn)行初步的最基本檢測，該技術(shù)是通過其內(nèi)部配套的高密度電子分析天平首先進(jìn)行物質(zhì)含量分析，包括但不僅限于蛋白質(zhì)每毫克含量、脂肪每升含量、每升含糖量、部分乳制品常見電解質(zhì)含量等。再通過其內(nèi)置的高精度生物顯微鏡借助微機(jī)中的安裝的OCR人工智能圖像識別技術(shù)的程序進(jìn)行顏色、微型細(xì)菌菌落識別和其聚落分布的識別并配合溫度傳感器檢測溫度來決策判斷，對于在檢測中檢出的微生物含量指標(biāo)不合格和其他常規(guī)指標(biāo)有不符合質(zhì)量要求的牛奶樣品及其提取批次，自動運(yùn)送到廢棄池內(nèi)，并進(jìn)行相對應(yīng)的統(tǒng)計(jì)記錄操作。而對檢測合格的牛奶，機(jī)器也要把每次最初擠出的一小部分奶舍棄掉，以確保品質(zhì)和衛(wèi)生能夠符合標(biāo)準(zhǔn)。

在最后，智優(yōu)擠奶機(jī)中的微機(jī)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動的采集、檢測項(xiàng)目的記錄、對處理奶牛的身體狀況、產(chǎn)奶量、以及每日擠奶次數(shù)等一系列指標(biāo)和非指標(biāo)信息，并將其傳輸?shù)讲渴鸬南鄬?yīng)的數(shù)據(jù)庫上。

四、存在優(yōu)勢

我們所研究的智優(yōu)擠奶機(jī)，在一定程度上極大的減少了非常不必要的重復(fù)機(jī)械勞動投入，相對應(yīng)的，極大的提高了擠奶工作的效率，而且也可以初步檢測出奶牛生成的奶的品質(zhì)，生產(chǎn)出的奶合適加工成什么樣的奶制品，省去了產(chǎn)業(yè)下游奶制品公司的抽樣監(jiān)測對乳產(chǎn)品原料的浪費(fèi)和儲存運(yùn)輸成本以及商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。我們所研發(fā)的該設(shè)備有全流程標(biāo)準(zhǔn)的擠奶和奶質(zhì)檢測機(jī)過程，畜牧廠家可以預(yù)知擠奶程序。在系統(tǒng)中，多頭奶牛在同一擠奶裝置的同一個擠奶臺上擠奶。在擠奶臺上可以安裝包括傳感器在內(nèi)的技術(shù)設(shè)備，以服務(wù)于管理決策一級個體奶牛的產(chǎn)奶和健康管理。