楊惠永，高彥玉，韓穎思，羅土玉

（1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣東 廣州 510630；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能裝備重點實驗室，廣東 廣州 510630；3.廣東廣興牧業(yè)機械設(shè)備有限公司，廣東 廣州 510520）

0 引言

生豬養(yǎng)殖業(yè)是我國畜牧業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，穩(wěn)定發(fā)展生豬養(yǎng)殖對保障市場供應(yīng)、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義[1-3]。近年來，我國生豬產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變加快，綜合生產(chǎn)能力明顯提升，規(guī)?；l(fā)展水平邁上新臺階，全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)經(jīng)營集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、智能化水平不斷增強[4-6]。2021 年我國生豬出欄量約6.7 億頭，養(yǎng)殖規(guī)?；适状芜_(dá)到60%，養(yǎng)殖設(shè)施裝備配套更加完善。生豬養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展得益于我國對生豬養(yǎng)殖智能化管理的重視，通過對豬場智能、高效的信息化管理[7]，改變傳統(tǒng)老舊的養(yǎng)殖理念，構(gòu)建科學(xué)合理的養(yǎng)豬模式，最大化程度完善數(shù)據(jù)收集體系和豬群數(shù)據(jù)模型，獲得更及時、可靠、準(zhǔn)確的豬場數(shù)據(jù)。生豬養(yǎng)殖裝備與信息技術(shù)的深度融合可有效減少豬場的人員投入、實現(xiàn)養(yǎng)殖過程的智能管理，對提升生豬養(yǎng)殖水平、加快實現(xiàn)生豬養(yǎng)殖規(guī)?；同F(xiàn)代化具有重要意義。

1 生豬養(yǎng)殖裝備與信息技術(shù)融合現(xiàn)狀

隨著養(yǎng)豬規(guī)模和生產(chǎn)模式的變化，信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用加快了養(yǎng)殖機械裝備向自動化、智能化發(fā)展方向的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了生豬養(yǎng)殖信息全面感知、飼喂精細(xì)化、環(huán)境調(diào)控精準(zhǔn)化、糞污無害化與資源化處理、飼養(yǎng)管理少人化。

1.1 信息感知技術(shù)與裝備

隨著養(yǎng)豬場的規(guī)?；l(fā)展，管理數(shù)據(jù)逐步增多，我國部分大型豬場在養(yǎng)殖各環(huán)節(jié)重點裝備上應(yīng)用實時準(zhǔn)確的信息采集和智能管控系統(tǒng)，對豬只的生理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集和監(jiān)測，及時掌握生豬健康狀況并對異常情況做出預(yù)警，為相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員提供直觀的數(shù)據(jù)，并作為判斷生豬是否生病的重要依據(jù)[8-11]。

生豬的生理數(shù)據(jù)信息主要用于表征豬只的健康狀況，大多數(shù)豬場重點監(jiān)測豬只的體溫以判斷其健康，比較先進(jìn)的大型規(guī)模豬場會增加測量豬只的運動情況、聲音、呼吸速率、精神狀態(tài)等其中1個或多個數(shù)據(jù)，再結(jié)合大數(shù)據(jù)和動物醫(yī)學(xué)進(jìn)行監(jiān)測，從而更精準(zhǔn)地判斷豬只健康程度，將生豬患病的風(fēng)險和帶來的損失降到最低，同時可以減少人力和時間成本的投入，使生豬養(yǎng)殖變得更加便捷和高效。

豬場使用的智能巡檢機器人模塊結(jié)構(gòu)和功能框架如圖1 所示，巡檢機器人主要利用機器視覺與深度學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行豬只生長發(fā)育狀況的識別，實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能巡檢。圖2 為兩款已經(jīng)在豬場應(yīng)用的巡檢軌道機器人，可實現(xiàn)豬只運動量檢測、盤點、圖像估重、病弱豬檢測等功能。

圖1 豬場智能巡檢機器人模塊結(jié)構(gòu)與功能

圖2 豬舍巡檢軌道機器人

豬只的生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要包括肉豬和種豬的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，其中日齡、日采食量、日飲水量和體重值是肉豬和種豬在飼養(yǎng)中均需采集的重點數(shù)據(jù)。日齡主要由人工進(jìn)行記錄；日采食量和日飲水量通過自動飼喂器和流量傳感器自動采集。對于豬只體重值的采集，肉豬飼養(yǎng)環(huán)節(jié)主要采集肉豬的身體質(zhì)量和每周增加的質(zhì)量，種豬飼養(yǎng)環(huán)節(jié)主要采集日增質(zhì)量和仔豬出生質(zhì)量，此類數(shù)據(jù)主要通過稱重傳感器或機器視覺技術(shù)獲取。此外，在生豬養(yǎng)殖中，部分豬場還會記錄豬只料肉比、體長、身高、死淘數(shù)等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過以上數(shù)據(jù)綜合評判養(yǎng)殖生產(chǎn)效益。目前豬場常用的豬只飼喂設(shè)備應(yīng)用情況如圖3 所示，可根據(jù)豬只的飼喂數(shù)據(jù)進(jìn)行自動飼喂，并自動記錄豬只日采食量或一定階段采食量。智能型種豬生長性能測定系統(tǒng)如圖4 所示，可實現(xiàn)測定豬只的采食量和體重值的自動稱量和記錄，并通過數(shù)據(jù)管理平臺得到料肉比，供飼養(yǎng)員或管理者查看。過道秤稱重系統(tǒng)如圖5 所示，主要用于豬場轉(zhuǎn)欄或出欄時，對單個豬只體重進(jìn)行稱量，體重數(shù)據(jù)自動上傳至管理系統(tǒng)從而減少人工投入，提高稱重效率。

圖4 智能型種豬生長性能測定系統(tǒng)

圖5 過道稱重系統(tǒng)

1.2 精準(zhǔn)飼喂技術(shù)與裝備

飼喂是生豬養(yǎng)殖最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，合理飼喂可有效提高飼料利用率、減少飼料浪費進(jìn)而提高養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益[12]。在飼料飼喂方面目前應(yīng)用的智能飼喂設(shè)備較多，針對生長育肥豬的智能飼喂器如圖6 所示，在豬只進(jìn)食時可自動定量下料下水，確保豬只采食飼料新鮮，實現(xiàn)豬只多時段自動濕料飼喂，提高飼料利用率；針對哺乳母豬，采用精準(zhǔn)飼喂方式，圖7 為哺乳母豬的精準(zhǔn)飼喂組網(wǎng)示意圖，實現(xiàn)哺乳母豬“少吃多餐”，提高母豬采食量，以生成需要的乳汁，確保母豬良好的體況，提高斷奶仔豬窩重；針對懷孕母豬的母豬群養(yǎng)飼喂管理系統(tǒng)如圖8 所示，對母豬進(jìn)行大欄群體飼喂管理，增加母豬自由活動空間和交流機會，提高動物福利，懷孕期間母豬每天采食量和所需營養(yǎng)會隨著孕期變化，可通過群養(yǎng)管理系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)飼喂調(diào)控；除此之外，近年來，也有大型豬場使用智能型液態(tài)飼料飼喂系統(tǒng)，將飼料和水先混合成液態(tài)飼料后，再通過管道輸送到豬舍食槽飼喂豬只，如圖9 所示。

圖6 生長育肥豬智能飼喂器

圖7 哺乳母豬精準(zhǔn)飼喂組網(wǎng)

圖8 母豬群養(yǎng)飼喂管理系統(tǒng)

圖9 智能型液態(tài)飼料飼喂系統(tǒng)

1.3 環(huán)境調(diào)控技術(shù)及裝備

規(guī)?；B(yǎng)豬對環(huán)境管理的要求特別高，其主要受養(yǎng)殖種類、飼料品質(zhì)、疫病防治、生長環(huán)境等因素的影響，而環(huán)境因素占據(jù)三分之一的比例。豬場的主要環(huán)境參數(shù)有溫度、濕度、光照度和有害氣體等，不同種類的豬只在不同的生長期內(nèi)其對豬舍環(huán)境的要求也不一樣，大型的養(yǎng)豬場需要監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)較中小型豬場多，控制環(huán)節(jié)復(fù)雜，使得勞動強度加大、工作任務(wù)重[13]。如圖10 所示，目前豬場普遍采用濕簾、風(fēng)機、通風(fēng)窗等環(huán)境調(diào)控設(shè)備對豬舍環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，通過增加溫濕度傳感器、有害氣體檢測傳感器等對豬舍內(nèi)不同位置處的環(huán)境進(jìn)行采集并監(jiān)測，當(dāng)環(huán)境質(zhì)量變化較大時，利用智能監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動調(diào)控設(shè)備自動調(diào)節(jié)環(huán)境，從而達(dá)到采用環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測和控制養(yǎng)豬場環(huán)境的作用，以實現(xiàn)豬只的健康生長和繁殖。

圖10 自動化精準(zhǔn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

1.4 糞污資源化處理技術(shù)及裝備

隨著規(guī)?；B(yǎng)豬的快速發(fā)展，豬場糞污帶來的環(huán)境污染問題越來越明顯，對豬場糞污進(jìn)行有效處理和資源化利用是生豬養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本要求[14-15]。目前，許多規(guī)模豬場基本建立有機肥生產(chǎn)線實現(xiàn)糞污無害化處理、資源化利用。如圖11 所示，一條完整的有機肥生產(chǎn)線成套系統(tǒng)，通常包含原料堆場、發(fā)酵車間、陳化車間、后處理車間及倉庫等生產(chǎn)車間和成品倉庫。原料堆場內(nèi)進(jìn)行物料混合達(dá)標(biāo)后，通過皮帶輸送，均勻布料至各條發(fā)酵槽作翻堆處理，發(fā)酵后的半成品進(jìn)入陳化車間，進(jìn)一步腐熟后成為有機肥成品，再進(jìn)入生產(chǎn)車間完成篩分、粉碎、配料等工序，最后將粉料或粒料進(jìn)行包裝成商品有機肥。豬場生成的有機肥通常用作場內(nèi)植物的肥料或?qū)ν怃N售，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

圖11 有機肥生產(chǎn)線

1.5 設(shè)備管理少人化

隨著養(yǎng)豬業(yè)的快速發(fā)展，加上豬場管理軟件、智能化硬件的普及應(yīng)用，規(guī)模化豬場日益重視生產(chǎn)效率的提高，豬場數(shù)字化管理已成為主流[16-17]。通過物聯(lián)網(wǎng)平臺，用戶利用手機、電腦等終端，就可以實現(xiàn)基地空間位置及養(yǎng)殖環(huán)境展示、物聯(lián)設(shè)備管理與定位查詢、監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)容顯示、分析及異常報警等功能。

圖12 豬場各類設(shè)備運行監(jiān)測

2 融合發(fā)展現(xiàn)存問題

近年來，受外界因素的影響，養(yǎng)豬業(yè)逐步以智能裝備、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)為核心要素，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對豬只環(huán)境和生長過程中的信息采集，使用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，實現(xiàn)豬只養(yǎng)殖信息全面感知、環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控、精準(zhǔn)飼喂、糞污無害化處理與智能監(jiān)管等功能，盡管我國生豬養(yǎng)殖裝備取得較好較快的發(fā)展，但是在應(yīng)用中仍存在一定問題。

2.1 信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定

我國絕大多數(shù)豬場選址位于山區(qū)或遠(yuǎn)離人群聚集的地方，此類地方接入通訊網(wǎng)絡(luò)較為困難，寬帶等接入成本較高，現(xiàn)在規(guī)模豬場多為專線接入，很難保證通訊網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。部分智能養(yǎng)豬裝備在采集、傳輸信息或發(fā)送預(yù)警報告等方面容易因網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定而影響正常工作，進(jìn)而影響生產(chǎn)。

此外，養(yǎng)豬場的從業(yè)人員長期工作在一線，特殊的工作屬性導(dǎo)致相關(guān)從業(yè)人員不能正常使用電腦或智能手機等，無法保持隨時隨地在線，進(jìn)而限制了聯(lián)網(wǎng)裝備的使用。與此同時，豬場從業(yè)人員長時間處于豬場封閉的環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的限制導(dǎo)致其不能及時獲取外界資訊。

2.2 數(shù)據(jù)信息質(zhì)量不高

現(xiàn)如今生豬養(yǎng)殖機械化與信息化融合發(fā)展的過程中，由于養(yǎng)殖從業(yè)人員對數(shù)據(jù)信息采集、整理和分析的能力較低，采集的數(shù)據(jù)間缺乏互聯(lián)互通機制，各種信息無法高效融合，導(dǎo)致不能充分利用收集的養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，信息滯后性較強，對養(yǎng)殖機械化與信息化融合發(fā)展造成不良的影響。此外，部分養(yǎng)豬場因辦公條件較差、缺乏先進(jìn)設(shè)施、工作人員素養(yǎng)偏低，導(dǎo)致養(yǎng)殖機械信息化的網(wǎng)絡(luò)體系難以在較短時間內(nèi)完整建立，大部分養(yǎng)殖場都缺乏完善的網(wǎng)絡(luò)信息體系，降低了養(yǎng)殖機械化信息的應(yīng)用程度。

2.3 人才流動大，復(fù)合型人才缺乏

由于豬場的工作環(huán)境較為艱苦、勞動強度高，且農(nóng)牧人才原本偏少、人才上升通道窄、人才供給與企業(yè)發(fā)展不匹配等原因，導(dǎo)致養(yǎng)豬企業(yè)一線人才流動性較大。而養(yǎng)豬業(yè)的快速發(fā)展使得該行業(yè)在人才方面的需求越來越大，主要矛盾體現(xiàn)在：規(guī)?；B(yǎng)豬管理人才嚴(yán)重不足、養(yǎng)豬技術(shù)人才不足、現(xiàn)代化豬場建設(shè)和設(shè)計人才不足、自動化設(shè)備人才不足等。

3 發(fā)展建議

未來養(yǎng)豬業(yè)必向規(guī)?；?、智能化和集約化，具有人工成本低、生產(chǎn)效率高和疾病防控能力強等優(yōu)點的養(yǎng)殖模式發(fā)展。在新的發(fā)展形勢下，為了促進(jìn)養(yǎng)豬機械與信息技術(shù)的深度融合，提高養(yǎng)殖裝備的應(yīng)用范圍，提出以下建議。

3.1 構(gòu)建完善的生豬養(yǎng)殖信息網(wǎng)絡(luò)體系，提高信息采集準(zhǔn)確性

生豬養(yǎng)殖機械化與信息化融合發(fā)展可實現(xiàn)設(shè)備自動化、數(shù)據(jù)信息化、控制中心化、預(yù)警及時化、管理高效化。因此，在生豬養(yǎng)殖機械化與信息化融合的過程中，養(yǎng)豬場應(yīng)建立完善的養(yǎng)殖信息網(wǎng)絡(luò)體系，在收集養(yǎng)殖數(shù)據(jù)信息的過程中，應(yīng)保證數(shù)據(jù)信息的多樣性、準(zhǔn)確性、及時性，由專業(yè)人員系統(tǒng)分析采集到的數(shù)據(jù)，并生成相關(guān)報告，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)發(fā)布至網(wǎng)站以供管理人員等使用，提高養(yǎng)殖信息的利用率。

3.2 推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研推深度融合，提升科技創(chuàng)新能力

在新的養(yǎng)豬形勢下，智能養(yǎng)豬裝備得到普遍應(yīng)用需要政府有關(guān)部門與高校、科研機構(gòu)、企業(yè)加強資源整合。在突破關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域方面，以養(yǎng)殖企業(yè)為主體、科研機構(gòu)為技術(shù)支撐、生產(chǎn)企業(yè)為推廣轉(zhuǎn)化，多方協(xié)同創(chuàng)新，加快補齊基礎(chǔ)創(chuàng)新能力相對薄弱的短板，為生豬養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供強有力的科技支撐。

3.3 構(gòu)建人才聯(lián)合培養(yǎng)機制，加大應(yīng)用型人才輸出

目前生豬養(yǎng)殖業(yè)對專業(yè)復(fù)合型人才的需求量只增不減，為了培養(yǎng)相關(guān)人才，生豬養(yǎng)殖企業(yè)、裝備生產(chǎn)企業(yè)、高校、科研機構(gòu)等可深化產(chǎn)教融合，完善校企合作育人機制，構(gòu)建現(xiàn)代生豬產(chǎn)業(yè)人才教育體系，培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代生豬產(chǎn)業(yè)發(fā)展所急需的技術(shù)技能型和創(chuàng)新服務(wù)型人才，以此推動構(gòu)建生產(chǎn)高效、資源節(jié)約、環(huán)境友好、布局合理的生豬產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

總之，推動生豬養(yǎng)殖裝備與信息技術(shù)融合，加快實現(xiàn)生豬養(yǎng)殖業(yè)向規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化發(fā)展，仍需行業(yè)各方大力支持智能化傳感器、智能養(yǎng)殖裝備和機器人等的研發(fā)制造，提高豬舍環(huán)境調(diào)控、精準(zhǔn)飼喂、豬只健康行為分析等裝備的自動化、信息化水平，只有這樣才能加快推動生豬產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。