過程控制工程在牧場中應用探析
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摘要：現代化牧場是指超過一定數量規模，采用大量機械化設備，集中治療、擠奶、飼喂、繁殖、污糞集中無害化處理的牧場。傳統的管理方式給牧場生產帶來諸多困擾，使牧場的經濟效益不能保持在一個穩定的水平。本文引入全局化思維，將化學工程中的過程控制技術應用于牛只乳房炎監控、繁殖監控、攪拌車故障監控和生乳菌落總數監控領域，以提升牧場管理水平和經濟效益。
關鍵字：牧場；過程控制；應用；提升管理
0引言
過程控制（ProcessControlSystems）的定義：以表征生產過程的參量為被控制量，使之接近給定值或保持在給定范圍內的自動控制。這里的“過程”是指在生產裝置或設備中進行的物質和能量的相互作用和轉換過程，即在生產全過程中，通過各種技術手段，對產品質量、數量等結果進行分析、診斷和監控。擠奶環節是奶牛養殖中非常重要的環節，擠奶過程中的每一個節點都關系著牛奶最終的產量和品質[1]，也關系著泌乳牛只的健康和牧場收益，只要出現微小失誤，就會產生直接或間接損失。如擠奶廳停電超過2h，就會延遲擠奶，奶牛會因為應激而減產，甚至會增加牛只乳房炎發病率，也會導致飼喂時間推遲，打亂牧場的整體節奏，造成多方面的損失，從而降低牧場養殖效益。因此，本文在對牛只乳房炎監控、繁殖監控、攪拌車故障監控和生乳菌落總數監控方面運用過程控制，為牧場管理提供參考。
1乳房炎監控
牛只乳房炎是世界性難題，影響因素非常多[2]。各個牧場管理水平不同會影響乳房炎發病率。但在過程控制監測中，泌乳牛只的乳房炎發病率會維持在一個穩定的水平，突然升高或降低都值得分析和判斷[3]。如乳房炎發病率通常控制在2%以內，某段時間突然升高到3%～4%，就需要查明原因，主要措施為：（1）查看牛群發病整體分布，確認牛只發病率增長的圈舍；（2）分析乳房炎發病牛只泌乳胎次和泌乳天數，查看是否為年齡較大牛只或泌乳天數較高牛只；（3）分析奶廳設備，檢查真空度和收杯流量；（4）檢查擠奶設備保養情況和上次設備測試時間；（5）檢查奶廳和病牛擠奶廳真空度是否一致，包含病牛擠奶設備保養是否到位；（6）檢查人員操作和新擠奶員培訓和工作程度；（7）檢查待擠區通風和冬季保暖情況，是否有賊風（從牧場建筑縫隙漏出的陰冷且流速較大、風量偏小的風）傷害奶牛乳頭的情況；（8）檢查牛舍衛生和牛床墊料是否達標；（9）檢查奶廳消毒和奶牛乳頭消毒狀態，并檢查病牛擠奶環境衛生和乳頭消毒狀況；（10）檢查牧場飼草料等原料是否合格；（11）檢查奶牛乳頭藥浴液和橡膠內襯更換頻次是否合格；（12）確認牧場近期是否有引起牛只應激的事件發生，如停水、停電、人員變動等。
2牛只繁殖監控
牛只繁殖是奶牛養殖中非常重要的環節，根據牧場規模和牛只年齡分布，會達到一定的繁殖率，若某段時間發現繁殖率有所下降，可以通過過程控制分析找到解決方案[4]。主要措施為：（1）首先檢查牛只年齡胎次和是否已經配種；（2）檢查凍精和配種員操作順序及相應的操作器材；（3）檢查發情檢測系統是否正常或蠟筆涂蠟檢測是否到位；（4）檢查流產牛只是否正常，查明流產原因，如牛只過于肥胖或飼草料中黃曲霉毒素超標；（5）檢查牧場消毒等環節是否做到位；（6）檢查近期飼料等方面是否有大變動；（7）檢查圍產群和大育成牛只整體狀態（吃、喝、拉、臥）和環境；（8）檢查環境中是否有異常聲音和氣味；（9）檢查發情探測項圈完好性和數據維護是否到位。
3牧場攪拌車故障監控
牧場飼喂是奶牛飼養管理關鍵的一環[5]，傳統拖拉機帶全混合日糧（TMR）飼喂的模式[6]已非常普遍，飼喂牛只的準確性、準時性、攪拌質量關系著牛只是否高產和有無產量波動。如車輛突然出現故障，會影響牧場的正常飼喂工作，此時可通過過程控制方法查明原因，及時排除故障。主要措施為：（1）區分是拖拉機故障還是攪拌車故障，若是拖拉機故障應首先排除電器類故障還是動力供油故障，電器類故障需要啟動馬達繼電器和其他線路；動力油故障則需要檢查電子油泵、動力油過濾系統和各個位置傳感器；（2）檢查后動力輸出變速箱和傳感器；（3）如果拖拉機部分正常啟動，再檢查攪拌車部分，攪拌車首先將料斗中剩余飼料清除（如車廂內有異物卡住絞龍，應清除），檢查傳動軸及其保險螺栓；（4）檢查齒輪箱是否正常。
4生鮮乳中菌落總數監控
牧場最終目的就是將合格的生鮮乳提供給乳品企業，其中菌落總數是非常重要的指標[7]。一般乳品企業要求：細菌數在30萬CFU/mL內為合格，10萬CFU/mL以內會有獎勵。如在正常情況下，牧場生鮮乳菌落總數控制在合格范圍內，但某段時間逐步升高或無規律的超標，可通過過程控制方法來排除異常因素[8]。主要措施有：（1）檢查清洗水溫度是否達到80℃；（2）檢查清洗水量是否滿足生產需求；（3）檢查清洗劑是否按照標準添加；（4）檢查牛只乳頭擦拭是否符合要求；（5）檢查制冷設備是否按照規范迅速使生鮮乳達到目標溫度；（6）檢查擠奶區域和生鮮乳儲存區域衛生及消毒是否合格；（7）檢測牛只隱性乳房炎發病情況和體細胞數量；（8）檢查清洗用水和環境空氣；（9）檢查擠奶設備浪涌裝置是否運行正常。
5小結
過程控制最早被應用在連續生產的化工領域，隨著社會發展進而走向各行各業。采用過程控制方法排除故障或查明原因已經成為常態。分析、解決單一問題不再是未來牧場工作的重點，將化學工程中的過程控制技術應用于牧場養殖的關鍵環節，提升牧場管理水平，并取得更好的經濟、社會效益，是未來發展的方向。
作者:馮海清 曹立坤 孫志軼 單位:天津嘉立荷牧業集團有限公司第十一牧場分公司 寧夏農墾賀蘭山奶業有限公司生產技術部
