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    飼料ODM物聯網技術研發與實踐應用

    文章來源:偉業集團 作者: 更新時間:2020-04-29

     1.jpgbYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      畜牧行業如何借助大數據、云計算、物聯網等現代科學技術手段,將動物營養學、飼料學及其相關學科的最新研發成果應用到生產實際,在提高企業經濟效益的同時,實現產業真正意義的提質增效和轉型升級是目前飼料養殖企業急需解決的關鍵問題。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      ODM(Original Design Manufacturer,原始設計制造商)是指在制造業中,由采購方委托制造方提供從研發、設計到生產、后期維護的全部服務的生產方式。隨著大數據分析技術的進步,ODM物聯網技術發展迅速。2016年開始,湖南偉業動物營養集團提出飼料ODM的概念,并聯合農業農村部飼料工業中心、北京中農聯成科技公司等單位對飼料ODM物聯網進行研究和實踐,2019年ODM物聯網系統試運行成功。本文簡要介紹了該系統的研發背景、理論基礎、系統價值和實際應用前景。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      PART1 飼料ODM物聯網研發背景bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      隨著我國經濟的發展,廣大飼料企業和大型養殖場飼料生產硬件設備不斷改進,基本具備了自動化生產條件,但如何使生產和最新科研成果實現無縫對接,以達到有效利用資源、提高企業效益的目的,尚有許多瓶頸問題需要解決。這些問題主要體現在以下方面:bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      01飼料企業與科研機構對接不緊密bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      在國家領導“希望科研工作者要把科研論文寫在中國大地上”精神號召下,我國廣大科研工作者在飼料營養價值、各種動物的營養需求、飼料加工工藝和質量安全檢測等方面做了大量基礎性研究工作,獲得了海量科研數據。如農業部飼料工業中心(MAFIC)在豬營養研究中,結合中國的實際飼養條件實測出幾十萬個原料數據,包括飼料化學組成、抗營養物質和有毒有害物質含量、生物學效價、氨基酸、有效能和氨基酸消化率的動態預測方程,以及個生理階段豬的營養需求等。再如各級管理部門多年積累的飼料質量安全數據、畜禽生產數據、畜產品質量安全數據、生態環境數據等,這些成果迫切需要經過大數據分析應用于指導生產。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      然而,受諸多條件限制,現實情況下很多企業除飼養試驗外幾乎不具備獨立研發能力,一些企業還沒有建立企業自身的數據庫,使配方師在設計配方時隨意性較大,往往都是參考甚至照搬某一個飼養標準,如美國NRC(2012)、荷蘭CVB和法國INRA等,但是這些國外的數據大都是文獻總結數據,與中國的飼料原料和養殖環境的實際情況相差比較大,因此照搬國外的數據不適合國內的配方體系,由于營養不精準造成較大浪費。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      02飼料企業與養殖場嚴重脫節bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      多年以來,飼料企業生產商品飼料主要面對的是千家萬戶的散養戶,運用人海戰術通過業務員、經銷商等銷售渠道最后到養殖場,沒有考慮到不同客戶的品種、環境和管理水平,因此,同樣的飼料在不同養殖場表現出很大的差異,導致養殖成本居高不下,既花了錢,也養不好動物。隨著我國經濟發展、養殖政策、市場競爭、禽流感和非洲豬瘟疫情等因素的影響,大量散養戶退出養殖產業,規模化養殖場對產品要求話語權加大,提出代加工、定點供應飼料的需求越來越多,但是,由于飼料企業和養殖企業之間的關注點有所不同,信息缺乏有效溝通,常見的買與賣互不信任現象依然普遍存在。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      03養殖場與市場嚴重脫節bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      眾所周知,養殖行業利潤不高,受行情波動影響風險比較大,賺錢與否基本靠養殖業主盲目判斷。影響養殖場利潤的因素有很多,要做到降低風險把握主動權,需要對養殖品種、飼料成本、生產性能、體型、出欄時間及價格、市場需求等各個環節進行數據化、智能化的科學決策和過程管理,才能做到盈利時多盈利,虧本時盡量少虧。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      PART2 飼料ODM物聯網概念及系統構架bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      飼料ODM物聯網是以提高養殖場收益為終極目的,通過物聯網技術利用現代化的設備將飼料加工、品控管理、飼養效果和市場利潤分析等聯系在一起,根據養殖場的實際情況(品種、環境、管理、健康水平、畜禽價格等)制定的包括配方、飼喂階段、保健、效果跟蹤并反復驗證等環節得出的優化方案的系統平臺,其架構包括數據采集層、通信層、數據處理平臺和終端應用層四個部分(見圖1).bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

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    圖1. 飼料ODM系統架構圖bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      數據采集層:包含各種現場參數的采集及報警。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      通信層:包含有線、無線通信中間件設備,云端中間件。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      數據處理平臺:專家數據庫&ODM數據平臺&云配方&生產控制。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      終端應用層:通過手機、平板、電腦等對數據進行展示及運用。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      PART3 飼料ODM系統的理論基礎bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      飼料ODM系統是以動物營養學、動物生產學、飼料學等畜牧科學的理論和技術為基礎,緊密結合大數據分析技術和物聯網技術,通過不斷的生產實際積累而建立起來的。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      01日增重和采食量曲線bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      在一定范圍內,動物生長為能而食,據此可以推算出凈能及其它營養指標攝入量,以此作為基礎精準配制日糧。就豬而言,日增重是體重的導函數;日增重在體成熟后逐漸下降,說明上市體重、豬價和飼料價格之間存在一個最優解,包括特定豬價下最優的飼料成本、最優的上市體重或日齡。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      02動物的生長發育規律bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      以豬為例,豬的不同組織發育一般遵循先骨骼后肌肉再脂肪的順序,從圖2可以看出,對于飼喂低營養的晚熟品種,其肌肉和脂肪的交點大概在90kg,而對于飼喂高營養的早熟品種交點大概在60kg,這說明飼喂低營養水平的晚熟品種,其脂肪大量沉積的時間較飼喂高營養水平的早熟品種晚,同時說明營養水平和品種都會對生長曲線造成影響,因此真正的飼料ODM系統就是要在特定品種下制定特定的需要量。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

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    圖2. 豬不同組織生長發育順序bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      03動物生長曲線bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      圖3是豬典型的S型生長曲線,其模型為4.jpgbYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      拐點為(InB/k,A/e)。B越大,拐點日齡越大;K越大,拐點日齡越小,該曲線在養豬生產上的指導意義有:1).拐點日齡越小,成熟快,早出欄;2).拐點日齡動物新陳代謝旺盛,相對生長率高,日增重大,營養物質需求大;3).拐點不是絕對的,不同品種不一樣,同一品種在不同的飼養條件下也不相同。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

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    圖3. 豬不同日齡與體重的關系bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      04凈能體系bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      與消化能 (DE) 和代謝能 (ME) 體系相比,從理論上講,凈能體系是使日糧能值與豬能量需要量相統一的衡量指標,更能真實地反映飼料的能量利用效率;從實際生產上講,通過補充必需氨基酸,凈能體系可以降低養殖業的碳和氮排放,是動物營養與飼料科學的發展方向。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      PART4 飼料ODM物聯網系統的應用價bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      就養豬場而言,飼料成本占豬場運行成本的60-70%。傳統的飼料企業與養殖場的合作方式很難準確計算出飼料成本和利潤之間的關系,導致養殖場領導在選擇飼料時難于決斷。飼料ODM物聯網系統根據出欄時期貨價格或市場預估價格,合理選擇預期生長曲線及相應凈能需要量,找到利潤最高點,優化飼料供給方案,以提高養殖整體效益為目標,應該是飼料企業的長遠發展的經營宗旨,也只有這樣才能真正幫助養殖企業。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      01飼料ODM以數據說話,促進飼料業與養殖業聯動bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      目前飼料企業和養殖場之間存在許多中間環節,養殖場管理者很難直接評估飼料產品的好壞。飼料ODM物聯網系統可以讓飼料企業與養殖場管理層雙方都能直觀地看到飼料質量評估的現場數據,同時可以通過自動飼喂系統準確測定飼喂效果,實際數據的信息溝通打破了原來的隔閡,有助于幫助飼料企業和養殖場建立長久穩定的信任關系。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      02飼料ODM依靠凈能數據庫,提供精準營養bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      由于品種-飼料-飼養-環境這條聯動軸互相影響,不同的養殖場對飼料的要求是絕對不同的。飼料ODM物聯網系統的核心包括原料預測模型、配方優化模型、生長曲線模型(體重、采食量、蛋白沉積和脂肪沉積等)、凈能對生長曲線的影響模型和利潤模型等。每個模型都以大量的數據作為支撐,且這些模型不是固定不變的,而是會根據養殖場實際情況進行自我學習、自我優化,從而幫助養殖場設計最優方案。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      從基本國情上講,我國擁有豐富的谷物、油料作物等加工副產物,這些副產物含有較多的纖維和粗蛋白質,由于DE和ME體系高估了纖維和粗蛋白質的能量,而凈能體系考慮了熱增耗,從而對更加合理地利用這些副產物提供了理論依據。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      凈能體系是聯系飼料供給和動物營養需要的橋梁。飼料ODM物聯網系統就是以凈能為根本出發點,從企業的角度:采購原料、設計配方時都是以凈能為基礎;從養殖場的角度:尋找特定品種、環境和飼養密度下的凈能需要量才能更好地預測其生長性能。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      03飼料ODM系統依靠數據處理平臺,降低企業風險成本bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      飼料ODM系統中,從原料入庫—粉碎—混合—制粒—成品倉的每個環節都有在線近紅外系統檢測其化學成分的變化,所有檢測結果與生產記錄自動生成并發送給飼料ODM物聯網平臺。在線品控確保了產品理化指標符合養殖企業的實際要求,真正做到了先檢驗后出廠,確保產品質量。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      養殖場選取有代表的欄舍安裝自動飼喂系統后,能準確稱量出每頭豬的采食量、體重以及豬舍溫濕度、氨氣等信息,信息在匯總后將自動傳送飼料ODM物聯網平臺。同時該數據對養殖場管理者和ODM配方師都可監測實時飼喂效果,減少更換配方造成的動物應激,也解決了技術人員頻繁進出養殖場帶來的疫情風險。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      所有實際數據對于企業是很寶貴的資料,飼料ODM系統可以將這些數據及時在系統中保存和云備份。湖南偉業動物營養集團股份有限公司通過與農業農村部飼料工業中心、國防科大、德國布魯克公司等單位合作,目前已經成功開發了擁有自主知識產權的精準動物營養云系統、NIR近紅外在線飼料檢測系統、生豬生長性能和環境參數自動評定系統,并形成了子模塊。上述子模塊與企業ERP系統實現了互聯互通。該系統在京東云上建有服務器,購買賬號修改其密碼后,該賬號只對注冊用戶公開,這樣就對其數據有了很強的保密性,從而避免企業關鍵技術人員等突然離職給企業帶來的不確定性問題。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      PART5 飼料ODM系統應用前景bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      自2016年以來,湖南偉業動物營養集團股份有限公司聯合國內高校和研究機構聯合研發的飼料ODM物聯網系統已在湖南“天心種業”、“安化輝華牧業”、“湖南旺森牧業”、“湘村黑豬”等大型養豬企業推廣運行;在“佛山科技技術學院”、“湖南農業大學”等高校也建立了自己的飼料ODM物聯網賬號,教研應用狀況良好bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      01飼料ODM系統適合一條龍企業使用bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      對于既有飼料企業又有養殖場的大型農牧集團,使用該系統可以充分利用其產業鏈優勢,打造自己的飼料ODM物聯網系統。管理者只需登錄自己企業網站打開飼料ODM物聯網版塊,輸入其賬號后可以瀏覽豬的各項指標,包括實時豬價下的利潤曲線、出欄時間、人工和獸藥成本等;輸入預測原料成本及生豬價格可預測利潤,并及時通過調整現有飼喂方案實現最大利潤。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      技術總監可以實時了解原料數據(近紅外實時數據)、豬場的品種、環境、健康以及使用目前飼料配方下的生長性能等信息。準確測定出引進品種或特定品種的理想生長曲線;依據未來市場生豬價格、原料行情選擇預期生長曲線(見圖4);通過大數據對非常規原料、功能性原料及新的添加劑進行優化和篩選,降低成本。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

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    圖4 預期生長曲線圖bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      通過飼料ODM平臺掌控同期生長育肥豬生產性能信息,對于公司+農戶模式有極其重要的指導意義,精確計算每天的投料量、料比及出欄日齡,以求養殖利潤最大化及代養和公司利潤合理分配比例。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      02飼料ODM系統可進一步提高飼料企業的經濟效益bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      飼料企業可根據自身情況選擇搭建自己專有的飼料ODM物聯網系統,或是購買在線品控系統、云配方系統模塊。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      在線品控系統與中控室鏈接,可以在總部檢查旗下各分公司生產現場質量檢測數據、混合均勻度等指標,如遇質量問題投訴可迅速溯源;可以通過調節物料水分使制粒機運行更加平穩,提高產量的同時提高質量。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      集團企業由技術總監管理數據庫,可經授權分配賬號明確配方師使用權限,通過數據共享減少配方師的隨意性,保證集團產品穩定一致;可建立飼養試驗站,評估新的原料效果以減少成本或提升產品市場競爭力。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      飼料企業戰略合作客戶通過與其客戶達成ODM服務協議,可以在其客戶養殖場安裝自動飼喂系統。該系統對飼料企業和養殖場都是開放的,飼料企業了解養殖場的生產性能,同時養殖場了解飼料的生產過程,二者建立了公開透明穩定的合作機制,實現雙贏的目的。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      單個飼料企業可以自成體系,也可以聘請第三方機構專業為提供服務。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      03飼料ODM系統在規模化養殖場的應用bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      養殖場可以選擇與具有飼料ODM物聯網系統的飼料廠合作,或者直接要求飼料ODM物聯網系統的企業為自己的養殖場提供第三方服務。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      養殖場可以向服務商提出自己的需求,比如查驗每批次飼料檢測數據、建立自己豬場條件下的需要量、提高肉品質的ODM方案、縮短出欄時間的ODM方案、選種育種ODM方案,無抗條件下獸藥成本最低化的ODM方案等。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      養殖場決策層可以快速簡單地評估飼料的性價比,監督產品質量。養殖場選擇了與飼料企業合作的同時,可以測試不同廠家的飼料產品,根據對照組相比得出的飼料影子價格說明試驗料‘值’多少錢(見表1),可以倒逼飼料企業的技術人員做出真正符合養殖場利潤的方案。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

    表1. 飼料影子成本比較表(豬價6.5元/斤,岳陽石田豬場)bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

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      04飼料ODM在科研教學方面的應用bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      專家教授及有經驗的營養師可以建立個人數據庫,利用ODM物聯網系統在線直接為更多企業和客戶提供更優質的服務,同時提升自身的價值。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      動物營養學科的學生在學習書本知識的同時,可以通過登錄該系統查詢各大數據庫的飼料原料數據,了解動物的生長性能并模擬設計配方,提高實踐能力。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      PART6 推廣飼料ODM系統需要進一步解決的問題bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      完全理解飼料ODM系統重要性,在認識上有難度,或者將因有損部分人利益導致人為障礙;建立模型(數據模型、近紅外建模)需要海量的數據做支撐才更準確,專業技術人員耗時耗力;在線品控系統建設需要一定的前期成本投入等等,這些問題的解決需要行業共同努力,做進一步的研發和完善。bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      PART7 小結與展望bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      綜上,飼料ODM系統可以通過精準評估每批飼料原料的有效成分(包括凈能、SID氨基酸、系酸力、霉菌毒素等),根據養殖場實際情況(品種、環境、管理、健康水平),結合市場信息(原料價格、畜禽市場價格等)制定優化方案,在養殖場實際條件下通過反復驗證、修訂,最終確定養殖場的終極方案。積極推廣飼料ODM物聯網系統是畜牧養殖行業的系統工程,它的建設和全面應用,必將極大提升企業經濟效益,從根本上加速行業的提質增效與可持續發展bYQ中國飼料行業信息網-立足飼料,服務畜牧

      
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