vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1817-7204-2024-62-4-319-334vestiag-776Research ArticleМЕХАНІЗАЦЫЯ І ЭНЕРГЕТЫКАMECHANIZATION AND POWER ENGINEERINGМетодологические принципы построения адаптивной механико-информационной системы доения коровMethodological principles for creating an adaptive mechanical-information system for cow milkingГригорьевД. А.HryhoryeuD. A.

Григорьев Дмитрий Алексеевич – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологий и механизации животноводства

пр. Независимости, 99, 220023, Минск

Dzmitry A. Hryhoryeu – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Head of the Department of Technologies and Mechanization of Animal Husbandry

99, Nezavisimosti Ave., 220023, Minsk

agintec48@gmail.comКитиковВ. О.KitsikauV. A.

Китиков Вадим Олегович – доктор технических наук, профессор, директор 

ул. Академика Купревича, 10, 220084, Минск

Vadzim A. Kitsikau – Dr. Sc. (Engineering), Professor, Director 

10, Akademiсian Kuprevich Str., 220084, Minsk

kitsikau@mail.ruКорольК. В.KarolK. V.

Король Кирилл Викторович – инженер-технолог

ул. Учинская, 6б, 141207, Пушкино, Московская область

Kiril V. Karol – Process Engineer

6б, Uchinskaya Str., 141207, Pushkino, Moscow Region

dairytec@yandex.byБелорусский государственный аграрный технический университетBelarusian State Agrarian Technical UniversityИнститут жилищно-коммунального хозяйства НАН БеларусиInstitute of Housing and Communal Services of the National Academy of Sciences of BelarusООО «Агроферма»LLC “Agroferma”202407112024624319334Copyright © Григорьев Д.А., Китиков В.О., Король К.В., 20242024Григорьев Д.А., Китиков В.О., Король К.В.Hryhoryeu D.A., Kitsikau V.A., Karol K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/776

Дается определение и сформулированы методологические принципы создания адаптивной механико-информационной системы доения коров, разрабатываемой в рамках сложно детерминированного взаимодействия элементов триединой системы человек – машина – животное. Приведена итерационная модель жизненного цикла алгоритма адаптивного управления процессом доения, реализуемая путем декомпозиции и агрегирования компонентов и элементов подсистемы объекта инжиниринга. На основе теории механики жидкости сформированы общие принципы математического моделирования процесса молоковыведения с использованием для описания динамики молокоотдачи коровы стандартных математических функций. Приведены уравнения потока и объема молока, выдаиваемого за один цикл пульсации. Обоснована приоритетность влияния на интенсивность молокоотдачи длительности и соотношения тактов по сравнению с величиной вакуумметрического давления. На основе разработанной модели сделан анализ конкретных производственных ситуаций, связанных с особенностями протекания физиологических процессов и этологических реакций животных. Описаны примеры методики производственного исследования, проведенного с использованием возможностей адаптивных систем управления процессом доения. Полученные результаты подтверждают возможность увеличения скорости молокоотдачи и повышения продуктивности коров за счет использования оригинальной методики выбора параметров дифференцированной стимуляции и динамической пульсации в зависимости от скорости молокоотдачи и продуктивности коров в стаде. Разработанные методические принципы направлены на создание адаптивного к индивидуальным физиологическим особенностям и этологическим реакциям животных оригинального алгоритма управления процессом доения, обеспечивающего повышение продуктивности коров.

The definition and methodological principles for creating an adaptive mechanical-information system for cow milking are provided, developed within the framework of the complex determined interaction of elements in the triune system of human-machine-animal. An iterative life cycle model of the adaptive control algorithm for the milking process is presented, implemented through the decomposition and aggregation of components and elements of the engineering object subsystem. Based on fluid mechanics theory, general principles of mathematical modeling of the milk extraction process are formulated, using standard mathematical functions to describe the dynamics of cow milk flow rate. Equations for the flow and volume of milk extracted per pulsation cycle are provided. The priority influence of the duration and ratio of cycles on milk flow rate intensity, compared to the magnitude of vacuum pressure, is substantiated. Based on the developed model, an analysis of specific production situations related to the peculiarities of physiological processes and ethological reactions of animals is conducted. Examples of the production research methodology using the capabilities of adaptive control systems for the milking process are described. The obtained results confirm the possibility of increasing the milk flow rate and cow productivity through the use of an original methodology for selecting parameters for differentiated stimulation and dynamic pulsation depending on the milk flow rate and productivity of cows in the herd. The developed methodological principles are aimed to create an original control algorithm for the milking process, adaptive to the individual physiological characteristics and ethological reactions of animals, ensuring increased cow productivity.

адаптивное доениемодельно-ориентированный методмеханико-информационная системадифференцированная стимуляциядинамическая пульсациямолокоотдачапродуктивность коровadaptive milkingmodel-oriented methodmechanical-information systemdifferentiated stimulationdynamic pulsationmilk flow ratecow productivityReferencesDairy market review: emerging trends and outlook 2022 / Food a. Agriculture Organization of the UN. – Rome: FAO, 2023. – 10 p.Dairy market review: emerging trends and outlook 2022. Rome, FAO, 2023. 10 p.Обзор рынка молока и молочной продукции государств-членов Евразийского экономического союза за 2013– 2017 гг. / Департамент агропром. политики Евраз. экон. комис. – М., 2018. – 150 с.Eurasian Economic Commission. Milk and dairy products market review of the member states of the Eurasian Economic Union for 2013–2017. Moscow, 2018. 150 p. (in Russian).Global milking Machines Market Report (2021 to 2030) – featuring Fullwood, BouMatic Robotics and AMS-Galaxy USA among others [Electronic resource] // GlobeNewswire. – Mode of access: https://www.globenewswire.com/en/news-release/2021/12/07/2347222/28124/en/Global-Milking-Machines-Market-Report-2021-to-2030-Featuring-Fullwood-BouMaticRobotics-and-AMS-Galaxy-USA-Among-Others.html. – Date of access: 14.12.2023.Global milking Machines Market Report (2021 to 2030) – featuring Fullwood, BouMatic Robotics and AMS-Galaxy USA among others. GlobeNewswire. Available at: https://www.globenewswire.com/en/news-release/2021/12/07/2347222/28124/en/Global-Milking-Machines-Market-Report-2021-to-2030-Featuring-Fullwood-BouMatic-Robotics-and-AMS-GalaxyUSA-Among-Others.html (accessed 14.12.2023).Республиканский семинар-совещание о развитии животноводства [Электронный ресурс] // Официальный Интернет-портал Президента Республики Беларусь. – Режим доступа: https://president.gov.by/ru/events/respublikanskiy-seminar-soveshchanie-o-razvitii-zhivotnovodstva. – Дата доступа: 14.12.2023.Republican seminar-meeting on the development of livestock breeding. Official Internet Portal of the President of the Republic of Belarus. Available at: https://president.gov.by/ru/events/respublikanskiy-seminar-soveshchanie-o-razvitii-zhivotnovodstva (accessed 14.12.2023) (in Russian).Хасанов, М. М. Научный инжиниринг – почему это так важно? / М. М. Хасанов. – СПб.: Газпромнефть, 2020. – 25 с.Khasanov M. M. Scientific engineering – why is it so important? St. Petersburg, Gazpromneft’ Publ., 2020. 25 p. (in Russian).Модельно-ориентированный инжиниринг физико-технических, информационных и интеллектуальных систем / С. Н. Гаричев [и др.] // Тр. МФТИ. – 2022. – Т. 14, № 2. – С. 149–161.Garichev S. N., Gorbachev R. A., Davydenko E. V., Japarov B. A., Kondratiev V. V. Model-oriented engineering of physics and technology, information and intelligence systems. Trudy MFTI = Proceedings of MIPT, 2022, vol. 14, no. 2, pp. 149–161 (in Russian).Баденко, В. Л. Модельно-ориентированный системный инжиниринг для строителей: основные понятия и принципы / В. Л. Баденко. – СПб.: С.-Петерб. политехн. ун-т, 2023. – 44 с.Badenko V. L. Model-based systems engineering for builders: basic concepts and principles. St. Petersburg, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University, 2023. 44 p. (in Russian).Mein, G. A. Machine milking. Vol. 1 / G. A. Mein, D. J. Reinemann. – CreateSpace Independent Publ. Platform, 2015. – 174 p.Mein G. A., Reinemann D. J. Machine milking. Volume 1. CreateSpace Independent Publishing Platform, 2015. 174 p. (in Russian).Григорьев, Д. А. Уравнение равновесного потока жидкости в системе сосок – доильный стакан / Д. А. Григорьев, А. М. Кравцов // Агропанорама. – 2023. – № 5 (159). – С. 2–6. https://doi.org/10.56619/2078-7138-2023-159-5-2-6Hryhoryeu D. A., Kravtsov A. M. Equation of equilibrium fluid flow in the teat-teat cup system. Agropanorama, 2023, no. 5 (159), pp. 2–6 (in Russian). https://doi.org/10.56619/2078-7138-2023-159-5-2-6Моделирование процесса молоковыведения в системе сосок – доильный стакан / Д. А. Григорьев [и др.] // Агропанорама. – 2024. – № 1 (161). – С. 7–11. https://doi.org/10.56619/2078-7138-2024-161-1-7-11Hryhoryeu D. A., Kitsikau V. O., Avdoshka I. V., Karol K. V. Modeling of milk production process in teat – teat cup system. Agropanorama, 2024, no. 1 (161), pp. 7–11. https://doi.org/10.56619/2078-7138-2024-161-1-7-11Альтшуль, А. Д. Гидравлические сопротивления / А. Д. Альтшуль. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1982. – 224 с.Al’tschul’ A. D. Hydraulic resistance. 2nd ed. Moscow, Nedra Publ., 1982. 224 p. (in Russian).Динамика изменения площади соскового канала в процессе доения / Д. А. Григорьев [и др.] // Агропанорама. – 2024. – № 3 (163). – С. 2–6. https://doi.org/10.56619/2078-7138-2024-163-3-2-6Hryhoryeu D. A., Kitsikau V. O., Kravtsov A. M., Karol K. V. Dynamics of teat canal area change in the process of milking Agropanorama, 2024, no. 3 (163), pp. 2–6 (in Russian). https://doi.org/10.56619/2078-7138-2024-163-3-2-6Адаптивное доение в промышленной технологии производства молока / В. О. Китиков [и др.] // Техническое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве: сб. науч. ст. Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 23–24 нояб. 2023 г. / Белорус. гос. аграр. техн. ун-т. – Минск, 2023. – С. 39–44.Kitsikau V. O., Hryhoryeu D. A., Karol K. V., Zhurko V. S. Adaptive milking in industrial milk production technology. Tekhnicheskoe obespechenie innovatsionnykh tekhnologii v sel’skom khozyaistve: sbornik nauchnykh statei Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Minsk, 23–24 noyabrya 2023 g. [Technical support of innovative technologies in agriculture: collection of scientific papers of the International scientific and practical conference, Minsk, November 23–24, 2023]. Minsk, 2023, pp. 39–44 (in Russian).Пильгунов, В. Н. Особенности истечения жидкости через отверстия некруглой формы / В. Н. Пильгунов, К. Д. Ефремова // Гидравлика. –2023. – № 18. – С. 26–46.Pilgunov V. N., Efremova K. D. Features of fluid flow through non-circular holes. Gidravlika [Hydraulics], 2023, no. 18, pp. 26–46 (in Russian).Svennersten-Sjaunja, K. Efficient milking / K. Svennersten-Sjaunja. – DeLaval, 2001. – 57 p.Svennersten-Sjaunja K. Efficient milking. DeLaval, 2001. 57 p.Григорьев, Д. А. Технология машинного доения коров на основе конвергентных принципов управления автоматизированными процессами / Д. А. Григорьев, К. В. Король. – Гродно: ГГАУ, 2017. – 215 с.Hryhoryeu D. A., Karol K. V. Technology of machine milking of cows on the basis of convergent principles of control of automated processes. Grodno, Grodno State Agrarian University, 2017. 215 p. (in Russian).Король, К. В. Молочная продуктивность и молокоотдача коров при использовании дифференцированных динамических параметров доения / К. В. Король, Д. А. Григорьев // Сельское хозяйство – проблемы и перспективы: сб. науч. тр. / Гродн. гос. аграр. ун-т. – Гродно, 2018. – Т. 41: Зоотехния. – С. 107–113.Karol K. V., Hryhoryeu D. A. Dairy productivity and milk yield of cows at the use of differentiated dynamic parameters of milking. Sel’skoe khozyaistvo – problemy i perspektivy: sbornik nauchnykh trudov. T. 41. Zootekhniya [Agriculture – problems and prospects: collection of scientific papers. Vol. 41. Zootechnics]. Grodno, 2018, pp. 107–113 (in Russian).Король, К. В. Морфофункциональные свойства вымени при дифференцированной динамической пульсации в процессе доения / К. В. Король, Д. А. Григорьев // Сельское хозяйство – проблемы и перспективы: сб. науч. тр. / Гродн. гос. аграр. ун-т. – Гродно, 2017. – Т. 37: Зоотехния. – С. 113–119.Karol K. V., Hryhoryeu D. A. Morphofunctional properties of the udder at the differentiated dynamic pulsation during the milking process. Sel’skoe khozyaistvo – problemy i perspektivy: sbornik nauchnykh trudov. T. 37. Zootekhniya [Agriculture – problems and prospects: collection of scientific papers. Vol. 37. Zootechnics]. Grodno, 2017, pp. 113–119 (in Russian).Король, К. В. Молочная продуктивность коров при дифференцированной динамической пульсации в процессе доения / К. В. Король, Д. А. Григорьев // Сельское хозяйство – проблемы и перспективы: сб. науч. тр. / Гродн. гос. аграр. ун-т. – Гродно, 2017. – Т. 37: Зоотехния. – С. 106–112.Karol K. V., Hryhoryeu D. A. Milk productivity of cows with differentiated dynamic pulsation during milking. Sel’skoe khozyaistvo – problemy i perspektivy: sbornik nauchnykh trudov. T. 37. Zootekhniya [Agriculture – problems and prospects: collection of scientific papers. Vol. 37. Zootechnics]. Grodno, 2017, pp. 106–112 (in Russian).Король, К. В. Молочная продуктивность коров при различных параметрах динамического изменения длительности такта сосания / К. В. Король // Сельское хозяйство – проблемы и перспективы: сб. науч. тр. / Гродн. гос. аграр. ун-т. – Гродно, 2016. – Т. 35: Зоотехния. – С. 72–78.Karol K. V. Milk productivity of cows with various parameters of dynamic change in sucking phase duration. Sel’skoe khozyaistvo – problemy i perspektivy: sbornik nauchnykh trudov. T. 35. Zootekhniya [Agriculture – problems and prospects: collection of scientific papers. Vol. 35. Zootechnics]. Grodno, 2016, pp. 72–78 (in Russian).Овсянников, А. И. Основы опытного дела в животноводстве / А. И. Овсянников. – М.: Колос, 1976. – 303 с.Ovsyannikov A. I. Fundamentals of experimental work in animal husbandry. Moscow, Kolos Publ., 1976. 303 p. (in Russian).Гарькавый, Ф. Л. Селекция коров и машинное доение / Ф. Л. Гарькавый. – М.: Колос, 1974. – 160 с.Gar’kavyi F. L. Selection of cows and machine milking. Moscow, Kolos Publ., 1974. 160 p. (in Russian).Григорьев, Д. А. Дифференцированное динамическое доение как фактор ветеринарного благополучия и продуктивности коров / Д. А. Григорьев, К. В. Король, В. С. Журко // Эколого-биологическое благополучие растительного и животного мира: материалы междунар. науч.-практ. конф., Благовещенск, 23 сент. 2020 г. / Дальневост. гос. аграр. ун-т; редкол.: А. В. Сепнчик [и др.]. – Благовещенск, 2020. – С. 84–85.Hryhoryeu D. A., Karol K. V., Zhurko V. S. Differentiated dynamic milking as a factor of veterinary well-being and productivity of cows. Ekologo-biologicheskoe blagopoluchie rastitel’nogo i zhivotnogo mira: materialy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Blagoveshchensk, 23 sentyabrya 2020 g. [Ecological and biological well-being of flora and fauna: abstracts of the International scientific and practical conference, Blagoveshchensk, September 23, 2020]. Blagoveshchensk, 2020, pp. 84–85 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.