DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2023.53.176-185

Застосування мехатронних систем в системі машин для тваринництва

В.В. Кравченко, А.В. Войтік, І.О. Лісовий

Об авторах

В.В. Кравченко, доцент, кандидат технічних наук, Уманський національний університет садівництва, м. Умань, Україна, e-mail: kr.vasyl.v@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-2334-0705

А.В. Войтік, доцент, кандидат технічних наук, Уманський національний університет садівництва, м. Умань, Україна, e-mail: av.afex81@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-8196-3102

І.О. Лісовий, доцент, кандидат технічних наук, Уманський національний університет садівництва, м. Умань, Україна, e-mail: lisov.iv.ol@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-1480-1805

Анотація

Розглянуто застосування мехатронних систем при утриманні тварин та птиці, забезпеченні мікроклімату, напуванні, кормороздаванні, видаленні гною та отриманні продукції. Проведені дослідження показують, що майже у всіх механізованих процесах в тваринництві використовуються мехатронні системи, які вже або використовуються на фермах або знаходяться ще на етапах розробки та досліджень. Основним рушієм впровадження мехатронних систем в тваринництві є зменшення затрат праці, покращений контроль за механізованими процесами на фермі, покращення виконання механізованих технологічних процесів та забезпечення комфорту тварин.

Ключові слова

мехатронні системи, машини для тваринництва, утримання, догляд, первинна продукція

Повний текст:

PDF

References

1. Boltianskyi, B.V., Boltianska, N.І. & Kovalov, O.O. (2021). Perspektyvy rozvytku mekhatronnykh system v silskomu hospodarstvi [Prospects for the development of mechatronic systems in agriculture]. Modern engineering of agro-industrial and food industries: Materialy MNPK (25-26 lystopada 2021 r.)  Materials of MNPC (pp. 150-152) [in Ukrainian].

2. Pavelchuk, Y.F. & Kolinchuk, R.V. (2023). Tekhnolohii u tochnomu tvarynnytstvi [Technologiesinprecisionlivestock]. Naukaitekhnikasohodni – Science and technology today, 8 (22), 420-434 [in Ukrainian].

3. Lebid, O.V., Kiporenko, S.S. & Vovk, V.Yu. (2023). Vykorystannia tekhnolohii shtuchnoho intelektu v silskomu hospodarstvi: yevropeiskyi dosvid ta zastosuvannia v Ukraini [Use of artificial intelligence technologies in agriculture: european experience and application in ukraine]. Elektronnemodeliuvannia – Electronic Modeling, Vol. 45, № 3, 57-71 [in Ukrainian].

4. Synyavina, Yu. & Butenko, T. (2021). Perspektyvy rozvytku haluzi tvarynnytstva v umovakh tsyfrovizatsii [Prospects for the development of the livestock industry in the conditions of digitalization]. Ekonomichnyianaliz – Economic analysis, 31.1, 178-185 [in Ukrainian].

5. Tkach, V.V., Fenenko, A.I., Afanasiev I.A. (2021). Perspektyvy tekhniko-tekhnolohichnoho zabezpechennia vyrobnytstva moloka na osnovi smart-tekhnolohii [Prospects for technical and technological support of milk production based on smart technologies]. Mekhanizatsiia ta elektryfikatsiiasilskohohospodarstva – Mechanization and electrification of agriculture, 14 (113), 142-150 [in Ukrainian].

6. Veselov, Ye.V., Shcherbakova, I.L. & Levchenko, I.S. (2019). Innovatsiini tekhnolohii u tvarynnytstvi ta efektyvnist vprovadzhennia kontseptsii Smart Farm [Innovative livestock technologies and the effectiveness of smart farm implementation]. Tavriiskyinaukovyivisnyk – Taurian Scientific Bulletin, 109.2, 15-20 [in Ukrainian].

7. Azeta, J., Bolu, C. A., Alele, F., Daranijo, E. O., Onyeubani, P., & Abioye, A. A. (2019, December). Application of Mechatronics in Agriculture: A review. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1378, No. 3, p. 032006). IOP Publishing [in English].

8. Finger, R. (2023). Digital innovations for sustainable and resilient agricultural systems. European Review of Agricultural Economics, 50(4), 1277-1309 [in English].

9. Neethirajan, S. (2021). Ethics of digital animal farming. Preprints, 2021b070368 [in English].

10. Monteiro, A., Santos, S., & Gonçalves, P. (2021). Precision Agriculture for Crop and Livestock Farming—Brief Review. Animals, 11, 2345 [in English].

11. Maurel, V. B., &Huyghe, C. (2017). Putting agricultural equipment and digital technologies at the cutting edge of agroecology. Ocl, 24(3), D307 [in English].

12. Cheng, C., Fu, J., Su, H., & Ren, L. (2023). Recent advancements in agriculture robots: Benefits and challenges. Machines, 11(1), 48 [in English].

13. Morrone, S., Dimauro, C., Gambella, F., &Cappai, M. G. (2022). Industry 4.0 and precision livestock farming (PLF): an up to date overview across animal productions. Sensors, 22(12), 4319 [in English].

14. Neethirajan, S. (2020). The role of sensors, big data and machine learning in modern animal farming. Sensing and Bio-Sensing Research, 29, 100367 [in English].

15. Rodenburg, J. (2013, June). Success factors for automatic milking. In Precision Dairy Conference, Mayo Civic Center, Rochester, Minnesota (pp. 22-34) [in English].

16. Simitzis, P., Tzanidakis, C., Tzamaloukas, O., & Sossidou, E. (2021). Contribution of Precision Livestock Farming systems to the improvement of welfare status and productivity of dairy animals. Dairy, 3(1), 12-28 [in English].

17. Alejandro, M. (2016). Automation devices in sheep and goat machine milking. Small Ruminant Research, 142, 48-50 [in English].

18. Connolly, A. (2019). The new Digital World of Dairy Farming – Bridging the data gap. Precision Dairy Farming. Proceedings of the 2nd International Precision Dairy Farming Conference.18-20 June 2019. University of Minnesota, (pp. 1-7) [in English].

19. Janni, K.A. & Jacobson, L.D. (2013, June). Multistage ventilation controllers: not just a thermostat. In Precision Dairy Conference, Mayo Civic Center, Rochester, Minnesota (pp. 63-64) [in English].

20. Janni, K.A. & Jacobson, L.D. (2013, June). Ventilation system demonstration trailer. In Precision Dairy Conference, Mayo Civic Center, Rochester, Minnesota (pp. 187-188) [in English].

21. Axegard, C. (2017). Individual drinking water intake of dairy cows in an AMS barn. Degree project in Animal Science Submitted to Swedish University of Agricultural Sciences [in English].

22. Ertuğrul, M., Zengin, K., & Tarhan, S. (2020). Development of a new automatic water intake measurement and recording system to monitor individual water drinking behaviors of cattle. AnadoluTarımBilimleriDergisi, 35(2), 245-250 [in English].

23. Romano, E., Brambilla, M., Cutini, M., Giovinazzo, S., Lazzari, A., Calcante, A., ...& Bragaglio, A. (2023). Increased Cattle Feeding Precision from Automatic Feeding Systems: Considerations on Technology Spread and Farm Level Perceived Advantages in Italy. Animals, 13(21), 3382 [in English].

24. Grothmann, A., Nydegger, F., Moritz, C. & Bisaglia, C. (2010). Automatic feeding systems for dairy cattle - potential for optimization in dairy farming. International Conference on Agricultural Engineering - AgEng 2010: Towards Envirmonmental Technologies [in English].

25. Aydin, A. (2021). Novel Technologies and Automation Systems In Livestock Farms. Arch Animal Husb& Dairy Sci. 2(3):. AAHDS.MS.ID.000538 [in English].

26. Oursolutions. Retrievedfrom. lely.com. Retrieved from https://www.lely.com/solutions/ [in English].

27. Mosquera, I.L.Q., Fierro, J.E.R., Zacarias, J.R.O., Montero, J.B., Quijano, S.A.C., & Huamanchahua, D. (2021, December). Design of an Automated System for Cattle-Feed Dispensing in Cattle-Cows. In 2021 IEEE 12th Annual Ubiquitous Computing, Electronics & Mobile Communication Conference (UEMCON) (pp. 0671-0675). IEEE [in English].

28. Ebertz, P., Krommweh, M. S., &Büscher, W. (2019). Feasibility study: improving floor cleanliness by using a robot scraper in group-housed pregnant sows and their reactions on the new device. Animals, 9(4), 185 [in English].

29. Ruud, L.E., & Froknestad, Ø. (2018). Function of automatic manure scrapers. In 10th International Livestock Environment Symposium (ILES X) (p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers [in English].

30. Naumenko, O.A., Palii, A.P. & Chyhryn, O.A. (2015). Zastosuvanniarobotyzovanykhsystem u molochnomuskotarstvi [Application of robotic systems indairy farming]. Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu silskohohospodarstva prysviachenyi 85-richchiu universytetu – The Bulletin of the Kharkiv National Technical University of Agriculture is dedicatedto the 85th anniversary of the university, 157, 32-38 [in Ukrainian].

31. John, A. J., Clark, C. E. F., Freeman, M. J., Kerrisk, K. L., Garcia, S. C., & Halachmi, I. (2016). Review: milking robot utilization, a successful precision livestock farming evolution. Animal 10. 1484–1492 [in English].

32. Piwczyński, D., Gondek, J., Sitkowska, B., & Kolenda, M. (2020). Comparison of results coming from automatic milking system in selected countries in Europe and US. Journal of Central European Agriculture, 21(2), 187-196 [in English].

33. Tremblay, M., Hess, J. P., Christenson, B. M., McIntyre, K. K., Smink, B., van der Kamp, A. J., ... & Döpfer, D. (2016). Factors associated with increased milk production for automatic milking systems. Journal of Dairy Science, 99(5), 3824-3837 [in English].

34. Vroegindeweij, B. A., van Willigenburg, G. L., Koerkamp, P. W. G., & van Henten, E. J. (2014). Path planning for the autonomous collection of eggs on floors. Biosystems engineering, 121, 186-199 [in English].

35. Vroegindeweij, B. A., Blaauw, S. K., IJsselmuiden, J. M., & van Henten, E. J. (2018). Evaluation of the performance of PoultryBot, an autonomous mobile robotic platform for poultry houses. Biosystems engineering, 174, 295-315 [in English].

Пристатейна бібліографія

1. Болтянський О.В., Болтянська Н.І., Ковальов О.О. Перспективи розвитку мехатронних систем в сільському господарстві. Сучасна інженерія агропромислових і харчових виробництв: Матеріали МНПК, 25-26 листопада 2021 р. Харків: ДБТУ, 2021. C. 150-152.

2. Павельчук Ю., Колінчук Р. Технології у точному тваринництві. Наука і техніка сьогодні. 2023, №8 (22). C. 420-434. DOI: https://doi.org/10.52058/2786-6025-2023-8(22)-420-434

3. Лебідь О.В., Кіпоренко С.С., Вовк В.Ю. Використання технологій штучного інтелекту в сільському господарстві: європейський досвід та застосування в Україні. Електронне моделювання. 2023. Т. 45.№ 3. С. 57-71. DOI: https://doi. org/10.15407/emodel. 45.03. 057, 2023

4. Соловей О.Ю., Лисова В.П. Перспективи розвитку галузі тваринництва в умовах цифровізації. Економічний аналіз. Сучасні тенденції розвитку науки та освіти: Матеріали Всеукраїнської науково-практичної інтернет-конференції педагогічних та науково-педагогічних працівників, аспірантів, молодих учених 30 листопада 2021 року. Ніжин, 2021. С. 145-151.

5. Ткач В.В., Фененко А.І., Афанасьєв І.А. Перспективи техніко-технологічног озабезпечення виробництва молока на основі смарт-технологій. Механізація та електрифікація сільського господарства. 2021. Вип. 14 (113). С. 142-150. DOI: https://doi.org/10.37204/0131-2189-2021-14-16

6. Веселов Є.В., Щербакова І.Л., Левченко І.С. Інноваційні технології у тваринництві та ефективність впровадження концепції Smart Farm. Таврійський науковий вісник. 2019. Вип.109.2: С.15-20. DOI https://doi.org/10.32851/2226-0099.2019.109-2.3

7. Azeta, J. et al. Application of Mechatronics in Agriculture: A review. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2019. p. 032006. DOI:10.1088/1742-6596/1378/3/032006

8. Finger R. Digital innovations for sustainable and resilient agricultural systems. European Review of Agricultural Economics. 2023, 50.4: 1277-1309. DOI: https://doi.org/10.1093/erae/jbad021

9. Neethirajan S. Ethics of digital animal farming. Preprints. 2021, 2021070368. DOI: 10.20944/preprints202107.0368.v1

10. Monteiro A., Santos S.,Gonçalves P. Precision Agriculturefor Crop and LivestockFarming—Brief Review. Animals. 2021. 11. 2345. DOI: https://doi.org/10.3390/ani11082345

11. Bellon Maurel V., Huyghe C. Putting agricultural equipment and digital technologies at the cutting edge of agroecology. OCL. 2017. 24(3): D307. DOI: https://doi.org/10.1051/ocl/2017028

12. Cheng C., Fu J., Su H., Ren L. Recent Advancements in Agriculture Robots: Benefits and Challenges. Machines. 2023. 11. 48. DOI: https://doi.org/10.3390/machines11010048

13. Morrone S., Dimauro C., Gambella F., Cappai M.G. Industry 4.0 and Precision Livestock Farming (PLF): An up to Date Overview across Animal Productions. Sensors. 2022. 22, 4319. DOI: https://doi.org/10.3390/s22124319

14. Neethirajan S. The role of sensors, big data and machine learning in modern animal farming. Sensing and Bio-Sensing Research. 2020. 29. 100367.DOI: https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2020.100367

15. Rodenburg J. Success factors for automatic milking. Precision Dairy Conference. Mayo Civic Center, Rochester, Minnesota. June 26-27, 2013. 2013. p. 22-34.

16. Simitzis P., Tzanidakis C., Tzamaloukas O., Sossidou E. Contribution of Precision Livestock Farming Systems to the Improvement of Welfare Status and Productivity of Dairy Animals. Dairy. 2022; 3(1)P. 12-28. DOI: https://doi.org/10.3390/dairy3010002

17. Alejandro M. Automation devices in sheep and goat machine milking. Small Ruminant Research. 2016. 142. Р. 48–50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.smallrumres.2016.04.004

18. Connolly A. The new Digital World of Dairy Farming – Bridging the data gap. Precision Dairy Farming. Proceedings of the 2nd International Precision Dairy Farming Conference. 18-20 June 2019. University of Minnesota, 2019. P. 1-7.

19. Janni K.A., Jacobson L.D. Multistage ventilation controllers: not just a thermostat. Precision Dairy Conference, Mayo Civic Center, Rochester, Minnesota . June 26-27, 2013. 2013. P. 63-64.

20. Janni K.A., Jacobson L.D. Ventilation system demonstration trailer. Precision Dairy Conference. Mayo Civic Center, Rochester, Minnesota . June 26-27, 2013. P. 187-188.

21. Axegard C. Individual drinking water intake of dairy cows in an AMS barn. Degree project in Animal Science Submitted to Swedish University of Agricultural Sciences. 2017. 42 p.

22. Ertuğrul M., Zengin K., Tarhan S. Development of a new automatic water intake measurement and recording system to monitor individual water drinking behaviors of cattle. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi. 2020, 35.2: P. 245-250. DOI: https://doi.org/10.7161/omuanajas.673790

23. Romano E, et al. Increased Cattle Feeding Precision from Automatic Feeding Systems: Considerations on Technology Spread and Farm Level Perceived Advantages in Italy. Animals. 2023; 13(21): 3382. DOI: https://doi.org/10.3390/ani13213382

24. Grothmann A., Nydegger F., Moritz C., Bisaglia C. Automatic feeding systems for dairy cattle - potential for optimization in dairy farming. Towards Envirmonmental Technologies. International Conference on Agricultural Engineering - AgEng 2010. Cemagref, Clermont-Ferrand (2010).P. 275-286.

25. Aydin A. Novel Technologies and Automation Systems In Livestock Farms. Arch Animal Husb& Dairy Sci. 2(3): 2021. AAHDS.MS.ID.000538. DOI: 10.33552/AAHDS.2021.02.000538.

26. Oursolutions: веб-сайт. URL: https://www.lely.com/solutions/ (датазвернення: 10.11.2023).

27. Mosquera L.Q., et al. Design of an Automated System for Cattle-Feed Dispensing in Cattle-Cows. IEEE 12th Annual Ubiquitous Computing, Electronics & Mobile Communication Conference (UEMCON). New York, NY, USA. 2021. P. 0671-0675. DOI: 10.1109/UEMCON53757.2021.9666491.

28. Ebertz P., Krommweh M.S., Büscher W. Feasibility Study: Improving Floor Cleanliness by Using a Robot Scraper in Group-Housed Pregnant Sows and Their Reactions on the New Device. Animals. 2019; 9(4):185. DOI: https://doi.org/10.3390/ani9040185

29. Ruud L.E., Froknestad Ø. Function of automatic manurescrapers. 10th International Livestock Environment Symposium (ILES X). American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2018. p. 1. DOI:10.13031/iles.18-029

30. Науменко О.А., Палій А.П., Чигрин О.А. Застосування роботизованих систем у молочному скотарстві. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства присвячений 85-річчю університету. 2015. Вип. 157 «Технічні системи і технології тваринництва». С. 32-38.

31. John A.J., et al. Review: Milking robot utilization, a successful precision livestock farming evolution. Animal 2016. 10. 1484–1492.

32. Piwczyński D., Gondek J., Sitkowska B., Kolenda M. Comparison of results coming from automatic milking system in selected countries in EUROPE and U.S. Journal of Central European Agriculture. 2020. 21.2: P. 187-196. DOI: /10.5513/JCEA01/21.2.2559

33. Tremblay M., et al. Factors associated with increased milk production for automatic milking systems. Journal of Dairy Science. 2016. 99. 3824–3837. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2015-10152

34. Bastiaan A., et al. Path planning for the autonomous collection of eggs on floors. Biosystems Engineering. Vol.121. 2014. P. 186-199. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2014.03.005

35. Bastiaan A., et al. Evaluation of the performance of Poultry Bot, an autonomous mobile robotic platform for poultry houses. Biosystems Engineering. Vol. 174. 2018. P. 295-315, DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2018.07.015

Copyright (c) 2023 В.В. Кравченко, А.В. Войтік, І.О. Лісовий