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全自動擠乳(機器人)系統應用於乳牛場之探討(一)
編譯 王思涵、李國華
一、前 言
自動化擠乳系統(機器人)之起源，主要是因為80年代時期勞動人力成本逐漸增加的情形下所發展出的產物(Rossing 1985;
Rossing & Hogewerf, 1997; Lind
2000)。擠乳作業是乳牛場經營管理中花費最多時間的部分，大約需佔牧場全部勞動力的25至35
%左右。若透過自動化擠乳系統對於節省乳牛場之人力與成本開銷有很大的助益。機器人擠乳除了節省擠乳作業的勞動人力也進一步改變乳牛場的運作模式，自動化擠乳大幅減少傳統人力管理與控制牧場的情形，酪農不再需要每日定時定點擠乳，且自動掌控技術會智慧偵測乳房健康取代以往需要長時間之肉眼觀察牛隻乳房。擠乳過程中最重要的清潔部分，自動化擠乳系統可以一天24小時準確的清潔乳頭、分析乳質與區分異常乳。另外，使用自動化擠乳系統必須考慮永久使用性的問題，例如可能需要在畜舍內配置特定的通道這可能會影響牛群放牧。自動化擠乳系統對於環境與減少擠乳時勞動人力而言是相當有其競爭力的，且其他的潛在好處包括提高動物健康、動物福祉與乳量。
二、自動化(機器人)擠乳系統技術層面
自動化擠乳系統在60-70年代發展初期時，系統是缺少擠乳前準備與自動套脫杯系統。直至Rossing & Hogewerf
(1997)時才開始發展自動化乳杯套裝與脫杯等相關技術。然而，自動化擠乳需要的不僅是自動化套杯與脫杯，還有其他許多重要的程序，包含自動擠乳、乳頭清潔、乳頭偵測、自動套杯脫杯、整組擠乳系統的控制感測器與軟體介面等。自動化擠乳系統分成兩種單欄整合型與多欄式搭配可移動擠乳與套杯設備。單欄式適用於55-65頭左右的牛群每日擠乳數次；而多欄式則包含2-4組擠乳設備可適用於80-150頭左右的牛群每日擠乳三次以上。自動擠乳系統的應用成敗與牛群之擠乳意願有極大的關聯性，因此系統在擠乳過程中都會搭配自動給料系統以提高牛群使用擠乳設備的動機。此系統必須取代傳統擠乳時人為操作的手、眼與耳朵功能，故其包含牛隻辨識系統、清潔系統、擠乳系統與辨別異常乳設備，以滿足各項乳品質標準。乳頭清潔系統中包含刷子與滾筒，可以清潔整組乳杯也可獨立清潔特定乳杯，根據試驗結果指出其清潔效果比乳杯未清潔前好，但仍未比使用人工清潔來得優(Schuiling,
1992,Knappstein
2004)。整個擠乳過程中系統會全程監控並記錄，並自動貯存於資料庫中讓酪農依不同牧場的牛群狀況作最適的設定。擠乳重要訊息可藉由系統作表列式參考與報表輸出，甚至遠端的資料傳輸等。
三、使用自動化(機器人)擠乳系統之牧場
因飼養成本增加與乳價降低導致酪農需將牛隻的生乳產能發揮至最大，1992年在荷蘭出現第一座使用自動化擠乳系統的商業牧場，在自動化擠乳系統發展早期酪農接受度不高，直到90年代末期才約有2000家酪農戶使用自動化擠乳系統其中多為荷蘭與歐洲國家，少數在日本與北美。2009年底，使用自動化擠乳系統之酪農超過8000戶左右(圖1)，主要多為家庭式的1-3組擠乳設備但仍包含有10組以上的大型酪農戶使用，超過90%以上的自動化擠乳系統顧問團隊多集中於北歐區域。目前使用最多自動化擠乳系統的是荷蘭約有2000戶酪農使用。自動化擠乳系統需要高度的技術支援與維護管理，也是未來最主要的挑戰之一。
四、自動化擠乳(機器人)系統與擠乳管理
從傳統式擠乳設備轉換成自動化擠乳設備初期，對於牛群習慣與酪農操作上有很大的改變。自動化擠乳系統淘汰了傳統長時間人為監督擠乳的程序，但也產生了新的勞動模式(Schon1992;
Lind 2000; De Koning
2002)。自動化擠乳系統主要包含乳房清潔與擠乳控制兩部分，每日二至三次的擠乳可以完全取代傳統人為操作的限制並將乳產量發揮至最大。在大型乳牛場的應用結果發現，自動擠乳系統相較於傳統式擠乳設備可以節省約20-30%左右的勞動人力，但是在使用自動化擠乳系統的第一年，因為牛群與酪農對系統的磨合，擠乳會比以往花費較多的時間。因此，使用自動化擠乳最大的差異是在勞動力的減少，原本需要勞動的擠乳作業被自動化取代後轉變成利用電腦監控檢查機器運作是否正常。勞動力不會再被綁在擠乳作業而能更有效的發揮於其他區塊。這也是自動化擠乳吸引小型家庭式牧場的主要原因，且擠乳作業是持續進行的，不需要有任何人是必須為擠乳作業長時間待命。一般而言，兩星期會發生一次機械問題需要處理，但也會因管理與維持的程度有所差異。對牛群而言，自動化擠乳系統並不適用於所有的牛群，乳頭形狀與乳頭位置不佳可能會造成自動套杯困難，或甚至有些牛群完全無法適用自動擠乳系統。以新安裝自動化擠乳系統的酪農經驗而言，平均約有低於5%左右的牛群無法適用(De
Koning & Rodenburg,
2004)。在轉換至自動化擠乳系統的初期，牛群適應自動化擠乳系統的時間會相較於適應傳統式擠乳設備的時間來得長，在訓練牛群適應的第一週必須安靜且前後一致的讓牛隻熟悉，牛隻即可快速的適應環境與機器。
(一)增加乳產量
使用自動擠乳系統其中一項好處是增加乳產量，Erdman & Varner(
1995)研究報告指出當擠乳次數尤每日兩次增加至三次其乳產量約增加6-25%左右。由圖二可以看出使用自動擠乳若擠乳次數低於每日兩次則其乳產量會反之減少。由歐洲各地使用自動化擠乳系統的經驗來看，使用自動化擠乳系統約可增加乳產量5-10%
(De Koning & Rodenburg, 2004, Bach 2007,Bijl
2007)。在美國有許多大型的乳牛場每日三次擠乳是司空見慣的事，但若三倍量的牛群需要適應自動化擠乳設備，則乳產量反而會降低5-10% (De
Koning & Rodenburg, 2004)。
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圖2.超過兩年資料收集之擠乳間距之頻率分佈圖 |
(二)機器人擠乳系統之動態擠乳與飼養管理變化
在自動擠乳系統中，可以發現個別牛隻在擠乳性狀與飼料效率間有明顯的關聯性變化。目前的偵測系統並無法說明這些變化，這是因為系統中缺乏各項參數的運算模組，比較適合的模組如動態線性模型。動態擠乳與餵飼系統已在瓦赫寧根大學高科技農場架設完成，包含擠乳頻率與濃縮飼料資料等(André
2007, 2010)。初步結果顯示，使用自動擠乳系統可以明顯的增加乳牛之飼料效率。
(三)機器人擠乳之感應器設備與資料收集
自動化擠乳系統包含感應器與資料數據收集管理系統，可以觀察並控制擠乳過程中的各項變化。數據會自動貯存於資料庫中便於酪農依照牛群狀況調整擠乳流程與條件。系統資料庫中的龐大資料內容，經過軟體運算後可轉化成條列式清單與報表，以螢幕顯示或報表列印的模式提醒酪農了解牧場的狀況(Hogeveen
& Ouweltjes, 2003, De Koning & Ouweltjes,
2004)。對於製造商與使用者而言，最大的挑戰是偵測異常問題的出現，偵測異常被視為一種管理上的例外現象，例如:臨床性乳房炎與異常乳的關聯。一般而言，乳牛產生異常乳是因為乳房炎的關係
，而乳房炎通常會伴隨一些肉眼可觀察的現象，這樣可以輔助偵測異常問題的解決。舉例說明
，假設異常乳是由乳房炎所產生，每年約有25%左右的牛隻發生一次乳房炎，而其中異常乳出現
於擠乳的比例約10%左右。以100頭牛每年擠乳310天，每天擠乳2.5次的基礎計算僅有0.32%的機
率會在擠乳時出現異常乳。這可以清楚的計算出即使乳房炎的發生機率偏高，產生異常乳的比
例相較於正常乳而言是偏低的。先進的自動化擠乳系統利用不同感測器控制擠乳程序且可偵測
出乳品質包含乳成分、體細胞數、乳中含血、電導度與孕酮素等。這些偵測器搭配智慧型的運
算處理軟體可以協助酪農更了解牛群並作出正確的決策。在自動化擠乳系統的特別指導方針中
指出自動化擠乳感測器與應用技術都必須符合自動化國際標準組織的規範(ISO20966, 2007)。
(四)態度與期待
要如何成功應用自動化擠乳系統最重要的一項因素是酪農的態度與期待(Mathijs, 2004, Ouweltjes & De Koning,
2004)。根據製造商的經驗指出，有許多酪農使用自動化擠乳系統後， 又再轉換回傳統式的擠乳系統，雖然不同製造商在自動化擠乳系統銷售後調查中都有不錯的滿
意度，但仍有5-10%左右的酪農會回頭使用傳統式的擠乳系統(De Koning & Rodenburg, 2004)。
其中原因包含，酪農對於自動化擠乳系統的期待過高、或是酪農無法適應不同擠乳機系統，及
自動化擠乳系統故障率較高導致酪農沒有信心使用。近年來，隨著自動化擠乳系統之軟硬體的
更新，酪農的接受度也愈來愈高，但使用自動化擠乳系統初期會耗費較多的勞動力是無法避免 的挑戰。如何成功使用自動化擠乳系統有以下幾個關鍵點 :
1.貼近現實的期望；2.在新設備使 用前與使用後，密切與顧問保持連繫發現問題並解決3.有紀律並有彈性的應用系統與管理牛群
；4.必須能有效了解並使用其電腦設備；5.將關注力集中於畜舍規劃與牛群擠乳動線；6.維持
自動化擠乳系統於最佳狀態並定期維護；7.健康的牛群包含正常的腳蹄與良好的採食慾望。
待續∼
文章來源
C.J.A.M. (Kees) de Koning. 2010. Automatic milking common practice on
dairy farms.
The First North American Conference on Precision Dairy Management.
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