دنیای اتوماسیون در صنعت دامپروری شیری

گذار از ابزار ساده مکانیکی در قرن نوزدهم تا عصر داده‌محور امروز

این مقاله مروری خواهد داشت بر پیوند رشد جمعیت انسانی، اصلاح نژاد گاوهای شیری، افزایش فشار تولید و ضرورت‌های مدیریتی و اقتصادی که اتوماسیون را از انتخاب به اجبار تبدیل کرد.

1. آغاز راه؛ قرن نوزدهم و نخستین ماشین‌های شیردوشی

انقلاب صنعتی در اروپا و آمریکای شمالی، تحولات گسترده‌ای را نه تنها در صنایع سنگین، معادن و بخش نساجی، بلکه در عرصه‌ی کشاورزی و دامپروری نیز به همراه آورد. در این میان، دامپروری شیری به عنوان یکی از ارکان تأمین غذای جامعه، شاهد نخستین تلاش‌ها برای مکانیزه کردن فرآیندهای خود بود. در نیمه‌ی دوم قرن نوزدهم، اولین نمونه‌های دستگاه‌های شیردوشی مکانیکی پا به عرصه‌ی وجود گذاشتند.

در نیمه‌ی دوم قرن نوزدهم، اولین نمونه‌های دستگاه‌های شیردوشی مکانیکی پا به عرصه‌ی وجود گذاشتند.

اگرچه این ماشین‌های اولیه بسیار ساده طراحی شده بودند و غالباً به دلیل ایجاد آسیب در بافت حساس سرپستانک‌ها یا ناکارآمدی در تخلیه‌ی کامل شیر، با استقبال چندانی از سوی دامداران مواجه نشدند، اما زمینه‌ساز تحولات آینده بودند. نقطه‌‌ی عطف این مسیر، اختراع هوشمندانه‌ی «خوشه‌ی خرچنگی» بود که برای نخستین بار امکان اتصال هم‌زمان چهار لاینر به چهار پستان گاو را فراهم کرد و مکش متعادل و منظم شیر را ممکن ساخت. اختراع خوشه‌ی خرچنگی که در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم به طور گسترده به کار گرفته شد، به عنوان شالوده و اساس طراحی تمامی ماشین‌های شیردوشی مدرن تا به امروز باقی مانده است.

اختراع خوشه‌ی خرچنگی که در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم به طور گسترده به کار گرفته شد، به عنوان شالوده و اساس طراحی تمامی ماشین‌های شیردوشی مدرن تا به امروز باقی مانده است.

2. قرن بیستم؛ گذار از مکانیزاسیون ساده به اتوماسیون یکپارچه

ورود الکتریسیته به مزارع و واحدهای دامپروری، افق‌های جدیدی را در  زمینه‌ی توسعه‌ی ماشین‌های شیردوشی گشود. در دهه‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ میلادی، اولین سامانه‌های خلأ و پمپ‌های مکانیزه‌ی قدرتمند طراحی شدند که فرآیند دوشش را بسیار سریع‌تر، ایمن‌تر و برای دام کم‌استرس‌تر کردند. با این حال، دو نوآوری کلیدی در نیمه‌ی دوم این قرن بود که مفهوم واقعی «اتوماسیون» را در دامداری‌ها نهادینه کرد: نخست، ابداع سامانه‌های شست‌وشوی درجا (CIP) بود که امکان ضدعفونی و شست‌وشوی کاملاً خودکار خطوط لوله و مخازن ذخیره شیر را بدون نیاز به جداسازی و دخالت زیاد نیروی انسانی فراهم آورد و استانداردهای بهداشتی را متحول کرد. دوم، ظهور میلکومترهای اولیه بود که به دامدار این توانایی را داد تا برای اولین بار، میزان تولید شیر هر گاو را به طور مجزا و دقیق اندازه‌گیری کند؛ داده‌ای حیاتی که پیش از آن تنها با استفاده از ترازو و ظروف دستی و با صرف زمان و نیروی کار فراوان به دست می‌آمد. این دستاوردها، در واقع بستر لازم برای شکل‌گیری «مدیریت داده‌محور» در گله‌های شیری را فراهم کردند؛ عصری که در آن تصمیمات استراتژیک، کمتر بر پایه‌ی حافظه و تجربه‌ی صرف دامدار و بیشتر بر اساس داده‌های کمی و عینی استوار شد.

۳. روتاری‌ها، پارالل‌ها و شتاب گرفتن صنعتی‌سازی دامپروری

از دهه‌ی ۱۹۵۰ به بعد، همگام با رشد واحدهای دامپروری صنعتی و افزایش تعداد گاوهای شیری در هر مجموعه، نیاز به سالن‌های دوشش با ظرفیت و کارایی بالاتر بیش از پیش احساس شد. این نیاز منجر به طراحی و معرفی سالن‌های دوشش جدیدی مانند سامانه‌های پارالل و روتاری شد که با طراحی مهندسی‌شده‌ی خود، امکان دوشش هم‌زمان صدها رأس گاو را در بازه‌های زمانی کوتاه فراهم می‌کردند. در این میان، شیردوش‌های روتاری که اولین بار در کشورهایی مانند استرالیا و نیوزیلند مورد استقبال قرار گرفتند، تحولی بنیادین در مقیاس عملیات تولید شیر ایجاد کردند. در این سامانه‌های دایره‌ای شکل، گاوها بر روی سکویی چرخان قرار گرفته و به‌طور مداوم به سمت موقعیت دوشش حرکت می‌کنند و پس از اتمام فرآیند، به صورت خودکار از سامانه خارج می‌شوند. نمونه‌های هوشمند امروزی این روتاری‌ها حتی قادرند سرعت چرخش سکو را متناسب با میانگین سرعت دوشش گله به صورت پویا تنظیم کنند که این امر، آن‌ها را در زمره‌ی پیشرفته‌ترین نمونه‌های اتوماسیون در صنعت لبنیات جهان قرار داده است.

۴.  ورود رایانه و دیجیتال شدن مدیریت گله

دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ میلادی، هم‌زمان با گسترش رایانه‌های شخصی و سامانه‌های دیجیتال، شاهد نفوذ این فناوری‌ها به درون مزارع بودیم. در این دوره‌ی تاریخی، پانل‌های دیجیتال کنترل به عنوان بخشی جدایی‌ناپذیر از هر واحد دوشش نصب شدند که اطلاعات دقیق و تفکیک‌شده‌ی تولید شیر هر گاو را در حین دوشش ثبت می‌کردند. هم‌زمان، میلکومترهای نسل جدید به قابلیت‌های بیشتری مجهز شدند؛ آن‌ها می‌توانستند علاوه بر حجم شیر، شاخص‌های دیگری مانند رسانایی الکتریکی شیر (که به عنوان نشانه‌ای اولیه برای تشخیص ورم پستان زیربالینی به کار می‌رود) و نیز سرعت جریان شیر هر پستان را اندازه‌گیری و ثبت کنند. در کنار این سخت‌افزارها، اولین نرم‌افزارهای مدیریت گله نیز طراحی شدند که وظیفه‌ی تحلیل داده‌های خام جمع‌آوری شده را بر عهده داشتند. این مرحله از توسعه، در حقیقت دامپروری را به سمت «اتوماسیون اطلاعاتی» سوق داد؛ عصری که در آن ماشین‌آلات نه تنها کار فیزیکی را انجام می‌دادند، بلکه داده‌ها را نیز گردآوری، پردازش و در قالب گزارش‌های کاربردی در اختیار تصمیم‌گیران قرار می‌دادند.

۵. عصر رباتیک و هوش مصنوعی؛ طلیعه‌ی قرن بیست و یکم

در دو دهه‌ی اخیر، موج چهارم انقلاب صنعتی، معروف به «صنعت ۴.۰»، که بر پایه‌ی اتوماسیون هوشمند و سامانه‌های سایبر-فیزیکی استوار است، دامپروری شیری را نیز درنوردیده است. بارزترین نشانه‌های این تحول را می‌توان در موارد زیر مشاهده کرد:

• ربات‌های شیردوش کاملاً خودکار[i] (AMS): این سامانه‌ها قادرند بدون حضور دائمی اپراتور، گاو را از طریق شناسه‌های الکترونیکی تشخیص دهند، پستان‌ها را با استفاده از بینایی رایانه‌ای و حسگرهای لیزری مکانیابی کرده، لاینرها را به صورت خودکار متصل نمایند و کل فرآیند دوشش را تا مرحله‌ی ضدعفونی نهایی به پایان برسانند.

• حسگرهای پوشیدنی و اینترنت اشیاء (IoT): استفاده از حسگرهای نصب شده بر روی گردن، گوش یا پای دام که رفتارهای فیزیکی گاو از جمله مدت و کیفیت نشخوار، الگوی استراحت، نشانه‌های فحلی و همچنین شاخص‌های استرس گرمایی را به صورت لحظه‌ای و زنده رصد و ثبت می‌کنند.

• فیدرمیکسرهای هوشمند خودکششی: این ماشین‌های پیشرفته با بهره‌گیری از سامانه‌ی ناوبری GPS، حسگرهای توزین پیشرفته، سیلوتراشی و بارگیری هوشمند، و اتصال به نرم‌افزارهای مدیریت جیره، قادرند خوراک را با دقت و سرعت بی‌سابقه‌ای مخلوط کرده و در امتداد آخورها تخلیه کنند. گذشته از بروز یک انقلاب واقعی در ساخت و توزیع یکنواخت و مصون از خطا یا نوسان کمی و کیفی در حداقل زمان، این فناوری سبب کاهش بسیار چشمگیر در نیاز گاوداری‌های صنعتی به مکانیزاسیون پرهزینه و مولد ترافیک و آلودگی و استرس محیطی نظیر نیاز به بولدوزر، بیل مکانیکی، تراکتور، و فیدرهای حمال، و طبعاً کاهش مؤثر مصرف سوخت به ازای هر کیلوگرم شیر و گوشت تولید شده و از سوی دیگر افزایش پایدار تولید شیر، ارتقای بی‌سابقه‌ی کیفیت شیر، بهبود سطح باروری و آمار آبستنی و کاهش مصرف اسپرم منجمد به ازای هر آبستنی و زایش موفق گردیده است.

• پلتفرم‌های مدیریت یکپارچه گله: این پانل‌های دیجیتال، داده‌های پراکنده مربوط به تولید، سلامت، تغذیه و باروری را از منابع مختلف جمع‌آوری کرده و در قالب یک «داشبورد» واحد که به آسانی قابل فهم و تفسیر باشد در اختیار مدیر گله قرار می‌دهند تا امکان تصمیم‌گیری سریع و آگاهانه برای وی فراهم شود.

[i] Automatic Milking Systems