L’automazione come possibile opzione per l’allevamento bovino da latte

L’automazione come possibile opzione per l’allevamento

bovino da latte

Carlo Bisaglia

CREA-ING Laboratorio di Treviglio http://ing.entecra.it/

Workshop Zootecnia

Innovazione tecnologica per l’allevamento da latte

112° Fieragricola di Verona, Verona, 04 febbraio 2016

Impatto dell’innovazione sul lavoro

0 100 200 300 400

1950 1990 2010

Anni Rich iesta ann ua l av oro (ore/ cap o)

Fonte: Sangiorgi 2013, rielaborato

Lavoro: criticità in allevamenti bovini da latte (area UE)

Vitelli 20%

Alimentazione Benessere 25%

13%

Mungitura 15%

Gestione 12%

Sanità 8%

Varie 7%

Fonte: Bisaglia et al., 2008

Sviluppo di:

1. Sistemi automatici per la mungitura (AMS) 2. Sistemi automatici per l’unifeed (AFS)

3. Sistemi automatici per la pulizia

4. Sistemi automatici per climatizzaz. e illuminazione

Diffusione allevamenti con AMS

Fonte: Harms, 2014 e costruttori; stima basata sul n. di robot venduti, 2014

Crescente influenza dell’usato: un box singolo, ricondizionato e aggiornato dal costruttore (meccanica, sw), può valere dal 45 al 65% rispetto al nuovo.

(Fonte: de Havilland, 2015)

Andamento vendite di mungitrici in Germania

Fonte: Wendl e Harms, 2011 stima su dati dei costruttori

I costruttori di sistemi automatici di mungitura

N. Costruttore

Modello Tipologia Nazionalità

1 BouMatic Robotics MR-S1 ⁽²⁾ MR-D1 ⁽³⁾

Box singolo

Box singolo o doppio Olanda

2 DeLaval VMS

AMR

Box singolo

Impianto rotativo Svezia

3 Foolwood Merlin 225 Box singolo Regno Unito

4 Gea Farm

Technology MiOne Box singolo o multiplo (fino a

5, in serie) Germania

5 Insentec ⁽³⁾ Galaxy Astrea Box singolo o doppio (in

parallelo) Olanda

6 Lely Astronaut A4 Box singolo Olanda

7 SAC ⁽³⁾ RDS Futureline MAX

Box singolo o doppio (in

parallelo) Olanda

(1) in ordine alfabetico (2) attacco dal posteriore (3) stessa tecnologia

Classificazione delle soluzioni tecnologiche

Box singoli

Box doppi, in parallelo

Box multipli, in linea Impianti rotativi

Capacità operativa

(2,7 mungiture/capo/giorno)

Box singolo

Box doppio

Box multiplo (2-5)

Impianto rotativo (24 stalli)

55-65 80 80 - 180 390

Vecchie e nuove questioni sulla mungitura robotizzata

Localizzazione e attacco

Traffico

animali Organizzazione stalla

Monitoraggio animali Sensori e

PLF

Integrazione con il pascolo

Sanità della

mammella Qualità del latte

Gestione

Alimentazione Lavoro

Normative Costi

Variazione dinamica del rapporto di pulsazione

Fonte: De Laval, 2015

Sono disponibili diversi rapporti di pulsazione (r. alti = velocità mungitura;

r. bassi = delicatezza di mungitura).

Il sistema valuta, seleziona e applica il rapporto di pulsazione ottimale per ogni bovina e, per la stessa bovina, in funzione della fase di lattazione

Incrementi di flusso dell’8%

Condizioni ottimali per la salute dei capezzoli

Grado di utilizzo di un AMS a box singolo

Fonte: Bisaglia, 2010

Possibili scenari di utilizzo (AMS box singolo)

Ottimizzato

 Bovine selezionate

 3 cicli di pulizia/giorno con acqua calda

 Scambiatore di calore con l’impianto frigorifero

 170 mungiture/giorno

 1 h di inutilizzo del AMS

 Acqua per 100 l di latte:

26 l

 En. el. per 100 l di latte 2,3 kWh:

Non ottimizzato

 Bovine non selezionate

 4 cicli di pulizia/giorno con acqua fredda

 120 mungiture/giorno

 3 h di inutilizzo del AMS

 Acqua per 100 l di latte:

46 l

 En. el. per 100 l latte:

3,6 kWh

Condizioni medie

 Magg. bovine selezionata

 3 cicli di pulizia/giorno con acqua fredda

 150 mungiture/giorno

 3 h di inutilizzo del AMS

 Acqua per 100 l di latte:

28 l

 En. el. per 100 l di latte:

2,6 kWh

SCENARIO 1 SCENARIO 2 SCENARIO 3

Fonte: Bavarian State Research Center for Agriculture e DLG, 2015

Sensori on-farm e in-line

Misura Informazione Gestione

Ormoni Calori Riproduzione

Urea Chetosi Alimentazione

Proteine Infiammazioni Salute

Patogeni Mastiti/Patologie Salute/Prodotto

Conducibilità Mastiti Salute

Residui Qualità del latte Qualità del prodotto Produzione, grasso e

proteine Qualità della razione Alimentazione Body score Condizione corporea Alimentazione

Attività Salute dei piedi Salute

Posizione (GPS) Patologie/benessere Salute

Fonte: de Koning et al., 2012

Comportamento alimentare di bovine da latte

Parametro Primipare Pluripare

BP AP BP AP

Frequenza dei pasti (n./d) 8,7 8,6 7,5 7,21

Durata dei pasti (min/pasto) 36,9 36,9 38,5 35,7 Tempo di alimentaz. giornaliero (min/d) 300,8 298,6 271,9 244,6 Quantità ingerita per pasto (kg/s.s.) 2,2 2,3 3,1 3,42 Quantità giornaliera ingerita (kg/d s.s.) 18,3 19,1 22,3 23,4 Velocità di ingestione (g/min di s.s) 64,7 67,9 88,3 102,0

Fonte: Azizi et al., 2009 BP= Bassa Produzione AP=Alta Produzione

4/52

Quale razionamento per i bovini da latte?

Singoli alimenti, razionati, ad orari fissi

Singoli alimenti a scelta, ad libitum

Alimenti completamente miscelati, ad libitum

(unifeed)

Evoluzione tecnologica e affermazione dell’unifeed

Primi test in laboratorio

Inizio ‘30 ‘60 ‘80 ‘90 Fine ‘90 Inizio

2000

Fonte: Bisaglia et al., 2008

Monitoraggio dei parametri operativi: miscelazione e trinciatura

(Analizzatore AgriNIR. Fonte:

Dinamica Generale)

(Separatore di particelle. Fonte:

Pennsylvania State University)

Monitorare il 10- 15% delle vacche

pH 6,5 – 7,2 ottimale pH 5,0 - 5,5 acidosi

460 €/sensore ruminale

2300 € ricevitore

Monitoraggio dei parametri fisiologici: pH ruminale

Aspetti critici del razionamento TMR: gestione mangiatoia

710 mm

Necessità di gestire la mangiatoia dopo la distribuzione

Sistemi automatici vincolati

+ 2-3% di s.s. ingerita con 4 avvicinamenti (o push-up) al giorno

(Fonte: Nydegger, 2006)

Sistemi automatici a navigazione

Sistemi meccanici

Dinamica del comportamento alimentare

Fonte: Bailoni et al. 2006, adattato

Periodo della giornata, h

Razione giornaliera, %

100

50

0

24

3 6 9 12 15 18 21

0 1/3

5/52

Ritmo d’ingestione con

razionamento unifeed

SH = short (TMR  19 mm = 2,8%)

MSH = mostly short (TMR  19 mm = 6,7%) MLG = mostly long (TMR  19 mm = 11,1%) LG = long (TMR  19 mm = 15,5%)

Conseguenze della selezione degli alimenti

Fonte: Konoff, 2005

Il dilemma delle “4” razioni

1. La razione formulata (su carta).

2. La razione distribuita (in mangiatoia).

3. La razione assunta dagli animali (nelle 24 ore) 4. La razione digerita

Obiettivo: avere UNA SOLA razione!

Gli aspetti gestionali possono assumere

un’importanza superiore ai fattori nutrizionali e

genetici

30 m

1x/giorno

oppure

3 m

10x/giorno

E’ possibile migliorare la gestione del razionamento?

?

Schemi distributivi di razioni unifeed

Possibili strategie di distribuzione

Periodo della giornata, h

Razione giornaliera, % ¹⁰⁰

50

0

24

3 6 9 12 15 18 21

0

Periodo della giornata h 100

50

0 0 3 6 9 12 15 18 21 24

1 distribuzione al giorno, per gruppo avvicinamento

Numerose distribuzioni al giorno, per gruppo

Unifeed convenzionale Unifeed automatizzato

1/3

Sistemi convenzionali vs. AFS per l’unifeed

 l’allevatore non è direttamente coinvolto nella preparazione e distribuzione della razione;

 i tempi di distribuzione della razione sono programmabili;

 i miscelatori sono generalmente di volume ridotto;

 si possono ipotizzare sinergie con altri sistemi (es.: con AMS).

Con i sistemi automatici:

N. Costruttore¹ Modello Metodo di alimentazione Nazionalità 1 Agro Contact SM 2000

MS 3000 Gruppi Canada

2 Agro X One2Feed Gruppi Danimarca

3 Airablo R.T.M.i. Gruppi Canada

4 Bélair Aviso Gruppi Francia

5 Cormall² Multimix MTX a. Conveyor Gruppi Danimarca b. Multi-feeder

6 De Laval Optimat II Gruppi Svezia

7 Hetwin² Aramis II Gruppi Austria

8 Hirl SF 1300 Gruppi Germania

9 Jeantil Automatic feeding Gruppi Francia

10 Kuhn² K2 1600 Gruppi Francia

11 Lely Vector Gruppi Olanda 12 Lemmer-Fulwood² FMR Gruppi Germania 13 GEA FarmTec. Mix feeder Gruppi Germania Free Stall Feeder

Mix & Carry

14 NHK-Keskus Oy² RoboFeed Gruppi Finlandia

15 Pellon a. Feedline R-type

b. TMR Robot Gruppi Finlandia 16 Rioh Sputnic Gruppi Danimarca 17 Rovibec Dec DP

Dec SR Gruppi Canada

18 Schauer² Transfeed Dec Gruppi Austria

19 Schuitemaker Innovado Gruppi Olanda

20 Trioliet Triomatic Gruppi Olanda

21 ValMetal D.A.F.; Autoration V+ Gruppi Canada

22 Wasserbauer MixMeister Gruppi ___ Austria

1In ordine alfabetico; ² Accordi con altri costruttori

I costruttori di sistemi automatici per l’unifeed

Le soluzioni tecnologiche I

Caricatore Sili orizzontali

Sili verticali

Distributori concentrati

Distributori semoventi

Nastro trasportatore

Distributori su rotaia Miscelatori stazionari

Fonte dello schema: Haydn, 2014

Fonte dello schema: Haydn, 2014

Le soluzioni tecnologiche II

Container meccanici

Nastro trasportatore

Depositi temporanei con

carico a gru

Miscelatori distributori semoventi

Miscelatori stazionari

Distributori su rotaia

Distributori semoventi Sili orizzontali

Sili verticali

Distributori concentrati

Miscelatori distributori su rotaia

Caricatore

Sistemi stazionari basati su nastri trasportatori

Distributori mobili, su rotaia

Uno o più miscelatori fissi preparano la/le razioni

successivamente distribuite

Miscelatori-distributori mobili, su rotaia

Miscelatore-distributore mobile e sili

meccanici (9-20 m

)

Sistemi di miscelazione

Alimentazione a corrente alternata

Gestire (= minimizzare) la variabilità

32,8%

35,4%

38,7%

31,4%

37,7%

30,4%

33,7%

34,9%

31,4%

Il 6% di s.s. in meno nell’

insilato di mais può

causare cali produttivi di

quasi 2 kg/giorno/capo di

latte (Berzagi et al., 2005)

Dosaggio e pesatura di precisione

Introduzione di sensori in- line per la determinazione di nutrienti e/o della s.s.

(analizzatore NIR IRM™, Dinamica Generale)

Fonte: Dinamica Generale

30” 30”

Modalità di gestione e tracciabilità

 Razioni

 Gruppi

 Frequenza

 Intervalli

 Scorte

Sistemi semoventi a navigazione programmabile

2012 Ad esempio:

- Transponder all’interno degli edifici

- GPS negli spazi aperti

Carico automatico da sili orizzontali

2014

2008

Impulso dei sistemi semoventi e dell’automazione

Jeantil, Modello per gruppi:

Automatic feeding, Francia

Bélair, Modello per gruppi: Aviso, Francia

“Automated cattle feeding – from silo to rumen”: lectures, round table

and demonstrations

24-28 febbraio 2013

Trioliet, Modello per gruppi: T15, Olanda

Prototipo di semovente standard autonomo

Fonte: Hirl-Technik, Germania, 2014

Cavo per arresto d’emergenza Laser scanner di navigazione Laser scanner anticollisione

AOS-Advanced Object-detection System (Sick GmbH, Germany)

Progetto congiunto Hirl, Prinzing, IMN, LFL, finanziato da Regione Baviera, Germania

 2 gruppi di allevamenti convenzionali (n.=10)

automatizzate (n.=12)

Obiettivi dell’indagine:

1. Caratteristiche aziendali 2. Sistemi di razionamento 3. Strategie alimentari

4. Lay-out edifici

5. Gestione & investimenti

AF AF AF AF

AF

CF CF

CF CF AF

AF AF

AF AF

CF CF

AF AF

CF CF

CF AF

CF AF

Alcuni casi aziendali: l’Olanda

Frequenze di distribuzione più diffuse

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

5 6 7 8 9 10 11

Frequency (%)

Feeding frequency (n.) Av. = 7.8

Sd. = 2.0 n. = 12

Distribuzioni giornaliere con sistemi automatici

0 1 2 3 4 5 6 7 1

2 3

4 5

6 7 8 9 10 12 11

14 13 15

16 17 18 19

20 21

22

23 24

Ripartizione del n. di

distribuzioni

nelle 24 ore

Lay-out edifici

Parametro Convenzionale Autofeeding Larghezza corsia di

alimentazione (m) 5.3 ± 0.4 2.7 ± 0.6

Cuccette 123 ± 3 136 ± 3

Ristrutturazione edifici stabulativi

165 m²

Sistemi di razionamento a confronto

Parametro Convenzionale Autofeeding

Capacità miscelatore–intervallo (m

) 8.0 – 20.0 3.0 – 4.0

Capacità miscelatore–media (m

) 14.0 3.2

Frequenza distribuzione (n./giorno) 1.4 7.8

Rapporto di alimentazione (capo/m

) 6.3 6.1

Quantità razione (kg/capo t.q.) 42.2 42.6

Residuo in mangiatoia (%/giorno) 3.2 1.5

Criticità delle distribuzioni automatiche basate su orario

Inserimento di sensori ottici o di prossimità

sugli AFS

Gestione automatica mangiatoia

Un sensore laser legge il livello di alimento presente

 Nessun alimento distribuisce

 Poco alimento rallenta

 Molto alimento accelera

Fonte: Lely 2014

Richieste di manodopera

Fonte: Grothmann e Nydegger, 2010

Richieste di energia

Fonte: Bisaglia, 2010

Investimenti per la mecc./automaz. dell’unifeed

Parametro Convenzionale Autofeeding*

Investimento –

intervallo (€/capo) 160 - 600 850 - 1650

Investimento – media

(€/capo) 400 1230

* Inclusi lavori edili

Comportamento degli animali

Miscelata 1 di 11 Miscelata 9 di 11

Strategia di razionamento e comportamento

0 2 4 6 8 10 12 14

0000 0100 0200 0300 0400 0500 0600 0700 0800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300

Feeding quantity (%)

Feeding/pushing up time (h)

1^st distribution 2^nd distribution push up

r = 0,847

10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5

0 2 4 6 8 10 12

Lying time (h)

Feeding frequency (n.)

Relazione tra frequenza di distribuzione e riposo

Possibili sinergie AMS - AFS

Fonte: Oberschätzl, 2014

64 capi in lattazione, 1 AMS, traffico regolato (feed first)

Mungiture (n./ h) Bovine in mangiatoia (n./ h)

Ora del giorno (h)

mungiture bovine in mangiatoia alimentazione pulizia check-up round

6 distribuzioni/giorno = 2,48 mungiture/capo 2 distribuzioni/giorno = 2,33 mungiture/capo

Prospettive e conclusioni

 Ampia disponibilità di tecnologie per l’automazione della mungitura e dell’unifeed

 “Esplosione” di sensori on-farm o on-line: necessità di uniformare linguaggi, costituire reti wire-less

 Adottare criteri di gestione individuale degli animali (PLF)

 Necessità di formazione

 Opportunità di introdurre standard di progettazione integrata degli edifici zootecnici

 Possibili limiti nella gestione della mangiatoia, con soluzioni già disponibili

 Da verificare: condizioni di stimolo sull’attività e il riposo degli animali in seguito alle sinergie tra AMS e AFS

 Da verificare: influenza del clima mediterraneo sulla qualità

degli alimenti

Grazie

Relazione tra produzione di latte e riposo

Fonte: Grant, 2007

Temperatura ambiente e stabilità termica insilati

Fonte: Nydegger e Grothmann, 2012

Svizzera, Cantone Turgovia