Разработка технологии, методов и интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 25-76-10079

НазваниеРазработка технологии, методов и интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем.

Руководитель Павкин Дмитрий Юрьевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" , г Москва

Конкурс №111 - Конкурс 2025 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-202 - Молочное дело

Ключевые слова экологически безопасные технологии, контроль качества продукции, анализ качества молока, спектральные параметры молока, кондуктометрические параметры молока, безопасность молока, оптико-электронные приборы, физиология животных, цифровые технологии в животноводстве, хозяйственно-биологические показатели, мониторинг, моделирование потоков жидкости, неинвазивные системы контроля

Код ГРНТИ68.01.81

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Российский агропромышленный комплекс реализует задачи увеличения доли отечественного доильного оборудования и повышения качества производимого молока. Федеральная научно-техническая программа развития сельского хозяйства на 2017–2030 годы (ФНТП) предполагает развитие методов контроля качества сельскохозяйственной продукции. Для этого отрасли необходима технология поточного экспресс-анализа качества молока в процессе доения, интегрируемая в доильные системы. Актуальность предлагаемого решения заключается в том, что результаты позволят решить существующие проблемы молочного животноводства, применяя современные технологии и подходы. Первая проблема в молочном животноводстве – недостаточное количество оборудования для проведения контроля качества продукции. На многих молочных фермах из-за недостатка оборудования и специалистов контроль качества фактически отдан молокозаводам и прочим оптовым покупателям. В результате, фермер не имеет оперативной и достоверной информации о качества производимой продукции, а также физиологическом состоянии животных. Вторая проблема - отсутствие повсеместного распространения как на отечественном рынке, так и зарубежном технологии поточного анализа качества молока. Сегодня полная оснащенность оборудованием контроля качества молока в процессе доения обладают только полностью роботизированные молочные фермы. Фермеры, которые используют автоматизированные доильные системы типа «Елочки» и «Карусели» зачастую могут проверить основные параметры качества молока только по окончании доения, когда молока уже залито в общий молочный танк. Третья проблема – связана с геополитическими событиями. На рынок России поставлялось роботизированное доильное оборудование и уровень оснащенности постепенно увеличивался. Однако сегодня зарубежные компании заблокировали поставки и отменили поддержку продуктов в России. При отсутствии технического сопровождения, те фермеры, которые провели роботизацию молочных ферм, в перспективе нескольких лет вынуждены будут вернуться к устаревшим технологиям и оборудованию. Проведение исследований и реализация интеллектуального устройства контроля качества надаиваемого молока позволит увеличить выход годной продукции и проводить анализ физиологического состояния животных, оперативно выявляя мастит, ацидоз и кетоз, что поможет в реализации поставленных перед отраслью задач. Научная новизна проекта заключается в разработке технологии, впервые обеспечивающей комплексный анализ пригодности молока к употреблению и оценку качественных параметров молока в процессе доения животных, интегрированной в автоматизированные и роботизированные доильные системы. Впервые в России будут разработаны одновременно оптический, а также потенциометрический или кондуктометрический метод для интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем, способный детектировать в потоке концентрацию жира, белка, лактозы, кислотности или соматических клеток. Будут разработаны математические модели, описывающие изменение измеряемых параметров (жир, белок, лактоза, соматические клетки, кислотность) от концентрации измеряемых веществ. Будет разработана технология автоматической оценки параметров качества молока с возможностью анализа и определения физиологического состояния дойных коров. Будет проведена технико-экономическая оценка внедрения интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем и результатов исследований в отрасль животноводства. Достижимость научной новизны проекта заключается в большом объеме существующих научных наработок коллектив в области оценки параметров качества молока автоматизированным и роботизированными устройствами.

Ожидаемые результаты
- Будет разработан оптический метод интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем, способный детектировать в потоке концентрацию жира и белка; - Будет определена оптимальная длина волны зондирующего излучения, интенсивность зондирующего излучения и времени интегрирования регистрируемых сигналов; - Будет разработан потенциометрический или кондуктометрический метод интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем, способный детектировать в потоке лактозу, кислотность или соматических клеток; - Будут выявлены режимы, при которых высокие концентрации жира и белка могут влиять на эффективность детекции лактозы, кислотности или соматических клеток; - Будет исследовано влияние скорости потока молоковоздушной смеси и интенсивности ее пульсации на эффективность детекции лактозы, кислотности или соматических клеток; - Будут разработаны математические модели, описывающие изменение измеряемых параметров (жир, белок, лактоза, соматические клетки, кислотность) от концентрации измеряемых веществ; - Будет проведена оценка влияния концентрации одних измеряемых веществ или параметров молока на детекцию других измеряемых веществ и показателей молока; - Будет разработана концепция интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем; - Будет разработана интегральная печатная плата, управляющая работой интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем; - Будет разработана прошивка микроконтроллера, управляющего работой интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем; - Будет разработана проточная кювета особой геометрии для увеличения чувствительности детекции жира, белка, соматических клеток, лактозы и кислотности; - Будут обоснованы рациональные конструктивные и режимно-технологические параметры функционирования лабораторного образца интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем; - Будет разработан и изготовлен лабораторный образец интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем; - Будут проведены лабораторные и близкие к натурным условиям испытания лабораторного образца интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем, по результатам испытаний будет проведена корректировка конструкторских решений, принятых при изготовлении датчика; - Будут разработаны методики калибровки устройства для различных типов молока; - Будут разработаны рекомендации по использованию интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем в различных условиях производства; - Будет разработана технология автоматической оценки параметров качества молока с возможностью анализа и определения физиологического состояния дойных коров; - Будет проведена технико-экономическая оценка внедрения интеллектуального устройства экспресс-анализа качества молока для автоматизированных и роботизированных доильных систем и результатов исследований в отрасль животноводства. Фундаментальная научная значимость результатов проекта заключается в получении новой технологии, выявлении новых зависимостей, разработке математических моделей оценки параметров качества молока, а также связи измеряемых показателей с физиологическим состоянием животных. Полученные результаты также позволят провести углублённые исследования воздействия различных факторов на продуктивность молочных коров. Прикладная научная значимость результатов проекта заключается в возможности внедрить в производство разработанную технологию экспресс-анализа качества молока в процессе доения, увеличив уровень автоматизации производства и повысив долю качественного молока. Практическая научная значимость заключается в возможности внедрить полученные новые научные данные, зависимости, технологию и макет в процесс обучения студентов в сельскохозяйственных ВУЗах. Применив полученные результаты, можно будет сделать более эффективным молочное животноводство страны. Полученные результаты превзойдут отечественные и зарубежные исследования и разработки по количеству определяемых в потоке молоковоздушной смеси параметров качества молока, по числу способов интеграции устройства в доильные системы различных типов. Большое число измеряемых параметров качества молока, определяемых для каждой коровы, позволят создать базу данных для оценки физиологического состояния животных, своевременного реагирования на «недокорм» и возможные заболевания. На основе разработанной технологии будет создан лабораторный образец устройства. Целью создания образца будет автоматическое определение жира, белка, соматических клеток и других показателей в процессе доения. Устройство должно будет анализировать поток молоковоздушной смеси от 1 до 6 литров в минуту. Процесс анализа качества никак не влияет на качество молока, протекающее в молочном шланге доильной системы, поэтому не потребуется оснащать доильные системы дополнительными устройствами очистки. По результатам испытаний погрешность измерений всех параметров должна быть в диапазоне 5-10%. Таким образом, разработка технологии экспресс-анализа качества молока в процессе доения позволит повысить качество производимой продукции молочных ферм, оперативно определяя физиологическое состояние дойных коров, включая ранее обнаружение заболевания маститом и определение оптимальных схем кормления животных.