機器人化身酪農大幫手 鋼鐵管家打理內外 智能牧場好悠閒

乳牛

農委會推動智慧農業計畫,期許臺灣農畜牧產業朝向智慧化經營永續發展。(攝影/林韋言)

文.圖/林正斌 行政院農業委員會畜產試驗所研究員兼組長
    王斌永 行政院農業委員會畜產試驗所副研究員
    程梅萍 行政院農業委員會畜產試驗所研究員兼主任秘書

「遊覽車到達Parked牧場以後,牧場主人跟兒子熱情地泡咖啡,還準備餅乾陪我們聊天,似乎忘了當時應該是幫乳牛擠牛奶的時段。我問:『你們不用擠牛奶嗎?』他們說:『有啊!牛正在前面擠乳。』我們順著場主的目光看過去,發現有70多頭乳牛井然有序地排隊,等著給擠乳機器人擠奶……。」行政院農業委員會(簡稱農委會)畜產試驗所(簡稱畜試所)技術服務組組長林正斌表示,「如果我們也進步到這種程度,那臺灣酪農業的發展十分值得期待!」

2017年林正斌與畜試所遺傳育種組前組長吳明哲,赴英國參加第41屆國際畜政聯盟會員國年會暨科技會議,與各國代表到Parked牧場參訪蘇格蘭智慧農業發展實況,當時牧場負責人悠閒喝咖啡的畫面,深烙在他的腦海中。

同年,農委會決定積極推動智慧農業計畫,從創新思維導入科技協助資訊數據化,精準分析產業與消費者需求,期許臺灣農業能藉由智慧化經營永續發展。林正斌和吳明哲彙整在英國的親身見聞,建議臺灣畜牧產業朝此趨勢發展,導入智慧農業4.0機器人,確是未來解決臺灣酪農業缺工問題的可行方向。

智慧農業改善缺工問題 五大動線打造智能牧場

依據乳牛場的日常工作,吳明哲規畫出五大作業動線,分別是每日擠乳、每日餵養牛隻、每日清理牛隻糞尿及環境整潔、週期管理母牛分娩及仔牛飼養、週期監測牛隻健康等。不論是從國外引進或國內研發智慧型機器人,均能解決臺灣酪農業缺工問題,提升產量。在農委會的支持下,畜試所決定透過「家畜產業領航產業技術研發與應用」計畫,優先引進擠乳機器人與推料餵牛機器人。

2020年畜試所新竹分所(簡稱新竹分所)於苗栗縣西湖鄉的乳牛示範牧場,不僅成功復刻Parked牧場乳牛排隊給機器人擠奶的情景,還有機器人幫忙餵牛吃草、沖洗糞尿及清掃牛舍,揭示臺灣酪農業邁向智慧牧場的首部曲。

據農委會統計分析,2018年臺灣畜牧業產值達新臺幣1,667億元,約占臺灣農業產值31.7%,而生乳產業以110億元在畜牧業產值排第4名,每家乳牛戶年平均收入為1,975萬元,投入的人工費用約占乳牛場全年收入6.3%。林正斌指出,臺灣乳牛場飼養規模以100~200頭居多,通常是場主夫妻偕同父母或小孩幫忙,有的會多請1、2個員工,若有人生病或請假便忙不過來,缺工問題嚴重。

就畜牧業而言,乳牛場收入相對較高。曾有調查顯示,年輕酪農普遍能接受用年收入的1/10,約等於200萬元購置智慧型機器替代人工。由於傳統乳牛場作業必須早起晚睡,犧牲掉很多私人時間,若有機器人輔助,場主便能彈性調整工作時間。既提高生活品質,也改進乳牛場作業環境,更確保國產生乳穩定供應。

乳牛場
臺灣乳牛場飼養規模以100頭以上居多,若有人告假便忙不過來,缺工問題嚴重。

乳牛最佳健康管理師 擠乳機器人24小時服務

畜試所引進國外已普遍使用且技術純熟的「櫥櫃型擠牛乳機器人」,相較於傳統擠乳器由人工操作,每天僅能擠奶2次,擠乳機器人24小時開放,要是乳牛漲奶不舒服,隨時可享有擠奶服務。乳牛進入閘門後,機器人會利用雷射感應搜尋乳頭位置,將乳頭刷洗乾淨後套上擠乳杯;榨完乳後,等擠乳杯掉下來,再噴優碘為乳頭消毒殺菌,最後開啟閘門讓乳牛走出去。

擠乳機器人設有牛群管理資訊系統,每隻牛的脖子都配戴感應項圈,既是進出閘門的識別,也監測牛群使用機器人擠乳的頻率,以及個別健康狀況。除了監測每次擠乳量,亦將蛋白質、脂肪等數據傳送電腦系統,詳記每次榨乳品質;操作傳統擠乳機,則得把牛奶樣品送到新竹分所檢驗,才能知道各項分析數據。

為了誘導牛群養成使用習慣,擠奶機器人在牛隻擠奶時,會投放精料作為獎勵。根據每頭牛前一次擠出幾公斤牛乳,預測這次可能產出幾公斤牛奶,投放多少精料,以避免吃太飽或是吃不夠。乳牛通過閘門時,機器人也會自動為每頭牛磅體重。畜試所透露,曾有擠乳機器人故障停擺,牛群不得其門而入,就集體哞哞叫以示抗議。

傳統擠乳器和擠牛乳機器人
傳統擠乳器(左)由人工操作,一天僅能擠奶2次,擠牛乳機器人(右)則全天候待命,可隨時服務漲奶不適的乳牛。(攝影/左:陳建豪,右:王志元)

藉由擠乳機器人所提供的圖形化數據,包括每日牛隻產乳量、每日總產乳量、每日牛隻擠乳次數、擠乳失敗資訊、乳脂資訊、精料餵飼量、每日閘門造訪資訊與乳速率等等,牧場經營者既能輕鬆管理牛群,也能有效了解牛隻健康狀況,掌握每日產乳品質。

如同聯合國揭櫫的永續發展目標(SDGs)「確保健康生活與促進人群福祉」及「促進適當工作與經濟成長」,臺南市佳里區梅桂牧場由農委會與臺南市政府合作輔導,接連引進2臺擠乳機器人。梅桂牧場主人沈月春表示,除了省時省工、提升牛乳品質與產量,她更希望讓牛群過得舒適自在,漲奶時可隨時擠奶,降低乳腺炎發生機率。

畜試所評估,牧場引進擠乳機器人,每頭牛單日擠乳次數可從2次(上、下午各1次)增加到3次;平均產乳量提高到34公斤以上,整群產乳量增加約10%;單日擠乳收入可超過30%,每頭牛每月增加2,000元至1萬5,000元不等的收益。除了增產開源,擠乳機器人還兼具節流功能,每臺可以取代2名人工,每天幫60~70頭乳牛擠奶,不但節水量超過60%,用電量省下50%以上,省工、省錢又環保。

人工擠乳與機器人擠乳比較圖

推草餵牛機器人登場 天眼連線,輕鬆控場

傳統牧場通常在清晨5點跟下午5點為乳牛擠奶,牧場人員須配合這兩個時段,把握空檔清理牛舍並準備草料,讓乳牛擠完乳後大快朵頤。吳明哲闡述,臺灣多數乳牛場會把草料堆放在牛欄外的餵飼道,牧場人員每隔1個小時就要拿掃帚或用剷裝機,把距離柵欄較遠的草料推近柵欄,好讓牛群吃飽,工作細瑣到幾乎沒有喘息的機會。

為了減輕牧場繁重的工作壓力,2017年畜試所引進「智慧型推草餵牛機器人」,在地面鋪設鐵板或地下埋設強力磁鐵作為導航軌道,依設定路線自動把草料推放到餵飼道。有牆壁的牛舍也可利用雷射超音波測距導航,不必在地面鋪設導航軌道。在彰化地區種牛場推廣示範的自動推料餵養,已使牧場牛隻每日進食次數達到8次以上,節省人工還可不分晝夜推料,讓牛隻定時定量穩定進食。

根據示範場域回報,推草料機器人每次作業約需15~30分鐘,以每日推草餵牛8次估算,可節省3~4小時的人工餵養時間,每家牧場每年可省下約30萬元人事費用。因少量多餐提升泌乳量,每年乳產量增加10公噸,以每公斤平均30元計算,每年可增加30萬元收入。畜試所透露,推草料機器人是目前最受酪農喜愛的機器人之一,2020年全臺乳牛場引進的推草料機器人數量,已增加到56臺。

酪農對推草料機器人的高接受度,促使畜試所再接再厲引入「推草料暨餵精料機器人」,蓄滿電的連續工作時間從2小時延長到4小時,被喻為進階版推草料機器人。機身增設不鏽鋼精料桶,可放入粉狀精料或顆粒狀精料,配合推草混入草料,透過香氣刺激乳牛食慾。畜試所助理研究員葉亦馨解說,乳牛聽習慣精料從鋼桶掉落的撞擊聲後,一聽到叮叮咚咚的聲響,即使牠待在最偏遠的角落,也會跑回來吃飯。

臺灣夏季白天炎熱,常使牛隻食慾不振,入夜後較有進食意願。精料機器人可依飼主設定的給料時間與精料量,誘導牛隻增加進食次數。少量多餐的進食有助於減緩飼料醱酵速度,亦保護牛胃裡的微生物維持生態平衡,讓牛隻體內pH值更加穩定,預防酮酸中毒引發新陳代謝疾病。經彰化地區種牛場與新竹分所合作測試,精料機器人除了節省人工,餵食同樣的飼料量,每餐殘餘草料更少,泌乳量顯著提升3~8%。對飼養80頭牛以上的中大型牧場而言,也省去用鏟裝車推料的燃油費用,達到節能減碳的效果。

推草料暨餵精料機器人
推草料暨餵精料機器人有2個精料桶,各可裝填70公升精料,運用香氣吸引牛隻前來吃草。

接連引進兩代智慧型推料機器人後,畜試所針對國內畜牧環境,改造國外機器人,整合WebCam網路攝影機監控設備,創新設計「推草料餵牛天眼機器人」,在推草料時,同步監控現場牛隻狀況。牧場主人可隨時隨地連線Wi-Fi與手機APP,監看牛隻進食狀況,並從牛背拱起情形辨識牛隻的腳部健康。此外,牧場主人亦可在APP上轉動天眼,讓機器人邊推料邊巡視,等於派警衛巡邏牧場。

天眼機器人配備麥克風收放音功能,牧場主人不但可用手機跟現場人員視訊或通話,還可錄下視訊,猶如汽車行車紀錄器,善用手機回放錄影內容或取出記憶卡下載另存。若擔心乳牛在半夜臨盆,場主也不必徹夜守在牛舍,從天眼監視生產狀況即可,有緊急狀況再赴現場處理。

推草料餵牛天眼機器人
畜試所設計「推草料餵牛天眼機器人」,結合自動推整草料、環控牧場實況及錄音錄影的智能應用。

研發多元智慧機器人 褓姆當家,場主樂逍遙

據統計,乳牛場引進的智慧型機器人,可取代約60%人工擠乳工時,增加15~20%產乳量,並省下約30%推料人力工時。有效穩定產乳量之後,畜試所今年又輔導4家乳牛場從荷蘭引進「牛舍吸糞機器人」,節省約40%清潔人力工時。新竹分所更進一步研發接生機器人,林正斌說:「國外沒有這種機器人,完全是我們的創意發想。我們從乳牛分娩前的陣痛叫聲抓出曲線,機器人會判斷這個聲音是否代表牛要生了,牧場主人不用整晚耗在牛舍陪產。」

他說明,畜試所團隊亦針對繁殖與仔牛照護動線,研發「智慧型哺育機器人」,期望節省30%餵養人力工時並提高仔牛育成率。「牧場乳牛的智商接近人類小孩,養100頭就等於照顧100個小孩,非常累人,完全沒有生活品質!國內乳牛場現有的擠乳機器人和推草機器人,已可取代1/3~1/2人工,讓經營者稍微休息一下。」他期盼,從五大作業動線逐步建置臺灣智慧牧場,將歐洲畜牧業所體現的悠然便捷,變成臺灣牧場經營的日常寫照。

牛喝奶
相較於人工餵乳,畜試所研發「智慧型哺育機器人」以期節省餵養工時、提高仔牛育成率。(攝影/陳建豪)

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