agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2020.21.5.625-632agronauka-627Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: МЕХАНИЗАЦИЯ, ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: MECHANIZATION, ELECTRIFICATION, AUTOMATIONКонтроль и управление в сложной биотехнической системе молочной фермыControl and management in a complex biotechnical system of a dairy farmhttps://orcid.org/0000-0003-2549-4070КирсановВ. В.KirsanovV. V.

Кирсанов Владимир Вячеславович, доктор техн. наук, профессор, заведующий отделом

д. 5, 1-й Институтский проезд, г. Москва, 109428

Vladimir V. Kirsanov, DSc in Engineering, professor, Head of the Department 

5, 1st Institutsky proezd, Moscow, 109428

femaks@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9145-4478БаишеваР. А.BaishevaR. A.

Баишева Равза Анвяровна, кандидат техн. наук, старший научный сотрудник

д. 5, 1-й Институтский проезд, г. Москва, 109428

Ravza A. Baisheva, PhD in Engineering

5, 1st Institutsky proezd, Moscow, 109428

vim@vim.ruФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»РоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation202022102020215625632Copyright © Кирсанов В.В., Баишева Р.А., 20202020Кирсанов В.В., Баишева Р.А.Kirsanov V.V., Baisheva R.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/627

Целью исследования данной работы является углубленное изучение влияния «машинного» фактора (М) в системе «человек-машина-животное» («Ч-М-Ж») с детализацией функций, выполняемых «М», с учетом передачи «М» функций контроля и управления от подсистем «человек-оператор» (ЧО) и «животное» (Ж). Представлены: схема трансформации и расширения машинного функционала в биотехнической системе; математическое моделирование зависимости технологических сигналов, контролируемых функционалами локальных биотехнологических систем (ЛБТС); математическая модель диагностических сигналов о соответствующих параметрах технических блоков ЛБТС. Алгоритмизация и цифровизация процессов на молочной ферме включает расширенный перечень контролирующих показателей: технологические сигналы, диагностические сигналы и «тревожные» сигналы, представленные в статье в матричной форме. Контроль параметров важнейшей подсистемы «М» сложной биотехнической системы «Ч-М-Ж» молочной фермы позволяет повысить уровень автоматизации, цифровизации и интеллектуализации соответствующих процессов доения, кормления, навозоудаления и других, что создает предпосылки для улучшения их работы и обслуживания животных, а также повышения уровня автономности их функционирования. Развитие «машинного» фактора системы целесообразно на основе машиноцентрической модели ЛБТС, которая будет постепенно расширять свои функции за счет передаваемых функций контроля и управления от соответствующих подсистем «ЧО» и «Ж». Определены параметры управления в характерных реперных точках почетвертных кривых молокоотдачи для разработки уточнённых алгоритмов управления процессами доения отдельных долей вымени в автоматизированных и роботизированных доильных аппаратах нового поколения. Показана графически-числовая модель колесного робота-пододвигателя корма в среде Matlab/Simulink. Созданная математическая модель управления движением колесным роботом-пододвигателем корма обеспечивает эффективное взаимодействие системы позиционирования и привода колесного робота при цифровом управлении автономным движением.

The research is aimed at profound study of the influence of the "machine" factor (M) in the "human-machineanimal" system ("H-M-A") with the detailed description of the functions performed by "M", taking into account the convey of "M" control and control functions from the subsystems "human-operator" (HO) and "animal" (A). The paper presents the scheme of transformation and expansion of machine functionality in a biotechnical system; mathematical modeling of the dependence of technological signals controlled by the functions of local biotechnological systems (LBTS); mathematical model of diagnostic signals about the corresponding parameters of technical blocks of LBTS. Algorithmization and digitalization of processes on a dairy farm include an extended list of control indicators: technological signals, diagnostic signals and "alarm" signals presented in the article in matrix form. Monitoring the parameters of the most important subsystem "M" of the complex biotechnical system "H-M-A" of a dairy farm provides an increase in the level of automation, digitalization and intellectualization of the corresponding processes of milking, feeding, manure removal and others which creates prerequisites for improving their work and servicing animals as well as increasing the level of autonomy of their functioning. The development of the "machine" factor of the system is advisable on the basis of the machine-centric model of the LBTS, which will gradually expand its functions due to the transferred control and management functions from the corresponding subsystems "HO" and "A". The control parameters are determined at the characteristic reference points of the quarter curves of milk output for the development of refined algorithms for controlling the milking processes of individual udder shares in automated and robotic milking machines of the new generation. A graphical and numerical model of a wheeled feed-pusher robot in the Matlab/Simulink environment is shown. The created mathematical model of motion control by a wheeled feed-pusher robot provides effective interaction of the positioning system and the wheeedl robot drive in digital of autonomous movement.

функционал«машинный» факторлокальные подсистемы обслуживания животныхдиагностические сигналытехнологические сигналыfunctional«machine» factorlocal subsystems of animal carediagnostic signalstechnological signalsработа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (тема № 0581-2019-0009).the work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment of the Federal Scientific Agroengineering Center VIM (theme No. 0581-2019-0009).ReferencesКарташов Л. П., Зубкова Т. М. Параметрический и структурный синтез технологических объектов на основе системного подхода и математического моделирования. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 225 с.Kartashov L. P., Zubkova T. M. Parametricheskiy i strukturnyy sintez tekhnologicheskikh ob"ektov na osnove sistemnogo podkhoda i matematicheskogo modelirovaniya. [Parametric and structural synthesis of technological objects based on the system approach and mathematical modeling]. Ekaterinburg: UrO RAN, 2009. 225 p.Черноиванов В. И., Судаков С. К., Толоконников Г. К. Биомашсистемы, функциональные системы, категорная теория систем. М.: НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина РАН, ФНАЦ ВИМ РАН, 2018. 446 с.Chernoivanov V. I., Sudakov S. K., Tolokonnikov G. K. Biomashsistemy, funktsional'nye sistemy, kategornaya teoriya sistem. [Biomachine systems, functional systems, categorical systems theory]. Moscow: NII normal'noy fiziologii im. P. K. Anokhina RAN, FNATs VIM RAN, 2018. 446 p.Meena Hans, Chaudhary Shalini, Meena Brajendra, Kadain K. S. Farmers' perception towards dairy farm automation in north India. Indian Journal of Dairy Science. 2020;73(2):167-174. DOI: https://doi.org/10.33785/IJDS.2020.v73i02.012Meena Hans, Chaudhary Shalini, Meena Brajendra, Kadain K. S. Farmers' perception towards dairy farm automation in north India. Indian Journal of Dairy Science. 2020;73(2):167-174. DOI: https://doi.org/10.33785/IJDS.2020.v73i02.012Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2019. The World of Organic Agriculture Statistics and Emerging Trends. Available at: https://shop.fibl.org/CHen/mwdownloads/download/link/id/1202/?ref=1 (accessed: 20.03.2020).Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2019. The World of Organic Agriculture Statistics and Emerging Trends. Available at: https://shop.fibl.org/CHen/mwdownloads/download/link/id/1202/?ref=1 (accessed: 20.03.2020).Prabhakar Maurya, Angom Binita, Dharmendra Kumar. Animal Husbandry Sector and Global Climate Change. Conference: International Conference on "Role of Agri-Science, Forestry, Food Technology & Participatory Natural Resource Management for Mitigation of Climate Change (AF-Nature 2015)". At: New Delhi, Jawahar Lal University. 2015;2(1):40-44. URL: https://www.researchgate.net/publication/314151949_Animal_Husbandry_Sector_and_Global_Climate_ChangePrabhakar Maurya, Angom Binita, Dharmendra Kumar. Animal Husbandry Sector and Global Climate Change. Conference: International Conference on "Role of Agri-Science, Forestry, Food Technology & Participatory Natural Resource Management for Mitigation of Climate Change (AF-Nature 2015)". At: New Delhi, Jawahar Lal University. 2015;2(1):40-44. URL: https://www.researchgate.net/publication/314151949_Animal_Husbandry_Sector_and_Global_Climate_ChangeBiotechnology in animal husbandry. Journal for the Improvement of Animal Husbandry. 2016;32(2). Available at: https://istocar.bg.ac.rs/wp-content/uploads/2016/07/BNT-2-za-sajt.pdf (accessed: 15.04.2020).Biotechnology in animal husbandry. Journal for the Improvement of Animal Husbandry. 2016;32(2). Available at: https://istocar.bg.ac.rs/wp-content/uploads/2016/07/BNT-2-za-sajt.pdf (accessed: 15.04.2020).Измайлов А. Ю., Цой Ю. А., Кирсанов В. В. Технологические основы алгоритмизации и цифрового управления процессами молочных ферм. М.: Научная мысль, 2019. С. 84-93.Izmaylov A. Yu., Tsoy Yu. A., Kirsanov V. V. Tekhnologicheskie osnovy algoritmizatsii i tsifrovogo upravleniya protsessami molochnykh ferm. [Technological bases of algorithmization and digital control of dairy farm processes]. Moscow: Nauchnaya mysl', 2019. pp. 84-93.Van De Gucht T., Saeys W., Van Nuffel A., Pluym L., Piccart K., Lauwers L., Vangeyte J., Van Weyenberg S. Farmers' preferences for automatic lameness-detection systems in dairy cattle. Journal of Dairy Science. 2017;100(7):5746-5757. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2016-12285Van De Gucht T., Saeys W., Van Nuffel A., Pluym L., Piccart K., Lauwers L., Vangeyte J., Van Weyenberg S. Farmers' preferences for automatic lameness-detection systems in dairy cattle. Journal of Dairy Science. 2017;100(7):5746-5757. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2016-12285Schütz Christoph G., Schausberge Simon, Schrefl Michael. Building an active semantic data warehouse for precision dairy farming. Journal of Organizational Computing and Electronic Commerce. 2018;28(2):122-141. DOI: https://doi.org/10.1080/10919392.2018.1444344Schütz Christoph G., Schausberge Simon, Schrefl Michael. Building an active semantic data warehouse for precision dairy farming. Journal of Organizational Computing and Electronic Commerce. 2018;28(2):122-141. DOI: https://doi.org/10.1080/10919392.2018.1444344Sundarraj A. A., Rajathi A. A., Vishaal S. C., Prakash M. S., Sam A. A., Seihenbalg S. S. Food Biotechnological Applications in Dairy and Dairy Products. Journal of Pharmacy Research. 2018;12(4):1-6. URL: https://www.researchgate.net/publication/324167849_FOOD_BIOTECHNOLOGICAL_APPLICATIONS_IN_DAIRY_AND_DAIRY_PRODUCTSSundarraj A. A., Rajathi A. A., Vishaal S. C., Prakash M. S., Sam A. A., Seihenbalg S. S. Food Biotechnological Applications in Dairy and Dairy Products. Journal of Pharmacy Research. 2018;12(4):1-6. URL: https://www.researchgate.net/publication/324167849_FOOD_BIOTECHNOLOGICAL_APPLICATIONS_IN_DAIRY_AND_DAIRY_PRODUCTSAlphonse Chapanis, William K. Holstein. Human-factors engineering. BioEngineering. Available at: https://www.britannica.com/topic/human-factors-engineering (accessed: 25.06.2020).Alphonse Chapanis, William K. Holstein. Human-factors engineering. BioEngineering. Available at: https://www.britannica.com/topic/human-factors-engineering (accessed: 25.06.2020).Цой Ю. А., Баишева Р. А. Технологические аспекты создания «умной» молочной фермы. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2019;20(2):192-199. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2019.20.2.192-199Tsoy Yu. A., Baisheva R. A. Tekhnologicheskie aspekty sozdaniya «umnoy» molochnoy fermy. [Technological aspects of smart dairy farm development]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science EuroNorth-East. 2019;20(2):192-199. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2019.20.2.192-199Ron Berger, Anat Hovav. Using a Dairy Management Information System to Facilitate Precision Agriculture: The Case of the AfiMilk® System. Information Systems Management. 2013;30(1):21-34. DOI: https://doi.org/10.1080/10580530.2013.739885Ron Berger, Anat Hovav. Using a Dairy Management Information System to Facilitate Precision Agriculture: The Case of the AfiMilk® System. Information Systems Management. 2013;30(1):21-34. DOI: https://doi.org/10.1080/10580530.2013.739885Sorensen C. G., Fountas S., Nash E., Personen L., Bochtis D., Pedersen S. M., Basso B., Blackmore S. B. Conceptual model of a future farm management information system. Computers and Electronics in Agriculture. 2010;72(1):37-47. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2010.02.003Sorensen C. G., Fountas S., Nash E., Personen L., Bochtis D., Pedersen S. M., Basso B., Blackmore S. B. Conceptual model of a future farm management information system. Computers and Electronics in Agriculture. 2010;72(1):37-47. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2010.02.003Schönfeld M., Heil R., Bittner L. Big Data on a Farm − Smart Farming. In: Hoeren T., Kolany-Raiser B. (eds) Big Data in Context. SpringerBriefs in Law. Springer, Cham. 2018. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-62461-7_12Schönfeld M., Heil R., Bittner L. Big Data on a Farm − Smart Farming. In: Hoeren T., Kolany-Raiser B. (eds) Big Data in Context. SpringerBriefs in Law. Springer, Cham. 2018. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-62461-7_12Nikitin E., Pavkin D. Modeling the motion processes of a multifunctional robot for animal units. E3S Web Conf. 2020;164:06023. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016406023Nikitin E., Pavkin D. Modeling the motion processes of a multifunctional robot for animal units. E3S Web Conf. 2020;164:06023. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016406023

The authors declare that there are no conflicts of interest present.