Opracowanie i wdrożenie technologii chowu kur niosek z wykorzystaniem „inteligentnego kurnika” opartego o inteligentne technologie (PLF)

W obecnie prowadzonych hodowlach decyzje o doborze warunków żywienia, klimatu w kurniku hodowcy podejmują na podstawie kilku ogólnych i podstawowych parametrów panujących w kurniku, a często ważne decyzje podejmowane są intuicyjnie i zbyt późno po wystąpieniu niepożądanych zjawisk.

• Efekt: spadek wydajność produkcji, obniżanie dobrostanu zwierząt.

Brak na rynku RP lub UE kompleksowych rozwiązań technologicznych wspomagających, lub automatyzujących w szerokim zakresie procesy w hodowli kur niosek.
Dobór warunków (PLF) jest rozwiązaniem, które może zrewolucjonizować produkcję drobiarską.

Główną rolą PLF jest uproszczenie procesu gromadzenia i przetwarzania informacji w taki sposób, aby przedstawiać producentom konkretne rozwiązania, a nie problemy. PLF obejmuje automatyzację wszystkich systemów pomiarowych, interpretację wykonanych pomiarów oraz identyfikację przekroczenia krytycznych punktów kontrolnych, co pozwoli osiągnąć integrację dobrostanu zwierząt, ograniczenia wpływu na środowisko oraz wydajności i rentowności produkcji drobiarskiej.

• Można to osiągnąć poprzez wykorzystanie systemów pomiarowych wody, liczenia jaj, ważenia ptaków, kontroli mikroklimatu oraz żywienia. Dzięki wykorzystaniu tych metod można opracować systemy pozwalające na indywidualne żywienie, monitorowanie zdrowia oraz lokalizację ptaków. Wykorzystanie tego typu technologii pozwoli na obiektywną ocenę i skuteczną poprawę dobrostanu zwierząt poprzez efektywne wykrywanie okresów i miejsc, w których warunki mikroklimatyczne są nieoptymalne.

Precyzyjny monitoring mikroklimatu, połączony z systemami pomiarów emisji gazów złowonnych i cieplarnianych pozwoli na stworzenie rozwiązań ograniczających te emisje. Wdrożenie technologii PLF wpłynie również na znaczące udoskonalenie organizacji produkcji (przynajmniej częściowe uniezależnienie od wykwalifikowanych pracowników i uzyskanie pełniejszych danych do decyzji produkcyjnych).

Celem projektu jest opracowanie i wdrożenie technologii chowu kur nieśnych i produkcji jaj kurzych z wykorzystaniem inteligentnych technologii PLF (Precision Livestock Farming) tj. automatycznego pomiaru warunków mikroklimatycznych, dozoru termowizyjnego zwierząt i ściółki – dobrostanu niosek, poprzez opracowanie technologii "inteligentnego kurnika"  uwzględniającej aspekty ochrony środowiska.

Działania podejmowane w ramach projektu

W ramach działań inwestycyjnych zostanie stworzony kurnik wraz z całą infrastrukturą oraz systemem informatycznym. Badania rozwojowe zostaną wykonane w Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu (UPWr). Doświadczenie będzie polegało na przetestowaniu innowacyjnego systemu monitoringu dobrostanu kur nieśnych utrzymywanych w systemie wolierowym i klatkowym. Doświadczenie będzie trwało ok. 60 dni. Dwa sektory znajdujące się w Centrum Kształcenia Praktycznego UPWr, klatkowy i wolierowy zostanie zasiedlony kurami nieśnymi (linia Lohman Brown) w ilości 180 sztuk każdy. Warunki utrzymania zwierząt będą monitorowane kamerami termowizyjnymi, czujnikami temperatury i wilgotności powietrza w sposób ciągły. Monitoring termowizyjny i wizyjny pozwoli na identyfikację ptaków o ciepłocie ciała odbiegającej od normy fizjologicznej, wskazującej na stany chorobowe zwierzęcia (system będzie zliczał takie zdarzenia).

W trakcie doświadczenia zostaną określone parametry świadczące o dobrostanie niosek. Każdego dnia monitorowane będzie pobranie paszy, ilość zniesionych jaj, co pozwoli na ocenę parametrów produkcyjnych.

• Co tydzień ocenie będzie podlegać: stan upierzenia ptaków, stan zdrowotny nóg i ew. obecność wrzodów podeszwowych, kształt i rozwój mostka klatki piersiowej.
• Na koniec zostanie od reprezentatywnej liczby ptaków pobrana krew celem oznaczenia kortykosteronu – hormonu stresu.
• Przez cały okres obserwacji będą nagrywane filmy, na podstawie których wykonane zostaną etogramy. Pozwoli to określić patologiczne formy zachowania zwierząt świadczące o obniżonym dobrostanie.

Wszystkie dane zostaną opracowane statystycznie oraz ze sobą skorelowane celem:

• wypracowania modelu zbierania danych monitoringowych,
• opracowania protokołów postępowania w sytuacjach awaryjnych,
• stworzenia modeli precyzyjnego zarządzania środowiskiem utrzymania i optymalizacji dobrostanu kur nieśnych,
• wytypowania najkorzystniejszego algorytmu monitoringowo-zarządczego środowiskiem i dobrostanem niosek, który zostanie w kolejnym etapie przeskalowany na warunki rzeczywistej produkcji wielkotowarowej.

Wdrożenie badań rozwojowych w skali przemysłowej:
Wynik ww. badań rozwojowych, zostanie wdrożony w rzeczywistych warunkach produkcyjnych. Przeskalowanie jest niezbędne i wynika z faktu, że wyniki testu naukowego, uzyskane w wiwarium badawczym nie uwzględniają wielu zmiennych występujących w produkcji rzeczywistej. Planowany obiekt inwentarski, w którym nastąpi wdrożenie w skali produkcyjnej zoptymalizowanego algorytmu monitoringowo-zarządczego środowiskiem i dobrostanem niosek będzie zaopatrzony.

Podczas obserwacji w skali kurnika produkcyjnego na reprezentatywnej stawce zwierząt monitorowane będą następujące parametry:

• wyniki produkcyjne tj. pobranie paszy, nieśność;
• zużycie wody;
• stan upierzenia ptaków,
• stan zdrowotny nóg i ewentualna obecność wrzodów podeszwowych,
• kształt i rozwój mostka klatki piersiowej;
• masa ciała zwierząt,
• na koniec obserwacji zostanie od reprezentatywnej liczby ptaków pobrana krew celem oznaczenia kortykosteronu – hormonu stresu.

Zebrane dane zostaną opracowane statystycznie i wizualnie celem wprowadzenia poprawek do algorytmu monitoringowo-zarządczego dobrostanem kur nieśnych i będą podstawą do wdrożenia nowej organizacji hodowli w warunkach automatyzacji procesu. Tym samym jednym z efektów operacji będzie udoskonalenie organizacji produkcji jaj.
 

Główne korzyści z realizacji projektu

Rezultaty operacji:

• opracowanie modelu monitorowania środowiska bytowania i dobrostanu kur nieśnych;
• wypracowanie modelu zarządzania stadem niosek w oparciu o szczegółowe dane środowiskowe;
• wzrost lub utrzymanie wyników produkcyjnych kur nieśnych na wysokim poziomie;
• w zależności od rezultatów badań naukowo-rozwojowych, uzyskanie jaj konsumpcyjnych od niosek utrzymanych w warunkach wysokiego statusu zdrowotnego i dobrostanowego;
• opracowanie i wdrożenie w rzeczywistych warunkach chowu przemysłowego programu monitorującego behawior, wspomagającego status zdrowotny kur utrzymywanych w innowacyjnym kurniku w wyniku szybkiej eliminacji niebezpiecznych zdarzeń w obiekcie inwentarskim;
• produkcja jaj w warunkach minimalizujących sytuacje wymagające stosowania leczenia, których powodem jest obniżony dobrostan;
• implementacja w warunkach rzeczywistych zabezpieczenia energetycznego kurnika poprzez zastosowanie technologii fotowoltaicznej;
• uzyskanie w pełni sprawnego systemu monitorująco-wizualizacyjnego oraz zarządzającego środowiskiem i dobrostanem zwierząt w skali przemysłowej i wdrożenie go w fermach uczestników konsorcjum;
• ograniczenie emisji amoniaku ze ściółki poprzez optymalizację mikroklimatu i zarządzanie gospodarowaniem wody, dzięki czemu nastąpi ograniczenie depozytu tego gazu do atmosfery; 
• uniezależnienie gospodarstw towarowych od trudnych do pozyskania, dobrze wykwalifikowanych pracowników; 
• ochrona środowiska;
• co najmniej 2 publikacje naukowe w czasopismach indeksowanych na liście JCR.

Streszczenie praktyki

Innowacyjna technologia utrzymania kur nieśnych ze szczególnym uwzględnieniem ich dobrostanu, warunków bytowania i emisji amoniaku jako gazu wskaźnikowego cieplarnianego.

• Zakres planowanej operacji dotyczy kategorii Innowacyjna technologia (pośrednio poprzez uzyskany efekt technologiczny znaczącej poprawie jakościowej ulegnie produkt finalny w postaci uzyskiwanego jaja kurzego).

W projekcie wykorzystany zostanie proces precyzyjnego utrzymania niosek, który jest obecnie przedmiotem badań w wielu krajach świata, lecz nie posiada potwierdzonego kompleksowego wdrożenia w Polsce w skali objętej planowaną operacją. Obecnie chów i hodowla zwierząt gospodarskich odbywa się w budynkach inwentarskich zautomatyzowanych tylko w zakresie podstawowym. Podstawowe parametry monitorowane to temperatura powietrza i/lub wilgotności, których wartości sterują systemami wentylacyjnymi i są podstawowymi wskaźnikami charakteryzującymi mikroklimat. Pozostała część wyposażenia budynków dotyczy rozwiązań związanych z obniżeniem nakładu pracy obsługi zwierząt oraz zabezpieczające minimalne wymogi dobrostanu zwierząt. Hodowca w takiej sytuacji dysponuje ograniczonymi danymi monitoringu co nie ułatwia mu podejmowania decyzji a reakcja na sytuacje awaryjne często jest spóźniona. Efektem takiej sytuacji jest obniżenie komfortu bytowania zwierząt.

• W projekcie zostanie opracowany model monitoringu i zarządzania środowiskiem hodowlanym, który wpisuje się w ideę precyzyjnego utrzymania zwierząt gospodarskich. W projekcie planuje się zastosowanie i ocenę skuteczności technologii monitoringu termowizyjnego budynku, ściółki oraz samych niosek.
• Kolejnym rozwiązaniem będzie modułowe żywienie ptaków poprzez zastosowanie 3 linii zadawania paszy. Pozwoli to na optymalizację zużycia paszy.
• Kolejnym elementem będzie precyzyjne gospodarowanie wodą poprzez system kondycjonowania wody wodociągowej i kontroli jej zużycia.

Należy w tym miejscu podkreślić, że kontrola termiki środowiska wewnątrz budynku oraz wilgotności ściółki pozwoli na minimalizację procesu emisji amoniaku ze ściółki. W proponowanej technologii wszystkie dane będą archiwizowane przez systemy informatyczne zabezpieczające również możliwości opracowywania zebranych danych jako podstawę do podejmowania decyzji w zakresie kształtowania warunków chowu. Proponowany system monitoringu będzie również zabezpieczał i ostrzegał hodowcę w sytuacjach awaryjnych. Termowizja również pozwoli na kontrolę nietypowych zachowań zwierząt, które zazwyczaj są objawem obniżonego dobrostanu. W ramach zabezpieczenia środowiskowego zostanie wykorzystana powierzchnia dachu budynku kurnika przemysłowego w celu produkcji energii elektrycznej w wyniku zastosowania technologii fotowoltaicznej, która pokryje w dużej mierze lub w całości potrzeby energetyczne kurnika
 

Osiągnięte rezultaty

Nadrzędnym celem projektu było opracowanie i wdrożenie technologii chowu kur nieśnych i produkcji jaj w systemie wolierowym z wykorzystaniem inteligentnych technologii takich jak automatyczny pomiar warunków mikroklimatycznych, dozór termowizyjny i kontrola zdrowia ptaków, co pozwoli na opracowanie technologii „inteligentnego kurnika”, która uwzględniała aspekty ochrony środowiska. Cele ten został osiągnięty poprzez budowę kurnika, i jego wyposażenie wraz z odrębnymi liniami żywieniowymi. Skonstruowano prototypowy system pomiaru temperatury kur w kurniku produkcyjnym (system wizyjny, system termowizyjny wraz z osprzętem i oprogramowaniem). Stworzono specjalną aplikację monitorującą. 

W ramach operacji osiągnięto zakładane rezultaty:

• wypracowano modelu zbierania danych monitoringowych;
• opracowano możliwość alarmowania w sytuacjach awaryjnych;
• stworzono platformę precyzyjnego zarządzania środowiskiem utrzymania i optymalizacji dobrostanu kur nieśnych;
• powyższe osiągnięcia przeskalowano na warunki rzeczywistej produkcji wielkotowarowej.

Podczas obserwacji w skali kurnika produkcyjnego na reprezentatywnej stawce zwierząt monitorowano następujące parametry:

• wyniki produkcyjne tj. pobranie paszy, nieśność;
• zużycie wody;
• stan kliniczny ptaków;
• masa ciała zwierząt,

na koniec obserwacji pobrano pomiot od ptaków celem oznaczenia w nim kortykosteronu – hormonu stresu. Zebrane dane posłużyły do wypracowania modeli predykcyjnych i emisyjnych kurnika.

Dodatkowe informacje

 Planowany obiekt inwentarski, w którym nastąpi wdrożenie w skali produkcyjnej zoptymalizowanego algorytmu monitoringowo-zarządczego środowiskiem i dobrostanem niosek będzie zaopatrzony w:

• platformę zarządzającą obejmującą infrastrukturę sterującą, pomiarową i komunikacyjną (serwer, przemysłowe sterowniki PLC, czujniki, liczniki, stacje operatorskie z aplikacją wizualizacji HMI/SCADA) oraz oprogramowanie o architekturze klient – serwer organizujące zebranie informacji, przetworzenie i zaprezentowanie w formie najbardziej odpowiednie dla poszczególnych uczestników procesów produkcyjnych od operatora  do kadry zarządzającej oraz wszelkie inne funkcje optymalizujące produkcję;
• monitoring zużycia energii elektrycznej dla kurnika w całości oraz odrębnie dla każdego piętra kurnika;
• ciągły pomiar na każdym piętrze w 10 punktach: wilgotności względnej i temperatury, poziomu dwutlenku węgla i amoniaku;
• monitoring IP stworzony z przemysłowych termowizyjnych kamery IP połączonych z rejestratorem obrazu, którego najważniejszą zaletą jest brak wpływu warunków otoczenia na zapisywany obraz (kamery mogą pracować w całkowitych ciemnościach) oraz dokładny wielopunktowy system pomiaru temperatury zintegrowany z systemem alarmowym;
• inteligentne oświetlenie z pomiarem natężenie i jakości światła, dzięki któremu można przeprowadzać symulacje wschodów i zachodów słońca oraz dowolnie regulować natężeniem światła zapewniając optymalne warunki świetlne dostosowane do wieku ptaków;
• kropelkowy system pojenia z licznikiem i dozownikiem witamin dla każdego piętra oraz centralnym pomiarem twardości, temperatury i pH wody;
• oddzielny system paszowy dla każdego piętra wyposażony w osobny silos, paszociąg i systemem ważenia paszy;
• system wentylacji każdego piętra z osłonami na wlotach powietrza, wentylatorami szczytowymi, osłonami świetlnymi, żaluzjami  ściennymi i kominami wentylacyjnymi.