飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)與實踐應(yīng)用

畜牧人小李

　　畜牧行業(yè)如何借助大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，將動物營養(yǎng)學(xué)、飼料學(xué)及其相關(guān)學(xué)科的最新研發(fā)成果應(yīng)用到生產(chǎn)實際，在提高企業(yè)經(jīng)濟效益的同時，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)真正意義的提質(zhì)增效和轉(zhuǎn)型升級是目前飼料養(yǎng)殖企業(yè)急需解決的關(guān)鍵問題。

　　ODM（Original Design Manufacturer，原始設(shè)計制造商）是指在制造業(yè)中，由采購方委托制造方提供從研發(fā)、設(shè)計到生產(chǎn)、后期維護的全部服務(wù)的生產(chǎn)方式。隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的進步，ODM物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速。2016年開始，湖南偉業(yè)動物營養(yǎng)集團提出飼料ODM的概念，并聯(lián)合農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料工業(yè)中心、北京中農(nóng)聯(lián)成科技公司等單位對飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)進行研究和實踐，2019年ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)試運行成功。本文簡要介紹了該系統(tǒng)的研發(fā)背景、理論基礎(chǔ)、系統(tǒng)價值和實際應(yīng)用前景。

1、飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)背景  

　　隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，廣大飼料企業(yè)和大型養(yǎng)殖場飼料生產(chǎn)硬件設(shè)備不斷改進，基本具備了自動化生產(chǎn)條件，但如何使生產(chǎn)和最新科研成果實現(xiàn)無縫對接，以達到有效利用資源、提高企業(yè)效益的目的，尚有許多瓶頸問題需要解決。這些問題主要體現(xiàn)在以下方面：

01、飼料企業(yè)與科研機構(gòu)對接不緊密

　　在國家領(lǐng)導(dǎo)“希望科研工作者要把科研論文寫在中國大地上”精神號召下，我國廣大科研工作者在飼料營養(yǎng)價值、各種動物的營養(yǎng)需求、飼料加工工藝和質(zhì)量安全檢測等方面做了大量基礎(chǔ)性研究工作，獲得了海量科研數(shù)據(jù)。如農(nóng)業(yè)部飼料工業(yè)中心（MAFIC）在豬營養(yǎng)研究中，結(jié)合中國的實際飼養(yǎng)條件實測出幾十萬個原料數(shù)據(jù)，包括飼料化學(xué)組成、抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)和有毒有害物質(zhì)含量、生物學(xué)效價、氨基酸、有效能和氨基酸消化率的動態(tài)預(yù)測方程，以及個生理階段豬的營養(yǎng)需求等。再如各級管理部門多年積累的飼料質(zhì)量安全數(shù)據(jù)、畜禽生產(chǎn)數(shù)據(jù)、畜產(chǎn)品質(zhì)量安全數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)等，這些成果迫切需要經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

　　然而，受諸多條件限制，現(xiàn)實情況下很多企業(yè)除飼養(yǎng)試驗外幾乎不具備獨立研發(fā)能力，一些企業(yè)還沒有建立企業(yè)自身的數(shù)據(jù)庫，使配方師在設(shè)計配方時隨意性較大，往往都是參考甚至照搬某一個飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如美國NRC（2012）、荷蘭CVB和法國INRA等，但是這些國外的數(shù)據(jù)大都是文獻總結(jié)數(shù)據(jù),與中國的飼料原料和養(yǎng)殖環(huán)境的實際情況相差比較大，因此照搬國外的數(shù)據(jù)不適合國內(nèi)的配方體系，由于營養(yǎng)不精準(zhǔn)造成較大浪費。

02、飼料企業(yè)與養(yǎng)殖場嚴重脫節(jié)

　　多年以來，飼料企業(yè)生產(chǎn)商品飼料主要面對的是千家萬戶的散養(yǎng)戶，運用人海戰(zhàn)術(shù)通過業(yè)務(wù)員、經(jīng)銷商等銷售渠道最后到養(yǎng)殖場，沒有考慮到不同客戶的品種、環(huán)境和管理水平，因此，同樣的飼料在不同養(yǎng)殖場表現(xiàn)出很大的差異，導(dǎo)致養(yǎng)殖成本居高不下，既花了錢，也養(yǎng)不好動物。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展、養(yǎng)殖政策、市場競爭、禽流感和非洲豬瘟疫情等因素的影響，大量散養(yǎng)戶退出養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，規(guī)模化養(yǎng)殖場對產(chǎn)品要求話語權(quán)加大，提出代加工、定點供應(yīng)飼料的需求越來越多，但是，由于飼料企業(yè)和養(yǎng)殖企業(yè)之間的關(guān)注點有所不同，信息缺乏有效溝通，常見的買與賣互不信任現(xiàn)象依然普遍存在。

03、養(yǎng)殖場與市場嚴重脫節(jié)

　　眾所周知，養(yǎng)殖行業(yè)利潤不高，受行情波動影響風(fēng)險比較大，賺錢與否基本靠養(yǎng)殖業(yè)主盲目判斷。影響?zhàn)B殖場利潤的因素有很多，要做到降低風(fēng)險把握主動權(quán)，需要對養(yǎng)殖品種、飼料成本、生產(chǎn)性能、體型、出欄時間及價格、市場需求等各個環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)化、智能化的科學(xué)決策和過程管理，才能做到盈利時多盈利，虧本時盡量少虧。

2、飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)概念及系統(tǒng)構(gòu)架

　　飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)是以提高養(yǎng)殖場收益為終極目的，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用現(xiàn)代化的設(shè)備將飼料加工、品控管理、飼養(yǎng)效果和市場利潤分析等聯(lián)系在一起，根據(jù)養(yǎng)殖場的實際情況（品種、環(huán)境、管理、健康水平、畜禽價格等）制定的包括配方、飼喂階段、保健、效果跟蹤并反復(fù)驗證等環(huán)節(jié)得出的優(yōu)化方案的系統(tǒng)平臺，其架構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集層、通信層、數(shù)據(jù)處理平臺和終端應(yīng)用層四個部分（見圖1）

圖1. 飼料ODM系統(tǒng)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集層：包含各種現(xiàn)場參數(shù)的采集及報警。

通信層：包含有線、無線通信中間件設(shè)備，云端中間件。

數(shù)據(jù)處理平臺：專家數(shù)據(jù)庫&ODM數(shù)據(jù)平臺&云配方&生產(chǎn)控制。

終端應(yīng)用層：通過手機、平板、電腦等對數(shù)據(jù)進行展示及運用。         

3、飼料ODM系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

　　飼料ODM系統(tǒng)是以動物營養(yǎng)學(xué)、動物生產(chǎn)學(xué)、飼料學(xué)等畜牧科學(xué)的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，緊密結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過不斷的生產(chǎn)實際積累而建立起來的。

01、日增重和采食量曲線

　　在一定范圍內(nèi)，動物生長為能而食，據(jù)此可以推算出凈能及其它營養(yǎng)指標(biāo)攝入量，以此作為基礎(chǔ)精準(zhǔn)配制日糧。就豬而言，日增重是體重的導(dǎo)函數(shù)；日增重在體成熟后逐漸下降，說明上市體重、豬價和飼料價格之間存在一個最優(yōu)解，包括特定豬價下最優(yōu)的飼料成本、最優(yōu)的上市體重或日齡。

02、動物的生長發(fā)育規(guī)律
　　以豬為例，豬的不同組織發(fā)育一般遵循先骨骼后肌肉再脂肪的順序，從圖2可以看出，對于飼喂低營養(yǎng)的晚熟品種，其肌肉和脂肪的交點大概在90kg，而對于飼喂高營養(yǎng)的早熟品種交點大概在60kg，這說明飼喂低營養(yǎng)水平的晚熟品種，其脂肪大量沉積的時間較飼喂高營養(yǎng)水平的早熟品種晚，同時說明營養(yǎng)水平和品種都會對生長曲線造成影響，因此真正的飼料ODM系統(tǒng)就是要在特定品種下制定特定的需要量。

圖2. 豬不同組織生長發(fā)育順序

03、動物生長曲線

圖3是豬典型的S型生長曲線，其模型為

拐點為（InB/k，A/e）。B越大，拐點日齡越大；K越大，拐點日齡越小，該曲線在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的指導(dǎo)意義有：1).拐點日齡越小，成熟快，早出欄；2).拐點日齡動物新陳代謝旺盛，相對生長率高，日增重大，營養(yǎng)物質(zhì)需求大；3).拐點不是絕對的，不同品種不一樣，同一品種在不同的飼養(yǎng)條件下也不相同。

圖3. 豬不同日齡與體重的關(guān)系

04、凈能體系

　　與消化能 (DE) 和代謝能 (ME) 體系相比，從理論上講，凈能體系是使日糧能值與豬能量需要量相統(tǒng)一的衡量指標(biāo)，更能真實地反映飼料的能量利用效率；從實際生產(chǎn)上講，通過補充必需氨基酸，凈能體系可以降低養(yǎng)殖業(yè)的碳和氮排放，是動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)的發(fā)展方向。

4、飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用價值

　　就養(yǎng)豬場而言，飼料成本占豬場運行成本的60-70%。傳統(tǒng)的飼料企業(yè)與養(yǎng)殖場的合作方式很難準(zhǔn)確計算出飼料成本和利潤之間的關(guān)系，導(dǎo)致養(yǎng)殖場領(lǐng)導(dǎo)在選擇飼料時難于決斷。飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)出欄時期貨價格或市場預(yù)估價格，合理選擇預(yù)期生長曲線及相應(yīng)凈能需要量，找到利潤最高點，優(yōu)化飼料供給方案，以提高養(yǎng)殖整體效益為目標(biāo)，應(yīng)該是飼料企業(yè)的長遠發(fā)展的經(jīng)營宗旨，也只有這樣才能真正幫助養(yǎng)殖企業(yè)。

01、飼料ODM以數(shù)據(jù)說話，促進飼料業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)聯(lián)動

　　目前飼料企業(yè)和養(yǎng)殖場之間存在許多中間環(huán)節(jié)，養(yǎng)殖場管理者很難直接評估飼料產(chǎn)品的好壞。飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以讓飼料企業(yè)與養(yǎng)殖場管理層雙方都能直觀地看到飼料質(zhì)量評估的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，同時可以通過自動飼喂系統(tǒng)準(zhǔn)確測定飼喂效果，實際數(shù)據(jù)的信息溝通打破了原來的隔閡，有助于幫助飼料企業(yè)和養(yǎng)殖場建立長久穩(wěn)定的信任關(guān)系。

02、飼料ODM依靠凈能數(shù)據(jù)庫，提供精準(zhǔn)營養(yǎng)

　　由于品種-飼料-飼養(yǎng)-環(huán)境這條聯(lián)動軸互相影響，不同的養(yǎng)殖場對飼料的要求是絕對不同的。飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心包括原料預(yù)測模型、配方優(yōu)化模型、生長曲線模型（體重、采食量、蛋白沉積和脂肪沉積等）、凈能對生長曲線的影響模型和利潤模型等。每個模型都以大量的數(shù)據(jù)作為支撐，且這些模型不是固定不變的，而是會根據(jù)養(yǎng)殖場實際情況進行自我學(xué)習(xí)、自我優(yōu)化，從而幫助養(yǎng)殖場設(shè)計最優(yōu)方案。
　　從基本國情上講，我國擁有豐富的谷物、油料作物等加工副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物含有較多的纖維和粗蛋白質(zhì)，由于DE和ME體系高估了纖維和粗蛋白質(zhì)的能量，而凈能體系考慮了熱增耗，從而對更加合理地利用這些副產(chǎn)物提供了理論依據(jù)。
　　凈能體系是聯(lián)系飼料供給和動物營養(yǎng)需要的橋梁。飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就是以凈能為根本出發(fā)點，從企業(yè)的角度：采購原料、設(shè)計配方時都是以凈能為基礎(chǔ)；從養(yǎng)殖場的角度：尋找特定品種、環(huán)境和飼養(yǎng)密度下的凈能需要量才能更好地預(yù)測其生長性能。

03、飼料ODM系統(tǒng)依靠數(shù)據(jù)處理平臺，降低企業(yè)風(fēng)險成本
　　飼料ODM系統(tǒng)中，從原料入庫—粉碎—混合—制粒—成品倉的每個環(huán)節(jié)都有在線近紅外系統(tǒng)檢測其化學(xué)成分的變化，所有檢測結(jié)果與生產(chǎn)記錄自動生成并發(fā)送給飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)平臺。在線品控確保了產(chǎn)品理化指標(biāo)符合養(yǎng)殖企業(yè)的實際要求，真正做到了先檢驗后出廠，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

　　養(yǎng)殖場選取有代表的欄舍安裝自動飼喂系統(tǒng)后，能準(zhǔn)確稱量出每頭豬的采食量、體重以及豬舍溫濕度、氨氣等信息，信息在匯總后將自動傳送飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)平臺。同時該數(shù)據(jù)對養(yǎng)殖場管理者和ODM配方師都可監(jiān)測實時飼喂效果，減少更換配方造成的動物應(yīng)激，也解決了技術(shù)人員頻繁進出養(yǎng)殖場帶來的疫情風(fēng)險。
　　所有實際數(shù)據(jù)對于企業(yè)是很寶貴的資料，飼料ODM系統(tǒng)可以將這些數(shù)據(jù)及時在系統(tǒng)中保存和云備份。湖南偉業(yè)動物營養(yǎng)集團股份有限公司通過與農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料工業(yè)中心、國防科大、德國布魯克公司等單位合作，目前已經(jīng)成功開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的精準(zhǔn)動物營養(yǎng)云系統(tǒng)、NIR近紅外在線飼料檢測系統(tǒng)、生豬生長性能和環(huán)境參數(shù)自動評定系統(tǒng)，并形成了子模塊。上述子模塊與企業(yè)ERP系統(tǒng)實現(xiàn)了互聯(lián)互通。該系統(tǒng)在京東云上建有服務(wù)器，購買賬號修改其密碼后，該賬號只對注冊用戶公開，這樣就對其數(shù)據(jù)有了很強的保密性，從而避免企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)人員等突然離職給企業(yè)帶來的不確定性問題。

5、飼料ODM系統(tǒng)應(yīng)用前景

　　自2016年以來，湖南偉業(yè)動物營養(yǎng)集團股份有限公司聯(lián)合國內(nèi)高校和研究機構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已在湖南“天心種業(yè)”、“安化輝華牧業(yè)”、“湖南旺森牧業(yè)”、“湘村黑豬”等大型養(yǎng)豬企業(yè)推廣運行；在“佛山科技技術(shù)學(xué)院”、“湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)”等高校也建立了自己的飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)賬號，教研應(yīng)用狀況良好。

01、飼料ODM系統(tǒng)適合一條龍企業(yè)使用
　　對于既有飼料企業(yè)又有養(yǎng)殖場的大型農(nóng)牧集團，使用該系統(tǒng)可以充分利用其產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，打造自己的飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。管理者只需登錄自己企業(yè)網(wǎng)站打開飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)版塊，輸入其賬號后可以瀏覽豬的各項指標(biāo)，包括實時豬價下的利潤曲線、出欄時間、人工和獸藥成本等;輸入預(yù)測原料成本及生豬價格可預(yù)測利潤，并及時通過調(diào)整現(xiàn)有飼喂方案實現(xiàn)最大利潤。
　　技術(shù)總監(jiān)可以實時了解原料數(shù)據(jù)（近紅外實時數(shù)據(jù)）、豬場的品種、環(huán)境、健康以及使用目前飼料配方下的生長性能等信息。準(zhǔn)確測定出引進品種或特定品種的理想生長曲線；依據(jù)未來市場生豬價格、原料行情選擇預(yù)期生長曲線（見圖4）；通過大數(shù)據(jù)對非常規(guī)原料、功能性原料及新的添加劑進行優(yōu)化和篩選，降低成本。

圖4 預(yù)期生長曲線圖

　　通過飼料ODM平臺掌控同期生長育肥豬生產(chǎn)性能信息，對于公司+農(nóng)戶模式有極其重要的指導(dǎo)意義，精確計算每天的投料量、料比及出欄日齡，以求養(yǎng)殖利潤最大化及代養(yǎng)和公司利潤合理分配比例。

02、飼料ODM系統(tǒng)可進一步提高飼料企業(yè)的經(jīng)濟效益

　　飼料企業(yè)可根據(jù)自身情況選擇搭建自己專有的飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，或是購買在線品控系統(tǒng)、云配方系統(tǒng)模塊。

　　在線品控系統(tǒng)與中控室鏈接，可以在總部檢查旗下各分公司生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)、混合均勻度等指標(biāo)，如遇質(zhì)量問題投訴可迅速溯源；可以通過調(diào)節(jié)物料水分使制粒機運行更加平穩(wěn)，提高產(chǎn)量的同時提高質(zhì)量。

　　　集團企業(yè)由技術(shù)總監(jiān)管理數(shù)據(jù)庫，可經(jīng)授權(quán)分配賬號明確配方師使用權(quán)限，通過數(shù)據(jù)共享減少配方師的隨意性，保證集團產(chǎn)品穩(wěn)定一致；可建立飼養(yǎng)試驗站，評估新的原料效果以減少成本或提升產(chǎn)品市場競爭力。

　　飼料企業(yè)戰(zhàn)略合作客戶通過與其客戶達成ODM服務(wù)協(xié)議，可以在其客戶養(yǎng)殖場安裝自動飼喂系統(tǒng)。該系統(tǒng)對飼料企業(yè)和養(yǎng)殖場都是開放的，飼料企業(yè)了解養(yǎng)殖場的生產(chǎn)性能，同時養(yǎng)殖場了解飼料的生產(chǎn)過程，二者建立了公開透明穩(wěn)定的合作機制，實現(xiàn)雙贏的目的。

　　單個飼料企業(yè)可以自成體系，也可以聘請第三方機構(gòu)專業(yè)為提供服務(wù)。

03、飼料ODM系統(tǒng)在規(guī)模化養(yǎng)殖場的應(yīng)用
　　養(yǎng)殖場可以選擇與具有飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的飼料廠合作，或者直接要求飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的企業(yè)為自己的養(yǎng)殖場提供第三方服務(wù)。
　　養(yǎng)殖場可以向服務(wù)商提出自己的需求，比如查驗每批次飼料檢測數(shù)據(jù)、建立自己豬場條件下的需要量、提高肉品質(zhì)的ODM方案、縮短出欄時間的ODM方案、選種育種ODM方案，無抗條件下獸藥成本最低化的ODM方案等。
　　養(yǎng)殖場決策層可以快速簡單地評估飼料的性價比，監(jiān)督產(chǎn)品質(zhì)量。養(yǎng)殖場選擇了與飼料企業(yè)合作的同時，可以測試不同廠家的飼料產(chǎn)品，根據(jù)對照組相比得出的飼料影子價格說明試驗料‘值’多少錢（見表1），可以倒逼飼料企業(yè)的技術(shù)人員做出真正符合養(yǎng)殖場利潤的方案。

表1. 飼料影子成本比較表（豬價6.5元/斤，岳陽石田豬場）

04、飼料ODM在科研教學(xué)方面的應(yīng)用

　　專家教授及有經(jīng)驗的營養(yǎng)師可以建立個人數(shù)據(jù)庫，利用ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在線直接為更多企業(yè)和客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，同時提升自身的價值。

　　動物營養(yǎng)學(xué)科的學(xué)生在學(xué)習(xí)書本知識的同時，可以通過登錄該系統(tǒng)查詢各大數(shù)據(jù)庫的飼料原料數(shù)據(jù)，了解動物的生長性能并模擬設(shè)計配方，提高實踐能力。

6、推廣飼料ODM系統(tǒng)需要進一步解決的問題

　　完全理解飼料ODM系統(tǒng)重要性，在認識上有難度，或者將因有損部分人利益導(dǎo)致人為障礙；建立模型（數(shù)據(jù)模型、近紅外建模）需要海量的數(shù)據(jù)做支撐才更準(zhǔn)確，專業(yè)技術(shù)人員耗時耗力；在線品控系統(tǒng)建設(shè)需要一定的前期成本投入等等，這些問題的解決需要行業(yè)共同努力，做進一步的研發(fā)和完善。

7、小結(jié)與展望

　　綜上，飼料ODM系統(tǒng)可以通過精準(zhǔn)評估每批飼料原料的有效成分（包括凈能、SID氨基酸、系酸力、霉菌毒素等），根據(jù)養(yǎng)殖場實際情況（品種、環(huán)境、管理、健康水平），結(jié)合市場信息（原料價格、畜禽市場價格等）制定優(yōu)化方案，在養(yǎng)殖場實際條件下通過反復(fù)驗證、修訂，最終確定養(yǎng)殖場的終極方案。積極推廣飼料ODM物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是畜牧養(yǎng)殖行業(yè)的系統(tǒng)工程，它的建設(shè)和全面應(yīng)用，必將極大提升企業(yè)經(jīng)濟效益，從根本上加速行業(yè)的提質(zhì)增效與可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻（略）

來源：偉業(yè)集團