智慧动物生产学-课件 第2章 精准营养与智慧饲料生产

第2章

精准营养与智慧饲料生产第一部分

智慧技术与饲养CONTENTS目录2.1

精准营养与动态营养需要量评估2.2

精准营养与饲料有效养分动态评估技术2.3

智慧饲料生产精准营养与动态营养需要量评估2.1

研究方法的重要性动物营养需要量的研究方法至关重要，它是精准营养的基础。通过科学的研究方法，能准确测定动物对各种养分的需求，为饲料配方的精准设计提供依据，从而提高养殖效益。常见研究方法介绍常见的动物营养需要量研究方法有多种，如饲养试验、平衡试验等。这些方法各有特点和适用范围，能从不同角度探究动物对营养的需求，为精准营养提供数据支持。2.1.1动物营养需要量的研究方法2.1精准营养与动态营养需要量评估综合法的原理与应用综合考虑动物维持与生产需要，通过饲养试验等在整体上探究营养需要，确定向群体提供营养素的最佳数量，建立静态经验模型，适用于特定条件下群体营养需要预测。综合法的局限性核心构成属“黑箱”模型，无法剖析总营养需要量的各个组成部分及变化规律，缺乏指导意义，难以大范围推广应用。析因法的原理与优势将动物对营养素的需要按生理功能细分，累加各部分需要得出总需要量，适用于估算动态营养需要，可根据动物状态调整需求，整合不同实验结果。析因法的局限性无法估算特定时间或体重间隔内最大化异质群体反应的特定营养需要，实施需额外时间和遵从性，精确获取营养素转换或利用效率系数有挑战。2.1.1动物营养需要量的研究方法2.1精准营养与动态营养需要量评估

模型研究的意义动物营养需要模型研究意义重大，它能整合多方面数据，更准确地预测动物营养需求。通过建立科学的模型，可优化饲料配方，提高饲料利用率，降低养殖成本。模型的构建与应用构建动物营养需要模型要综合考虑动物品种、生长阶段等因素。构建好的模型可应用于饲料生产和养殖实践，为精准营养提供科学指导，促进养殖业的可持续发展。2.1.2动物营养需要模型研究2.1精准营养与动态营养需要量评估

01静态模型与动态模型动态模型包含时间元素，可预测动物生命周期中任何时间点的体重等；静态模型不包含时间参数，如通过体长预测体重。

02确定性模型与随机性模型确定性模型为给定输入提供单一预测，但忽视系统内部变异因素；随机性模型能明确展示变异来源，将方差聚合到通用误差项。

03经验性模型与机制性模型经验性模型通过剂量-反应试验获得最佳拟合生产性能，简单易行但无法揭示生物机制；机制性模型利用子系统功能描述高层次功能，基于生物反应机理，需更多数据支持。

04模型发展趋势早期多为经验性模型，随着养殖规模扩大，对模型要求趋向动态机制性模型，以精确评估不同生理阶段生产状态下的营养需要，打开黑箱效应。2.1.2动物营养需要模型研究2.1精准营养与动态营养需要量评估

智能化发展趋向精准营养正朝着智能化方向发展，借助先进的信息技术和传感器，能实时监测动物营养状况，实现饲料的精准投喂。这将提高养殖效率，降低资源浪费。个性化定制趋向精准营养的另一发展趋向是个性化定制，根据不同动物的品种、生长环境等，为其量身定制营养方案。这能更好地满足动物的营养需求，提升养殖效益和产品质量。2.1.3

精准营养发展趋向2.1精准营养与动态营养需要量评估

基于数学模型和智能传感器的精准饲养技术通过准确评定饲料原料有效养分、评估动物营养需要量、确定配方算法及调整饲喂量实现精准饲养，智能饲喂系统可控制采食量，未来需加强与数学模型和智能传感器的结合。

基于多目标算法的饲料配方技术传统单目标线性规划算法未考虑环境影响，多目标算法可降低环境影响并平衡经济成本，国内相关研究缺乏，结合碳氮足迹数据库将成未来重要科技支撑。

基于人工智能的精准营养技术通过智能感知获取养殖环境及动物信息，构建动态营养需要模型，结合原料营养价值大数据平台研发智能在线控制技术和智能化饲喂设施，实现对畜禽生长、健康和产品品质的调控。

基于生命周期评价的饲料原料碳氮足迹数据库利用生命周期评价法量化饲料原料环境影响指标，建立碳氮足迹数据库，为核算饲料配方环境成本、实现“双碳”目标提供畜牧业领域基础数据支撑。2.1.4精准营养发展趋向2.1精准营养与动态营养需要量评估精准营养与饲料有效养分动态评估技术2.2

饲料有效养分动态性的体现饲料有效养分并非固定不变，其受多种因素影响而呈现动态变化。这些因素包括饲料原料的来源、加工方式、储存条件等，了解其动态性对精准营养和饲料生产至关重要。

饲料有效养分动态性的影响饲料有效养分的动态变化会影响动物对营养的摄取和利用。不同阶段的动物对养分需求不同，若饲料养分动态与动物需求不匹配，会影响动物生长发育和生产性能。我国2009—2011年不同春小麦和冬小麦蛋白质含量2.2.1饲料有效养分的动态性2.2精准营养与饲料有效养分动态评估技术饲料层面的动态性

地域动态性表现为不同产地、季节的相同原料因土壤、气候等差异，营养物质含量不同，如我国不同产地小麦蛋白质含量有明显差异，春小麦和冬小麦因生长周期气候差异，蛋白质含量也受影响。全价饲料配方动态性源于原料价格随产量和供需关系波动，企业需平衡动物营养需求与经济效益来调整配方。动物层面的动态性

动物在生长发育过程中生理状态不断变化，营养需要量随之改变，以海兰褐蛋鸡为例，不同阶段饲料中代谢能、粗蛋白、钙、磷等营养成分含量有明确差异。同时，畜禽因生产目的不同，如鸡分为肉鸡、蛋鸡等，营养物质需要量也不同，养殖企业会根据前一周生产性能参数调整配方，实现精准供应。动态评估的必要性

饲料有效养分的动态性使得静态评估无法满足精准营养需求，只有进行动态评估，才能根据饲料原料的变化和动物不同阶段、不同生产目的的需求，精准调整饲料配方，提高饲料利用率，降低养殖成本，保障动物健康生长和生产。2.2.1饲料有效养分的动态性2.2精准营养与饲料有效养分动态评估技术

在体动态评估技术的原理在体动态评估技术是在动物体内对饲料有效养分进行动态评估的技术。它通过监测动物体内的生理指标和代谢过程，来了解饲料养分的消化、吸收和利用情况。在体动态评估技术的应用在体动态评估技术可用于评估不同饲料配方的效果，优化饲料配方，提高饲料利用率。还能为动物营养需要量的精准确定提供依据，实现精准营养。2.2.2在体动态评估技术2.2精准营养与饲料有效养分动态评估技术01物质代谢评估体系平衡试验包括氮平衡、碳平衡和能量平衡试验，氮平衡试验通过计算食入氮、粪氮、尿氮和沉积氮关系，研究蛋白质利用率；碳平衡试验计算食入碳、粪碳等与沉积碳关系，研究碳利用率；能量平衡试验计算摄入能量、排泄物能量等与沉积能量关系，研究能量利用率。饲料代谢能体系基于饲料总能，包括消化能、代谢能和净能体系，不同动物适用不同体系，如猪和反刍动物用消化能，家禽和猪用代谢能，反刍动物等推广应用净能体系。02饲养试验饲养试验通过将待测饲料饲喂动物，监测其生长发育、生产性能及健康状况，是最真实的饲料有效养分评价方式。试验指标包括体重、体增重、采食量、饲料效率等基础生产数据，以及针对试验目的的特殊指标。但试验结果易受动物品种、年龄、生理状态、饲养环境等影响，需制定相关标准以保证可重复性。2.2.2在体动态评估技术2.2精准营养与饲料有效养分动态评估技术

仿生消化技术的概念仿生消化技术是模拟动物消化系统的生理环境和消化过程，对饲料进行体外消化的技术。它能快速、准确地评估饲料的消化率和有效养分含量。

仿生消化技术的优势仿生消化技术不受动物个体差异和环境因素的影响，结果具有较高的重复性和可比性。可缩短评估周期，降低成本，为饲料研发和生产提供有力支持。猪体外仿生消化系统（王钰明，2016）2.2.3仿生消化技术2.2精准营养与饲料有效养分动态评估技术

仿生消化的消化液来源动物源消化液包括瘤胃液、小肠液等，反刍动物可活体采集瘤胃液，小肠液可通过瘘管动物或屠宰方式采集。人工消化液是使用消化酶加盐酸配制，反刍动物测定饲料消化率或瘤胃饲料蛋白质降解率可用“盐酸-纤维分解酶法”，单胃动物也使用人工消化液进行体外消化研究。

单胃动物仿生消化系统单胃动物仿生消化系统通过体外模拟消化道各部位的消化酶种类与分泌量、温度、pH、渗透压、食糜流动速率、营养素吸收速率等生理特征，构建标准化系统来评价饲料营养价值，能较好地模拟单胃动物体内消化过程。

人工瘤胃系统人工瘤胃系统用于模拟反刍动物瘤胃消化特征，包括静态发酵系统和动态发酵系统。静态发酵系统在瓶中加入瘤胃液、人工唾液和待测饲料培养检测，但无法真实模拟瘤胃发酵生理特性。动态发酵系统（人工瘤胃系统）组件有发酵罐、pH传感器等，不过目前缺少营养物质吸收功能，对不同生理状态下瘤胃功能模拟不足，需进一步优化。2.2.3仿生消化技术2.2精准营养与饲料有效养分动态评估技术仿生消化技术的优势相较于在体动态评估技术，仿生消化技术可减少实验动物使用，降低测定成本，提高测定效率，能在较短时间内对大量饲料样品进行有效养分评估，为饲料配方优化提供快速数据支持。人工瘤胃系统（沈维军，2012）2.2.3仿生消化技术2.2精准营养与饲料有效养分动态评估技术

近红外光谱技术的原理近红外光谱技术是利用近红外光与饲料分子的振动相互作用，通过检测反射或透射光的光谱特征，来分析饲料的化学成分和物理性质。

近红外光谱技术的应用该技术可快速、无损地检测饲料中的水分、蛋白质、脂肪等成分含量。在饲料质量控制、原料筛选和配方优化等方面有广泛应用，提高生产效率和产品质量。2.2.3近红外光谱技术2.2精准营养与饲料有效养分动态评估技术

在线近红外检测技术在线近红外检测技术将近红外光谱仪与饲料配制过程结合，检测探头安装在饲料配制设备中，实时获取饲料红外光谱数据，具有实时性强、测定结果代表性强和可追溯性的优点，能实现饲料加工质量的动态监控。应用注意事项应用时需考虑目标物质的检测限度、样本特性、测定结果的真实性评价以及记录化学测定结果与光谱采集数据的时间差，以提高检测结果的有效性。在线近红外检测系统（王涛，2024)1.光谱检测装置；2.编码器；3.皮带输送机；4,调速电机；5,称重传感器；6.PC；7.电气控制箱；8.数字显示仪表；9.调速器；10.调速电机；11.上料光电传感器；12.裙边；13.下料光电传感器；14.下料仓；15.下料挡板；16.电气指示灯；17.急停按钮；18.温湿度传感器2.2.3近红外光谱技术2.2精准营养与饲料有效养分动态评估技术智慧饲料生产2.3

原料接收流程饲料原料接收需遵循一定流程，要确保原料品质符合要求。从运输车辆到仓库的转移过程中，要做好记录，防止混入杂质，保障后续生产使用的原料质量稳定可靠。

原料储存条件合适的储存条件对饲料原料至关重要。要控制好温度、湿度等环境因素，避免原料发霉、变质。不同种类的原料可能需要不同的储存方式，以延长其保质期，维持营养成分。2.3.1饲料原料的接收与储存2.3智慧饲料生产

自动称重系统：高效精准的计量管理集成RFID技术、红外定位系统、视频监控和声像提示，自动记录车辆信息、重量及时间，避免人为误差与作弊，实现原料称重无人值守与数据实时上传。自动采样系统：标准化的品质检测前置司机自主操作，通过控制平台完成车辆注册与采样，样品自动分样并传送至实验室，全程监控可追溯，确保原料检测的客观性与效率。料仓自动监控系统：3D可视化库存管理采用多点扫描3D仓容测量技术，穿透粉尘精确测量料仓内物料形态与高度，实时传输数据并生成3D图像，实现原料库存动态监控与远程管理。

2.3.1饲料原料的接收与储存2.3智慧饲料生产

系统自动化控制饲料生产线控制系统具备自动化控制功能，可根据预设参数精准调控生产过程。通过先进的传感器和软件系统，实时监测生产数据，确保各环节稳定运行，提高生产效率和产品质量。

系统故障预警该控制系统还能进行故障预警。当生产过程中出现异常情况时，系统会及时发出警报，提示工作人员采取措施，避免问题扩大化，减少生产损失，保障生产线的持续稳定运行。饲料厂生产过程PLC控制系统2.3.2饲料生产线控制系统2.3智慧饲料生产

PLC控制系统的核心组成以微处理器为基础，集成计算机与自动化技术，通过可编程存储器执行逻辑运算、计数、定时等功能，连接中心控制柜、控制站及工业计算机，实现生产全流程数字化控制。

多环节自动化控制功能覆盖粉碎系统自动负荷调节、配料精准称量、制粒参数实时优化、输送设备测速报警等，通过计算机与PLC通信，实现各工段设备的联动与精准操控。

故障自检与远程监控能力具备实时数据采集与异常报警功能，设备故障时通过远程信息、邮件及声光提示预警，支持生产报表自动生成与设备运行状态可视化监控，保障生产连续性。2.3.2饲料生产线控制系统2.3智慧饲料生产

单机智能操作优势饲料加工单机操作智能化具有显著优势。它能提高操作的精准度和稳定性，减少人为因素的干扰。操作人员可以通过智能界面轻松控制单机，实现高效生产，提升产品的一致性和质量。

智能技术应用在饲料加工单机中应用了多种智能技术，如人工智能、物联网等。这些技术使单机能够自动调整参数、优化生产过程，根据不同的生产需求灵活运行，适应多样化的市场要求。2.3.3饲料加工单机操作智能化2.3智慧饲料生产

智能粉碎机：自适应高效粉碎配备自动去石除铁装置，可不停机自动换筛，根据负荷自动调节喂料速度，实时监测温度、振动及电机电流，异常时自动报警停机，通过数据分析优化粉碎参数。颗粒压制机：动态参数优化与质量控制基于智能控制模型，自动调节蒸汽量、喂料速度及压辊间隙，实现汽料配比最优化；冷却器水分在线调整，结合历史数据预测颗粒质量，提升成品稳定性与生产效率。2.3.3饲料加工单机操作智能化2.3智慧饲料生产

计量自动化精准性加工计量自动化可保证计量的精准性。通过高精度的计量设备和先进的算法，能准确测量饲料的重量和体积，避免计量误差，确保每一份产品的质量符合标准，提高生产效益。

包装自动化高效性包装自动化体现了高效性。它能快速完成饲料的包装工作，包括装袋、封口、贴标等环节。自动化包装设备运行稳定，减少了人工操作时间，提高了包装效率和美观度。2.3.4加工计量、包装自动化2.3智慧饲料生产

完全电子化包装秤：高精度计量与柔性生产采用伺服驱动技术，替代传统PLC逻辑控制，具备远程维护与生产数据分析功能，实现高速、高精度计量，适配多种配方与包装规格，满足规模化生产需求。

连续式自动包装系统：全流程无人化操作集成包装袋分检、传送、开袋、套袋、计量灌包及封包功能，自动完成从供袋到缝包的全流程，配合金属检测与检斤设备，确保包装质量与追溯性。

机器人自动码包堆垛系统：高效低耗的仓储衔接机器人码垛能力达1600包/小时，能耗仅为机械式码垛机的20%，结构紧凑且维护简便，通过微机控制系统与自动化系统集成，实现成品快速转运与仓储智能化。2.3.4加工计量、包装自动化2.3智慧饲料生产品控自动化检测指标饲料加工品控自动化会对多项指标进行检测。涵盖营养成分、微生物含量、粒度等方面，利用先进的检测技术和设备，实时监测产品质量，确保符合相关标准和客户需求。品控自动化反馈机制品控自动化具备反馈机制。当检测到产品质量出现问题时，系统会及时反馈给生产环节，自动调整生产参数，保证后续产品质量稳定，实现生产过程的闭环管理。2.3.5饲料加工品控自动化2.3智慧饲料生产

流程数据实时监控生产流程的智慧化管理可实现数据的实时监控。通过传感器和网络技术，收集生产过程中的各项数据，如设备运行状态、生产进度等，管理人员可随时掌握生产情况，做出科学决策。流程智能调度优化智慧化管理还能对生产流程进行智能调度优化。根据实时数据和预设规则，合理安排设备运行和人员工作，提高资源利用率，降低生产成本，提升整体生产效率。2.3.6生产流程的智慧化管理2.3智慧饲料生产

物流车辆厂内一卡通系统司机进厂后自助制卡，厂内物流自动调度通过屏幕展示、语音提示和短信推送等形式，指示司机完成车辆洗消、原料扦样质检、自动计量、指定停靠、卸料装料等作业，实现原料采购、成品销售、生物防疫等方面的智能化管理。

拉动式生产系统系统架构包括智能调度、生产管理和自动控制三层。根据销售订单自动排产，创建生产计划，由后级工序依次拉动制粒、配料、粉碎、原料出仓任务，实现整厂控制的高效生产流程。2.3.6生产流程的智慧化管理2.3智慧饲料生产提高生产效率生产过程通过先进的传感器和全自动生产线的控制系统，实现各个环节的精确调控。自动配料、自动混合和自动包装等功能的引入,使得生产线的运作更加高效、精准，提高了生产效率。配方实时优化智能化饲料生产线能够实时采集生产数据,并通过先进的数据分