飼料ODM 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)實踐與應用

李忠超 譚宇 劉嶺 石循柏 卿篤學 佘偉明*

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料工業(yè)中心，北京100193；2.湖南偉業(yè)動物營養(yǎng)集團股份有限公司，長沙410000；3.北京中農(nóng)聯(lián)成技術(shù)有限公司 北京100091）

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)代科學技術(shù)手段，將動物營養(yǎng)學、飼料學及其相關(guān)學科的最新研發(fā)成果應用到生產(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)、設計到生產(chǎn)、后期維護的全部服務的生產(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、系統(tǒng)價值和實際應用前景。

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：

在習近平總書記“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、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)， 包括飼料化學組成、抗營養(yǎng)物質(zhì)和有毒有害物質(zhì)含量、生物學效價、氨基酸、有效能和氨基酸消化率的動態(tài)預測方程，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)分析應用于指導生產(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)標準，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)不精準造成較大浪費。

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)?；B(yǎng)殖場對產(chǎn)品要求話語權(quán)加大，提出代加工、定點供應飼料的需求的越來越多，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。

眾所周知，養(yǎng)殖行業(yè)利潤不高，受行情波動影響風險比較大， 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)處理平臺和終端應用層四個部分（見圖1）。

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

飼料ODM 系統(tǒng)是以動物營養(yǎng)學、 動物生產(chǎn)學、飼料學等畜牧科學的理論和技術(shù)為基礎，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。

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)指標攝入量， 以此作為基礎精準配制日糧。就豬而言，日增重是體重的導函數(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。

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3 是豬典型的S 型生長曲線，其模型為BW= A，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。

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， 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)與飼料科學的發(fā)展方向。

4 飼料ODM 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應用價值

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確計算出飼料成本和利潤之間的關(guān)系， 導致養(yǎng)殖場領導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估價格，合理選擇預期生長曲線及相應凈能需要量， 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， 應該是飼料企業(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)。

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。

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優(yōu)化， 從而幫助養(yǎng)殖場設計最優(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、設計配方時都是以凈能為基礎；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測其生長性能。

飼料ODM 系統(tǒng)中， 從原料入庫—粉碎—混合—制?！善穫}的每個環(huán)節(jié)都有在線近紅外系統(tǒng)檢測其化學成分的變化， 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)品理化指標符合養(yǎng)殖企業(yè)的實際要求，正真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激， 也解決了技術(shù)人員頻繁進出養(yǎng)殖場帶來的疫情風險。

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)學院”、“湖南農(nóng)業(yè)大學”等高校也建立了自己的飼料ODM 物聯(lián)網(wǎng)賬號，教研應用狀況良好。

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， 包括實時豬價下的利潤曲線、出欄時間、人工和獸藥成本等；輸入預測原料成本及生豬價格可預測利潤， 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。

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。

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，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。

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。

養(yǎng)殖場可以向服務商提出自己的需求， 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。

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，同時提升自身的價值。動物營養(yǎng)學科的學生在學習書本知識的同時，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計配方，提高實踐能力。

表1. 飼料影子成本比較表（豬價6.5 元/斤，岳陽石田豬場）

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)做支撐才更準確，專業(yè)技術(shù)人員耗時耗力；在線品控系統(tǒng)建設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，在豬養(yǎng)殖場實際條件下通過反復驗證、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，它的建設和全面應用，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）