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摘要:隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展,自動(dòng)投餌機(jī)在國(guó)內(nèi)外都獲得了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)投餌機(jī)對(duì)比國(guó)外先進(jìn)投餌裝置在系統(tǒng)化、自動(dòng)化、精確度等方面仍有所欠缺。本文針對(duì)我國(guó)投餌機(jī)的發(fā)展歷程,并圍繞投餌機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn),對(duì)投餌機(jī)發(fā)展進(jìn)行介紹,同時(shí)列舉國(guó)內(nèi)外的新型投餌機(jī)研究成果,借此展望投餌機(jī)在未來(lái)的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:投餌機(jī);水產(chǎn)養(yǎng)殖;自動(dòng)投飼;智能控制
改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛。隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大,人工投飼的不足逐漸凸顯出來(lái),例如工作量大、效率低、拋撒不均勻,而且受人體力、環(huán)境、天氣等因素影響大等。這些因素影響?zhàn)B殖對(duì)象的正常生長(zhǎng),增加了養(yǎng)殖成本[1]。因此,大力推廣自動(dòng)投餌機(jī)的使用是解放養(yǎng)殖者勞動(dòng)力、節(jié)省時(shí)間、減少飼料浪費(fèi)、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要舉措。國(guó)內(nèi)投餌機(jī)的研發(fā)始于上世紀(jì)80年代,隨即被投入使用[2]。到90年代中期以后,養(yǎng)殖戶逐漸認(rèn)識(shí)到使用魚(yú)塘投餌機(jī)可以提高飼料利用率,產(chǎn)銷(xiāo)量才開(kāi)始大幅度提高。當(dāng)前國(guó)內(nèi)大部分的投餌機(jī)智能化程度較低,主要是以機(jī)械化取代人工投飼。相對(duì)而言,國(guó)外在自動(dòng)投飼領(lǐng)域發(fā)展水平較高,許多國(guó)家都有較為完善的智能化投飼系統(tǒng)[3-6],自動(dòng)投餌機(jī)作為系統(tǒng)中的一個(gè)單元,受中央控制系統(tǒng)操控,基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化、精確化、智能化,如圖1所示。
1我國(guó)投餌機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)水產(chǎn)行業(yè)規(guī)模巨大,是世界上第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó),可對(duì)比于國(guó)外的養(yǎng)殖設(shè)施水平,我國(guó)的水產(chǎn)行業(yè)發(fā)展卻相對(duì)滯后,自動(dòng)化程度較低,尤其體現(xiàn)在投飼方面。多年來(lái),我國(guó)對(duì)于自動(dòng)投飼的研究從未止步,并取得一定的成果,成功研發(fā)了一些高端自動(dòng)投餌裝備,見(jiàn)圖2。21世紀(jì)初期,我國(guó)投餌機(jī)的年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到16萬(wàn)臺(tái),產(chǎn)量?jī)H次于增氧機(jī)。到如今,自動(dòng)投餌機(jī)在我國(guó)已被廣泛使用于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè),根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境、投料形式、動(dòng)力來(lái)源的不同可分為多種類(lèi)型。在各類(lèi)自動(dòng)投餌機(jī)中,以池塘投餌機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。首臺(tái)池塘自動(dòng)投餌機(jī)由中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所在1978年研制成功[2]。我國(guó)大部分的池塘投餌機(jī)采用拋灑投喂,根據(jù)池塘大小,其拋撒范圍在10~50m2[7],每臺(tái)使用的面積約0.33~1hm2[8]。池塘投餌機(jī)雖然初步做到定時(shí)定量,然而飼料拋灑不均勻,拋灑面積有限,無(wú)法做到精確投喂,不但會(huì)導(dǎo)致飼料浪費(fèi)和水質(zhì)污染還會(huì)對(duì)池塘內(nèi)養(yǎng)殖對(duì)象的平均長(zhǎng)速存在一定影響。對(duì)于其它養(yǎng)殖環(huán)境,還有網(wǎng)箱投餌機(jī)與室內(nèi)工廠化投餌機(jī)等類(lèi)型的自動(dòng)投餌機(jī)。網(wǎng)箱投餌機(jī)又根據(jù)網(wǎng)箱使用狀況的不同分為水面網(wǎng)箱投餌機(jī)與深水網(wǎng)箱投餌機(jī),此類(lèi)投餌機(jī)由河南省水產(chǎn)科學(xué)研究院發(fā)明并申請(qǐng)專(zhuān)利[9]。網(wǎng)箱投餌機(jī)直接將飼料拋撒在25m2(長(zhǎng)5m×寬5m)的網(wǎng)箱水面中央,拋撒面積約在2.8~3.2m2[10]。養(yǎng)殖時(shí),網(wǎng)箱周邊飼料會(huì)隨著水流涌出造成浪費(fèi),因此網(wǎng)箱投餌機(jī)的投飼區(qū)域需位于網(wǎng)箱中央且投飼面積不能過(guò)大,安裝方式可選擇懸掛于網(wǎng)箱上方,但需考慮抗風(fēng)浪能力及穩(wěn)定性。室內(nèi)工廠化投餌機(jī)[11]一般用于用于工廠化養(yǎng)魚(yú)和溫室養(yǎng)魚(yú),這種投餌機(jī)每次拋撒的飼料數(shù)量不多,但很均勻精確,一般拋撒面積在0.8~1.2m2。此類(lèi)投餌機(jī)可以聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的自動(dòng)化管理。其養(yǎng)殖成本較高,但可以實(shí)現(xiàn)精確投喂和魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)狀況的實(shí)時(shí)反饋,這類(lèi)智能投餌機(jī)是目前智能控制投飼系統(tǒng)的縮影。除了適用于不同養(yǎng)殖環(huán)境的自動(dòng)投餌機(jī),還有采取不同投料方式的離心式投餌機(jī)、風(fēng)送式投餌機(jī)[12]、下落式投餌機(jī),以及采用不同動(dòng)力源的電力投餌機(jī)[7]、太陽(yáng)能投餌機(jī)[13]、內(nèi)燃機(jī)投餌機(jī)[7]等等。以上各種類(lèi)型自動(dòng)投餌機(jī)均適應(yīng)不同的養(yǎng)殖環(huán)境與養(yǎng)殖對(duì)象,極大提高了養(yǎng)殖效率,但基本上都存在一定的缺陷,例如智能化程度低、精度不足、受天氣環(huán)境因素影響大、存在一定安全隱患等等。當(dāng)前自動(dòng)投餌機(jī)種類(lèi)按照不同的分類(lèi)方法分為多種類(lèi)別,如圖3所示。對(duì)比于傳統(tǒng)的人工投飼,自動(dòng)投餌機(jī)在我國(guó)的使用已相對(duì)廣泛,解決了費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、勞動(dòng)強(qiáng)度大、浪費(fèi)飼料等諸多弊端,可仍存在許多問(wèn)題。其中就包括安全隱患問(wèn)題、拋投均勻性較差的問(wèn)題以及智能化程度較低的問(wèn)題[14]。圖3自動(dòng)投餌機(jī)分類(lèi)投餌機(jī)的安全事故近年來(lái)頻繁發(fā)生,主要是由于投餌機(jī)機(jī)殼帶電,養(yǎng)殖戶觸電落水身亡[14]。投餌機(jī)長(zhǎng)期處于水上作業(yè),容易受潮發(fā)生故障,工作環(huán)境不確定,經(jīng)常處于無(wú)遮蓋、條件惡劣的戶外工作環(huán)境。許多戶外的不確定因素,如雷擊、線路老化、鼠類(lèi)啃食等,都會(huì)導(dǎo)致投餌機(jī)故障和漏電。故障的投餌機(jī)會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)異常甚至停止運(yùn)轉(zhuǎn),部分養(yǎng)殖戶缺乏足夠的安全意識(shí)與用電知識(shí),容易造成觸電。而投餌機(jī)長(zhǎng)期工作容易導(dǎo)致線路老化從而漏電,養(yǎng)殖戶下水進(jìn)行工作時(shí)也可能發(fā)生觸電。投餌機(jī)造成的觸電事故屢見(jiàn)不鮮,除了要求養(yǎng)殖戶具備足夠的安全意識(shí)和用電知識(shí)以外,還需要制造廠商進(jìn)行足夠的耐壓測(cè)試,保證投餌機(jī)的質(zhì)量與可靠性。從未來(lái)的投餌機(jī)研究趨勢(shì)來(lái)看,應(yīng)以提高投餌機(jī)的安全性,保障養(yǎng)殖人員的人身安全為前提。在2009年,我國(guó)漁業(yè)機(jī)器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心修訂了投餌機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),五家代表性投餌機(jī)制造企業(yè)被選中進(jìn)行了“拋投均勻性”實(shí)驗(yàn)。通過(guò)匯總結(jié)果得知,機(jī)械離心式投餌機(jī)的拋投均勻性普遍較差。究其原因是拋投盤(pán)的安裝角度不合理。因此,投餌機(jī)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)仔細(xì)校對(duì)拋投盤(pán)起始角度,并進(jìn)行“拋投均勻性”試驗(yàn),選定適宜拋投角度,確保均勻性,實(shí)現(xiàn)飼料均勻分布[14]。目前的投餌機(jī)僅可以做到定時(shí)定量投飼,卻不能理想控制投飼速度和拋撒面積。養(yǎng)殖對(duì)象對(duì)飼料的需求量、長(zhǎng)速以及飼料的轉(zhuǎn)化率都是根據(jù)水溫、氧濃度、水流速度、光照強(qiáng)度和白晝長(zhǎng)度的改變而改變,同時(shí)也受飼料品質(zhì)與養(yǎng)殖對(duì)象的年齡、成熟度、性別、激素水平等生理因素影響[14]。傳統(tǒng)投飼機(jī)的養(yǎng)殖戶幾乎難以精確掌握最能滿足養(yǎng)殖對(duì)象需求的投飼水平。因此,國(guó)內(nèi)諸多專(zhuān)家和企業(yè)正試圖實(shí)現(xiàn)投飼系統(tǒng)的智能控制。這類(lèi)投飼系統(tǒng)大多以PLC為核心,例如胡昱和郭根喜研發(fā)的基于PLC的深水網(wǎng)箱自動(dòng)投餌系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)繼電接觸器來(lái)控制各個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)停止、動(dòng)態(tài)定時(shí)、定點(diǎn)以及定量的投飼,實(shí)現(xiàn)精確投飼[15]。趙思琪和丁為民研發(fā)的基于模糊邏輯控制的魚(yú)塘養(yǎng)殖精準(zhǔn)投飼系統(tǒng)[16],該系統(tǒng)通過(guò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取水體水質(zhì)參數(shù),再根據(jù)投飼決策模型計(jì)算出投飼量,完成精確投飼作業(yè)。此類(lèi)投餌裝置較為智能化,具備較高精度,但設(shè)計(jì)復(fù)雜、價(jià)格高、適應(yīng)面窄,對(duì)于我國(guó)不同地域以及不同種類(lèi)養(yǎng)殖對(duì)象無(wú)法做到絕對(duì)適配,缺少囊括不同水體水質(zhì)狀況與不同水產(chǎn)生物生長(zhǎng)特征的投喂數(shù)據(jù)庫(kù),不能普及使用。較為簡(jiǎn)單的自動(dòng)投餌設(shè)備有洪揚(yáng)、陳曉龍研發(fā)的蟹、蝦養(yǎng)殖池塘移動(dòng)投飼裝置[17],該裝置可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行走投飼,具有投飼均勻、投飼范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。劉思、羅艷媚、俞國(guó)燕研發(fā)的軌道式自動(dòng)投飼系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、投飼均勻、精確度高等優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)上料、行走、投飼于一體的定點(diǎn)、定時(shí)、定量全自動(dòng)化飼料投喂,且運(yùn)行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)查詢等功能[18]。此類(lèi)投餌裝置雖然實(shí)現(xiàn)了投喂的高精度與自動(dòng)化,但在智能化程度上有所欠缺,沒(méi)有線上的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)反饋,不利于總結(jié)最適合養(yǎng)殖對(duì)象的養(yǎng)殖投喂數(shù)據(jù)。
2國(guó)外投餌機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外的自動(dòng)投餌機(jī)廣泛應(yīng)用于室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖,如今已發(fā)展成為室內(nèi)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖的大型自動(dòng)投飼系統(tǒng),其中包括多單體集中控制式自動(dòng)投喂系統(tǒng)以及自動(dòng)投飼機(jī)器人系統(tǒng)[3]。自動(dòng)投飼系統(tǒng)在挪威、德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家皆普遍適用于室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖,在飼料傳運(yùn)、儲(chǔ)存和投放等多個(gè)環(huán)節(jié)都保證著相當(dāng)精確的數(shù)量控制[19],如圖4所示。適用于陸基養(yǎng)殖工廠、大網(wǎng)箱、魚(yú)苗孵化場(chǎng)的自動(dòng)投飼系統(tǒng)被加拿大相關(guān)企業(yè)成功研發(fā)問(wèn)世,此類(lèi)系統(tǒng)針對(duì)部分養(yǎng)殖對(duì)象開(kāi)發(fā)出不同的投飼控制軟件[3],實(shí)現(xiàn)高精度控制與數(shù)據(jù)分析智能養(yǎng)殖。目前世界上深水網(wǎng)箱的自動(dòng)投飼系統(tǒng)中使用最多的模式之一為美國(guó)企業(yè)研制出的專(zhuān)為深水網(wǎng)箱設(shè)計(jì)的具有高精確性、高可靠性、大容量的投喂管理系統(tǒng)。芬蘭相關(guān)企業(yè)研發(fā)的機(jī)器人投飼系統(tǒng)則主要針對(duì)陸基養(yǎng)殖,這套系統(tǒng)由小型漏斗形投飼單元組成,這些投飼單元沿著養(yǎng)殖池上方的軌道移動(dòng)在各個(gè)養(yǎng)殖池之間。系統(tǒng)通過(guò)中心計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作,池與池之間設(shè)置不同的投飼程序[4]。日本機(jī)械制造企業(yè)研發(fā)的自動(dòng)投飼系統(tǒng)施行小料倉(cāng)投喂模式,在各個(gè)深水網(wǎng)箱上方懸掛小型料倉(cāng),各料倉(cāng)通過(guò)計(jì)算機(jī)和控制面板控制投料,多個(gè)料倉(cāng)也可以進(jìn)行集中控制,還可以通過(guò)手機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控[5]。挪威漁業(yè)裝備企業(yè)研制的自動(dòng)投飼系統(tǒng)由管理系統(tǒng)直接控制風(fēng)機(jī)與下料器,實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)出料量,同時(shí)控制在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并接收在線系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù),主要包括各傳感器測(cè)量的pH、含氧量、溫度等水質(zhì)參數(shù)[6],其投喂系統(tǒng)如圖5所示。國(guó)外的自動(dòng)投飼系統(tǒng)已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)的單體自動(dòng)飼料機(jī),形成了高智能化的自動(dòng)投飼養(yǎng)殖系統(tǒng),適用于高標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)殖對(duì)象,建立高指標(biāo)的養(yǎng)殖要求,成本和技術(shù)需求較高,適用范圍較小。這類(lèi)投飼系統(tǒng)的關(guān)鍵在于其控制軟件的優(yōu)劣,而我國(guó)的大部分養(yǎng)殖對(duì)象的價(jià)值較低,并不適用這類(lèi)高端軟件的開(kāi)發(fā)與使用。因此,此類(lèi)高智能化養(yǎng)殖系統(tǒng)的建立,需要擴(kuò)大我國(guó)優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品的養(yǎng)殖規(guī)模。
3結(jié)論與展望
我國(guó)目前的養(yǎng)殖模式和養(yǎng)殖環(huán)境決定了還不能應(yīng)用先進(jìn)的智能投飼系統(tǒng)。許多小型養(yǎng)殖戶在魚(yú)塘中還是只能使用小型的電力自動(dòng)投餌機(jī)。而在海洋牧場(chǎng)中,尤其是在遠(yuǎn)離海岸的養(yǎng)殖區(qū),沒(méi)有電力供應(yīng),養(yǎng)殖戶依然采用人工投喂,如果遇到風(fēng)浪或陰雨天,投喂難度成倍增加,既威脅養(yǎng)殖戶人身安全又影響投喂效果,降低了收益。對(duì)此,自動(dòng)投餌機(jī)在未來(lái)的首要發(fā)展方向?yàn)榫邆湟欢煽啃缘那鍧嵞茉赐娥D機(jī),輔以高精密度的智能投飼控制系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)控,并反饋魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)狀況,自動(dòng)定時(shí)定量投喂,做到真正的智能投飼、科學(xué)養(yǎng)殖。而且在投飼系統(tǒng)的組成方面可采用模塊化設(shè)計(jì),投餌機(jī)機(jī)械本體模塊、中央控制裝置模塊、客戶端模塊等單獨(dú)設(shè)計(jì),單獨(dú)選購(gòu),通過(guò)模塊組裝做到適應(yīng)各種水體環(huán)境、適合多種養(yǎng)殖對(duì)象、適用不同養(yǎng)殖群體的全類(lèi)型智能投飼系統(tǒng)。
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作者:于澤 姜忠愛(ài) 張靖鐸 肖冰峰 曹其政 顧宗文 單位:大連海洋大學(xué)
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