乳业 **Robots** 如何改变奶牛和农民的工作方式
乳业 Robots 如何改变奶牛（和农民）的工作方式
当 Robots 处理挤奶、喂食和挠耳朵时，每个人都会更快乐
Evan Ackerman
2025年4月1日
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Robots 正在接管奶牛场的大部分日常体力劳动，包括挤奶、喂食、清洁等等。这让奶农的生活更轻松，也让奶牛更快乐。
Evan Ackerman
“哞~~~”
正如你可能预料的那样，这个奶牛场里到处都是奶牛。奶牛正在被挤奶，奶牛正在被喂食，奶牛正在被清理粪便，还有一些非常快乐的奶牛甚至正在大力地挠耳朵。“我想知道农民在哪里，”我的向导 Jan Jacobs 说道。不过，Jacobs 似乎并不特别担心——这个牛棚里的几百头奶牛都得到了由一支小型完全自主 Robots组成的队伍的良好照顾，农民可能几个小时后才会回来。如果出现任何问题，Robots 会通知他。
在一个挤奶 Robot 旁，几头奶牛排成一排，头对着尾巴，礼貌地等待着轮到它们。奶牛可以随时被 Robot 挤奶，这通常意味着比传统奶牛场每天两次的频率更高。更频繁地挤奶不仅对奶牛来说更舒适，而且当挤奶时间完全由它们自己决定时，奶牛的产奶量也会增加约 10%。
“压力和牛奶产量之间存在直接关系，”Jacobs 说。“这很好，因为 Robots 让奶牛更快乐，因此，它们会产出更多的牛奶，这有助于我们销售更多的 Robots。”
Jan Jacobs是Lely的人机交互设计负责人，Lely 是一家农业机械制造商。Lely 于 1948 年在Netherlands的 Maassluis 成立，在 20 世纪 90 年代初部署了它的第一个 Astronaut 挤奶 Robot。此后，该公司开发了其他 Robots 系统，以协助清洁、喂食和提高奶牛的舒适度，Astronaut 挤奶 Robot 已经发展到了它的第五代。Lely 现在完全专注于奶牛场的 Robots，在全球部署了大约 135,000 个。
奶牛场的基本工作
牛棚外的天气很糟糕。现在是 Netherlands 的深秋，来自大海的寒冷雨水呼啸而至，这可能就是为什么奶牛们明智地决定呆在室内，以及为什么农民仍然不见踪影的原因。Lely 要求采用其 Robots 的奶农承诺让他们的奶牛可以自由地在挤奶、喂食和休息之间移动，以及在牛棚内外以自己的节奏移动。“我们认为自由的奶牛流动是未来农业的核心部分，” Jacobs 说，当我们看到一头奶牛从挤奶 Robot 旁走开，而另一头奶牛则占据了它的位置时。只有当农场按照奶牛的时间表而不是人类的时间表运作时，这才是可能的。
传统的奶牛场严重依赖人工劳动。Lely 估计，重复性的日常任务约占奶农平均工作日的三分之一。早上，奶牛们第一次被挤奶。大多数奶牛必须至少每天挤奶两次，否则它们会感到不舒服，因此牛群会自己排队。传统的挤奶厅旨在最大限度地提高人类挤奶效率。例如，挤奶转盘会缓慢地旋转奶牛，因为它们正在被挤奶，因此乳品工人不必在各个畜栏之间移动。
奶农 Josie Rozum 解释说：“我们每天花 6 个小时挤奶，Takes Dairy Farm 有 120 头奶牛，使用了两个 Astronaut A5 挤奶 Robots。“现在 Robots 正在处理所有这些，我们可以更多地关注动物护理和舒适度。” Lely
一位经验丰富的人使用经过良好优化的设备可以在 20 到 30 秒内 将挤奶机连接到奶牛身上。实际的挤奶只需要几分钟，但在北美，小型奶牛场平均有 几百头奶牛，因此挤奶通常需要 每天 4 到 6 个小时。
在奶牛场，每天还有其他工作要做。奶牛如果能够持续获得食物会更快乐，这意味着每天要喂它们几次。饲料是粗饲料（干草）、青贮饲料（草）和谷物的混合物。奶牛会吃掉所有这些东西，但它们更喜欢谷物，因此通常会看到奶牛通过抓起一口食物并将其抛向空中来整理它们的食物。较轻的粗饲料和青贮饲料比谷物飞得更远，使奶牛拥有一堆更美味的食物，而其余的则被扔到够不着的地方。这就需要“推饲料”将剩余的饲料推回到奶牛可以触及的范围内。
当然还有粪便。一头奶牛平均每天产生 68 公斤的粪便。所有这些粪便都必须收集起来，并且必须定期清洁牛棚地板。
乳业 Industry 4.0
经营奶牛场所需的大量劳动力意味着直到 20 世纪初，大多数家庭农场只能支持大约八头奶牛。第一台挤奶机的推出，被称为 bucket milkers，帮助农民在 20 世纪 20 年代中期每小时挤 10 头奶牛，而不是 4 头。农村电气化 从 20 世纪 50 年代开始进一步推动了乳业的自动化，从那时起，农场规模和牛奶产量都在稳步增长。在 20 世纪 30 年代，一头好的奶牛 每年生产 3,600 公斤的牛奶。如今，几乎是 11,000 公斤，Lely 认为 Robots 将使小型奶牛场能够继续可持续地扩大规模。
Lely
但是乳业 Robots 价格昂贵。一个挤奶 Robot 可能要花费 几十万美元，加上每年 5,000 到 10,000 美元的运营成本。Astronaut A5 是 Lely 最新的挤奶 Robot，它使用激光引导的 Robot 手臂 在一次一个地连接奶杯之前清洁奶牛的乳房。当奶牛咀嚼食物时，Astronaut 会监控它的牛奶产量，收集 32 个参数的数据，包括牛奶质量和奶牛健康的指标。挤奶完成后，Robot 再次清洁乳房，奶牛可以自由离开，Robot 会对自身进行蒸汽清洁，为下一头奶牛做准备。
Lely 认为，尽管初始成本高于传统的挤奶厅，但 Robots 会通过更高的牛奶产量（主要是由于挤奶频率的增加）和更低的人工成本在一段时间内收回成本。Lely 的其他 Robots 也可以节省劳动力。Vector 移动 Robot 负责连续喂食和推饲料，而 Discovery Collector 是一种 Robots 粪便真空吸尘器，可保持地板清洁。
在 Takes Dairy Farm，Rozum 和她的家人过去每天要花几个小时来管理奶牛的食物。“喂食 Robot 是我们农场的另一个令人惊叹的拼图，它使我们能够专注于其他事情。” Takes Family Farm
明尼苏达大学动物科学系教授 Marcia Endres 解释说，但对于大多数奶农来说，赚更多的钱并不是购买 Robot 的主要原因。Endres 专门研究奶牛管理、行为和福利，并研究乳业 Robot 的采用。“大约 12 年前，当我们刚开始对此进行研究时，大多数安装 Robots 的农场都是不想雇用员工的小型农场，”Endres 说。“他们只想通过家庭劳动力来完成这项工作，但他们也希望有更多的时间灵活性。他们想要更好的生活方式。”
对于 Takes 一家人来说，灵活性是关键，四年前他们在 Iowa 的 Ely 的 奶牛场添加了 Lely 的 Robots。“当我们有旧的挤奶厅时，我们作为一个家庭所做的一切总是围绕着挤奶安排的，” Josie Rozum 说，她与她的父母——Dan 和 Debbie Takes——以及三个兄弟一起管理农场和一个乳品厂。“有了 Robots，我们可以更加重视我们的个人生活——我们可以在圣诞节早晨一起度过时光，并且知道奶牛仍然在被挤奶。”
Takes Family Dairy Farm 的 120 头奶牛由一对 Astronaut A5 Robots 挤奶，一个 Vector 和三个 Discovery Collector 用于喂食和清洁。“它们已成为团队中至关重要的一部分，”Rozum 解释说。“对于我们来说，找到外部帮助将具有挑战性，并且 Robots 可以使事情顺利进行。” Robots 还为小型奶牛场增加了可持续性，而且不仅仅是在短期内。“在农场长大，我们经历了辛勤的工作，我们看到了这种承诺对我们父母的影响，”Rozum 解释说。“这是一种非常艰难的生活方式。让 Robots 接管其中的一部分工作使奶牛养殖对我们这一代人更具吸引力。”
Takes Dairy Farm
在美国的 United States 的 25,000 个奶牛场中，Endres 估计大约 10% 的农场有 Robots。这 大约是欧洲采用率的三分之一，那里的农场往往更小，因此实施 Robots 的成本更低。Endres 说，在过去的五年中，她看到超过 500 头奶牛的大型农场越来越多地采用 Robot，这主要是由于劳动力短缺。“这些大型奶牛场很难找到想要挤奶的员工——这是一项非常乏味的工作。而且 Robot 始终如一。农民告诉我，‘我的 Robot 从不请病假，也从不喝醉来上班。’”
Endres 对 Lely 声称其 Robots 可提高牛奶产量的说法表示怀疑。她说：“没有研究证明奶牛仅仅因为 Robots 就会更有生产力。” 她补充说，可能确实是添加 Robots 的农场确实看到了牛奶产量的增加，但是很难衡量 Robots 的直接影响。“我与许多奶牛场合作，它们既有 Robots 挤奶系统又有传统的挤奶系统，如果他们管理好奶牛，牛奶产量就不会有太大差异。”
Lely Luna 奶牛刷有助于保持奶牛的皮肤健康。它也很放松和愉快，因此奶牛每天会刷自己几次。Lely
但是，Robots 似乎确实改善了奶牛的生活。“福利不仅仅是生产力和健康——它还是情感状态，拥有更自然生活的能力，”Endres 说。“同样，很难衡量，但我认为在大多数这些 Robot 农场上，它们的情感状态得到了改善。” Endres 评论说，奶牛与人类的关系也发生了变化。当奶牛不再将人类与一直被告知要去哪里以及该做什么联系起来时，它们对遇到的人会 更加放松和友善。Rozum 对此表示同意。“我们注意到我们的奶牛的举止发生了巨大的变化。它们更加平静和放松，只是在牛棚里做自己的事情。当它们可以选择做什么时，它们会更舒服。”
奶牛与 Robots
奶牛是好奇而聪明的 animals，并且具有与人类在面对新的 Robot 时相同的本能：它们想玩它。因此，Lely 不得不对其 Robots 进行防奶牛处理，修改其设计和 programming，以便机器可以在奶牛周围自主运行。像许多 移动 Robots一样，Lely 的乳业 Robots 包括接触感应缓冲器，如果它撞到东西，将会暂停 Robot 的运动。在 Vector 喂食 Robot 上，Lely 产品工程师 René Beltman 告诉我，他们必须添加一个软件选项来禁用缓冲器。“奶牛已经学会了，‘哦，如果我只是推缓冲器，那么 Robot 就会停止并在我的区域放下更多的饲料供我吃。’这是一个免费的自助餐。所以你不想让奶牛最终控制 Robot。” 紧急停止按钮必须重新定位，以便它们不能被寻求的奶牛舌头按下。
奶牛-Robot 互动也存在一个社会组成部分。在它们的牛群中，奶牛具有完善的等级制度，Robots 需要在这种等级制度中工作才能完成它们的工作。例如，如果一头奶牛认为另一头奶牛在等级中低于它，它就不会让路，并且它会以相同的方式对待 Robot。工程师们必须弄清楚 Discovery Collector 如何来回行驶以吸走粪便，而不会被奶牛挡住。“在我们早期的测试中，我们会使用传感器使 Robot 停止，以避免撞到任何奶牛，”Jacobs 解释说。“但这意味着 Robot 变成了等级中最弱的一个，它最终会哭泣在角落里，因为奶牛不会为它让路。所以现在，它不会停止。”
乳业农场最脏的工作之一由 Discovery Collector 处理，这是一种自主粪便真空吸尘器。Robot 依靠车轮测程法和 ultrasonic sensors 进行导航，因为它通常被粪便覆盖。Evan Ackerman
Beltman 补充说：“我们使 Robot 在第一周行驶得更慢，那时它正在被引入新的牛群。“这使奶牛有时间弄清楚 Robot 位于等级的顶部。”
除了在牛群顶部保持其统治地位之外，当前一代的 Lely Robots 与奶牛的互动并不多，但是这种情况正在发生变化，Jacobs 告诉我。现在，当 Robot 在牛棚中行驶时，它会发出哔哔声，以告知奶牛它要来了。Lely 正在研究如何使这些声音对奶牛更愉快。“这对我来说是最近的一个启示，”Jacobs 说。“我们不仅仅是在为人类设计互动。奶牛也是我们的用户。”
人机交互
去年，Jacobs 和来自 Netherlands 的 Delft University of Technology 的研究人员在 IEEE 人机交互 (HRI) 会议上 发表了一篇论文，探讨了在工作奶牛场中 Robot 行为发展的概念。研究人员参观了 Robots 奶牛场，采访了奶农，并在 Lely 内部举行了研讨会，以建立 Robot 行为准则——Lely 的设计师和工程师在考虑他们的 Robots 应该如何外观、声音和行为时使用的指南，以造福人类和奶牛。在工程方面，这包括实际的事情，例如灯光的颜色和图案以及不同类型的声音，以便信息在各个平台之间保持一致地传达。
但是，要使 Robot 看起来对最终用户“可靠”或“友好”还有更多的细微差别，因为这些事情不仅难以定义，而且也难以以适合奶农的方式实施，奶农优先考虑功能。
Jacobs 不希望他的 Robots 试图成为任何人的朋友——不是奶牛的朋友，也不是农民的朋友。“Robot 是一名员工，它应该具有专业的合作关系，”他说。“因此，Robot 可能会说‘你好’，但不会说‘你今天感觉如何？’” 更重要的是，Robots 是值得信赖的。对于 Jacobs 来说，灌输信任很简单：“你无法通过耍花招来获得信任。如果你的 Robot 可靠且可预测，人们就会信任它。”
Lely Astronaut 用于给奶牛挤奶的电动驱动、气动平衡的 Robot 手臂 旨在承受意外（或故意）踢打。Lely
Jacobs 解释说，真正的挑战在于，当 Lely 在寻找将其 Robots 集成到可能从未想过他们会有 Robot 员工的人们的日常生活中时，在很大程度上要靠自己。“在 Robot 世界中，关于如何解决这些问题的知识并不多，”Jacobs 说。“我们与将近 20,000 名农民合作，他们的 Robot 员工比人类员工多。他们是 Robot 管理员。而且我不知道是否一定有其他公司的客户群是普通人，他们对其生计具有对 Robots 的战略依赖性。这就是我们现在的处境。”
从奶农到 Robot 管理员
有了 Robots 带来的额外时间和灵活性，一些奶农已经能够实现多样化。在我们返回 Lely 总部的途中，我们停在了 Farm Het Lansingerland，该农场由 Lely 客户拥有，他在他的奶牛场增加了一家小型餐厅和农产品商店。大型窗户可以俯瞰牛棚，因此餐厅顾客可以观看 Robots 工作，照顾生产菜单上奶酪的奶牛。自助游会将你带到 Astronaut A5 挤奶 Robot 的旁边，而地板上的标志会警告 Vector 喂食 Robots 在移动。“这位农民无法扩大规模——这是他被允许在这里饲养的尽可能多的奶牛，”Jacobs 在吃奶酪三明治时向我解释说。“所以，他需要有额外的收入来源。这就是他开始做这些其他事情的原因。而 Robots 对此至关重要。” 这位农民是一位早期采用者——他热衷于这项技术，并且对 Robots 本身非常感兴趣。但是 Lely 的数万名客户中的大多数人只想要一个可靠的 Robot 员工，而不是一个科学项目。“我们帮助农民不仅为 Robots 准备环境，而且还准备思想，”Jacobs 解释说。“这是他们工作方式的完全转变。” 除了管理 Robots 之外，农民还必须学习管理 Robots 生成的关于奶牛的大量数据。“我们从 Robots 获得的数据量改变了游戏规则，”Rozum 说。“我们可以实时跟踪牛奶产量、健康状况和奶牛习惯。但这不堪重负。你可能会整天只是坐在电脑前，查看数据，而没有做任何其他事情。我们可能花了一年时间才真正学会如何使用它。” 明尼苏达大学的 Endres 说，对农民来说，最显着的优势来自于使用数据进行长期优化。“在传统的牛棚中，奶牛被视为一个群体，”她说。“但是 Robots 正在收集关于个别动物的数据，这使我们能够将它们作为个体进行管理。” 例如，通过结合来自挤奶 Robot 和喂食 Robot 的数据，农民可以闭环，将奶牛的喂食时间和方式与牛奶产量相关联。Jacobs 说，Lely 正在尽最大努力简化这种类型的决策制定。“你需要了解数据的含义，然后你需要以可操作的方式将其呈现给农民。”
Robots 乳业
Chris Philpot
所有乳业农场都不同，并且决定尝试 Robots 的农场通常会从一两个开始。高度 Robots 化的牛棚可能看起来像这幅插图，其中一支由许多不同的 Robots 组成的团队协同工作，以保持奶牛的舒适和快乐。
A：一台 Astronaut A5 Robot 可以给多达 60 头奶牛挤奶。在 Astronaut 清洁乳头后，激光传感器会引导 Robot 手臂连接奶杯。挤奶只需几分钟。 B：在饲料 kitchen 中，Vector Robot 在不同的成分被装载到其料斗中并混合在一起时会给自己充电。混合物可以针对不同的奶牛群体进行定制。 C：Vector Robot 全天分小批量分配新鲜混合的食物。激光测量剩余食物的高度，以确保奶牛获得正确的量。 D：Discovery Collector 是一种用于吸走牛粪的拖把和真空吸尘器。它可以自主地在牛棚中导航，并返回其对接站以清除废物、补充水分并无线充电。 E：在挤奶时，Astronaut 正在收集大量数据——每个乳头有 32 个不同的参数。如果它检测到问题，农民会收到通知，从而帮助及早发现健康问题。 F：自动门控制着草地的进入，并且如果一头奶牛即将被挤奶，它将将其留在里面。使用 RFID 项圈识别奶牛，该项圈还会跟踪它们的行为和健康状况。
乳业 Robots 的明智未来
午餐后，我们顺道拜访了 Lely 总部，在那里鲜红色的真人大小的奶牛雕像守卫着入口，所有的会议室都以乳制品为主题。我们在 Butter 中感到舒适，我问 Jacobs 和 Beltman 他们的乳业 Robots 的未来是什么。 在短期内，Lely 专注于使其现有的 Robots 更加强大。其最新的 推饲料 Robot 配备了 lidar 和 stereo cameras，这使其能够在大型农场周围自主导航，而无需遵循螺栓固定在地上的金属条。一种新的 高架摄像头系统 将利用 AI 识别单个奶牛并跟踪其行为，同时还为农民提供大量新的数据集，这可能使 Lely 的系统能够帮助农民做出关于奶牛福利的更细致的决策。AI 的潜力是 Jacobs 似乎最兴奋的事情，尽管他也持谨慎态度。“借助 AI，我们将突然消除一个完全不同的工作水平。因此，我们正在考虑研究工作的意义，以确保我们通过 AI 所做的事情是农民 want 我们通过 AI 所做的事情。” “AI 的想法非常有趣，”Rozum 评论说。“我认为 AI 可以帮助农民简化事情。它将是一种工具，一种资源。但是我们最了解我们的奶牛，农民的判断也必须存在。奶牛养殖的某些组成部分是你无法将人从中剔除的。除非你有好的农民，否则 Robots 不会在农场中取得成功。” Lely 意识到这一点，并且知道其 Robots 必须在乐于助人和接管之间找到正确的平衡。“我们希望确保不要夺走那些让奶农在工作中获得乐趣的互动，”Beltman 说。“比如喂小牛——每个农民都喜欢喂小牛。” Lely 确实销售一种 自动化小牛喂食器，许多奶农购买了它，这说明了这一点：设计 Robots 的最佳方式是什么，让人们可以灵活地完成他们喜欢的工作？ “这就是 robotics 的发展方向，”Jacobs 在开车送我去火车站时告诉我。“作为一个人，你可能有两个其他人和六个 Robots，这就是你的公司。” 他说，许多行业都在研究 Robots，其目标是尽可能最大限度地减少人类的参与，以便 Robots 可以为恰好负责的任何人创造最大的价值。 奶牛场是不同的。也许那是因为购买 Robot 的人是最直接从中受益的人。但是我想知道，如果更多的公司选择在利润的基础上平等地强调工作的可持续性和乐趣，是否会减轻对工作自动化的担忧。自动化不必是零和游戏——如果经过深思熟虑的实施，也许 Robots 可以使工作更容易、更高效、更有趣。 Jacobs 肯定这么认为。“那是我的乌托邦，”他说。“我们正在朝着正确的方向努力。” From Your Site Articles
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