Живой вес: ИИ и метрология в сельском хозяйстве

Люди, машины и животные

Интеллектуальные цифровые системы видятся сейчас единственным эффективным путем развития российского животноводства, в том числе способом гармонизировать работу всех трех составляющих этой отрасли – людей, животных и оборудования. Как сложные, так и рутинные процессы постепенно передаются умным системам. Несмотря на то, что до полной роботизации в сельском хозяйстве еще далеко, мы уже наблюдаем успешные кейсы «Индустрии 4.0». Примечательно и то, что в первую очередь модернизация АПК затрагивает процессы, связанные с измерениями, то есть с тем, что непосредственно влияет на эффективность и производительность бизнеса. Использование автоматических и интеллектуальных систем позволяет повысить эффективность труда, сохранить здоровье и продуктивность животных, сократить издержки. Также внедрение современных технологий, разрабатываемых сейчас в России, может значительно снизить импортозависимость отрасли, следовательно, уменьшить «стрессовый фактор».

Справка о компании

Агрохолдинг «Лазаревское» – одно из крупнейших сельскохозяйственных предприятий Тульской области. Ведет свою деятельность с 1981 года. Специализируется на производстве и переработке сельскохозяйственной продукции.

Предприятие оказывает существенное влияние на развитие отрасли свиноводства не только в Тульском регионе, но и в России, ежегодно поставляя на рынок более 10 000 тонн мяса свиней лучших пород.

Агрохолдинг «Лазаревское» имеет собственный цех растениеводства, цех производства комбикормов, свиноводческий комплекс, мясоперерабатывающий комбинат и цех по производству молочной продукции. Розничная сеть предприятия составляет 48 магазинов.

В 2022 году агрохолдинг «Лазаревское» запустил собственный IT-стартап «Лазаревское ТЕХ», который занимается адаптацией существующих цифровых решений на рынке и разработкой собственных. Одним из них стал проект по неинвазивному взвешиванию животных. Компания «Лазаревское ТЕХ» стала логичным продолжением масштабной деятельности ПХ «Лазаревское» (Тульская область) по цифровизации предприятия полного цикла. Результат проделанной работы был высоко оценен профессиональным сообществом.

подробнее

Перечисленное выше является основными вызовами АПК в 2023 году. Эти трудности решаются с помощью новых подходов, инновационных технологий и, конечно, свежего взгляда на уже привычные процессы.

Поэтому в 2022 году мы решили создать проект «Лазаревское ТЕХ» – IT-стартап, который адаптирует существующие технологические решения и разрабатывает собственные инновационные продукты. Его генеральным директором стал Федор Гильмуллин. Именно он возглавил реализацию инновационных идей о свиноводстве в России, что дало нам почву для размышлений и привело к идее создания своего собственного решения в этой области.

Цель цифровизации в нашей компании – систематизированно представлять информацию о животном для человека. С помощью этой информации мы можем управлять множеством процессов, поэтому решено было начать с одного из главных – взвешивания животных, в нашем случае свиней. Для этого мы и разработали прототип бесконтактного взвешивания с погрешностью 5% и сейчас тестируем его на нашем производстве.

Неинвазивное взвешивание

Нашими партнерами в этом проекте выступили Сбербанк, Университет Иннополис и компания «ДаСистемс». Вместе с их специалистами мы разработали план проекта и определили его цели:

• снижение коэффициента конверсии корма;
• идентификация животных;
• мониторинг здоровья животных.

Плановые характеристики к ПО и оборудованию, которые мы себе поставили:

• погрешность измерений не должна превышать 5%;
• возможность эксплуатировать до 1 200  станков для содержания животных на стадии откорма.

Первый прототип нашего проекта вычислял вес свиней с помощью регрессионной модели предсказания веса с погрешностью 5% – одного из алгоритмов нейронной сети. На сегодняшний день обработана третья группа животных на стадии откорма. Были сформированы дополнительные данные для обучения моделей на базе около 10 000 изображений. На первом этапе использовалась нейросетевая модель определения веса.

Сейчас реализован комбинированный подход, сочетающий различные алгоритмы, что позволило снизить погрешность до 3%

Целевая архитектура системы состоит из:

1) двух видеокамер FullHd:

основная установлена над кормушкой и используется модулями ИИ;

обзорная позволяет специалистам наблюдать за животными по всему станку;

2) четырех модулей ИИ, получающих данные с камер:

• модуль отбора изображений;
• модуль идентификации свиней;
• модуль измерения веса;
• модуль детекции паттерна поведения;

3) бэкофисной системы Pig Scale на отечественной Less Code платформе Yard.

Функционал системы:

• сбор и хранение данных, полученных из модулей ИИ через собственные веб-сервисы REST API;
• мониторинг и контроль животных с помощью видеокамер в интерфейсе системы;
• организация пользовательского интерфейса, настройка прав доступа;
• создание и редактирование различных справочников;
• формирование оперативной отчетности;
• поддержка принятия решений по управлению свинокомплексом с помощью аналитической отчетности.

Ключевые элементы архитектуры:

• микросервисная архитектура;
• оркестрация на Kubernetes;
• платформа Yard;
• СУБД PostgreSQL.

Проект полностью ведется командой «Лазаревского ТЕХ». В штате есть опытный зоотехник, постоянно находящийся в агрохолдинге и решающий все вопросы по организации работы с животными совместно с руководителем фермы. Привлекаемые команды разработчиков территориально распределены, координация ведется по ВКС и профильным чатам.

Экономический эффект

Наибольшая статья расходов при производстве свинины – это корма. Причем примерно 70% кормового бюджета предприятия АПК приходится на откорм, то есть он напрямую связан с рентабельностью и эффективностью производства. Основной проблемой существующих сейчас в широком применении систем является выборочное взвешивание. Этот метод требует привлечения дополнительных трудовых ресурсов, является стрессом для животных, но не дает точных данных и общей картины по всему свинокомплексу.

С помощью внедрения неинвазивного взвешивания мы планируем всего за год повысить рентабельность почти на 50 млн рублей

Эта сумма сложилась из повышения эффективности следующих процессов:

• снижение продолжительности откорма (примерно на пять дней) +21,7 млн рублей в год;
• снижение коэффициента конверсии корма на 0,2 +24,3 млн рублей в год;
• эффект от увеличения сохранности поголовья на 1% +3,9 млн рублей в год.

Также бэкофисная система Pig Scale позволит нам проводить контроль соответствия стандартам, анализировать эффективность работы оборудования, вести контроль за движением партий и внедрить персональную ответственность сотрудников предприятия.

Продвижение инновации

Дальнейшие планы предприятия – тиражирование своей системы, которое планируется провести в 2024-2025 гг. При этом тем хозяйствам, которые захотят внедрить технологию у себя, не потребуются уникальные специалисты для работы с ней. Заказчику нужен будет инженер, обслуживающий видеокамеры в станках, и зоотехники для ввода первичных данных в систему. Все остальное обслуживание будет производиться в рамках технической поддержки.

Широкое внедрение позволит существенно сократить затраты на свиноводство и увеличить потенциал сельского хозяйства для инвестиций в инновационные продукты, что даст следующие результаты:

1. Сокращение затрат на свиноводство. Использование инновационных методов и технологий в свиноводстве позволит сократить затраты на кормление, уход за животными, здоровье и безопасность, что приведет к более эффективному производству свинины;
2. Увеличение потенциала для инвестиций. Улучшение условий для свиноводства и снижение затрат привлекут инвесторов, которые увидят возможность вложения средств в развитие отрасли и создание инновационных продуктов;
3. Рост экономического потенциала. Сокращение затрат на свиноводство и привлечение инвестиций способствуют росту экономического потенциала страны, что положительно отразится на ВВП и благосостоянии населения.

Таким образом, широкое внедрение новых методов в свиноводстве приведет к улучшению эффективности отрасли, привлечению инвестиций и увеличению экономического потенциала страны.