機器人擠奶系統或將顛覆傳統擠奶方式

在世界各地的牧場里，已經有超過4萬個機器人擠奶系統（簡稱RMS）正在應用。一項關于明尼蘇達州和威斯康辛州牧場的調查顯示，牧場安裝機器人擠奶系統的前三種理由是：能減少勞動力、改善生活方式和人體健康（減少擠奶過程中由于反復性動作對操作人員造成損傷的風險）。
但限制機器人擠奶系統廣泛應用的主要原因是投資太大，平均每50-70頭奶牛需要投入15-20萬美元的巨額投資。在過去的研究中，機器人擠奶系統相比傳統的擠奶系統，其利潤率更少。然而，隨著機器人技術的進步、機器人擠奶系統管理技術的改善和勞動力成本的增加，這個結果也在發生著改變，機器人擠奶系統的應用前景仍很可觀… 牧場勞動力和牛奶產量是影響機器人擠奶系統應用的關鍵因素
依據當前的經濟模型，影響機器人擠奶系統應用利潤的主要原因是勞動力和產奶量的變化。
有關機器人擠奶系統節約的勞動力成本的研究結果各不相同，從沒有到高達29%，這可能與牛舍的設計和管理有關。我們對明尼蘇達州和威斯康辛州的53個使用機器人擠奶系統的牧場進行調查，發現即使每天的勞動總時間相同，機器人擠奶節約的時間可被用在更有效的牧場管理操作中，如改善動物的健康、分析記錄、改善動物的繁殖性能和原料管理。
此外，未來的勞動力可用性也要考慮其中。目前，牧場的擠奶工大部分是移民人員。低失業率、移民工人的其他工作機會以及移民法律的逐步健全和嚴格，可能會導致擠奶工工資的快速增長，或減少愿意在牧場工作的移民人員數量。
綜合來看，牧場勞動力的改變會促進機器人擠奶系統的應用。
影響機器人擠奶系統的另一個因素是牧場牛奶產量。擠奶頻率的變化是促進牧場使用機器人擠奶系統的主要驅動力。不過，盡管機器人擠奶的頻率高于每天兩次，但有些奶牛的擠奶時間間隔會拉長，可能會降低這些奶牛的產奶量。相關研究表明，機器人擠奶與每天擠奶2次的奶廳擠奶方式相比，產奶量可以提高5-10%。相反的，與每天擠奶3次的奶廳擠奶方式相比，產奶量可能會下降5-10%。
機器人與傳統奶廳擠奶方式在牧場利潤上的差異比較
我們開發了一個應用程序來比較機器人擠奶和奶廳擠奶的經濟效益。在20年的時間跨度里，我們比較了泌乳牛頭數在120、240和1500頭牧場使用機器人擠奶系統和新的奶廳擠奶系統的經濟效益，并設定每小時的勞動力成本為16美元（約102元），每英擔（約50.8kg）牛奶的價格為17美元（約108元）。
我們假設使用機器人擠奶與每天擠奶2次的奶廳相比，每頭奶牛每天的產奶量增加5磅（約2.25kg），與每天擠奶3次的奶廳相比，每頭奶牛每天的產奶量降低2磅（約0.9kg）。
對于使用機器人擠奶系統，牛舍的投資更高，這反映在為節約勞動力成本的額外成本，比如自動刮糞、推料機和更寬的牛舍通道。此外，勞動力成本正在以每年1%、2%或3%的速度通脹增長。凈年度影響是指擠奶系統的現金流轉換為年金的預期差異的凈現值。
泌乳牛數量在120頭和240頭的牧場使用機器人擠奶系統比8×2奶廳擠奶系統的凈年度影響更高，尤其是泌乳牛數量在120頭，每天擠奶2次的牧場（圖1）。勞動力成本的通脹增長和奶廳的擠奶頻率對利潤的影響較大。若不同的擠奶系統之間每日的產奶量每變化1磅（約0.45kg），凈年度影響就會變化931美元（約5940元）。 對于1500頭泌乳牛的牧場來說，在所有的比較中，奶廳擠奶系統要比機器人擠奶系統的利潤更高。我們假設奶廳擠奶3次/天，使用機器人擠奶的產奶量每頭每天下降2磅（約0.9kg），勞動力成本年通脹率為1%時，奶廳擠奶的利潤比機器人高162672美元（約103.46萬元）；勞動力成本年通脹率為3%時，奶廳擠奶的利潤比機器人高130570美元（約83.3萬元）。兩種擠奶系統按照相同的產奶量和3%的勞動力成本年通脹率計算，奶廳擠奶系統的年度影響比機器人高了80672美元（約51.47萬元）。
不同牛群規模之間存在的利潤差異主要原因是擠奶系統使用的時間。若使用機器人擠奶系統，假設每個機器人負責60頭奶牛，能使該系統充分利用。然而，一個泌乳牛頭數為120頭的牧場，奶廳每天只使用了4個小時，泌乳頭數為240頭的牧場，奶廳擠奶2次/天和3次/天的使用時間分別為8和12個小時。對于泌乳牛頭數達到1500頭的牧場，機器人和奶廳的使用都接近較大限度。
勞動力成本按照16美元/小時（約102元/小時）計算，對于泌乳牛頭數達到1500頭的牧場使用機器人擠奶的利潤低于奶廳擠奶系統。
因此，我們計算了兩種擠奶系統有相似的利潤時勞動力的盈虧平衡工資，假設工資通脹率1%，奶牛使用機器人擠奶系統比奶廳擠奶系統的產奶量下降2磅（約0.9kg），勞動力盈虧平衡工資為32.30美元/小時（約206元/小時）。如果牧場使用兩種擠奶系統能達到相似的產奶量，工資的通脹率在20年內能平均達到3%，那么勞動力盈虧平衡工資減少至22.91美元/小時（約146元/小時）。
我們還研究了應用機器人擠奶系統的產奶量對利潤的影響（圖2）。如果勞動力工資年通脹率為3%，應用機器人擠奶的產奶量比奶廳擠奶的產奶量每頭每天增加3磅（約1.35kg），那么奶廳的收入比機器人高3256美元（約20773元），如果機器人擠奶的產奶量每頭每天增加超過5磅（約2.25kg），在勞動力工資年通脹率為1%和3%時，機器人擠奶系統的利潤都較奶廳擠奶系統高。 目前的研究表明，應用機器人擠奶系統的牧場，產奶量并不能達到奶廳擠奶系統3次/天的產奶量。但隨著機器人擠奶系統的管理和設施設計的改進，這種情況可能會發生改變。而且，應用機器人擠奶系統的一個較大優勢是，牛舍中的奶?？梢缘玫礁€定的管理和擠奶操作，實現隨時采食、飲水、躺臥和擠奶。更精準的飼養管理會助力奶牛的健康及產奶量的提高。
影響機器人擠奶系統利潤的因素
① 機器人的擠奶量
每個機器人每天的擠奶總量是實現利潤較大化的一個重要因素。使用4個機器人系統，每年2%的工資通脹率和20年的時間跨度，每個機器人每天擠奶的總量每增加500磅（約225kg），凈年收入就會增加4100美元（約26158元）。美國的一些牧場每個機器人的擠奶總量都能達到6000磅（2700kg）以上。
很多因素會影響機器人的擠奶量，較重要的因素包括：擠奶的設置和策略，以確保需要進行擠奶的奶牛在正確的時間擠奶；較高的奶牛日產奶量；減少每頭奶牛的擠奶時間；擠奶系統處于較佳工作狀態。
大多數先前的模擬和觀察研究表明，機器人擠奶系統并不像奶廳擠奶系統那樣利潤可觀。但由于我們對于機器人系統的設計、奶牛飼喂和管理的了解都將持續改善，從而達到減少勞動力需求和提高產奶量的目標。
② 管理因素
為了比較機器人和奶廳的相對收益回報，牧場主需要了解他們的管理方式和未來工資通脹如何影響潛在的凈收入，即勞動力成本。
③ 機器人的使用壽命
因此，牧場是否選擇使用機器人擠奶系統，關鍵還在投資回報比上。