奶牛场繁育管理数字化分析系统的应用

韩吉雨，孙威，张彩霞，何志辉，刘琪，李俊良，郝健，张海生

（内蒙古伊利实业集团股份有限公司奶牛科学研究院，呼和浩特 010010）

关键字：奶牛场；数字化；分析系统；繁育管理

随着国内奶牛养殖行业的快速发展，目前国内大多数奶牛养殖场建立了完善的奶牛养殖信息化管理系统，基本实现由粗放式饲养模式向精细化、信息化养殖模式的升级。在牧场规模化、智能化的发展趋势下，传统运作管理模式存在的问题日益突显[1]，主要表现在原有牧场管理系统分析功能薄弱，缺乏可视化报表进行结果输出，且一般奶牛养殖场不具备生产数据分析与数字化管理的能力，导致牧场在生产管理中存在问题不能快速定位、根因无法有效识别的短板痛点。因此，将数字化管理手段引入牧场管理已成必然趋势[2]。

繁育管理是奶牛养殖场的一个关键环节，详尽全面地掌握牧场的繁育状况，是保证牧场可持续发展的基础[3]。目前国内已有多种繁育相关管理软件在奶牛养殖场得到应用[4]，但现有的软件系统存在指标结构不清晰、问题分析不全面、用户操作不便捷等问题。为实现奶牛养殖场繁育工作问题可快速识别、原因可有效定位，且方便用户操作，内蒙古伊利实业集团股份有限公司下设的奶牛科学研究院与北京历源金成科技有限公司合作，完成一款奶牛养殖场繁育管理数字化分析系统的开发。本系统依据奶牛养殖场实际生产流程，结合行业内相关专家意见，对繁育相关指标进行梳理并确定了各指标间的关联与关系，形成了一套奶牛养殖场繁育指标体系。以新牛人牧场管理系统数据作为数据来源，应用可视化技术完成指标呈现页面到问题挖掘与分析页面间的响应与跳转，形成了从发现问题到原因定位的完整繁育数字化应用流程，赋予了奶牛养殖场对于繁育工作数字化管理与分析的能力。

1 系统结构

牧场繁育数字化管理系统部署方式为本地私有化部署且兼容虚拟化部，采用B/S架构，具备开放性且提供完整规范的开发接口，并支持纵向与横向扩展能力。

本系统依据奶牛场繁育管理的实际流程，将整个系统划分为繁殖综合面板及5个子面板，分别为年繁殖率多维分析面板、流产率多维分析面板、参配率多维分析面板、受胎率多维分析面板、未孕牛与禁配牛分析面板，整体系统结构如图1所示。

图1 系统结构示意图

繁育综合面板主页面，是将牧场繁育管理关键指标进行整合呈现，可聚焦并监控牧场繁育业务核心指标动态，快速定位问题指标。每个指标模块分析维度以不同的形式展示，并可通过颜色区分直观地识别指标的异常情况。年繁殖率多维分析、流产率多维分析、参配率多维分析、受胎率多维分析、未孕牛与禁配牛分析等面板是对主页面指标异常情况的分析与挖掘，将繁育业务核心指标进行下钻，从多维度对影响指标异常波动的因素进行动态、全面的分析，快速识别繁育管理的薄弱环节，如图2所示。

图2 系统各面板概貌

2 系统功能特点

本系统依据牧场繁育管理的实际流程，建立了指标间的从属关系，避免功能的堆砌，是本系统功能的主要特点，如图3所示。繁殖综合面板作为主面板，是对牧场繁育管理指标的凝练，可全方位呈现牧场繁育状况，全面掌握牧场当前繁育工作执行情况及往期对比，并快速定位问题指标。其他面板作为二级面板，是对于主面板的分析与解释，可以点击主面板指标模块进行引入和跳转，从多维度对引起指标异常的原因进行分析。以流产为例，流产二级面板可从时间、流产时在胎天数、不同牛群、孕检人员、孕检空怀情况等维度对流产异常进行全方位的根因挖掘，识别引起流产高发的主要原因，并可以通过查看牛只明细信息最终定位到个体牛只。通过对不同指标从属关系的梳理，设计不同层级面板的功能，可以实现问题的逐层分析与挖掘，赋予了牧场繁育相关岗位人员一定的问题分析能力。

图3 指标分析关系图

本系统的第二大特点是预警功能。当指标值低于标准值时，指标模块颜色会以红色突出呈现并进行聚焦，通过颜色区分可快速定位问题指标。同时，不同养殖水平的牧场可通过系统参数设置，依据牧场实际的生产目标对指标预警参数进行自由设定，以实现预警功能的个性化（图4）。

图4 系统预警参数设置页面

本系统另一特点是指标注释功能。依据繁育专家团队对于不同指标的解释与定义，针对各级面板每一个指标模块均进行定义、计算公式以及能反映的问题等详尽注释，方便系统应用人员对于指标的理解，如图5所示。

图5 指标注释功能

2.1 繁殖综合面板

繁殖综合面板主要包括年繁率、牛群增长率、怀孕率、受胎率、参配率等17项指标，如图6所示。

图6 繁殖综合面板

面板左上模块是年繁率，是对牧场去年繁育情况的评价，包含目标进度和实际进度。适繁牛头数是上一年度所有可能产犊牛只的总和；目标繁殖数是按照牧场实际的受胎率与参配率，截至目前应该产犊的牛头数；已完成牛头数是牧场截至目前的实际产犊牛头数。复检空怀与流产导致了目标繁殖数与已完成牛头数之间的差异。

面板中间模块是繁育的几个关键指标，包括21d怀孕率、受胎率和参配率。以上指标可按成母牛、青年牛不同牛群或情期、月度不同时间维度统计。柱状图显示的是怀孕率、受胎率、参配率近半年的波动趋势。

面板右上模块是牛群增长率，可从侧面反映牧场去年的繁殖和淘汰情况，包括本场出生数、外购数、离群数与净增长。

面板下方模块包括成母牛78d未配比例、180d未孕牛比例，青年牛14.2月龄未配和18月龄未孕指标可反映牧场繁育员的操作水平。

初检+比例是从侧面反映牧场的返情观察与参配情况。复检空怀率是反映牧场检胎的准确性。流产率统计的上一个完整月度的流产情况和当月的流产头数合计。禁配牛比例是牧场的实时数据。

其他模块包括成母牛的始配天数、配准天数与胎间距，青年牛的始配月龄、配准月龄与产犊月龄，这些是牧场繁育的整体情况衡量指标。

2.2 年繁殖率多维分析面板

年繁殖率多维分析面板作为针对影响年繁率和牛群增长率原因分析的面板，可从不同牛群及时间维度进行分析（图7）。

图7 年繁殖率多维分析面板

面板上方分别呈现全群、成母牛、青年牛的年繁率，以及整体牛群增长率（剔除外购牛）。同时，在每一指标下方配置的渐变色条呈现的是牧场同一指标在同区域划分内的排名情况，找到与在相同环境条件下其他牧场间的差异。面板左侧的柱状图呈现的是月度分解的年繁率。右侧是牛群增长率，包括本场出生、外购和淘汰，以及截至目前的净增长率。牛群增长率与牧场实际经营目标有关，并不存在统一标准。下方表格呈现的是年繁率与牛群增长率年度同比。

2.3 流产率多维分析面板

作为反映牧场牛群损失的相关指标，将复检空怀率、流产率分析整合为流产率多维分析面板，可从在胎天数、孕检员以及时间维度对流产及孕检空怀进行多维分析（图8）。

图8 流产率多维分析面板

面板左上呈现的是牧场上一个完整月度的流产率、流产头数以及牧场间排名情况。左下的柱状图是最近三个月的流产趋势，点击“查看分析”可以看到近半年的流产情况及流产个体牛只详细信息。中间的流产怀孕天数呈现不同怀孕天数流产占比，可为流产原因的判断提供依据。右侧是当月的复检空怀牛头数、占比和近三个月的波动情况。同时，可以追踪每个繁育员在初检和复检后发生流产的占比，来判断繁育员的检胎手法是否存在问题。

2.4 参配率多维分析面板

参配率多维分析面板作为影响参配率原因分析的面板，可从不同牛群、始配天数、情期间隔、揭发情方式、发病情况等维度进行分析（图9）。

图9 参配率多维分析面板

参配率多维分析面板左上模块为成母牛与青年牛的参配率。配种进度反映的是成母牛与青年牛应配种牛头数与实际配种牛头数的差异。左下散点图横坐标为日期，纵坐标为始配天数，反映的是成母牛的始配天数标准执行情况。每一个散点是执行完配种的个体牛只，不符合成母牛始配天数标准的散点颜色呈现为红色。柱状图呈现的是不同情期的成母牛与青年牛的参配率的趋势。右上模块的饼状图呈现的是不同揭发情方式的占比，环状图是未配牛的发病类型的占比。右下模块是按情期间隔分析，主要是反映牧场发情观察的准确性。

2.5 受胎率多维分析面板

受胎率多维分析面板作为影响受胎率原因分析的面板，可从配种时泌乳天数、发情类型、冻精、配次、发病情况等维度进行分析（图10）。

图10 受胎率多维分析面板

受胎率多维分析面板左上模块是统计不同泌乳天数阶段的受胎率，可结合不同配次受胎率来判定牧场是否存在屡配不孕的情况。折线图呈现的是历史月度的受胎率。左下模块呈现的是发生不同类型疾病牛群的受胎率，气泡的高低代表受胎率的高低、气泡的大小代表配准配次，同时可切换按不同产犊类型进行统计。右下模块分别为不同冻精与不同的配种员的受胎率分析。

受胎率多维分析面板默认显示的是成母牛，同时可以切换为青年牛，也可以筛选是否包含禁配牛、配次、胎次及冻精编号。完成筛选设置后，整体面板的结果会随之联动，所有的指标都围绕筛选的指标展开。

2.6 未孕牛与禁配牛分析面板

点击主面板180d未孕、78d未配、180d未孕、14.2月龄未配、18月龄未孕、禁配牛比例等模块可跳转到未孕牛与禁配牛分析面板。面板中针对每一个指标都有当前的占比、往期的趋势以及牧场间的排名情况，同时可以点击“查看明细”进入明细页面查看具体牛只信息。同样，其他二级面板的分析都是可以通过同样的方法去查看明细和牛只信息卡。右下模块是针对禁配原因的分析，通过气泡图呈现，可以看到当前禁配原因和历史禁配原因的占比（图11）。

图11 未孕牛与禁配牛分析面板

3 结论

奶牛养殖场繁育管理数字化分析系统通过对养殖数据进行自动分析和处理，生成不同维度下的指标参数，可以在不同维度下直观地展现牧场的实时情况，便于快速定位和解决问题，培养奶牛养殖场自主管理能力，实现对牧场繁育工作的自动化管理，从而保证生产性能与经济效益的提升。本系统的开发与应用是配合牧场机械自动化和信息化趋势的一次尝试，也是大数据和可视化技术在传统养殖行业应用的一次探索。本系统具有操作便捷、分析维度全面、指标凝练等特点，通过形成数据可视化分析与管理流程，有效提升奶牛养殖场繁育管理效率，同时也是信息技术在传统奶牛养殖行业应用的一次积极探索，推动了数字化技术与养殖行业的全面融合与发展，助力行业的降本增效与产业转型。自系统于2021年4月19日上线开放使用，截至目前已在全国范围内700余家奶牛养殖场进行推广应用，均得到了良好的反馈。

从奶牛养殖行业自粗放型向精细化管理模式转变的过程中，高效的数字化管理平台发挥了至关重要的作用[5]，数字化、智能化已成为传统畜牧业向现代畜牧业转变的必经之路[6]，现代的信息化技术在奶牛场的生产管理过程中的应用也为奶牛养殖效率的提升及生产管理的数字化实现提供了技术支撑。本系统目前仅对奶牛养殖场繁育管理实现信息数字化分析管理，功能模块还不够完善。针对牧场实际生产运营中的其他模块，如奶厅管理、饲喂管理、保健管理、财务管理等，已在开发或测试阶段。