PER RIDURRE I COSTI E MIGLIORARE LE CONDIZIONI DI LAVORO La sala di mungitura può essere robotizzata L impiego di bracci robotizzati a servizio di poste multiple permetterebbe interessanti applicazioni alle sale di mungitura tradizionali, a tandem o a giostra. Secondo uno studio, con un braccio si riuscirebbero a mungere mandrie fino a 100- capi in 4 ore, rispettando anche il disciplinare di produzione del Parmigiano-Reggiano di P. Zappavigna, P. Liberati, P. Rossi, A. Gastaldo I sistemi organizzativi e gestionali dell allevamento bovino da latte sono stati fortemente influenzati dall evoluzione tecnologica dei sistemi di mungitura. È sufficiente ricordare, a questo proposito, che il passaggio dalla stabulazione fissa alla stabulazione libera è stato determinato innanzitutto dall esigenza di razionalizzare e ottimizzare l operazione di mungitura. La possibilità di mungere in sala ha rappresentato un miglioramento epocale nell allevamento da latte e ha avuto un peso rilevante nella corsa alla riduzione dei costi di produzione e al miglioramento delle condizioni di lavoro; i suoi benefici effetti, poi, si sono fatti sentire su altri aspetti rilevanti dell allevamento, quali le condizioni igienico-sanitarie e il benessere degli animali, con importanti riflessi sulle caratteristiche quanti-qualitative del latte prodotto. La mungitura resta, comunque, un operazione che vincola fortemente l organizzazione aziendale: quando si hanno vacche da mungere non esistono ferie e le feste sono giorni come gli altri, in cui la produzione continua e richiede l intervento dell uomo, spesso in orari disagevoli e poco consoni a una vita sociale normale. D altra parte esiste, e si fa sempre più forte, la contraddizione fra l esigenza di manodopera specializzata e la scarsa propensione a svolgere questo tipo di attività; la mungitura, infatti, non è solo un operazione meccanica assistita dall uomo, ma rappresenta anche un momento estremamente importante per il monitoraggio della situazione sanitaria e produttiva degli animali, per cui necessiterebbe di personale di buona qualificazione professionale, che oggi è difficilmente reperibile. La sperimentazione di Crpa e Diproval ha portato alla realizzazione di sale di mungitura con bracci robotizzati Sistemi automatici di mungitura Nel tentativo di dare soluzioni alle problematiche anzidette, la sperimentazione e la tecnologia hanno messo a punto, a partire dal 1980 circa, alcuni sistemi automatici di mungitura. Questi, noti a livello internazionale con la sigla Ams (Automatic milking systems), sembrano soddisfare in linea teorica le esigenze del settore bovino da latte, ma sono innovazioni così radicali che richiedono un profondo cambiamento nella gestione e nell organizzazione delle stalle, dall alimentazione alla durata della carriera produttiva, dal comportamento dell animale alla progettazione della stalla, dagli aspetti igienico-sanitari alla quantità e qualità della produzione. Allo stato attuale l impiego di sistemi automatici di mungitura sembra riscuotere maggior interesse in aziende che utilizzano unità lavorative familiari, piuttosto che in grandi aziende condotte con manodopera salariata, in quanto l attrattiva del miglioramento delle condizioni di vita rende più sopportabile l elevato investimento iniziale. Esistono tuttavia alcune condizioni in cui tale tecnologia, nelle più diffuse ver- 26 supplemento a L Informatore Agrario 38/2007
MECCANIZZAZIONE S sioni commerciali costituite da stazioni a poste singole, trova forti limiti di convenienza economica. Ci riferiamo, nello specifico, alle condizioni imposte da alcuni disciplinari di produzione tipica (Grana Padano, Parmigiano-Reggiano), che prescrivono limiti alla frequenza e alla durata della mungitura. Nel primo caso, non sono consentite più di due mungiture giornaliere, mentre nel caso del Parmigiano-Reggiano, oltre al limite delle due mungiture al giorno, è imposto un tempo di mungitura non superiore alle quattro ore antecedenti la raccolta del latte. Queste limitazioni, in particolare quella sul tempo di mungitura, rendono più vantaggiosa l adozione di soluzioni capaci di massimizzare la produttività oraria rispetto a quelle che massimizzano la resa sulle 24 ore. Questo obiettivo è più facilmente raggiungibile servendo più poste con uno stesso braccio robotizzato, ottenendo anche minori costi d impianto; per questo stazioni a poste multiple, inizialmente abbandonate perché poco produttive, si stanno di nuovo affacciando sul mercato con migliorata efficienza. L ipotesi descritta non è nuova. Infatti, partendo dalle tipologie di sistemi automatici di mungitura multiposta, alcuni autori, fra i quali Sangiorgi e Provolo (1992) e Sonck e Donkers (1995), hanno ipotizzato la possibilità di adattare l automazione dell attacco del gruppo di mungitura alle sale di mungitura tradizionali. Lo studio è stato effettuato da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di protezione e valorizzazione agroalimentare (Diproval) dell Università di Bologna e del Centro ricerche produzioni animali di Reggio Emilia, all interno delle attività svolte in un progetto finanziato dalla Regione Emilia-Romagna dal titolo «Studio di fattibilità sull automazione integrale delle sale di mungitura tradizionali», e ha riguardato, in modo particolare, la possibilità di impiegare tale modalità di robotizzazione della mungitura in conformità con le prescrizioni del disciplinare di produzione del Parmigiano-Reggiano. Il primo vantaggio di tale soluzione potrebbe essere quello di svolgere in modo Il braccio robotizzato utilizzato nella sperimentazione Un gruppo di ricerca olandese ha recentemente indicato l automazione della sala di mungitura come soluzione preferibile a quella dei sistemi automatici di mungitura per le stalle del futuro. Nel caso del Parmigiano-Reggiano questa ipotesi risulta ancora più interessante in quanto, con una durata di mungitura limitata a 4 ore, la produttività massima di una stazione a posta singola (occu- PROGETTO DI RICERCA Automazione della mungitura per il Parmigiano-Reggiano automatico l attività di mungitura in una modalità compatibile con la produzione di latte destinato alla trasformazione in formaggio Parmigiano-Reggiano. In secondo luogo tale tecnologia potrebbe costituire un alternativa più economica all automazione mediante stazioni individuali, in quanto deriverebbe dall adattamento di una tecnologia industriale già in uso nei sistemi di mungitura convenzionali (minori costi di produzione, commercializzazione e assistenza tecnica). Un terzo punto a favore di questa soluzione sarebbe il fatto di poter convertire le sale di mungitura esistenti all automazione, con risparmi considerevoli nei costi di acquisto e installazione. pata in media per circa 8 minuti/capo) non consentirebbe di mungere più di 30-32 capi, un numero troppo basso per ammortizzare i costi dell impianto. Non è un caso che l unica azienda bovina da latte in zona Parmigiano-Reggiano che rispetta tali condizioni utilizza 2 stazioni per mungere 65 vacche da latte. Occorre considerare che una soluzione di questo tipo potrebbe applicarsi anche alle comuni sale di mungitura, costituendo in tal modo un alternativa tecnologicamente più semplice ed economicamente più conveniente rispetto alle sofisticate stazioni automatizzate oggi in commercio. Per tali ragioni si è deciso di effettuare uno studio di fattibilità riguardante la possibilità di impiegare bracci robotizzati a servizio di poste multiple, secondo uno schema operativo analogo a quello delle sale di mungitura tradizionali. I sistemi robotizzati in commercio Si sono effettuate accurate analisi sulle prestazioni dei vari sistemi robotizzati di mungitura presenti in commercio, i quali sono riconducibili a tre tipi fondamentali: con braccio a servizio di poste singole; con braccio rotante a servizio di due poste in parallelo; con braccio a traslazione lineare capace di servire più poste in serie. 38/2007 supplemento a L Informatore Agrario 27
100 80 70 60 50 40 30 Tandem a 1 fila con 1 braccio mobile Tandem a 2 file con 1 braccio mobile 120 100 80 70 60 50 Produzione di latte (L) e velocità del braccio (m/s) Con la sala a tandem a 2 file e 2 bracci mobili si può incrementare notevolmente la produttività globale potendo aumentare il numero di capi della mandria da (in una sala a tandem a 2 file con 1 braccio) a 210. 230 210 1 170 150 130 70 50 Tandem a 2 file con 2 bracci mobili 25 L-0,4 m/s 30 L-0,4 m/s 35 L-0,4 m/s 25 L-0,4 m/s 30 L-1,0 m/s 35 L-1,0 m/s 25 L-1,8 m/s 30 L-1,8 m/s 35 L-1,8 m/s GRAFICO 1 - Capi munti in 4 ore in una sala di mungitura a tandem Da queste indagini si sono ricavate informazioni di carattere probabilistico sui tempi di lavoro del sistema di attacco, di entrata-uscita e di mungitura degli animali. Successivamente, utilizzando questi dati, si è simulato il funzionamento dei seguenti schemi di sistemi robotizzati a poste multiple: a tandem, con un braccio mobile operante su una sola fila (per semplice traslazione); a tandem, con un braccio mobile operante su due file parallele (per traslazione e rotazione); a giostra rotativa, con un braccio fisso. Il modello di simulazione prevede preliminarmente la formazione di una mandria «reale» (con una distribuzione dei giorni di lattazione e del numero di lattazioni che si verificano in normali condizioni di esercizio) avente una numerosità il più possibile prossima a quella massima che, per una data configurazione, sia ipotizzabile mungere. Successivamente si simula la mungitura, ipotizzando di ottenere la metà della produzione giornaliera complessiva di ciascun capo. La mungitura viene quindi ripetuta otto volte (per quattro giorni consecutivi), calcolando media e deviazione standard sulle variabili di prestazione ricercate. Di seguito, vengono riportati i parametri utilizzati per la costruzione del modello di simulazione: numero di capi della mandria; livello produttivo medio della mandria (25, 30 e 35 kg/capo per giorno); velocità di spostamento delle bovine; tempo d attacco del Non conviene spingere l attività del braccio oltre i 4 box serviti, poiché il guadagno in capi munti diviene marginale gruppo prendicapezzoli (incluse le fasi preparatorie di identificazione e lavaggio del capezzolo); tempi individuali di mungitura (in funzione della produzione giornaliera, stimata secondo la curva di Wood, per giorni di lattazione e numero di lattazioni). Per la tipologia a tandem si sono ipotizzati: numero di file di box (1 o 2); numero di box per fila (da 1 a 6); numero di bracci (1 o 2 nel caso di due file); velocità di spostamento del braccio (0,4, 1,0 e 1,8 m/s). Per la tipologia a giostra si è invece ipotizzata una soluzione con moto di rotazione discontinuo, dove l ingresso del capo da mungere e l attacco avvengono con giostra ferma, considerando soltanto due parametri, ossia la velocità periferica di rotazione e il numero di box. Le variabili di prestazione considerate in funzione dei suddetti parametri sono il numero massimo di capi munti nelle 4 ore e la corrispondente produzione di latte. Il modello, tuttavia, permette di valutare anche la rilevanza di altre variabili: tempo di spostamento del braccio; tempo di attesa della vacca nel box in attesa del braccio; tempo in cui il box resta libero in attesa di una vacca; tempo di inutilizzo del braccio. Di seguito vengono riportati i risultati delle simulazioni fatte, espressi come valori medi per mungitura calcolati su otto mungiture consecutive, quindi riferiti a un periodo di quattro giorni di funzionamento. Sala a tandem Il grafico 1 mostra i risultati della simulazione al variare della produzione a capo e della velocità del braccio. Essi evidenziano, per un verso, la possibilità teorica di mungere, nelle quattro ore imposte dal disciplinare di produzione del Parmigiano-Reggiano, una 28 supplemento a L Informatore Agrario 38/2007
MECCANIZZAZIONE S mandria di consistenza ragguardevole sul piano economico-gestionale. Infatti, dimensioni di allevamento di 80-100 capi sono oggi ritenute appropriate per un azienda a gestione familiare, specie nella zona tipica di produzione. Se, invece, valutiamo il rendimento in termini di latte prodotto (e non semplicemente di capi serviti), quella che appare come una modesta differenza numerica fra le diverse soluzioni diviene quantitativamente assai significativa dal momento che, avendo animali di maggiore resa produttiva, si riesce a ottenere, con pochi soggetti in meno, una quantità di latte notevolmente superiore (grafico 2). Per altro verso, i risultati evidenziano anche la decisiva influenza degli aspetti tecnico-costruttivi; infatti, ogni soluzione ha un limite di efficienza (evidente soprattutto nella configurazione a due file con un solo braccio) dovuto soprattutto ai limiti di efficienza del braccio robotizzato (velocità di spostamento e tempo di attacco). Di fatto, non conviene spingere l attività del braccio oltre ai 4 box serviti, divenendo marginale Nella fase di mungitura è sempre più forte l esigenza di manodopera specializzata a fronte di una scarsa propensione a svolgere questo lavoro Attualmente l impiego di sistemi di mungitura automatici ha più successo in aziende da latte a conduzione familiare più che in grandi aziende In una sala di mungitura dotata di braccio robotizzato i costi di produzione sono inferiori rispetto alle stazioni robotizzate il guadagno in capi munti. La velocità del braccio ha peraltro un importanza crescente col numero di box da servire, tanto da determinare, al valore minimo di 0,4 m/ s, una perdita secca di efficienza del sistema oltre i 4 box serviti. Il raddoppio del numero di file non produce differenze significative quando si impieghi un solo braccio; invece l impiego di due bracci aumenta notevolmente la consistenza della mandria servibile nelle quattro ore. Da un punto di vista strettamente funzionale (capi serviti per box e per braccio) le diverse soluzioni appaiono abbastanza equivalenti. Notevole però è l incremento di produttività globale che si ottiene, passando dalla configurazione con un solo braccio alla configurazione con due bracci. Infatti, in questo modo la mandria servibile può raddoppiare, raggiungendo dimensioni di tutto riguardo, anche se confrontate con quelle raggiungibili da sale di mungitura tradizionali a elevata produttività. Ovviamente una scelta finale fra i diversi sistemi dovrebbe tenere conto anche dei costi di costruzione e della funzionalità rispetto alla specifica situazione di layout e di organizzazione della stalla (movimentazione degli animali e accessibilità). Ad esempio, l elevata produttività di un sistema a due file con due bracci potrebbe essere sfruttata sia per mungere una mandria della massima consistenza servibile sia, in alternativa, per mungere una mandria di minori dimensioni, ma in minor tempo e con maggiori margini per far fronte a possibili imprevisti (per esempio attacchi falliti, distacchi parziali in corso di mungitura, lento convogliamento degli animali). Sala a giostra In una sala a giostra la piattaforma circolare che contiene i box (disposti sulla tangente) ruota, restando ferma il tempo necessario per far uscire dal box il capo appena munto (evento che non si verifica al primo giro), per far entrare il capo da mungere e permettere al braccio di eseguire l attacco del gruppo mungitore (comprese le operazioni preliminari di pulizia e massaggio). I risultati scaturiti dall applicazione del modello di simulazione probabilistico, spiegato nel box e i cui risultati sono visualizzati nel grafico 3, confermano sostanzialmente questa prima valutazione, mostrando che, al di sopra dei 4-5 posti, un aumento del numero di box non comporta praticamente variazioni nel numero dei capi munti, a parità della velocità periferica della giostra. In definitiva, stando al modello, il numero massimo di capi munti con questo schema, per le due velocità di 0,1 m/s e 0,2 m/s, dovrebbe attestarsi, rispettivamente, sui 100 o i 112 capi per mungitura. Un ulteriore acquisizione fornita dal modello è che, per poter incrementare la produttività della giostra, si può intervenire solo sulla velocità di rotazione della giostra, nell ottica di ridurre il tempo medio dell arresto del box. Inoltre, se nel modello lineare a tandem il livello produttivo della mandria rappresenta un importante fattore limitante delle prestazioni del sistema, nel modello a giostra le prestazioni sono legate principalmente ai tempi di attacco; per cui il numero di capi munti non cambia sostanzialmente quale che sia il livello produttivo della mandria. Ne consegue che con questo tipo di configurazione è molto più conveniente avere animali di produttività media elevata. In particolare, potendo mungere 112 capi in 4 ore, con una produttività media di 35 kg/capo per giorno, a ogni mungitura si possono ottenere 1.960 kg di latte, più di quanto ottenibile con schemi a sviluppo lineare (1.855 kg). Quanto fin qui riscontrato ci suggerisce una possibilità di migliorare ulte- 38/2007 supplemento a L Informatore Agrario 29
Tandem a 1 fila con 1 braccio mobile 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 Produzione di latte (L) e velocità del braccio (m/s) 25 L-0,4 m/s 30 L-0,4 m/s 35 L-0,4 m/s 25 L-0,4 m/s 30 L-1,0 m/s 35 L-1,0 m/s 25 L-1,8 m/s 30 L-1,8 m/s 35 L-1,8 m/s Produzione (kg) GRAFICO 2 - Produzione di latte in 4 ore in sala di mungitura a tandem La produzione massima in 4 ore di mungitura si ottiene con 4-5 box (anche 1.800 kg di latte con animali a elevata resa produttiva). riormente le prestazioni del sistema a giostra. Infatti, se si riuscisse a ridurre il tempo di arresto, realizzando l attacco con giostra in movimento, si potrebbe incrementare notevolmente il numero di capi serviti; ciò si potrebbe ottenere facendo muovere il braccio, per un certo tratto, solidalmente con la piattaforma. Un altro possibile incremento delle prestazioni si realizzerebbe operando la pulizia delle mammelle in un box antecedente quello di attacco. In questo modo i tempi di attacco per box verrebbero ridotti, a spese però di una maggiore complessità tecnica del sistema. Conclusioni Il presente studio di fattibilità mostra la possibilità, almeno su un piano teorico, di adottare la mungitura robotizzata anche in conformità con i requisiti imposti da disciplinari di produzione assai restrittivi come quello del Parmigiano-Reggiano. Ciò non significa che si possa trasferire in modo immediato agli allevamenti la tecnologia oggi esistente. Oltre agli adattamenti puramente tecnici, occorre svolgere ulteriori verifiche di fattibilità sulla possibilità di far lavorare con continuità il sistema per le quattro ore consentite; condizione che deve essere assicurata attraverso appropriati sistemi di convogliamento degli animali che garantiscano la loro presenza costante nell area di attesa alla mungitura. A questo si potrebbe provvedere in due modi: sfruttando, in un lasso di tempo iniziale della «finestra» di mungitura, la volontarietà degli animali più dinamici (ad esempio, bloccando l accesso libero all alimentazione da una certa ora in poi e attirandoli al sistema con richiami di vario tipo), intervenendo manualmente solo in un secondo tempo per avviare gli animali più restii; oppure adottando dispositivi di convogliamento automatici appositamente studiati e già esistenti in commercio. D altro canto, la potenzialità massima dei sistemi di mungitura da noi valutati Potendo mungere 112 capi in 4 ore, con una produttività media di 35 kg/capo/giorno a ogni mungitura si possono ottenere 1.960 kg di latte 120 115 105 100 95 85 3 4 5 6 7 8 9 10 Velocità periferica giostra 0,2 m/s 0,1 m/s 35 kg/capo/giorno 35 kg/capo/giorno 25 kg/capo/giorno 25 kg/capo/giorno GRAFICO 3 - Schema rotativo a giostra con braccio fisso: capi munti in 4 ore In una sala a giostra con uguale velocità periferica, al di sopra di 4-5 posti, un aumento del numero di box non comporta sostanziali variazioni nel numero di capi munti. è tale che se ne può ipotizzare la sostenibilità economica anche con un tempo di lavoro meno prolungato e continuativo; consideriamo infatti che la mandria di dimensioni medie nell area di produzione tipica sia inferiore, come si è detto, ai 100 capi, molti meno quindi della potenzialità massima teorica qui stimata (capace di assorbire anche una possibile quota del 3% di attacchi falliti). Certamente occorre compiere ulteriori verifiche anche di tipo economico. Crediamo però che anche queste possano dare esiti soddisfacenti, se consideriamo che i sistemi da noi analizzati hanno caratteristiche in tutto simili alle comuni sale di mungitura, con in più solo l attrezzatura occorrente al braccio robotizzato; è quindi presumibile che una sala di mungitura di tipo tradizionale, così attrezzata, riesca a spuntare prezzi finali inferiori a quelli delle ben più complesse stazioni robotizzate oggi esistenti in commercio. Paolo Zappavigna Paolo Liberati Dipartimento di protezione e valorizzazione agroalimentare (Diproval) Università di Bologna paolo.zappavigna@unibo.it Paolo Rossi Alessandro Gastaldo Centro ricerche produzioni animali Reggio Emilia Per consultare la bibliografia di questo articolo visitare il sito: www.informatoreagrario.it/ ita/riviste/infoagri/lia3807/3007 web.pdf 30 supplemento a L Informatore Agrario 38/2007
Articolo pubblicato sul Supplemento a L Informatore Agrario n. 38/2007 a pag. 26 La sala di mungitura può essere robotizzata BIBLIOGRAFIA Wood P. D. P. (1967) - Algebraic model of the lactation curve in cattle. Nature, 216: 164-165. Sonck B.R., Donkerst H.W.J. (1995) - The milk capacity of a milking robot. J. Agric. Res., 62: 25-38. Sangiorgi F., Provolo G. (1992) - Automatic milking in Italy: implementation on the dairy farm and economic aspects. Prospect for Automatic milking: 440-448.