智慧奶厅丨挤奶曲线与奶厅管理关联分析

    随着牧场信息化技术准确性和可靠性提升，牧场的很多生产流程越来越依靠自动化的传感器数据进行分析和管理，比如自动化的发情揭发，自动化的健康监测，但是在奶厅的挤奶流程的数据化评估和分析方面，很多牧场还不能做到以精细化数据为基础的科学分析，仍然依靠现场经验和实地观察，一方面是很多牧场还没有准确的可靠的精细的挤奶效率数据，另一方面很多牧场还不知道如何去分析和应用这些数据。

    阿菲金公司总结多年智慧奶厅管理服务经验，综述了如何用数据分析的方法来对奶厅的挤奶流程进行有效的评估和管理，为牧场提供了另外一种更加精细和科学的分析方法，特别是「挤奶曲线」这一工具，通过自动化收集的奶流速数据，软件自动生成分析报告和关键指标，来反馈评价挤奶流程是否科学合理，并为牧场挤奶流程优化提供决策。

摘 要：本文综述了牧场挤奶曲线及其关键KPI，并阐述了如何根据不同曲线评价挤奶流程细节，为牧场挤奶流程优化提供决策。

关键词：挤奶曲线；奶厅管理；奶流速；牧场信息化

挤奶曲线又称为奶流速曲线，是记录一头牛从上杯到脱杯期间的整个挤奶过程中，奶量计测得的奶流速随时间变化的曲线。

但是在实际牧场管理中，因个体差异的存在，关注单头牛的奶流速曲线意义不大，群体奶流速曲线更能反映挤奶过程中存在的问题。因群体汇总时数据量巨大，所以软件中常保留每头牛奶流速曲线的关键特征，然后进行群体汇总，形成群体的挤奶曲线。通常，群体挤奶曲线将每个班次中所有牛的奶流速曲线汇总计算成一条曲线，并在上方的表格中显示曲线的关键特征值（图1）。

图1 班次群体奶流速曲线示意图

2.1 泌乳反射

在泌乳反射过程中，从吮吸刺激产生神经冲动到最终出奶大约需要60s，在此期间不同阶段所需时间也从0.1～30s不等（表1）。而挤奶流程中的挤奶前操作，会影响泌乳反射的完成度和质量，不同的泌乳反射过程最终表现出不同的奶流速曲线模式，即不同的挤奶曲线形状。因此，泌乳反射是关联挤奶流程和挤奶曲线的重要中枢。

2.2 常见挤奶曲线

常见的牛只奶流速曲线模式有三种，分别是理想型、双峰型和长尾型。这三种曲线分别对应的泌乳反射情况与挤奶情况亦有很大差异^[2]。根据笔者多年在阿菲金牧场实际数据的统计结果亦证实了这些差异。

2.2.1 理想型奶流速曲线

理想型曲线的奶流速特征是，上杯后奶流速迅速上升，达到高峰后保持，结束时迅速下降；峰值流速达到约10lb/min，即4.5kg/min；约16kg奶挤奶用时约4.3min（图2）。

图2 牛只理想型奶流速曲线示意图

该类曲线说明，血液中催产素浓度足够，腺泡周围肌肉收缩强烈；正好这时上杯，在腺泡挤奶的“里应”和奶杯真空的“外合”的同步作用下，下奶快速、完全。通常这种挤奶过程发生在无应激或低应激的奶厅环境，奶牛经过了头三把奶检测和乳房擦拭的充足正面刺激，催产素大量分泌，上杯时间恰到好处。

2.2.2 双峰型奶流速曲线

双峰型曲线的奶流速特征是，上杯后奶流速先上升后下降，1min后再次上升，曲线呈“双峰”的形态，结束时缓慢下降；峰值流速达到约9lb/min，即4kg/min；挤13kg奶用时约4.8min（图3）。

图3 牛只双峰型奶流速曲线示意图

此种曲线中的第一个高峰，是在真空负压“外合”的作用下，中央乳池中的奶被吸出形成。反映出此过程中催产素高峰还没到达乳房，腺泡肌肉收缩的“内应”还不充足，从腺泡中汇集到中央乳池的奶流量远远小于中央乳池中被吸出的奶流量。后续催产素高峰来临，第二次奶流速高峰形成，但下奶完成较为缓慢。通常产生双峰型曲线的牛只，其挤奶前受到强烈应激从而对三把奶等刺激无反应，或是无有效刺激、有效刺激不充足，以及上杯过早的情况下发生。其中上杯过早为主要原因。

2.2.3 长尾型奶流速曲线

长尾型曲线的奶流速特征是，上杯后奶流速上升，达到最高后保持，结束时慢速出奶时间冗长。峰值流速约6lb/min，即2.7kg/min， 挤13.5kg奶用时7min以上，挤奶后期慢速出奶时间特别长（图4）。

图4 牛只长尾型奶流速曲线示意图

此种曲线与理想型相比，最显著的差别在于挤奶后期慢速出奶时间很长，这样容易对乳头造成空挤和过挤，久而久之就会导致乳头损伤和乳房炎。

产生此种挤奶曲线的主要原因是挤奶设备的脱杯流速设置过低，导致奶牛挤奶后期无法及时脱杯；另外一个原因是挤奶工对牛只采取了非正常的挤奶和脱杯方式，比如自动脱杯后继续强制挤奶或者取消自动脱杯，使得后期的套杯时间内并没有挤出足够的奶。

挤奶曲线并非一条简单的曲线，曲线上还包含许多关键点，将这些关键点以数值的形式表现出来，可用于奶厅挤奶流程好坏的评判和奶厅绩效KPI考核。

描述挤奶曲线特征的KPI，大致可以分为三类，即关注挤前刺激的KPI、关注挤奶速度的KPI和关注乳头过挤的KPI（表2、图5）。

图5 主要挤奶曲线特征KPI及其对应的参考值示意图

3.1 挤前刺激相关KPI

3.1.1 上杯前刺激强度

上杯前有无良好刺激对下奶速度有很大的影响。良好的上杯前乳头刺激可以促使更快的下奶速度和更高的高峰流速，并降低实际挤奶时间（图6）。

图6 上杯前对乳头不同刺激强度所形成的挤奶曲线示意图

3.1.2 上杯前泌乳反射等待时间

除了刺激强度可以对下奶速度产生影响之外，上杯前的泌乳反射等待时间，对下奶速度同样重要。通常最佳等待时间为60～90s。Bruckmaier等曾进行研究，在不同挤奶间隔时间下，将上杯前有60s和无60s等待时间的奶流速曲线进行了对比，同时测定牛只体内催乳素浓度变化，结果显示，在上杯前有60s的泌乳反射等待时间，会产生更充分的催乳素和更快的下奶速度^[3] （图7）。

图7 不同挤奶间隔时间下上杯前是否有60s泌乳反射时间的挤奶曲线及催乳素含量对比

注：a1与a2、 b1与b2、 c1与c2分别为挤奶间隔时间4h、8h、12h，左列a1、b1、c1图均为挤奶刺激后等待60s再上杯，右列a2、b2、c2 图为挤奶刺激后不等待60s而直接上杯；黑色线为奶流速，红色线为催乳素浓度。

3.2 挤奶速度相关KPI

3.2.1 挤奶时长

挤奶时长是指按下挤奶键到脱杯的时间，是衡量挤奶速度最直接的指标。挤奶时长越短，挤奶效率越高，乳头受损伤的风险也越小。实际挤奶时间低于该目标值被认为是良好的水平。但挤奶时长受班次奶量的影响较大，不同牧场甚至不同班次的挤奶时间都无法直接比较。但是，目前牧场常用软件中，阿菲牧软件可根据智能算法，考虑挤奶牛泌乳天数、班次奶量等，给出每个班次的挤奶时间目标值，在挤奶曲线报表中给出直观反映。

3.2.2 高峰流速、高峰流速时间

高峰流速是指整个挤奶过程中奶流速的最大值。而高峰流速时间是指从挤奶开始至达到高峰流速的时间。高峰流速越高，说明下奶越顺畅快速，挤奶时间也会越短。这也意味着血液中催产素较高，腺泡肌肉收缩强烈，“里应外合”的配合恰到好处。即挤奶过程中挤奶前刺激有效充足，并在正确的时间上杯。高峰流速较低，则往往说明挤奶前有效刺激不足，催产素分泌不足，腺泡肌肉收缩不强烈，无法形成高速奶流。

此外，高峰流速较低还有可能是上杯过晚造成的，上杯过晚导致上杯时催产素高峰已过。在此情况下，常伴随着奶流速上升缓慢，高峰流速来临过晚。高峰流速应达到4kg/min以上，优秀牧场可达5kg/min以上，顶级牧场可达到6kg/min以上。到达高峰流速的时间应该在120s以内。

3.2.3 前2min产量及其占比

此二者分别指单头牛挤奶开始后2min内的挤奶量，以及前2min奶量占整个挤奶过程的挤奶量百分比。前2min产量占比作为一个综合性的指标，可以衡量下奶是否足够快速。若50%以上的奶在前2min被挤出，则被认为是理想的下奶速度。在同等奶量情况下，双峰型和长尾型挤奶曲线的前2min奶量占比一定比理想型挤奶曲线要低，而且难以达到50%。一般情况下，前2min奶量占比应超过50%，同时此期产量应在5kg以上，优秀牧场甚至可达到6kg以上。但是，对于班次奶量低于10kg的牧场（或低产牛），前2min奶量占比是非常容易达到50%以上的，但这并不代表其下奶一定顺畅快速。相反，对于班次奶量高于10kg的牧场（或高产牛），因为总产量的限制，要做到占比50%以上反而更有难度。因此要同时兼顾前2min产量及其占比来综合评判。

3.2.4 0～15s平均流速

0～15s平均流速是指挤奶开始后0～15s内奶流速的平均值。影响0～15s平均流速的主要因素有上杯前乳房的充盈度与挤奶工的套杯速度。挤奶前刺激不足或者上杯过早时，腺泡肌肉还未有力收缩，乳房乳池内压未增大，会造成0～15s平均流速较低。此外，如果挤奶工动作缓慢，真空开启后延迟一段时间才上杯，开始一段时间无奶流，也会造成0～15s平均流速较低。

理想的0～15s平均流速应在0.5～1.5kg/min之间，目标值可设定在1kg/min之上。15～30s平均流速应在1.5～2.5kg/min之间；30～60s平均流速应在2.5～3.5kg/min之间；60～120s平均流速应在3.5～4.5kg/min之间。

3.3 乳头过挤相关KPI

3.3.1 慢速出奶时间与慢速出奶时间占比

慢速出奶时间和慢速出奶时间占比分别指挤奶全程中挤奶流速低于1kg/min的时间，以及这种低流速时间在整个挤奶时间中所占的比例。每个班次慢速出奶时间应控制在1min以内，慢速出奶时间占比应控制在20%以内。奶流速越低，乳头末端的真空越高，低流速的时段是乳头损伤发生的高风险时期，因此低流速时间越短越好。慢速出奶时间过长与挤奶前刺激不足或脱杯过晚有关，由于慢速出奶时间为初期低流速时间与末期低流速时间的加和^[4]。为区分这两个原因，可具体查看初期低流速时间和末期低流速时间。

3.3.2 初期低流速时间

初期低流速时间指挤奶开始后的初始阶段，奶流速低于1kg/min的时间。初期低流速时间每个班次应控制在0.5min以内。初期低流速时间过长的主要原因是挤奶前刺激不足或奶牛受到应激，导致初期下奶速度过慢，延迟很长时间后奶流速才达到1kg/min以上。

3.3.3 末期低流速时间

末期低流速时间指挤奶结束阶段奶流速低于1kg/min的时间，每个班次应控制在0.5min以内。末期低流速时间过长主要由脱杯过晚导致，这时可检查脱杯程序的设置是否合理。

3.3.4 双高峰牛只统计

因为个体牛只的差异，挤奶群组中不可避免地会出现挤奶曲线双峰型牛只，这种类型牛只的多少可以指示挤奶流程是否出现系统性的问题，如奶牛是否受到应激，挤奶前刺激是否不足，以及是否过早上杯。双峰牛占全部挤奶牛的比例不应超过30%。目前国内常用牧场奶厅管理软件中，例如阿菲牧系统就会自动判断并统计双峰牛只头数及比例。

在电气化挤奶初级阶段，挤奶机可自动脱杯但不能连接管理软件，因为缺乏准确可靠的挤奶数据，牧场管理奶厅通常依靠现场经验和实地观察，这种经验需要长时间的积累且不乏主观性。进入信息化时代后，通过准确可靠的挤奶数据能够用数据分析的方法来对奶厅进行有效的管理，为管理者提供了观察奶厅挤奶日常的另外一种途径。特别是挤奶曲线这一工具，通过展现奶流速这一最终结果的方式，来反馈评价挤奶流程的有效性。这是单靠经验和观察无法达到的方式，因为数据的背后是每个挤奶位点的奶量计对每头牛进行的实时奶流量测算。牧场应充分利用好挤奶曲线的每一项特征，使得牧场效益最大化。