Тренажер для подготовки операторов машинного доения коров

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в учебно-тренировочных устройствах для формирования у обучаемых операторов навыков и приемов машинного доения коров. Тренажер содержит блок задания исходных условий, блоки задания управляющих воздействий, блоки управления процессом доения и блоки контроля процесса доения. Данные от блоков контроля процессом доения поступают на общий блок контроля, откуда через усилительно-преобразовательный блок передаются на персональный компьютер. С помощью компьютера определяется уровень подготовленности оператора и поясняются допущенные ошибки. На тренажере учитываются и имитируются продуктивность, тугодойкость, интенсивность и характер молокоотдачи, что обеспечивает обучение операторов рациональным приемам машинного доения коров с различными физиологическими свойствами вымени. 2 ил.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к учебно-тренировочным устройствам для формирования у обучаемых прочных сенсорно-моторных профессиональных навыков и приемов машинного доения коров.

Известен комплексный тренажер для обучения машинному доению, содержащий программное устройство, блок сравнения, блок контроля управления, искусственное вымя, блоки контроля последовательности разборки, сборки, технического обслуживания доильного аппарата, блок информационного обеспечения и оценки (а.с. СССР №1511758, кл. G09B 9/00, А01J 7/00, 1989).

Наиболее близким по функциональному назначению подходит тренажер для формирования навыков машинного доения (а.с. СССР №1683590, кл. A01J 7/00, G09B 9/00, 1991), содержащий программное устройство, соединенное с блоком сравнения и выработки команд и блоком контроля управления, к соответствующим входам которого подключены сообщенные с искусственным выменем датчики массажа, подмывания и обтирания вымени, нижнего уровня рабочей жидкости в вымени, датчики сдаивания первых струй, датчик вакуума, установленный на шланге агрегата индивидуального доения, бак, сообщенный трубопроводом и перепускным клапаном с искусственным выменем, при этом шток перепускного клапана совмещен со штоком электромагнита, датчик шума, блок индикации, счетчик времени продолжительности операций машинного доения, который выбран за прототип.

Основными недостатками прототипа является: отсутствие возможности информационного обеспечения (идеализации) сущности процесса молокоотдачи у животного; невозможность достаточно полно произвести имитацию индивидуальных физиологических особенностей животного: тугодойность, интенсивность и характер молокоотдачи, продуктивность и т.д.; исключается возможность применения современных информационно-технических систем для обучения операторов машинного доения коров.

Задачей изобретения является расширение функциональных и дидактических возможностей тренажера посредством обучения операторов рациональным приемам машинного доению коров с различными физиологическими свойствами вымени и применением современных информационно-контролирующих технических систем.

Сущность изобретения: в тренажере количественно и качественно учтены и имитируются индивидуальные физиологические особенности животного: тугодойность, интенсивность и характер молокоотдачи, продуктивность и т.д. Тренажер содержит блок задания исходных условий, блоки задания управляющих воздействий и блоки контроля процесса тренировки. При этом используется физическая модель комплекса соответствующего оборудования и новые программные разработки, что позволит повысить эффективность обучения операторов машинному доению коров.

На фиг.1 приведена структурная схема тренажера для операторов машинного доения коров; на фиг.2 - функциональная схема тренажера.

Устройство (фиг.1) содержит блок 1 задания исходных условий, блоки управления: блок 2 задания управляющих воздействий преддоильной обработки вымени, блок 3 задания управляющих воздействий жидкостью, имитирующей молоко, блок 4 задания управляющих воздействий на температуру вымени, блок 5 управления температурой жидкости для преддоильной обработки вымени, блок 6 управления объемом жидкости для преддоильной обработки вымени, блок 7 управления процессом преддоильной обработки вымени, блок 8 управления объемом жидкости, имитирующей молоко, блок 9 управления температурой жидкости, имитирующей молоко, блок 10 управления подачей жидкости, имитирующей молоко, в вымя, блок 11 управления объемом циркулирующей жидкости в вымени, блок 12 управления температурой циркулирующей жидкости в вымени, блок 13 управления циркуляцией жидкости в вымени, блок 14 управления охлаждением циркулирующей жидкости в вымени, блоки контроля: блок 15 контроля (общий, сумматор), блок 16 контроля преддоильной обработки вымени, блок 17 контроля сдаиванием первых струек и обработки сосков, блок 18 контроля времени обмывания и массажа вымени, блок 19 контроля температуры и подачи жидкости, имитирующей молоко, в вымя, блок 20 контроля температурой циркулирующей жидкости в вымени, блок 21 контроля состоянием вымени, блок 22 контроля машинным доением, блок 23 контроля количества выдоенной жидкости, имитирующей молоко, и усилительно-преобразовательный блок 24 с персональным компьютером (ПК) 25. При этом выходы блока 1 задания исходных условий соединены с входами блоков 2 задания управляющих воздействий преддоильной обработки вымени, 3 задания управляющих воздействий жидкостью имитирующей молоко и 4 задания управляющих воздействий на температуру вымени. Выходы блока 2 задания управляющих воздействий преддоильной обработки вымени соединены с входами блоков 5 управления температурой жидкости для преддоильной обработки вымени, 6 управления объемом жидкости для преддоильной обработки вымени, 7 управления процессом преддоильной обработки вымени. Выходы блока 3 задания управляющих воздействий жидкостью, имитирующей молоко, соединены с входами блоков 8 управления объемом жидкости, имитирующей молоко, 9 управления температурой жидкости, имитирующей молоко, 10 управления подачей жидкости, имитирующей молоко, в вымя. Выходы блока 4 задания управляющих воздействий на температуру вымени соединены с входами блоков 11 управления объемом циркулирующей жидкости в вымени и 12 управления температурой циркулирующей жидкости в вымени, выходы блока 12 управления температурой циркулирующей жидкости в вымени соединены с входами блоков 13 управления циркуляцией жидкости в вымени и 14 управления охлаждения циркулирующей жидкости в вымени, блоки 13 управления циркуляцией жидкости в вымени и 14 управления охлаждения циркулирующей жидкости в вымени связаны между собой. Входы блока 15 контроля (общий, сумматор) соединены с выходами блоков 16 контроля преддоильной обработки вымени, 19 контроля температуры молока и подачи жидкости, имитирующей молоко, в вымя, 20 контроля температурой циркулирующей жидкости в вымени, 22 контроля машинным доением, 23 контроля количества выдоенной жидкости, имитирующей молоко. Входы блока 16 контроля преддоильной обработки вымени соединены с выходами блоков 5 управления температурой жидкости для преддоильной обработки вымени, 6 управления объемом жидкости для преддоильной обработки вымени, 7 управления процессом преддоильной обработки вымени, 17 контроля сдаиванием первых струек и обработки сосков и 18 контроля времени обмывания и массажа. Вход блока 23 контроля количества выдоенной жидкости, имитирующей молоко, соединен с выходом блока 8 управления объемом жидкости, имитирующей молоко. Входы блока 19 контроля температуры молока и подачи жидкости, имитирующей молоко, в вымя соединены с выходами блоков 9 управления температурой жидкости, имитирующей молоко, и 10 управления подачей жидкости, имитирующей молоко, в вымя. Входы блока 20 контроля температурой циркулирующей жидкости в вымени соединены с выходами блоков 12 управления температурой циркулирующей жидкости в вымени и 21 контроля состоянием вымени. Блок 15 контроля (общий, сумматор) передает данные на усилительно-преобразовательный блок 24. Усилительно-преобразовательный блок 24 связан с компьютером 25 и выход усилительно-преобразовательного блока 24 соединен с входом блока 1 задания исходных условий. Блоки управления и контроля тренажера реализованы на основе физической модели комплекса оборудования применительно, в частности, тренажеру для операторов машинного доения коров (см. фиг.2). Моделирование технологического процесса при обучении охватывает в реальном времени следующие операции: преддоильная обработка вымени, машинное доение, обработка сосков.

Функциональная схема тренажера содержит (фиг.2) общий резервуар 26 с жидкостью, емкость 27 с жидкостью для поддержания требуемой температуры вымени, емкость 28 с жидкостью, имитирующей молоко, емкость 29 с жидкостью для преддоильной обработки вымени, исскуственное вымя 30, устройство 31 для преддоильной обработки вымени, датчик 32 сдаивания первых струй, датчик 33 обработки сосков, источник давления воздуха 34, источник питания 35, реле 36 нагревательного элемента жидкости для преддоильной обработки вымени, реле 37 нагревательного элемента жидкости, имитирующей молоко, реле 38 нагревательного элемента жидкости, циркулирующей в вымени, электромагнитный клапан 39, регулирующий подачу жидкости, имитирующей молоко, в вымя, датчик 40 расхода жидкости, имитирующей молоко, электромагнитный клапан 41 прямого трубопровода подачи жидкости в вымя, центробежный насос 42, датчики 43-45 температуры жидкостей (циркулирующей в вымени, имитирующем молоко, для преддоильной обработки вымени), электромагнитные клапаны 46-48 (перепускающие жидкость из общей емкости в емкость с жидкостью для поддержания требуемой температуры вымени, емкость с жидкостью, имитирующей молоко, емкость с жидкостью для преддоильной обработки вымени), электромагнитные клапаны 49-50 подачи воздуха, нагревательные элементы 51-53, электромагнитный клапан 54 подачи жидкости для преддоильной обработки вымени, счетчик 55, электромагнитный клапан 56 трубопровода для охлаждения жидкости, циркулирующей в вымени, доильный стакан 57, датчик 58 фиксации установки доильных стаканов на каркасе тренажера, датчик вакуума 59, датчик 60 машинного доения, доильное ведро 61, вакуумметр 62, источник вакуума 63, монитор 64, звуковые колонки 65, принтер 66, датчик 67 уровня в емкости с жидкостью для поддержания требуемой температуры вымени, датчики 68 уровня в емкости с жидкостью, имитирующей молоко, датчики 69 уровня в емкости с жидкостью для преддоильной обработки вымени, счетчик молока 70.

Тренажер работает следующим образом.

На персональном компьютере задаются исходные условия, т.е. выбирается номер коровы, характеризующейся индивидуальными физиологическими особенностями: тугодойностью, интенсивностью и характером молокоотдачи, продуктивностью и т.д., которые через усилительно-преобразовательный блок 24 передаются к блоку 1 задания исходных условий. От блока 1 данные передаются к блокам управления 2, 3 и 4. От блока 2 данные передаются к блокам 5, 6 и 7. Блок 6, управляя электромагнитным клапаном 48 и получая сигналы от датчика уровня 69, осуществляет наполнение емкости 29 жидкостью для преддоильной обработки вымени и регулирует ее объем. Блок 5 связан с источником питания 35, реле 36 нагревательного элемента 51 и, получая сигнал от датчика температуры 45, осуществляет нагревание жидкости для преддоильной обработки вымени и поддерживает ее температуру в соответствующем интервале. Блок 7, управляя источником избыточного давления воздуха 34, электромагнитным клапаном подачи воздуха 50 и электромагнитным клапаном подачи жидкости 54, обеспечивает подачу жидкости, подаваемой на преддоильную обработку вымени, и регулирует ее давление. От блока 3 данные передаются к блокам управления 8, 9 и 10. Блок 8, управляя электромагнитным клапаном 47 и получая сигналы от датчика уровня 68, осуществляет наполнение емкости 28 жидкостью, имитирующей молоко, и определяет ее расход (имитирует "продуктивность"). Блок 9, управляя источником питания 35, реле 37 нагревательного элемента 52 и получая сигнал от датчика температуры 44, осуществляет нагревание жидкости, имитирующей молоко, и поддерживает ее температуру в интервале, соответствующем физиологическому состоянию животного. Блок 10, управляя источником давления воздуха 34, электромагнитным клапаном подачи воздуха 49 и электромагнитным клапаном 39, осуществляет подачу жидкости, имитирующей молоко, в вымя и регулирует "интенсивность и характер молокоотдачи". От блока 4 данные передаются к блокам управления 11, 12, 13 и 14. Блок 11, управляя электромагнитным клапаном 46 и получая сигналы от датчика уровня 67, осуществляет наполнение емкости 27 жидкостью и регулирует ее объем. Блок 12, управляя источником питания 35, реле 38 нагревательного элемента 43 и получая сигнал от датчика температуры 18, осуществляет нагревание жидкости (циркулирующей в вымени) и поддержание температуры, необходимой для создания определенной "тугодойности" вымени, посредством изменения упругости резины, из которой изготовлено вымя, при изменении ее температуры. Блок 13, управляя электромагнитным клапаном прямого трубопровода подачи жидкости в вымя 41 и центробежным насосом 42, обеспечивает циркуляцию жидкости в вымени. Блок 14, управляя электромагнитными клапанами 46 и 56, осуществляет охлаждение жидкости (циркулирующей в вымени). Блок 17, получая сигналы от датчика 32 и 33, фиксирует выполнение приемов сдаивания первых струй и обработки сосков. Блок 18, получая от счетчика 55 данные объема использованной воды для преддоильной обработки вымени, определяет продолжительность обмывания и массажа вымени. Блок 22 получает данные о величине вакуума от датчика 59 и сигналы о поступлении жидкости имитирующей молоко в доильное ведро 61 от датчика 60. Блок 23 получает от счетчика 70 данные объема надоенного машинным доением и додоенного молока и сравнивает их с исходным объемом, получаемым от блока 8.

Процесс обучения на тренажере осуществляется по следующей схеме.

Первый этап - ознакомительный.

Инструктор обучаемому на мониторе 64 показывает видеоролик, на котором, заснят процесс машинного доения коровы опытным оператором. Затем инструктор задает несколько несложных вопросов, определяя теоретическую готовность обучаемого.

Второй этап - репетиция.

Обучаемый на тренажере под информацию, получаемую из колонок 65, осуществляет процесс тренировки без учета затрат времени и указания ошибок, т.е. закрепляет теоретический материал, а именно последовательность машинного доения коров.

Третий этап - контроль.

Обучаемый по сигналу "старт" из колонок 65 приступает к операции «Преддоильная обработка вымени». На этой операции необходимо с помощью устройства 31 для преддоильной обработки вымени выполнить подмывание вымени с одновременным массажом за определенный промежуток времени. Продолжительность подмывания и массажа контролируется объемом использованной воды, определяемым счетчиком 55. Затем необходимо провести сдаивание первых струй в каждую из четырех ячеек датчика 32. По завершении первой операции приступают к операции «Машинное доение». Доильные стаканы 57 надевают на соски искусственного вымени 30, при этом датчик 58 фиксации установки доильных стаканов на каркасе тренажера ведет отсчет начала и окончания доения. При выполнении машинного додаивания необходимо оттянуть доильные стаканы вперед и вниз. Затем доильные стаканы 57 вернуть в исходное положение. При выполнении операции «Обработка сосков» следует взять датчик 33 обработки сосков и провести имитацию обработки сосков искусственного вымени 30.

Контроль ошибок на тренажере осуществляется следующим образом.

При проведении операции «Преддоильная обработка вымени» качество массажа искусственного вымени 30 зависит от продолжительности воздействия и контролируется объемом использованной воды, определяемым счетчиком 55. В зависимости от этого устанавливается интенсивность и характер молокоотдачи с помощью электромагнитного клапана 39, регулирующего подачу жидкости, имитирующей молоко, в вымя. Датчик 32 фиксирует сдаивание первых струй из сосков в каждую ячейку. Операция «Машинное доение» должна проводиться в определенный интервал времени, зависящий от индивидуальных физиологических особенностей коровы: тугодойности, интенсивности и характера молокоотдачи, продуктивности и т.д.. Время начала и окончания доения фиксируется датчиком 58. Просос воздуха при надевании доильных стаканов 57 контролируется датчиком вакуума 59. Интенсивность поступления молока в доильное ведро 61 контролируется датчиком машинного доения 60 и сравнивается с расходом молока датчика 40. Объем надоенного машинным доением и додоенного молока определяется счетчиком 70 и сравнивается с исходным объемом в емкости 28. Операция «Обработка сосков» проводится датчиком 33 обработки сосков, который фиксирует выполнение операции.

По окончании тренировки блок 15 контроля (общий, сумматор) получает от блоков 16 контроля преддоильной обработки вымени, 19 контроля температуры молока и подачи жидкости, имитирующей молоко, в вымя, 20 контроля температурой циркулирующей жидкости в вымени, 22 контроля машинным доением, 23 контроля количества выдоенной жидкости, имитирующей молоко, данные процесса тренировки. Блок 15 контроля (общий, сумматор) через усилительно-преобразовательный блок 24 передает расшифрованные данные на ПК 25, где происходит определение уровня подготовленности оператора и пояснение допущенных ошибок. С компьютера на принтере 66 распечатывается информация процесса тренировки (общее время, время каждой операции, качество массажа, правильность машинного доения, количество недодоенного молока, количество и характер ошибок). Данные тренировки каждого обучаемого сохраняются и сравниваются при следующем закреплении навыков на тренажере.

Тренажер для подготовки операторов машинного доения коров, содержащий искусственное вымя, датчик сдаивания первых струек, датчик вакуума, датчик машинного доения, датчик обработки сосков, датчик фиксации установки доильных стаканов на каркасе тренажера и источник вакуума, отличающийся тем, что он содержит блок задания исходных условий, выходы которого соединены с входами блоков задания управляющих воздействий преддоильной обработки вымени, задания управляющих воздействий жидкостью, имитирующей молоко, и задания управляющих воздействий на температуру вымени, при этом выходы блока задания управляющих воздействий преддоильной обработки вымени соединены с входами блоков управления температурой, объемом жидкости для преддоильной обработки вымени и управления процессом преддоильной обработки вымени, а их выходы и выходы блоков контроля сдаивания первых струек и обработки сосков, а также контроля времени обмывания и массажа вымени соединены с входами блока контроля преддоильной обработки вымени, выходы блока задания управляющих воздействий жидкостью, имитирующей молоко, соединены с входами блоков управления жидкостью, имитирующей молоко, управления температурой жидкости, имитирующей молоко, и управления подачей жидкости, имитирующей молоко, в вымя, причем выход блока управления объемом жидкости, имитирующей молоко, соединен с входом блока контроля качества выдоенной жидкости, имитирующей молоко, а выходы блоков управления температурой жидкости, имитирующей молоко, и управления подачей жидкости, имитирующей молоко, в вымя соединены с входами блока контроля температуры и подачи жидкости, имитирующей молоко, в вымя, при этом выходы блока задания управляющих воздействий на температуру вымени соединены с входами блоков управления объемом циркулирующей жидкости и управления температурой циркулирующей жидкости, а выходы последнего соединены с входами блоков управления циркуляцией жидкости в вымени, управления охлаждением циркулирующей жидкости в вымени и контроля температуры циркулирующей жидкости в вымени, причем вход последнего соединен с выходом блока контроля состояния вымени, а выходы блоков контроля преддоильной обработки вымени, контроля температуры и подачи жидкости, имитирующей молоко, в вымя, контроля температуры циркулирующей жидкости в вымени, контроля машинного доения, а также контроля количества выдоенной жидкости, имитирующей молоко, соединены с входами общего блока контроля, который через усилительно-преобразовательный блок связан с персональным компьютером.