机器人挤奶系统或将颠覆传统挤奶方式

在世界各地的牧场里，已经有超过4万个机器人挤奶系统（简称RMS）正在应用。一项关于明尼苏达州和威斯康辛州牧场的调查显示，牧场安装机器人挤奶系统的前三种理由是：能减少劳动力、改善生活方式和人体健康（减少挤奶过程中由于反复性动作对操作人员造成损伤的风险）。
但限制机器人挤奶系统广泛应用的主要原因是投资太大，平均每50-70头奶牛需要投入15-20万美元的巨额投资。在过去的研究中，机器人挤奶系统相比传统的挤奶系统，其利润率更少。然而，随着机器人技术的进步、机器人挤奶系统管理技术的改善和劳动力成本的增加，这个结果也在发生着改变，机器人挤奶系统的应用前景仍很可观… 牧场劳动力和牛奶产量是影响机器人挤奶系统应用的关键因素
依据当前的经济模型，影响机器人挤奶系统应用利润的主要原因是劳动力和产奶量的变化。
有关机器人挤奶系统节约的劳动力成本的研究结果各不相同，从没有到高达29%，这可能与牛舍的设计和管理有关。我们对明尼苏达州和威斯康辛州的53个使用机器人挤奶系统的牧场进行调查，发现即使每天的劳动总时间相同，机器人挤奶节约的时间可被用在更有效的牧场管理操作中，如改善动物的健康、分析记录、改善动物的繁殖性能和原料管理。
此外，未来的劳动力可用性也要考虑其中。目前，牧场的挤奶工大部分是移民人员。低失业率、移民工人的其他工作机会以及移民法律的逐步健全和严格，可能会导致挤奶工工资的快速增长，或减少愿意在牧场工作的移民人员数量。
综合来看，牧场劳动力的改变会促进机器人挤奶系统的应用。
影响机器人挤奶系统的另一个因素是牧场牛奶产量。挤奶频率的变化是促进牧场使用机器人挤奶系统的主要驱动力。不过，尽管机器人挤奶的频率高于每天两次，但有些奶牛的挤奶时间间隔会拉长，可能会降低这些奶牛的产奶量。相关研究表明，机器人挤奶与每天挤奶2次的奶厅挤奶方式相比，产奶量可以提高5-10%。相反的，与每天挤奶3次的奶厅挤奶方式相比，产奶量可能会下降5-10%。
机器人与传统奶厅挤奶方式在牧场利润上的差异比较
我们开发了一个应用程序来比较机器人挤奶和奶厅挤奶的经济效益。在20年的时间跨度里，我们比较了泌乳牛头数在120、240和1500头牧场使用机器人挤奶系统和新的奶厅挤奶系统的经济效益，并设定每小时的劳动力成本为16美元（约102元），每英担（约50.8kg）牛奶的价格为17美元（约108元）。
我们假设使用机器人挤奶与每天挤奶2次的奶厅相比，每头奶牛每天的产奶量增加5磅（约2.25kg），与每天挤奶3次的奶厅相比，每头奶牛每天的产奶量降低2磅（约0.9kg）。
对于使用机器人挤奶系统，牛舍的投资更高，这反映在为节约劳动力成本的额外成本，比如自动刮粪、推料机和更宽的牛舍通道。此外，劳动力成本正在以每年1%、2%或3%的速度通胀增长。净年度影响是指挤奶系统的现金流转换为年金的预期差异的净现值。
泌乳牛数量在120头和240头的牧场使用机器人挤奶系统比8×2奶厅挤奶系统的净年度影响更高，尤其是泌乳牛数量在120头，每天挤奶2次的牧场（图1）。劳动力成本的通胀增长和奶厅的挤奶频率对利润的影响较大。若不同的挤奶系统之间每日的产奶量每变化1磅（约0.45kg），净年度影响就会变化931美元（约5940元）。 对于1500头泌乳牛的牧场来说，在所有的比较中，奶厅挤奶系统要比机器人挤奶系统的利润更高。我们假设奶厅挤奶3次/天，使用机器人挤奶的产奶量每头每天下降2磅（约0.9kg），劳动力成本年通胀率为1%时，奶厅挤奶的利润比机器人高162672美元（约103.46万元）；劳动力成本年通胀率为3%时，奶厅挤奶的利润比机器人高130570美元（约83.3万元）。两种挤奶系统按照相同的产奶量和3%的劳动力成本年通胀率计算，奶厅挤奶系统的年度影响比机器人高了80672美元（约51.47万元）。
不同牛群规模之间存在的利润差异主要原因是挤奶系统使用的时间。若使用机器人挤奶系统，假设每个机器人负责60头奶牛，能使该系统充分利用。然而，一个泌乳牛头数为120头的牧场，奶厅每天只使用了4个小时，泌乳头数为240头的牧场，奶厅挤奶2次/天和3次/天的使用时间分别为8和12个小时。对于泌乳牛头数达到1500头的牧场，机器人和奶厅的使用都接近较大限度。
劳动力成本按照16美元/小时（约102元/小时）计算，对于泌乳牛头数达到1500头的牧场使用机器人挤奶的利润低于奶厅挤奶系统。
因此，我们计算了两种挤奶系统有相似的利润时劳动力的盈亏平衡工资，假设工资通胀率1%，奶牛使用机器人挤奶系统比奶厅挤奶系统的产奶量下降2磅（约0.9kg），劳动力盈亏平衡工资为32.30美元/小时（约206元/小时）。如果牧场使用两种挤奶系统能达到相似的产奶量，工资的通胀率在20年内能平均达到3%，那么劳动力盈亏平衡工资减少至22.91美元/小时（约146元/小时）。
我们还研究了应用机器人挤奶系统的产奶量对利润的影响（图2）。如果劳动力工资年通胀率为3%，应用机器人挤奶的产奶量比奶厅挤奶的产奶量每头每天增加3磅（约1.35kg），那么奶厅的收入比机器人高3256美元（约20773元），如果机器人挤奶的产奶量每头每天增加超过5磅（约2.25kg），在劳动力工资年通胀率为1%和3%时，机器人挤奶系统的利润都较奶厅挤奶系统高。 目前的研究表明，应用机器人挤奶系统的牧场，产奶量并不能达到奶厅挤奶系统3次/天的产奶量。但随着机器人挤奶系统的管理和设施设计的改进，这种情况可能会发生改变。而且，应用机器人挤奶系统的一个较大优势是，牛舍中的奶牛可以得到更稳定的管理和挤奶操作，实现随时采食、饮水、躺卧和挤奶。更精准的饲养管理会助力奶牛的健康及产奶量的提高。
影响机器人挤奶系统利润的因素
① 机器人的挤奶量
每个机器人每天的挤奶总量是实现利润较大化的一个重要因素。使用4个机器人系统，每年2%的工资通胀率和20年的时间跨度，每个机器人每天挤奶的总量每增加500磅（约225kg），净年收入就会增加4100美元（约26158元）。美国的一些牧场每个机器人的挤奶总量都能达到6000磅（2700kg）以上。
很多因素会影响机器人的挤奶量，较重要的因素包括：挤奶的设置和策略，以确保需要进行挤奶的奶牛在正确的时间挤奶；较高的奶牛日产奶量；减少每头奶牛的挤奶时间；挤奶系统处于较佳工作状态。
大多数先前的模拟和观察研究表明，机器人挤奶系统并不像奶厅挤奶系统那样利润可观。但由于我们对于机器人系统的设计、奶牛饲喂和管理的了解都将持续改善，从而达到减少劳动力需求和提高产奶量的目标。
② 管理因素
为了比较机器人和奶厅的相对收益回报，牧场主需要了解他们的管理方式和未来工资通胀如何影响潜在的净收入，即劳动力成本。
③ 机器人的使用寿命
因此，牧场是否选择使用机器人挤奶系统，关键还在投资回报比上。