摘要：高营养价值的狮头鹅市场需求不断上升，肉鹅养殖产业发展前景非常广阔。狮头鹅高严格的饲养方法，导致肉鹅在养殖过程中的经济效益大打折扣。该文提出在狮头鹅养殖过程中实现个性化投喂，同时提高了饲料利用率和投喂效率。此外，系统能结合单次投喂饲料剩余量及时了解鹅的生长情况，实现狮头鹅高效养殖，达到事半功倍的效果，此研究有助于推动现代化畜牧业的可持续发展。
关键词：狮头鹅,自动化养殖,饲养管理,精准喂养
0引言
狮头鹅是中国唯一的大型鹅种，也是世界最大型鹅种之一[1]。狮头鹅具有体型大、生长速度快、耐粗饲、适应性好及抗逆性强等特点[2-4]。体成熟为150日龄，种公鹅配种在200日龄以上[5]。目前广泛饲养于中国粤东各地区，是广东省4大名鹅之一。狮头鹅主要具备较高食用价值和药用价值。截止至2022年5月，狮头鹅全产业链年创值超35亿元，其经济效益在中国鹅产业中处于领先地位。不仅如此，鹅肉中抗生素和农药残留量较少，副产品安全性的认可度高，全身各部位都可以利用。
狮头鹅作为广东省第三届“十大农产品”之一，鹅肉的脂肪含量低、且品质高，对人体具有较高的保健价值[6]，尤其是在潮汕地区受到热烈的欢迎，以狮头鹅为代表的鹅肉产业的发展和交易日趋活跃，因此肉鹅养殖产业有巨大的发展潜力。同时狮头鹅作为最大优良品种鹅之一，在养殖业中具有重要地位和广阔的市场前景。然而，狮头鹅作为大型水禽之一，食草量大，常年饲食青草，适合雨水大，四季如春的地域饲养，且传统的饲养方法需要较大的占地面积，并且通常需要靠近池塘、河流等拥有大片水源的地方，对饲养环境有较高要求。这就存在传统饲养方法排泄物污染水源的问题，影响狮头鹅大规模养殖方式的实施。尽管现代工厂规模化养殖占地面积较小，但仍存在养殖空间浪费和非自动化喂养的问题，仍需要大量人工操作。因此，实现狮头鹅的自动化养殖具有重要意义。这将极大地提高劳动生产率，增加养殖空间的利用率，更能保障生产出安全、优质、高效的狮头鹅产品，并满足人们对狮头鹅鹅肉产量及其衍生产品的需求。
目前，市场上对禽类养殖的自动化设备主要针对小型禽类，如鸡、鸭等，并没有针对狮头鹅这种大型水禽的完善自动化设备。因此，需要设计适用于狮头鹅规模化养殖的自动化设备，以实现其高效养殖。但对如何实现狮头鹅的自动化养殖，现阶段存在2个主要难题。一是如何经济高效地进行饲料投喂，即在保持狮头鹅营养充足的同时，尽量减少饲料的浪费，实现经济效益最大化。二是传统的自动化设备大多使用天车料斗进行饲料投喂，无法检测不同笼架中狮头鹅对饲料的消耗量，也未考虑到个体之间的饲料需求差异。因此，设计精准饲料投喂系统对狮头鹅进行智能化养殖，将有效提高规模化养殖狮头鹅的经济效益。本文通过采用输送带式形式传输饲料，加入称重模块对剩余料进行称重。采用AUTOCAD和SolidWorks等软件对喂食设备进行合理的机械设计、研究了整个系统的运作控制程序和检测狮头鹅健康状况的算法程序来实现更高效、更智能的狮头鹅喂食系统。此研究基础为狮头鹅的规模化养殖提供了技术支持，并进一步满足人们对狮头鹅鹅肉及其副产品的需求，促进养殖业的可持续发展。
1喂食系统的整体设计
（1）运用AUTOCAD和SolidWorks等机械设计软件对喂食设备进行机械设计。
（2）编写符合功能要求的PLC程序。
（3）完成整体结构的二维图纸，制造必要的元器件，并组装设备及测试。
（4）选定电机、材料和称重模块等元器件，并优化设备机械设计。
图1为喂食系统实物图，①是PLC S7-1500控制器和电路设计，控制着整个系统的运行[7-8]。②是传输饲料的传送带，由电机带动传输带，③是投料机，饲料在此处存放并在此投料到传输带，让传输带进行运输饲料。④是一个上位机触摸屏控制，用于控制饲料投喂系统，包括启动和停止投喂、设置投喂时间、调整饲料量、监控饲料剩余量、以及记录和分析投喂数据功能等。
1.1喂食系统机械设计
在养殖业持续发展的背景下，规模化养殖已成为行业的主流趋势，饲料的投喂为养殖过程的关键环节。但传统的投喂方式往往存在投喂不精准、效率低下等问题，难以满足现代养殖业的需求[9-11]。为了解决这个问题，设计一种自动化喂食系统，其机械设计主要由传送带、水槽、卷帘门、投料装置、绞龙运料装置、投料仓和传送带运输装置组成。传送带托盘的机械设计通过传送带运输动力装置的电机驱动一端的滚轴旋转，进而带动传送带的运转。传送带采用PVC材料制成，具有价格便宜和耐腐蚀等特点[12]。同时用此种传送带易拆卸、安装高度易调节、通用性强和便于清洁，适用于叠层式养殖环境要求。此外，此传送带在运行过程中产生噪音极低，满足狮头鹅需图要安静的生存环境要求。传送带的承重板采用轻质铝合金制造[13]，保证足够的硬度同时减轻了支架的负荷。投料仓用于存储饲料并将饲料定量投放到传送带上。传送带运输机构由电机驱动滚轴运转，利用摩擦力将饲料沿传送带输送，承重板确保饲料平稳输送。确保最尾端的狮头鹅能够获得饲料。
1.2喂食系统程序设计
狮头鹅的饲料投喂管理需要精细化操作。首先，需要根据狮头鹅的标准体态和需求设定一个基本的饲料投喂量。通过监测实际剩余饲料量与预设标准剩余饲料量之间的比值，即实际剩余占比，评估饲料的消耗情况。这一比值帮助判断饲料的投喂是否适量。根据这一占比灵活调节电机的转速：实际剩余占比低于5%时，表明狮头鹅可能面临饲料不足的情况，此时会调整电机转速，增加投喂量，以确保狮头鹅的饮食需求得到满足。反之，如果实际剩余占比超过10%，则意味着饲料投放过多，为了避免浪费，则相应地降低电机转速，减少投喂量。为了更准确地预测和调整饲料投喂，还会参考上一次的电机转速和投喂量数据，以此来设定下一次的投喂量和电机转速。此外，通过计算饲料偏差值，即实际剩余饲料量与标准剩余量的差值，以微调电机转速，进一步精确控制投喂量。在特殊情况下，若出现饲料无剩余，会立即增加20%的投料量，以满足狮头鹅的即时需求，并在这一基础上对投喂量进行后续优化和调整。确保狮头鹅获得适量的饲料，同时避免了不必要的浪费。整个流程旨在确保狮头鹅得到恰到好处的饲料，既避免浪费，又满足其生长需求。
程序调节喂食量的具体方法设初始投喂量y1，电机转速x1，下次投喂量为y2，电机转速为x2，标准剩余量7.5%，实际剩余量为m0，为m。
x2=x1y2/y1，y2=y1－m，m=m0－7.5%
通过以上步骤，既可以实现对喂食系统中各个电机的精确控制，实现定量、均匀的饲料投喂，提高投喂效率和精准度。又能最大程度上避免狮头鹅偷吃和饲料溅射的问题。
2喂食系统运作过程与实践结果的讨论
目前市面上大多数投料机采用均匀投喂的方式饲养动物，这种方式未能考虑到动物个体之间在饲料摄入量上的差异化需求。例如，一些狮头鹅对饲料的摄入量较少，均匀分布的饲料会造成饲料浪费；而另一些对饲料的摄入量较高的狮头鹅则可能因为饲料不足而无法满足其生长需求。为了解决这一问题，设计一种能根据每只狮头鹅的实际摄入量进行差异化投喂的投料机，这样可以减少饲料浪费，并确保那些优质狮头鹅的高食量需求得到满足。运作过程中，传感器如图1-③检测投料箱中的饲料填充程度。当需要补充饲料时，绞龙电机启动，将饲料从存储区运输到投喂机。在饲料传输过程中，通过精确控制电机的转速，可以确保实现定量的饲料投喂。随后，传送带电机启动，将饲料从投喂机输送到指定位置。在过程中，卷帘门机构适时展开和放下，以确保饲料准确无误地投放到目标区域。同时，称重模块程序流程图如图2（a）所示，实时记录剩余饲料量的数据；喂食电机程序流程图如图2（b）所示，从而确保每次投喂都实现精准控制。
该智能投喂装置在结构设计上简洁明了，易于组装。养殖人员只需根据说明书指引，即可轻松完成装置的组装，极大降低了时间消耗和人力成本。在操作方面，用户可以根据实际需求轻松设定养殖投喂量和投喂时间。同时，装置配备自动感应功能，无需人工干预即可实现精准投喂，大幅减轻了养殖人员的工作负担。此外，经多次实践验证，该装置能执行定量、均匀且精准的喂食任务，其运作过程及工作流程图如图3所示，有效提高饲料利用率和投喂效率。定点定量的精准投喂有效地避免了狮头鹅偷吃和饲料溅射的问题，改善了饲养环境，确保狮头鹅的健康生长。该项创新技术的应用无疑为现代狮头鹅养殖业的发展注入新的活力。
3结论
本文基于狮头鹅规模化养殖工厂的特殊环境及其生活习性，设计出了一款智能化的狮头鹅喂养设备。选用抗干扰性能卓越的PLC S7-1500控制器。相对比于其他控制器，PLC控制器的抗干扰性能较强，在高潮湿度的狮头鹅养殖环境中，能够更好的发挥控制功能。此外，PLC S7-1500的运动控制工艺对象功能简化驱动电机的编程控制，加速了调试过程。综合考虑狮头鹅的习性、体态及饲养环境，设计了包含传送带、卷帘门和投喂机结构的喂食系统，并利用西门子软件对电机驱动和称重模块进行精准编程。理论上，此设计能实现狮头鹅的自动化喂养，降低成本并提升效率。然而，实际应用中仍存在挑战，需持续优化和改进设计。
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