Melkroboter Automatisierung im Kuhstall erhöht die Milchproduktion

Wie ein Automatisierungsunternehmen, das für bionische Tiere bekannt ist, zusammen mit dem Marktführer für automatisierte Milchbauernhöfe Roboter baut – und sich beide einen Technologievorsprung verschaffen.

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Wie sich aus einem einfachen Kunden-Lieferanten-Verhältnis eine strategische Partnerschaft auf Augenhöhe entwickelte, zeigt die fast 20 Jahre währende Zusammenarbeit zwischen Lely und Festo. Der Marktführer bei der Automatisierung von Milchbauernhöfen aus den Niederlanden hat Festo beim Projekt Melkroboter Astronaut von einer Modellgeneration zur nächsten immer mehr in die Entwicklung eingebunden. Dadurch entstand der hybride Roboterarm quasi in einem gemeinsamen agilen Projektteam.

Lely möchte es Landwirten so einfach wie möglich machen. Daher hat sich das Unternehmen daran gemacht, alle Arbeiten in Kuhställen zu automatisieren – vom Melken bis zur Reinigung. Außerdem berät das Unternehmen seine Kunden, wie man einen Milchviehbetrieb geschickt mit der Nutzung von Managementsystemen organisiert. Die Automatisierung hilft, harte und monotone Arbeiten zu vermeiden und höhere Erträge zu erzielen, denn wegen der wachsenden Weltbevölkerung steigt die Nachfrage nach Milchprodukten. Gleichzeitig wollen aber immer weniger künftige Landwirte die harte Arbeit in der Landwirtschaft übernehmen. Die Automatisierung erlaubt es, einen 24-Stunden-Betrieb zu etablieren, ermöglicht es dem Landwirt, nur in Ausnahmesituationen eingreifen zu müssen und gewährleistet den Tieren größtmögliche Freiheit. Im Zentrum steht der Melkroboter Astronaut A5 von Lely, der im April 2018 auf den Markt kam.

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Strategische Business-Partnerschaft

Er ist die konsequente Weiterentwicklung seiner Vorgängermodelle Astronaut A3 und A4. Genau diese unterschiedlichen Melkroboter-Generationen zeigen die Entwicklung von Festo vom Komponentenlieferanten bis zum strategischen Business-Partner heute. Beginnend mit der Lieferung servopneumatischer Komponenten beim Astronaut A3 entwickelten Lely und Festo gemeinsam die aktuelle Lösung des Roboterarms des Melkroboters Astronaut A5 mit elektrischen Antrieben und Software von Festo.

„Wie Lely ist Festo ein global tätiges Familienunternehmen, das auf langfristige Verantwortung statt auf kurzfristige Gewinne setzt. Da ticken wir ähnlich, was Entwicklungsarbeit angeht“, betont Martijn Boelens, Vice President Customer Solutions bei Lely.

Zurück zum Melkvorgang an sich: Sobald die Kuh die Melkbox betritt, wird sie identifiziert und die Management-Software von Lely entscheidet, ob sie für den Melkvorgang bereit ist. Erst daraufhin startet dieser. Jede Kuh trägt einen kleinen Sendechip, auf dem Daten wie Größe, Gewicht, empfohlene Futtermenge und letzter Melkvorgang gespeichert werden. „Zu berücksichtigen ist allerdings, dass ein Kuhstall eine extrem raue Umgebung ist. Außerdem ist damit zu rechnen, dass die Milchkühe gelegentlich gegen die Achsen des Melkroboters kicken“, erklärt Arnoud Nieuwdorp, Global Key Account Manager von Festo.

Energieeffiziente elektrische Antriebe

Im Astronaut A5 bewegt sich der hybride Arm mit zwei ESBF-Elektrozylinder von Festo und einer kundenindividuell angepassten horizontalen Zahnriemenachse. Durch die glatten Oberflächen im Clean Look-Design lässt sich der ESBF leicht reinigen und ist wenig anfällig für Verschmutzungen. Kundenindividuell angepasste EMCA-Motoren treiben die Aktuatoren an. Die Komplettlösung EMCA zur Positionierung elektromechanischer Antriebe und zur Formatverstellung besteht aus einem wartungs- und verschleißfreien EC-Motor und einem Motorcontroller inklusive Leistungselektronik. Das vermeidet lange Motorkabel, verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit und reduziert Installationsaufwand und Platzbedarf. Ventilinseln von Typ VTUB-12 steuern Prozessventile für den Melkvorgang.

Gegenüber den servopneumatischen oder hybriden Vorgängermodellen Astronaut A3 und A4 hat der elektrisch angetriebene Roboterarm klare Vorteile: „Seine Bewegungen sind sanfter, er ist energieeffizienter und schneller, da 30% weniger Zeit zum Ansetzen des Melkbechers an die Kuh notwendig ist. Außerdem verkürzt sich durch Schnellverbindungen die Installationszeit“, so Nieuwdorp. „Auch die Kosten für Betrieb und Wartung und damit die Total Cost of Ownership gehen zurück“, ergänzt Dr. Jan Bredau Leiter Systems Engineering in der Festo Zentrale in Esslingen/Deutschland.

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Software von Festo

In der von Lely und Festo gemeinsam erarbeiteten mechatronischen Lösung geht ohne Software gar nichts. „Dabei nutzen wir das Know-how von Festo, um uns auf unsere Kernkompetenzen in der Entwicklung der Astronaut-Gesamtanlage zu fokussieren“, berichtet Martijn Boelens von Lely.

„Dabei konnten wir auf das Applikationssoftware-Team im Unternehmensbereich System Solutions in der Festo Zentrale in Esslingen/Deutschland zurückgreifen, das die Motion Software zur Bewegung des vollautomatischen Melkroboters entwickelte“, ergänzt Festo Global Key Account Manager Nieuwdorp aus den Niederlanden.

„Das Applikationssoftware-Team erstellt Softwarebausteine, die neben den spezifischen Anforderungen aus Kundenprojekten auch für die Wiederverwendung in weiteren Projekten geeignet sind“, sagt Bredau. Applikationssoftware wird über Funktionsbausteine, Bibliotheken oder Beispielprogramme umgesetzt. Der Fokus liegt auf der IEC61131-3 nominierten Sprache Codesys und Festo Steuerungen. Simulationen von Software-Funktionen führt das Team in Matlab Simulink durch.

Die Erfahrungen aus der komplexen Bewegungsaufgabe des Melkroboters beispielsweise mit Softmotion fließen in die Erstellung anderer Software Libraries ein. „Vorteil für unsere Kunden ist, dass Bewegungsabläufe einfach über eine intuitive Kundenschnittstelle parametriert werden können – ganz ohne Programmierkenntnisse“, so Bredau.

Trend zur Digitalisierung

Den gemeinsamen Weg will man weitergehen: Die Zukunftstrends „Farm 4.0“ bzw. „Farm of the Future“ basieren auf dem Lely Management System T4C (Time for Cows), das kuhspezifische Informationen über Gesundheit und Fruchtbarkeit oder Menge und Qualität der Milchproduktion für Futterlieferanten oder Tierärzte liefert. Neue Themen, über die man gemeinsam spricht, sind Condition Monitoring und Predictive Maintenance: Lely zielt darauf ab, dadurch seine Servicekosten drastisch zu reduzieren.

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