Süt Sağım Teknolojilerinde Elektronik Kullanımı. Electronics in Milking Machine Tecnologies

Transkript

1 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale 57 Süt Sağım Teknolojilerinde Elektronik Kullanımı Mustafa Çetin (1) İbrahim Yalçın (1) Rauf Uçucu (2) (1) Adnan Menderes Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü,09100-Aydın (2) Ege Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü,35100-İzmir ÖZET Dünya da endüstrileşmeye paralel olarak, gelişmiş birçok ülkede büyük ölçekli süt sığırcılığı işletmelerinin kurulması ve bu işletmelerde süt üretimi yapılması amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak yaklaşık 30 yıl önce makinalı sağımın otomasyonu çalışmalarına başlanmış ve sağımın her aşamasında otomasyon ağırlıklı mekanizasyonunun gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Bu alanda yapılan çalışmalar sağımın uniform parametrelere sahip sağım teknolojilerinin yerine, sağılan her bir hayvandan alınan süt akış örneklerine göre davranan sağım aygıtlarının geliştirilmesinin zorunluluğunu göstermiştir. Sağım aygıtlarının bu şekilde kontrollü sağımı gerçekleştirebilmesi ancak, sensör ve kontrol üniteleri gibi elektronik içerikli komponentlerin kullanımlarıyla mümkün olabilecektir. Elektronik kontrol sistemli sağım aygıtları, devrelerdeki teknik gelişimlere bağlı olarak 1980 li yıllarda, alınan örneklerden sütün analizi ve süt veriminin kaydedilmesi işlemleri gerçekleştirilebilmiştir. Bu tür proje çalışmalarının başında, otomatik sağım kaydediciler üzerine değerlendirmeler yapılmış ve bu çalışmaların etkileri sonucunda sütmetre ler geliştirilmiştir. Sağım makinalarında, en çok talep edilen elektronik kontrol düzenleri, otomatik sağım sistemlerinin tanınmasıyla ortaya çıkmıştır. Bu sistemlerin, sadece sağımın otomasyonu dışında, meme sağlığı, süt kalitesi ve insanlar tarafından gerçekleştirilen diğer işlemler içinde otomasyonu gerçekleştirebilmeleri beklenmektedir. Bu konulardaki gelişmeler, süt sığırcılığı yapan işletmeler için çok önemli olacaktır. Günümüzde bu konuda yapılan çalışmalardan en büyük beklenti, gerçek zaman süt analiz aygıtlarının uygulamaya aktarılabilmesidir. Anahtar Kelimeler: Otomasyon, süt üretimi, süt sığırcılığı işletmeleri, sağım ve sensörler Electronics in Milking Machine Tecnologies ABSTRACT Many countries where industrialized milk production in large herds was the goal to be reached, research on automation of machine milking was started more than 30 years ago. Initially, the main goal was to mechanize operations at the end of the milking process. This work finally resulted in milking devices that do not apply uniform parameters to all cows, but operate according to the milk flow obtained from the cow actually to be milked. This evolution towards controlled milking would not have been possible without application of electricity and electronic components for sensors and control units. Also depending on the technical evolution of electronic control systems are devices for recording milk yield and for taking samples for milk analysis, which were available around the year At that time initial projects for automatic milk recording were evaluated, which had an obvious influence on further development of milk meters. The most demanding step of application of electronic control systems up to now was the introduction of automatic milking systems. Here not only application of teat cups has to be executed, it also is necessary to enable automatic checks of udder condition, milk quality and other operations which may be challenging even for trained human operators. Further evolution of electronic measurement procedures may be important for the milk-producing farmer too, especially when online milk analysis is to be introduced within the near future. Keywords: Automation; dairy production; herd management; milking; sensors GİRİŞ Süt ineklerinin sağımı, birçok fiziksel (memelerin davranışı, sağım ünitelerinin kontrolü) ve biyolojik aktiviteden (süt salgılama, sağımın gerçekleşmesi için meme uyarımı) oluşan çok karmaşık bir görevin yerine getirilmesiyle gerçekleşmektedir. Elle sağım büyük oranda fiziksel bir güç gerektirdiğinden, bu işlemin gerçekleştirilmesi için teknik bir çözüm gerekmektedir. Mekanik sağımla ilgili ilk çalışmalar yaklaşık 100 yıl önce başlamıştır. Fakat süt sığırcılığı yapan işletmelerde süt sağım makinalarının kullanılmaya başlaması yaklaşık 50 yıl almıştır. Ancak, bu makinalarla hayvanlar arasındaki etkileşimin tüm

2 58 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale detaylarının bilinmesi bugüne dek hala mümkün olamamıştır (Ordolff, 2001). Sağım makinaları, süt sağım döngüsü içinde çok fazla zaman tüketimi probleminin büyük oranda üstesinden geldiğinden, sağımcının aktiviteleri; sağım öncesi meme hazırlığı, sağım başlığının takılması, sağımın gerçekleştirilmesi sırasında kontrol ve sağım başlığının çıkarılması gibi işlemlerle sınırlı kalmıştır. Ayrıca, sağım makinası ineklerden birini sağarken, sağımcı diğer hayvanlarla ilgilenebilmektedir. Sağımcı ikiden fazla ünite ile çalışıp izlemekten ötesini yapamadığından, bu konuda yapılan çalışmalarla; sağım makinalarının güğüme sağım yapanlarının dizaynını temel alan dört veya beş üniteli boruya sağım yapan tesislerin geliştirilmesi mümkün olmuştur (Ordolff, 2001). Bu çalışma; sağımın kontrolü, süt veriminin kaydedilmesi, mastitisin belirlenmesi, kızgınlığın belirlenmesi ve otomatik sağım sistemleri (sağım robotları) hakkında geçmişten bu güne yapılan bilimsel çalışmaları öz olarak bir arada sunmak ve süt sağım sistemlerinde elektronik kullanımının önemini vurgulamak amacıyla hazırlanmıştır. Sağımın Kontrolü Sovyetler Birliği ve Almanya da, büyük işletmelerde makinalı sağımın uygulanmasıyla süt üretiminin endüstrileştirilmesi amacına ulaşılabilmiştir. Sağım için harcanan iş gücünün azaltılması ve hayvanların sağlıklı sağılabilmeleri için sağım otomasyonunun gerçekleştirilmesine yönelik ilk araştırmalar bu ülkelerde gerçekleştirilmiştir (Bothur ve Wehowsky, 1976). Süt sağım işlem zincirinde, sağımın bittiğinin kontrolü ve sağım başlığının çıkarılmasıyla ilgili otomasyon çalışmaları, bu özellikteki çalışmaların ilk basamaklarını oluşturmuştur. Hoffman ve Wehowsky (1966) yaptıkları çalışmalar sonucunda, sağım bittiğinde otomatik olarak sağımı kesen yeni bir düzen geliştirdiklerini bildirmişlerdir. Daha sonraları yapılan çalışmalarla; süt akışının 200 g/min seviyesinde olduğunda, sağımı sona erdirmeyi kontrollü olarak yapabilen değişik tabanlı sensörler geliştirilmiştir. Bu sensörler optik, kapasitif veya indüktif devre tabanlı olarak yapılmış ve en düşük sağım akışını veya meyilli bir tabla devresini kullanarak süt verimini kontrol edebilmişlerdir (Bothur ve Wehowsky, 1976). Bu teknoloji ilk olarak Karl-Marx Üniversitesindeki bilim adamları ve sağım makinası imalatçıları arasındaki işbirliğinin bir ürünü olarak Almanya da tanıtılmıştır. Miele, Alfa-Laval, Big Dutchman, Gascoigne gibi firmalar da bu teknoloji ile çalışan makinalarını ilk kez 1972 yılında düzenlenen tarım fuarlarında sunmuşlardır (Ordolff, 1972) yılında, Tröger in patent almasıyla sonuçlanan memenin mekanik olarak uyarımı üzerine yapılan araştırma, boş geçen fazda memeye bar arasında pozitif bir basınç uygulanmasını önermektedir (Tröger, 1965). Daha sonraları mekanik uyarım için farklı kombinasyonlarda daha yüksek nabız oranlarının kullanılmasına yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalara paralel olarak başlangıçta yalnızca pnömatik olan nabız aygıtlarının yerini, sonraları uyarım için gerekli parametrelerin tümüne kolaylıkla adapte edilebilen elektriksel olarak kumanda edilebilir nabız aygıtları almıştır (Ordolff, 2001). Birçok bilim adamı bu değişimleri ve genel olarak yarı otomatik sağım ünitelerinin risklerini tartışırken, sağım otomasyonundaki evrim devam etmiştir yılında Almanya da Münih Teknik Üniversitesi nde düzenlenen bir konferansta akış kontrollü sağım sistemi ilk olarak Stanzel tarafından tanıtılmıştır. Bu akış kontrol düzeni her bir sağım ünitesi için bireysel olarak nabız oranı, nabız sayısı ve vakum seviyelerinin farklı varyasyonlarını sağlayabilmektedir. Bu düzenekle, iki adet elektrot tarafından süt akışı belirlenebilmektedir. Sonuçta alınan bu sinyaller, bir referansla karşılaştırılmakta ve uygun olduğunda sözü edilen diğer parametrelerin modifikasyonun da kullanılabilmektedir (Ordolff, 2001). Sağım akış kontrol edicilerin piyasaya sunulabilmesi bu tür çalışmaların başlamasından sonra, 10 yıldan fazla zaman almıştır ve ilk olarak İsrail de elektronik aygıtlar imal eden bir firma (S.C.R. Engineers Ltd., Netanya) tarafından yapılmıştır. Geliştirilen bu aygıtta, indüktif bir akış sensörü kullanılmıştır. Bu sensör süt akışıyla ilişkili olarak nabız oranı, nabız sayısı kontrolü için sinyaller üretmektedir (Ordolff, 2001). Süt sağım zincirinin en önemli parçalarından olmalarına rağmen merkezi ünitedeki süt pompası ve vakum pompası ancak son zamanlarda elektronik kontrolle uyumlu hale getirilebilmiştir. Son yıllarda çeşitli hızlarda çalışabilen ve bir merkezi ünitede süt seviyesini kontrol ederek, süt miktarına göre pompa kapasitesini adapte edebilen süt pompaları geliştirilmiştir. Bu çözümün sayesinde, sütteki genel akış hızı azalmış ve böylece sütte yağ kürecikleri oluşmasına sebep olan mekanik yüklenmeler de nispeten ortadan kalkmıştır (Ordolff, 2001). Geleneksel bir vakum pompası sistem içerisinde sürekli bir hava akışını gerçekleştirmelidir. Bu hava akışı, sağımı gerçekleştirebilecek özel bir değerde olmaktadır. Sağım için gerekli olan sistem vakumundaki değişimler sağımın kesilmesine sebep olmakta, bu durumda sağım tesisinde bir düzensizlik yaratmaktadır (Gates ve Scott, 1986). Bu nedenle süt sağım tesislerinde vakum dalgalanmaları sonucu oluşacak aksaklıkları aşmak amacıyla yüksek enerji tüketen büyük vakum pompalarının kullanımı yerine, bir vakum düzenleyici devre kullanılabilmektedir. Değişik hız kademelerine sahip elektronik kontrol üniteli pompalar tarafından bir sensöre bağlı olarak gerçek, anlık sağım vakumu izlenebilmektedir. Bu

3 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale 59 yolun kullanıldığı sistemlerde, geleneksel sistemlere göre %50 oranında daha az enerji tükettiği gözlemlenmiştir (Ludington ve ark., 1990). Süt Verimi Kaydediciler Boru hatlı sağım sistemlerinde genel yapı, bazı problemlere sebep olmaktadır. Kovaya alınan sütün miktarının ve ağırlığının belirlenmesi bu problemlere örnek olarak verilebilir. Süt verimini izlemek için kovaların kullanılmasından kaçınmak amacıyla, bu tür sağım sistemlerine bireysel olarak ineklerin süt verimlerinin izlenebileceği kavanozlar yerleştirilmiştir. Böylece hayvanların her birinin gerçek süt verimleri bir gösterge çizelgesi yardımıyla okunabilmiştir. Fakat bu donanımlar bağlı ahırlar için uygun olmamaktadır. Bu nedenle, sütmetre olarak adlandırılan taşınabilir elemanlar, kovaların üzerine yerleştirilerek süt verimlerinin izlenmesinde tüm tesislerde kullanılabilmiştir (Ordolff, 2001). Süt kavanozundaki, sütün miktarının okunması için birkaç elektronik aygıtın olduğu bilinmektedir. Bunlar, şamandıralı seviye kontrolüne dayalı olarak, optik sensörler yardımıyla (Cant, 1980), yük hücreleri üzerine gelen ağırlık ölçümüne dayalı olarak ya da hacimsel olarak süt miktarının belirlenmesine dayalı olarak çalışan aygıtlardır. Süt miktarının izlenebildiği kavanozların uygun olmayan yapılarından kaynaklanan problemlerin üstesinden gelebilmek için, sürekli ölçüm yapabilen süt akış ölçer (sütmetreler) geliştirilmiştir (Ordolff, 2001). Meyilli tablalara sahip sütmetreler bu amaçla pratikte kullanılan ilk araçlar olmaktadırlar. Bu şekilde süt akışının sona erdiğini kontrol eden ilk üniteleri Bothur ve Wehowsky (1976) yaptıkları çalışmalarıyla tanıtmışlardır. Başlangıçta süt verimi bir işaret olarak gösterilirken sonraları bu üniteler Almanya da geliştirilmiş ve süt verimini elektronik olarak gösterebilir şekilde yapılmışlardır. Bu aygıtların ICAR (International Committee for Animal Recording) tarafından onaylanmış en son versiyonları halen piyasada bulunmaktadır. Birçok imalatçı hacimsel ölçüm sistemlerine dayalı olarak çalışan sütmetreleri imal etmektedirler. Bu anlamda ilk patent başvurusu yaklaşık 40 yıl önce gerçekleştirilmiştir (Babson, 1963). Dikkatli ve doğru bir şekilde hacimsel ölçümün gerçekleştirilebilmesi için süt sağım sisteminden gelen sütün içerisindeki havanın miktarının azaltılması gerekmektedir. Başlangıçta hacimsel sütmetreler, sabit hacim ile oransal olarak süt miktarını belirlemek üzere dizayn edilmişlerdir. Bu amaçla ölçümün yapılabilmesi ancak sütün, süt tanklarında belirli seviyeye ulaşmasıyla mümkün olabilmektedir. Ayrıca, bu durumda doğru ölçüm yapabilmesi için elektrotlu ve şamandıralı seviye kontrol edicilerinin sütün içine daldırıldıklarında, süt akışının yavaş olması gerekmektedir. Mevcut süt ve hava karışımı hacimsel ölçüm yapabilen aygıtlar için fazlasıyla karmaşıktır. Bu nedenle yanlış ölçümden kaynaklanan riskleri azaltmak amacıyla çeşitli yaklaşımlarda bulunulmuştur. Bu amaçla gerçekleştirilen sütmetrelerin ilklerinden biri 70 li yılların sonunda Amerika nın Wisconsin eyaletinde geliştirilmiştir ve bu sütmetreler yalnızca Amerika daki DHIA tarafından değil aynı zamanda uluslararası seviyede ICAR tarafından da onaylanmış ve Avrupa da kayda değer oranda satılmıştır. Bu sütmetrelerde sütü havadan ayırmak için teğetsel bir giriş yapılmıştır. Bu aygıtlarda toplam süt miktarı mağnetik bir sensör yardımıyla belirlenmekte ve sütün ölçüm odasındaki pozisyonuyla karşılaştırılarak elektronik olarak gösterilmektedir (Ordolff, 2001). Bu amaca yönelik tasarımı yapılan diğer bir hacimsel sütmetre de İsrail de bir araştırma çiftliğinde geliştirilmiştir ve günümüzde hala kullanılmaktadır. Süt, bu sistemde diğerlerine oranla daha büyük bir giriş odasından girmekte ve ölçüm yapılan çıkış odasına doğru hareket etmektedir. Bu aygıtta hava tahliyesi için de bir bypass sistemi bulunmaktadır. Bu sistemde; süt seviyesinin belirlenmesi, üç elektrottan oluşan bir dizi olarak yapılmış detektör yardımıyla gerçekleşmektedir. Nispeten daha az hava içeriği ile kaplı olan süt, elektriksel iletkenlik bakımından daha gerçeğe yakın bir referans sinyali vermektedir. Üç elektrottan alınan bu sinyaller kontrol ünitesi tarafından karşılaştırılmakta ve ölçüm odasındaki (200 ml) nominal hacim ile ilişkili olarak seviye gösterilmektedir. Aslında kontrol üniteleri meme sağlığının bir göstergesi olarak sütün elektriksel iletkenliğini de gösterebilmektedirler (Ordolff, 2001) yılında daha komplex kontrol aygıtları ortaya çıkmıştır ve bu aygıtlar günümüze kadar daha da modernleşmiştir. Böyle bir aygıt için ilk patent başvurusu, Kiestra ve Icking tarafından 1981 de yapılmıştır. Sabit oransal değerler üzerinden süt verimi ölçümü yerine bu sütmetreler ilk olarak ölçüm odasının dolması için gerekli süt miktarına dayalı olarak gerçek akış oranını hesap etmektedirler. Ölçüm odasından çıkan sütün miktarını hesap etmek için, sütün boşaltılma zamanını kullanmaktadırlar. Matematiksel bir bakış açısı olarak bu sütmetreler zamana entegre edilmiş süt akışı üzerinden süt verimini hesap etmektedirler. Daha az karmaşık bir mekanizma gerektirmektedir. Bu nedenlerden ötürü ağırlık ve hacim esaslı olan sütmetrelerin yerine bu aygıtların daha çok tercih edilir olmaları çok uzun zaman almamıştır. Kontrol ünitelerinde yapılması gereken bu kadar çok hesaplama işi, mikroişlemciler yada entegre devreler kullanılmadan mümkün olamamaktadır. Süt kaydedici olarak onaylanabilecek ilk entegre sütmetre, başlangıçta yeterince yüksek doğrulukta tatmin edici sonuçlar verememiştir. Sütmetre içerisindeki lineer olmayan akış modelinin karmaşıklığı ve süt akışındaki ani başlama ve bitişin test düzeneği üzerinde yanlış okumalara neden olması bu aygıtların geliştirilmesini

4 60 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale zorlaştırmıştır. Fakat sonralarda kontrol ünitesi yeniden programlandığında doğru çalışmaya başlamıştır. Daha sonra çok sayıda entegre sütmetre, ICAR tarafından onaylanarak piyasaya sunulmuş ve kullanımı hızla artmıştır. Bu sütmetrelerin piyasaya sürülmesinden sonra, özellikle yüksek süt akışlarına uygun, nonlineer olarak davranmaya eğilimi olan çok sayıda ölçüm prensibi geliştirilmiştir. Bu nedenle kontrol sistemlerinin performansındaki artış, nispeten stabil olmayan fiziksel davranışların bile doğrusallaştırılmasına izin verir hale gelmiştir. Çiftliklerde bilgisayar kullanımı daha yaygın hale geldiğinde, sütmetreler de onlarla bağlantılı olarak çalışmaya başlamıştır. Böylece sadece süt verimini gösteren değil, süt ünitelerinin kontrolü, veri değişimi ve her bir inek için bireysel olarak detaylı bireysel süt bilgilerinin de toplanması mümkün kılınmıştır (Ordolff, 2001). Bahsedilen bu sistemlerin öncesinde, Stanzel tarafından halka şeklindeki elektrotlar yardımıyla süt akış ölçümünü sürekli yapabilen bir akış sensörü geliştirilmiştir (Ordolff, 2001). Bunun ilk orijinal versiyonunda sütmetre olarak kullanılabilecek yeterli hassasiyet elde edilememiştir. Fakat bu çalışmayla, sürekli süt akışını ölçme yöntemi gibi başka bir çizgi taşıyan sütmetrelere dikkat çekilmiştir. Bu şekilde gerçekleştirilen bir aygıt Hoefelmayr ve Maier (1990), tarafından tanıtılmıştır. Sınırlandırılan süt çıkışışına eklenen bir kaba 60 adet dik olarak düzenli yerleştirilen seviye tespit dedektörü ile donatılan bu düzenek, süt akışını süt seviyesine bağlı olarak ölçmektedir. Bu cihazla aynı zamanda zamana entegreli olarak süt verimi de hesaplanabilmiş ve sütün elektriksel iletkenliği belirlenerek süt hava karışımının içeriğinin daha gerçekçi olarak göz önüne alınabilmesi de sağlanmıştır. Diğer sütmetrelerde örnekleme işlemi iki aşamayı gerektirirken, bu sütmetreler şişelere uygun miktarda süt dolduğunda analiz için laboratuara gönderilecek halde örnekleme yapabilmektedir. Bu sütmetrelerin çalışması için gerekli olan güçlü yazılım, bireysel olarak ineklere ilişkilin veri toplanabilmesi için bazı ilave opsiyonlara da imkan verebilmektedir. Otomatik sağım kaydedici sistemlere ilk talepler 1955 yılında Danimarka da gerçekleşmiştir (Anon, 1982). Gelişmiş otomatik sağım kaydedici sistemlerin (AMR) özellikleri ilk olarak Hollanda da 1979 yılında tanıtılmıştır. Kullanıcılar tarafından sütmetrelerden beklenen en yaygın talepler, güvenilir ve basit olarak ineklerin tanınması, ineklerden alınan örneklerin şişelerinin işaretlenmesinin gerçekleştirilmesi, veri transferi ve veri depolama imkanlarının gerçekleştirilmesidir. Aynı dönemlerde Fransa ve Almanya gibi diğer ülkelerde de benzer isteklerle karşılaşılmıştır. Bunun sonucunda endüstride ve araştırma organizasyonlarında AMR sistemleri ile kullanılabilecek gelişmiş cihazların yapımına başlanmıştır. Fransa da bunun ilklerinden biri CEMAGREF (Centre National du Machinisme Agricole, du Genie Rural, des Eaux et des Forêts) Paris yakınlarındaki Anthony de, ve Lorraine-Cotibar şirketi işbirliği sonucunda, Bar le Duc (France) de gerçekleştirilen sağım makinaları imalatlarıdır. Bu ürün bir Fransız patenti olarak tanıtılmıştır (Montalescot, 1981). Bu aygıtlarda süt verimi sabit oranlarda hacimsel olarak kaydedilmektedir. Ölçüm kabı içerisinde ki seviyenin belirlenmesi de şamandıra tarafından yapılmaktadır. Sinyaller kaydedici ünitede içerisinde yer alan mikroişlemci entegre hafızaya gönderilmektedir. Sağım işlemi sona erdiğinde, sütmetre içerisine toplanan veriler bir diskete kaydedilmekte ve alınan süt örnekleriyle birlikte karşılaştırılabilmek için laboratuara gönderilmektedir. Fransa da bu cihazın prototipleri ahır şartlarında da başarıyla kullanılmıştır. Diğer bir AMR prototipi de Danimarka daki Foss Elektrik tarafından benzer zamanlarda tanıtılmıştır. Fakat bu prototip endüstriyel anlamda imal edilememiştir. Son yıllarda, AMR sistem yapım fikri eskide kalmış ve bugün teknik olarak çok ileri sütmetreler farklı firmalar tarafından üretilmeye ve çiftçilerin kullanımına sunulmaya başlamıştır. Fakat süt örneğinin hazırlanması ile ilişkili bazı özel uygulamalar hala otomatik sağım sistemleri ile ilişkili olarak güncelliğini korumaktadır (Ordolff, 2001). Mastitisin Belirlenmesi Süt sığırcılığında mastitis, süt veriminin azalmasının ve ineklerin erken kaybedilmesinin en yaygın sebeplerinden biri olmaktadır. Bu hastalığa, temel olarak memeye giren biyolojik aktiviteye sahip mikroplar sebep olmaktadır. Bu mikropların memede yarattığı zarar, meme bezelerinde ve sütte tipik bazı değişimlere sebep olmaktadır. Bu bağışıklık sistemine bağlı etkileşim, sütteki lökosit salgısını artırmaktadır. Bu durumlarda, meme sağlığı, süt içerisindeki somatik hücre sayısına bağlı olarak değerlendirilebilmektedir. Patojen mikroplardan kaynaklanan meme enfeksiyonu Na + ve Cl iyonlarının meme içerisindeki yayılımını artırmaktadır (Tolle ve Whittlestone, 1976; Guidry, 1985). Bu olayın sütte yüksek seviyede elektriksel iletkenlikle sonuçlanması mastitisin belirlenmesinde kullanılabilmektedir. Somatik hücreler tam anlamıyla doğru olarak yalnızca laboratuarlarda sayılabilmektedir. Fakat california mastitis testi gibi, çiftliklerde enfeksiyonun belirlenebileceği dolaylı metotlarda geliştirilebilmiştir (Schalm ve Noorlander, 1957). Bu metotla; özel deterjanlarla somatik hücrelerin DNA ları arasındaki reaksiyonlara ve sütün yoğunluğunun değişimine bağlı olarak ölçüm yapılmaktadır. Bu test, yapılan çalışmalar sonucunda bir bilyalı viskozimetre tarafından mekanize edilebilmiştir (Tolle ve Whittlestone, 1976). Yapılan çalışmalar, sütteki elektriksel iletkenliğin teknik mastitisin belirlenmesinde en

5 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale 61 uygun yöntem olduğunu ortaya koymuştur (Smith ve Schultze, 1978). Bu işlemlerde, alışılmış uygulamalarda aşılması en zor problem, normal olmayan durumları belirlemek için bir sınır değerin tanımlanmasıdır. Linzell ve Peaker (1975), sütün ilk fışkırdığında her bir çeyrekteki elektriksel iletkenliklerin kıyaslanmasını önermişlerdir. Ayrıca, çalışmada enfeksiyonun çeyreklerdeki iletkenliğin belirlenebilmesi için en alt değer olarak gözlenen %16 değerini aşmamasının gerektiği belirtilmiştir. Sütün elektriksel iletkenliğini ve mastitis etkileşimlerini kullanarak, meme sağlığının izlenmesi için birçok proje yapılmaya çalışılmıştır. Maatje ve ark. (1983), paslanmaz çelikten yapılmış elektrotlarla donatılmış sensör hücreleri üzerine, bireysel olarak çeyreklerden süt akabilecek şekilde yapılmış bir süt pençesi tekniğini tanıtmışlardır. Bu yöntemle her 8 saniyede voltaj kayıpları ölçülerek elektriksel iletkenlik sürekli olarak izlenebilmiştir. Sinyallerin bir bilgisayara işlenmesi, sonuçların grafik olarak sunumunun da gerçekleşmesini sağlamıştır. Sütte en yüksek iletkenlik, sağımın başında ve en sonunda elde edilmektedir. Rossing ve ark. (1987), yaptıkları çalışmalarıyla bu aygıtların çiftliklerde denenerek elde edilen sonuçlarını sunmuşlardır. Elektrotların hassasiyeti laboratuar iletkenlik ortalamasından yaklaşık %4 değişim göstermektedir. Puckett ve ark. (1983), süt pençesinde elektriksel iletkenliğin izlenmesi üzerine denemeler yapmış ve sistemi, ilgili çeyrekte süt akışı durduğunda çeyrekler kümesi için sensör elektrotlarını kaldıran bir düzenekle donatmıştır. Lake (1987), araştırması sonucunda, elektrotsuz indükleme ile elektriksel iletkenliği ölçebilen bir sensör dizayn etmiştir. Bu aygıtın doğru çalışabilmesi ancak sütün yoğun bir şekilde akışıyla mümkün olabilmektedir. Bu nedenle bu şart gerçekleşmeden sağım ünitesine bağlantısı mümkün olamamaktadır. Schlünsen (1983), çalışmasında, sütün sıcaklığının da mastitisin belirlenmesinde kullanılabileceğini belirtmiştir. Mastitisten etkilenmiş memelerde, alışılmış 38 C nin üzerinde iki yada üç sağım boyunca korunan 2 K lik bir fark gözlemlemiştir. Smith ve Schultze (1978), ineklerin vücut sıcaklıklarının mastitisin bir göstergesi olabileceğini belirtmişlerdir. Rossing ve ark. (1983a), vücut sıcaklığı ve süt sıcaklığı arasında süt pençesinde yapılan ölçümler sonucunda 0,1 K lik bir farkı belirlemişlerdir. Uzun süt hortumunda ölçülen sıcaklıkla vücut sıcaklığı arasında daha büyük bir fark olduğu belirlenmiş ve uygulamada bu yolla sağlık problemlerinin çok daha fazlasının tespit edilebileceği belirtilmiştir. Schlünsen (1985), yaptığı çalışmada, süt pençesinin ön tarafına elektriksel iletkenliği belirlemek için bir sensörü, daha önce yapılan çalışmalarda sıcaklık sensörlerinin yerleştirdiği yere ve aynı konuma yerleştirmişlerdir. Bu sistemde, sensörden gelen datalar sürekli olarak bilgisayara kaydedilmektedir. Çalışma sonucunda; sütün iletkenliğinde yalnızca enfeksiyon olan çeyrekte değişimler olduğu belirlenmiştir. Fakat mastitisin belirlenmesinde iletkenlikte kritik bir seviye göstergesi bu çalışmada da verilememiştir. Kızgınlığın Belirlenmesi Süt sığırcılığı işletmelerinde, sürü yönetimi için önemli araçlardan biri olan kızgınlığın belirlenmesinde temel parametre, ineklerde verimliliğin de bir göstergesi olan progesteron gibi süt içerisindeki hormon konsantrasyonudur (Ordolff, 2001). Fakat bu parametreler yalnızca laboratuarlarda ölçülebilmektedir. Kızgınlığın belirlenmesinde kullanılacak dolaylı parametreler ise vajinal salgının elektriksel iletkenliği (Foote ve ark., 1978; Heckman ve ark., 1979; Marshal ve ark., 1979), süt sıcaklığı (Ball ve ark., 1978) ve hayvanların davranışlarıdır (Kiddy, 1977). İneklerin aktiviteleri, otomatik veri toplamaya uygun olan ve yalnızca gerçek parametreleri gösteren pedometreler tarafından gözlenebilmektedir (Ordolff, 2001). Kiddy (1977), kızgınlık boyunca aktivite seviyelerine bağlı olarak kızgınlık vakalarının, serbest ahırlarda %98, bağlı ahırlarda ise %93 oranında olduğu tespit edilmiştir. Kızgınlığın otomatik olarak belirlenmesi, aynı anda ineklerin aktivitelerinin belirlenmesine bağlı olarak tanımlanabilmektedir (Kiddy, 1977). Thompson ve Rodrian (1983), yaptıkları araştırmalarında hayvanların bacaklarına iki farklı tipte aktivite sensörü yerleştirmişlerdir. Birinci aygıt, aktivite radyo sinyalleri ile iletilen okumalarını hafızaya kaydetmekle birlikte hayvanları tanımlamakta ve bilgisayara aktarmaktadır. Bu sistemde, eğer optik sinyallerden alınan veriler, sensörde tanımlanan seviyenin üzerinde ise, değerlendirme sonuçları video görüntüsü veya çıktı olarak da gösterilebilmektedir. İkinci aygıtta aynı işlem veri aktarımı olmaksızın gerçekleştirilmektedir. Üç adet ışık yayıcı diyot ile ineklerin aktiviteleri gösterilebilmektedir. Aktivite seviyeleri her saatte yenilenmekte ve bir mikroişlemciye aktarılmaktadır. Machan (1980) e göre; bu aygıt bir çiftlikte çalışırken, %80 in üzerinde doğrulukla kızgınlığı belirleyebilmektedir. Bu teknolojide bir işçinin mutlaka ahırda bulunması gerekmektedir. Thompson ve Rodrian (1983) deneyimlerine göre aktivitelerin maksimum olduğu seviyelerde döllenme gerçekleşmektedir. Daha sonraları birçok aktivasyon sensörü geliştirilmiştir. Gettens ve ark. (1986) tarafından geliştirilen aygıtta, ineklerin hareketleri, yalnızca aktivite seviyesini gösterecek bir sinyal olarak değil, aynı zamanda güçlendirilmiş ilave bir sensör

6 62 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale kullanılarak potansiyel ve veri iletimi için gerekli elektriksel güç olarak da belirlenmiştir. Araştırmalar gelişirken, kızgınlığın belirlenmesinde birden daha fazla bilgi kullanılarak güvenilirliğin geliştirilmesi için birkaç yaklaşım daha geliştirilmiştir. Thompson ve Rodrian (1983), yaptıkları çalışmalarında yem tüketimi ve süt ısısını inceleyerek aktivitelerin izlenmesini tartışmışlardır. Maatje ve ark. (1987) tarafından da; maksimum süt sıcaklığı ve aktivasyon seviyelerinin kombine edilerek kullanılması önerilmiştir. Bu gelişmeler %10-30 arasında gerçekleşen ve belirlenemeyen kızgınlık oranlarının azaltılmasını sağlayabilmiştir. Paul ve ark., (1984) yaptıkları çalışmalarıyla; süt sıcaklığı, sütün elektriksel iletkenliği, aktivite, yem tüketimi, süt üretimi, süt verimi ve kalp atış oranlarını kombine ederek kızılötesi sensörleri hayvanların kulaklarına bağlayarak ölçmek istemişlerdir. Kızgınlığın belirlenmesinin etkinliğini geliştirmek için diğer kompleks yöntemler; farklı sensör sistemlerinden alınan verileri kombine edebilecek uzman sistemlerin kullanılmasını önermişlerdir (Spahr ve ark., 1988). Günümüzde bu tür uzman sistemlerin geliştirilmesi ve doğruluğunun artırılmasına yönelik çalışmalar devam etmektedir. Otomatik Sağım Sistemleri (Sağım Robotları) Başlangıçta sağımın kontrolü için sağımı ilk gerçekleştiren unsurların tanınması aşamasına geri dönülmesinin önerildiği çalışmalara rağmen (Gabler, 1971; Notsuki ve Ueno, 1977), elektronik algılamadaki gelişmeler ve kontrol düzenlerindeki ucuzlama, beklenmedik başarılı sonuçların alınmasını sağlamıştır (Ordolff, 2001). Tam otomatik sağım tesisi için temel gereklilikler, meme konumunu belirleme ve otomatik olarak sağım ünitelerinin memelere takılmasını sağlamayla ilgili aygıtlardır. Meme pozisyonuna ilişkin olarak meme yüzey sıcaklığı profilinin güvenilir bilgiler vermesine rağmen (Ordolff, 1984), kızılötesi termometreler yardımıyla yapılan taramalar pratik uygulamalar için oldukça yavaş bulunmuştur. Termovizyon sistemleri kullanım için hala çok pahalı sistemlerdirler. Başlangıçta meme başlıklarının birleştirilmesi için halka şeklinde ve iletkenlik sensörleri ile donatılmış bölümlerden oluşan memeye mekanik temas ile doğru meme pozisyonunun belirlenmesine yönelik aygıtlar geçekleştirilmiştir (Ordolff, 2001). Sonraları memeleri konumlandırmakta uzaktan kumanda edilebilen sistemler (Artman ve Schillingmann, 1990), lazer tarama sistemleriyle kombine edilmiş dijital görüntü işleme (Montalescot, 1987) ve ultrasonik hedef belirleme aygıtlarının veya optik sensörlerin (ışık demeti dizeyli) meme konumunu belirlemedeki başarılı kullanımları yaygınlaşmıştır (Torsius, 1987). Meme pozisyonunun bir hafızada depolanması, uzun mesafeli olarak yöntemin araştırılması için gerekli zamanın azaltılmasında özellikle kullanılan basit bir yöntemdir. Memenin tutulması için kullanılan aygıtlar da daha iyi konumlandırma için çift sensör sistemi otomatik sağım sistemlerine çoğu kez yerleştirilmiştir. Araştırmaları en çok sınırlandıran ve zorlayan, ineğin referans noktasının ve pozisyonunun değişimine adapte olabilecek bir sensör sisteminin kullanılmasıdır. Sağım robotlarında, sağım başlıkları dört memede de eşzamanlı olarak bağlanmalıdır. Başlangıçta meme başlıklarının memeleri yakalamalarında endüstriyel robotlar kullanılmıştır. Daha sonraları meme başlıkları ya her bir meme başlığı için kalıcı olarak bağlanmış bir kol ile (Montalescot, 1987), ya da süt pençesine yalnızca geçici destek olarak yerleştirilmiş bir güç kolu ile (Verbrugge ve Aurik, 1988), veya süt sağım başlıklarının yerleştirildiği bireysel kollardan her biri için ayrı bir taşıma düzenine sahip olacak şekilde dizayn edilmiş ve denenmiştir. Buna ek olarak, hem karmaşık kontrol sistemlerinin taleplerini karşılamak hem de hayvanlarda oluşabilecek kazalar sonucunda, yüksek seviyede esneklik göstererek ani durumlara çabuk cevap verebilmelerini sağlamak amacıyla elektrikle hareket ettirilen sistemlerin pnömatik olarak da desteklenmesi önerilmiştir (Street ve Frost, 1990). Memelerin konumlarının belirlenip tutulmasını sağlayacak pratik uygulamalar için kesinlikle tüm birleşik işlemleri kontrol edebilen yazılımlar gerekmektedir. Yakalama ve sağımın gerçekleştirilebilmesi için gerekli olan işlemlerin tümünün zaman gereksinimi büyük oranda memenin yerinin belirlenip tutulması işlemi boyunca hataların düzeltilmesi işleminin pratikliğine bağlı olmaktadır (Ordolff, 2001). Bunu ispatlayan bir deneme, basit bir aygıt kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her bir meme başlığı için birden daha fazla denemeye izin verildiğinde, bağlantı işlemi %90 a kadar başarılı olmuştur (Kremer ve Ordolff, 1992). Ön süt sağım sırasında alınan ilk sütü ayırarak toplayan aygıtlar, Dorofeev (1987) ve Torsius (1987) tarafından yapılan araştırmalar sonrasında tanıtılmıştır. Daha sonra yapılan çalışmalar; elektriksel iletkenliğin ölçümünden sonra ikinci bir boru hattına sütü yönlendiren, ayrıca aynı sistemi her bir sağım işleminden sonra süt sistemlerinin çalkalanarak temizlenmesi işleminde de kullanıla bilen bir sistemin geliştirilmesini sağlamıştır (Ordolff, 2001). Daha önceleri yapılan çeşitli AMR projelerine de benzer olarak, otomatik sağım sistemlerinde uygulamada bazı problemlerle karşılaşılmıştır. Bunlar, düzensiz aralıklarla oluşacak daha sık sağımlar sonucunda süt veriminin kaydedilmesi (Ordolff, 2001), otomatik olarak örnek alımı, örneklemenin doğru yapılması gibi sağım uygulamalarından kaynaklanmaktadır (Ordolff, 1997). Günümüzde otomatik sağım sistemleri bağımsız üniteler değildirler aksine genellikle, besin

7 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale 63 konsantrasyonu ve ineklerin aktivitelerinin kaydedilmesi gibi mevcut elektronik öğelerden alınan datalarının değiştirilebilmesi amacıyla sürü yönetimini gerçekleştiren merkezi bilgisayara bağlı olarak çalışmaktadırlar. SONUÇ Gelecekte, laboratuvarlarda insanların gerçekleştirdiği işlemleri, sağım sırasında sensörlerin yerine getirmesi beklenmektedir. Süt sağım tesislerinde, temizlik, memelerin durumu ve ilk sağılan sütün yapısının değerlendirilmesi gibi işlemlerin, sağım sistemleri ile uyumlu olarak yapılabilmesi için gelişmiş sensörler gerekecektir. Yapılan bilimsel yayınlar, bu amaca yönelik çalışmaların ve gelişmelerin hedeflendiğini de ortaya koymaktadır. Bull ve ark. (1995) yaptıkları çalışmalarında, memelerin ışınsal olarak yansımalarından meme üzerindeki kirlenmenin tespitini belirleyen sensörlerin yapılabilirliğini araştırmışlardır. Araştırıcılar temiz memeler üzerindeki kan ve gübreye ilişkin spectral parametreleri tanımlayabilmişlerdir. Fakat siyah memeler ve toprağın kirlettiği memelerde güvenilir bir ayırt edicilik mümkün olamamıştır. Tsenkova ve ark. (1992), süt kalitesinin ve meme sağlığının değerlendirilmesinde, yakından kızılaltı spektroskopi (NIR) yöntemini kullanmayı önermişlerdir. Bu öneri sonrası yapılan çalışmalar, bu yöntemle elde edilen görüntülerdeki renklerin değerlendirilmesinin de sütün bileşimi hakkında bilgi verecek bir gösterge olabileceğini belirlemişlerdir. Yakın bir gelecekte ortaya konulabilecek gelişmeler makul bir zaman dilimi içerisinde sütün, yerinde ve sağım boyunca analiz edilmesi imkanını güvenilir olarak sağlayabilecektir. KAYNAKLAR Anon, Automatic Milk Production Recording, 2nd draft, CMD, Arnhem, Netherlands. Artmann, R. and Schillingmann, D., State of the art of milking robots. Landtechnik 45, p: Babson, H.B., Milk Flow Measuring Apparatus, United States Patent Ball, P.J.H., Morant, S.V. and Cant, E.J., Measurement of milk temperature as an aid to estrus detection in cattle. J. Agric. Sci. Cambridge 91, p: Bothur, D. and Wehowsky, G., Correlation between milk flow and udder emptying in terminal phase of mechanical milking. Monatshefte Veterinarmedizin 31 19, p: Bull, C., Mottram, T. and Wheeler, H., Optical teat inspection for automatic milking systems. Comput. Electron. Agric. 12, p: Cant, E.J., Milk yield recording. In: Proceedings of the Mechanization and Automation of Cattle Production, British Society of Animal Production, p: Dorofeev, S.V., Arrangement for removing the first milk portions, USSR Patent SU A1. Foote, R.H., Oltenacu, E.A.B., Mellinger, J., Scott, N.R., (1978). Pregnancy rate of Dairy Cows inseminated on the basis of electronic probe measurements. J. Dairy Sci. 62, Gabler, E., Milking device, preferably for large herds, DDR patent Gates, RS and Scott, N.R., Measurement of effective teat load during machine milking. Transactions of The ASAE, 29(4): Gettens, J.W., Sigrimis, N.A., Scott, N.R., Passive activity monitor for livestock, United States patent Guidry, A.J., Mastitis and the immune system of the mammary gland. In: Larson, B.L., Editor,, Lactation, The Iowa State University Press, Ames, IA, p: Heckman, G.S., Katz, L.S., Foote, R.H., Oltenacu, E.A.B., Scott, N.R. and Marshall, R.A., Estrus cycle patterns in cattle monitored by electrical resistance and milk progesterone. J. Dairy Sci. 62, p: Hoefelmayr, T., Maier, J., Milk Flow Meter, German patent DE C2. Hoffmann, H.-W. and Wehowsky, G., A new procedure for switching off the milking units at the end of milking. Agrartechnik 16, p: Kiddy, C.A., Variation in physical activity as an indication of estrus in dairy cows. J. Dairy Sci. 60, p: Kiestra, P.P., Icking, C., Milkmeter and procedure for measuring the total yield produced by a cow during milking, Offenlegungsschrift DE A1. Kremer, J.-H. and Ordolff, D., Consequences of relating milking frequency to milk yield on milk quality, milk production and behaviour of cows. International Symposium on Prospects for Automatic Milking, Wageningen, The Netherlands, p: Lake, J.R., A low maintenance milk conductivity sensor for detecting mastitis. 3rd Symposium on Automation in Dairying, Wageningen, Netherlands, p: Linzell, J.L., Peaker, M., Efficacy of the measurement of the electrical conductivity of the milk for the detection of subclinical mastitis in cows: detection of infected cows at a single visit, Br. Vet. J Ludington, D.C., Aneshansly, D.J., Pellerin, R.A. and Guo, F., Adjustable speed drive two

8 30, 64 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale vacuum milking system, American Society of Agricultural Engineers Paper No Mattje, K., Rossing, W., Garssen, G.J. and Pluygers, H.G., Automation of Electrical Conductivity Measurements during Milking. Symposium on Automation in Dairying, Wageningen, Netherlands, p: Maatje, K., Rossing, W. and Wiersma, F., Temperature and activity measurements for oestrus and sickness detection in dairy cattle. 3rd Symposium on Automation in Dairying, Wageningen, Netherlands, p: Machan, C.S., A cow on the move may be a cow in heat. Dairy Herd Management September, p. 5. Marshal, R., Scott, N.R., Barta, M. and Foote, R.H., Electrical conductivity probes for detection of oestrus in cattle. Trans. ASAE 22, p: Montalescot, J.B., Liquid-counter, especially a milk-counter, provided with a device for withdrawing samples, French patent EP Montalescot, J.B., Robotic milking: research already has made good progress. Revue laitiere elevage 30, 3, p: Notsuki, I., Ueno, K., System for Managing Milking Cows in Stanchion Stool, United States Patent Ordolff, D., Eine neue Generation von Melkmaschinen. (A new generation of milking equipment). Top Agrar 7, p: Ordolff, D., A system for automatic teat cup attachment. J. Agric. Eng. Res. 30:1, p: Ordolff, D., Experiments on automatic preparation of milk samples in connection with milking robots. Comput. Electron. Agric. 17 1, p: Ordolff, D., Introduction of electronics into milking technology. 9HComputers and Electronics in Agriculture 10H 1-3, p: Paul, W., Speckmann, H., Ihle, W. and Roth, H., Monitoring heart rates of dairy cows-sensor development and first results. Grundlagen Landtechnik 35:6, p: Puckett, H.B., Spahr, S.L. and Rodda, E.D., Real-time measurement of milk conductivity. Symposium on Automation in Dairying, Wageningen, Netherlands, p: Rossing, W., Ipema, A.H., Kerkhof, J.A., Pluygers, H.G., Garsen, G.J. and Maatje, K., Micro-electronics in dairy herd management. National Conference on Agricultural Electronics Application, Agricultural Electronics p: Rossing, W., Benders, E., Hogewerf, P.H., Hopster, H. and Maatje, K., Practical Experience with real-time measurements of milk conductivity for detecting mastitis. Symposium on Automation in Dairying, Wageningen, Netherlands, p: Schalm, O.W. and Noorlander, D.O., Experiments and observations leading to development of the California-Mastitis-Test. J. Am. Vet. Med. Ass. 130, p Schlünsen, D., Validity of different physiological parameters for automatic control of the udder health. Symposium on Automation in Dairying, Wageningen, Netherlands, p: Schlünsen, D., Möglichkeiten der Früherkennung von Krankheiten durch automatische Datenerfassung unterschiedlicher physiologischer Parameter mit Hilfe rechnergestützter Systeme. 75, p: Smith, J.W. and Schultze, W.D., Automatic detection of Mastitis. International Symposium on Machine Milking, 17th Annual Meeting National Mastitis Council, Louisville, KY, p: Spahr, S.L., Jones, L.R. and Dill, D.E., Expert systems: their use in dairy herd management. J. Dairy Sci. 71, p: Street, M.J. and Frost, A., A pneumatic milking robot: structure, performance and first results. In: VDI/MEG Kolloquium Landtechnik, H. 9, p: Thompson, P.D. and Rodrian, J.A., Transducers for capture of activity data. Automation in Dairying, Wageningen, Netherlands, p: Tolle, A. and Whittlestone, W.G., Grundlagen der Hygiene der Milchgewinnung. Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte 28:2, p: Torsius, A., Milking apparatus, European Patent Application EP A1. Tröger, F., Procedure and device to create readiness for milking, especially in cows, German Democratic Republic patent Tsenkova, R.N., Yordanov, K.I. and Shinde, Y., Near-infrared spectroscopy for evaluating milk quality. International Symposium on Prospects for Automatic Milking, Pudoc, Wageningen, p: Verbrugge, J.K.J., Aurik, E.A., Movable accommodation or container in which is arranged apparatus for automatic milking of an animal. Offenlegungsschrift A1,