1. Đặt vấn đề

Ngành chăn nuôi bò sữa tại Việt Nam hình thành từ đầu thế kỷ XX và từng bước phát triển thành một lĩnh vực quan trọng trong cơ cấu nông nghiệp. Theo số liệu thống kê đến cuối năm 2023, cả nước có hơn 1.700 trang trại bò sữa với sản lượng sữa tươi đạt khoảng 1,2 triệu tấn, tăng hơn 7% so với năm trước. Mặc dù đã hình thành các thương hiệu lớn và áp dụng công nghệ hiện đại tại một số trang trại quy mô công nghiệp, tổng sản lượng trong nước mới chỉ đáp ứng khoảng 30% nhu cầu tiêu dùng.

Phần lớn các hộ chăn nuôi quy mô nhỏ vẫn gặp nhiều khó khăn do hạn chế về giống, thức ăn, quản lý môi trường và phòng chống dịch bệnh. Công tác ghi chép thủ công thiếu chính xác, khó kiểm soát sản lượng và hiệu suất khai thác, làm giảm tính cạnh tranh của sản phẩm. Trong bối cảnh đó, việc ứng dụng công nghệ số và tự động hóa nhằm tối ưu hóa quy trình chăn nuôi trở thành giải pháp cấp thiết.

Trên thế giới, đặc biệt tại Hàn Quốc, mô hình trang trại bò sữa thông minh đã phát triển mạnh mẽ từ thập niên 1960 và đạt trình độ tự động hóa cao. Việc tích hợp cảm biến, hệ thống điều khiển và phân tích dữ liệu giúp nâng cao năng suất và chất lượng sữa, đồng thời giảm thiểu rủi ro dịch bệnh. Đây là cơ sở tham chiếu quan trọng để Việt Nam tiếp cận và nội địa hóa công nghệ phù hợp điều kiện thực tế.

2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1. Cơ sở xây dựng nhiệm vụ khoa học và công nghệ

Trên cơ sở khảo sát thực trạng trong nước và tham khảo kinh nghiệm quốc tế, năm 2020 Phân viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa TP Hồ Chí Minh đã đề xuất và được phê duyệt thực hiện nhiệm vụ theo Nghị định thư “Nghiên cứu, xây dựng hệ thống hỗ trợ quản lý, giám sát và điều khiển tự động cung cấp thức ăn và thông gió làm mát cho trang trại bò sữa sử dụng công nghệ IoT”. Mục tiêu của nhiệm vụ là thiết kế, chế tạo hệ thống tự động hóa có tính mô-đun cao, chi phí hợp lý và phù hợp với quy mô nhỏ và trung bình tại Việt Nam.

2.2. Thiết kế hệ thống

Hệ thống được xây dựng trên nền tảng IoT với cấu trúc tích hợp gồm các phân hệ chính:

Hệ thống cung cấp thức ăn tự động bao gồm máy trộn, băng tải và bộ định lượng nhằm đảm bảo khẩu phần chính xác theo từng giai đoạn phát triển của bò sữa.

Hệ thống cung cấp nước uống tự động kết hợp giám sát lưu lượng tiêu thụ.

Hệ thống cân tự động ghi nhận khối lượng bò và sản lượng sữa, phục vụ đánh giá năng suất cá thể.

Hệ thống giám sát môi trường chuồng trại gồm các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và thiết bị điều khiển quạt thông gió, làm mát.

Hệ thống cảm biến IoT tự nạp năng lượng được gắn trên bò sữa để theo dõi chuyển động và tình trạng hoạt động.

Phần mềm quản lý trung tâm thực hiện thu thập, lưu trữ và phân tích dữ liệu, cung cấp giao diện trực quan cho người quản lý thông qua máy tính hoặc thiết bị di động.

2.3. Tối ưu hóa và nội địa hóa công nghệ

Trong quá trình triển khai, nhóm nghiên cứu đã chủ động điều chỉnh thiết kế nhằm nâng cao khả năng tích hợp và linh hoạt cấu hình theo nhu cầu thực tế. Các cải tiến bao gồm thay đổi cấu hình cân cho máy trộn, tích hợp điều khiển băng tải, tối ưu hóa truyền năng lượng không dây cho cảm biến, bổ sung mô-đun định danh và camera giám sát. Cách tiếp cận mô-đun giúp người chăn nuôi có thể lựa chọn lắp đặt từng phần hệ thống phù hợp khả năng đầu tư.

3. Kết quả và thảo luận

Hệ thống sau khi hoàn thiện đã được triển khai tại một trang trại bò sữa quy mô nhỏ ở tỉnh Sóc Trăng. Kết quả vận hành cho thấy các chức năng tự động cấp thức ăn, thu hồi thức ăn thừa, giám sát môi trường và thống kê sản lượng hoạt động ổn định và chính xác. Dữ liệu được cập nhật theo thời gian thực, hỗ trợ nhà quản lý theo dõi số lượng bò, tình trạng sức khỏe và sản lượng sữa một cách nhanh chóng.

Việc áp dụng hệ thống giúp giảm đáng kể chi phí nhân công, hạn chế sai sót trong định lượng thức ăn và nâng cao hiệu quả quản lý. Mô hình cũng góp phần tăng tính minh bạch trong truy xuất dữ liệu và tạo tiền đề cho việc áp dụng phân tích dữ liệu lớn trong chăn nuôi.

Ngoài giá trị ứng dụng, nhiệm vụ còn góp phần đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, bao gồm thạc sĩ và tiến sĩ, đồng thời nâng cao năng lực thiết kế, chế tạo sản phẩm công nghệ cao trong nước.

4. Kết luận

Nghiên cứu đã xây dựng thành công hệ thống giám sát và điều khiển tự động cho trang trại bò sữa ứng dụng công nghệ IoT phù hợp với điều kiện Việt Nam. Hệ thống có tính tích hợp cao, cấu trúc mô-đun linh hoạt, chi phí hợp lý và khả năng mở rộng trong tương lai. Việc triển khai thực tế chứng minh hiệu quả rõ rệt trong nâng cao năng suất, giảm chi phí và tăng cường quản lý thông minh. Đây là nền tảng quan trọng cho việc phát triển mô hình trang trại bò sữa thông minh quy mô nhỏ và trung bình, góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong lĩnh vực nông nghiệp.