MSCAGR (Animal Science) / Department of Animal Science / Milkability, or ease of milking, is the rate at which milk can be completely drawn from a cow’s udder. It is an important functional trait with regard to milking costs as well as udder health. Milkability traits have not been included in the breeding objectives of South African dairy cattle and their genetic parameters in the population have not been estimated. The primary objective of the study was to estimate genetic parameters for milkability traits in South African Holstein cattle. Data consisted of production and milkability records of 1 532 Holstein cows, from 6 herds, participating in the South African National Dairy Animal Recording and Improvement Scheme during the period 2015 to 2016 . Measures of milkability were average milk flow (AMF), maximum milk flow (MMF) and milking time (MT). Genetic parameters were estimated by a multi-trait sire model using the Restricted Maximum Likelihood (REML) procedure. Means for AMF, MMF and MT were 1.99 kg/min, 3.02 kg/min and 5.50 min, respectively. Non-genetic factors affecting variation in milkability traits were herd-year-season of calving, parity and milk yield. Heritability estimates for AMF, MMF, and MT were 0.23±0.09, h2 = 0.41±0.12 and h2 = 0.36±0.11, respectively. Genetic correlations between the three milkability traits were medium to high, ranging from -0.35±0.23 between AMF and MT to 0.79±0.09 between AMF and MMF. Correlations were positive between AMF and MMF and negative between MT and the other two traits. There was an increase in the mean EBV for AMF of 0.002 kg/min (0.0001 kg/min per year) during the period 2002 to 2014. Maximum milk flow also showed an increasing genetic trend of 0.04 kg/min (0.0003 kg/min per year) over the same period. The genetic trend for MT was undesirable, as it increased by 0.0003 kg/min. There is scope for improving milkability through selection, in South African Holstein cattle, as indicated by the moderate to high heritability estimates. The favourable genetic correlations among milkability traits imply that selection on one trait will result in a correlated improvement in the others. Results of the current study provide a basis for including milkability traits in the breeding objective for South African Holstein cattle.

In der Milchviehhaltung nimmt die Anzahl der eingesetzten Onlinesensoren zu. Somit können bedeutende biologische Veränderungen bei Kühen z. B. Sekretveränderungen frühzeitig erkannt werden. Hohe mechanische Belastungen am Zitzengewebe, die z. B. zu Ringbildungen führen, treten beim Melken jedoch immer noch häufig auf. Eine nicht optimal angepasste Melktechnik kann einer der Gründe dafür sein. Hauptziel dieser Arbeit ist es, ein Vakuumregelungssystem für das zitzenendige Melkvakuum zu entwickeln, das in engen Zeitabständen reagiert. Das zitzenendige Melkvakuum soll durch die Regelung in der Saugphase bei großen Milchflüssen einen konstant niedrigen Vakuumabfall aufweisen. In der Entlastungsphase soll die Regelung dagegen einen konstant hohen Vakuumabfall erzeugen. Bei Nassmessungen (ISO 6690, 2007) wurden verschiedene viertelindividuelle Melksysteme im Melklabor und in Praxisbetrieben in Bezug auf ihr zitzenendiges Melkvakuum untersucht. Nachfolgend wurden verschiedene Vakuummess- und Aktorsysteme zur Vakuumbeeinflussung untersucht. Die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchungen bestehen darin, dass die Konzeption für ein Vakuumregelungssystem gefunden und ein Prototyp gebaut werden konnte. Weiter wurden die Anforderungen an ein optimales zitzenendiges Melkvakuum erarbeitet. Das Konzept für das entwickelte Vakuumregelungssystem lässt erwarten, dass das zitzenendige Melkvakuum in der Saugphase auf 20 kPa bei einem Milchfluss von 0,25 l/min/ Euterviertel reduziert werden kann. Bei hohen Milchflüssen von 1,5 l/min/ Euterviertel und mehr wird das Vakuum in derselben Phase hingegen auf einen Mittelwert von 30 kPa eingestellt. Damit kann erstmals ein hohes Melkvakuum bei hohen und ein niedriges Melkvakuum bei niedrigen Milchflüssen erreicht werden. In Zukunft sollte das entwickelte Vakuumregelsystem zur Nutzung in allen viertelindividuellen Melksystemen angepasst werden. / The number of online-sensors in dairy farming is increasing. In this manner, important biologically changes in cows as for example changes in secretion can be detected at an early stage. But high mechanical strains on the teat tissue during milking still occur frequently and can for example lead to formation of teat rings. A suboptimal adjusted milking technology can be one of the reasons for the mentioned observations. The objective of this dissertation was to develop a vacuum control system for the teat-end vacuum that can react in short time intervals. The teat-end vacuum produced by that control system should be with constant low vacuum reduction in suction phase at high milk flows. Moreover, in release phase the control system should provide constantly high vacuum reductions. In wet-tests (ISO 6690, 2007) several individual quarter milking systems in laboratory and practical milking parlours were evaluated in terms of their associated teat-end vacuum conditions. Several vacuum measuring and actuator systems for controlling the vacuum were tested. The most important result of the studies was that the general concept for a teat-end vacuum control system was developed, and a prototype of that system was produced. Important requirements for an optimum teat-end vacuum were revealed during that work. The concept for the planned vacuum control system suggests that it is possible to reduce the mean teat-end milking vacuum in the suction phase to 20 kPa at a flow rate of 0.25 l/min per udder quarter. At higher flow rates of 1.5 l/min and more per udder quarter, the teat-end vacuum is similar to the machine vacuum with a mean value of approximately 30 kPa. Therefore, for the first time, it is possible to supply a high teat-end vacuum at a high and a low teat-end vacuum at low milk flow rates. In the future, the developed vacuum control system should be adapted for installation in all types of individual quarter milking systems.

Das Ziel der Arbeit bestand darin zu untersuchen, inwieweit durch Kombination von einfach zu erhebenden Daten des Melkprozesses mittels Fuzzy Logic die Bewertung der Eutergesundheit in Automatischen Melksystemen (AMS) verbessert werden kann. Eigene Forschungen richteten sich auf die Evaluierung unterschiedlicher Milch- bzw. Melkparameter hinsichtlich ihrer Eignung als Inputvariable verfeinerter Erkennungsmodelle für Euterkrankheiten am Melkroboter sowie auf die Entwicklung und Optimierung von Fuzzy Logic Modellen. Im Rahmen eines Vorversuches ist geprüft worden, welche Variablen Eingang in das Erkennungsmodell finden sollten. Zu diesem Zweck wurden neben der Erhebung von Prozessdaten eines AMS Astronaut(r) am 26. und 27. Juli 2001 mit Geräten des Typs LactoCorder(r) low flow insgesamt 754 Einzelmessungen an Eutervierteln durchgeführt und verarbeitet. Die Auswertung dieses Datenmaterials ergab, dass zwischen "unauffälligen", d.h. mehr oder weniger gesunden, und "auffälligen", d.h. mehr oder minder kranken Eutervierteln gewisse Unterschiede hinsichtlich der viertelbezogenen Parameter normierte Milchbildungsrate und normierter Milchfluss sowie der normierten Zwischenmelkzeit bestehen, welche für eine Modellierung nutzbar sind. Auch die elektrische Leitfähigkeit sollte in das weitere Vorgehen einbezogen werden. Die Funktionalität einfacher Fuzzy Logic Modelle ist anhand von 74 erstellten Datensätzen erfolgreich getestet worden. Vom 4. bis 9. März 2002 fand in einem Betrieb mit zwei parallel arbeitenden AMS Astronaut(r) in einer Herde von 103 melkenden Kühen die Hauptuntersuchung statt. 4 282 Messungen mit LactoCorder(r) low flow-Geräten an 359 Eutervierteln sind einzeln analysiert worden. Nach Entfernung eventuell fehlerhafter oder nicht eindeutig zuzuordnender Datensätze verblieb eine nutzbare Datenbasis von 2 826 Datensätzen, welche an 195 "unauffälligen" und an 41 "auffälligen" Eutervierteln gemessen worden waren. Die statistische Aufbereitung der absoluten Parameterwerte ergab hoch signifikante Differenzen zwischen "unauffälligen" und "auffälligen" Vierteln für die untersuchten Eingangsvariablen Milchbildungsrate, Milchfluss, Zwischenmelkzeit und Leitfähigkeit. Zur weiteren Modellierung wurden 527 aus den Rohdaten berechnete, normierte Datensätze verwendet, weil diese weitgehend unbeeinflusst von störenden individuellen und Umwelteinflüssen sind. Es sind drei verschiedene Ansätze zur Modellierung der normierten Parameter verfolgt, eingehend analysiert und untereinander sowie mit den Alarmmeldungen der AMS verglichen worden. Während Ein-Parameter-Modelle die höchsten Spezifitätswerte aufzeigten, konnten für die Verknüpfung der vier Eingangsvariablen durch Indexmodelle die besten Sensitivitätswerte ermittelt werden. Das optimale Ergebnis erzielte jedoch die Modellierung mit Hilfe von Fuzzy Logic. Sie ergab mit 5,9 Prozent die niedrigste statistische Wahrscheinlichkeit von Fehlklassifizierungen (falschen Diagnosen). Die Alarmliste der AMS wies zwar eine ähnlich geringe Fehlerquote auf, war jedoch zugleich durch eine schlechte Sensitivität charakterisiert. In einer abschließenden vergleichenden Diskussion mit aktuellen Forschungsergebnissen bestätigte sich die Richtigkeit beider Grundannahmen der vorgelegten Dissertation: 1. Aus Daten des Melkprozesses zu ermittelnde, viertelbezogene Parameter eignen sich zur Ergänzung von Leitfähigkeitsmessungen für die Erkennung von Euterkrankheiten. 2. Fuzzy Logic ist eine handliche und wirkungsvolle Methodik zur Modellierung der Zusammenhänge zwischen Melk- und Milchparametern einerseits und der Eutergesundheit andererseits. / The goal of the work was to examine to what extent the evaluation of the udder health in Automatic Milking Systems (AMS) can be improved by the combination of simply measurable data of the milking process by means of Fuzzy Logic. Own investigations were centred on the evaluation of different milking and milk parameters regarding their suitability as input variable of recognition models for udder diseases as well as on the development and optimisation of Fuzzy Logic models. In the context of a preliminary study, it was examined which variables should form the input of the recognition model. For this purpose, besides the collection of the process data of an AMS Astronaut(r), 754 measurements of single udder quarters were accomplished with measuring devices LactoCorder(r) low flow and were individually processed. The evaluation of this data resulted in certain differences between "inconspicuous" (healthy) and "conspicuous" (more ore less ill) udder quarters regarding the quarter-related parameters milk production rate, milk flow and milking interval which are usable for model building. Also the electrical conductivity should be included into further procedures. The functionality of simple Fuzzy logic models was tested successfully on the basis of 74 generated data sets. The main investigation took place in a dairy farm with two parallel working AMS Astronaut(r) in a herd of 103 milking cows. 4,282 measurements at 359 udder quarters with devices LactoCorder(r) low flow were individually analysed. After removal of possibly incorrect data records or those which could not clearly be assigned remained a usable database of 2,826 records measured at 195 "inconspicuous" and at 41 "conspicuous" udder quarters. The statistic analysis of the absolute parameter values resulted in highly significant differences between "inconspicuous" and "conspicuous" quarters for the examined input variables milk production rate, milk flow, milking interval and electrical conductivity. For the further modelling, 527 standardised data sets computed from the raw data were used because these are largely uninfluenced by disturbing individual and environmental determinants. Three different approaches of model building for the standardised parameters were pursued, analysed and compared among themselves as well as with the alerts of the AMS. While the One-parameter-models pointed out the highest specificity values, the best sensitivity values were determined for the linkage of the four input variables by index-models. However, the optimal result of modelling was obtained by Fuzzy logic. It resulted in the lowest probability of false classifications (wrong diagnoses) with 5,9 per cent. The alarm list of the AMS featured a margin of error which was similar low, however, at the same time it was characterised by bad sensitivity. A concluding discussion with current investigation results confirmed the correctness of both basic assumptions of the dissertation: 1. Quarter-related parameters which can be calculated from data of the milking process are suitable as a complement to conductivity measurements for the detection of udder diseases. 2. Fuzzy Logic represents a manageable and effective methodology for modelling the interrelations between milking and milk parameters on the one hand and the udder health on the other hand.

Durch die zunehmende Automatisierung der Tierhaltung gewinnt die Tier-Technik-Beziehung zunehmend an Bedeutung. Es besteht ein wachsendes Interesse am Tierverhalten, den Möglichkeiten des Lernens der Tiere und den Anpassungsstrategien. In der Dissertation untersuchte ich die Melk-, und Milchparameter und das Tierverhalten bei der automatischen Milchgewinnung. Die Messungen haben gezeigt, dass auf die Milchabgabe einzelner Individuen und insbesondere auf deren Euterviertel sehr differenziert einzugehen ist. Das Automatische Melksystem (AMS) vermag auf die speziellen Unterschiede der einzelnen Viertel, im Sinne einer verbesserten Tiergerechtheit, Rücksicht zu nehmen. Ein weiterer wichtiger Aspekt die Tiergerechtheit zu verbessern ist es, eine zuverlässige Prozesskontrolle durchzuführen. Dazu muss zunächst einmal festgestellt werden, wie sich die natürliche Variationsbreite der einzelnen Parameter darstellt, um pathologisch bedingte Abweichungen signifikant erkennen zu können. Die Gewinnung von verlässlichen Aussagen über den Gesundheitszustand von Kühen im AMS setzen voraus, dass verschiedene interdependente Parameter so verknüpft oder deren Messungen sooft wiederholt werden, bis ein intelligentes Entscheidungssystem seine Schlüsse ziehen kann. Dabei ist zu beachten, dass stark auffällige Werte ein hohes Maß an Information haben, aber eine entsprechend geringe Verlässlichkeit aufweisen. Sich wiederholende Werte haben hingegen einen geringen Informationsgehalt, dafür aber ein hohes Maß an Redundanz bzw. Verlässlichkeit, soweit sie nicht durch systematische Fehler entstehen. Für eine zuverlässige Prozesskontrolle kann es manchmal vorteilhafter sein, eine automatisierte Datengewinnung zu installieren, auch wenn der einzelne Parameter (z. B. die Leitfähigkeit) zwar wenig aussagekräftig, dafür aber die Durchführung deutlich zuverlässiger ist als bei Tests, die von Menschen manuell durchgeführt werden. Ähnliches gilt für die Haltungsumwelt von Tieren. Eine durch Automation dominierte Umwelt kann für Tiere deutlich berechenbarer und damit zuverlässiger gestaltet werden. Das bedeutet, dass für die Individuen weniger Stresssituationen mit den für sie unabsehbaren Folgen entstehen. Es sollte aber dabei beachtet werden, dass es zwingend ist, auf die Lerngeschwindigkeit der einzelnen Tiere, in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Lernsituation, einzugehen, um zuverlässige Umweltbedingungen für die Kühe mit einem AMS bereitzustellen. Es konnte weiterhin festgestellt werden, dass das Melken in einem AMS bei den Kühen nicht als belastender Stressfaktor identifiziert werden kann, wenn man die Herzfrequenz als Indikator heranzieht und diese über eine längere Zeit analysiert. Der zunehmende Einsatz von Technik in der Milchviehhaltung kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die Haltungsumwelt der Kühe human und tiergerecht zu gestalten. / Relationship between animal and technology in automatic milk production: Due to the fact of the increasing automation in husbandry systems becomes the relationship between the animal and the technology more and more important. There is a growing interest to know more about animal behaviour, the ability of learning and the coping strategies in such systems. In the thesis I investigated the parameter of milking, of milk and of animal behaviour in an Automatic Milking System (AMS). The measurement has shown that the milk yield differs very much between the quarters of the udder. An AMS has the possibility to take such differences into consideration. This is one step towards more animal welfare. Another improvement of animal welfare is a better control of the process. For that, it is important to have a certain knowledge about the natural variation of different parameters, such as electrical conductivity of the milk, milk ingredients or milk yield. This makes the basis of the identification of anomalies depending on pathological problems. To get a reliable declaration about the state of health one has to connect different interdependent parameters and/or the measurement has to be repeated so often until an intelligent decision system can draw conclusions. Besides it is important to know, that a conspicuous value is highly informative, but it is less reliable, otherwise is an often repeatable value less informative but highly redundant, if there is no systematic failure. For a control of the process it is important to get reliable information, so it is sometimes better to automat the tests, instead of using human knowledge, which is often more informative, but less reliable (i.e. electrical conductivity). There is a similarity in husbandry systems because an automated system can be much more reliable and calculable for animals. That means less stressing situations because of incalculable reactions. For such a reliable environment in an AMS it is necessary to give every cow their individual time to learn the facts about the AMS. The milking in an AMS cannot be identified as a negative stress factor, if one uses the measurement of heart rate for identification. The increasing automation in the dairy husbandry can be an important contribution to create a humane environment for dairy cows and improve animal welfare.