Автоматизированные системы сбора урожая
Механизация и автоматизация в сельском хозяйстве позволяет в несколько раз повысить производительность труда. Также новые технологии способствует значительному увеличению уровня производства сельскохозяйственной продукции, стремительному росту уровня его качества. Подобные процессы имеют непосредственную связь с применением в данной отрасли индустриальных технологий, а также совершенствования планирования и управления.
Множество животноводческих комплексов сегодня оснащаются потоковыми автоматизированными линиями доения коров и первичной обработке молока, также нередко закупаются системы приготовления, а также линии раздачи корма животным. В помещениях, где размещаются животные, автоматика контролирует климат, системы отопления и водоснабжения помещений.
Системы вентиляции, размещенные в зерно- и овощехранилищах с автоматикой дают возможность значительно уменьшить потери готового продукта при его хранении. А поддержание в теплицах искусственного климата даст возможность начать выращивать овощи даже в областях с очень суровым климатом на протяжении всего года. Вентиляция и температурный режим, которые регулирует автоматизированная система, позволяют достигать необходимой чистоты воздуха, кроме того, система позволяет обеспечить наиболее оптимальный световой режим.
Для успешного развития сельского хозяйства огромное значение играет постоянная подача электрической энергии. В том случае, если линии электрических передач чрезмерно удалены, необходимость обеспечения подобных районов электроэнергией возлагается на дизельные или гидроэлектростанции.
Автоматизация сельского хозяйства – возможность эффективно и оперативно управлять отраслью.
Энергетика и автоматизация в сельском хозяйстве
Сельское хозяйство сегодня просто невозможно представить без применения в нем системы автоматизации промышленных процессов. Постоянно внедряемые в отрасль электронные инновации позволяют весьма значительно увеличить не только производственные мощности, но и объемы реализации продукции. В свою очередь, это серьезно сказывается на прибыли, которую получает предприятие.
Основная проблема, с которой может столкнуться фермер – необходимость непрерывного обеспечения объектов сельского хозяйства бесперебойной энергией. В качестве простого примера приводим инкубаторы, располагающиеся на птицефабриках. В инкубаторе посредством использования термоустройств, а также ламп накаливания формируется микроклимат с постоянной температурой. В свою очередь, специальное поворотное устройство переворачивает яйца для равномерного их прогрева.
Если оборудование перестает действовать, предприятие получит огромные убытки. В таком случае можно использовать альтернативные источники энергии, к примеру обычные генераторы. Как показывает практика, покупка генератора оправдывается – ведь риск потери прибыли несоизмеримо больший.
Общеизвестно, что стоимость дизельных генераторов значительно выше, если сравнивать их с бензиновыми аналогами. При этом нельзя забывать, что получаемая от количества выработанной энергии отдача значительно выше. Да и цена солярки примерно в 1,5 раза ниже, чем стоимость бензина – собственно, это практически полностью покрывает имеющуюся разницу в стоимости бензиновых и дизельных генераторов. Итак, при длительном отключении автоматизированных сельскохозяйственных объектов именно дизельные генераторы превращаются в действительно незаменимый инструмент.
Рекомендуется покупать генераторы, работающие на бензине только в том случае, если наблюдаются кратковременные перебои в подаче электрической энергии. Стоимость бензинового генератора формируется, главным образом, из качества силовых элементов, цены системы зажигания, мощности встроенного двигателя, преобразования и защиты.
Генератор – залог безаварийной и бесперебойной работы сельскохозяйственного бизнеса.
Развитие процессов автоматизации производства
В России существует стратегия машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции. По данной стратегии определена необходимость формирования конкурентоспособного агропромышленного производства, которое обеспечивает не только продовольственную безопасность государства, но также и дальнейшую его интеграцию в сельскохозяйственное мировое производство.
Чтобы сельское хозяйство России было конкурентоспособно по отношению к западным и европейским производителям, требуется внедрение автоматизированных технологий. Техника, которая обеспечивает подобного рода технологии, обязательно должна отвечать всем существующим требованиям прецизионного управления продукционными процессами не только в животноводстве, но также и в растениеводстве.
Автоматизация отрасли как глобальная стратегия развития
Сегодня автоматизация отрасли создает не только научную, но также и технологическую основу, предназначенную для возникновения и дальнейшего развития новейших направлений технического прогресса. Как следствие, очень быстрый рост технической оснащенности, а также успешное развитие микропроцессорной базы (если используются топо-ориентированные технологии), а также новые радионавигационные системы, создают важные предпосылки для успешного развития автоматизации.
Если учесть, что мировой уровень механизации всех основных процессов в отрасли сельского хозяйства вплотную приближается к 100 процентам, дальнейшее развитие сельхозтехники будет характеризоваться более интенсивным использованием методов информатизации, автоматизации, а также использованием робототехнических комплексов.
Впрочем, внедрение интенсивных технологических процессов вкупе со стремлением получить очень высокое качество продукции могут быть ограничены индивидуальными физиологическими человеческими возможностями. По этой причине огромной популярностью пользуются, прежде всего, точные технологии, которые базируются на автоматическом управлении процессами. Для этого в растениеводстве активно используются технические средства. Это позволяет точно позиционировать технику на полях, на базе навигационных и спутниковых систем.
Всего за несколько последних десятилетий автоматизация сельского хозяйства трансформировалась в самостоятельную отрасль техники и науки, которая охватывает теорию, принципы построения, а также способы использования автоматизированных систем управления в отрасли сельского хозяйства, с минимальным человеческим участием.
Главная особенность на данном этапе развития автоматизации – это неразрывная связь техники с биологическими объектами, непостоянными параметрами (во времени) – животными, растениями и почвой.
Очень важно рассматривать связь техники и биологических объектов в качестве человеко-машинной системы, что обуславливается:
- Сложностью и многообразием производственных процессов, разнообразием технологических процессов и техники.
- Распределенностью регулируемых и контролируемых параметров большинства объектов по теплицам или хранилищу со случайными возмущающими воздействиями.
- Рассредоточением техники по большой территории (очень велика удаленность ремонтной базы и низкая квалификация обслуживающего персонала).
Современные производственные процессы сельского хозяйства относятся к технически сложным объектам управления – как правило, это характеризуется на порядок большим числом управляемых, а также контролируемых параметров и действием возмущений, что оказывают влияние на эффективность выполнения подобного рода процессов. Механизаторы своевременно отреагировать на них могут далеко не всегда.
Практика показывает, что ручное управление техникой и технологическими процессами в сельском хозяйстве недостаточно эффективно. Приводим простой пример – чтобы эффективно использовать МТА, тракторист должен управлять:
- Направлением движения агрегата
- Загрузкой двигателя трактора
- Изменением тяговой мощности
- Обеспечить безопасность движения
- Следить за качественным выполнением технологических операций
Соответственно, по мере увеличения рабочей скорости, увеличения ширины захвата МТА увеличивается и сложность управления – как следствие, оператор должен переработать в разы большее количество информации за то же время. Более частое использование органов управления приведет к достаточно быстрой утомляемости – как следствие, оператор может запоздать в принятии решения, находясь за рулем, и эффективность (вместе с качеством) работы сильно снижается.
Все более часто на прямолинейном ходе гона системы используется система автоматического вождения. Пользуются системой GPS, которая обеспечивает точность хождения по прямой – 1,52см.
Еще больше функций накладывается на оператора при управлении техникой на послеуборочной обработке зерна. Перед рабочим персоналом стоит сразу две категории задач:
- Необходимость управления электроприводами автомобилей, а также механизмов при выборе маршрутов обработки зерна. В обязанности операторов входит ликвидация возникающих внештатных ситуаций.
- Необходимость управлять режимами работы множества отдельных машин (контроль более 20 параметров).
Согласно проведенным исследованиям, такое большое количество обрабатываемой информации значительно превышает психофизиологические возможности оператора – как следствие, управлять вручную линиями послеуборочной обработки зерна очень неэффективно (средняя производительность – не более 70%).
Автоматизация в полеводстве
К обобщенным объектам автоматизации в растениеводстве можно отнести технологию получения растениеводческих продуктов. Множество операций и технологических процессов в таких технологиях механизировано – производится при помощи сельскохозяйственных машин, а также их комплексов. Это дает возможность позиционировать их в качестве частных объектов автоматизации.
Сельскохозяйственная техника, которая рассматривается в качестве объекта автоматизации, делится на три категории:
- Поточные линии
- Агрегаты
- Отдельные сельхозмашины.
Автоматизация в животноводстве
Для отраслей птице- и животноводства тоже характерны все группы объектов автоматизации. В частности, речь идет про:
- Автоматизируемые технологии
- Объекты автоматизации
Автоматизированные технологии также разбивают на 3 группы:
- Заготовка, подработка, раздача и хранение кормов
- Выращивание молодняка для воспроизводства стада
- Производство мяса, яиц и молока
Применяющиеся в животноводстве технологии характеризуются общими технологическими процессами:
- Вентиляция и отопление
- Переработка и уборка биологических отходов
- Облучение и освещение животных
- Раздача и приготовление корма
В свою очередь, хранение и заготовка корма включает в себя следующие функции: уход за культурами, уборка, вентилирование и сушка, химическая консервация. А объекты автоматизации включают в себя поточные линии, машины и агрегаты. Они характеризуются большим разнообразием, однако по ряду операций имеют общие черты (раздача кормов, водопотребление и прочее).
Пути развития автоматизации технологических процессов
Пути развития в сфере растениеводства на ближайшей перспективе определяются прогрессивными тенденциями:
- Совершенствование систем механизации
- Совершенствование систем автоматизации
- Совершенствование машинных технологий в целом.
Также к прогрессивным тенденциям в совершенствовании систем автоматизации агрегатов, машин и поточных линий в растениеводстве принято относить переход от использования локальных систем автоматического регулирования и контроля к разработке, а также дальнейшему использованию многомерных систем автоматизированного управления.
Грядет техническое переоснащение – речь идет о переходе к микропроцессорной программируемой технике, которая заменит электронную аппаратную и релейно-контактную технику. Локальные системы автоматического контроля регулирования в отрасли автоматизированного управления играют роль уже подсистем, которые необходимо совершенствовать методом использования эффективных алгоритмов управления.
Автоматизированные системы в микропроцессорном исполнении будут унифицированы – создается единая система для контроля группы схожих объектов. Неодинаковость функций такой системы можно легко устранить программными средствами без необходимости конструктивного изменения систем.
Существенное расширение областей использования средств автоматики в растениеводстве (на перспективу) обуславливается появлением все новых и новых средств механизации, а также отдельных машинных технологий. К подобным технологиям принято относить:
- Технологию уборки, послеуборочной обработки урожая зерновых культур
- Технологию дифференцированного внесения удобрений.
В животноводческой отрасли это – производство, а также разработка технических средств для приготовления точного (по созданной программе), а также сбалансированного состава кормов для различных групп птицы и животных. В кормах используются микродобавки (в том числе лечебно-профилактические). Также необходимы средства доставки корма до каждого животного в установленное время.
Основные проблемы, которые на данном этапе развития сельскохозяйственной отрасли требуют немедленного решения:
- Создание микроклимата с требуемыми параметрами в помещении, а также в зоне содержания животного
- Достижение надежности идентификации и позиционирования животных
- Экологические аспекты перечисленных проблем.
Основные направления для успешного развития автоматизации в животноводстве и растениеводстве – организация, а также массовое использование робототехнических систем в отрасли. На современном этапе развития России такие работы получили только начальное развитие. Как следствие, применение средств робототехники требуется в процессах, которые вредны для человека (использование, а также хранение минеральных удобрений и средств химзащиты растений, протравливание перед посевом зерна), а также в задачах, что требуют серьезных трудовых затрат (яркий пример – сбор урожая готовой продукции).
Информатизация, а также автоматизация отрасли сельскохозяйственного производства сегодня – это приоритетное направление современного научно-технического прогресса. Стремительное и массовое их развитие способствует:
- Быстрому развитию и использованию достижений биотехнологии генной инженерии
- Созданию интегрированных систем защиты животных и растений
- Интенсификации продуктивности птицы и животных
- Технологий управления и мониторинга природных ресурсов
- Программированию урожая в агро-ландшафтных системах.
Если учесть постоянную и неразрывную связь технических средств с животными, потребуется своевременно активизировать работы, направленные на создание приборной базы, предназначенной для измерения и контроля определенного количества биологических параметров. Также нужно отметить, что на данном этапе развития примерно 20 процентов разных параметров в сельскохозяйственном производстве недопустимо непосредственному измерению, ведь до сих пор для них не удалось разработать даже первичных преобразователей. Датчики и приборы необходимо ставить на биообъектах – такое оборудование должно иметь небольшой вес, размеры и, разумеется, высочайшую надежность, способность работать в агрессивных средах.
Чтобы выполнить поставленные технологические операции, в отрасли животноводства используется огромное количество автомобилей, половина их которых не может быть модернизирована до применения здесь средств автоматизации. Максимум внимания необходимо уделить высокому уровню защиты от перегрузки оборудования.
Автоматизация и механизация – это важные, неотъемлемые части ресурсосберегающих интенсивных технологий производства продукции, а также малоотходных технологий разработки, реализации и хранения. Новые интенсивные технологии дадут возможность в разы повысить продуктивность отрасли животноводства и растениеводства (по подсчетам экспертов – 2,5 раз), а также вдвое сократить трудозатраты. Впрочем, это недостижимо без поисковых, а также фундаментальных исследований.
Население Земли уже превышает 7,3 миллиарда, и продолжает расти. По оценкам ООН, к 2050 году на планете будет проживать 9,7 миллиарда человек. Одна из проблем, стоящая перед человечеством - как прокормить такое громадное население. Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (Food and Agriculture Organization, FAO) прогнозирует, что для этого в ближайшие десятилетия потребуется увеличить производство продуктов на 70 процентов.
Добиться такого роста, конечно, непросто, однако инженеры и фермеры уже работают над этой задачей и ищут способы ее решения с помощью технологий точного земледелия (Precision agriculture, PA) и "умного" фермерства (Smart Farming).
Сельское хозяйство - древнейшая отрасль в истории человечества, но технологический прогресс ей совсем не чужд. После промышленной революции XIX и XX веков, на смену ручным орудиям и плугам на конной тяге пришла техника на бензиновых двигателях и минеральные удобрения.
Сейчас мы на пороге четвертой промышленной революции и новых фундаментальных перемен в сельском хозяйстве, которые произойдут с внедрением киберфизических систем, Интернета вещей (IoT), облачных вычислений и когнитивных технологий.
Что же такое "умное" фермерство?
Под этим понятием подразумевается включение передовых технологий в существующие методы ведения сельского хозяйства для повышения эффективности производства и качества сельскохозпродукции. Как дополнительный бонус - улучшение качества жизни сельхозработников за счет сокращения тяжелого физического труда и монотонных операций.
Достижения технического прогресса могут пригодиться практически на всех этапах земледелия: от посадки сельхозкультур и их полива до поддержания здоровья всходов и сбора урожая. Уже внедряемые и грядущие сельскохозяйственные технологии можно разделить на три основные категории, которые и станут основой "умного" фермерства - это автономные роботы, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) или дроны, и различные IoT-датчики.
Как же передовые технологии меняют сельское хозяйство, и какие дальнейшие инновации ждут нас впереди?
Вкалывают роботы.
Автоматизация и замена людского труда роботами - распространенная тенденция во многих отраслях, и сельское хозяйство не исключение. Фермерство - трудоемкое занятие, с большим числом однообразных, частоповторяющихся действий, а значит - это идеальная сфера для робототехники и автоматизации.
Фермерские хозяйства уже применяют сельскохозяйственных роботов для различных задач - посева, полива, сбора и сортировки урожая. "Умная" техника продолжает совершенствоваться и в будущем позволит увеличить объемы сельхозпродукции и повысить ее качество при меньшем использовании человеческих ресурсов.
Беспилотные тракторы
Тракторная техника - основа любого фермерского хозяйства. Она используется для самых различных задач, в зависимости от типа фермы и имеющегося вспомогательного оборудования. Технологии беспилотного транспорта стремительно развиваются, и тракторы, по всей видимости, одними из первых превратятся в автономные.
Конечно, поначалу без человека не обойтись. Люди будут вводить картографические данные и задавать границы полей, программировать траекторию движения с помощью специальных программ и определять другие параметры работы беспилотных тракторов. Также, люди потребуются для ремонта и технического обслуживания.
Однако со временем, возможности беспилотных тракторов расширятся, и они станут более автономными. В них появятся дополнительные камеры, системы компьютерного зрения, GPS-навигация, подключение к интернету для дистанционного мониторинга и управления, технологии лазерного сканирования LIDAR для обнаружения препятствий и предотвращения столкновений.
По прогнозам компании CNH Industrial, в 2016 году представившей концепт беспилотного трактора, в будущем подобная техника сможет самостоятельно использовать оперативную информацию с метеорологических спутников, чтобы автоматически определять наилучшие условия для работы, вне зависимости от команд человека и времени суток.
Высев и посадка
При точном высеве оба условия максимально соблюдаются. Технологии геокартирования в сочетании с данными датчиков о качестве почвы, ее плотности, уровне влажности и плодородности помогают свести на нет фактор случайности. С их помощью у семян наилучшие шансы на всхожесть, рост, а значит, и урожайность.
В будущем прецизионные сеялки будут использоваться совместно с беспилотными тракторами и IoT-системами, передающими информацию о ходе сева фермеру. Таким образом, всего один человек сможет засевать целые поля, наблюдая за работой многочисленных машин с помощью видеотрансляции или цифровой панели управления на компьютере или планшете/
Автоматический полив и орошение
Широко используемое подпочвенное капельное орошение уже позволяет фермерам контролировать, когда и сколько воды получают сельхозкультуры. Добавив в системы орошения IoT-датчики, следящих за уровнем влажности почвы и состоянием растений, фермеры сделают ее практически полностью автономной. Вмешиваться в процесс потребуется лишь в случае каких-то проблем.
Прополка и уход за растениями
Борьба с сорняками и вредителями - важная составляющая возделывания сельхозкультур, также может быть поручена автономным роботам. Несколько экспериментальных систем такого рода уже существует. Например, четырехколесный полевой робот BoniRob. Он передвигается по полю, ориентируясь с помощью спутниковой навигации и лазерных локаторов LiDAR. Пользуясь камерами и технологией машинного обучения, BoniRob следит за всходами, оценивает их состояние, находит среди растений сорняки и уничтожает их. В будущем ИИ-возможности полевых роботов станут еще шире, и они полностью избавят людей от ручной прополки, а также необходимости следить за состоянием сельхозкультур.
Еще один пример - автоматизированный культиватор, созданный специалистами Университета Калифорнии в Дэйвисе (UC Davis) в рамках научного проекта Smart Farm. Система немного отличается от BoniRob. Передвигающийся с помощью трактора культиватор оснащен системой визуализации, которая распознает флуоресцентный краситель на всходах и таким образом отличает сельхозкультуры от сорных растений. Сорняки без маркера уничтожаются.
Подобная технология подойдет и для борьбы с вредителями. С помощью сенсоров, камер и распылителей такие системы смогут находить вредных насекомых, распознавать их и уничтожать инсектицидами.
Фермерские хозяйства, оснащенные этими и другими роботами, беспилотными тракторами и IoT-системами смогут работать почти сами по себе.
Сбор урожая
Для сбора урожая сильхозкультур важны своевременность, хорошая погода и оперативность. Фермерские хозяйства используют разнообразные машины для уборки, многие из которых можно автоматизировать. Нужно лишь адаптировать технологию беспилотных тракторов и снабдить комбайны и прочую уборочную технику передовыми сенсорами, а также подключенными к интернету IoT-датчиками. Машины смогут автоматически приступать к работе, как только для уборки урожая наступят идеальные условия.
Технологические достижения особенно пригодятся для уборки нежных фруктов и овощей, при которой нужен более деликатный подход. Инженеры уже работают над такими системами. Например, в компании Panasonic создан прототип робота для автоматизированного сбора помидоров. При помощи камер и алгоритма анализа цвета и формы он умеет распознавать плоды и определять зрелые томаты.
Робот Panasonic собирает помидоры, срезая их со стебля, но инженеры также пытаются создать роботов, которые могли бы аккуратно обхватывать фрукты и овощи, не повреждая их нежную кожицу.
Другой путь выбрали в компании Abundant Robotics: их прототип роботизированного сборщика яблок, который тестируется в США, действует по принципу пылесоса и засасывает спелые плоды, находя их с помощью компьютерного зрения.
Это только несколько примеров из десятков перспективных роботов, которые скоро возьмут на себя уборку урожая, освободив от тяжелого труда людей.
Беспилотники: высоко сижу, далеко гляжу
Какой фермер не хотел бы видеть свои поля с высоты птичьего полета? Если раньше для аэрофотосъемки сельхозугодий приходилось прибегать к услугам вертолета или малой авиации, то теперь сделать то же самое можно с помощью дронов, оснащенных камерами. И денег на это потребуется гораздо меньше.
Технологии обработки изображений не стоят на месте, и сегодня на рынке доступны БПЛА-системы с самыми разнообразными камерами - от стандартных до самых передовых, с поддержкой сверхвысокого разрешения, возможностью съемки в инфракрасном или ультрафиолетовом спектрах и даже в гиперспектральном режиме.
Данные, получаемые с помощью дронов, позволяют оценивать состояние сельскохозкультур и качество почвы, планировать посевные площади, оптимизируя использование ресурсов и земли. Также регулярная полевая съемка помогает при выборе схем посадки и орошений, картографировании сельскохозяйственных угодий и в других аспектах фермерской деятельности.
Впрочем, беспилотники полезны не только своими возможностями фото- и видеосъёмки. Среди других сценариев использования - посев и опрыскивание.
Несколько компаний и групп ученых работают над БПЛА, которые с помощью сжатого воздуха могут разбрасывать капсулы с семенами и удобрениями. В частности, подобные проекты с применением дронов реализуют компании DroneSeed и BioCarbon. Их цель - восстановление лесов, но данный способ нетрудно адаптировать и для высадки различных сельхозкультур. Флотилия дронов под управлением IoT-датчиков и ПО для автономной работы могла бы высаживать растения в идеально подходящих для них местах с наилучшими условиями для более быстрого роста и высоких урожаев.
Также дроны могут применяться для опрыскивания сельскохозкультур. При помощи GPS, систем лазерного измерения и ультразвукового позиционирования БПЛА могут легко регулировать высоту и зону полета с учетом таких параметров, как скорость ветра, топография и география местности. Это позволяет дронам проводить опрыскивание более эффективно, с большей точностью и меньшими потерями.
Например, китайская компания DJI создала БПЛА-систему Agras MG-1 специально для опрыскивания сельхозкультур. В комплекте с дроном предусмотрена емкость на 10 литров, которую можно наполнить жидкими пестицидами, гербицидами или удобрениями. Максимальная скорость полёта Agras MG-1 - 40 км/ч., максимальная дальность и высота - 1 км и 150 м. Микроволновый радар позволяет дрону сохранять правильное расстояние от посевов и обеспечивать равномерное распыление. Как заявляет производитель, Agras MG-1 может работать в автономном, полуавтономном или ручном режимах.
Дроны для контроля в реальном масштабе времени и анализа
Еще одна полезная функция дронов - возможность с их помощью вести дистанционный мониторинг и анализировать состояние полей и растущих на них культур. Несколько дронов способны заменить целую армию работников. Людям не нужно будет постоянно разъезжать по полям для визуальной оценки состояния всходов.
Получая такие данные по интернету, фермеры смогут выезжать в поля лишь по каким-то неотложным поводам, действительно требующим внимания, и не терять время на осмотр здоровых растений.
Впрочем, пока сельскохозяйственным дронам далеко до совершенства. Дальность и время полета у большинства моделей меньше, чем требуется фермерам. Даже самые "выносливые" БПЛА могут проводить в воздухе лишь около часа, а затем им требуется подзарядка аккумуляторов.
Кроме того, цены на сельскохозяйственные дроны еще "кусаются". Например, покупка одной из самых передовых на сегодня моделей Precision Hawk Lancaster обойдется в 25 тысяч долларов. Конечно, есть и менее дорогие БПЛА, но их комплектация зачастую скромная и не включает необходимое фермерам передовое фото и видео-оборудование или приспособления для опрыскивания.
Подключенная ферма: датчики и Интернет вещей
Автономные сельскохозяйственные роботы и дроны принесут фермерам много пользы, но по-настоящему "умной" ферму будущего сделают IoT-технологии.
Под термином Интернета вещей понимается концепция вычислительной сети физических предметов ("вещей"), оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия и обмена данными друг с другом и внешней средой. IoT-технологии уже внедряются на практике в виде домашних смарт-устройств с поддержкой цифровых голосовых ассистентов, "умной" медицинской техники и промышленного оборудования.
На "умных" фермах сенсоры будут внедряться на каждом из этапов сильхозпроизводства и во всех видах оборудования. Полевые датчики будут собирать данные об уровне освещения, состоянии почвы, орошении, качестве воздуха и погодных условиях. Информация будет направляться фермеру или напрямую сельскохозяйственным роботам в полях. Группировки роботов, оснащенные собственными датчиками и навигационным оборудованием, будут курсировать по полям и реагировать на поступающие им сигналы о необходимости прополки, полива, обрезки или сбора урожая. Кроме того, с воздуха за полями будут следить дроны, генерируя карты, которые будут служить руководством к действию для роботов и помогать фермерам планировать дальнейшие сельхозработы.
За счет всех этих инноваций возрастут объемы производства сельскохозяйственной продукции и качество продуктов питания.
Аналитическая компания BI Intelligence прогнозирует, что количество используемых в сельском хозяйстве IoT-устройств вырастет с 30 миллионов единиц в 2015 году до 75 миллионов в 2020-м. Также ожидается, что к 2050 году "умные" фермы будут ежедневно производить 4,1 миллиона замеров против всего 190 тысяч в 2014 году.
Вооруженные растущими массивами данных от "умного" оборудования и датчиков, а также сетевыми технологиями для обмена информацией, фермеры смогут видеть все аспекты деятельности своих сельхозпредприятий, понимать, какие растения здоровы, а каким требуется внимание, какие поля нуждаются в поливе, а где пора собирать урожай.
В этом материале затронута лишь верхушка айсберга - выращивание сельхозкультур. Не меньшие возможности для передовых технологий и в области животноводства. Если каждая ферма превратится в "умную", то цель по 70-процентному увеличению производства продуктов станет вполне выполнимой.
Автоматизированные системы все чаще применяются в аграрной сфере, прежде всего - для учета деятельности хозяйства. И если большие и некоторые средние хозяйства давно пользуются разными учетными программами, то среди фермеров и мелких хозяйств таких существенно меньше.
Не последнюю роль в малой частоте компьютерных систем у аграриев играет отсутствие программ, доступных как по цене, так и по затратам при внедрении. Кроме того, многим аграриям просто не нужны большие функциональные возможности ряда программ, а потому возникает резонное замечание: зачем платить больше за то, чем не будешь пользоваться?
Именно такая ситуация служит причиной потребности в узкоспециализированных решениях, которые будут доступные даже для малых хозяйств.
Дальше в серии статей речь будет идти преимущественно об автоматизации в растениеводстве, а именно при выращивании ягод, фруктов и овощей. Но и в некоторых других близких сферах также могут быть использованы предложенные решения.
Какие задачи ставят аграрии перед автоматизированной системой?
Применение информационных технологий должны позволить:
- отказаться от бумажного учета и осуществления рутинных операции, например, подсчетов результатов работы на калькуляторе;
- повысить производительности работы основных работников и вспомогательного персонала, который приведет к получению дополнительного дохода;
- повысить и оптимизировать занятость бухгалтерского и управленческого персонала;
- повысить удовлетворенность и лояльность нанимаемых работников;
- увеличить качество работы и ценности собранной в оптимальные сроки продукции.
Эти и другие задачи решают такие системы как аппаратно-программный комплекс "МиниСофт Урожай" компании "МиниСофт" (г. Винница, Украина).
. Когда рассуждения заходят об уровне автоматизации в России и зарубежных странах, обычно приводятся цифры о количестве сельхозтехники на гектар, и они на первый взгляд удручают. Так, по последним данным Росстата, в России на тысячу гектаров пашни приходится 3,1 трактора и два комбайна, тогда как в США этот показатель составляет 25,9 тракторов и 17,9 комбайнов, а, скажем, в Германии – 65 тракторов и 11,5 комбайнов.
Равняться ли на Запад?
Но прежде чем сетовать на низкий уровень оснащенности техникой, необходимо вспомнить, что сама структура российского агросектора принципиально отличается от западной. У нас принципиально разные категории производителей: в России это, в основном, агрохолдинги, на Западе – фермерские хозяйства, малый и средний бизнес. Это приводит к тому, что за рубежом даже в самом маленьком хозяйстве присутствует техника, полностью закрывающая все технологические сезонные операции, и в целом количество сельхозтехники на гектар на порядок выше.
Причина в том, что количественную оценку провести достаточно просто, а критерии качественной не очень понятны. Мне кажется, имеет смысл оценивать по уровню энергонасыщенности и автоматизации операций, проводимых по принципам точного земледелия. Это будет подразумевать наличие энергонасыщеных машин, которые могут собирать и анализировать данные на конкретных участках поля, а также выполнять работы, основываясь на получаемых точных заданиях/предписаниях и так далее.
От автоматизации к цифровизации
Нередко при попытках оценить уровень автоматизации и цифровизации возникает вопрос, где между ними граница и есть ли она? Наличие техники, способной собирать и обрабатывать данные, это еще автоматизация или уже цифровизация? И на каком этапе происходит переход от одного к другому.
На самом деле четкую границу провести сложно, да и вряд ли нужно. По сути, это два этапа одного и того же процесса. Все начинается с автоматизации работы машины с целью устранить по максимуму негативное влияние человеческого фактора. С одной стороны, достигаются максимально комфортные условия для работы оператора, с другой – благодаря геопозиционированию, системе автоматического и параллельного вождения и другим технологиям машины работают под контролем и минимизируют возможные ошибки оператора.
Второй этап – переход от автоматизации к автономности, когда данные сначала пересылаются на машину, на основании полученных данных машина выполняет работу, затем данные собираются с нее же и анализируются – так мы получаем информацию об урожайности, расходе топлива, семян, удобрений и пр. на конкретных участках поля. Это позволяет включить более точный контроль, давать рекомендации по итогам анализа, выстраивать прогнозы и в конечном счете повышать эффективность. Например, если не задавать единую норму расхода удобрений на все участки поля, а делать ее дифференцированной в зависимости от состояния всходов, можно получить и экономию, и повышение урожайности. По сути, о цифровизации правомерно говорить тогда, когда появляется автономность – то есть оператор ставит машину в поле, а все остальное машина делает сама. И этого уровня мы уже достигли – сейчас есть такая техника и хозяйства, которые ее используют.
Это актуальный тренд, и он будет активно развиваться. Например, машина может сама фиксировать, сколько часов проработал оператор, сама списывать конкретное количество топлива и передавать данные для начисления зарплаты – в этом ничего сложного нет, все технологии уже реализованы. Так что тенденция будет только набирать обороты.
Понятно, что крупным агрохолдингам включиться в нее проще, чем небольшим фермерским хозяйствам, и здесь как раз может оказаться полезным западный опыт. Например, во Франции мало на каких фермах есть большие и дорогостоящие кормоуборочные комбайны – фермеру проще заплатить за уборку по контракту, чем держать собственную технику. У нас похожая практика существовала еще в СССР – вспомните машинно-тракторные станции, с которых техника распределялась по разным колхозам.
Перспективы подобного подхода активно обсуждались – были планы по организации кластеров для аренды сельхозтехники, но до практической реализации, насколько мне известно, дело пока не дошло. Между тем экономически это целесообразно, хотя определенные сложности вносит случайный фактор, который в сельском хозяйстве довольно весом. Зачастую фермеру неизвестно, когда именно будет уборочная или посевная – погода легко может скорректировать планы. Соответственно, арендовать технику на конкретные даты тоже не получится – если график поплывет, она будет не нужна.
Словом, перспективы есть, а как их реализовать на практике – это важная и интересная задача, которую предстоит решить.
Холдинг, как и другие сельхозпроизводители, сталкивался с распространенной проблемой разрыва, который возникает между поставленной агрономом задачей и ее исполнением в поле. Например, агроном даёт точное задание оператору по внесению удобрений, чтобы он вносил разные нормы на разных участках поля, но тот сделал все по-своему, и проконтролировать этот процесс нет никакой возможности. Случается и так, что оператор подправляет нормы в ходе проведения работ – например, в начале поля ему кажется, что бака с удобрениями на всю площадь не хватит, и он уменьшает дозу. Ближе к концу в баке остается больше удобрений, и он увеличивает дозу. В результате на части поля растения недополучают нужные вещества, а на части – получают слишком много.
Все это, разумеется, влияет на урожайность. Допустим, агроном планирует, что по расчетам урожайность должна быть в среднем 50 центнеров с гектара: 40 на плохих участках и 60 – на хороших. Но по итогам уборочной цифры отличаются от плановых, и причина не очень ясна.
Использование системы исключило подобные ситуации. Агроном сам вводит в систему задачу по севу, вносению удобрений, СЗР и т.п. на конкретных участках поля в конкретном объеме. Система сама дифференцированно вносит вещества, проводит дифференцированный сев, дифференцированное опрыскивание. Оператор не может вмешаться в этот процесс, его роль в отношении норм внесения сильно лимитирована.
Все данные автоматически фиксируются и документируются: погода, влажность, урожайность, нормы внесения и многое другое. В результате у агронома есть больше информации для принятия правильных решений. Кроме того, это помогло сформировать более четкий и прозрачный документооборот. Ранее большинство документооборота делалось на бумаге, так что возникали погрешности. Теперь составленный план сразу отражается в системе 1С, а из 1С все данные передаются на машины. Далее информация о расходе топлива, удобрений и т.п. с техники сразу идет опять-так в 1С. В итоге руководитель видит в режиме реального времени, как проходит посевная или уборочная, превышают ли расходы запланированные цифры. Экономится время и сокращается количество ошибок в документах.
Холдинг получил комплексный производственный учет: агрономы, агроаналитики, экономисты работают в едином информационном пространстве.
Третье преимущество системы заключается в том, что она может собирать данные с машин разных производителей – да, она заточена под технику John Deere, но способна получать информацию о расходе топлива, позиционировании и т.п. и с решений других производителей. Это избавляет хозяйство от необходимости менять весь парк при переходе на новые технологии. Кроме того, за счет этой опции управление подвижным парком становится более прозрачным.
Есть и другие, уже более специфичные преимущества, которые могут быть реализованы в ближайшее время – например, при внесении жидких удобрений на разные участки может вноситься одна и та же масса удобрения с разным содержанием полезных веществ, потому что густые слои в баке находятся внизу, а жидкие – вверху. Система контролирует не просто количество внесенных удобрений, а их состав, то есть на одних участках поля будет вноситься, скажем, 0,5 кг, а на других – 2 кг на квадратный метр.
Автоматизация: препятствия и перспективы
Несмотря на мощную государственную поддержку автоматизации и цифровизации агрохолдинга, на пути к ним приходится преодолевать препятствия, что естественно для любого процесса развития.
Часто сами хозяйства проявляют чрезмерную осторожность и неохотно внедряют новшества. Отчасти это объясняется ситуацией, которая возникла в России в 2005 году, когда шла бурная волна внедрений в сельском хозяйстве, инвестировались серьезные средства, но результаты отличались от ожидаемых. Поэтому сейчас разработчикам современных решений для агросектора имеет смысл продолжать диалог с хозяйствами и рассказывать им о новых инструментах.
Полной автоматизации отдельных процессов добились в 45% хозяйств, а цепочка процессов автоматизирована еще в 23% компаний. При этом 32% респондентов используют передовые системы учета (CRM, ERP), 25% – облачные информационные технологии, 16% – программы по обработке больших данных.
Еще одно препятствие – страх исполнителей, что техника вытеснит человека, отнимет рабочие места. Он проявляется в связи с трендом на цифровизацию не только в сельском хозяйстве, но и практически во всех отраслях, где идут внедрения. И здесь опять-таки помогут образовательные программы. Да, структура поменяется, но это не значит, что необходимость в операторах отпадет, просто развитие базовых компетенций выходит на другой, более профессиональный уровень. Грубо говоря, при должной подготовке с помощью современных автоматизированных машин операторы смогут получить большую выработку и большую зарплату. И это тоже нужно рассказывать, объяснять и показывать на конкретных примерах.
Ответить на эти запросы и помочь преодолеть барьеры могут поставщики техники, способные предложить полный комплекс техники для автоматизации по всей цепочке. Наладить обмен данными между машинами в рамках одного производителя проще, чем интегрировать технику разных производителей. Но это ни в коем случае не директива – мировое сообщество идет к единой базе и единым стандартам, этот тренд также распространяется на Россию. Поэтому решения могут быть и от разных поставщиков, важно, чтобы существовала единая система для их интеграции. Словом, точное земледелие не просто достижимо – оно уже превратилось в реалии сегодняшнего дня: есть поддержка правительства, есть необходимые решения, есть запрос со стороны хозяйств. Важно все это объединить и реализовать.
(Автор: директор по маркетингу John Deere в России и странах СНГ Михаил Маклаков).
Читайте также: