Новая сельхозтехника: технологии будущего

Будет ли в будущем новая сельхозтехника работать без водителей, или в эпоху GPS и сенсоров все же нельзя обойтись без человека? Команда «Интеллектуальная сельхозтехника» занялась поисками ответов на эти вопросы.

Меня будит приятный голос: «Поле готово, подготовиться к выезду на дорогу!» По-моему, я задремал. И здесь нет ничего удивительного: в тот момент, когда я почувствовал усталость, стекла кабины автоматически затемнились и сиденье приняло более удобное положение. В это время трактор и сеялка осуществляли посев самостоятельно, регулярно получая дозагрузку семян от управляемого автоматикой транспорта. Сеялка выдавала необходимое количество семян, сенсоры на культиваторе передавали дозатору удобрений информацию об актуальном содержании питательных веществ в почве. Влажные места с плохим дренажем распознавались камерой, аккуратно объезжались, и их расположение заносилось в память, чтобы позже напомнить об их ремонте. Вмешиваться нет необходимости, и мое присутствие важно только так - на всякий случай.

Новая сельхозтехника? В принципе многое уже возможно и сейчас. Станет ли в будущем борьба со скукой важнейшей задачей при работе на сельхозмашинах? Превратит ли компьютер водителя в бездеятельного пассажира, или управлять техникой смогут только высокообразованные программисты?

Команда исследователей под названием «Интеллектуальная сельхозтехника» в рамках акции «Молодежь постигает сельхозтехнику»  смогла получить информацию от всемирно известного производителя сельскохозяйственной техники о том, насколько «интеллектуальна» техника на сегодняшний день и какие перспективы ее развития предполагаются инженерами. В США участники акции под руководством доктора наук Энрико Зиберта ознакомились с производственными и исследовательскими центрами компании John Deere. Доктор Зиберт внимательно следит за актуальными разработками в области сельскохозяйственной техники, так как эта отрасль развивается наиболее активно. Сельскохозяйственным машинам приходится работать не только на почвах всевозможных типов, но и в различных климатических условиях с многообразием сельскохозяйственных культур. И если за последние 20 лет двигатели, коробки передач, гидравлика, привод и комфорт претерпели захватывающее дух развитие, то теперь мы стоим на пороге другой технической революции: все комплектующие части, механизмы машин, а также выполняемые процессы будут связаны между собой электроникой.

Звезды управляют трактором

В будущем без определения точного месторасположения новая сельхозтехника почти не сможет передвигаться по полю. GPS оказывает практически такое же влияние на развитие сельхозтехники, как и дизельный двигатель. Автоматическая система управления ведет трактор прямо, как по линейке, или параллельно заложенному контуру. «Трактор будет управлять, а водитель - размышлять».

До сих пор 90 % концентрации водителя уходило на осуществление процесса управления. Автоматическая система управления дает водителям возможность сконцентрироваться на оптимизации настроек агрегатов или более быстрой езде. Так как практически не бывает повторных проходов, производительность техники удается повысить без дополнительных затрат топлива или других производственных материалов. Этим всем нужно уметь управлять. Как организовать взаимосвязь человека с техникой? Какой объем информации водитель еще способен принять, как быстро он сможет ее обработать и соответствующим образом отреагировать? Для ответа на эти вопросы инженеры в исследовательских лабораториях с помощью специальных очков следят за движением зрачков водителя во время работы. Из этого делаются заключения о правильности расположения приборов управления.

В затемненных помещениях с помощью 3D-проектора можно увидеть машины, существующие пока только на чертежах. Водитель-испытатель в специальных очках занимает место в кабине трактора и видит все элементы управления в непосредственной близости.

Системы становятся все более производительными. В будущем возможно использование большего количества спутниковых систем, таких  как европейская система Galileo или российская - Glonass, которая в данное время уже доступна. Благодаря новым базовым станциям возможно исправление неточностей, затемнений и отклонений спутника. Корректирующий сигнал поступает через частоты радио- и мобильной радиосвязи. Погрешность составляет до ± 2 см, и необходимое местонахождение можно найти даже спустя годы.

Установленный на новой сельхозтехнике гироскоп определяет уклон местности. Затем происходит перерасчет полученных значений на длину всего агрегата. При движении по наклонной местности, во избежание сноса агрегата вниз, агрессивность управления трактора в противоположную наклону сторону регулируется в зависимости от длины сцепки. Приемник GPS сигнала подает через высевающую балку или штангу опрыскивателя более точную информацию о месторасположении агрегата. Эту информацию можно сразу же использовать для выравнивания движения направляющим дышлом или посредством нижних гидравлических стабилизирующих рычагов. Даже рабочая ширина захвата плугов может быть отрегулирована таким образом. Это обеспечивает не только безупречно ровную борозду, но и «элегантную» вспашку клиньев, если система распознает границы поля.

На разворотной полосе, клиньях или препятствиях разбрасыватели удобрений, опрыскиватели и сеялки включаются и выключаются автоматически, полностью или частично. Такие системы управления, как GPSSwitch или SectionControll, предотвращают пропуски и перекрытия. В настоящее время при опрыскивании можно даже каждую форсунку включать отдельно. Сеялки точного высева оснащены электрическим приводом или электронно переключаемой муфтой сцепления.

При внесении удобрений разбрасывателем на сегодняшний день пока только возможно отключение одной стороны или активирование устройства для разбрасывания на краю поля. Электронная настройка числа оборотов дисков и открытия заслонки позволит в скором времени настраивать рабочую ширину захвата разбрасывателя бесступенчато.

Точность движения прокладывает дорогу новым методам возделывания. С помощью карты памяти или беспроводной связи будет возможна передача точных координат местонахождения от машины к машине. Опрыскиватель проходит во время предвсходовой обработки по будущей технологической колее, которая осенью после стерневой обработки разрыхляется всего лишь двумя зубцами с помощью техники, управляемой GPS.

Во время Strip-Till обрабатываются только отдельные узкие полосы поля. При CTF - Controlled-Traffi c-Farming машины передвигаются всегда точно по одной и той же колее. Уже сегодня водитель может сохранить или с помощью флешки занести в терминал трактора отдельные этапы управления на разворотной полосе. В будущем подержанные трактора все больше будет освобождать водителя от управления ими за счет предварительно запрограммированных настроек, как, например, полностью автоматизированной чистки опрыскивателя. Водитель лишь дает задание «провести чистку», а все остальное происходит автоматически и очень качественно.

В ином случае машина получает непосредственно по мобильной радиосвязи задачу с соответствующими настройками.

Водителю остается лишь держать курс по навигационной системе к следующему месту работы.

Камеры смотрят вперед

Взаимосвязь систем управления и систем ведения трактора на разворотной полосе становится все более тесной. Если учесть то, что трактор разворачивается на краю поля сам, то можно ли уже сейчас считать присутствие водителя лишним? Навряд ли. Одного лишь параллельного ведения с помощью GPS недостаточно, так как оно не предоставляет актуальной информации о месте проведения работ. Для создания серьезной конкуренции водителю техника должна знать, куда ехать, и при этом одновременно «видеть» актуальное положение дел на местности: имеются ли препятствия или изменения со времени проведения последнего рабочего процесса? Следующий важный шаг - это согласование информации о местонахождении с информацией системы управления. В этом направлении сделаны первые шаги: благодаря RowSense на кукурузоуборочном комбайне компании John Deere устройство для распознавания рядов на жатке работает с GPS. Если одной системе недостает информации по причине пропусков и наличия полеглых растений на поле, это автоматически передается другой системе.

«Интеллектуальное» программное обеспечение на новой сельхозтехнике сможет проводить оценку заснятого на видеокамеру кадра и использовать полученную информацию для управления и определения возможной нагрузки на машину. До сих пор автоматические системы координации производительности, устанавливаемые на зерновых и кормоуборочных комбайнах, реагировали на актуальное состояние машин: при высокой урожайности система снижает скорость, если у двигателя и коробки понижаются обороты. Техника, чтобы не «захлебываться», нуждается в резервах.

Опытный водитель сможет издалека увидеть более плотный валок или урожайные места пшеницы и вовремя отреагировать. Но на протяжении рабочего дня его усталость накапливается, в результате чего он начинает вести машину более осторожно. Можно ли способности хорошего водителя перенести на автоматику? На выставке «Агритехника-2009» фирмы Pоеttinger и John Deere впервые представили «предусмотрительные системы» на самозагружающихся прицепах. Данная система принадлежит к дополнительным автоматическим настройкам трактора. Прибор подсказывает трактору направление движения и скорость для оптимальной загрузки. Установленная на Pоеttinger система распознает оптическими сенсорами валок перед машиной и своевременно регулирует скорость. На сегодняшний день водителю приходится настраивать систему самостоятельно, поэтому, как и прежде, без его способностей не обойтись. Ожидается, что в скором времени сенсоры и камеры будут самостоятельно настраиваться на оптимальную работу (самооптимизироваться): они «берут на заметку», например, состояние валка перед машиной и сравнивают данные снимки с соответствующими показателями наклонного транспортера или молотильного барабана.

Так происходит обучение системы: «светлый цвет - низкая урожайность - возможно увеличение скорости» или «плотный травостой темный цвет - высокая урожайность - необходимо снижение скорости». Основанием для этого автоматического регулирования является нечеткая логика, которая преобразует не совсем точные понятия, такие как «больше» или «меньше» в конкретные регулирующие импульсы. Так как на практике на рабочий процесс оказывают влияние многие факторы, есть необходимость воспользоваться и «знаниями экспертов». Так, 10 т сухой пшеницы молотятся легче, чем 8 т недозрелой. На этом пути техники еще борются с банальными проблемами бесконечного потока информации: они вынуждены устанавливать «уничтожители данных». Например, «Терминатор», название которого говорит само за себя: он должен препятствовать распространению «старой», уже ненужной информации в сети.

Робот - друг растений

Специалист по сельскохозяйственной технике - доктор Зиберт - существенный прорыв видит в развитии сенсорной техники. С помощью новых датчиков инженеры пытаются интегрировать знания практиков в автоматическое управление.

Оптические сенсоры для защиты растений: камеры распознают сорные растения или заболевания и включают отдельные форсунки. Обработка площадей происходит так, как будто бы кто-то с ранцевым опрыскивателем прошел по полю и каждый отдельный сорняк оросил индивидуальным гербицидным душем.

Датчик влажности в сочетании с почвенной картой автоматически регулирует необходимую глубину для работы культиватора: по возможности неглубоко, но с необходимым заглублением.

Другие сенсоры влажности при уборке кормовых культур автоматически управляют длиной измельчения.

Инфракрасный сенсор уже сегодня устанавливается на бочках с навозной жижей и измельчителях. Техника применяется для многостороннего анализа. В будущем представляется возможным определение сенсорами содержание сахара в свекле непосредственно во время уборки корнеплодов, что дало бы преимущества при ее сбыте.

Подобные датчики определяли бы непосредственно в комбайне качество пшеницы, например, содержание протеина. Так, в будущем урожай с больших участков можно будет сортировать по качественным характеристикам и раздельно транспортировать и хранить, что также дает плюс при сбыте. При разгрузке бункера по беспроводной связи передается информация об урожае, включая расположение в транспортном средстве непосредственно на бортовой компьютер.

Датчик вибрации «знает» индивидуальные частоты и амплитуды подшипников в машине. При наличии соответствующей базы данных можно распознать не только износ подшипника, но и его жизненный цикл. Целенаправленные ремонтные работы снижают дорогостоящее время простоя, исключая необоснованно преждевременную замену деталей. Посредством телеметрии новая сельхозтехника самостоятельно сообщает ремонтной мастерской, какие запчасти понадобятся в ближайшее время.

Робот с датчиками, реагирующими на растения. Чтобы обеспечить необходимый для той или иной местности уход за растениями, нужно владеть определенной информацией. В недалеком будущем небольшие роботы смогут вести контроль насаждений, постоянно в них передвигаясь и при помощи датчиков оценивая стадии развития растений, влажность, содержание питательных веществ, засорение и пораженность болезнями или вредителями. «Маленькие эксперты по растениям» посылают полученную информацию на стационарный компьютер.

С этими данными можно отрегулировать разбрасыватели удобрений или опрыскиватели под специфику той или иной местности. Сравнение собранных роботом данных с компьютерной моделью роста дает возможность фермеру не только подсчитать будущий урожай, но и просчитать рентабельность предстоящих мероприятий. В общем, робот и модель роста делают то же, что и хороший фермер, только круглосуточно и на большей площади.

Меньше водителей следит за большим количеством машин

Действительно для всех датчиков: полностью автоматизированная машина и в будущем сможет работать пока только в строго ограниченном пространстве, как, например, при опрыскивании фруктовых и рядковых культур, на сенокосе или при кормлении животных.

Кроме того, при обработке почвы или уборке может, как и прежде, случиться много непредвиденного. Даже в будущем ни один компьютер не сможет спуститься с трактора и вынуть камень из прикатывающего катка. Но должна ли каждая машина быть в поле с водителем?

В целях экономии рабочей силы есть идеи создания специальной системы, которая бы предусматривала работу одной машины с водителем в качестве «Мастера». В случае возникновения помех человек перенимает контроль и устраняет ошибки. Скучать не придется! Когда обычно отказывает автоматика? В основном тогда, когда и без того хлопотно!

Мнение: без человека не обойтись

Оптимальная загрузка машины при высоком качестве работы, оптимальный расход удобрений, разгрузка графика рабочего времени: возможности «Новой сельхозтехники» огромны, и это не пустые слова. Компьютер, датчик и роботы делают то же, что делает хороший практик, только круглосуточно и без устали. Но, несмотря на все плюсы, возрастет ли с новыми разработками также склонность сложной техники к поломкам? Возможно ли при помехах вмешиваться самому и перенимать управление?

Также техника безопасности ставит перед разработчиками серьезные задачи. Как быстро заметит автоматически работающий трактор появление в своем радиусе работы человека или животное?

Очевидно, без человека еще долго нельзя будет обойтись. Необходимо бесчисленное количество датчиков, распределительных устройств и компьютерных программ, чтобы заменить одного опытного практика. И, вероятнее всего, некоторые разработки также исчезнут. Не все, что возможно технически, выгодно экономически. Поэтому многие фирмы полагаются не только на электронику. Так, на выставке в Ганновере John Deere представил новую серию особенно простых тракторов...