Nowoczesne maszyny rolnicze i pojazdy autonomiczne w rolnictwie. Co potrafią? Czy rosną ich ceny?

2019-05-14 12:25 dr inż. Jacek Skudlarski, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Konstrukcje nowoczesnych maszyn rolniczych umożliwiają
Autor: gettyimages Konstrukcje nowoczesnych maszyn rolniczych umożliwiają wykorzystanie technologii rolnictwa precyzyjnego

Nowoczesna produkcja rolna określana mianem Rolnictwo 4.0 korzysta z wielu technologii. W te rozwiązania wpisują się m.in. pojazdy autonomiczne, innowacyjne maszyny rolnicze - konstrukcje nowoczesnych ciągników rolniczych i maszyn z coraz wyższym stopniem elektronizacji i automatyzacji. Jakie możliwości mają nowoczesne maszyny rolnicze?

Cen pojazdów używanych w rolnictwie na koniec roku 2019

Jedna z platform oferująca używane pojazdy i maszyny budowlane podsumowała trendy cenowe na koniec roku 2019. Z analizy w ostatnim półroczu wartości maszyn i sprzętu na rynku europejskim, specjaliści firmy Tradus zauważyli, że w przypadku maszyn wykorzystywanych w rolnictwie ceny spadły średnio o 3,5%. Niektóre maszyny żniwne odnotowały dwucyfrowy spadek cen, ale inne stały się o 9% droższe. Przykładowo, cena kombajnów New Holland TX znacznie wzrosła (+9%), a modele CR New Holland staniały (-13%). Podobny obraz zaobserwowano w przypadku ciągników: Fendt Favorit stał się droższy, a Fendt Farmer odwrotnie. Eksperci przewidują jednak, że wiosną 2020 nastąpi wyraźny trend wzrostowy.  

Z kolei ceny pojazdów transportowych spadły średnio o 1,5%. Bardziej stabilne okazały się ceny ciężarówek (spadek średnio o 0,4 procent) niż ciągników (-2,5%). Mimo że ceny samochodów ciężarowych również nieco spadały, niektóre modele, takie jak Volvo FH czy MAN TGL, były od 4-5% droższe.

Cyfryzacja przemysłu określana jako Przemysł 4.0 na dobre zakorzeniła się w świadomości przedsiębiorców. Podobny trend ma miejsce w rolnictwie – rolnictwo precyzyjne, internet rzeczy, pojazdy autonomiczne, przechowywanie danych w chmurze, Big Data czy sztuczna inteligencja oferują szereg narzędzi, które rewolucjonizują produkcję rolną.

Maszyny rolnicze

Rolnicy oraz przedsiębiorcy rolni podobnie jak przemysłowcy zainteresowali się inteligentnymi rozwiązaniami, które umożliwiają racjonalizację zużycia środków produkcji, monitoring upraw, zwierząt oraz parku maszynowego, a zarazem wspomagają podejmowanie decyzji produkcyjno-biznesowych.
Nowoczesna produkcja rolna określana mianem Rolnictwo 4.0 korzysta z wielu innowacyjnych technologii. Pierwszymi były programy wspomagające podejmowanie decyzji w gospodarstwie, które obecnie znacznie ewoluowały i są dostępne w internecie.
Można z nich korzystać zarówno za pomocą komputerów stacjonarnych, jak i urządzeń mobilnych (smartfonów, tabletów). Bazują one coraz częściej na technologiach chmurowych, do których trafiają dane z czujników umieszczonych na polach, zwierzętach czy maszynach. Dane tego typu są uzupełniane obrazami pozyskiwanymi z satelitów oraz dronów, a także informacjami wprowadzonymi przez użytkownika. Specjalistyczne oprogramowanie ustala na ich podstawie zalecenia dotyczące dawek nawozów mineralnych czy obsad roślin na hektar, które w postaci tzw. map aplikacyjnych są wgrywane do pamięci terminali pokładowych sterujących pracą rozsiewaczy do nawozów lub siewników. Maszyny te dysponują rozwiązaniami umożliwiającymi działanie w trybie automatycznym na podstawie sygnału GPS.

Maszyny rolnicze i technologie GPS

Technologie satelitarne były milowym krokiem w rozwoju rolnictwa, umożliwiają one bowiem wskazywanie z dość dużą precyzją geograficznego miejsca położenia maszyny w czasie rzeczywistym, które dzięki temu mogą być prowadzone po określonej trajektorii w trybie automatycznym na podstawie sygnału GPS, z dokładnością nawet do 2–3 cm. Poprzez połączenie informacji o położeniu geograficznym agregatu na polu z danymi z czujników umieszczonych na maszynie tworzone są mapy zasobów informacyjnych, np. mapy plonu uzyskiwane z kombajnów zbożowych i sieczkarni, dzięki którym rolnik ma dostęp do informacji dotyczących zmienności plonowania na danej działce, może również identyfikować mniej produkcyjne strefy pola.

Nowym trendem oferowanym przez technologię GPS jest zmienna aplikacja nawozów mineralnych dopasowana do potrzeb roślin w danej części pola. Jednocześnie nowoczesne rozsiewacze oferują możliwość automatycznej zmiany szerokości rozsiewania na podstawie sygnału GPS. Ma to zastosowanie podczas pracy na uwrociach pola i jest podyktowane głównie aspektami związanymi z ochroną środowiska.

Prowadzenie agregatów maszynowych po polu z użyciem sygnału GPS pozwala na pełne wykorzystanie ich szerokości roboczej, co sprzyja wzrostowi wydajności i zmniejszeniu nakładów pracy, eliminuje również nakładki i omijaki.

Maszyny rolnicze i nowoczesny sprzęt

Ważnym elementem w rolnictwie precyzyjnym są nowoczesne ciągniki i maszyny, z którymi można zintegrować systemy informatyczne umożliwiające monitoring procesów produkcyjnych oraz zarządzanie różnymi działami gospodarstwa (produkcja, magazyny, finanse). Dzięki temu maszyny, pracownicy i całe gospodarstwo mogą osiągać maksimum wydajności.

Nowoczesny sprzęt rolniczy cechuje wysoki udział elektroniki i automatyki, które umożliwiają ich działanie zarówno w trybie manualnym, jak i automatycznym. Poprawia to komfort pracy operatora, a zarazem sprzyja wzrostowi wydajności. Systemy elektroniczne umożliwiają podgląd aktualnych ustawień maszyn, a także zbierają i archiwizują informacje o przebiegu jej działania (sumaryczny czas pracy, średnia wydajność, godzinowe i całkowite zużycie paliwa itp.). Możliwy jest również monitoring maszyny na odległość za pomocą systemów telematycznych.
Działają one w połączeniu z nawigacją GPS i pozwalają zarządzającemu parkiem maszynowym na pełny podgląd na pracę poszczególnych operatorów i wybrane przez nich parametry agregatów maszynowych.

Ciągniki rolnicze w systemie rolnictwa precyzyjnego

W system rolnictwa precyzyjnego szczególnie wpisują się ciągniki rolnicze o wysokim stopniu zaawansowania technicznego. Wyróżnia je elektroniczne sterowanie pracą silnika, skrzyni przekładniowej, podnośnika hydraulicznego i układu hydrauliki zewnętrznej, wałka odbioru mocy (WOM) oraz układu napędu kół osi tylnej i przedniej.

Funkcje sterujące nowoczesnych ciągników są zestawione na konsoli operatorskiej znajdującej się nad prawym błotnikiem lub na podłokietniku połączonym na sztywno z amortyzowanym fotelem. Dopełnienie wyposażenia stanowi wielofunkcyjny joystick, na którym znajdują się przyciski uruchamiające najważniejsze funkcje. Kabiny nowoczesnych ciągników stanowią swego rodzaju centrum dowodzenia, a ich istotnym elementem jest komputer pokładowy, będący interfejsem pomiędzy operatorem a maszyną. Urządzenie może być wyposażone w funkcje GPS lub oferować integrację z terminalem obsługującym nawigację GPS, który jest dodatkowym urządzeniem przenośnym.

technologia precyzyjnego rolnictwa
Autor: CNH Technologie precyzyjnego rolnictwa umozliwiają pełny monitoring parku maszynowego w gospodarstwie

Pojazdy autonomiczne w rolnictwie

W przypadku ciągników rolniczych najbardziej powszechnym elementem rolnictwa precyzyjnego jest jazda automatyczna, określana także mianem prowadzenia równoległego (z ang. Parallel Tracking).
W tym rozwiązaniu maszyna może być prowadzona po określonej trajektorii w trybie automatycznym bez ingerencji operatora, którego praca ogranicza się jedynie do kontroli systemu.
Linie przejazdów ciągnika użytkownik może tworzyć na bieżąco na polu po wykonaniu pierwszego przejazdu wzdłuż miedzy lub po wyznaczeniu granicy pola (objeżdżając je dookoła), ewentualnie przywołać je z pamięci terminala pokładowego (z poprzednich przejazdów na tym samym polu). Linie te mogą być także zaprojektowane w specjalistycznym oprogramowaniu i przeniesione do pamięci terminala. Bardziej zaawansowane systemy jazdy nazywane Auto Pilot lub Auto Truck oferują funkcję Auto Turn, czyli zawracania na polu w trybie automatycznym.

Kabiny nowoczesnych ciągników to prawdziwe centra dowodzenia
Autor: CNH Kabiny nowoczesnych ciągników to prawdziwe centra dowodzenia

Prowadzenie agregatu po polu wymaga znacznie dokładniejszego sygnału GPS niż w przypadku standardowych nawigacji samochodowych, dlatego wykorzystywane są dodatkowo sygnały korekcyjne. W przypadku bezpłatnego sygnału EGNOS dokładność prowadzenia agregatu wynosi 15–30 cm, co jest wystarczające do zabiegów nawożenia mineralnego lub ochrony chemicznej. Wyższą precyzję (5–10 cm) zapewnia płatny sygnał Omnistar HP. W zabiegach wymagających bardzo dużej dokładności, np. siew, sadzenie czy pielenie w międzyrzędziach, stosuje się technologię RTK (z ang. Real Time Kinematic) zapewniającą sygnał korekcyjny o precyzji 2–3 cm.
Systemy Parallel Tracking umożliwiają pełne wykorzystanie szerokości roboczej narzędzia lub maszyny, co ma istotny wpływ na wydajność agregatu. Ponadto prowadzony automatycznie ciągnik ze sprzęgniętym agregatem nie pozostawia omijaków ani nie robi nakładek, co przekłada się na jakość wykonanej pracy. Ma to szczególne znaczenie w zabiegach nawożenia mineralnego, ochrony chemicznej oraz siewu. Podstawowa instalacja do prowadzenia automatycznego składa się z trzech elementów:

  • anteny odbierającej sygnał z satelitów,
  • znajdującego się w kabinie terminala obsługującego nawigację i umożliwiającego operatorowi ustalenie parametrów jazdy automatycznej oraz podgląd funkcjonowania systemu,
  • układu wykonawczego pozwalającego na skręt kół ciągnika na podstawie sygnału sterującego z terminala.

Antena i terminal są urządzeniami przenośnymi, które można montować na różnych ciągnikach lub maszynach. W niektórych modelach do obsługi funkcji GPS wykorzystywane są terminale dostępne standardowo w pojeździe. Ciągniki mogą być również wyposażone w instalacje umożliwiające podłączanie urządzeń GPS bez konieczności montażu dodatkowego okablowania i zaworów elektrohydraulicznych w układzie kierowniczym. Zawory pozwalają na zmianę kąta skrętu bez konieczności poruszania kierownicą. W ten sposób skręt odbywa się automatycznie na podstawie sygnału sterującego z komputera nawigacji obsługującego system GPS. Pojazd porusza się po zadanym torze z dokładnością zapewnioną przez sygnał korekcyjny, z którego korzysta system sterujący jazdą automatyczną. Uruchamianie i wyłączanie automatycznego prowadzenia ciągnika odbywa się najczęściej za pomocą przycisku znajdującego się w łatwo dostępnym miejscu w kabinie operatora. W razie konieczności (np. ominięcia nieprzewidzianej przeszkody) istnieje możliwość chwilowego dezaktywowania tej funkcji poprzez ruch kierownicą.
Innym ciekawym rozwiązaniem jest elektryczna kierownica zakładana] w miejsce tradycyjnej. Wewnątrz niej znajduje się krokowy silnik elektryczny sterowany sygnałem z komputera nawigacji. Poprzez obroty silnika realizowany jest automatyczny ruch kierownicy, która tym samym powoduje ruch drążków układu kierowniczego i zmianę skrętu kół. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość szybkiego demontażu i przenoszenia go na inne ciągniki lub maszyny (kombajny, sieczkarnie) pracujące w danym sezonie.

Maszyny rolnicze - ISOBUS

Dużym krokiem rewolucjonizującym sterowanie agregatami było wprowadzenie standardu ISOBUS dla elektronicznej komunikacji maszyn rolniczych. Umożliwia on transmisję danych w układzie ciągnik–maszyna oraz zbieranie informacji z poszczególnych układów elektronicznych w nich zamontowanych. ISOBUS znacznie upraszcza obsługę oraz umożliwia programowanie czynności agregatu, które będą wykonywane automatycznie podczas pracy i zawracania na polu.

Terminal ISOBUS
Autor: J. Skudlarski Terminale ISOBUS oferują szereg funkcji – od obsługi parametrów ciągnika poprzez systemy jazdy automatycznej i obsługę map aplikacyjnych po archiwizowanie danych z pracy agregatu

Technologia ta oferuje funkcję Section Control, czyli automatyczne zamykanie i otwieranie sekcji roboczych maszyn (na podstawie sygnału GPS) podczas pracy na klinach lub dojeżdżania do obrobionej powierzchni, sprawdzi się ona w opryskiwaczach, rozsiewaczach do nawozów, siewnikach punktowych uniwersalnych, a także sadzarkach do ziemniaków. ISOBUS znacznie upraszcza dokumentowanie danych, które są kodowane w standardowym formacie ISO-XML.
W pamięci terminala sterującego pracą ciągnika zbierane są dane dotyczące parametrów silnika i przekładni (obroty, bieg, prędkość jazdy), pracy WOM, wydajności i czasu pracy, obrobionych hektarów, zużytego paliwa, nawozów, cieczy opryskowej itp. W połączeniu technologii ISOBUS i GPS możliwe jest dokumentowanie danych w postaci map informacyjnych, np. plonów.
Standard ten umożliwia ponadto dwukierunkową wymianę danych pomiędzy terminalem w ciągniku a domowym komputerem, która może odbywać się za pomocą nośnika USB lub łączności GSM, a także przy wykorzystaniu chmury. Ponadto do terminala pokładowego mogą być przesyłane zlecenia wykonawcze i mapy aplikacyjne (np. zawierające wytyczne aplikacji dawek nawozów na poszczególnych fragmentach pola).

ISOBUS oferuje szerokie możliwości dla systemów telematycznych. Osoba zarządzająca parkiem maszynowym na bieżąco jest informowana o pozycji agregatu na polu oraz ma podgląd na aktualne parametry jego pracy, co znacznie ułatwia kontrolę operatorów. Ponadto może wyznaczyć strefy poruszania się sprzętu (tzw. Geofence), poza które operatorzy nie mogą wyjeżdżać bez zezwolenia – po przekroczeniu ich granic wysyłane jest powiadomienie na telefon komórkowy lub adres e-mail. Rozwiązanie to zapobiega nie tylko potencjalnym nadużyciom dokonanym przez pracowników, lecz także kradzieży sprzętu.

Maszyny rolnicze - wielofunkcyjne terminale pokładowe

Niezbędnym wyposażeniem ciągników i maszyn samobieżnych pracujących w systemie rolnictwa precyzyjnego są terminale pokładowe. Nowoczesne urządzenia dysponują kolorowym, dotykowym monitorem i są obsługiwane podobnie jak smartfony lub tablety. Najbardziej rozbudowane terminale ISOBUS oferują te same funkcje, co klasyczne tablety. Można na nich przeglądać strony internetowe, odbierać pocztę elektroniczną, a także korzystać z wielu aplikacji oprogramowania do zarządzania produkcją w gospodarstwie. Za pośrednictwem tych urządzeń rolnik pracujący w ciągniku lub kombajnie może kontrolować, co się dzieje w oborze, chlewni, magazynie, a także mieć podgląd na pracę pozostałych maszyn.

mapa plonów
Autor: Trimble Na podstawie danych z czujników umieszczonych w kombajnach zbożowych w połączeniu z ich lokalizacją GPS powstają mapy plonów

Podstawową funkcją terminali pokładowych jest obsługa opcji sterujących ciągnikiem oraz zagregowaną z nim maszyną. Na wyświetlaczu operator może zaprogramować obroty silnika, przełożenia skrzyni biegów czy wydatek układu hydrauliki zewnętrznej, które potem są aktywowane za pomocą przycisku na konsoli operatorskiej lub wielofunkcyjnym joysticku.

Urządzenia ISOBUS oferują funkcję archiwizowania danych dotyczących pracy zarówno ciągnika (np. prędkość robocza, obroty WOM, zużycie paliwa, położenie podnośnika hydraulicznego), jak i agregatu (np. wielkości obrobionej powierzchni, czasu pracy czy ilości zużytych nawozów). Za pomocą aplikacji TC BAS (z ang. Tasc Controller Basic) dostępnej z poziomu terminala jest możliwy eksport danych zapisanych w formacie ISO-XML do specjalistycznego oprogramowania obsługującego zarządzanie parkiem maszynowym lub produkcją w gospodarstwie.

Rolę terminali ISOBUS w maszynach rolniczych mogą pełnić klasyczne tablety
Autor: Class Rolę terminali ISOBUS w maszynach rolniczych mogą pełnić klasyczne tablety

Ważną funkcją jest również TC GEO (z ang. Tasc Controller Geo Based), która umożliwia archiwizację danych w powiązaniu z lokalizacją agregatu na polu, ustalaną za pomocą sygnału GPS. Dzięki tej opcji w pamięci terminala na podstawie danych z czujników pomiarowych powstają mapy plonów, indeksów biomasy, przewodności elektromagnetycznej gleby itp. Ponadto TC GEO pozwala obsługiwać mapy aplikacyjne wykorzystywane do zmiennego nawożenia mineralnego – VRC (z ang. Variable Rate Control). Dopełnieniem tej aplikacji jest funkcja MULTI Control, która oferuje w siewnikach uniwersalnych i punktowych sterowanie niezależnie pracujących od siebie systemów wysiewających materiał siewny oraz nawóz. W terminalach ISOBUS dostępna jest również aplikacja TC SC (z ang. Tasc Controller Section Control), umożliwiająca automatyczne wyłączanie i włączanie sekcji roboczych siewnika, opryskiwacza i rozsiewacza do nawozów na podstawie sygnału GPS, co pozwala uniknąć nakładania się rzędów nasion, cieczy opryskowej oraz nawozów.

Maszyny rolnicze - rozsiewacze do nawozów mineralnych

Perspektywicznie rozwijającym się kierunkiem w rolnictwie precyzyjnym jest zmienne dawkowanie nawozów mineralnych z wykorzystaniem technologii satelitarnych VRA (z ang. Variable Rate Aplikation) lub VRC (z ang. Variable Rate Control). Wdrażanie rozwiązania VRA umożliwia szeroka oferta rozsiewaczy do nawozów, z odpowiednim wyposażeniem. Elementem wykonawczym w tych maszynach, otwierającym zsuwy, poprzez które nawóz w odpowiednich ilościach ze zbiornika dostaje się na tarcze wysiewające, jest najczęściej elektryczny siłownik. Do innych rozwiązań należą napędzane elektrycznie serwomechanizmy lub zasilane hydraulicznie przenośniki ślimakowe. Każde z nich jest sterowane elektronicznie z terminala znajdującego się w kabinie ciągnika.

Pracujące w technologii VRA rozsiewacze aplikują na plantacjach nawozy mineralne w zmiennych dozach na podstawie map aplikacyjnych wgrywanych do pamięci terminala sterującego, wyposażonego w specjalistyczne oprogramowanie, uwzględniające szereg danych dotyczących właściwości pola oraz upraw. Źródłem informacji są ortofotomapy oraz mapy plonów, klas bonitacyjnych gleby, zasobności gleb w składniki pokarmowe, przewodności elektromagnetycznej gleb, współczynników określających kondycję roślin (np. NDVI) itp.

W zaawansowanych technicznie rozsiewaczach sygnał satelitarny jest wykorzystywany także do regulacji szerokości wysiewu nawozów (najczęściej poprzez zmianę miejsca podawania nawozu na tarczę) podczas pracy wzdłuż granic pól, rowów, rzek, jezior i cieków wodnych. Pełna szerokość wysiewu jest dzielona na kilka wirtualnych sekcji (6, 8 lub 12). W maszynach wyposażonych w magistralę ISOBUS systemy sterujące mogą dzielić szerokość wysiewu nawet na 128 wirtualnych sekcji.

Nowoczesne rozsiewacze są wyposażone w systemy wagowe lub czujniki napełnienia zbiornika, dzięki czemu można kontrolować pobór nawozów z magazynu oraz ich zużycie.

Kombajny z GPS-em

Kombajny zbożowe są traktowane jako pierwszy element w rolnictwie precyzyjnym, a to dlatego, że zamontowane na nich czujniki plonu dostarczają informacji o liczbie zebranych nasion z poszczególnych części pola. W ten sposób powstają mapy plonów, które w dalszej kolejności są wykorzystywane do tworzenia map aplikacji nawozów i nasion.

Technologie satelitarne umożliwiają zmienną aplikację nawozów mineralnych
Autor: Sullky Technologie satelitarne umożliwiają zmienną aplikację nawozów mineralnych na podstawie map aplikacyjnych

Nowoczesne kombajny zbożowe wyposażone są w elektroniczne sterowanie zespołami roboczymi. Funkcje sterujące umieszczone są na podłokietniku zintegrowanym z amortyzowanym fotelem.
Charakterystycznym elementem tych maszyn jest wielofunkcyjna dźwignia z szeregiem przycisków uruchamiających najważniejsze z nich. Wielofunkcyjny joystick pełni także rolę dźwigni zmiany biegów i kierunku jazdy. Kombajny zbożowe (podobnie jak ciągniki) mogą pracować w trybie jazdy automatycznej z wykorzystaniem systemu Auto Pilot i być prowadzone po polu nawet z dokładnością do 2–3 cm. Funkcję kontrolno-sterowniczą pełnią terminale przenoszone z ciągników lub innych maszyn, a w najbardziej zaawansowanych modelach – komputery pokładowe.

Maszyny rolnicze - perspektywy rozwoju

Rolnictwo precyzyjne jest silnie rozwijającym się działem produkcji żywności, czemu sprzyja m.in. postęp zarówno w konstrukcji sprzętu, jak i automatyce oraz informatyce. Świadczy o tym również szeroka oferta producentów (głównie zagranicznych) tego typu asortymentu.

Zaawansowane technicznie maszyny i traktory wyposażone w elektroniczne i automatyczne sterowanie pracą zespołów roboczych są chętnie nabywane przez polskich rolników. Najpopularniejsze rozwiązania z zakresu technologii satelitarnych to układy jazdy automatycznej pozwalające na prowadzenie agregatu po określonej trajektorii. Polscy rolnicy są także zainteresowani systemami GPS, umożliwiającymi zmienne dawkowanie nawozów.
W dużych gospodarstwach i przedsiębiorstwach rolnych zastosowanie znajdują systemy telematyczne służące do sprawnego zarządzania parkiem maszynowym. Coraz większego znaczenia nabywa także zaawansowane oprogramowanie do zarządzania poszczególnymi działami produkcji.

Niebawem pojawi się kolejna grupa rozwiązań (są one już wstępnie prezentowane przez wytwórców maszyn rolniczych na targach czy wystawach rolniczych), która może zdobyć popularność na polskim rynku – inteligentne systemy do rozpoznawania chwastów i zmiennego oraz lokalnego dawkowania pestycydów.

Interesują Cię zagadnienia technologiczno-budowlane w rolnictwie? Zobacz

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej