Livestock 4.0 – Czwarta rewolucja technologiczna w gospodarstwach zajmujących się chowem bydła
W czasach kiedy cyfrowa transformacja dociera do przedsiębiorstw i organizacji wielu sektorów gospodarki, rolnictwo nie może zostać wobec niej obojętne. Rolnicy, stojąc przed wieloma wyzwaniami, jakie wynikają z przemian polityczno-gospodarczo-społecznych oraz zmian klimatycznych, potrzebują cyfrowych rozwiązań, dzięki którym poprawią efektywność produkcji, jakość wyrobów i obniżą koszty ich wytwarzania oraz wpływ na środowisko naturalne.
tekst: dr inż. Jacek Skudlarski, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
firmowe
Cyfrowe narzędzia, jakie oferuje czwarta rewolucja technologiczna w rolnictwie (Rolnictwo 4.0) to już nie gadżety, ale praktyczne rozwiązania wspomagające rolników w zarządzaniu gospodarstwem rolnym czy automatyzujące szereg prac na farmie. Rolnictwo 4.0 oferuje również rozwiązania dla hodowców zwierząt, w tym producentów mleka, dzięki czemu mogą oni zwiększyć produktywność, zapewnić dobrostan zwierząt i uczynić ten dział produkcji rolnej bardziej neutralnym dla środowiska naturalnego.
Cztery rewolucje technologiczne w rolnictwie
Wynalazki, które pojawiały się w historii dziejów ludzkości, w znacznym stopniu transformowały cywilizację i przyczyniały się tym samym do pojawienia się przemysłu, a w dalszej kolejności rozwoju technologicznego tej branży. Równolegle, choć z pewnym przesunięciem czasowym, rozwijało się również rolnictwo. Pojawienie się w rolnictwie maszyn parowych zapoczątkowało proces mechanizacji produkcji rolnej, który następnie przyspieszył po skonstruowaniu pierwszych ciągników rolniczych. Można powiedzieć, że traktor stał się symbolem kolejnej, drugiej rewolucji w rolnictwie (Rolnictwo 2.0), którą przyspieszyło także wprowadzenie do produkcji rolnej nawozów mineralnych, pestycydów oraz nowych odmian roślin w wyniku inżynierii genetycznej.
Rolnictwo zaczęło się diametralnie zmieniać wraz z zastosowaniem w produkcji rolnej nawigacji satelitarnej, a z nią pojawił się nowy dział w sektorze rolnym nazywany rolnictwem precyzyjnym (Rolnictwo 3.0).
Kolejne technologie, takie jak internet i sztuczna inteligencja, dalszy rozwój automatyki i robotyki, zapoczątkowały nowy okres w przemyśle (Przemysł 4.0), ale i w rolnictwie (Rolnictwo 4.0).
Technologie 4.0 rewolucjonizują również dział produkcji zwierzęcej, w tym chowu krów i produkcji mleka. Livestock 4.0, podobnie jak Rolnictwo 4.0, to koncepcja bazująca na powstawaniu dużych zasobów danych, wykorzystywanych do analizy przebiegu procesów produkcji oraz chowu i podejmowania decyzji, a także stosowaniu w gospodarstwach rolnych automatyki i robotyzacji. Nowe cyfrowe rozwiązania umożliwiają monitorowanie stada i warunków panujących w budynkach inwentarskich oraz, dzięki złożonym modelom matematycznym i sztucznej inteligencji, przewidywanie zjawisk zachodzących w gospodarstwie.
Co oferują rolnikom cyfrowe technologie, automatyzacja i robotyzacja?
Pojawienie się automatyzacji i zaawansowanych systemów zarządzania danymi zmieniło zasady zarządzania gospodarstwem. Obecnie każde działanie jest poparte skrupulatnie gromadzonymi danymi. Automatyzacja usprawniła powtarzalne zadania, takie jak karmienie, dojenie i monitorowanie stanu zdrowia, a tym samym odjęła człowiekowi obowiązków. Robotyzacja sprawia, że człowiek z pracownika przekształca się w zarządcę. Nowoczesne rozwiązania pozwalają na indywidualne podejście do każdego zwierzęcia, w wyniku czego „nie znika ono w stadzie”, a jest stale monitorowane pod względem zachowania i stanu zdrowotnego.
Zakładane na zwierzęta czujniki zbierają cenne dane, które są następnie przetwarzane i analizowane. Otrzymane w wyniku analizy danych informacje prowadzą do praktycznych spostrzeżeń wykorzystywanych m.in. w zarządzaniu żywieniem. Dzięki takim rozwiązaniom generowane są alerty dotyczące problemów zdrowotnych. Systemy informatyczne, bazujące na danych o aktywności zwierząt, spożywaniu wody i pokarmu, mogą przewidywać problemy zdrowotne, zanim staną się one poważne, a tym samym umożliwiają podjęcie środków zapobiegawczych.
Automatyzacja prac w oborze, tych zarówno związanych z dojem, jak i podgarnianiem paszy czy czyszczeniem posadzki szczelinowej, nie eliminuje jednak w pełni pracy rolnika w oborze, ale skraca jej czas. Oznacza to ograniczenie zatrudnienia pracowników, co jest niezmiernie istotne w obecnych czasach, kiedy gospodarstwa zmagają się z niedoborem pracowników.
Wymierne korzyści mogą przynieść rolnikom również autonomiczne roboty mobilne pracujące w polu. Robot wykonujący samodzielnie prace polowe odciąża tym samym rolnika w pracy, który dzięki temu może się skupić na innych czynnościach w gospodarstwie.
Automatyzacja i robotyzacja w połączeniu z cyfryzacją pomagają także w tzw. precyzyjnym żywieniu zwierząt, dopasowanym do indywidualnych potrzeb każdej sztuki lub przynajmniej grup zwierząt. System zadawania pasz, oparty na danych, optymalizuje żywienie zwierząt, ograniczając tym samym straty w paszach.
Technologie 4.0 w gospodarstwie mlecznym
Czwarta rewolucja technologiczna dostarcza szereg nowoczesnych rozwiązań, które zadomowiły się w przemyśle, a które są sukcesywnie adaptowane do gospodarstw rolnych, zarówno tych specjalizujących się w produkcji roślinnej, sadowniczej i zwierzęcej. Dzięki tym rozwiązaniom możliwe jest zbieranie danych, ich przechowywanie i przetwarzanie oraz automatyzacja czynności wykonywanych w gospodarstwie, a sektor rolny wkracza tym samym na poziom tzw. inteligentnego rolnictwa.
Internet rzeczy w rolnictwie
Jedną z najważniejszych technologii 4.0 jest internet rzeczy, który został szerzej opisany w oddzielnym artykule, umożliwiający zbieranie danych z urządzeń pomiarowych i przekazywanie ich do użytkownika. Do pomiarów mogą służyć czujniki umieszczone na zwierzętach, w budynkach inwentarskich czy maszynach. Z czujników tych zbierane są dane dotyczące zachowania poszczególnych sztuk w stadzie, warunków mikroklimatycznych panujących w budynku inwentarskim oraz pracy maszyn i urządzeń. Na podstawie danych odpowiednie algorytmy mogą wykrywać anomalie w zachowaniu zwierząt i ich stanie zdrowotnym czy też awarie sprzętu schładzającego mleko lub zadającego paszę. Hodowca ma więc nieustanny wgląd w to, co się dzieje ze zwierzętami, jakie warunki panują w oborze oraz jak pracuje sprzęt maszynowy, a nawet może zdalnie dokonywać zmian parametrów pracy maszyn.
Chmury obliczeniowe
W przemyśle coraz powszechniejszym rozwiązaniem są chmury obliczeniowe. Jak się okazuje, duże zasoby danych mogą być generowane również w gospodarstwach rolnych. Stąd są przydatne także dla hodowców. Warto odnotować, że w chmurach coraz częściej znajdują się też systemy informatyczne (programy) do zarządzania poszczególnymi działami w gospodarstwie.
Dane do chmury trafiają za pośrednictwem internetu. Użytkownik ma do nich dostęp już nie tylko za pomocą komputera, ale również przy użyciu smartfonu czy tabletu. Oznacza to, że aby sprawdzić konkretne dane czy nawet sterować jakimś procesem, np. uruchomić robota paszowego, rolnik nie musi przebywać w gospodarstwie – wystarczy, by miał dostęp do internetu.
Systemy informatyczne do zarządzania produkcją i gospodarstwem
Istotną rolę w koncepcji 4.0 odgrywają systemy informatyczne (programy komputerowe). To one są sercem cyfryzacji w firmie. To właśnie do nich trafiają dane z czujników, jak również dane wprowadzane przez użytkownika, które w dalszej kolejności są przyporządkowywane do poszczególnych systemów informatycznych. W gospodarstwie mlecznym to m.in. programy do zarządzania stadem zwierząt, ale także całym gospodarstwem (zarządzanie finansami, pracownikami, magazynem itp.). W tychże systemach hodowca znajdzie cały pakiet danych o poszczególnych zwierzętach, wykaz zużycia pasz i energii. Programy komputerowe mogą mieć moduł finansowy obliczający koszty produkcji i wyniki finansowe z poszczególnych działów czy też moduł generowania raportów na potrzeby własne lub instytucji rządowych.
Programy umieszczone w chmurze obliczeniowej nie muszą być instalowane na komputerze, a dostęp do nich odbywa się poprzez przeglądarkę internetową – i to nie tylko z jednego urządzenia. Ponadto dostęp do programu (całości lub jego części) mogą mieć inni upoważnieni użytkownicy ze swoich urządzeń. Systemy informatyczne to również rozwiązania umożliwiające sterowanie pracą maszyn i urządzeń, w tym kuchni paszowych, robotów udojowych i robotów zadających paszę.
Sztuczna inteligencja
Technologią, która niewątpliwie będzie się rozwijała również w rolnictwie jest sztuczna inteligencja (SI). Zastosowanie jej w rolnictwie to przede wszystkim analiza danych i wykrywanie potencjalnych anomalii. Sztuczna inteligencja, zintegrowana z systemem wizyjnym, może monitorować zachowanie zwierząt i identyfikować sztuki będące w rui bądź wykrywać początki chorób.
Niewykluczone, że w przyszłości jedną z ról SI będzie wirtualny asystent hodowcy, który stanie się jego „prawą ręką” i będzie wykonywał określone zadania, np. uruchamiał robota paszowego na jego żądanie.
Autonomiczne roboty
Robotyzacja w rolnictwie nie jest nowym trendem. Pierwsze roboty udojowe pojawiły się ponad 30 lat temu. Novum nie są też mobilne roboty zadające paszę lub roboty podgarniające. Niemniej dotychczasowe roboty mobilne pracujące w oborze to maszyny automatyczne, których trasa przejazdu jest wyznaczana linią indukcyjną lub specjalną taśmą. Jeśli robot napotka przeszkodę, nie jest zatem w stanie jej ominąć – musi się zatrzymać i czekać do jej zniknięcia.
Ominąć przeszkodę może natomiast robot autonomiczny, który nie potrzebuje linii wyznaczającej jego trasę. W przypadku tych robotów zastosowanie ma system wizyjny z kamerą, który działa niczym ludzkie oczy i jest wyposażony we własny „mózg” podłączony bezprzewodowo z systemem informatycznym nadzorującym jego pracę. Na tym polega autonomiczność takich robotów.
Pierwsze autonomiczne roboty w rolnictwie znalazły zastosowanie w pracach polowych. Zależnie od rodzaju i konstrukcji takie maszyny mogą pielić, siać lub opryskiwać, ewentualnie zbierać dane z uprawy. Inne roboty mogą wykonywać te same czynności co klasyczny ciągnik rolniczy z wykorzystaniem tego samego sprzętu.
W produkcji zwierzęcej przykładem autonomicznego robota jest wóz paszowy, który może wyjechać z obory i pobrać paszę z silosu, a następnie wrócić do obory, pobrać dodatkowe komponenty paszowe i zadawać pokarm krowom.
Cyfrowy Bliźniak
Cyfrowy bliźniak to cyfrowe odzwierciedlenie rzeczywistego obiektu, np. maszyny. Może być odwzorowaniem procesu produkcyjnego lub całej fabryk. Jest on stale „karmiony” danymi pochodzącymi z czujników umieszczonych na tym obiekcie.
Technologia ta umożliwia wykonywanie symulacji, by sprawdzić, jak dany obiekt będzie się zachowywał po przepracowaniu zadanego przedziału czasowego. Taka symulacja pozwala sprawdzić, co może się w danym obiekcie zużyć lub zepsuć. Z taką wiedzą można wcześniej przygotować się do ewentualnej awarii, np. wykonując przegląd i konserwację.
W cyfrowym bliźniaku można stworzyć przestrzeń do projektowania obiektów, np. całych hal produkcyjnych wyposażonych w maszyny i roboty mobilne. Taki model ma charakter dynamiczny, tzn. w wirtualnym środowisku pracują maszyny, a nawet ludzie, tak jak w rzeczywistości. Można więc sprawdzić, czy w zaprojektowanej hali produkcyjnej park maszynowy pracuje prawidłowo, czy np. nie powstają zatory. W ten sposób można więc projektować obory i inne budynki inwentarskie oraz sprawdzać ich funkcjonowanie przed budową.
Jednakże w Cyfrowym Bliźniaku nie uda się umieścić wirtualnego odzwierciedlenia krów, by symulować ich rozwój lub skuteczność danych rodzajów pasz. W tym zakresie ta technologia jest jeszcze fantastyką, aczkolwiek w wyniku postępu technologicznego, który w ostatnich czasach znacznie przyspiesza, może w przyszłości okazać się realnym rozwiązaniem.
Podsumowanie
Przemysł 4.0 to szereg rozwiązań, które znajdują zastosowanie w przemyśle. Warto wymienić jeszcze druk 3D, komunikację pomiędzy maszynami (M2M), wirtualną, rozszerzoną i wspomaganą rzeczywistość czy też RFID. Do rozwiązań 4.0 zalicza się również stacjonarne roboty współpracujące oraz drony. Technologie te i rozwiązania mogą się okazać pomocne także dla rolników utrzymujących bydło.
