Сельскохозяйственные машины: инновации в механизации сельского хозяйства
C древних времен земледелие было одним из важнейших занятий человека. Первоначально для обработки земли использовались примитивные орудия вроде палок и камней. Позднее появились более совершенные инструменты, такие как ножи, косы и деревянные плуги. Они применялись на протяжении тысячелетий вплоть до наступления промышленной революции.
С развитием техники методы ведения сельского хозяйства совершили качественный скачок. Ручной труд стал заменяться механизированным. Так, вместо серпов для уборки зерновых начали использоваться конные жатки. Позже появились молотилки, паровые двигатели, а затем и первые тракторы.
Сегодня благодаря компьютеризации, точным технологиям и цифровизации производительность труда в сельском хозяйстве значительно выросла. Один фермер может прокормить более 1000 человек. И эта тенденция будет только усиливаться по мере дальнейшего развития отрасли.
История развития сельскохозяйственных машин
Сельскохозяйственные машины являются видом сельскохозяйственной техники и одним из самых революционных изобретений современности. За последние 300 лет прогресс в развитии сельхозмашин кардинально изменил характер работы и производства продуктов питания во всем мире.
Изначально люди обрабатывали землю голыми руками, иногда используя палки и камни. Позже появились простые орудия труда типа ножей, кос и деревянных плугов. Они использовались на протяжении тысячелетий вплоть до наступления промышленной революции и развития техники, которые кардинально усовершенствовали методы земледелия.
Вместо ручной жатвы стали применять колесные машины для срезания бо́льших объемов урожая за один проход. Ручную молотьбу заменили молотилки, отделяющие зерно от других частей растений. Для их работы требовалось много энергии, которую сначала давали лошади и другие животные. С появлением паровых двигателей и тракторов стало возможным создание компактных и многоцелевых источников энергии для приведения в движение сельхозмашин.
В дальнейшем бензиновые и дизельные двигатели тракторов послужили основой для создания комбайнов и современных молотилок. Теперь вместо скашивания растений вручную и транспортировки их к стационарным молотилкам комбайны позволяют одновременно срезать, обмолотить и разделить зерновые прямо в поле.
Хотя комбайны могут быть более распространены, чем тракторы, последние до сих пор являются основной движущей силой на современных фермах. Они используются для перемещения других машин, которые вспахивают почву, сеют семена или выполняют сразу несколько операций.
Современные технологии в сельхозмашиностроении
Развитие электроники и цифровых технологий играет все более важную роль в создании современных сельскохозяйственных машин. Можно выделить два основных направления: точное земледелие и цифровизация сельского хозяйства.
Точное земледелие подразумевает использование различных технологий для повышения эффективности выращивания сельхозпродукции с меньшими затратами ресурсов. К таким технологиям относятся:
- Спутниковые системы позиционирования для точного определения местоположения сельхозмашин в поле
- Датчики и системы мониторинга состояния почвы, растений и машин в реальном времени
- Автоматизированные и роботизированные системы управления сельскохозяйственными машинами
Эти технологии повышают эффективность использования сельхозмашин. Например, автоматизированные системы рулевого управления позволяют водителю не концентрироваться на управлении, а следить за работой оборудования.
Цифровизация подразумевает внедрение сетевых и облачных технологий для сбора и анализа данных о сельхозпроизводстве с целью его оптимизации и автоматизации. Для этого используется обмен данными между отдельными машинами, облачными сервисами и другими источниками.
Активно развиваются беспроводные сети для передачи информации, что позволяет легко и быстро обмениваться данными о состоянии техники, погоды, урожайности между полем, офисом, поставщиками и другими участниками. Это дает возможность оперативно реагировать и принимать обоснованные решения.
Таким образом, цифровые технологии делают сельскохозяйственные машины более точными, автоматизированными и интегрированными в единую информационную систему сельхозпредприятия для повышения общей производительности и снижения издержек.
Точное земледелие
Точное земледелие (precision farming) - это концепция сельскохозяйственного производства, основанная на применении информационных технологий и современных технических средств, позволяющих значительно повысить эффективность использования ресурсов за счет учета локальной изменчивости условий на полях.
Основные элементы точного земледелия:
- Спутниковые системы позиционирования (GPS, ГЛОНАСС)
- Геоинформационные системы (ГИС)
- Технологии дистанционного зондирования Земли
- Сенсорные системы для сбора данных о состоянии почвы, растений, погоды в режиме реального времени
- Бортовые компьютеры на сельскохозяйственных машинах
Данные технологии позволяют дифференцированно, с учетом локальных особенностей поля, вносить семена, удобрения, средства защиты растений. Также возможна дифференцированная обработка почвы и уборка урожая.
Например, при посеве количество высеваемых семян и вносимых удобрений изменяется в зависимости от плодородия конкретных участков поля. Это позволяет равномерно использовать потенциал всей площади и снизить затраты.
Для реализации технологий точного земледелия на сельскохозяйственные машины устанавливаются различные технические средства, такие как датчики, приемники GPS/ГЛОНАСС, бортовые компьютеры, исполнительные механизмы с электронным управлением.
К примеру, на современный трактор могут быть установлены: спутниковая навигация для точного вождения по заданному маршруту, датчики мониторинга рабочих органов, определения влажности и состава почвы, расхода топлива и выполненных операций. Все эти данные обрабатываются бортовым компьютером.
Цифровое сельское хозяйство
Цифровое сельское хозяйство представляет собой концепцию комплексной автоматизации и роботизации сельхозпроизводства на базе информационных и коммуникационных технологий.
Основные элементы цифрового сельского хозяйства:
- Автоматизированные и роботизированные сельскохозяйственные машины
- Беспилотные летательные аппараты
- Датчики Интернета вещей для мониторинга состояния почвы, растений, животных и техники
- Облачные сервисы для хранения и анализа данных
- Модели прогнозной аналитики и искусственного интеллекта
Внедрение этих технологий позволяет автоматизировать рутинные операции, повысить точность и скорость принятия управленческих решений на основе анализа больших объемов данных о текущем состоянии полей, погоды, рыночной конъюнктуры.
Например, данные с датчиков на полях и сельхозмашинах поступают в облако, где обрабатываются с помощью алгоритмов искусственного интеллекта, которые выдают рекомендации по оптимальному расходу ресурсов или предупреждают о возможных рисках.
Роботизированная сельхозтехника может функционировать автономно без участия человека. Беспилотники регулярно отслеживают состояние посевов и выявляют проблемные участки.
Для реализации концепции цифрового сельского хозяйства сельскохозяйственные машины оснащаются различными датчиками, исполнительными механизмами, бортовыми компьютерами, системами позиционирования и беспроводной связи для обмена данными между машинами и информационной инфраструктурой хозяйства в режиме реального времени.
Перспективы дальнейшей механизации
Несмотря на бурное развитие цифровых технологий в сельском хозяйстве, роль механизации по-прежнему остается ключевой. Перспективные направления совершенствования сельскохозяйственных машин:
- Повышение автономности и роботизация
- Использование альтернативных источников энергии
- Применение новых конструкционных материалов
- Улучшение эргономических характеристик
Ожидается появление полностью автономных роботизированных комплексов для возделывания, ухода и уборки сельскохозяйственных культур. Такие комплексы будут работать круглосуточно с минимальным участием человека.
Перспективно использование гибридных или полностью электрических силовых установок, питающихся от аккумуляторов или возобновляемых источников энергии. Это повысит экологичность сельхозтехники.
Применение новых конструкционных материалов (композитов, сплавов, полимеров) позволит создавать более легкие и производительные машины.
Усовершенствование рабочих мест операторов, внедрение автоматизированных систем помощи и человеко-машинных интерфейсов сделает управление более комфортным и безопасным.
Влияние технического прогресса на занятость в сельском хозяйстве
Механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства приводят к существенному сокращению потребности в человеческом труде. Если в начале XX века один американский фермер мог прокормить лишь 25 человек, то сегодня эта цифра достигла 130 благодаря повышению производительности труда.
По данным переписей США, в 1910 году в сельском хозяйстве было занято более 30% рабочей силы страны, а к 1990 году этот показатель снизился до 2,6%.
Дальнейшее совершенствование сельскохозяйственных машин с использованием робототехники и искусственного интеллекта еще больше сократит потребность в трудовых ресурсах. Ожидается, что в скором времени большинство рутинных операций будут полностью автоматизированы.
С одной стороны, это ведет к высвобождению значительного числа работников из сельского хозяйства и необходимости создания для них рабочих мест в других отраслях экономики.
С другой стороны, появляются новые перспективные направления деятельности, связанные с разработкой, производством и обслуживанием современной высокотехнологичной сельхозтехники, что требует высококвалифицированных инженерных и IT-кадров.