Page number 4
Precision Farming Autoren: David Reiser, Sebastian Böckle, Nils Lüling, Jo- nas Straub, Alexander Stana Precision Farming ist ein Schlüssel für die erfolgreiche Kombination von Umweltschutz und Ernährungssi- cherung in der Landwirtschaft. Die Weltbevölkerung wächst und dies wird dazu führen, dass wir in Zukunft mehr Lebensmittel als bisher produzieren müssen. Zu- sätzlich steigt das Interesse der Bevölkerung an lokal produzierten Lebensmitteln aus ökologischem Anbau, welcher mehr Umweltschutz bei der Lebensmittelpro- duktion verspricht. Doch ökologische Anbauformen führen im Durchschnitt zu einem Rückgang der Produk- tivität von über 19 % im Vergleich zu konventionellen Anbaumethoden. Kulturen wie Wurzel- und Knollenge- wächse verzeichnen teilweise sogar einen Ertragsrück- gang von über 30 % (Ponisio et al. 2015). Ein Rück- gang der Produktivität pro Fläche ist problematisch und führt dazu, dass in Zukunft mehr Flächen benötigt wer- den, um die Ernährungssicherung zu gewährleisten. Dies wirkt sich wiederum negativ auf die Biodiversität und den Artenschutz aus, da neue Flächen erschlossen werden müssen. Somit ist eine rein ökologische Land- wirtschaft, bei gleichbleibendem Konsumverhalten der Verbraucher, nicht geeignet, um Ernährungssicherung und Umweltschutz zu gewährleisten. Eine Möglichkeit ist es, konventionelle Landwirtschaft mit moderner Technik zu optimieren, um Ressourcen und Umwelt ausreichend zu schützen und trotzdem konstant hohe Erträge pro Fläche erwirtschaften zu können. Agrarflächen sind selten homogen und zeigen in Bezug auf Bodenqualität, Wassergehalt und Ertrags- erwartung häufig lokal große Unterschiede auf. Ansät- ze, um auf diese räumlichen Unterschiede zu reagieren, werden unter dem Begriff „Precision Farming“ zusam- mengefasst (Stafford 2000). Precision Farming kann als teilflächenspezifisches Management von Ackerflächen 4 | LINAK NEWS | TECHLINE 02-2022 verstanden werden, welche zum Ziel hat die Wirt- schaftlichkeit zu steigern und die Umweltbelastung zu reduzieren (Blackmore 2003). Zur Entscheidungsfindung können eine Vielzahl an Da- ten, wie z. B. luftgestützte Aufnahmen, Wetterdaten, Bodeninformationen oder die Ertragsdaten, genutzt werden. Ziel ist es, durch die Erfassung standortspezi- fischer Informationen die eingesetzten Betriebsmittel zu minimieren (z. B. Saatgut, Pestizide, Dünger) und gleichzeitig gleichbleibende oder sogar höhere Erträ- ge zu erzielen. Dies führt zu Kosteneinsparung bei den Betriebsmitteln und minimiert Schadstoffeinträge in die Umwelt. Im Idealfall wird dabei jede einzelne Nutz- pflanze so gefördert, dass sie ihr Ertragspotential best- möglich ausschöpfen kann. In der Praxis erfolgt die Lokalisierung der Maschinen mithilfe satellitenbasierter Georeferenzierung. Im Vor- hinein wird eine Bearbeitungsstrategie festgelegt, auf deren Basis eine Applikationskarte erstellt wird. Diese wird im Feld von der Maschine z. B. bei der Bodenbear- beitung, Aussaat, Düngung oder Pflanzenschutzappli- kation umgesetzt. Diese Methode kann zusätzlich mit angebrachten Sensoren unterstützt oder durch diese ersetzt werden. Den standortspezifischen Behandlun- gen folgt die Ertragsüberwachung, welche Rückschluss darüber geben kann, ob die Arbeit erfolgreich war. Über mehrere Jahre kann so die Bearbeitung angepasst werden, um ein Optimum zwischen Ertrag und einge- setzten Betriebsmitteln zu erreichen. Weitere Varianten von Precision Farming sind Smart Farming und Digital Farming. Beim Smart Farming wird die Entscheidungsunterstützung durch automatisierte Datenfusion und Datenmanagement ergänzt. Zusätz- lich soll die Integration der Daten in Umfeld und Kon- text erfolgen. Dies erleichtert Berechnungen und Analy- sen, und hilft diese zu beschleunigen (Villa-Henriksen et al. 2020). Beim Digital Farming sollen alle Precision-Far- ming-Prinzipien (automatisierte Datenerfassung, teilflä- chenspezifische Anwendung, Flottenmanagement und autonome Maschinen) miteinander vernetzt arbeiten. Durch die Daten- und Sensorfusion der Einzelkompo- nente entstehen große Datenmengen, welche zu auto- matisierten Entscheidungen für Roboter oder Entschei- dungshilfen für Landwirte führen sollen. Trotz aller Innovationen auf dem Gebiet des Precision Farming ist noch viel Entwicklungspotential vorhanden. Die Technik ist bisher sehr teuer und lohnt sich meist nur für sehr große Betriebe. Die Entscheidungsfindung der idealen Bewirtschaftung ist nach wie vor nicht ab- geschlossen und wird die Wissenschaft und Wirtschaft noch viele Jahre beschäftigen. Die vielen verschiedenen Einflussfaktoren auf den Ertrag und die unsichere oder unvollständige Datenlage (z. B. Wettervorhersage) brin- gen Mensch und Technik bisher an ihre Grenzen. Doch wir sind zuversichtlich, dass wir es in Zukunft schaffen werden, mithilfe moderner Technik jeder einzelnen Pflanze „nur“ das zu geben, was sie braucht. Blackmore, S. (2003). The role of yield maps in Precision Farming. Cranfield University. Ponisio, L. C., M’gonigle, L. K., Mace, K. C., Palomino, J., Valpine, P. De, & Kremen, C. (2015). Diversification practices reduce organic to conventional yield gap. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 282(1799). doi:10.1098/rspb.2014.1396 Stafford, J. V. (2000). Implementing precision agri- culture in the 21st century. Journal of Agricultural Engineering Research, 76(3), 267–275. doi:10.1006/ jaer.2000.0577 Villa-Henriksen, A., Edwards, G. T. C., Pesonen, L. A., Green, O., & Sørensen, C. A. G. (2020). Internet of Things in arable farming: Implementation, applications, challenges and potential. Biosystems Engineering, 191, 60–84. doi:10.1016/j.biosystemseng.2019.12.013 Weitere Artikel zum Thema „Landwirtschaft“ lesen Sie auf unserer News-Seite.
Page number 5
Daten gewinnen an Bedeutung Daten gewinnen zunehmend an Bedeutung. Die digitale Transformation hat schon längst die unterschiedlichen Industrien erreicht. In fast allen Branchen ist der Digitalisierungs- und Automatisierungsgrad in den vergangenen Jahren stark gestiegen. Das gilt auch für das Zusammenspiel der unterschiedlichen Komponenten in einer Maschine. Cobots, Autonome Mobile Roboter (AMR) oder andere Anwendungen werden über Sensorik gesteuert und überwacht. Auch in der Landwirtschaft sind die Themen Robotik und fahrerlose Systeme längst angekommen. Die Schnittstellenformate auf der Maschinenebene als auch im System unterscheiden sich häufig. LINAK, Hersteller von elektrischen Verstelllösungen, hat darauf reagiert und erweitert sein Angebot an Schnittstellen für seine elektrischen Aktuatoren und Hubsäulen stetig. Als einer der ersten Komponentenlieferanten hat LINAK eine integrierte Steuerung in seine Aktuatoren eingebaut. Die Vorteile sind vielfältig: Es werden keine zusätzlichen Bauteile wie Steuereinheiten, Relais oder Sensoren benötigt. Die integrierte Leistungselektronik des LINAK Aktuators reduziert die Anzahl externer Komponenten. Das spart Platz und macht die Konfiguration und Einbindung besonders einfach. Entscheidend sind die zahlreichen Schnittstellen, die erst durch die integrierte Steuerung möglich sind. Hierbei kommen unterschiedliche Protokolle, wie beispielsweise CAN-Bus, zum Einsatz. Es geht aber nicht nur um Befehle zur Steuerung von Bewegungen, sondern auch um Daten, die der Maschine oder dem System zur Verfügung gestellt werden. Das kann eine Positionsrückmeldung sein oder Daten über den Zustand des Aktuators: Wie viele Zyklen hat der Aktuator absolviert? Wie ist der Leistungs- und Temperaturzustand? Diese Daten können für Predictive Maintenance oder für die Darstellung als Digital Twin genutzt werden. Die Integration von Sensorik in den Antrieben ermöglicht es, die Wartung und den Service zu erleichtern. Fehlfunktionen können über Fernwartungsservices erkannt und behoben werden. Der Austausch von ganzen Aktuatoren ermöglicht es, schnell und einfach Reparaturen vorzunehmen. Durch eine Fernüberwachung oder Ferndiagnose der Aktuatoren können unerwartete Ausfälle vermieden werden. Außerdem lässt sich die Wartung besser planen und damit optimieren. Nächster Schritt Bereits heute bedienen LINAK Aktuatoren zahlreiche in- dustrielle Schnittstellen. LINAK steht im engen Kontakt zu den Kunden und arbeitet an weiteren Schnittstellen, um die Möglichkeiten des Datenaustausches, der Parametrie- rung, der Diagnose und der Fernüberwachung nochmals zu erweitern. „Der Erfolg der Digitalisierung ist stark abhängig von den genutzten Aktuatoren. Denn nur, wenn gewonnene Infor- mationen durch Digitalisierung auch passend in Aktionen und Handlungen umgesetzt werden können, ist ein Nut- zen für den Landwirt generierbar“, stellt Dr. David Reiser in seiner Arbeit ‚Trends der Landmaschinen von morgen und wie sich elektrische Linearantriebe einbringen‘ fest. Parallellauf und Longlife Linearantrieb Weitere Vorteile der integrierten Steuerung ist die einfache Umsetzung eines Parallellaufs von bis zu acht Antrieben. Häufig werden bei großen fahrerlosen Transportsystemen – beispielsweise in der Automobilindustrie – schwere Las- ten angehoben. Hier kann man den Einsatz von Hydraulik oder manuelle Verstellungen vermeiden, da LINAK Antrie- be zum einen die notwendige Leistung bieten und sich außerdem in der IC-Variante ohne zusätzliche Bauteile pa- rallel verfahren lassen, auch bei ungleicher Lastverteilung. Der Einsatz eines bürstenlosen Gleichstrommotors macht den LA36 Longlife zum Ausdauersportler unter den Line- araktuatoren. Mit mindestens 200.000 Zyklen unter Voll- last zeichnet er sich durch eine extreme Langlebigkeit aus. Die Optionen der direkten Spannungsversorgung mit 24V oder 48V (12V ist bei bürstenbehafteten Motoren auch möglich) machen den Einsatz von LINAK Aktuatoren noch flexibler. Je nach Applikation können die Linearantriebe so direkt angeschlossen und ein zusätzliches Spannungs- wandlermodul eingespart werden. Linearantriebe von LINAK senken somit die Kosten und reduzierenden den Installationsaufwand. Mehr über „Integrierte Steuerung“ und Schnittstellen erfahren Sie hier . LINAK NEWS | TECHLINE 02-2022 | 5
