AgriTech Materials

Глава 2. Анализ текущего состояния развития Сельскохозяйственного Машиностроения

II. Анализ мировых трендов и тенденций развития агропромышленного комплекса Казахстана, а также трендов технологического развития

Обоснование выделенных мировых технологический трендов
В рамках исследований выделены следующие основные мировые технологические тренды развития сельскохозяйственного машиностроения:
1. Широкое использование цифровых технологий, электронных и автоматических систем
На первый план при создании сельхозтехники выходят цифровые технологии, электронные и автоматические системы: с помощью автономных тракторов достигается качество выполняемых работ, и решается вопрос нехватки рабочей силы в сельском хозяйстве; в зерноуборочных комбайнах отмечена тенденция к увеличению удельной мощности и автоматизации; мощная техника, такие как тракторы и зерноуборочные комбайны, занимают все большую долю рынка. Сельскохозяйственная отрасль будет стремиться к производству тракторов и комбайнов для крупного земледелия; создание машин, способных работать не автономно, а вместе с человеком, реагируя на его действия и изменения в окружающей среде; использование навигационных технологий: автоматическое рулевое управление и кинематика реального времени, когда машина точно и оперативно позиционируется за счёт сигнала со спутника; новые модификации сельхозтехники с повышенной эффективностью её использования, увеличенным уровнем надёжности, повышенной эргономичностью, удобством для механизаторов, механиков, улучшенным экстерьером машины, в которые входит большой блок цифровых решений; развитие машин и оборудования для послеуборочной обработки урожая.
2. Развитие «зеленых» технологий
Ввиду проблемы выбросов CO2 акцент в сегменте тракторов смещается на двигатели внутреннего сгорания, работающих на альтернативных видах топлива и электрических движителях.
3. Интенсивное развитие ирригации
Ожидается, что сельскохозяйственная отрасль будет добиваться значительного прогресса в ирригации из-за глобального потепления, увеличивающего потребности в воде. Ожидается интенсивное развитие ирригационного оборудования для дождевального и капельного орошения.
4. Использование при сервисном обслуживании 3D-печати
Использование 3D-печати, это когда деталь и комплектующие будут «распечатываться» непосредственно в региональном центре обслуживания.
5. Автоматизация технологических процессов в растениеводстве и животноводстве
Развитие системы машин для точного и органического земледелия: в технологии посева имеет качественная подготовка семенного ложа и равномерная глубина заделки семян, все большую значимость приобретают системы точного высева с локальным внесением удобрений; в технологиях внесения удобрений одним из важнейших элементов дальнейших разработок является интеграция технологий автоматизации, упрощение эксплуатации и контроля прикладных систем, развитие машин для внесения органических и минеральных удобрений в твёрдом и жидком виде с оптимальным и дифференцированным распределением при одновременном снижении степени загрязнения окружающей среды; для сокращения объемов внесения средств защиты растений, опрыскиватели снабжаются системами, которые обеспечивают точное нанесение раствора, за счет управления камерой, мобильных рам.
Развитие машин и оборудования для животноводства, в первую очередь оборудования для содержания и машин для заготовки и переработки кормов.
Обоснование выделенных мировых технологический трендов
В настоящее время в сельскохозяйственном машиностроении активно используются новые и самые передовые технологии, ускоренными темпами идут масштабные процессы глобального внедрения и освоения различного рода инноваций и дальнейшего совершенствования производимых видов техники, что в итоге качественно повышает технический, технологический, организационный уровни сельскохозяйственного производства.
При этом на первый план в создании новой сельхозтехники и эффективного сельхозпроизводства выходят цифровые технологии и электронная начинка машин, различного основного и вспомогательного оборудования.
В будущем, ожидается полная цифровизация сельского хозяйства, автоматизированный анализ агрономических данных и автономная техника на возобновляемом топливе, способная производить автоматическую настройку в зависимости от типа культуры и внешних факторов.
Новые технологии продолжат идти в ногу со временем, то есть по пути повышения производительности машин. В ближайшем будущем будет увеличиваться доля мощной техники. Которая будет управляться человеком, но управление высокоэффективными машинами будет осуществляться с помощью комплекса электронных систем, включая системы автонастройки под разные культуры, задачи или условия работы, системы автоуправления и синхронизации различных машин и всего парка техники сельхозпредприятия, а также системы идентификации».
Ключевой тенденцией в современном сельхозмашиностроении является создание конструкций машин, позволяющих применять высокоэффективные интенсивные технологии, значительно увеличивать производительность труда, создавать благоприятные условия для растениеводства, повышать урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность животных, сокращать потери при посеве, внесении удобрений, уборке урожая, обеспечивать экологическую безопасность и безопасные условия труда.
В соответствии с концепцией технологических укладов в настоящее время в мире начинают складываться контуры шестого уклада, для которого характерно использование наукоемких («высоких») технологий. Речь идет о широком применении био- и нанотехнологий, генной инженерии, микромеханики, информатики и т.д. Уже сегодня в развитых странах Запада в сельскохозяйственном машиностроении идет создание инновационных машинных технологий для растениеводства, начиная с прецизионного высева семян, анализа вносимых удобрений, контроля применения химических веществ и заканчивая измерением количества собранного урожая. Как полагают специалисты, при грамотном подходе использование таких инноваций поднимет сельскохозяйственное производство на принципиально новый уровень, позволив совершить реальный прорыв в сфере АПК и обеспечив бережное отношение к природным ресурсам за счёт соединения на практике прогрессивных технологий (автоматизацию и роботизацию) с зеленой энергетикой и пермакультурой. Ключевые мировые тенденции в сельскохозяйственном машиностроении связаны с заменой конструктивной базы нового поколения, которую отличает высокая степень автоматизации, контроля и диагностики комплекса в целом.
Всю совокупность реализуемых сегодня в сельхозмашиностроении инновационных разработок можно условно разделить на несколько типов:
- системы для картирования урожайности полей и плодородия почвы с целью последующего дифференцированного посева и внесения удобрений, а также постоянного контроля качества урожая;
- навигационные системы для определения точного местоположения техники и управления сельхозмашинами в процессе работы;
- автоматизированные системы контроля функций машины и комфортабельности работы водителя. Использование в сельскохозяйственном производстве инновационных решений первого типа призвано обеспечить повышение не только производительности труда, но и урожайности (по некоторым оценкам - на 20 25%). Что касается применения навигационных и автоматизированных систем управления, они дадут эффект в виде сокращения простоев агрегатов, происходящих по организационным и техническим причинам.

Рассмотрим основные тенденции в развитии сельскохозяйственного машиностроения. Ожидается, что интеграция приложений Интернета вещей (IoT) в сельскохозяйственное оборудование будет стимулировать развитие рынка сельскохозяйственной техники и оборудования. Экологичные электрические тракторы, вероятно, станут новой тенденцией на рынке сельскохозяйственной техники и оборудования. Экологичные тракторы работают от электрических аккумуляторов, которые можно заряжать, просто подключив их к розетке. Также на трактора можно установить ветряную или солнечную станции для производства электроэнергии для подзарядки аккумуляторов трактора.
Одна из главных тенденций в сельскохозяйственном машиностроении – это развитие автоматизации и роботизации в сельском хозяйстве. Развитие автоматизации и роботизации в сельском хозяйстве уже сейчас имеет большой потенциал для повышения производительности и устойчивости. Современные технологии автоматизации и роботизации могут существенно упростить и ускорить многие процессы, такие как посев, уборка урожая, обрезка деревьев и кустарников и т.д.
В виду сокращения и нехватки рабочей силы в сельском хозяйстве решить данный вопрос предлагается с помощью автономных тракторов. Автономные трекеры призваны произвести революцию в сельскохозяйственной отрасли, устранив человеческий фактор. Компания John Deere представил свой первый полностью автономный трактор 8R в 2022 году на выставке Consumer Electronics (CES) в Лас-Вегасе. Беспилотные тракторы призваны освободить фермеров от 8 – 12 часового рабочего дня. Они позволяют фермерам контролировать процесс через приложение на своем телефоне или компьютере. Фермер может использовать приложение, чтобы расположить трактор, проехать по полю, развернуться, вернуться и маневрировать вокруг препятствий.
Автономная техника оснащается датчиками и системами искусственного интеллекта, которые позволяют ей самостоятельно выполнять работу на поле или в теплицах. Автономные тракторы способны планировать свой маршрут на поле и самостоятельно управляться с помощью GPS, а также выполнять различные операции, такие как посев и уборка урожая.
Калифорнийский стартап Monarch Tractor сообщил о начале производства своих первых полностью электрических сельскохозяйственных тракторов MK-V, оснащённых системой автономного управления. Машины базируются на платформе NVIDIA Jetson Xavier и предназначаются для выполнения сельскохозяйственных задач с водителем или без. Каждый трактор MK-V оснащён шестью модулями NVIDIA Jetson Xavier NX. Это позволяет машине ориентироваться в пространстве исключительно лишь за счёт установленных на неё камер. По словам конструкторов MK-V, такой подход более практичен по сравнению с GPS-навигацией, которая не всегда может быть доступна в той или иной местности, или достаточно точна. Все необходимые данные об окружающем пространстве MK-V собирает с помощью двух трёхмерных, а также шести обычных камер, а за обработку информации отвечают бортовые компьютеры. В компании добавляют, что помимо прочего использование платформы NVIDIA Jetson Xavier NX позволяет оптимизировать потребление энергии полностью электрических тракторов MK-V, увеличив время их работы от одной подзарядки. Пиковая мощность MK-V составляет 40-70 л.с. Время работы от одного заряда - до 14 часов.
В США начнется производство электрического трактора с автопилотом. New Holland T4 Electric Power электрический трактор с мощностью электродвигателя 120 л.с.
Компания John Deere в сотрудничестве с новаторами в области интеллектуальных систем управления разработала точное распыление специальных культур. Интеллектуальная система управления Smart-Apply, которая использует обнаружение света и определение дальности (LiDAR), — это дополнительный комплект для распылителей с воздушной струей, буксируемых за трактором John Deere. Компания заключила дистрибьюторское соглашение с Smart Guided Systems для продажи и поддержки своей интеллектуальной системы управления Smart-Apply через дилерский канал John Deere в Канаде. Кроме того, в системе Cognitive Agro Pilot используются системы искусственного интеллекта, которые внедряются в комбинированные системы обмолота, чтобы позволить машинам автоматически регулироваться для минимизации потерь и улучшения качества зерна без участия оператора.
Предлагается поддерживать устойчивое земледелие с помощью дронов. Сельскохозяйственные дроны помогают фермерам увеличивать урожайность и следить за ростом урожая для достижения максимальной производительности. Фермеры используют данные полученные с помощью дронов для извлечения образцов почвы, чтобы проверить температуру, влажность. Производитель дронов DJI предлагает вариант летающего фермерства, который предоставляет такие услуги, как мониторинг и целевое распыление пестицидов.
Предлагается повысить производительность посева семян уборки урожая, обрезки деревьев и кустарников и т.д. с помощью роботов. Посев семян требует значительных человеческих усилий и занимает много времени, но роботы-посевщики экономят время и деньги фермеров. Автономные устройства сажают семена в нужном месте, устраняя человеческий фактор. Компания по сельскохозяйственному оборудованию Fendt тестирует небольших автономных роботов размером со стиральную машину для посева семян.
Еще одним примером роботизации в сельском хозяйстве является использование роботов для уборки фруктов и овощей. Роботы, оснащенные системами компьютерного зрения и робототехники, могут точно определять, какие плоды готовы для сбора, и собирать их без повреждения.
Однако необходимо отметить, что внедрение автоматизации и роботизации в сельском хозяйстве может вызвать опасения относительно потери рабочих мест и неравенства в доступе к новым технологиям. Важно, чтобы эти технологии были доступны и фермерам-единоличникам, и малым фермерским хозяйствам, а не только крупным агропромышленным компаниям.
В целом, развитие автоматизации и роботизации в сельском хозяйстве имеет большой потенциал. Развитие сегмента автономных тракторов является одним из самых перспективных направлений в развитии сельского хозяйства и повышения эффективности работы на полях. Это позволит уменьшить затраты на трудовые ресурсы и обеспечить более точную и эффективную обработку полей. Преимуществом автономных тракторов является их способность работать в любых условиях и в любое время суток, что позволяет сократить время на выполнение задач и повысить производительность. Это особенно важно в сельском хозяйстве, где необходимо соблюдать жесткие сроки выполнения работ. Отрасль сельскохозяйственного машиностроения находится в авангарде технологических инноваций, неудивительно, что точное земледелие является одной из ключевых тенденций. Внедрение точного земледелия требует высокотехнологичного оборудования. Точное земледелие, вероятно, станет будущим сельскохозяйственного производства. Крупные компании начали внедрять точное земледелие и предписывающую посадку, которые позволяют им оптимизировать выращивание продовольственных культур.
Хотя широкое внедрение робототехники крупными сельскохозяйственными компаниями происходило медленнее, чем в других, есть основания полагать, что интерес к ней быстро возрастет. Сельскохозяйственная техника во многих странах достигла предельных размеров, что ограничивает дальнейшие усовершенствования. Таким образом, фермерам придется обратиться к решениям в области машинного обучения и искусственного интеллекта. Кроме того, роботизированные устройства и машины могут работать в неблагоприятных условиях, повышать эффективность операций и производительность сельского хозяйства, что делает их желательным выбором. Роботизированное оборудование может работать в ночное время и в выходные дни, ускоряя производственные процессы и снижая производственные затраты.
Пандемия ударила по многим отраслям, и тяжелое машиностроение не стало исключением. Почти каждая компания, независимо от отрасли, начала искать способы удаленного выполнения своих операций. Эти технологии позволили им открыть для себя новые принципы управления. Одним из таких принципов, который стал отраслевой тенденцией, является создание автономной рабочей силы. По сути, крупные компании в Северной Америке и других странах мира осознали, что, чем больше накладных расходов, тем лучше. Сотрудники могут выполнять сложные задачи самостоятельно, если им предоставлены правильные данные и инструменты.
Мощные сельскохозяйственные тракторы - не единственный источник дохода на рынке техники. Участники обрабатывающей промышленности понимают, что в сельском хозяйстве идет масштабная консолидация. Таким образом, в долгосрочной перспективе спрос на крупномасштабное оборудование в таких регионах, как Северная Америка, резко возрастет. Мощная техника, такая как тракторы и зерноуборочные комбайны, занимают все большую долю рынка. Рыночная доля мелкосерийного оборудования в 2022 году снизилась даже в те месяцы, которые обычно наиболее сильны для мелких игроков сельскохозяйственной отрасли. Таким образом, сельскохозяйственная техника будет стремиться к производству тракторов и комбайнов для крупного земледелия.
Сельское хозяйство - это такая же отрасль, как и любая другая. Фермеры всегда ищут способы оптимизировать свой бизнес. В зависимости от уровня технологии оптимизация может доходить до очень продвинутых идей вроде внедрения машинного обучения. Таким образом, спрос на поставщиков услуг для сельскохозяйственной отрасли, вероятно, изменится. В настоящее время под «сервисом» обычно понимают техническое обслуживание и ремонт сельскохозяйственной техники. Однако тенденции рынка говорят нам о другом. Со временем технологии станут настолько сложными, что у фермеров могут возникнуть проблемы с ремонтом, покупкой обновлений, обновлением программного обеспечения и интерпретацией данных. Производственной отрасли придется превратиться в доверенного консультанта, предоставляющего информацию о ремонте, модернизации и возможных путях оптимизации. Разработка таких инструментов, как программное обеспечение для управления выездным обслуживанием, является хорошим индикатором того, что рынок готов к некоторым изменениям. Фермерам придется просто передать некоторые функции обрабатывающей промышленности, что предоставит больше возможностей для отрасли.
Ирригация, вероятно, является одним из самых важных изобретений в сельском хозяйстве, позволяющим каждому удовлетворять растущие потребности в продуктах питания. Практически невозможно переоценить важность ирригации во всем мире. Ожидается, что сельскохозяйственная отрасль будет добиваться значительного прогресса в ирригации из-за глобального потепления, увеличивающего потребности в воде. Поскольку спрос на продовольствие, по оценкам, в ближайшие годы будет только расти, фермерам придется соблюдать тонкий баланс. В результате производственные предприятия ищут способы создания такого оборудования, как тракторы, которые могли бы более эффективно управлять использованием воды. К счастью, развитие более эффективного использования воды для производства продуктов питания, вероятно, будет расти в геометрической прогрессии, поскольку другие достижения, такие как оцифровка оборудования, предоставят необходимую информацию для оптимизации. Технологии внесения удобрений не уделялось должного внимания почти во всем мире, даже в таких высокоразвитых регионах, как Северная Америка. Однако есть основания полагать, что в результате роста популярности точного земледелия произойдут изменения. В прошлом смеси удобрений обычно разбрасывали по большому полю, а не нацеливали. Из-за отсутствия детального подхода к внесению удобрений фермеры были вынуждены либо чрезмерно, либо недостаточно использовать удобрения, если у них были разные культуры. Кроме того, соблюдение правил могло быть немного сложнее. Однако рынок меняется. По мере внедрения новых технологий оборудование для внесения удобрений может использовать данные, полученные из других источников, для прогнозирования точных требований и предоставления рекомендаций по настройке. Кроме того, расширенное моделирование, доступное с помощью некоторого оборудования, может позволить фермерам учитывать различные геометрические формы, такие как склоны.
AgriTech. СХ машиностроение