Технологии будущего для устойчивого развития и высокой степени автоматизации сельского хозяйства
Лаборатория инноваций: CLAAS продемонстрирует на выставке Agritechnica 2023 перспективную технику и автономные решения для устойчивого развития сельского хозяйства
Харзевинкель, ноябрь 2023 года. Благодаря новой концепции экспозиции и множеству инновационных продуктов компания CLAAS на выставке Agritechnica в этом году развернет активный диалог с фермерами о будущем сельского хозяйства. Помимо презентации новых продуктов на «Аллее инноваций» в центре стенда CLAAS, также предусмотрен новый раздел — «Лаборатория инноваций». Он позволит всем желающим заглянуть в завтрашний день использования высокоавтоматизированных и автономных решений для устойчивого развития аграрной отрасли.
Инновационная концепция экспозиции и оптимизированный, еще более удобный для осмотра стенд на ведущей мировой выставке сельскохозяйственной техники Agritechnica демонстрируют приверженность компании CLAAS новым горизонтам развития. На площади более 5800 кв. м посетители смогут не только увидеть уже знакомые продукты, а также новинки CLAAS, такие как зерноуборочные комбайны EVION, косилки серии DISCO 9700 и тракторы XERION 12-й серии, но и впервые получить полное представление о перспективных разработках компании. Они будут представлены в сферах проектирования кабин сельхозмашин, эргономики рабочих мест и человеко-машинных интерфейсов (HMI), автономной техники и применения альтернативных силовых установок и рабочих приводов. В «Лаборатории инноваций» на стенде CLAAS в павильоне 13 все заинтересованные представители хозяйств и подрядных организаций, а также студенты средних профессиональных и высших учебных заведений смогут вблизи познакомиться с различными технологиями будущего и обсудить их со специалистами компании CLAAS. Именно здесь в процессе диалога начнется создание обратной связи с отраслью по представленным инновациям. Отметим, что целый ряд решений и проектов уже готовы к внедрению в серийное производство в обозримом будущем. Причем отдельные из них даже уже отмечены серебряной наградой Agritechnica Innovation Award. Однако есть и те, что нацелены на реализацию в более долгосрочной перспективе.
Демонстрационный прототип XERION: мощный трактор для высокоавтоматизированных и автономных полевых работ
На выставке Agritechnica 2023 компания CLAAS впервые представит прототип мощного энергонасыщенного трактора, способного выполнять сельхозработы автономно. Для этого трактор XERION 12.590 TERRA TRAC был оснащен набором датчиков, таких как лазерные LIDAR, системами оптических камер, а также другими технологиями для планирования траектории движения в поле и контроля рабочих процессов. При этом представленная на выставке машина существует не в единственном экземпляре. Еще несколько прототипов в настоящее время участвуют в разнообразных полевых испытаниях для дальнейших исследований и тестирования компонентной базы.
Высокая степень автоматизации и автономности — это центральные, глобально значимые темы во многих областях использования сельхозтехники в аграрной сфере. Отметим, что компания CLAAS разрабатывает технологии для автономного проведения полевых работ как самостоятельно, так и в рамках различных совместных исследовательских проектов, в том числе с партнерами отраслевого альянса 3A — ADVANCED AUTOMATION & AUTONOMY. Одним из приоритетных направлений разработок является применение стандартных методов полевых работ, таких как обработка почвы при использовании мощных энергонасыщенных тракторов.
«Подобные сельскохозяйственные тракторы, обладающие высокой степенью автоматизации и автономности, будут интересны прежде всего тем хозяйствам, которые в силу имеющегося парка машин и оборудования не смогут в полной мере использовать их с небольшими аграрными ботами AgBot, вследствие эксплуатационной несовместимости с последними», — поясняет Кристоф Молитор, руководитель глобального отдела технологического менеджмента компании CLAAS.
«Основными факторами, приводящими к повышению потребности в рабочей силе и, следовательно, высокому спросу на трудовые ресурсы в сельском хозяйстве, наряду с общей нехваткой квалифицированных кадров в отрасли, мы считаем различные временные сдвиги в процессе уборки и механизированного ухода за посевами, возникающие из-за неблагоприятных погодных условий. Высокая степень автоматизации и автономности сельхозтехники может помочь сгладить пиковые моменты загрузки персонала и снизить трудоемкость проведения полевых работ», — резюмирует г-н Молитор.
В рамках «Лаборатории инноваций» компания CLAAS представит на выставке XERION 12.590 TERRA TRAC — демонстрационный образец трактора для проведения высокоавтоматизированных и автономных полевых работ с Autonomy connect Co-Pilot и Auto-Pilot
Представленный на экспозиции «Лаборатории инноваций» трактор XERION 12.590 TERRA TRAC для работы в режиме высокой степени автоматизации оснащается системой Autonomy connect Co-Pilot, а для полностью автономной работы — Autonomy connect Auto-Pilot. Режим Co-Pilot подразумевает высокую степень автоматизации рабочих процессов, включая функции планирования с помощью Autonomy connect. Причем последняя может быть полностью интегрирована в платформу CLAAS connect. В системе Co-Pilot оператор главным образом выполняет контрольные функции, а функции настройки и управления запрограммированы заранее и обрабатываются связкой «трактор — агрегат» в полностью автоматическом режиме. При этом с целью оптимизации рабочего процесса оператор со своего рабочего места в кабине может по-прежнему вмешиваться непосредственно в его ход. В свою очередь, система Auto-Pilot предполагает полностью автономную работу без наличия оператора в кабине сельхозмашины. Планирование работ осуществляется точно так же, как и в Co-Pilot, однако при этом трактор оснащается передовой технологией распознавания окружающей обстановки. В ее составе в дополнение к лазерным датчикам LIDAR применяются специальные системы оптических камер и другие обеспечивающие безопасность технологии, включая функцию автоматической остановки. При этом инструментарий планирования полевых работ Autonomy connect может быть полностью интегрирован в интернет-портал CLAAS connect сразу после его внедрения на рынок. Это позволит быстро и легко использовать все его функции в повседневной работе без необходимости использования дополнительного портала.
Также в рамках «Лаборатории инноваций» будет экспонироваться культиватор Amazone Cenius с технологией Amazone AutoTill, обеспечивающей высокоавтоматизированную и автономную работу агрегата. Система способна контролировать положение его рабочих органов, их фактическое заглубление, скорость вращения почвенных катков, а также определять факт повреждения наконечников лап и объем стерневых остатков, скапливающихся между стойками. Данная информация, регистрируемая культиватором, синхронизируется с электронной системой управления трактором. Именно на ее основе трактор, например, снижает рабочую скорость движения, для того чтобы уменьшить объем растительной массы, скопившейся между его стойками, и предотвратить забивание, или же осуществляет небольшой подъем агрегата — для уменьшения эффекта проскальзывания почвенных катков.
AgXeed, thermalDRONES и CLAAS: высокоавтоматизированное и автономное кошение трав с обеспечением безопасности для диких животных с помощью беспилотников
В настоящее время беспилотники с тепловизионными камерами являются весьма распространенным, безопасным и эффективным способом обнаружения гнездящихся на земле птиц или молодняка диких животных, особенно оленей, на полях, где предполагается начало уборки кормовых культур. При этом такой поиск обычно ведется в режиме реального времени и уборочный процесс просто прерывается после их обнаружения на участке. Это необходимо, чтобы помощники оператора сельхозмашины смогли либо переместить животных оттуда, либо отметить места обнаружения гнездований для их пропуска.
Компании CLAAS, Thermal DRONES и AgXeed объединили свои знания и опыт в области разработки совместной технологии для автономного кошения с использованием данных от беспилотников. Информация от их тепловизионных камер по источникам тепла, выявленным в ходе полета над полем, сначала сохраняется, а затем обрабатывается с помощью программного обеспечения с элементами искусственного интеллекта (AI). После этого данные с привязкой по координатам GPS поступают в систему для планирования процесса уборки. Таким образом, информация для обхода сельхозмашиной мест обитания диких животных и обеспечения зоны их безопасности интегрируется в планируемую схему движения. В частности, такой принцип используется на участках, где имеются гнездовые кладки охраняемых законом птиц, которые нельзя переносить. При этом с помощью портала AgXeed фермеры и подрядные компании могут следить за процессом уборки в режиме реального времени на экране своего смартфона, планшета или компьютера. Благодаря этому использование автономных косилок не только обеспечивает высокую производительность, но и позволяет осуществлять заготовку кормов с учетом особенностей дикой природы. Кроме этого, фермер получает возможность задокументировать действия, которые он предпринял перед кошением для обеспечения безопасности диких животных.
Схема: принцип передачи данных после сканирования поля беспилотником для осуществления автоматизированного или автономного кошения
Наряду с полевыми роботами данная технология может также применяться и в связке с автономными тракторами, а также всеми типами тракторов и уборочных комбайнов с существующими системами автоматического вождения. Именно поэтому данная технология способна стать востребованным решением в аграрной отрасли уже сегодня. При этом важно отметить, что сбор POI-данных о местонахождении диких животных осуществляется четко только в заранее определенных границах поля. Данные по ним могут быть взяты из соответствующей системы управления хозяйством (FMIS). Если они недоступны, то оператор беспилотника может сам обозначить границы поля, отметив на экране рабочую область.
Благодаря взаимодействию с беспилотниками автономные полевые роботы и тракторы могут использовать технологию ThermalDRONES для заблаговременной локализации и обеспечения безопасности диких животных и гнездящихся на земле птиц
Аккумуляторный SCORPION 732e: прототип телескопического погрузчика
В области развития и использования альтернативных силовых установок компания CLAAS всегда открыта для новых технологий и в значительной степени ориентирована на потребности своих клиентов. В настоящее время в верхнем диапазоне мощности машин по-прежнему сохраняют свою актуальность двигатели внутреннего сгорания на различных экологичных видах топлива, например на основе HVO (гидрогенизированных растительных масел). Данная тенденция будет сохраняться и в среднесрочной перспективе. Главным образом это происходит по причинам чрезвычайно высокой плотности запасаемой в виде топлива для обеспечения работы данного типа двигателей энергии, а также развитой инфраструктуры снабжения. Однако в классе машин небольшой мощности в таких областях, как погрузочно-разгрузочные работы, сельское хозяйство или коммунальная сфера, существенный потенциал благодаря нулевому уровню выбросов отработанных газов имеют электрические силовые установки с питанием от аккумуляторов.
Телескопические погрузчики — это универсальные машины для осуществления точного подъема различных тяжелых грузов, загрузки прицепов или укладки тюков и рулонов с кормами. Телескопический погрузчик CLAAS SCORPION 732e с аккумуляторной батареей — совместная разработка с компанией Liebherr. Он обладает множеством преимуществ. Такая машина работает очень тихо и без выброса каких-либо отработанных газов, что, несомненно, более благоприятно для людей и животных, находящихся в закрытом помещении, например коровнике. В конструкции данного прототипа применена связка из двух независимых электроприводов мощностью 90 кВт и модульной конструкции аккумуляторов, суммарной емкостью 64 кВт·ч, которые обеспечивают ему до 4 часов работы. Также в CLAAS SCORPION 732e интегрировано бортовое зарядное устройство мощностью 22 кВт. Все это обеспечивает ему одновременно достаточную мощность и гибкость работы. Максимальное тяговое усилие машины составляет 53 кН, а максимальная скорость — 30 км/ч. Важным аспектом является и то, что для зарядки аккумулятора можно использовать генерируемую самостоятельно в хозяйстве электроэнергию, например с помощью солнечных панелей.
Прототип SCORPION 732e обеспечивает возможность работы до 4 часов. Благодаря бортовому зарядному устройству мощностью 22 кВт для зарядки аккумулятора можно использовать генерируемую в самом хозяйстве электроэнергию, например от солнечных панелей
Зерноуборочный комбайн с гибридной электрической системой привода: концепция постоянной загрузки двигателя для снижения расхода топлива
В ходе эксплуатации зерноуборочным комбайнам зачастую приходится сталкиваться с неоднородными условиями работы. Неравномерная урожайность зерна, объем соломы, количество сорняков или неровный рельеф местности на разных участках полей приводят к тому, что для достижения наилучших показателей приводы рабочих органов и силовые агрегаты уборочной машины должны постоянным образом подстраиваться под новые условия. Иначе не будет ни высокой производительности, ни высокого качества зерна, ни высокой эффективности уборки. Так, например, для оптимальной эффективности работы систем сепарации и очистки зерноуборочного комбайна крайне желательна их постоянная высокая загрузка без значительных колебаний по скорости и объему проходящей через них массы. Рабочие процессы должны происходить в них максимально равномерно. Однако вследствие полевой неоднородности добиться этого практически невозможно.
Использование гибридного электрифицированного привода в зерноуборочном комбайне, разработанного компанией CLAAS и уже проверенного на практике, позволяет сгладить пиковые нагрузки и значительно повысить эффективность работы. В процессе уборки в легких условиях часть мощности двигателя, не требующаяся в данный момент для привода рабочих органов комбайна, преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора и накапливается в аккумуляторе. При попадании в сложные условия, например на участок поля с высокой урожайностью или при начале выгрузки из бункера зерна в движении, накопленная электрическая энергия от аккумулятора автоматически высвобождается и помогает основному рабочему приводу. Делает она это с помощью электродвигателя, заменяя тем самым классический форсируемый режим Boost, создаваемый за счет повышения давления наддува. Благодаря этому возникающие пиковые нагрузки преодолеваются комбайном просто и за считаные секунды, а автоматическое распределение нагрузки помогает двигателю машины постоянно работать в режиме оптимального уровня мощности.
Данная концепция позволяет использовать сравнительно небольшой двигатель внутреннего сгорания мощностью порядка 400 кВт, который к тому же работает в диапазоне низких оборотов — 1600 об/мин, а не как обычно — при 1800 об/мин. В паре с ним устанавливается дополнительный электродвигатель мощностью 40 кВт, аккумулятор емкостью 3 кВт·ч и инвертор на 48 В. В ходе практических испытаний расход топлива прототипа с гибридным электрифицированным приводом оказался ниже на 10 %.
Отметим, что дополнительный электропривод работает в низковольтном диапазоне — напряжение менее 60 В. Это означает, что при работе с данной системой необходимые меры безопасности менее сложны по сравнению с системами привода, функционирующими на высоком напряжении. Поэтому техническое обслуживание может проводиться без каких-либо дополнительных мер безопасности и специального обучения оператора.
Вверху: гибридная система привода в данном зерноуборочном комбайне 12-го класса состоит из дизельного двигателя мощностью 400 кВт, электродвигателя мощностью 40 кВт и аккумуляторной батареи емкостью 3 кВт·ч
Слева: конструкция гибридного привода
«Кабина 4.0» и Cab10Future: взгляд на кабину будущего для уборочной техники и тракторов
Для полной реализации операторами потенциала производительных и сложных уборочных машин уже сегодня используются многочисленные системы автоматической помощи. И в ближайшие годы тенденция к росту степени автоматизации будет продолжать увеличиваться. А это может привести уже к обратной ситуации, чем мы наблюдаем сейчас. Оператор будет быстрее уставать не от перегруженности работой, а от ее недостатка. Причем в первую очередь в части контроля за работой машины. Поэтому в будущем кабина уборочной техники должна предоставлять оператору возможность выполнять не только те задачи, что напрямую связаны с этой машиной, но и сопутствующие, находящиеся в его профессиональной компетенции.
Исследовательский проект «Кабина 4.0 — OnField» призван посредством новейших технологий и решений, таких как джойстиковое управление, распознавание физического состояния оператора, отслеживание направления его взгляда, показать, как может выглядеть рабочее место в сельхозмашине будущего. Эта концепция включает в себя различное инновационное оборудование с доступом к Интернету, разнообразные человеко-машинные интерфейсы в виде камер, проекционных и обычных дисплеев, клавиатур и многого другого. Оснащение кабины также позволяет непрерывно фиксировать уровень стресса оператора и тем самым устанавливать двунаправленную связь между событиями и его реакцией на них. Это дает системе вовремя предоставить оператору нужные рекомендации в ситуации, когда от него требуется вмешательство в процесс управления сельхозмашиной, а он по причине утомления вовремя не сделал этого.
Основой данной системы выступает виртуальный помощник, который, отслеживая с помощью установленного в обшивке крыши кабины трекера направление взгляда оператора, распознает симптомы сонливости. Определив их, он обращается к оператору в устной форме и акцентирует его внимание на рекомендуемых действиях. Для их выполнения кресло оператора может быть переведено в любой из трех необходимых режимов одним нажатием кнопки. В основном рабочем режиме оно фиксируется в прямом положении. В режиме для отдыха — поворачивается влево. Теперь оператор может выполнять легкие разминочные упражнения, например для восстановления тонуса организма. Кроме того, с помощью дисплея, расположенного над головой, можно просматривать информацию или видеоуроки.
В офисном режиме кресло оператора поворачивается вправо, так чтобы он мог видеть дисплей на правом боковом стекле. В этом случае на платформе подлокотника кресла становится возможным разместить клавиатуру для выполнения различных офисных задач, таких как переписка по электронной почте, поиск информации в Интернете или планирование, документирование и контроль работы с системой управления хозяйством (FMIS). В настоящее время вся эта работа требует дополнительного времени в офисе и, как следствие, существенно уменьшает свободное время специалистов.
«Кабина 4.0» — это проект, в рамках которого пять компаний и научно-исследовательских институтов ведут совместные исследования и разработки в области проектирования кабины будущего
Важным условием успешного практического применения новых функций «Кабины 4.0» является то, что комбайн должен быть оснащен системой автоматического контроля и предупреждения о возможном столкновении. Если она обнаружит препятствие, оператор незамедлительно получит заблаговременное сообщение о необходимости выйти из режима отдыха или офиса, чтобы обеспечить процесс ручного управления машиной.
В разработке проекта «Кабина 4.0» сотрудничают пять участников: Технологический институт Карлсруэ (в лице Института эргономики и организации производства и Отделения проектирования мобильных машин), Институт сельскохозяйственной инженерии Университета Хоэнхайма, а также компании InMach Intelligente Maschinen GmbH, Budde Industrie Design GmbH и Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH. Проект «Кабина 4.0» был профинансирован при участии Федерального министерства образования и научных исследований (BMBF) Германии в рамках программы «Сельскохозяйственные системы будущего». Данная инициатива, запущенная в 2019 году, получила положительную оценку на семинарах в рамках различных фокус-групп с участием как операторов, так и руководителей хозяйств.
Cab10Future — это перспективный дизайн-концепт кабины для тракторов и комбайнов компании CLAAS
В проекте CAB10Future компания CLAAS также представляет свое видение кабины будущего. Ее концепция призвана обеспечить более комфортную работу оператора в кресле, благодаря возможности его поворота на 60°. Для лучших условий труда в кабине создана оптимальная рабочая атмосфера: система интеллектуального освещения, применены высококачественные материалы внутренней отделки. Дополняют интерьер передние стойки, способные отражать окружающую обстановку посредством системы камер и дисплеев. Концепт характеризует абсолютная цифровизация взаимодействия оператора с сельхозмашиной посредством больших дисплеев в передней части кабины, а также переход к автономному вождению, выраженный в форме полного отсутствия рулевой колонки. Все это призвано создать для оператора условия для оптимального пространственного восприятия. При этом благодаря круговой системе рабочего освещения обзорность из кабины обеспечена на 360° даже в темное время суток.
Интерьер Cab10Future: большие дисплеи, впечатляющий круговой обзор, уникальный дизайн и высокое качество материалов отделки
Отметим, что концепция кабины Cab10Future в подобной конфигурации может практически без изменений применяться в конструкции как зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов, так и тракторов большой мощности.
Фотоматериалы к пресс-релизу вы можете найти по ссылке.
О компании CLAAS
Фирма CLAAS (www.claas.com) была основана в 1913 году как семейное предприятие, и сейчас она является одним из ведущих мировых производителей сельскохозяйственной техники. Предприятие с головным офисом в городе Харзевинкеле (Германия) является европейским лидером на рынке зерноуборочных комбайнов. Мировое лидерство компания CLAAS сохраняет за собой и в области самоходных кормоуборочных комбайнов. Ведущие места на мировом рынке сельскохозяйственной техники принадлежат фирме CLAAS в области тракторов, а также сельскохозяйственных прессов и кормозаготовительной техники. В ассортимент компании входят самые современные информационные технологии в области сельского хозяйства. Сегодня во всем мире в CLAAS работает более 12 тыс. сотрудников. Оборот за 2022 финансовый год составил 4,9 млрд евро.