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Agricoltura 4.0 – I 5+2 fattori che identificano le macchine agricole 4.0

19 Gennaio 2021

La quarta rivoluzione industriale è in piena attuazione ed i concetti su cui si basa sono la connessione, lo scambio e la gestione di dati, il controllo remoto. Prendendo spunto dai requisiti definiti dall’ allegato A e B annesso alla legge 11 dicembre 2016, n. 232 sul credito di imposta e applicato in chiave “Agricoltura 4.0”, una declinazione di industria 4.0 per l’agricoltura, andiamo a vedere quali sono le caratteristiche che una macchina agricola deve avere per essere riconosciuta in tale maniera. Cosa dice l’allegato A in merito all’ Agricoltura 4.0Il punto principale dell’allegato A di pertinenza delle macchine agricole 4.0 (non è il solo) recita “Beni strumentali il cui funzionamento è controllato da sistemi computerizzati o tramite opportuni sensori e azionamenti” con riferimento al sottogruppo “macchine anche motrici e operatrici, strumenti e dispositivi per il carico e lo scarico, la movimentazione, la pesatura e la cernita automatica dei pezzi, dispositivi di sollevamento e manipolazione automatizzati, AGV e sistemi di convogliamento e movimentazione flessibili, e/o dotati di riconoscimento dei pezzi (ad esempio RFID, visori e sistemi di visione e meccatronici)”. Affinchè la macchina agricola risponda ai requisiti dettati per l’ agricoltura 4.0 devono essere dunque rispettati i seguenti requisiti: R1. Controllo per mezzo di CNC (Computer Numerical Control) e/o PLC (Programmable Logic Controller) o soluzioni equipollenti (es. micro controllori): si fa riferimento al fatto che, all’interno delle macchine agricole 4.0, siano adottati hardware di controllo del sistema supervisionato con azionamenti sotto funzioni digitali;R2. Interconnessione ai sistemi informatici di fabbrica con caricamento da remoto di istruzioni e/o part program, ovvero il sistema di interconnessione che permette di far comunicare il sistema di controllo del punto R1 con un sistema in remoto tramite opportuni protocolli;R3. Integrazione automatizzata con il sistema logistico della fabbrica o con la rete di fornitura e/o con altre macchine in quanto i sistemi di controllo e automazione scambino dati sia con un sistema di monitoraggio (es. un pc con un software di invio e registrazione dati) o con altre macchine coinvolte. Questo processo, per essere conforme alla definizione di Agricoltura 4.0, deve poter essere gestito attraverso un’interfaccia remota (figura A) Figura A R4. Interfaccia uomo macchina semplice ed intuitiva in cui gli operatori possano accedere ed interagire in modo sicuro; R5. Rispondenza ai più recenti standard in termini di sicurezza, salute e igiene che è collegato al punto precedente e fa riferimento ad esempio agli standard costruttivi previsti con la Direttiva Macchine e altre norme pertinenti. A cui si aggiungono solitamente queste due caratteristiche aggiuntive (sono cinque in totale): RA. Sistemi di tele manutenzione e/o telediagnosi e/o controllo in remoto per cui è presente un sistema di monitoraggio a distanza sia per ragioni di verifica funzionale ma anche per riparare le funzionalità compromesse della macchina; RB. Monitoraggio in continuo delle condizioni di lavoro e dei parametri di processo mediante opportuni set di sensori e ad attività alle derive di processo, che è di fondamentale importanza perché è proprio la presenza di sensori che permette di monitorarne le prestazioni, la presenza di errori funzionali e le avarie; Figura B: PRO-SEEDER - Sensori di conteggio e verifica passaggio seme di MC Elettronica In realtà nell’allegato A e B annesso alla legge 11 dicembre 2016, n. 232 ci sono ulteriori possibilità di cui magari ne parleremo in un prossimo articolo ma a cui vi invitiamo a consultare trovandolo facilmente con una ricerca su Google. Scritto da Dr. Agr. Mattia Trevini PhD di Agroingegno
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Gestione delle macchine agricole da remoto? Grazie all’agricoltura 4.0 è possibile!

19 Gennaio 2021

Prendendo spunto da wikipedia, i principi portanti dell’industria 4.0 sono rappresentati dalle logiche dell’automazione per migliorare le condizioni di lavoro, generare nuovi modelli di business, aumentare la produttività e la qualità produttiva delle macchine e impianti. Alla logica 4.0 è strettamente connesso il concetto di smart factory. A tale impostazione sono legati tre elementi che sono: le collaborazioni tra attori della produzione (uomini, macchine e strumenti), integrazione di infrastrutture informatiche per integrare i sistemi e le aziende tra loro, ottimizzazione dei consumi energetici riducendo gli sprechi. In tutto questo impianto logico fa perno il concetto di sistema cyberfisico cioè l’integrazione e la connessione di sistemi fisici con quelli informatici a loro volta inseriti in una rete e integrazione più grande. Il sistema cyberfisico per l’applicazione di sistemi di agricoltura 4.0In tal senso le tecnologie coinvolte da questo nuovo mondo sono i sistemi avanzati di produzione (es. robot, cobot), Additive Manufacturing (stampa 3D), realtà aumentata, simulazioni virtuali al computer, integrazione e scambio informazioni, industrial internet, piattaforme cloud (cloud computing), sicurezza e protezione informatica, analisi dati (tema dei big data). Nell’ambito agricolo tutti i concetti relativi di industria 4.o sono perfettamente implementabili, permettendo il miglioramento delle performance e della qualità operativa delle macchine agricole con un forte impatto sia agronomico per le coltivazioni agrarie che zootecnico nelle produzioni animali in una gestione aziendale di precisione e più efficiente. In questo contesto il 4.0 è l’ultimo tassello di un puzzle che porta ad innalzare il livello tecnico nella gestione aziendale. Agricoltura 4.0, un esempio di cantiereTra i tanti che si possono fare, il lavoro di semina con macchine connesse in remoto via web ad un cloud, dotate di sensori e sistemi di acquisizione dati con mappatura dell’area lavorata e georeferenziazione dei dati operativi (agronomici e di funzionamento della macchina) i quali vengono inviati, memorizzati e resi disponibili al sistema logistico di gestione aziendale ma anche con la possibilità di interagire con i sistemi di bordo da remoto (figura A). In questo esempio, gli attori coinvolti sono almeno quattro e i dati scambiati con l’amministrazione e i servizi connessi possono avere più finalità: figura A L’operatore sulla macchina ne gestisce le funzioni, non è più il guidatore ma viene fortemente agevolato nella gestione del cantiere e nel garantirne il funzionamento regolare, in particolare per quanto riguarda la fornitura del seme, le eventuali avarie segnalate per tempo al service già informato da un allarme, l’avanzamento e lo stato del lavoro, ecc…; Sistema di controllo semina USC-PRO di MC Elettronica L’imprenditore o l’ufficio amministrativo, che conosce cosa sta facendo la macchina in tempo reale per gestire tutti i servizi connessi all’operazione di semina, vale a dire il lavoro dei dipendenti, il rapporto con i fornitori, la gestione a magazzino, la qualità di semina, ecc;Il costruttore, in quanto la conoscenza delle avarie e dei parametri di performance gli consentono di avere a disposizione informazioni precise e dettagliate per migliorare la progettazione delle proprie macchine;Il service, o comunque chi si occupa della parte commerciale e dell’assistenza, entrando in una logica di manutenzione preventiva o predittiva, gestendo i propri clienti in modo più preciso garantendo un servizio più rapido nell’approvvigionamento dei ricambi o nel garantire interventi direttamente in campo. Il 4.0 in agricoltura nel prossimo futuroE’ chiaro che stiamo generalizzando e la logica dell’agricoltura 4.0 va opportunamente adattata alle diverse condizioni agrarie e ordinamenti aziendali, soprattutto perché l’agricoltura non è una scienza esatta ed è soggetta a molte più variabili da gestire rispetto ad un sistema di produzione industriale, ma ciò non ne esclude l’adozione in un settore dove tradizione, esperienza e tecnologia trovano da sempre forte interazione. Il problema sarà forse nelle competenze tecniche che richiedono nuove figure professionali o un aggiornamento di quelle esistenti. Scritto da DR Agr. Mattia Trevini PhD di Agroingegno
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Agricoltura di precisione – 5 considerazioni sull’adozione di macchine a rateo variabile

19 Gennaio 2021

Iniziamo da una semplice domanda, che cosa sono le macchine agricole a rateo variabile? Nell’ambito delle attrezzature agricole, il rateo variabile è un metodo di apporto di fattori della produzione basato sulla lettura di mappe di prescrizione. Una volta predisposte le mappe e caricate in memoria sul sistema di controllo dell’attrezzatura, spesso mediato dai sistemi ISObus a bordo trattore tramite una chiavetta USB o in wireless in remoto, non si fa altro che mettere a disposizione informazioni georefenziate al software di controllo. In pratica il software in esecuzione a bordo macchina non fa altro che confrontare le coordinate GPS in cui si trova l’attrezzo grazie all’antenna GPS con le coordinate caricate tramite le mappe di prescrizione a cui sono associate informazioni relative alla specifica applicazione. Operazioni agronomiche a rateo variabileQuesto approccio può essere usato ad esempio nella distribuzione a dose variabile del tal fattore da distribuire come il seme, concime, acqua, ma può essere sfruttato anche per le lavorazioni differenziate in campo, per l’attuazione del diserbo e del controllo fitosanitario. Nel senso più ampio del discorso è proprio l’uso di sensori che permettono l’esecuzione delle operazioni in campo in quanto è la conoscenza dei parametri di funzionamento che consentono di pilotare gli attuatori. Sistema ESD di MC Elettronica Sistema Hydra di MC Elettronica Tali sistemi se applicati anche nella gestione dei reflui di allevamento, ad esempio, permettono di mitigarne l’impatto sull’ambiente come nella distribuzione dei reflui con sistemi di iniezione diretta. A tal proposito l’incrocio dei dati di posizione rilevati in tempo reale con i dati caricati dalla mappa di prescrizione basata sull’azoto da distribuire e i dati del sensore NIR a bordo che misura il contenuto di azoto nel refluo, consentono di controllare la velocità di rotazione della pompa e grazie all’ausilio della guida automatica attuare una distribuzione sito-specifica (figura A). Figura A Attrezzature agricole a rateo variabile: Cinque valide considerazioniSulla base di quanto detto e delle esigenze agronomiche da soddisfare attraverso le attrezzature, si propongono 5 considerazioni, tra le tante che si possono fare, nell’uso delle macchine per l’agricoltura di precisione a rateo variabile: Competenze tecniche: l’adozione di macchine per il rateo variabile richiede inevitabilmente nuove competenze dove gli operatori non sono più semplici conduttori di macchine ma è richiesta la capacità di saper gestire i sistemi di controllo a bordo macchina;Variabilità da gestire e mappe: si mappano le proprietà più influenti sulla tecnica agronomica e sulla resa classificandole in aree omogenee contigue da cui derivano le mappe di prescrizione che guidano il funzionamento delle operatrici. Le aree però devono essere di sufficiente estensione ma in un numero ristretto di classi perché tenendo conto della velocità con cui le macchine modulano il rateo di applicazione in relazione alla velocità di avanzamento si deve comunque mantenere alta l’efficienza e la precisione di lavoro; Taratura: le macchine che distribuiscono i prodotti che siano semi, concimi, acqua, ecc devono garantire precisione. Sembra scontato ma non lo è, perché se un’operatrice non ha sensori e azionamenti calibrati adeguatamente si vanifica lo scopo di gestire con precisione il cantiere. Ecco perché è necessario porre la giusta attenzione all’operatività dei sensori;La dimensione aziendale è sicuramente un parametro da considerare per la sostenibilità economica nell’introduzione di attrezzature e tecnologie per l’agricoltura di precisione ma dipende anche dal tipo di colture e dall’organizzazione. In questo contesto se l’azienda agricola non può sostenere l’investimento di un attrezzo non vuol dire che non possa godere dei benefici dell’agricoltura di precisione ma anzi in tal senso ricorrere al contoterzismo può assolvere egregiamente allo scopo, lasciando all’azienda agricola solo la parte di gestione dei dati con un investimento tutto sommato minimo;Macchine e industria 4.0: le macchine a rateo variabile entrano a far parte della logica dell’IoT (Internet of Things) in cui la ricezione e l’invio di dati in remoto con la possibilità anche di un controllo a distanza ne fanno la base portante. In tal senso la logica di gestione delle informazioni in modo automatizzato fa parte della quarta rivoluzione industriale elevando in modo significativo il contenuto tecnologico delle macchine e in definitiva del modo di fare agricoltura; Anche se l’agricoltura non è come l’industria, si cercano sempre di più sistemi veloci, efficienti e precisi innovando pur rispettando la tradizione. Tu che ne pensi? Scritto da Dr. Agr. Mattia Trevini PhD di Agroingegno
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Precision Farming – Il concetto, l’elaborazione e l’uso dei dati

19 Gennaio 2021

L’idea del precision farming e i concetti base relativi alla conoscenza della variabilità spaziale delle caratteristiche del terreno e la conseguente necessità di compensarne le differenze soprattutto per l’impatto sulla produzione, trova applicazione nelle prime esperienze già negli anni 20 del secolo scorso nel settore della sperimentazione agraria. E’ chiaro che in quel periodo gli strumenti elettronici non esistevano ma veniva tutto fatto a mano, ad esempio nella misurazione del pH si campionavano i punti sul terreno contando i passi in campo su una griglia regolare precedentemente predisposta, successivamente sulla stessa mappa si procedeva con l’apporto di ammendante e correttivo. Decisamente un lavoro arduo e difficile ma spinto dalla consapevolezza e regola aurea, tipica del precision farming, che si migliora solo ciò che si misura! Precision Farming: Tutta parte da Misurazioni e mappatureFacendo un salto temporale e tornando ai giorni nostri, l’introduzione dell’elettronica e dell’informatica applicata a questi principi operativi in agricoltura hanno consentito l’adozione del metodo anche al di fuori dell’ambito sperimentale automatizzandolo. In tal senso applicare oggi l’agricoltura di precisione significa compiere una serie di step ordinati che in estrema sintesi sono: Misurare con appositi strumenti e sensori i parametri chimico/fisici sul terreno o sulle piante coltivate associando un’informazione geografica ovvero georeferenziare il dato misurato con coordinate spaziali, solitamente di latitudine e longitudine;Creare la mappa della variabilità definita attraverso approcci geostatistici del dato rilevato in cui si va a rappresentare come il tal parametro varia nello spazio (il campo coltivato);Definire nella mappa in cui è rappresentata la variabilità attraverso l’analisi dei dati delle zone omogenee per caratteristiche definite con le misurazioni, normalmente da 3 a 5 zone o classi;Ricavare dalle mappe di variabilità, attraverso l’applicazione di specifici algoritmi, le mappe di prescrizione che servono per apportare i fattori produttivi in funzione della variabilità riscontrata e adottare opportune strategie agronomiche (es dosi di seme, concime o acqua). Le tecnologie per l’applicazione del Precision Farming, alcuni esempiTutto questo lavoro è realizzato, oggi, con le tecnologie di acquisizione dei dati e di georeferenziazione. É possibile eseguire la mappatura della variabilità spaziando dalla misura della tessitura del terreno attraverso sensori di conducibilità elettrica, all’uso di sensori multispettrali per il rilievo del vigore delle colture tramite il calcolo dell’NDVI (Figura A) con sensori aviotrasportati da drone (figura B) o l’uso di sensori di pesatura e umidità sulle mietitrebbie per definire mappe di produzione (figura C). Figura A Figura B Figura C I dati così rilevati sono sottoposti poi ad elaborazione attraverso appositi software disponibili nella gestione e interpretazione dei dati di campo per creare mappe di prescrizione e impiegare attrezzature a rateo variabile a controllo elettronico (figura D). Figura D In tale contesto l’integrazione con le tecnologie di controllo sulle macchine è un elemento strategico e imprescindibile, con molti esempi applicativi ormai disponibili, dall’adozione di spandiconcime a rateo variabile gestiti con sensori a bordo macchina in grado di calcolare l’indice NDVI e regolare “in real time” la dose di azoto da fornire (A) o l’adozione di sistemi elettronici con controllo dei gruppi distributori nelle seminatrici azionati elettricamente e gestiti attraverso una mappa di semina caricata sul terminale di controllo dell’operatrice (un esempio in figura E – Sistema di controllo USC-PRO di MC Elettronica). Figura E - Sistema di controllo USC-PRO per seminatrici a righe di MC Elettronica Il ruolo dell’agricoltoreIn questo senso possiamo considerare il precision farming come un lavoro di squadra, dove si incontrano tecnologie e competenze agrarie in un approccio multidisciplinare. E’ evidente che l’agricoltura di precisione non è avere un GPS per “andare dritto con il trattore” come si sente spesso dire, anzi il GPS è solo una piccola tessera di un puzzle più grande e importante per rendere più efficienti l’uso delle macchine, la tecnica agraria e in ultima analisi l’efficienza dell’esercizio aziendale. In tutto questo l’agricoltore ha un ruolo importante perché le tecnologie di precision farming condensate nelle sue mani ne potenziano la capacità decisionale e imprenditoriale… non credi? Scritto da Dr. Agr. Mattia Trevini PhD di Agroingegno
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