Stand der Agrarrobotik: angewandt und praxisrelevant - Herausforderungen und Vision
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Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Stand der Agrarrobotik: angewandt und praxisrelevant Herausforderungen und Vision Thomas Herlitzius, TU Dresden – Institut für Naturstofftechnik – Lehrstuhl Agrarsystemtechnik
Landwirtschaft muss sich neu orientieren Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Der Verbraucher will gesunde, regionale, preiswerte Lebensmittel, Tierwohl, Nachhaltigkeit 1 2 3 Weiter So Mehr Regulierung Neue Wege Landwirtschaft wird weiter dem Landwirtschaft wird entsprechend Landwirtschaft wird in Spiel der freien Marktkräfte der gesellschaftlichen Kombination aus veränderten überlassen, Forderungen so reglementiert, Vorgaben und finanzieller Tier- und Umweltschutz wird dass die Ziele erreicht werden. Kompensation tier- und um- zugunsten Wettbewerbsfähigkeit Noch mehr Kostendruck weltgerechter. zurückgestellt innovationshemmend Die Verbraucher sind bereit diese Wertsteigerung zu bezahlen. Anzahl Aufgabe von kleinen Betrieben 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop -3-
Was soll Landwirtschaft tun? Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Effizienz: Differenzierung: Fokus auf Wert & Schaffung von Produziere zu Produkten für die der Verbraucher mehr bezahlt. geringeren Kosten als jeder andere. Ökologische Landwirtschaft 4.0: Automatisierung von Landwirtschaft: Maschinen , Digitalisierung kein chem. Pflanzenschutz der Betriebsabläufe und Dünger, breitere Fruchtfolgen 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop -4-
Wachstum erreicht seine Grenzen: Wie weiter? Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Produktivität Masse / Größe mehr Leistungs- (pro Einheit) (pro Einheit) dichte & Leichtbau Konzeptwechsel in der Landtechnik Auslastung der Kapazität Autonome Maschinen? Automatisierung 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 5
Strategische Entwicklungsfragen Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Auswirkung Digitalisierung neue Konzepte kommt riskant kommt sicher kritischer Entwicklung Bereich IoT/5G-Technologie Drohnen und Robotik CO2 Regulierung KI Digitalisierung d. Landwirtschaft Brennstoffzelle Preise Erzeugnisse alternative Vergößerung d. Betriebe Kraftstoffe Standardisierung Transparenz Produktion qualifizierte Dieselkosten Datensicherheit Arbeitskräfte Tracks, Geschw.+ Image Landwirtschaft Traktorleistung + Größenwachstum wirkt wenig Sicherheit Arbeitsplatz Unsicherheit 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 6
Automatisierung in der Landtechnikentwicklung Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Hypothese: In den kommenden Jahrzehnten wird sich die heutige Landmaschinentechnik fundamental wandeln! Der Trend zu immer größeren Maschinen wird abgelöst: Autonom operierende, flexibel konfigurierbare, aufgabengerecht skalierbare Gerätesysteme mit verteilten elektrischen Antrieben halten beginnend in Westeuropa schrittweise Einzug. 10 + Jahre Betrieb Smart Farming Verfahren heute Maschine Agrar- robotik Baugruppe Grad der Automatisierung niedrig Assistenzsysteme hoch / voll Darstellung nach Griepentrog, Hohenheim, modifiiziert 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 8
Der (neue) Regelkreis im Pflanzenbau Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Maschinen Landwirt ges. Vorgaben • • Bodenbearbeitung Bestellung Strategie • Pflege • Ernte Traktor d. Zukunft: schnittstellenkompatibler FMIS Antriebsmodul mit Sensoren passenden Antriebstechnologien Düngung, Pflanze, Boden Pflanzenwachstum Ertrag, Feld, Inhaltsstoffe, Vorfrucht, Qualität, Dokumentation Dokumentation Wetter, … (was wurde getan) (was wurde geerntet) Verarbeitungs- eigenschaften 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop -9-
Treiber für hoch automatisierte / autonome Landmaschinen Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Die Technologietreiber: • Sensor- und Aktuatortechnik, • Bildverarbeitung und KI, • drahtlose Kommunikationstechnologien, • Elektrifizierte Antriebe, anwendungsrelevante Treiber: • Klimawandel und veränderte Anbausysteme und Fruchtfolgen, • Verfahrenskostenmanagement und Profitabilität, • Vertrauen und Akzeptanz der autonomen Technologie durch die Landwirte und • politische Rahmenbedingungen und Regularien einschließlich der Einschränkungen in Düngerapplikation und Pflanzenschutz. J. Dörr und et.al., „Scouting the Autonomous Agricultural Machinery Market,“ IESE- Report Nr. 041.19/E, Kaiserslautern, 2019. 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 10
Studie zu autonomen Maschinenkonzepten (Fraunhofer IESE & Kleffmann) Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik J. Dörr und et.al., „Scouting the Autonomous Agricultural Machinery Market,“ IESE-Report Nr. 041.19/E, Kaiserslautern, 2019. 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 11
Maschinenkonzepte Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 12
List of new robotic applications entering the market (Future Farming Magazine. Retrieved from Robot Catalogue: https://misset.com/robot-catalogue) Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik count of most relevant application market penetration manufacturers countries of origin spread over 7 platform system for countries NL (2), US multiple applications 1 ... 20 units 10 (2) weeding & other 1…1000 units 15 FR (6), NL (3) US (2) spraying & other 1 … 15 units 3 CH, NL, US special prototype only 3 I, USA, ES total 28 FR (7) US (6) NL (6) 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 13
Entwicklungsfeld Cobotics Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Intelligente Arbeitswerkzeuge, Innovationsgrad aktive Traktion, Prozessautomatisierung Hinderniserkennung FMIS(*) and Schwarm Management HMI Prozess-Sensorik M2M elektrische / hydraulische Antriebe modularer Leichtbau off-road – Mehrachsen- Lenksystem Komplexität 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 14
Automatisierung mit “Shared Autonomie” Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Integration des Menschen in die Automatisierungslösung Vollauto- prof. Abt.- Geschäfts matisierung Bediener Bediener leiter führer Anzahl der Mitarbeiter hoher Automatisierungsgrad Heute Kollaborative Automatisierung Voll- automatisierung Manuelle Bedienung niedrig mittel hoch Kompetenz- niveau 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop -15-
Farming as a Service (Quelle: BLU Jahrestagung 2020) Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 17
ABER: Landnetz: Umfrage zur Datenübertragung Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 18
ABER: Wo sollte Speicherung, Vernetzung und Analyse von betrieblichen Daten am besten stattfinden? Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 19
Stärken und Schwächen der Technologieanbieter und Dienstleister in der Landwirtschaft Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik 10 Zielbereich der Produkte für Kompetenz in Pflanzenbau 8 und Betriebswirtschaft Landwirtschat 4.0 Berater Smart Farming 6 Dienstleister typischer Startup Bereich – immer ressourcenlimitiert 4 Mittelständige Landtechnikhersteller 2 Chemieindustrie Anwen- F&E Große Landtechnikhersteller dernähe Budget 0 0 2 4 6 8 10 Kompetenz in Digitalisierung 5 Mai 2021 patchCROP Feldrobotik-Workshop 20
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