Чи кожен трактор може бути автономним

Минулого року світ облетіла новина про те, що у США відкрили вакансії онлайн-трактористів з обов’язковим досвідом комп’ютерних ігор. Роботодавець ― компанія Sabanto, що займається встановленням систем для надання автономності польовим тракторам. Трактористи Sabanto не сидять у кабіні трактора за кермом, а використовують комп’ютерні програми для налаштування та виконання автономної роботи на користь клієнтів Sabanto. Їхніми обов’язками є віддалене керування кількома тракторами, причому на реальному полі з центрального офісу через екран комп’ютера. Тож одна з ключових вимог роботодавця ― досвід роботи, а точніше досвід гри у відеоігри Farming Simulator 19 або Farming Simulator 22.

Крейг Рапп, засновник і генеральний директор Sabanto, розповів про досвід модернізації сільськогосподарської техніки в колонці для одного з аграрних видань. Його кар’єра охоплює понад три десятиліття, починаючи з посади інженера апаратного забезпечення в компанії Motorola, а згодом він розробив такі передові рішення, як приймач John Deere Starfire та шайбу FieldView Drive. У 2018 році Крейг заснував Sabanto, компанію, що надає автономні сільськогосподарські рішення. Він був першим, хто автономно засадив поля в кількох штатах США. Крейг виріс на фермі в штаті Айова, має науковий ступінь з електротехніки та чотирнадцять патентів на своє ім’я.

Пан Крейг володіє поки що унікальним досвідом експлуатації парку автономних тракторів і пропонує власне розуміння того, чому стандартний автономний трактор може бути ефективнішим, ніж спеціальний польовий робот. Він розмірковує про реальність автономного землеробства і про те, що воно може означати для фермерів сьогодні. Далі ― пряма мова пана Крейга.

Роботи чи автономні трактори

Компактні, енергоефективні машини, створені для автономної роботи з нуля, ― це майбутнє сільського господарства. Однак широке впровадження цих систем може зайняти до тридцяти років.

Це нагадує мені компанію Precision Planting, яка за останні два десятиліття зробила революцію в сільському господарстві. У 2013 році Грег Саудер, її засновник, відомий фермер і винахідник, зробив сміливу заяву: «Ваша сівалка наступного покоління вже стоїть у вашому ангарі». Замість того, щоб вимагати від фермерів капітального ремонту обладнання чи купівлю нового, він запропонував поступовий підхід, ця стратегія спрацювала. Я думаю, що автономні компанії могли б повчитися з цього досвіду та пропонувати фермерам модернізацію, а не купівлю обладнання з нуля.

Критичні сільськогосподарські сезони вимагають точного планування та інтенсивної ручної праці для забезпечення оптимальної врожайності. Однак, маючи менше робочих рук, фермери намагаються підтримувати операційну ефективність. Автономні тракторні системи Sabanto покликані заповнити ці прогалини шляхом автоматизації рутинних польових операцій, дозволяючи фермерам максимізувати ефективність і перепрофілювати свою робочу силу.

Автономія дає змогу фермерам подовжити робочий день і зменшити залежність від ручної праці для виконання повторюваних завдань. Фермери можуть зосередити свою робочу силу на складніших завданнях, що вимагають кваліфікованої праці.

Модернізований трактор John Deere

Навіть такі лідери галузі, як John Deere та CNH Industrial, вчаться на власних помилках і стикаються з нерозумінням клієнтів. Безкабінний трактор Magnum від CNH був сміливою концепцією, але фермери, з якими я спілкувався, повсюдно запитували: «Навіщо створювати абсолютно нову машину, якщо можна модернізувати звичайну модель Magnum, яка у мене вже є, і зробити її автономною?»

Електричний двогусеничний автономний трактор John Deere майже не викликав запитань щодо практичності. Зрештою, технічний директор John Deere визнав на виставці CES 2024, що електричний 8R буде вдвічі більшим, вдвічі важчим і в чотири рази дорожчим за дизельний аналог, тож придбання такої машини фермеру треба добре обміркувати.

Розумієте, про що я? Не всі інновації чудові. Я переконаний, що модернізація стандартних тракторів, а саме оснащення їх автономними системами, пропонує доступний і логічний шлях вперед. Навіть відгуки учасників нідерландського проєкту NPPL підкреслюють, що багато фермерів віддає перевагу поетапному переобладнанню наявних тракторів, а не купівлі роботів.

Багатофункціональні польові роботи, можливо, і є майбутнім, але модернізовані автономні машини ― це готове рішення для сьогодення. Модернізація тракторів, які вже є у власності фермерів, пропонує економічно ефективний і практичний шлях до автономного землеробства. З розвитком інновацій ці підходи можуть зблизитися. Але поки що доцільніше вкласти гроші в рішення, які покращують наявні системи.

І пам’ятайте: «Ваш трактор наступного покоління вже стоїть у вашому ангарі».

Робочі моделі

З 2018 року, відколи була заснована компанія Sabanto, ми модернізували понад двадцять моделей тракторів від шести виробників сільськогосподарської техніки потужністю від 60 до 400+ к. с. Нам потрібно від одного до трьох місяців, щоб встановити автономну систему на нову марку чи модель. Попутно ми дізналися, що працює для автономності, а що ні. Сьогодні ми модернізуємо моделі тракторів John Deere, Kubota і Fendt.

Деякі трактори можна модернізувати без проблем, тоді як з іншими різноманітні труднощі виникають на кожному кроці. Часто проблемні ланки ― це трансмісія, гальма і рульове керування. Що цікаво, нова техніка не завжди є кращою для автономності. Натомість багато вживаних тракторів є ідеальною платформою для автономних рішень. Отже, на що звернути увагу фермерам?

Трансмісія

Трактор не може функціонувати автономно з механічною коробкою передач, оскільки потрібно автоматизувати зчеплення і перемикання між передачами.

Мінімум, від якого ми відштовхуємося, ― багатоступенева коробка передач. З нею ми можемо працювати. Електронна коробка передач ― ще краще.

Найбажанішою є безступенева коробка передач (infinitely variable transmission, IVT), бо з нею керувати трактором набагато легше, оператору не потрібно турбуватися про вибір передач, щоб підтримувати кількість обертів у певному діапазоні для ВВП.

Гальма

Щоб забезпечити автономну роботу трактора, треба оснастити його безпечною та надійною гальмівною системою. Ми працювали з двома типами гальмівних рішень на тракторах, які автоматизували: це приводи та повітряні (пневматичні) клапани.

Якщо трактор має звичайні гідравлічні гальма, наш план гри завжди передбачає використання електромеханічного приводу для натискання на гальмівну систему та включення гідравлічної системи. Такий варіант потребує точного монтажу та калібрування.

Наприклад, трактори Fendt мають ідеальну гальмівну систему для автономності ― пневматичні гальма. Пневматичну гальмівну систему можна контролювати, регулюючи тиск повітря за допомогою повітряного клапана з електричним керуванням. Її найпростіше автоматизувати і плавно змодулювати гальмування.

Рульове керування

Рульове керування є останнім важливим елементом у головоломках автономності. Передусім треба розуміти, чи передбачене автоматичне керування трактором у заводських налаштуваннях. Якщо ні, ми використовуємо або стандартний гідравлічний клапан або встановлюємо двигун на кермо.

Наша гідравлічна система складається з пропорційного клапана, який працює як із закритою, так і з відкритою гідравлічною системою. Це рішення безпосередньо контролює гідравлічний тиск у циліндрах рульового керування. Ми використовуємо широтно-імпульсну модуляцію для налаштування пропорційного клапана, що забезпечує більш плавні налаштування, меншу затримку та кращий відгук. Недоліками є дорогий монтаж і висока вартість самого клапана. Установка може бути дуже проблемною. Наприклад, спробуйте встановити гідравлічний клапан на трактор Kubota.

Двигун рульового колеса призначений для встановлення безпосередньо на наявне кермо трактора. На відміну від старих двигунів, функціями яких було увімкнення і вимкнення керма, рішення нового покоління тепер дають змогу регулювати кермо, підвищуючи точність і зменшуючи надмірну корекцію. Ці пристрої нового покоління зазвичай керуються системою CAN. Недоліками є менший термін експлуатації у порівнянні з гідравлічною системою.

Нові чи вживані

Виробники тракторів, напевно, хотіли б, щоб фермери, замість старої машини, придбали новий трактор, «готовий до автономної роботи». Проте будьмо чесними, більшість фермерів не поспішає витрачати сотні тисяч доларів на нову машину, щоб отримати автономію. Такий підхід продавців техніки не влаштовує фермерів, оскільки машини швидко застарівають або стають нефункціональними. Минулого тижня я розмовляв із фермером, який стверджував, що новіші трактори не здатні витримати стільки ж робочих годин у полі, скільки ті, які були придбані двадцять років тому.

Усі фермери хочуть отримати більше від того, що вони вже мають ― від свого вживаного трактора. Замінювати свої машини новими вони часто не бажають через три ключові причини:

• навісне обладнання підібрано ― мій трактор підігнано до мого навісного обладнання, польових умов і робочого процесу. Заміна його на щось нове часто означає коригування всього іншого, що додає витрат і клопоту;
• перевірений трактор ― я вже знаю свій трактор зовні та зсередини. Чому б не використати щось, що працювало на моїх полях, з моїм обладнанням, у моїх умовах;
• за мій трактор уже сплачено ― чому б не зробити його автономним, а не купувати новий.

Підсумок

Більшість сучасних тракторів, великих або компактних, можна модернізувати для забезпечення автономності. Головне ― вибирати правильну платформу для безпроблемної модернізації. Фермери, які модернізують свої трактори, отримують більшу цінність, уникають непотрібних витрат і продовжують використовувати обладнання, якому вже довіряють. Автономія полягає не в заміні тракторів чи в заміні персоналу, а в тому, щоб зробити наявну техніку розумнішою.

Як працюють автономні трактори

Ми набираємо нових працівників для обслуговування автономних тракторів і співпрацюємо з місцевими агротехнологічними коледжами. У них є студенти, які цікавляться сільським господарством та захоплюються грою Farming Simulator. Ми прагнемо якнайшвидше розвинути їхні навички на новому рівні.

Вранці віртуальний польовий оператор отримує інструкції від свого менеджера із сільського господарства щодо робіт на реальному полі на цей день. Потім місцевий персонал встановлює автономну систему на першому полі й контролює її віддалено. При цьому оператор інформує місцевого менеджера із сільського господарства, якщо потрібна дозаправлення.

Крім того, оператори відстежують місцеві погодні умови та підтримують прямий контакт із менеджером із сільського господарства. До обов’язків працівника входить робота з понеділка по п’ятницю з 8:00 до 18:00, з періодичним обслуговуванням у вихідні дні.

Труднощі впровадження

Впровадження інновацій означає зміну парадигми сільськогосподарської практики. Щоб повністю використати потенціал нових технологій, фермери повинні адаптувати традиційні методи господарювання. Наприклад, більшість полів, на яких ми працюємо, мають чітко визначені квадратні кути. З причіпним знаряддям ми зараз не рухаємося заднім ходом, тому не в змозі скорегувати кути. Тож за автономної роботи кути в полі закруглені. Фермеру часто доводиться змінювати призначення або самостійно доопрацьовувати маленькі трикутники, які залишилися необробленими в кутах.

Серйозною перешкодою для впровадження автономії є старіння фермерського населення США. За даними Комітету Сенату США з питань старіння, середній вік фермерів становить вражаючі 58 років, що робить їх найстарішою робочою силою в країні. У США 3,5 мільйона фермерів. Третина цих фермерів старше 65 років і готова вийти на пенсію. Молоде покоління, як правило, більш технічно підковане та адаптивне. Ця невідповідність технічних навичок може перешкодити розгортанню та успішному використанню автономних систем. Наші оператори віртуального поля, як я вже згадував раніше, здебільшого молоді люди й студенти.

Та ще більше мене непокоїть те, що фермери в США живуть до 76 років. Через дванадцять років одна третина фермерів, яких ми знаємо сьогодні, вийде на пенсію. Ще одна третина фермерів у США має вік від 55 до 65 років. Тобто через двадцять два роки дві третини фермерів у США підуть з професії. Ось це справді проблема, більша за те, які моделі техніки ми можемо модернізувати.