結(jié)合機(jī)電控制與數(shù)據(jù)分析 打造智能農(nóng)業(yè)試驗(yàn)場域

在少子化的趨勢下，投入農(nóng)業(yè)的人力越來越少，在這個數(shù)字化的時(shí)代，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)也必須要跟得上時(shí)代的腳步，轉(zhuǎn)型成為智能化的農(nóng)業(yè)型態(tài)，以更少的人力，達(dá)到更為精致與更有效率的農(nóng)耕成果。智能化是整體產(chǎn)業(yè)的趨勢，除了能有效解決農(nóng)耕人力不足的問題，也關(guān)系著整體產(chǎn)業(yè)的未來競爭力。因此，將先進(jìn)的自動控制技術(shù)導(dǎo)入到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，并藉此培育下一代的智慧農(nóng)業(yè)頂尖人才，也成為現(xiàn)階段發(fā)展農(nóng)業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

打造智慧農(nóng)業(yè)學(xué)習(xí)環(huán)境 培育未來農(nóng)業(yè)人才
提到農(nóng)業(yè)的智慧化轉(zhuǎn)型，不得不提到宜蘭大學(xué)對此一議題的努力。長期以來，宜蘭大學(xué)持續(xù)在農(nóng)業(yè)與工業(yè)的人才培育方面投注心力，透過課程的規(guī)劃培養(yǎng)學(xué)生的生物機(jī)電知識能力，同時(shí)也透過實(shí)作來提供學(xué)生更全面的職涯發(fā)展規(guī)劃，并積極培育出能為學(xué)研機(jī)構(gòu)所用的優(yōu)秀人才。在這樣的努力之下，未來將有機(jī)會協(xié)助地方加快智慧農(nóng)業(yè)的推動腳步，并加速生物與生命相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。
宜蘭大學(xué)生物機(jī)電工程學(xué)系教授張明毅指出，宜蘭大學(xué)積極培育生物機(jī)電工程方面的人才，更與臺達(dá)電子共同成立智能農(nóng)業(yè)跨域整合實(shí)驗(yàn)室，以及智慧農(nóng)業(yè)戰(zhàn)情室，雙方的合作聚焦在機(jī)電工程與生物應(yīng)用，并以智能農(nóng)業(yè)為核心發(fā)展相關(guān)課程。
課程的目標(biāo)在于整合臺達(dá)工業(yè)自動化之控制器、服務(wù)器、變頻器等系統(tǒng)產(chǎn)品，并將之應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)電整合，透過在校內(nèi)所部署的農(nóng)業(yè)傳感器，結(jié)合工業(yè)圖控系統(tǒng)DIAView，透過遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)的收集，進(jìn)一步分析實(shí)際試點(diǎn)，來打造兼具理論與實(shí)踐的智能農(nóng)業(yè)學(xué)習(xí)環(huán)境。


走出教室 用智慧技術(shù)種植三星蔥和菠蘿釋迦
面對未來的智慧農(nóng)業(yè)需求，現(xiàn)階段最重要的就在于人才的培育。張明毅教授指出，智慧農(nóng)業(yè)成敗的關(guān)鍵，在于信息的匯入與分析。目前宜蘭大學(xué)生物機(jī)電工程學(xué)系與許多農(nóng)業(yè)應(yīng)用場域都有相關(guān)的合作，例如針對土雞與蛋雞，就需要將生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動化與信息化，并進(jìn)行自動分析。
至于在戶外的農(nóng)業(yè)環(huán)境則有更多，這樣的合作場域遍及全臺灣。例如戶外的蔥田，三星蔥的成長要維持高質(zhì)量，就必須要偵測風(fēng)速與雨量，并適度的遮風(fēng)；對于水梨來說，則需要進(jìn)行寒害預(yù)警，這就需要針對氣候寒冷與結(jié)霜來進(jìn)行偵測，此外還必須針對梨樹的架接與傷口愈合等細(xì)節(jié)進(jìn)行觀察，這些過程都側(cè)重于信息的取得與預(yù)警。
類似的合作場域還包括了旺山的哈密瓜與南瓜，這就需要透過當(dāng)?shù)氐奈⑿蜌庀笳緛韨蓽y當(dāng)?shù)氐墓庹占坝炅浚欢槍Σぬ}釋迦的種植，關(guān)鍵則在于七八月份的臺風(fēng)影響，以及焚風(fēng)的測量，包括風(fēng)速、溫度、濕度等，都直接影響了作物的生長。針對這些戶外農(nóng)業(yè)環(huán)境，局部的微氣候調(diào)節(jié)都成為農(nóng)耕過程非常重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

把機(jī)器手臂搬進(jìn)農(nóng)場 降低農(nóng)工負(fù)擔(dān)
在智能農(nóng)業(yè)的應(yīng)用場域中，除了透過感測系統(tǒng)來偵測可能的氣候變化，掌握動植物生長狀態(tài)之外，透過一些精密的先進(jìn)機(jī)器來加速生產(chǎn)流程，也是不可或缺的一環(huán)。例如目前在大武山蛋雞場，便導(dǎo)入了機(jī)器手臂，將每籃重約15～17公斤的蛋籃，可以快速搬運(yùn)并進(jìn)行有效率的分類，包括不同產(chǎn)線、不同包裝、不同客戶，都可以在同一條輸送帶上快速完成分類與搬運(yùn)。而機(jī)器手臂搬運(yùn)過程不需更換夾具，更是提高了整體雞蛋生產(chǎn)過程的效率，整體約可取代6～7％的人力，對于整體營運(yùn)成本的節(jié)省可說是非常有效益。

另外在立瑞畜產(chǎn)土雞場，也是透過機(jī)器視覺來監(jiān)測土雞產(chǎn)蛋的情況，以及雞只的健康狀況等環(huán)節(jié)；在溪底的白肉雞畜牧場，則是透過儀器來監(jiān)測雞只的生長數(shù)據(jù)。由于土雞的成長需要三個月時(shí)間，在這樣的過程中，就非常需要透過數(shù)據(jù)來預(yù)測雞只的成長狀態(tài)。

至于在振聲的養(yǎng)鴨場，必須監(jiān)測鴨只的下蛋與成長過程，過程中鴨只的重量太胖或太瘦都不行，因此必須經(jīng)常性的秤重。透過RFID腳環(huán)來區(qū)別不同鴨只并進(jìn)行秤重，可以避免秤到重復(fù)鴨只的重量。透過這樣更有效率的體重監(jiān)測，可以做出鴨只成長的曲線圖，并進(jìn)而調(diào)整飼料的配方，達(dá)到更好的鴨只成長環(huán)境。

導(dǎo)入數(shù)據(jù)分析與智能物聯(lián) 產(chǎn)銷更精準(zhǔn)可控
張明毅教授說，特別是針對近期市場雞蛋產(chǎn)量頻頻出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況，更說明了智慧農(nóng)業(yè)的重要性。然而農(nóng)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化并非是一件容易的事情，以雞蛋場為例，經(jīng)常都是多樣、少量的產(chǎn)品，這樣的狀況下，能預(yù)測產(chǎn)蛋率與蛋的大小就變得特別重要。透過『智慧化的環(huán)境控制』，讓雞只成長的數(shù)據(jù)更為透明可視、一目了然，就更有利于預(yù)先安排人力，在人力缺乏的農(nóng)業(yè)環(huán)境中，做到更有效率的人力配置。

張明毅教授也特別提到與臺達(dá)電子的合作。智慧農(nóng)業(yè)跨域整合實(shí)驗(yàn)室是目前宜蘭大學(xué)生物資源學(xué)院基礎(chǔ)教學(xué)與研究實(shí)作的重要場域。透過臺達(dá)機(jī)電系統(tǒng)來制作各類教學(xué)模塊，用于控制器、電動機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)電整合、植物工廠導(dǎo)論等課程，如此學(xué)生有更多機(jī)會接觸目前業(yè)界的實(shí)務(wù)設(shè)備，可以用于提升理論、實(shí)作與設(shè)計(jì)等能力。


 
圖三 : 讓學(xué)生實(shí)作智能農(nóng)業(yè)機(jī)電整合的PLC教學(xué)模塊。


 
圖四 : 魚菜共生的教學(xué)系統(tǒng)。

此外，智慧農(nóng)業(yè)戰(zhàn)情室也已經(jīng)導(dǎo)入了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA），實(shí)時(shí)掌握智能農(nóng)業(yè)場域中的植物生長狀況，透過數(shù)據(jù)的搜集，來優(yōu)化農(nóng)作物的產(chǎn)出成果。
張明毅教授認(rèn)為，懂農(nóng)業(yè)的人不懂工程，而懂工程的人不懂農(nóng)業(yè)，就是現(xiàn)階段最常遇到的問題。農(nóng)業(yè)要進(jìn)行智慧升級，但現(xiàn)場經(jīng)常缺乏有農(nóng)工背景的工程人才。智能農(nóng)業(yè)就是將智能工程與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)結(jié)合在一起，其中就需要一個中介協(xié)調(diào)的角色，來進(jìn)行整合與溝通。
智能農(nóng)業(yè)跨域整合實(shí)驗(yàn)室目標(biāo)就是要培養(yǎng)跨域工程的人才，搜集產(chǎn)業(yè)信息，進(jìn)行智能化的分析，并實(shí)現(xiàn)在真實(shí)的智慧農(nóng)業(yè)場域上，而非只是透過教科書來看到這些成果。透過人才培育實(shí)作場域，高教深耕、學(xué)用合一，并與在地連結(jié)，如此建教合作，除了有利于接軌產(chǎn)業(yè)之外，更能有效培育地方青農(nóng)與智農(nóng)。


 圖五 : 宜蘭大學(xué)與臺達(dá)電子合作的植物工廠資源效率提升工程。

結(jié)語
智能化是未來產(chǎn)業(yè)的趨勢，也關(guān)乎著未來的競爭力，特別是在少子化趨勢下的未來農(nóng)業(yè)發(fā)展，更需要透過智慧農(nóng)業(yè)的打造，帶來更高的產(chǎn)業(yè)附加價(jià)值。臺達(dá)將自身發(fā)展工業(yè)自動化的經(jīng)驗(yàn)持續(xù)精進(jìn)并進(jìn)一步歸納成果，協(xié)助客戶與伙伴共同升級產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在也進(jìn)一步向下扎根，培育新一代人才，并推動產(chǎn)學(xué)合作。

從這次宜蘭大學(xué)與臺達(dá)電子的合作來看，雙方共同培育跨域人才，共同建置智慧農(nóng)業(yè)跨域整合試驗(yàn)場域，可望透過智能自動化方案與農(nóng)林技術(shù)的結(jié)合，打造智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展平臺，為未來臺灣的智慧農(nóng)業(yè)打下更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。