VDI Expertenforum Networking and Automation for Agricultural ...
VDI Expertenforum Networking and Automation for Agricultural ...
VDI Expertenforum Networking and Automation for Agricultural ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
2011<br />
<strong>VDI</strong> - <strong>Experten<strong>for</strong>um</strong><br />
<strong>Networking</strong> <strong>and</strong><br />
Communication<br />
<strong>for</strong> <strong>Automation</strong> in<br />
<strong>Agricultural</strong><br />
Engineering<br />
6.4.2011 Kaiserslautern, Saksa<br />
Koonnut:<br />
Antti Rintaniemi<br />
Frami Oy<br />
Frami Oy:n julkaisusarja<br />
1
Sisältö<br />
<strong>Networking</strong> <strong>and</strong> Communication <strong>for</strong> <strong>Automation</strong> in <strong>Agricultural</strong> Engineering<br />
1. Yleistä seminaarista............................................................................................................................3<br />
2. Esitykset......................................................................................................................................................... 4<br />
2.1. Keynote: Globalisaatio ja teknologia..................................................................................................................... 4<br />
2.2. Työkoneiden sähkökäytön ja automaation asiakasedut, esimerkkinä lannoitelevitin........ 4<br />
2.3. Ethernet-kommunikointi työkoneen ja traktorin välillä........................................................................... 6<br />
2.4. Grimmen automaattiset ohjausjärjestelmät juurikkaannostokoneissa........................................ 8<br />
2.5. John Deeren automaatioratkaisut optimaaliseen tuottavuuteen.................................................. 10<br />
2.6. iGreen – Avoimet rajapinnat maatalouden tiedonsiirtoon....................................................................12<br />
2.7. Konenäkö – Monipuolinen teknologia maatalouskoneiden automatisointiin..........................14<br />
3. John Deeren esitellyt kehityshankkeet................................................................... 16<br />
2
1. Yleistä seminaarista<br />
Saksalaisen <strong>VDI</strong>-järjestö järjesti yhteistyössä John Deeren kanssa 6.4.2011 seminaarin otsikolla<br />
”<strong>Networking</strong> <strong>and</strong> Communication <strong>for</strong> <strong>Automation</strong> in <strong>Agricultural</strong> Engineering”. Seminaarissa<br />
keski-eurooppalaiset johtavat traktori- ja työkonevalmistajat esittelivät heidän viimeisimpiä<br />
tuotekehitys- ja tutkimushankkeitaan sekä muutamat alan tutkimuslaitosedustajat esittelivät<br />
aiheeseen liittyviä hankkeitaan. Seminaari pidettiin Kaiserslauternissa, jossa sijaitsee myös<br />
John Deeren uusi Euroopan Teknologia- ja Innovaatiokeskus. Seminaaripäivän päätteeksi osallistujilla<br />
oli mahdollisuus tutustua tarkemmin John Deeren teknologiakeskuksen toimintaan<br />
sekä heidän meneillään oleviin kehityshankkeisiin ja niiden tuloksiin.<br />
Seminaaripäivässä oli loppujen lopuksi lähes 240 osallistujaa pääosin keskieurooppalaisista<br />
maatalouskonevalmistajista, alan sidosryhmäyrityksistä sekä alan tutkimus- ja kehitysorganisaatioista.<br />
Tässä julkaisussa kerrotaan pääkohdat päivän kiinnostavimmista esityksistä sekä kerrotaan<br />
lyhyesti John Deeren tällä hetkellä työn alla olevista ja hiljattain valmistuneista tutkimus- ja<br />
kehityshankkeista. Seminaarin esitykset voi käydä katsomassa kokonaisuudessaan rajoitetun<br />
ajan osoitteessa http://www.vdi.de/45574.0.html<br />
3
2. Esitykset<br />
2.1. Keynote: Globalisaatio ja teknologia<br />
Dr. Klaus Höhn, John Deere<br />
John Deeren tulevaisuuden teknologian kehitysjohtaja Klaus Höhn piti seminaaripäivän keynote-puheenvuoron<br />
aiheesta ”globalisaatio ja teknologia”. Esityksen päälinjana hän piti sitä,<br />
että kautta historian kahtena suurimpana trendinä on pysynyt globalisaatio ja teknologia sekä<br />
nämä molemmat ovat lisääntyneet eksponentiaalisella nopeudella.<br />
Esityksen aluksi Klaus Höhn kävi lyhyesti läpi John Deeren tämän hetkistä tilannetta ja sitä,<br />
miten globalisaatio on vaikuttanut heidän toimintaansa numeroiden valossa viimeisen 25 vuoden<br />
aikana. Tällä hetkellä John Deeren kokonaisliikevaihto on 26 mrd. $ ja siitä 15 mrd. $ tulee<br />
maatalouspuolelta. Lisäksi kokonaisliikevaihdosta jo 2 mrd. $ tulee rahoitustoiminnasta, ja sen<br />
osuus kasvaa koko ajan. John Deeren toiminnan globalisoituminen näkyy siten, että vuonna<br />
1985 työntekijöitä oli 30 000 Yhdysvalloissa ja noin 10 000 muualla maailmassa, mutta kaikki<br />
suunnittelu ja tuotanto tehtiin silti Yhdysvalloissa. Kun taas tällä hetkellä (2007 luvut) 25 000<br />
työskentelee Yhdysvalloissa ja yhtä paljon sen ulkopuolella, ja suunnittelutoimintaa tehdään<br />
Yhdysvalloissa, Euroopassa sekä Intiassa. Vastaavasti tehtaita löytyy yhteensä 56 kappaletta<br />
pitkin maailmaa ja toimintaa on 130 maassa.<br />
Yleisinä syinä globaalille r&d-toiminnalle Höhn näki paremman pääsyn uusille markkinoille,<br />
mahdollisuuden parempaan tehokkuuteen ja säästöt kuluissa (esim. 60-80% henkilöstökuluissa).<br />
Vastaavasti haasteina tälle hajautetulle r&d:lle on IPR:n turvaaminen (esim. Kiina), toimipisteiden<br />
välinen yhteistyö, r&d-toiminnan linjaaminen business-strategian kanssa, erilaisissa ympäristöissä<br />
toimiminen, kustannusten hallinta ja osaamisen käyttö sekä löytäminen. Huolimatta suurista<br />
haasteista, John Deere näki silti globaalin r&d-toiminnan ehdottomasti kannattavana valintana.<br />
Liittyen globaaliin r&d-toimintaan Klaus Höhn esitti vahvana tulevaisuuden trendinä myös<br />
osaajien löytämisen vaikeuden ja osaajien puutteen. Höhn kuvasi tätä tulevaa tilannetta lauseella<br />
”war <strong>for</strong> talent”. Tähän tilanteeseen tullaan ajautumaan siksi, että ainoastaan Intiassa<br />
työikäisten osuus väestöstä tulee kasvamaan, kun se muualla, Kiina mukaan lukien, joko pysyy<br />
samana tai pienenee merkittävästi. Samalla globaaliin r&d-toimintaan on pakko lähteä mukaan<br />
siitä syystä, että jo tällä hetkellä Intiassa valmistuu viisi kertaa enemmän insinöörejä kuin<br />
USA:ssa, ja Kiinassa jopa yhdeksän kertaa enemmän. Vastaavasti tämä kehitys varmistaa sen,<br />
että tämän päivän köyhät ovat huomisen asiakkaita, toimittajia ja osaajia.<br />
2.2. Työkoneiden sähkökäytön ja automaation asiakasedut,<br />
esimerkkinä lannoitelevitin<br />
Dr. Norbert Rauch, Rauch l<strong>and</strong>maschinenfabrik GmbH<br />
Rauchin toimitusjohtaja ja omistaja Norbert Rauch piti oman esityksensä liittyen traktorityökoneiden<br />
toimintojen sähköistämiseen. Esityksessään hän kertoi heidän tekemästään kehitys- ja<br />
tutkimustyöstä korvata lannoitelevittimen hydrauliset tai ulosottokäyttöiset pyöritysmoottorit<br />
sähköisillä servomoottoreilla.<br />
4
Esityksensä aluksi Rauch otti kantaa ylemmällä tasolla traktorien ja työkoneiden yhdistelmiin.<br />
Hän totesi, että jo pelkästään kustannusten takia yksittäiset itsekulkevat erikoiskoneet eivät voi<br />
olla ratkaisu, vaan joustavuutensa ja kustannustehokkuutensa takia ehdottomasti paras ratkaisu<br />
on traktorin ja erilaisten työkoneiden yhdistelmä siinä tapauksessa, että niiden keskinäinen<br />
tiedonsiirto ja ohjaus on saumatonta. Tällä kommentilla hän halusi painottaa, että huolimatta<br />
ISOBUS-työn etenemisestä, on työkoneiden ja traktorin välisessä kommunikaatiossa edelleen<br />
paljon tehtävää.<br />
Rauch esitti, että lannoitelevittimen näkökulmasta edellytykset parhaalle mahdolliselle lopputulokselle<br />
ovat<br />
»»<br />
Kaikki levittimen toiminnot on oltava ohjattavissa ISOBUS-järjestelmän kautta<br />
»»<br />
Levitin oltava kytkettynä paikkatietojärjestelmään sekä<br />
»»<br />
Levittimen lautasten pyörimisnopeutta, nostolaitteiden korkeutta ja levittimen<br />
kulmaa on pystyttävä säätämään.<br />
Näillä edellytyksillä he pystyvät toteuttamaan tarkkaa täsmäviljelyä lannoitteen levityksessä<br />
ja sitä kautta tekemään kustannussäästöjä.<br />
Rauchin tapauksessa heidän niin sanotusti hienostunein ja paras koneensa tähän asti on toteutettu<br />
hydraulimoottoreilla, joilla pystytään säätämään molempien lautasten pyörimisnopeutta<br />
erillisinä, mutta silti säätömahdollisuus ei ole vielä ihanteellinen, ja lisäksi laite on varustettu<br />
muun muassa hydraulijärjestelmän paineantureilla sekä lautasten pyörimisnopeusantureilla.<br />
Tämän rinnalle he lähtivät kehittämään sähkökäyttöistä ja sähköisesti ohjattua ratkaisua.<br />
Tässä kehitetyssä ratkaisussa molemmille lautasille on oma sähköinen servomoottori ja ratkaisussa<br />
on lisäksi voitu luopua ylimääräisistä sensoreista. Levittimen voimansiirtolinja näkyy<br />
kuvassa 1.<br />
Kuva 1. Levittimen servomoottorit sekä kulmavaihteet.<br />
5
Samassa yhteydessä, kun levittimen toiminta muutettiin sähköiseksi, oli kantaa otettava myös<br />
sähköenergian siirtoon traktorista työkoneeseen. Tässä työssä he olivat päätyneet kaapeliin ja<br />
liittimiin, jotka sisältävät sekä sähkötehon siirron, että kommunikointiyhteyksien siirron. Mahdollisesti<br />
st<strong>and</strong>ardin aseman saavan (st<strong>and</strong>ardisointityö kesken) liittimen kautta voidaan siirtää<br />
jopa 150kW sähköteho.<br />
Verrattaessa sähköisesti, hydraulisesti ja mekaanisesti toteutettua levitintä keskenään, osoittautui<br />
sähkökäyttöisen ratkaisun hyötysuhde aina vähintään yhtä hyväksi, ja matalammilla<br />
vääntömomenteilla huomattavasti paremmaksi kuin vanhemmilla ratkaisuilla. Lisäksi sähkökäyttöisen<br />
levittimen vasteaika pyörimisnopeuden muutokselle oli lähes välitön, kun vastaavasti<br />
hydraulisessa ratkaisussa se oli jopa sekunteja.<br />
Lopputuloksena Norbert Rauch totesi, että sähköisillä ratkaisuilla voidaan ehdottomasti korvata<br />
huonon hyötysuhteen hydrauliset moottorit, mutta hydraulisylinterien korvaajaksi sähköstä<br />
ei ole. Lisäksi sähkökäyttö mahdollistaa helpon tehonsäädön, helpon tehonsiirron, hyvän<br />
ohjattavuuden ISOBUS-järjestelmän kautta, hyvän hyötysuhteen ja paremman käyttäjän turvallisuuden.<br />
2.3. Ethernet-kommunikointi työkoneen ja traktorin välillä.<br />
Dr. Peter Pickel, John Deere<br />
John Deeren Mannheimin tehtaan maatalouskoneiden kehitysjohtaja Peter Pickel kertoi heidän<br />
toukokuussa 2010 päättyneestä tutkimus- ja kehityshankkeestaan, jossa kehitettiin traktorin<br />
ja työkoneen välistä tiedonsiirtoa soveltamalla Ethernet-tekniikkaa. Kehitystyö tehtiin<br />
yhteistyössä John Deeren, Rauchin VDMA:n ja Pengutronixin kanssa. Kehitystyön tavoitteina<br />
oli selvittää ja demonstroida nopea tiedonsiirtoverkko traktorin ja työkoneen välillä, esittää<br />
ehdotus ISOBUS-verkon tiedonsiirron kehittämiseksi ja edistää tulevaisuuden kommunikointikanavien<br />
st<strong>and</strong>ardisointityötä.<br />
Käytännössä työn tarkoituksena oli löytää ratkaisu ISOBUS-järjestelmän fyysisten rajoitusten,<br />
kuten datamäärän, hitaan tiedonsiirron, rajatun kaapelipituuden ja itsediagnostiikan puutteiden<br />
voittamiseen. Kehitystyötä lähdettiin aluksi toteuttamaan Rauchin lannoitelevittimen<br />
ympärille, sillä siinä nähtiin olevan maatalouskoneista kaikkein aikakriittisin säätötarve. Tavoitteena<br />
oli päästä kommunikoinnissa sykliväliin 100μs. Käytännössä kehitystyötä tehtiin<br />
samanmallisen sähkökäyttöisen lannoitelevittimen ympärillä, josta kerrottiin edellisessä luvussa<br />
2.2. Kuvassa 2 on esitetty eri osien ja tiedonsiirron periaatekuva traktori-levitin-yhdistelmässä.<br />
6
Kuva 2. Sähkövoimansiirron ja ISOBUS-pohjaisen tiedonsiirron periaatekuva.<br />
Työssä pyrittiin hyödyntämään valmiita st<strong>and</strong>ardoituja väyläratkaisuja joita on jo käytössä esimerkiksi<br />
teollisuudessa.<br />
Kehitystyön aluksi ryhmä selvitti erilaisten kenttäväylien mahdollisuuksia ja soveltuvuuksia.<br />
Selvittämällä 26 eri väyläprotokollaa valikoituivat loppusuoralle EtherCat ja Ethernet Powerlink,<br />
joista soveltuvammaksi ryhmä valitsi EtherCatin, sillä se tarjosi mahdollisuuden erilaisiin<br />
väylärakenteisiin ja mahdollisuuden käyttää halpoja peruskomponentteja. Koska työn tarkoituksena<br />
oli kuitenkin löytää parannuksia ISOBUS-pohjaiseen tiedonsiirtoon, ei tällä Ether-<br />
Cat-pohjaisella väylällä korvattu koko järjestelmää, vaan lopulta sillä rakennettiin ikään kuin<br />
välikappale ISOBUS-linjan väliin. Kuvassa 3 on esitetty tällaisen järjestelmän periaatekuva kasvinsuojeluruiskun<br />
yhteyteen rakennetusta prototyypistä.<br />
Kuva 3. EtherCat-väylä traktorin ja työkoneen välillä ISOBUS-järjestelmässä<br />
7
Kuvassa 3 näkyy periaatteena, miten väylätieto ja sähköenergia siirretään samaa kaapelia pitkin<br />
traktorista työkoneeseen. Kuvassa 4 on esitetty tällaisen kaapelin liitin, jonka läpi voidaan<br />
viedä jopa 150kW sähköteho.<br />
Kuva 4. Liittimet sähkövirran ja väylätiedon siirtoon<br />
Tällä prototyypillä pystyttiin ohjaamaan kasvinsuojeluruiskun sähkömoottoreita ISOBUSkäyttöliittymän<br />
kautta ja sillä päästiin tavoiteltuun alle 100 mikrosekunnin sykliväliin. Prototyyppi<br />
läpäisi myös EMC- ja EMI-testit huolimatta siitä, että traktorin ja työkoneen välillä käytettiin<br />
häiriösuojaamattomia kaapeleita.<br />
Kehitystyön tuloksena saavutettiin verrattuna ISOBUS-tiedonsiirtoon 400-kertainen kaistanleveys,<br />
huomattavasti nopeampi sykli ja huomattavasti pienemmät viiveet. Työn tuloksena syntyi<br />
ensimmäinen kenttäkäyttöön sovellettu väyläohjattu kestomagneettimoottorinen työkone.<br />
2.4. Grimmen automaattiset ohjausjärjestelmät<br />
juurikkaannostokoneissa<br />
Dr. Johannes Sonnen, Grimme l<strong>and</strong>maschinenfabrik GmbH<br />
Johannes Sonnen Grimmeltä kertoi omassa esityksessään, miten erilaiset avustavat ja automaattiset<br />
ohjausjärjestelmät ovat kehittyneet vuosien aikana Grimmen tuotteissa ja miten niitä<br />
on rakennettu viime aikoina ISOBUS-teknologian pohjalle. Syitä automaattiselle ohjaukselle<br />
Sonnen esitteli useita joita olivat mm:<br />
»»<br />
Käyttäjä voi keskittyä täysin muiden toimintojen seuraamiseen<br />
»»<br />
Käyttäjän väsymyksen ehkäisy<br />
»»<br />
Satohävikin pieneneminen<br />
»»<br />
Helpompi nostokoneen offset-veto<br />
»»<br />
Tarkempi rivien seuranta<br />
»»<br />
Helppo säiliöntyhjäys noston aikana<br />
»»<br />
Sadonkorjuu myös yöllä ja sumussa.<br />
8
Vuosien mittaan täysin automaattisia<br />
ohjausjärjestelmiä on kehitetty ajettaviin<br />
sokerijuurikkaan- ja perunannostokoneisiin<br />
aluksi analogiatekniikalla<br />
ja myöhemmin jo digitaalitekniikalla.<br />
Niissä mekaaninen rivinseuraaja on<br />
antanut signaalin laitteen oikeaa uraa<br />
pitkin ajattamiseen. Tämä rivinseuraaja<br />
on esitetty kuvassa 5.<br />
Vastaavasti traktorivetoisissa nostokoneissa<br />
on käytetty kuljettajan<br />
apuna traktorin eturenkaaseen kiinnitettävää<br />
rivinseuraajaa, jolla on<br />
Kuva 5. Ajettavaa nostokonetta ohjaava rivinseurain<br />
päästy mahdollisimman tarkkaan ohjaukseen.<br />
Hinattavan nostokoneen oikeaa uraa pitkin kulkuun on myös kehitetty jo 90-luvulla<br />
ohjauslaite, joka kääntää nostokoneen hinausaisaa, ja sitä kautta korjaa koneen kulkua. Nämä<br />
ratkaisut löytyvät kuvasta 6.<br />
Kuva 6. Rivinseurain ja ohjautuva aisa<br />
Näistä ratkaisuista huolimatta hinattavista koneista puuttui edelleen täysin automaattinen rivinseuranta.<br />
Täysin automaattisen ohjausjärjestelmän kehittämiseen lähdettiin muun muassa seuraavista<br />
vaatimuksista:<br />
»»<br />
Tarkkuus ±3cm<br />
»»<br />
Helppo ottaa käyttöön ja käyttää<br />
»»<br />
Säädettävät parametrit (mm. herkkyys, offset)<br />
»»<br />
Oltava riippumaton traktorin hydrauliikasta<br />
»»<br />
Hyödynnetään ajettavissa koneissa käytettyä mekaanista rivinseuraajaa<br />
»»<br />
Tarvitaan merkkivalot ja –äänet<br />
»»<br />
Oltava kustannustehokas.<br />
9
Näiden vaatimusten pohjalta vuonna 2009 Grimme esitteli ensimmäisen täysin automaattisen<br />
traktorin ohjausjärjestelmän hinattavaan sokerijuurikkaan nostokoneeseen, jossa traktorin<br />
ohjauspyörää pyöritti erillinen moottori ja sitä kautta ohjasi koneen kulkua. Tämä ratkaisu kulki<br />
Root Runner –nimellä ja se oli toteutettu digitaalitekniikalla. Traktorin ohjaukseen tarvittava<br />
signaali saatiin etunostolaitteisiin kiinnitetyssä varrenmurskaimessa olevasta mekaanisesta<br />
rivinseuraimesta. Kuvassa 7 on esitetty malli tästä koneyhdistelmästä.<br />
Kuva 7. Automaattinen ohjausjärjestelmä hinattavaan nostokoneeseen.<br />
Tästä järjestelmästä esiteltiin 2010 vielä uusi versio, joka oli yhdistetty traktorin ISOBUS-järjestelmään<br />
ja se pystyi ohjaamaan traktorin eturenkaita sitä kautta, eikä erillistä toimilaitetta tarvittu<br />
enää ohjauspyörän kylkeen.<br />
Grimmen tulevaisuuden kehitystyönä tullaan Sonnenin mukaan esittelemään seuraavaksi<br />
Root Runner –järjestelmä, jota ohjataan traktorin oman ISOBUS-virtuaaliterminaalin kautta,<br />
eikä tällöin enää tarvita erillistä ohjainpäätettä. Samassa myös nostokoneen ja varsimurskaimen<br />
muut toiminnot hoidetaan virtuaaliterminaalin kautta.<br />
2.5. John Deeren automaatioratkaisut<br />
optimaaliseen tuottavuuteen<br />
Dr. Georg Kormann, John Deere<br />
John Deeren edistyneiden teknologioiden kehitysjohtaja Georg Kormann piti oman esityksensä<br />
tuotannon automaatioratkaisuista ja keskittyi siinä lähinnä John Deeren erilaisten ajo-opastin-<br />
ja automaattiohjausjärjestelmien läpikäyntiin.<br />
Ajo-opastinjärjestelmistä Kormann esitteli John Deeren passiivisen työkoneen ajolinjaohjaimen<br />
iGuide:n ja aktiivisen työkoneen ajolinjaohjaimen iSteer:in. iGuide-järjestelmässä auto-<br />
10
maattiohjaus ajattaa traktoria tarvittavaa linjaa pitkin, jotta työkone kulkee oikeaa linjaa pitkin.<br />
Näin ollen iGuide:lla ajettaessa työkone on oikealla reitillä, mutta traktori ei välttämättä olekaan.<br />
Kuvassa 8. on esitetty ajolinjan ja työkoneen kulku iGuide-järjestelmällä ja ilman sitä.<br />
Kuva 8. Vasemmalla ajo ilman iGuide-työkoneen ajolinjaohjausta ja oikealla ajo käyttäen järjestelmää.<br />
iGuiden kehittyneempi versio iSteer on tyypiltään aktiivinen työkoneen ohjausjärjestelmä, sillä<br />
siinä työkoneen kulkemaa reittiä ohjataan myös esimerkiksi työkoneen vetoaisaa tai kannatinrenkaita<br />
kääntämällä. Kuvassa 9 on esitetty erilaisten aktiivisten ohjaustapojen periaatteet.<br />
Kuva 9. Aktiivisen työkoneen ohjauksen periaatteet.<br />
iGuiden yhteyteen on siten aina tehtävä myös muutoksia työkoneeseen., jollei siinä ole jo valmiiksi<br />
ohjauksen mahdollistavia rakenteita.<br />
Päistetehtävien automatisointiin Kormann esitteli John Deeren iTec Pro –järjestelmän, joka on<br />
lisäosa AutoTrack- automaattiohjausjärjestelmään. iTec Pro ohjaa koneen päisteessä takaisin<br />
oikealle uralle ja hoitaa työkoneen päisteautomatiikan. Järjestelmän toimintaa on esitetty kuvassa<br />
10.<br />
11
Kuva 10. iTec Pro –järjestelmän toiminta.<br />
John Deerellä on lisäksi kehityksen alla muun muassa erilaisten pensaskasvien ja vastaavien<br />
käsittelyä varten Pattern Planting –järjestelmä, jolla ajolinjan lisäksi kontrolloidaan kasvien<br />
paikkaa ajolinjalla. Tämä järjestelmä on kuitenkin vielä kehitystyön alla. Kuvassa 11 on havainnollistettu<br />
järjestelmän mahdollistamia erilaisia istutuskuvioita.<br />
Kuva 11. Pattern Planting –järjestelmän mahdollistamia istutuskuvioita.<br />
Yhteenvetona esitykselleen Kormann totesi, että ajo-opastimet ovat tosissaan lyöneet itsensä<br />
läpi ja suurissa koneissa ne ovat jo lähes vakiovaruste. Samanaikaisesti automaattisia ohjausjärjestelmiäkin<br />
on jo esitelty markkinoille ja erilaisten sensoreiden kehitys tulee tarjoamaan<br />
entistä enemmän mahdollisuuksia. Hänen mukaansa näiden kaikkien järjestelmien puolesta<br />
puhuu jopa 20% kasvanut kustannustehokkuus.<br />
2.6. iGreen – Avoimet rajapinnat maatalouden tiedonsiirtoon<br />
Dr. Ansgar Bernardi, DFKI GmbH Saksan tekoälyn tutkimuskeskus<br />
Ansgar Bernardi kertoi DFKI GmbH:n hallinnoimasta iGreen-projektista, jossa on tarkoitus saada<br />
edistettyä maataloustuotannon in<strong>for</strong>maation ja eritoten paikkasidotun tiedon avointa siirtoa<br />
ja hyödyntämistä. iGreen-projekti on Saksan maatalousministeriön rahoittama projekti ja<br />
siinä on mukana useita tutkimuslaitoksia, yliopistoja sekä yrityksiä kuten Claas, John Deere,<br />
Krone, Amazone, Grimme, Lemken jne. Projekti kestää vuoden 2012 loppuun asti ja sen kokonaisbudjetti<br />
on yli 23M€.<br />
Bernardi painotti esityksessään, että paikkatiedon joustava integrointi käytännön työskentelyyn<br />
on ehdoton edellytys tietojohtamiselle maataloudessa. Kun tieto siirtyy joustavasti sekä<br />
12
järjestelmistä pellolle, että pellolta tietojärjestelmiin ja kaikkien osapuolten välillä, jalostuu lisäksi<br />
tiedon laatu jatkuvasti. Tätä tiedon tarkentumista on havainnollistettu kuvassa 12, jossa<br />
vasemmalla on maanäytteiden perusteella tehty maaluokittelu, ja oikealla samasta lohkosta<br />
paikkakohtaisten sadonkorjuutietojen perusteella tarkennettu luokittelu.<br />
Kuva 12. Vasemmalla valtion tiedoista koostettu lohkon maan laatujaottelu ja oikealla satotietojen avulla<br />
tarkennettu yksityiskohtaisempi jaottelu.<br />
Käytännössä iGreen-projektissa kehitetään näille tiedoille kommunikointialustaa, josta tiedot<br />
ovat helposti ja vapaasti kaikkien osapuolien saatavilla. Jotta tällainen helppo ja vapaa tiedonsiirto<br />
käytännössä onnistuisi, täytyy Bernardin mukaan tiedonsiirron rajapintojen olla joustavia<br />
ja niissä tulisi välttää tiukkaa st<strong>and</strong>ardointia. St<strong>and</strong>ardoidun rajapinnan sijaan Bernardin<br />
mukaan rajapinnassa täytyisi olla mahdollisuus tiedon siirtoon useammilla menetelmillä ja<br />
siihen olisi varauduttava tietopankkia rakennettaessa. Tämä st<strong>and</strong>ardoidun rajapinnan vastustaminen<br />
sai aikaan konferenssissa tiukkasanaista kommentointia st<strong>and</strong>ardien puolesta liputtavilta<br />
henkilöiltä.<br />
Yleisen tietojen kommunikointialustan yleistymisen ehtona Bernardi näki sen, että tietojen täytyy<br />
silti pysyä viljelijöiden ”omistamina”, sillä viljelijät suhtautuvat varauksella tietojen luovuttamiseen<br />
ulkopuolisille. Tästä syystä tietopankissa olevien tietojen tulisi olla viljelijöiden hallittavissa<br />
ja tarvittaessa viljelijä pystyisi määrittämään niiden näkymistä ulkopuolisille. Yleisinä<br />
tavoitteina joustavalle tietopankille Bernardi luetteli muun muassa seuraavaa:<br />
»»<br />
Joustava tietojen tallennus mukaan lukien uudet mahdolliset tietoluokat ja arvot<br />
»»<br />
Helppo tietojen julkistaminen<br />
»»<br />
Mahdollisuus laajennuksille<br />
»»<br />
Tietojen selaus kaikissa luokissa<br />
Osa näistä tavoitteista on hyvin haastavia, mutta hän näki kuitenkin ne edellytyksenä sille, että<br />
tietopankista voisi tulla toimiva sekä yleisesti käytetty ja hyödynnetty.<br />
13
2.7. Konenäkö – Monipuolinen teknologia maatalouskoneiden<br />
automatisointiin<br />
Dr. Jens Möller, CLAAS agrosystems GmbH<br />
Claasin toimitusjohtaja Jens Möller piti<br />
oman esityksensä liittyen konenäkötekniikoihin<br />
ja heidän niiden ympärille<br />
rakentamiin ratkaisuihin. Möller aloitti<br />
esityksensä muistuttamalla, että koneiden<br />
koon kasvaessa ovat erilaiset<br />
automaattiset ratkaisut välttämättömiä<br />
tehokkaan käytön näkökulmasta.<br />
Automaattisilla järjestelmillä päästään<br />
parempaan tarkkuuteen, laatuun ja<br />
korkeampaan koneen käyttöaikaan,<br />
sillä konekoon kasvaessa kaikkien<br />
näiden samanaikainen hallinta ilman<br />
automaattisia järjestelmiä vaatii kuljettajalta<br />
valtavasti keskittymistä.<br />
Kuva 13. 2D-kameran kuva ja kasvirivin paikoitus kuvaa<br />
segmentoimalla.<br />
2D-konenäköjärjestelmällä voidaan<br />
erotella kuvan väreihin perustuen kasvit<br />
ja maaperä erilleen tai esimerkiksi<br />
kasvirivin paikka, vaon paikka jne.<br />
Kuvassa 13 on havainnollistettu kuvan<br />
ottoa ja kasvirivin paikoitusta kuvasta.<br />
Monet eurooppalaiset maanmuokkauskoneiden valmistajat tarjoavat jo 2D-kamerajärjestelmiä<br />
työkoneen aktiiviseen ohjaukseen esimerkiksi kasvirivien tai istutuspenkin tunnistuksella.<br />
3D-järjestelmä on 2D-järjestelmästä poiketen toteutettu kahdella kameralla, jolloin on saatu<br />
rakennettua ihmissilmiä vastaava stereonäkö. Siinä samaa kohdetta kuvataan hiukan eri kulmista<br />
ja kuvia vertaamalla saadaan määritettyä myös syvyystieto. Kuvassa 14 on esitetty 3Dstereonäköjärjestelmän<br />
periaate.<br />
Kuva 14. 3D-kamera ja kuvanottoperiaate.<br />
14
Claas on soveltanut 3D-kamerajärjestelmää omassa ajosilppurin Auto Fill –järjestelmässä. Siinä<br />
3D-kameralla tunnistetaan vierelle ajettu vaunu, seurataan kuorman täyttymistä sekä ohjataan<br />
purkutorvea automaattisesti täyttymisen mukaan.<br />
Claas on soveltanut 3D-kameraa myös CAMPilot-järjestelmässään ajolinjan ohjaamiseen esimerkiksi<br />
karhon perusteella. Siinä kuvasta erotellaan korkeustiedot ja sen perusteella päätellään<br />
karhon sijainti. Kuvassa 15 on 3D-kameralla karhosta otettu kuva ja siitä muokattuja versioita.<br />
Kuva 15. 3D-kuva ja siitä kuvankäsittelyllä tehdyt havainnekuvat, joista näkyy etäisyystieto (2: suora<br />
etäisyys kamerasta, 3: karhon korkeus maanpinnasta).<br />
Claasin viimeisimpänä järjestelmissään hyödyntämä kamera on kolmen kameran yhdistelmä,<br />
jossa on sekä 2D- että 3D-ominaisuudet sekä mustavalko- ja värikamera.<br />
Sekä 2D- että 3D-järjestelmien haasteiksi Möller listasi muun muassa vihermassan määrän<br />
vaihtelun kasvustossa kasvukauden aikana, vaihtelevat satomäärät sekä varjot ja muut auringonvalon<br />
vaihtelut. Kaikista näistä muuttujista huolimatta saman järjestelmän tulisi toimia luotettavasti,<br />
joten lopputuloksena konenäköjärjestelmien ohjelmien algoritmimäärät paisuvat<br />
valtaviksi. Lisäksi Möller totesi, että esimerkiksi rikkaruohoja kasvustosta tunnistavat järjestelmät<br />
ovat vielä kaukana kaupallisista sovelluksista juuri näistä syistä.<br />
Konenäkösovellusten tulevaisuudesta Möller arvioi sen verran, että hän uskoi konenäön ja<br />
GPS:n yhdistävien järjestelmien yleistyvän jossain vaiheessa.<br />
15
3. John Deeren esitellyt kehityshankkeet<br />
Seminaaripäivän päätteeksi osallistujilla oli mahdollisuus vierailla John Deeren uudessa Euroopan<br />
Teknologia- ja Innovaatiokeskuksessa. Siellä oli esillä John Deeren tällä hetkellä työn<br />
alla olevia ja hiljattain valmistuneita kehitysprojekteja sekä näiden projektien demonstraatiolaitteita.<br />
2ndVegOil – FlexFuel system <strong>for</strong> ag machinery<br />
Tässä projektissa pyritään kehittämään John Deeren moottoreita soveltumaan ns. toisen sukupolven<br />
biopolttoaineille. Projektin aikana muun muassa tehdään pitkän aikavälin testejä eri<br />
olosuhteissa näillä polttoaineilla 3A-luokan moottoreissa ja tutkitaan 3B- ja 4-luokan moottoreiden<br />
pakokaasujen jälkikäsittelylaitteiden muutostarpeita ja soveltuvuutta näille polttoaineille.<br />
LIB-Off-Road<br />
Projekteissa tutkitaan hybriditeknologioiden, sähkökäyttöjen, sähköntuoton ja litiumakkujen<br />
soveltuvuutta sekä sijoittelua maataloustraktoreihin, maanrakennuskoneisiin sekä metsätyökoneisiin.<br />
Pattern Planting<br />
Projektissa kehitetään automaattista ohjauslaitetta, jolla pystytään esimerkiksi kylvämään<br />
pensaskasveja halutulla kuviolla. Tästä kehitystyöstä on kerrottu enemmän jo kappaleessa 2.5.<br />
iSteer<br />
iSteer on John Deeren kehittämä traktorin ja työkoneen automaattinen ohjausjärjestelmä, jossa<br />
myös työkonetta ohjataan eri menetelmillä kulkemaan haluttua linjaa. Tästä järjestelmästä on<br />
kerrottu enemmän kappaleessa 2.5<br />
Application Pro Universal<br />
Application Pro Universal on John Deeren kehittämä pneumaattisten kylvökoneiden, pneumaattisten<br />
lannoittimien ja kasvinsuojeluruiskujen puomistojen sektoreiden ohjausjärjestelmä,<br />
jolla voidaan ohjata paikasta riippuen puomiston osia päälle ja pois, jolloin päällekkäisajoa<br />
ei synny. Erityyppisille koneille olevat versiot ovat Seeder Pro, Spreader Pro ja Sprayer Pro.<br />
Järjestelmä soveltuu ainakin periaatteessa kaikille ISOBUS-ohjatuille työkoneille riippumatta<br />
valmistajasta.<br />
Autonomous Mower<br />
John Deeren pienkonepuoli kehittelee parhaillaan automaattista itsekseen kulkevaa ruohonleikkuria,<br />
jonka on tarkoitus tulla markkinoille keväällä 2012.<br />
16
Real-Time-Ethernet<br />
RTE-projektissa John Deere jatkokehitti ISOBUS-järjestelmällä ohjattavaa työkonetta korvaamalla<br />
osan ohjausjärjestelmää EtherCat-väylällä. Tästä kehitystyöstä on kerrottu enemmän<br />
kohdassa 2.3. Tämän kehitystyön tuloksena saatu traktorin ja lannoitelevittimen yhdistelmä<br />
oli nähtävillä teknologiakeskuksella.<br />
Application of FEM Tire-Simulation <strong>for</strong> Virtual Experiments<br />
Tässä kehitystyössä oli mallinnettu renkaan muodonmuutoksia kuormituksen alaisena, jotta<br />
simuloinneissa olisi käytettävissä mahdollisimman todenmukainen malli renkaan käyttäytymiselle.<br />
Tractor Implement <strong>Automation</strong><br />
Tässä kehitystyössä on hyödynnetty kaksisuuntaista ohjausta työkoneen ja traktorin välillä<br />
ISOBUS-väylällä siten, että myös työkone voi antaa ennalta määrättyjä ohjauskäskyjä traktorille.<br />
Tällä ratkaisulla esimerkiksi paalain voi komentaa paalin valmistuessa traktorin pysähtymään<br />
automaattisesti. Tämä ratkaisu palkittiin 2009 AGRITECHNICA-messuilla hopeisella<br />
mitalilla<br />
17
Tämä raportti ilmestyy osana agroteknologia-alan julkaisusarjaa,<br />
jonka tavoitteena on tarjota kansainvälistä tietoa ja tulevaisuuden näkymiä<br />
suomalaisen koneteollisuuden liiketoiminnan ja tuotekehityksen tueksi.<br />
Raportti on toteutettu osana AgroInka - agroteknologian innovaatio- ja kasvuohjelmaa.<br />
Julkaisusarjan raportteja voi ladata sähköisenä osoitteesta www.agrotechnology.fi.<br />
Lisätietoja: Antti Rintaniemi, Frami Oy, antti.rintaniemi@frami.fi.<br />
ANTAA<br />
VISIOIDEN<br />
KASVAA.
Change language