Журнал «Агротехника и технологии»
Роботизация не обошла стороной и тепличный бизнес: в последние годы все активнее ведется внедрение автоматизированных и роботизированных решений на всех этапах тепличного овощеводства. Сейчас стала возможной частичная или полная автоматизация не только в процессе выращивания растений, но и в системе логистики, организации и управления производством, а также в зонах сортировки и упаковки, работа в которых является для людей довольно трудозатратной
Насколько активно сегодня применяется робототехника в тепличном овощеводстве, какие решения предлагает мировой и российский рынок, и смогут ли роботы полностью заменить людей, разбирался корреспондент журнала «Агротехника и технологии».
Сегодня на российском тепличном рынке очень активно применяются подвижные роботы и роботы-конвейеры, выполняющие большой объем работ. «На территории России есть несколько крупных тепличных комплексов, на которых внедрены подобные решения. Причем все оборудование для роботизации производства импортное», — рассказал Андрей Гришкин, директор по развитию компании «РусАгроКомплекс» (возведение промышленных и фермерских тепличных комплексов под ключ).
По его словам, спектр деятельности роботов обширен: их можно применять для приготовления субстрата, посева семян, предварительного опрыскивания растений органическими удобрениями, обеззараживания растений, сбора готовой продукции (рассады, овощей, фруктов) и ее сортировки, укладки, упаковки. Кроме того, роботы способны фиксировать количество продукции, взвешивать и транспортировать ее на склад для реализации, а также осуществлять переработку необходимой продукции.
В целом, отмечает Андрей Гришкин, роботы позволяют исключить присутствие человека на 80 % производственных операций в крупных тепличных комплексах. «Разнообразие операций, выполняемых роботами, нацелено на организацию замкнутого производственного цикла, где практически обходятся без людей, а роботы выполняют большую часть операций: производство и высадку рассады, сбор урожая, сортировку и упаковку», — подчеркивает специалист.
Роботы в тепличном овощеводстве пока не заменят людей полностью даже на отдельных участках
Работа для робота
Робототехнику в тепличном овощеводстве можно разделить на две категории: роботы для сервисной зоны и роботы для рассадных и овощных отделений, обращает внимание Александр Ачкасов, директор по инновациям НПФ «ФИТО» (проектирование и строительство тепличных комплексов и энергоцентров под ключ). Первая группа, по его словам, решает задачи внутренней логистики и упаковки. Здесь речь идет о взаимодействии робота с тарой и упаковкой, поэтому в большинстве случаев задачи имеют слабовыраженную отраслевую специфику, а решения могут строиться на базе существующих промышленных роботизированных платформ. «Такие решения отработаны и все чаще встречаются на рынке, но процент реализованных проектов с их применением пока еще невелик, т.к. им приходится конкурировать с менее гибкими автоматическими линиями, на стороне которых, как правило, большая производительность и меньшая стоимость», — отмечает Александр Ачкасов.
Вторая группа, продолжает он, решает задачи мониторинга, ухода за растениями и сбора урожая. Здесь уже речь идет о необходимости взаимодействия робота с растениями и, ввиду сложности и специфичности задач, все еще о прототипах, а не готовых продуктах для рынка.
«Таким образом, в тепличном овощеводстве роботы скорее редкость, но общий вектор на роботизацию не обходит отрасль стороной, и из года в год появляется все больше как новых идей, так и представляемых прототипов», — уверен Александр Ачкасов.
Более перспективным и интересным направлением он считает создание роботов для овощных отделений. «Фонд оплаты труда в тепличном овощеводстве, в зависимости от региона, может составлять от 20 до 50 % от общих затрат, — рассказывает специалист НПФ «ФИТО». — При этом практически вся работа с плодовыми и овощными культурами осуществляется вручную и представляет собой выполнение однотипных повторяющихся задач, зачастую требуя при этом высокой степени концентрации».
Например, как рассказал Александр Ачкасов, робот-скаут, используя технологии машинного зрения, может повысить точность и качество контроля за текущим состоянием растений, а также эффективность их биологической защиты. «Мне известны два прототипа робота данного типа, один из них — наш собственный, — отмечает специалист. — В перспективе по результатам обхода такой робот может выдавать объективную информацию о качестве вегетации и плодоношения, наличии и локализации патологий и вредителей».
Робот-резчик может помочь в выполнении одной из самых массовых операций в теплице — удалении листа, продолжает Александр Ачкасов. По его словам, чистая скорость по удалению листа опытным работником в ближайшее время точно останется непревзойденной, но если говорить о производительности в неделю и, например, стоит задача дезинфекции ножа при переходе от растения к растению, то здесь уже робот может превзойти человека. «Мне известен один прототип данного робота, работы над ним ведутся более 10 лет, и, несмотря на успехи в условиях испытательных теплиц, рыночное решение еще не готово», — обращает внимание специалист.
Еще один тип робота — робот-сборщик, призванный помочь непосредственно в сборе урожая. «Существует более пяти прототипов подобных роботов, каждый из которых специализируется на своей культуре», — говорит Александр Ачкасов. Он подчеркивает, что, как и в случае с роботом-резчиком, данные роботы уступают в скорости человеку, но ставка делается на возможность круглосуточной работы. «Таким образом, ни один из известных мне разрабатываемых в настоящее время прототипов не предполагает замену один в один текущих ролей людей на тепличном комбинате. Это говорит о том, что роботы в тепличном овощеводстве если и смогут изменить состав и принцип работ, то пока не заменят людей полностью даже на отдельном участке», — заключает специалист НПФ «ФИТО».
Безусловно, оценивать экономическую выгоду без конкретных цифр по стоимости вышеперечисленных решений сложно, убежден Александр Ачкасов. Но в сфере инновационных разработок в целом нельзя просто сравнивать себестоимость и делать выводы, ведь инновации часто выходят за рамки экономии и оптимизации, создавая добавленную стоимость в виде предсказуемости, прозрачности и качества результата, подытоживает специалист.
Фонд оплаты труда в тепличном овощеводстве может составлять от 20 до 50% от общих затрат
Нацелены на инновации
Тепличное овощеводство всегда было одним из самых продвинутых секторов сельского хозяйства, и цифровые технологии там применяются достаточно давно, особенно в вопросах микроклимата, развивает тему Виктор Семенов, председатель Наблюдательного совета ГК «Белая Дача» (крупнейший в России производитель салатов и овощей закрытого грунта).
По его словам, новейшие разработки позволяют не просто вводить данные и обеспечивать полив, подачу удобрений, влажностный и воздушный режимы с помощью электроники. «Так, сегодня есть попытки поставить датчики на растение, чтобы оно само в режиме онлайн задавало нужные ему параметры: больше/меньше тепла, количество воды, конкретную влажность воздуха», — делится Виктор Семенов.
Он обращает внимание, что в широком смысле под роботами понимается что-то механическое — посадить, срезать растение. Здесь элементы роботизации применяются в выращивании салатов в горшочках на проточной гидропонике. Например, ГК «Белая Дача» в конце 1990-х одна из первых применила эти технологии у себя, однако, одна из первых и отказалась от них. «Нас не удовлетворило качество выращиваемых растений, потому что при применении проточной гидропоники в средней полосе при искусственном освещении, которого зимой недостаточно, растения получаются очень слабые и не только не подлежат дополнительной переработке (помыть, порезать салат), но и просто не доживают до магазина», — поясняет Виктор Семенов.
Именно поэтому было решено перейти на другие технологии, где есть возможность получать больше натурального света. Сейчас ГК «Белая Дача» построила комплекс по выращиванию салата в грунте, так как грунт был и остается более естественной средой, чем проточная гидропоника. «Мы создали у себя роботизированную систему посева и срезки. Конечно, роботы делают все по заданной программе. Тем не менее, в будущем, особенно в микроклимате, не агроном будет устанавливать режимы и питание растения, а сами растения через робототехнику смогут определять, что им необходимо», — уверен Виктор Семенов.
Специалист замечает, что в сельском хозяйстве квалифицированных работников найти непросто. Поэтому у робототехники есть своя перспектива, хотя для развития этого направления требуется значительно больший капитал. «Пока для нас роботы не дают экономического эффекта, но “производственный” эффект ощутим. Похожие технологии есть в Голландии и Испании. Но в том сочетании технологий, которое мы создали в Кисловодске, они нигде в мире не встречаются», — доволен Виктор Семенов.
В ГК «Белая Дача» соединили опыт многих стран и накрыли тепличный комплекс японской пленкой F-clean, которая полностью пропускает ультрафиолет. «Это принципиально важно, т.к. ультрафиолет не позволяет растениям быстро расти, при этом дает им силу, цвет, вкус, аромат, благодаря чему они дольше живут. А для нас каждый день-два дополнительной жизни салата на полке экономически очень важен», — подчеркивает Виктор Семенов.
Также большую роль на производстве играет автоматизация зон полива, отмечает Андрей Гришкин из компании «РусАгроКомплекс». По его словам, автоматическая система полива и дозации разработана для автоматизированного управления ежедневной подачей питания и полива растений. С помощью устройства российского производства можно организовать отдельную подачу питательных веществ на определенные участки теплицы с контролем полива по времени и по количеству расхода раствора. «Используя программу управления, можно оптимизировать полив в течение суток. Интенсивность полива можно автоматически корректировать, исходя из внешних параметров: солнечной радиации, влажности, температуры воздуха в теплице, веса, дренажа, влажности субстрата», — объясняет специалист.
Компьютерная программа управления климатом и дозировкой питательных веществ обеспечивает максимально необходимые пропорции смешивания растворов для растений, продолжает Андрей Гришкин. Параметры питательного раствора поддерживаются на заданном уровне с помощью высококачественных измерительных приборов. «С помощью программы можно задавать необходимые параметры управления поливом, климатом и отопительной системой, в том числе подачей CO2 и всеми другими инженерно-технологическими системами», — поясняет он.
В будущем сами растения через робототехнику смогут определять, сколько питания и тепла им необходимо
Японские технологии в России
В Японии агротехническая компания Spread занимается созданием полностью роботизированной фермы по выращиванию овощей. Однако, например, Александр Ачкасов из НПФ «ФИТО» отмечает, что ему не известно о существовании таких производств в России. «Стоит понимать, что компания Spread специализируется на вертикальных фермах по выращиванию мелких листовых овощей. Это хоть и набирающая популярность в мире сфера, но малочисленная и имеющая отличную от тепличного овощеводства специфику», — добавляет он. Впрочем, по мнению специалиста, сейчас много громких заявлений о возможности создания полностью автоматического тепличного производства к 2030 году, что на уровне прототипа на относительно небольшой площади выглядит вполне осуществимым.
Кстати, недавно стало известно, что корпорация Panasonic (мировой лидер в области разработки электронных технологий и решений для потребительской электроники, жилищного строительства, автомобильной промышленности и различных отраслей экономики и бизнеса) совместно с МГУ им. М.В. Ломоносова займутся локализацией японских технологий для вертикальных городских теплиц в России.
Соответствующее партнерское соглашение компания Panasonic Россия и Химический факультет Московского государственного университета подписали на форуме Open Innovation—2018 в «Сколково», рассказал Герман Гаврилов, руководитель отдела развития бизнеса и интегрированных решений Panasonic Россия. Одним из приоритетных направлений совместной работы станет создание высокотехнологичных вертикальных теплиц для выращивания овощей в пространствах городских зданий. Исследования специалистов МГУ помогут оптимизировать состав почвенных субстратов и натуральных питательных растворов для получения богатых витаминами овощей, чьи вкусовые характеристики будут соответствовать пристрастиям потребителей из разных российских регионов.
По словам Ёити Такаки, заместителя генерального директора Panasonic в России, компания уже может похвастаться конкретными результатами в локализации технологий на территории страны, в частности, вертикального овощеводства. Так, в «Сколково» создан рабочий прототип теплицы, обеспечен стабильный урожай различных сортов зелени и редиса, пройдена вся необходимая сертификация. Предполагается, что сотрудничество с МГУ им. М.В. Ломоносова укрепит исследовательскую составляющую этого проекта, ведь в распоряжении химического факультета университета находится широкая база как для фундаментальных исследований, так и для прикладных разработок, в том числе, в области поточного анализа водных сред и анализа почв.
Идея производства овощей в закрытых контролируемых условиях с LED-освещением набирает популярность в России. Обширная география и климатические особенности нашей страны делают выращивание овощей непосредственно в месте потребления особенно актуальным, поскольку их транспортировка приводит к потере большей части витаминов и является сложным и затратным делом, рассказали в «Сколково».
Panasonic развивает направление тепличного овощеводства в мире в течение последних нескольких лет. Один из крупнейших и наиболее успешных проектов — «фабрика салатов», которую компания запустила в 2014 году в Сингапуре. Сегодня Panasonic планирует разработать эффективную модель нового бизнеса по вертикальному выращиванию в городской среде специально для российского рынка. Предполагается, что к проекту подключатся российские стартапы и крупнейшие научно-исследовательские институты. Так, в 2016 году Panasonic приступил к совместной работе с кластером биомедицинских технологий Фонда «Сколково». И уже год спустя в здании технопарка на территории 75 кв. м. была оборудована агролаборатория. Именно там создана пилотная вертикальная теплица для различных культур с системой онлайн-прогнозирования роста растений и мониторинга всех основных параметров (изменения CO2, влажности, температуры, энергопотребления), которая станет площадкой для совместной работы с МГУ им. М.В. Ломоносова.
LED-освещение в теплицах не только экономит электроэнергию, но и позволяет разделить световые спектры
Действительно больших успехов в роботизации следует ожидать именно от фитотронов и вертикальных ферм, убежден председатель Наблюдательного совета ГК «Белая Дача» Виктор Семенов. «Ведь сегодня LEDы (светодиоды) не только экономят электроэнергию, но и позволяют разделить световые спектры, давая растению конкретный спектр, — подчеркивает он. — Минимизируя световые потоки, они передают нужный для качества растения спектр, который оно поглощает. Поэтому для различных видов салатов и зеленых культур возможности роботизации бесконечны».
«В Японии мне приходилось видеть срезку в ручном режиме, — продолжает Виктор Семенов. — Но разрабатываются системы, когда можно делать это в полуроботизированном виде (вручную снимается лоток, вставляется в линию и далее все автоматизировано: срезка, упаковка
В целом же Виктор Семенов уверен, что в ближайшие год-два в светодиодах произойдут еще дополнительные инновационные прорывы, и эти технологии изменят салатный и тепличный бизнес.
