АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО ШМЕЛИНЫХ СЕМЕЙ

С. П. Шишкин, заместитель генерального директора ООО СБО «Компас»

Четвертая промышленная революция – это новая эра в развитии человечества, характеризующаяся стиранием границ между физическими, цифровыми и биологическими технологиями.

Более известная как «Индустрия 4.0», она получила свое название от инициативы 2011 года, возглавляемой бизнесменами, политиками и учеными, которые определили четвертую промышленную революцию как средство повышения конкурентоспособности обрабатывающей промышленности Германии через усиленную интеграцию «киберфизических систем», или CPS, в заводские процессы. Основная идея «Индустрии 4.0» – это подключение машин к Интернету для оптимизации, автоматизации и удаленного контроля человеческого труда.

Четвертая промышленная революция разворачивается на наших глазах. Некоторые считают, что это продолжение «цифровой» революции, следующий ее этап, на котором техника начинает вытеснять человека. Это совершенно новый подход к производству. Основное развитие получило направление «сервис-ориентированного проектирования». Оно уже становится реальностью – это, в первую очередь, «промышленный Интернет», «Интернет вещей», системы «Умного дома» и т.п. В наше время никого не удивляет использование Интернета для контроля своих банковских счетов или для дистанционного включения отопления в загородном доме с помощью смартфона. Даже кофе-машина может начать работать по сигналу, отправленному с телефона с помощью веб-приложения.

Масштабное внедрение киберфизических систем и цифровизация промышленности уже сегодня позволяют осуществлять удаленный контроль за каждым шагом производства, накопление и анализ данных. Более того, в настоящее время многие машины готовы сами принимать решения на основании собранных данных, превратившись в автономных роботов. Сейчас никого уже нельзя удивить сборочными автомобильными линиями, на которых нет людей. Подобные системы активно используются в легкой и тяжелой промышленности, на конвейерах и в быту. Сельское хозяйство также не осталось в стороне. Ярким примером служит так называемое точное земледелие, развивающееся с использованием дронов и GPS-сенсоров.

Автоматизация производственных процессов становится все более востребованным трендом в сельском хозяйстве, особенно на предприятиях защищенного грунта. Современные тепличные комплексы уже сейчас оснащаются автоматическими системами управления, которые могут не просто выполнять запрограммированные в них сценарии, но и обучаться, давать прогнозы, корректировать работу инженерных систем в зависимости от внешних погодных условий и т.п. За всеми процессами специалист может следить удаленно и, в случае необходимости, корректировать их из любой точки планеты.

В тепличных комплексах могут быть автоматизированы режимы поддержания параметров микроклимата, поливов и подкормок растений, учет работы персонала и произведенной продукции по видам, количеству, качеству и т.д. Чем больше подобных систем используется в работе, тем меньше человек делает ошибок на производстве и тем больше процессов он может контролировать.

Специалисты тепличных комплексов сейчас ориентируются на программные продукты, которые должны легко интегрироваться в систему автоматики, существующую на их комбинате. К сожалению, эти автоматизированные системы управления и контроля предназначены исключительно для работы с измерительным и инженерным оборудованием, установленным в тепличных комплексах, и никак не связаны с контролем, а тем более управлением процессами применения биологических средств защиты и опыления растений.

В настоящее время использование шмелиных семей для опыления тепличных культур (томаты, перцы, баклажаны, пчелоопыляемый огурец, земляника и др.) является обязательным элементом технологии их выращивания. При этом в отечественной отрасли защищенного грунта укоренилась практика закупки шмелиных семей в сроки и в количествах, которые определяются специалистами тепличных предприятий на основе собственного опыта и рекомендаций фирм-поставщиков шмелиных семей, т.е. заказчик платит за количество поставленных ульев, а не за результат работы насекомых.

За эксплуатацию шмелей в теплицах обычно отвечают либо агрономы по защите растений, либо пчеловоды (при наличии собственной пасеки в хозяйстве). Их задача сводится к контролю состояния шмелиных семей, их своевременной выстановке и замене, подкормкам, закрытию и открытию летков в ульях перед и после проведения химических обработок в теплицах, а также перед и после включения и отключения систем искусственного освещения. Учитывая сферу ответственности и объем должностных обязанностей специалистов, а также большое количество шмелиных семей, закупаемых крупными тепличными комбинатами, нетрудно представить, что обязанности по наблюдению за насекомыми (являющиеся дополнительной нагрузкой) очень часто выполняются по остаточному принципу, т.е. им не уделяется должного внимания. А это, в свою очередь, приводит либо к увеличению затрат на закупку ульев (при перестраховках, гибели семей от химических обработок или неправильной их эксплуатации при искусственном освещении), либо к снижению качества опыления и потерям урожая, либо к тому и другому одновременно.

С учетом наблюдающейся тенденции к увеличению стоимости шмелиных семей и оплаты труда специалистов эта проблема становится все более актуальной, т.к. ошибки в управлении процессом опыления приводят к существенным потерям урожая (до 20 %) и, соответственно, снижению рентабельности производства. В масштабах страны, с учетом роста площадей зимних теплиц и доли опыляемых культур в общей структуре этих площадей, такие потери в тепличной отрасли России могут составлять от 1,5 до 8,5 млрд рублей в год.

Учитывая все вышесказанное, ООО СБО «Компас» разработало систему, способ и устройство для дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах (заявка на патент № 2019136648). Особенностью системы является то, что она предполагает помещение ульев в специальное «автоматизированное рабочее место» (сокращенно – АРМ) шмелиной семьи, представляющее собой теплоизолированный короб, оснащенный всеми необходимыми датчиками и исполнительными механизмами для дистанционного управления положением отдельных узлов АРМ, обеспечивающих жизнеобеспечение шмелей и оптимальные условия их существования.

Развитие конструкции подставки под ульи в заменитель внешнего короба улья и носитель дополнительного оборудования, позволяющего автоматизировать процессы контроля состояния шмелиных семей и управления работой всех описанных выше приспособлений, приводит к совершенно новому подходу к эксплуатации шмелей в теплицах. Превращение подставок под ульи в автоматизированные «рабочие места», берущие на себя львиную долю забот о благополучии и высокой летной/опылительной активности шмелиных семей, позволяет не только повысить эффективность опыления, но и упростить конструкцию улья, отказаться от его внешнего короба и, следовательно, снизить его стоимость.

АРМ шмелиных семей включает в себя собственно «рабочее место», а также программное обеспечение для смартфона и ПК, имеющее функции удаленного контроля и управления его исполнительными механизмами.

Стационарное «рабочее место» представляет собой теплоизолированный короб с полками под размещение трех шмелиных ульев, изготовленный из композитного материала, который не боится влаги и легко дезинфицируется. В его конструкцию интегрированы различные датчики и механизмы управления, УФ-маяк, GPRS-модем.

Программное обеспечение, предназначенное для хранения и анализа собираемых данных, построения графиков, создания прогнозов и управления исполнительными механизмами, обеспечивает не только самостоятельное/автономное функционирование системы, но и дополняет информацию, поступающую из существующих системы климат-контроля, учета затрат труда и пр. в теплицах, что позволяет агрономической службе тепличного комплекса иметь максимально полное представление о факторах, влияющих на состояние выращиваемой культуры, помогает устранить человеческий фактор, облегчить контроль и улучшить качество шмелеопыления.

Приложения развиваются, обновления ПО для АРМ происходят автоматически. Система представляет собой облачный сервис, очень гибкий и настраивающийся под конкретные условия любого тепличного комплекса. Кроме того, она обладает очень высоким уровнем защиты. Вход в систему возможен только по личному паролю. Потеря данных невозможна, так как они хранятся в облаке.

АРМ шмелиных семей позволяет дистанционно контролировать:

температуру и влажность воздуха внутри улья;
температуру и влажность воздуха теплицы;
содержание углекислого газа в воздухе теплицы;
активность лета каждой шмелиной семьи (датчик количества влетов/вылетов);
состояние летков (открыто/закрыто);
наличие/отсутствие шмелиного гнезда на каждой полке АРМ.

АРМ шмелиных семей позволяет дистанционно управлять:

температурным режимом в ульях – посредством естественной и принудительной вентиляции, что позволяет шмелиной семье не отвлекаться от опыления, лучше развиваться и дольше работать;
открытием/закрытием летков – как по таймеру, так и в ручном режиме;
включением/отключением УФ-маяка – в условиях недостаточного естественного освещения или при искусственном освещении натриевыми лампами высокого давления УФ-маяк улучшает ориентацию шмелей-фуражиров, что положительно влияет на качество опыления и продолжительность работы шмелиных семей.

Прогностические и сигнальные функции АРМ шмелиных семей:

мониторинг, фиксация и анализ температурно-влажностных показателей, количества выставленных ульев, активности лета шмелей-фуражиров в каждой теплице и по каждой семье позволяют понять, при каких условиях достигается максимальная эффективность опыления, какое количество шмелиных семей необходимо для качественного опыления конкретной культуры в конкретной теплице;
путем самостоятельного задания нижнего порога допустимой летной активности можно получать уведомления (тревожный сигнал) о необходимости замены конкретного улья в конкретной теплице;
мониторинг активности лета по каждому улью дает возможность прогнозировать сроки их замены на новые, общее количество ульев, подлежащих замене в данной теплице.

Таким образом, использование АРМ шмелиных семей позволяет удаленно контролировать весь процесс шмелеопыления в теплицах, отслеживать все, что происходит с опылением внутри них, и состояние каждого улья, а при необходимости определять и предпринимать меры для улучшения ситуации. Кроме того, благодаря своевременным уведомлениям есть возможность прогнозировать сроки и количество подлежащих замене ульев. Как результат – длительность службы шмелиных семей и эффективность их опылительной работы увеличиваются при одновременном сокращении трудозатрат и расходов на опыление.