結合機電控制與數(shù)據(jù)分析 打造智能農(nóng)業(yè)試驗場域

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)字化的時代，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)也必須要跟得上時代的腳步，轉型成為智能化的農(nóng)業(yè)型態(tài)，以更少的人力，達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，也關系著整體產(chǎn)業(yè)的未來競爭力。因此，將先進的自動控制技術導入到傳統(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)的當務之急。

打造智慧農(nóng)業(yè)學習環(huán)境 培育未來農(nóng)業(yè)人才
提到農(nóng)業(yè)的智慧化轉型，不得不提到宜蘭大學對此一議題的努力。長期以來，宜蘭大學持續(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)學生的生物機電知識能力，同時也透過實作來提供學生更全面的職涯發(fā)展規(guī)劃，并積極培育出能為學研機構所用的優(yōu)秀人才。在這樣的努力之下，未來將有機會協(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產(chǎn)業(yè)的轉型升級。
宜蘭大學生物機電工程學系教授張明毅指出，宜蘭大學積極培育生物機電工程方面的人才，更與臺達電子共同成立智能農(nóng)業(yè)跨域整合實驗室，以及智慧農(nóng)業(yè)戰(zhàn)情室，雙方的合作聚焦在機電工程與生物應用，并以智能農(nóng)業(yè)為核心發(fā)展相關課程。
課程的目標在于整合臺達工業(yè)自動化之控制器、服務器、變頻器等系統(tǒng)產(chǎn)品，并將之應用于物聯(lián)網(wǎng)與機電整合，透過在校內(nèi)所部署的農(nóng)業(yè)傳感器，結合工業(yè)圖控系統(tǒng)DIAView，透過遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)的收集，進一步分析實際試點，來打造兼具理論與實踐的智能農(nóng)業(yè)學習環(huán)境。


走出教室 用智慧技術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)成敗的關鍵，在于信息的匯入與分析。目前宜蘭大學生物機電工程學系與許多農(nóng)業(yè)應用場域都有相關的合作，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，就必須要偵測風速與雨量，并適度的遮風；對于水梨來說，則需要進行寒害預警，這就需要針對氣候寒冷與結霜來進行偵測，此外還必須針對梨樹的架接與傷口愈合等細節(jié)進行觀察，這些過程都側重于信息的取得與預警。
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?shù)氐奈⑿蜌庀笳緛韨蓽y當?shù)氐墓庹占坝炅?；而針對菠蘿釋迦的種植，關鍵則在于七八月份的臺風影響，以及焚風的測量，包括風速、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鍵環(huán)節(jié)。

把機器手臂搬進農(nóng)場 降低農(nóng)工負擔
在智能農(nóng)業(yè)的應用場域中，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機器來加速生產(chǎn)流程，也是不可或缺的一環(huán)。例如目前在大武山蛋雞場，便導入了機器手臂，將每籃重約15～17公斤的蛋籃，可以快速搬運并進行有效率的分類，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。而機器手臂搬運過程不需更換夾具，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間，在這樣的過程中，就非常需要透過數(shù)據(jù)來預測雞只的成長狀態(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)別不同鴨只并進行秤重，可以避免秤到重復鴨只的重量。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，并進而調(diào)整飼料的配方，達到更好的鴨只成長環(huán)境。

導入數(shù)據(jù)分析與智能物聯(lián) 產(chǎn)銷更精準可控
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)的標準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電子的合作。智慧農(nóng)業(yè)跨域整合實驗室是目前宜蘭大學生物資源學院基礎教學與研究實作的重要場域。透過臺達機電系統(tǒng)來制作各類教學模塊，用于控制器、電動機、物聯(lián)網(wǎng)、機電整合、植物工廠導論等課程，如此學生有更多機會接觸目前業(yè)界的實務設備，可以用于提升理論、實作與設計等能力。


 
圖三 : 讓學生實作智能農(nóng)業(yè)機電整合的PLC教學模塊。


 
圖四 : 魚菜共生的教學系統(tǒng)。

此外，智慧農(nóng)業(yè)戰(zhàn)情室也已經(jīng)導入了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA），實時掌握智能農(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)結合在一起，其中就需要一個中介協(xié)調(diào)的角色，來進行整合與溝通。
智能農(nóng)業(yè)跨域整合實驗室目標就是要培養(yǎng)跨域工程的人才，搜集產(chǎn)業(yè)信息，進行智能化的分析，并實現(xiàn)在真實的智慧農(nóng)業(yè)場域上，而非只是透過教科書來看到這些成果。透過人才培育實作場域，高教深耕、學用合一，并與在地連結，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 : 宜蘭大學與臺達電子合作的植物工廠資源效率提升工程。

結語
智能化是未來產(chǎn)業(yè)的趨勢，也關乎著未來的競爭力，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)附加價值。臺達將自身發(fā)展工業(yè)自動化的經(jīng)驗持續(xù)精進并進一步歸納成果，協(xié)助客戶與伙伴共同升級產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在也進一步向下扎根，培育新一代人才，并推動產(chǎn)學合作。

從這次宜蘭大學與臺達電子的合作來看，雙方共同培育跨域人才，共同建置智慧農(nóng)業(yè)跨域整合試驗場域，可望透過智能自動化方案與農(nóng)林技術的結合，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)打下更堅實的基礎。