Mehr Effizienz in der Bewirtschaftung großer landwirtschaftlicher Flächen

Ernteerträge zu maximieren ist das Ziel eines jeden Landwirts. Die Entwicklungsabteilungen der Landmaschinenhersteller tragen dieser Maxime Rechnung und führen immer größere und komplexere Maschinen in den Markt ein. Denn mit dem Ziel, möglichst viel Getreide, Früchte, Gemüse oder andere landwirtschaftliche Erzeugnisse zu ernten, geht der Bedarf an maximaler Präzision einher. Precision Farming ist der prägende Begriff der letzten Jahre. Hierzu braucht es leistungsstarke Steuerungstechnik, welche die erfassten Messwerte der Sensorik auswertet und an die Aktoren des Arbeitsgeräts weitergibt, um eine möglichst bedarfsgerechte Bearbeitung der bewirtschafteten Fläche zu gewährleisten. Somit werden Ressourcen maximaleffizient eingesetzt. 

ISOBUS als Instrument für perfekte Traktor-Anbaugerät-Harmonisierung

In vielen landwirtschaftlichen Anwendungen braucht es das Zusammenspiel zwischen Zugmaschine und Anbaugerät. Dies macht den Austausch der Sensor- und Steuerungsdaten nochmals anspruchsvoller, gerade hinsichtlich des Aspekts, dass Traktorhersteller und Anbaugeräthersteller oftmals nicht dieselben sind. Hier kommt der ISOBUS als herstellerneutraler Standard für die Kommunikation zwischen landwirtschaftlichen Fahrzeugen und Geräten ins Spiel.

Der ISOBUS-Standard bietet viele Vorteile, von verbesserter Effizienz und Produktivität bis hin zu erhöhtem Bedienkomfort durch direkt im Fahrerhaus des Traktors bedienbare Funktionen des Anbaugerätes. Die AEF (Agricultural Industry Electronics Foundation) als Organisation hinter dem ISOBUS Standard arbeitet momentan an der Einführung von High-Speed ISOBUS. Mit dieser Erweiterung der Standardschnittstelle wird eine sehr viel schnellere Datenkommunikation möglich und es lassen sich effizient weitaus größere Datenströme direkt zwischen Fahrzeug und Anbaugerät austauschen als bislang möglich.

Das bietet enormes Potenzial für innovative Technologien, wie etwa das Tractor-Implement-Management (TIM). Es ermöglicht die bidirektionale Kommunikation zwischen Traktor und Anbaugerät. Bislang war das Zuggerät das führende Element im landwirtschaftlichen Prozess. Die Befehle des Maschinenführers wurden über die Bordelektronik und die ISOBUS-Schnittstelle an das gezogene Gerät weitergegeben, die Aktoren agierten entsprechend dieser Eingaben.

Mit Hilfe von TIM übernimmt nun die Sensorik und Steuerungsarchitektur des Arbeitsgeräts die Führung über den Prozess. Die Intelligenz des gezogenen Geräts gibt dem Traktor vor, wieviel Leistung erforderlich ist, oder mit welcher Geschwindigkeit optimal über die zu bewirtschaftende Fläche zu fahren ist. Dadurch wird der Prozess effizienter gestaltet und Ernteerträge maximiert.

TIM entlastet den Maschinenführer, der sich fortan ganz auf die Kontrolle und Überwachung des Gesamtprozesses konzentrieren kann, da sich stetig wiederholende und eintönige Aufgaben automatisiert ausgeführt werden. Die Varianz im erzielten Ergebnis, das sonst vom Knowhow und der Erfahrung des Fahrers abhängt, wird minimiert. Typische Anwendungen, die von Tractor Implement Management besonders profitieren, sind beispielsweise die automatisierte Einstellung von Breite und Tiefe der Pflugarbeiten. STW bietet mit der BCX.4cs-ag ein leistungsstarkes Bordnetzsteuergerät, das als Controller und Zentralelektrik agiert und sowohl Tractor-Implement-Management über ISOBUS unterstützt, als auch größere Lasten wie Leuchten und Motoren schalten und regeln kann. Der Mobilcontroller ESX.4cl-ag unterstützt zudem High-Speed ISOBUS.

High-Performance-Computing für autonome Prozesse

Hochautomatisierte Maschinen mit autonomen Arbeitsprozessen gehen in Sachen Effizienzmaximierung nochmals weiter. Der Mensch wird als Faktor für den Erfolg des Prozesses weitestgehend aus der Gleichung genommen. Selbstfahrende Erntefahrzeuge, die auf Basis von GPS-Routen Felder abfahren, gibt es schon seit vielen Jahren auf dem Markt. Sie können nun nochmals von KI-gestützten Assistenzsystemen unterstützt werden, die größtmöglichen Ernteertrag versprechen. STW arbeitet beispielsweise in einem Entwicklungsprojekt an einem 360-Grad-Birdview-Kamerasystem mit integrierter Personen- und Objekterkennung. Damit geht einerseits mehr Sicherheit für alle Menschen und Tiere auf dem Feld einher, andererseits aber auch mehr Sicherheit für die Maschinen, da Kollisionen und somit kostspielige Reparaturen vermieden werden. Gerade während des zeitkritischen Ernteprozesses können solche Ausfallzeiten weitgehende wirtschaftliche Folgen haben.

Die Hardware-Basis für dieses System bietet der Hochleistungsrechner HPX, den STW für solche hochanspruchsvollen KI-Applikationen entwickelt hat. Der HPX nutzt die neuesten Innovationen der Chip-Hersteller, um ein Maximum an Performance zu bieten.

Cloud-Anbindung und Digitalisierung für noch mehr Datentransparenz

Die Rechenleistung auf den Maschinen ist jedoch selbst mit den performantesten Steuergeräten endlich. Ein Ansatz, um dieses Limit aufzuheben, ist die Nutzung von Edge bzw. Cloud Computing. Bereits heute nutzen führende Landmaschinenhersteller Dienstleistungen wie die von Amazon Web Services, um Produktionsprozesse zu verbessern und Big Data Processing outzusourcen. Sie bieten den Vorteil, kontinuierlich Gigabyte an Daten aus unzähligen Quellen erfassen zu können und lassen sich flexibel skalieren.

STW hat in einem Proof of Concept demonstriert, wie das Zusammenspiel leistungsfähiger Rechnerarchitekturen auf mobilen Maschinen und stationären Überwachungskameras mit Hilfe einer 5G-Edge-Computing-Infrastruktur Assistenzfunktionen realisiert. STW nutzt in diesem Szenario den HPX als Hochleistungsrechner auf den Maschinen, der Video-Daten bereits vorverarbeitet und über das STW Kommunikationsmodul TCG-4 in die Cloud sendet. Das System berücksichtigt zudem zusätzliche Daten aus der umliegenden Infrastruktur, beispielsweise aus Überwachungskameras. Durch die Nutzung von 5G-Übertragungstechnologie konnten sehr hohe Datenraten und geringe Latenzzeiten bzw. Echtzeitfähigkeit gewährleistet werden. Auf diese Weise konnten die Studienpartner eine Vielzahl an heterogenen Daten von gemischten Maschinen- und Geräteflotten sowie externen Datenlieferanten kombinieren sowie kanalisieren und zur Entscheidungsfindung automatisierter oder autonomer Prozesse nutzen.

Dieser Ansatz bietet In der Landtechnik das Potenzial, Maschinenflotten zu vernetzen, die sich aus den verschiedensten Marken und Herstellern zusammensetzen. Da ein solches System keine lokalen Einschränkungen aufweist, lassen sich überregionale Lösungen für die Feldlogistik realisieren, die die komplexen Prozesse des Farmmanagements optimieren.

STW versteht sich als kooperativer Partner der Landmaschinenhersteller und unterstützt sowohl bei der Entwicklung passgenauer Lösungen als auch bei der Implementierung der Systeme. Dank der Partizipation an einer Vielzahl von herstellerübergreifenden Forschungsprojekten profitieren Maschinenhersteller stets von den neuesten Erkenntnissen aus der Wissenschaft und können gemeinsam mit STW innovationsführende Systeme entwickeln, die ihnen einen Wettbewerbsvorteil bieten.

STW zeigt seine Innovationen für Landmaschinenhersteller auf der Agrishow in Ribeirão Preto, der größten Messe für Agrartechnik in Brasilien. Die Experten von STW teilen ihr Know-how mit interessierten Messebesuchern auf der Agrishow am German Pavilion, G8d Stand 3, vom 29. April bis 3. Mai 2024.