結合機電控制與數據分析 打造智能農業(yè)試驗場(chǎng)域

在少子化的趨勢下，投入農業(yè)的人力越來(lái)越少，在這個(gè)數字化的時(shí)代，傳統農業(yè)也必須要跟得上時(shí)代的腳步，轉型成為智能化的農業(yè)型態(tài)，以更少的人力，達到更為精致與更有效率的農耕成果。智能化是整體產(chǎn)業(yè)的趨勢，除了能有效解決農耕人力不足的問(wèn)題，也關(guān)系著(zhù)整體產(chǎn)業(yè)的未來(lái)競爭力。因此，將先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)導入到傳統農業(yè)中，并藉此培育下一代的智慧農業(yè)頂尖人才，也成為現階段發(fā)展農業(yè)的當務(wù)之急。

打造智慧農業(yè)學(xué)習環(huán)境 培育未來(lái)農業(yè)人才
提到農業(yè)的智慧化轉型，不得不提到宜蘭大學(xué)對此一議題的努力。長(cháng)期以來(lái)，宜蘭大學(xué)持續在農業(yè)與工業(yè)的人才培育方面投注心力，透過(guò)課程的規劃培養學(xué)生的生物機電知識能力，同時(shí)也透過(guò)實(shí)作來(lái)提供學(xué)生更全面的職涯發(fā)展規劃，并積極培育出能為學(xué)研機構所用的優(yōu)秀人才。在這樣的努力之下，未來(lái)將有機會(huì )協(xié)助地方加快智慧農業(yè)的推動(dòng)腳步，并加速生物與生命相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉型升級。
宜蘭大學(xué)生物機電工程學(xué)系教授張明毅指出，宜蘭大學(xué)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業(yè)跨域整合實(shí)驗室，以及智慧農業(yè)戰情室，雙方的合作聚焦在機電工程與生物應用，并以智能農業(yè)為核心發(fā)展相關(guān)課程。
課程的目標在于整合臺達工業(yè)自動(dòng)化之控制器、服務(wù)器、變頻器等系統產(chǎn)品，并將之應用于物聯(lián)網(wǎng)與機電整合，透過(guò)在校內所部署的農業(yè)傳感器，結合工業(yè)圖控系統DIAView，透過(guò)遠程監控與數據的收集，進(jìn)一步分析實(shí)際試點(diǎn)，來(lái)打造兼具理論與實(shí)踐的智能農業(yè)學(xué)習環(huán)境。


走出教室 用智慧技術(shù)種植三星蔥和菠蘿釋迦
面對未來(lái)的智慧農業(yè)需求，現階段最重要的就在于人才的培育。張明毅教授指出，智慧農業(yè)成敗的關(guān)鍵，在于信息的匯入與分析。目前宜蘭大學(xué)生物機電工程學(xué)系與許多農業(yè)應用場(chǎng)域都有相關(guān)的合作，例如針對土雞與蛋雞，就需要將生產(chǎn)數據自動(dòng)化與信息化，并進(jìn)行自動(dòng)分析。
至于在戶(hù)外的農業(yè)環(huán)境則有更多，這樣的合作場(chǎng)域遍及全臺灣。例如戶(hù)外的蔥田，三星蔥的成長(cháng)要維持高質(zhì)量，就必須要偵測風(fēng)速與雨量，并適度的遮風(fēng)；對于水梨來(lái)說(shuō)，則需要進(jìn)行寒害預警，這就需要針對氣候寒冷與結霜來(lái)進(jìn)行偵測，此外還必須針對梨樹(shù)的架接與傷口愈合等細節進(jìn)行觀(guān)察，這些過(guò)程都側重于信息的取得與預警。
類(lèi)似的合作場(chǎng)域還包括了旺山的哈密瓜與南瓜，這就需要透過(guò)當地的微型氣象站來(lái)偵測當地的光照及雨量；而針對菠蘿釋迦的種植，關(guān)鍵則在于七八月份的臺風(fēng)影響，以及焚風(fēng)的測量，包括風(fēng)速、溫度、濕度等，都直接影響了作物的生長(cháng)。針對這些戶(hù)外農業(yè)環(huán)境，局部的微氣候調節都成為農耕過(guò)程非常重要的關(guān)鍵環(huán)節。

把機器手臂搬進(jìn)農場(chǎng) 降低農工負擔
在智能農業(yè)的應用場(chǎng)域中，除了透過(guò)感測系統來(lái)偵測可能的氣候變化，掌握動(dòng)植物生長(cháng)狀態(tài)之外，透過(guò)一些精密的先進(jìn)機器來(lái)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(chǎng)，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(jìn)行有效率的分類(lèi)，包括不同產(chǎn)線(xiàn)、不同包裝、不同客戶(hù)，都可以在同一條輸送帶上快速完成分類(lèi)與搬運。而機器手臂搬運過(guò)程不需更換夾具，更是提高了整體雞蛋生產(chǎn)過(guò)程的效率，整體約可取代6～7％的人力，對于整體營(yíng)運成本的節省可說(shuō)是非常有效益。

另外在立瑞畜產(chǎn)土雞場(chǎng)，也是透過(guò)機器視覺(jué)來(lái)監測土雞產(chǎn)蛋的情況，以及雞只的健康狀況等環(huán)節；在溪底的白肉雞畜牧場(chǎng)，則是透過(guò)儀器來(lái)監測雞只的生長(cháng)數據。由于土雞的成長(cháng)需要三個(gè)月時(shí)間，在這樣的過(guò)程中，就非常需要透過(guò)數據來(lái)預測雞只的成長(cháng)狀態(tài)。

至于在振聲的養鴨場(chǎng)，必須監測鴨只的下蛋與成長(cháng)過(guò)程，過(guò)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(guò)RFID腳環(huán)來(lái)區別不同鴨只并進(jìn)行秤重，可以避免秤到重復鴨只的重量。透過(guò)這樣更有效率的體重監測，可以做出鴨只成長(cháng)的曲線(xiàn)圖，并進(jìn)而調整飼料的配方，達到更好的鴨只成長(cháng)環(huán)境。

導入數據分析與智能物聯(lián) 產(chǎn)銷(xiāo)更精準可控
張明毅教授說(shuō)，特別是針對近期市場(chǎng)雞蛋產(chǎn)量頻頻出現供不應求的情況，更說(shuō)明了智慧農業(yè)的重要性。然而農業(yè)的標準化并非是一件容易的事情，以雞蛋場(chǎng)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(guò)『智慧化的環(huán)境控制』，讓雞只成長(cháng)的數據更為透明可視、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。智慧農業(yè)跨域整合實(shí)驗室是目前宜蘭大學(xué)生物資源學(xué)院基礎教學(xué)與研究實(shí)作的重要場(chǎng)域。透過(guò)臺達機電系統來(lái)制作各類(lèi)教學(xué)模塊，用于控制器、電動(dòng)機、物聯(lián)網(wǎng)、機電整合、植物工廠(chǎng)導論等課程，如此學(xué)生有更多機會(huì )接觸目前業(yè)界的實(shí)務(wù)設備，可以用于提升理論、實(shí)作與設計等能力。


 
圖三 : 讓學(xué)生實(shí)作智能農業(yè)機電整合的PLC教學(xué)模塊。


 
圖四 : 魚(yú)菜共生的教學(xué)系統。

此外，智慧農業(yè)戰情室也已經(jīng)導入了數據采集與監控系統（SCADA），實(shí)時(shí)掌握智能農業(yè)場(chǎng)域中的植物生長(cháng)狀況，透過(guò)數據的搜集，來(lái)優(yōu)化農作物的產(chǎn)出成果。
張明毅教授認為，懂農業(yè)的人不懂工程，而懂工程的人不懂農業(yè)，就是現階段最常遇到的問(wèn)題。農業(yè)要進(jìn)行智慧升級，但現場(chǎng)經(jīng)常缺乏有農工背景的工程人才。智能農業(yè)就是將智能工程與傳統農業(yè)結合在一起，其中就需要一個(gè)中介協(xié)調的角色，來(lái)進(jìn)行整合與溝通。
智能農業(yè)跨域整合實(shí)驗室目標就是要培養跨域工程的人才，搜集產(chǎn)業(yè)信息，進(jìn)行智能化的分析，并實(shí)現在真實(shí)的智慧農業(yè)場(chǎng)域上，而非只是透過(guò)教科書(shū)來(lái)看到這些成果。透過(guò)人才培育實(shí)作場(chǎng)域，高教深耕、學(xué)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與智農。


 圖五 : 宜蘭大學(xué)與臺達電子合作的植物工廠(chǎng)資源效率提升工程。

結語(yǔ)
智能化是未來(lái)產(chǎn)業(yè)的趨勢，也關(guān)乎著(zhù)未來(lái)的競爭力，特別是在少子化趨勢下的未來(lái)農業(yè)發(fā)展，更需要透過(guò)智慧農業(yè)的打造，帶來(lái)更高的產(chǎn)業(yè)附加價(jià)值。臺達將自身發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化的經(jīng)驗持續精進(jìn)并進(jìn)一步歸納成果，協(xié)助客戶(hù)與伙伴共同升級產(chǎn)業(yè)，現在也進(jìn)一步向下扎根，培育新一代人才，并推動(dòng)產(chǎn)學(xué)合作。

從這次宜蘭大學(xué)與臺達電子的合作來(lái)看，雙方共同培育跨域人才，共同建置智慧農業(yè)跨域整合試驗場(chǎng)域，可望透過(guò)智能自動(dòng)化方案與農林技術(shù)的結合，打造智慧農業(yè)發(fā)展平臺，為未來(lái)臺灣的智慧農業(yè)打下更堅實(shí)的基礎。