«الميكنة الزراعية» من أجل زراعة مستدامة

إعداد: أ.د.عطية الجيار

أستاذ بمعهد بحوث الأراضي والمياه والبيئة بمركز البحوث الزراعية

مقدمة: تعتبر الميكنة الزراعية مدخلا هاما للزراعة للقيام بالعمليات الزراعية في الوقت المناسب؛ تقليل تكلفة التشغيل؛ تعظيم كفاءة استخدام المدخلات المكلفة (البذور والأسمدة والمواد الكيميائية لحماية النباتات والمياه والآلات الزراعية)؛ تحسين جودة المنتجات؛ والحد من العمل الشاق في العمليات الزراعية؛ تحسين إنتاجية الأرض والعمل وتحسين كرامة العمل. ستكون استراتيجية الميكنة في المناطق المختلفة مختلفة حسب ظروف وموارد تلك المنطقة.

استراتيجية الميكنة الزراعية عموما يُقترح استخدام المنطقة مع الأخذ في الاعتبار نمط حيازة الأراضي، والموارد المتاحة في المنطقة، والسكان الذين يعتمدون على الزراعة، وأنظمة المحاصيل الهامة المتبعة في هذه المنطقة، وتوافر الطاقة الزراعية ومرافق البنية التحتية المتاحة لتعزيز الميكنة الزراعية وبرامج المعالجة الزراعية.

تابعونا على قناة الفلاح اليوم

تابعونا على صفحة الفلاح اليوم على فيس بوك

من المقرر أن تدخل ميكنة المزرعة في البلاد مرحلة جديدة. هناك شعور بأن هناك حاجة إلى “إعادة النظر” و”إعادة هندسة” عملية الميكنة الزراعية بحيث تشمل بشكل فعال صغار المزارعين والهامشيين. تم توجيه برامج ميكنة المزارع في البلاد بهدف الاستفادة الأمثل من موارد الطاقة الزراعية المتاحة وزيادة توافر الطاقة الزراعية.

لتلبية الطلب المتزايد على الحبوب الغذائية وغيرها من السلع الغذائية وغير الغذائية، أصبح التوسع في الميكنة الزراعية أمرا لا مفر منه. وقد سلط الانخفاض المتوقع في عدد حيوانات الجر الضوء على الحاجة إلى إعادة صياغة استراتيجية ميكنة المزرعة بشكل مناسب.

تحديث الزراعة هو حاجة محسوسة اليوم. لقد حظيت الميكنة باستقبال جيد في جميع أنحاء العالم باعتبارها أحد العناصر المهمة لتحديث الزراعة. إن توفر الطاقة الميكانيكية والأدوات والمعدات المحسنة قد مكّن بلاد عديدة من تحقيق مستويات عالية من إنتاجية الأراضي. وينبغي أن يتحول نفس الاتجاه إلى دول أخرى أيضا. هناك علاقة وثيقة بين توافر الطاقة الزراعية والإنتاجية.

تتحقق زيادة الإنتاج الزراعي في أغلب الأحيان عن طريق إدخال أصناف المحاصيل المحسنة وعن طريق خلق بيئة مثالية بحيث يمكن للنباتات والحيوانات أن تتطور إلى إمكاناتها الكاملة. تتطلب زراعة المحاصيل ورعايتها وحصادها قدرا كبيرا من الطاقة ومجموعة مناسبة من الأدوات والمعدات.

لقد أتاحت ميكنة الزراعة زيادة المساحة التي يمكن زراعتها وساهمت في زيادة الإنتاجية، ويرجع ذلك أساسا إلى الدقة التي يمكن بها إنجاز مهام زراعة المحاصيل. وفي الواقع، يواجه معظم المزارعين في البلدان النامية إنفاقًا سنويًا أكبر على مدخلات الطاقة الزراعية مقارنة بالأسمدة أو البذور أو الكيماويات الزراعية.

أولاً: الميكنة تساعد في الزراعة المستدامة

لقد ارتفعت الإنتاجية الزراعية بسبب التكنولوجيات الجديدة والميكنة والاستخدام الكيميائي والتخصص والسياسات الحكومية التي فضلت تعظيم الإنتاج. وعلى الرغم من أن هذه التغييرات لها العديد من الآثار الإيجابية، إلا أنها أدت أيضا إلى تدهور التربة السطحية، واستنزاف المياه الجوفية وتلوثها، وتدهور ظروف المعيشة والعمل لعمال المزارع، وارتفاع تكلفة الإنتاج وتفكك الظروف الاقتصادية والاجتماعية في المجتمعات الريفية.

يتم الآن التشكيك في مثل هذه الممارسات الزراعية ويريد المجتمع الزراعي وسكان الريف الآخرين الحصول على زراعة مستدامة لمعالجة هذه الاهتمامات البيئية والاجتماعية وتوفر فرصا مبتكرة ومجدية اقتصاديا للمزارعين والعمال الزراعيين والمستهلكين وصانعي السياسات وغيرهم من أصحاب المصلحة في نظام الإنتاج الزراعي بأكمله. ولا تزال الأفكار والممارسات والسياسات التي تحدد مفهوم الزراعة المستدامة في طور التطور. فهو يدمج ثلاثة أهداف رئيسية وهي؛ والصحة البيئية والربحية الاقتصادية والعدالة الاجتماعية والاقتصادية.

تعتمد الاستدامة على ضرورة أن تلبي الأجيال القادمة احتياجات الحاضر دون المساس بقدرة الأجيال القادمة على تلبية احتياجاتها الخاصة. ولذلك، فإن إدارة كل من الموارد الطبيعية والبشرية لها أهمية قصوى. تشمل إدارة الموارد البشرية النظر في المسؤوليات الاجتماعية مثل ظروف العمل والمعيشة لعمال المزارع، واحتياجات المجتمعات الريفية وصحة المستهلكين وسلامتهم، في الحاضر والمستقبل. تتضمن إدارة الأراضي والموارد الطبيعية الأخرى الحفاظ على قاعدة الموارد الحيوية هذه أو تعزيزها على المدى الطويل.

منظور النظام ضروري لفهم الاستدامة. وهو يشمل المزرعة الفردية والنظام البيئي المحلي والمجتمعات التي تتأثر بهذا النظام الزراعي، محليا وعالميا. يمنحنا نهج النظام الأداة لاستكشاف الروابط المتبادلة بين الزراعة والجوانب الأخرى للبيئة. كما أنه يعني أيضًا بذل جهود متعددة التخصصات في البحث والتعليم من الباحثين والمزارعين وعمال المزارع والمستهلكين وواضعي السياسات وغيرهم من المشاركين في نظام الإنتاج الزراعي قبل وبعد.

ثانياً: الأدوات والمعدات الزراعية

هناك حاجة إلى أدوات ومعدات زراعية لإنجاز العمليات الزراعية المختلفة في الوقت المناسب والتطبيق الدقيق للمدخلات لتحقيق إنتاجية وربحية أعلى وكذلك لتقليل العمل الشاق الذي يقوم به عمال المزرعة بما في ذلك النساء 80%. من الحيازات الزراعية في الدول النامية أقل من هكتار واحد ومن حيث المصدر، واستخدام الطاقة الحالي هو 65% ميكانيكي، و21% كهربائي، و8% حيواني، و65% بشري، على التوالي.

هناك حاجة إلى الميكنة المناسبة والانتقائية لإنتاج الزراعة وإدارة ما بعد الحصاد وإضافة القيمة باستخدام مزيج مناسب من مصادر الطاقة التقليدية والمتجددة لتحقيق دخل أعلى. وفي حين أن الميكنة من شأنها أن تزيد الإنتاج الزراعي بنسبة 10-15%، إلا أن إدارة ما بعد الحصاد يمكن أن تضيف 5-10% أكثر عن طريق تقليل الخسائر. إن إمكانية إضافة القيمة إلى المنتجات الزراعية بما في ذلك المنتجات الثانوية هائلة، بنسبة 25-400%، اعتمادًا على السلعة ومستوى المعالجة.

ثالثاً: ميكنة المحاصيل البستانية

مجموعة كاملة من المعدات لميكنة حفر محاصيل البساتين وزرع الشتلات والتقليم والرش في المحاصيل الطويلة، يجب تحديد/استيراد/تصميم حصاد الثمار وما إلى ذلك وإدخاله ونشره. يجب مكننة إنتاج محاصيل الخضروات بحيث يتم تحديد/تصميم مجموعة كاملة من المعدات بدءا من إعداد قاع البذور، والزراعة، وزراعة الشتلات، والزراعة المشتركة، والري، والحصاد بالرش، والقطف/الحفر.

يجب إدخال أنواع مختلفة من أدوات الحدائق التي يتم تشغيلها يدويا والتي تعمل بالطاقة وتعميمها لتشجيع تربية الشتلات لزراعة الفواكه والخضروات والزهور والعمل في الحدائق. استخدام المهاد البلاستيكي يقلل من متطلبات المياه ويتحقق من نمو الأعشاب الضارة. وستكون هناك حاجة إلى إدخال معدات لوضع المهاد البلاستيكي، والأنفاق البلاستيكية المنخفضة لزراعة الخضروات، والزهور المقطوفة وما إلى ذلك.

تتمتع تكنولوجيا البيوت البلاستيكية بنطاق جيد لزراعة الشتلات والزهور والخضروات ذات القيمة العالية في غير موسمها وبعض محاصيل الفاكهة. هذه التكنولوجيا تحتاج إلى تعزيز أكبر. وستكون هناك حاجة إلى معدات لميكنة الزراعة في الدفيئات الزراعية.

تسهل التدخلات الهندسية في شكل أدوات وتكنولوجيا مناسبة تعظيم الإنتاجية الزراعية والربحية على أساس مستدام ومع الحد الأدنى من الكدح لعمال المزارع، وخاصة النساء. هناك حاجة إلى إقامة شراكة مستمرة بين مختلف أصحاب المصلحة مثل المزارعين وعمال الإرشاد والباحثين والمعاهد المالية وشركات الأعمال الزراعية وواضعي السياسات والمستهلكين من أجل زيادة التآزر في الإنتاج الزراعي وإضافة القيمة والتسويق.

هناك حاجة إلى مراكز المعرفة في المناطق الريفية من أجل الاستخدام الفعال للتكنولوجيات والخبرات الزراعية المتاحة من قبل المزارعين، لجني الفوائد. تحتاج أنظمة الإرشاد الحالية إلى إعادة توجيهها لمعالجة سلسلة القيمة بأكملها من الإنتاج إلى الاستهلاك من أجل التسليم السريع للتكنولوجيات المحسنة والاستغلال الحكيم لإمكاناتها لتعزيز صافي العائد النقدي لكل وحدة من المساحة والوقت والمدخلات والطاقة.

رابعاً: تقييم الفوائد التشغيلية للآلات الزراعية

الحكم على كفاءة عمليات الآلات الزراعية هو الأساس لتقييم معدل استخدام الآلات الزراعية، وقدرات القيادة للمشغلين، وفعالية إدارة الآلات الزراعية. يجب أخذ مجموعة من عوامل التقييم – بما في ذلك الكفاءة التشغيلية، واستهلاك الزيت، وجودة التشغيل، ومعدل التشغيل المتكرر، ونسبة وقت التشغيل الفعال – في الاعتبار لإجراء تقييم شامل لجودة عملية معينة، وتحليل أسباب التأثير وتحسين إدارة الآلات الزراعية وزيادة الكفاءة التشغيلية.

تشير الكفاءة التشغيلية لقطعة من الآلات الزراعية إلى مقدار العمل المنجز بواسطة العنصر المعني لكل وحدة من وقت التشغيل. إنه مؤشر مهم لتأثير استخدام الآلات الزراعية. نظرا لهدف ضمان الجودة التشغيلية، فإن تحسين الكفاءة التشغيلية للآلات الزراعية يمكن أن يسرع تقدم العمل ويقلل تكاليف التشغيل. في استخدام الآلات الزراعية، فإن الاختيار غير المعقول للآلات الزراعية، والتنظيم غير العلمي للآلات المتعددة، وضعف التحكم في سرعة التشغيل، واستخدام الوقت المنخفض سوف يؤثر على الكفاءة التشغيلية.

لا يتم تحديد كفاءة عمليات الآلات الزراعية بشكل كامل من خلال كفاءة الآلات الزراعية. سيؤدي السعي الأعمى للآلات الزراعية عالية الطاقة ونقص الآلات الزراعية المناسبة إلى إهدار الطاقة. وهذا سيناريو مشابه عندما يتم تركيب محركات ذات قوة حصانية عالية في السيارات الصغيرة أو السيارات ذات الجودة المتدنية، أو عند تركيب محركات منخفضة القوة في السيارات الكبيرة.

إن استخدام الآلات الزراعية عالية الطاقة يستلزم معدلات عالية من استهلاك الطاقة. بالنسبة للمناطق الصغيرة أو الأراضي الزراعية المتناثرة، فإن استهلاك الطاقة لا يتناسب مع مساحة العمل. سيؤدي التخطيط غير المعقول للعمليات إلى التباطؤ أو إهدار الوقت، وكلاهما سيؤثر على الكفاءة التشغيلية.

درست العلاقة بين مساحة العمل للآلات الزراعية وقوة الآلات الزراعية. وتم حساب المساحة والوقت وكفاءة عملية باطن الأرض، ووضعوا نموذج فائدة لعملية باطن الأرض استنادا إلى قوة الجرار من خلال تحليل الانحدار الخطي، مما يثبت أن هناك علاقة خطية واضحة بين قوة الجرار وفائدة عملية حفر التربة. ومع ذلك، فإن جودة تشغيل الآلات الزراعية لا تتعلق فقط بمساحة العمل لكل وحدة زمنية، ولكن أيضًا باستهلاك الوقود، وجودة التشغيل، ووقت الانتقال، وما إلى ذلك. ولا ينبغي لنا زيادة قوة الآلات الزراعية بشكل أعمى لتحسينها.

كفاءة العملية. تطور سوق الجرارات في روسيا من عام 2008 إلى عام 2014 وقام بتقييم مستويات الجرارات باستخدام طريقة محسنة لتقييم مستويات الإنتاج المحلي لمنتجات الطاقة المتنقلة الزراعية، مع أخذ الأسطول ككل وتقييم الإمكانات وفقًا لبيانات إحصائية واسعة النطاق حول التغيرات الديناميكية في مؤشرات إنتاج المحاصيل الرئيسية.

في عام 2011، طرحت الجمعية الأمريكية للمهندسين الزراعيين والبيولوجيين معيارين لقياس كفاءة عمليات الآلات الزراعية، وهما القدرة الميدانية الفعالة (EFC) والكفاءة الميدانية (FE). من السهل والفعال استخدام الجرارات عالية الطاقة لسحب الأدوات العريضة لتحسين القدرة التشغيلية للآلات الزراعية. نظرا للقوة العالية وسرعة القيادة السريعة للجرار، تزداد أيضا مساحة العمل اليومية.

على الرغم من أن الآلات الزراعية عالية الطاقة تسمح بالعمل على مساحة كبيرة يوميا، إلا أن استهلاك الزيت يزداد وفقا لذلك، ولا يمكن قياس الكفاءة التشغيلية بقدرة التشغيل. ويركز تحليل كفاءة عمليات الآلات الزراعية على مساحة التشغيل لكل وحدة زمنية، بينما يأخذ تحليل الفوائد التشغيلية في الاعتبار الفوائد الشاملة التي تجلبها العوامل المختلفة.

تتأثر أيضا فائدة عملية تشغيل الآلات الزراعية بطول الفترة الانتقالية. من أجل زيادة الاستفادة من العملية، ينبغي للمرء أن يقلل من وقت الانتقال والمسافة المقطوعة. ومع زيادة نسبة مسارات التشغيل في قطعة الأرض، تزداد الاستفادة الزراعية سوف يزيد تشغيل الآلات أيضا.

يركز الباحثون على جدولة الآلات الزراعية والعمليات التعاونية متعددة الآلات من أجل تحقيق أقصى استفادة من تخصيص مهام الآلات الزراعية، وتعزيز التعاون المتبادل وتحسين استخدام الآلات الزراعية. لقد أدت مهمة تحسين مسار تشغيل الآلات الزراعية الذكية إلى تحسين الفوائد الناتجة عن عمليات الأراضي الزراعية بشكل فعال وخفض تكاليف عمليات الآلات الزراعية، وكلاهما مهم بشكل خاص في حالة التعاونيات واسعة النطاق، التي لديها العديد من قطع الأراضي ونطاقات الخدمة الواسعة.

– هناك العديد من العوامل التي تؤثر على جودة التشغيل اليومي للآلة الزراعية، بما في ذلك الكفاءة التشغيلية، واستهلاك الوقود، وكفاءة المناول، ومعدل الفشل، وجودة التشغيل، وفقدان البيانات الناتجة، وما إلى ذلك. يمكن أن توفر دراسة كفاءة التشغيل اليومي للآلات الزراعية أساسا لمديري الآلات الزراعية لتقييم مدى رضاهم عن العمليات اليومية لتحسين أوضاع التشغيل ومستويات الإدارة. ويتم اختيار عوامل معدل التشغيل التكراري كمؤشرات للتقييم. وتشمل هذه وقت التشغيل ومنطقة التشغيل واستهلاك الوقود وجودة التشغيل وعوامل معدل التشغيل المتكرر ونسبة وقت العمل الفعال وما إلى ذلك.

خامساً: التقدم في إدارة الآلات الزراعية

إن إدخال الآلات الذكية والمركبات المستقلة في العمليات الزراعية سيسمح بزيادة الكفاءة وكذلك تقليل التأثير البيئي. وفي الوقت الحالي، توفر تقنيات الاستشعار والتشغيل المبتكرة جنبا إلى جنب مع تقنيات المعلومات والاتصالات المحسنة إمكانية تحقيق مثل هذه التطورات. ومع ذلك، فإن الاستغلال الكامل لهذه التطورات الهندسية يتطلب إعادة النظر في عملية إدارة الآلات الزراعية التقليدية.

نتيجة لذلك، يجب استكمال أساليب تخطيط العمليات الزراعية التقليدية، وخاصة منهجية تخطيط ورشة العمل، بميزات تخطيط جديدة، مثل تخطيط الطريق وجدولة المهام التسلسلية. تتمثل أهداف هذه المقالة في تحديد التطورات الحالية والمطلوبة في إدارة الآلات الزراعية للتحضير للعمليات المستدامة الذكية المأهولة و/أو المستقلة في الزراعة في المستقبل.

في الأقسام التالية، تم اختيار خمس مهام إدارية رئيسية لإدارة الآلات الزراعية والتي تغطي مختلف مراحل ومستويات الإدارة. هذه المهام هي 1) تخطيط القدرات (المستوى الاستراتيجي)، وتخطيط أوقات المهام (المستوى التكتيكي)، والجدولة (التشغيلية)، وتخطيط الطريق (المستوى التشغيلي)، وتقييم الأداء (مستوى التقييم). يتم توفير تعريف لكل مهمة من مهام الإدارة،. وأخيرا، تمت مناقشة المتطلبات المستقبلية التي من شأنها تسهيل ووضع إطار لجهود التنمية اللازمة للتنفيذ الكامل لنماذج وأدوات الإدارة الزراعية في المستقبل.

لقد كان التحسين المادي منذ فترة طويلة هو المحرك الرئيسي لتحسين إنتاجية الآلات الزراعية وكفاءتها. وقد نتج هذا التطور عن الفوائد المعروفة من وفورات الحجم التي توفر وظائف ميكانيكية محسنة؛ ومع ذلك، يتم إعاقة هذا الاتجاه حاليًا بسبب العوامل البيئية والبيولوجية التي تقيد حجم ووزن الآلة (على سبيل المثال، ضغط التربة). وبالتالي، لا يمكن إجراء سوى تحسينات هامشية على فعالية الآلات الزراعية الحديثة.

بهذا المعنى، لا تتوفر المزيد من التحسينات على الفعالية، ولكن التقدم الهندسي الحالي في مجال الاستشعار المبتكر وتمتلك تقنيات التشغيل، جنبا إلى جنب مع تقنيات المعلومات والاتصالات المحسنة، إمكانية إدخال تحسينات كبيرة في كفاءة الآلات المتقدمة.

ومع ذلك، فإن الاستغلال الكامل لهذه التطورات الهندسية يتطلب إعادة النظر في عملية إدارة الآلات الزراعية التقليدية. ونتيجة لذلك، فإن أساليب تخطيط العمليات الزراعية التقليدية، وخاصة منهجية تخطيط ورشة العمل، يجب أن تستكمل بميزات تخطيط جديدة، مثل تخطيط الطريق وجدولة المهام المتسلسلة. علاوة على ذلك، يجب النظر إلى إدارة الآلات الزراعية بطريقة مختلفة عن إدارة الآلات في المجال الصناعي العام.

بالمقارنة مع البيئة الصناعية، يخضع مجال الإنتاج الحيوي لتأثير أكبر من البيئة وعدم اليقين والمخاطر المتأصلة (على سبيل المثال، نمو المحاصيل أو الظروف الجوية) التي تميز أي عملية زراعية. بالإضافة إلى ذلك، فإن متغيرات المجال قيد النظر لها تباينات كبيرة نسبيا، وإجراءات التخطيط لها ثوابت زمنية كبيرة. بشكل عام، القرارات المحفوفة بالمخاطر هي القاعدة لعمليات الآلات الزراعية.

سادساً: مراحل الإدارة ومستوياتها

وفقا لمعاييرالدولية فإن يتم تحديد أربع مراحل في إدارة العمليات والمهام للآلات الزراعية:

– التخطيط: (المستوى الاستراتيجي – المستوى التكتيكي) يتم اختيار مكونات النظام والمتوقع ومن المتوقع أداء النظام.

– الجدولة: يتم التنبؤ بالوقت الذي سيتم فيه تنفيذ العمليات المختلفة مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل توفر الوقت، وإمدادات العمالة، وأولويات العمل، ومتطلبات المحاصيل.

– التشغيل: تنفيذ العمليات باستخدام العمالة والآلات.

– التحكم: يتم التحكم في الأنظمة من خلال استخدام مقاييس ومعايير الإنتاجية المختلفة.

تتضمن هذه التصنيفات مهام إدارية مختلفة للآلات الزراعية التي تعمل على مستويات إدارية مختلفة. وفيما يلي وصف وهيكلة أنشطة إدارة الإنتاج الزراعي ضمن مختلف المستويات المحددة:

– استراتيجي: تصميم نظام الإنتاج لمدة سنة واحدة وخمس سنوات أو دورتين زراعيتين أو أكثر، وتحديداً نظام العمل/الآلات فيما يتعلق بأنواع المحاصيل المختارة.

– تكتيكي: وضع خطة إنتاج لمدة 1 سنة أو 2 سنة ودورة زراعية لتضييق نطاق استخدام الموارد، أي مدخلات العمالة ومدخلات الآلات المعدلة وفقًا لخطة المحاصيل الحالية.

– التشغيلية: تحديد الأنشطة في الدورة الزراعية الحالية. ويتضمن توقيتا قصير المدى للأنشطة، وصياغة الوظائف والمهام.

– التنفيذ: التحكم في المهام المنفذة وأداء مجموعات العمل.

– التقييم: مقارنة المهام المنفذة المخططة والفعلية.

سابعاً: مهام إدارة الآلات الزراعية

خمس مهام إدارية رئيسية لإدارة الآلات الزراعية، وهى:

1ـ القدرة على التخطيط: يعد تخطيط القدرات جزءا من تصميم النظام ويتعلق بالاختيار النوعي والكمي لمكونات الإنتاج (أي، في حالة معينة، الآلات والمعدات الداعمة) فيما يتعلق بالطلب. كما هو الحال في إنتاج أرضية المصنع، فإن الهدف هو التحسين العام لاستخدام المكونات (بما في ذلك أبعادها). ويخضع تخطيط القدرات إلى 1) متطلبات العملية التي سيتم تنفيذها، 2) توفر المعدات، 3) طرق العمل الممكنة، 4) الأبعاد والقدرة، و5) التكلفة، بالإضافة إلى النظر في وظائف مثل العمالة المتاحة، التوقيت المناسب، وقابلية العمل. بالمقارنة مع الصناعة، يتم تنفيذ تخطيط القدرات ضمن مجال يتميز بالعديد من العوامل غير المؤكدة المتعلقة بنمو النباتات البيولوجية، والطقس، وما إلى ذلك.

ـ قام المركز الاستشاري الدنماركي الذي يقدم توصيات للمزارعين. بقياس قابلية التشغيل من خلال تطوير نموذج محاكاة لعمليات الآلات الميدانية باستخدام تقنية محاكاة الأحداث المنفصلة لتحليل أداء الآلات بناءً على الحالة اليومية لقابلية تشغيل التربة. تم تقدير تكاليف التوقيت اعتمادا على إنتاجية المادة الجافة والقيمة الغذائية للأعلاف لفحص أنظمة الحصاد المختلفة وتقديم استنتاجات حول اختيار الآلات عند حصاد السيلاج لأبقار الألبان. في السويد.

2ـ تخطيط أوقات المهام: يشير تخطيط وقت المهمة إلى تخصيص فترات زمنية للأنشطة. يمكن أن تكون الأنشطة عمليات ميدانية (يتم استخدام “العملية” هنا بمعناها الزراعي، على سبيل المثال، الحصاد) أو عناصر العمل (على سبيل المثال، النقل). يعد تخطيط وقت المهمة شرطًا أساسيًا للجدولة.

ـ تم تطوير أداة تقييم تغطي السلسلة الكاملة لنظام معالجة السماد من حظائر الحيوانات إلى الحقل. تتيح الأداة إجراء تقييم موجه للنظام للطلب على العمالة وقدرة الآلات والتكاليف المتعلقة بمعالجة السماد. تشير نمذجة وتحليل وقت المهمة إلى تقنيات مختلفة، أي التدفق المستمر للنقل واستخدام الأسمدة العضوية باستخدام أنظمة النقل .

ـ تم استخدم نماذج مهمة محددة لمدخلات العمالة والآلات كأساس لتقدير مدخلات الطاقة وانبعاثات غازات الدفيئة من أنظمة الحراثة المختلفة. تم تقدير أوقات المهام لعدد من أنظمة الآلات المقيدة وسيناريوهات الحراثة عبر دورة المحاصيل النموذجية.

3ـ الجدولة: تتعلق الجدولة بتخصيص الموارد (مثل الآلات والعمالة ووحدات المعالجة) للمهام (مثل العمليات في عملية الإنتاج) خلال فترات زمنية معينة؛ الهدف هو تحسين هدف واحد أو أكثر (على سبيل المثال، فترة التنفيذ، إجمالي وقت الإكمال المرجح، الحد الأقصى للتأخير).

في السياق الزراعي، يتم تعريف الجدولة على أنها “تحديد الوقت الذي سيتم فيه تنفيذ العمليات المختلفة. يعد توفر الوقت والعمالة وإمدادات الآلات وأولويات العمل ومتطلبات المحاصيل من العوامل المهمة. يمكن العثور على نوعين من مشاكل الجدولة في مجال أنظمة الإنتاج الحيوي، وهما:

أ. مشاكل الجدولة البحتة حيث يجب تحديد وقت البدء ووقت الانتهاء لكل مهمة (على سبيل المثال، في التخطيط الموسمي للعمليات الميدانية).

ب. مشاكل التسلسل حيث يجب ترتيب المهام التي تتنافس على استخدام الموارد المشتركة (على سبيل المثال، في التخطيط التشغيلي للحصاد على نطاق واسع).

ظهرت أولى المناهج العلمية التي دعمت عملية الجدولة في الزراعة في أوائل الثمانينيات، على سبيل المثال، وكانت تعتمد بشكل أساسي على البرمجة الخطية ومنهجيات المحاكاة. اعتبرت هذه الأساليب المبكرة مشاكل جدولة محضة، في حين ظهر عدد من الأساليب التي تتعامل مع تخطيط التسلسل في الآونة الأخيرة فقط.

– تم تخصيص الموارد وجدولتها على أساس النهج المتغير. يتطلب التوسع المستقبلي للنظام إلى نهج الجدولة العشوائية في كل من الجدولة طويلة المدى والجدولة عبر الإنترنت مع التنفيذ الواقعي إدراج متغيرات عشوائية لها توزيع احتمالي (على سبيل المثال، الطقس المشتق من البيانات التاريخية وتوقعات الطقس).

4ـ توجيه المركبات الزراعية: يمكن تصنيف المركبات الزراعية كوحدات أساسية أو وحدات داعمة. وفقا للتعريفات المعترف بها ، يشير مصطلح “الوحدة الأولية” إلى وحدة الآلات الزراعية التي تؤدي مهمة العمل الرئيسية (على سبيل المثال، مجموعة الجرارات)، في حين يشير مصطلح “وحدة الدعم” إلى وحدة دعم وحدة أساسية واحدة أو أكثر (على سبيل المثال، عربات الحبوب في عملية الحصاد).

ـ يرتبط عمل الوحدة الأساسية بخطة تغطية المنطقة التي تشمل مشكلة تحديد كيفية مرور تنفيذ الوحدة المحمول على جميع النقاط في بيئة مكانية مستهدفة بموجب معايير مثل تقليل التكلفة والوقت والتداخل. لقد تم تطوير أساليب مختلفة تتعامل جزئيا أو كليا مع مشكلة تغطية المساحة في العمليات الزراعية. يمكن تمييز ثلاثة أنواع من الأساليب في المراجع ذات الصلة كالاتى:

ـ يتعامل النوع الأول من النهج فقط مع عملية تخطيط التكوين المكاني. يمكن تعريف تخطيط التكوين المكاني على أنه عملية إنشاء تمثيل هندسي لمنطقة ميدانية لتوفير تمثيل موجز للبيئة التشغيلية التي يمكن استخدامها بسهولة لجهود التخطيط اللاحقة (على سبيل المثال، خطة الطريق أو خطة تغطية المنطقة).

من حيث المبدأ، يتضمن تخطيط التكوين المكاني ثلاث مهام: تقسيم منطقة الميدان بأكملها إلى مناطق حقول فرعية (عند الضرورة)، وتحديد اتجاه القيادة داخل كل مجال من المجالات الفرعية، وتحديد مسارات العمل الميداني التي تغطي بالكامل تغطية كل واحد من المجالات الفرعية.

ـ أما النوع الثاني من النهج فيتناول عملية تخطيط الطريق. تخطيط الطريق يتعلق بمهمة الأمثل ربط الكيانات المحددة مسبقًا بخطة التكوين المكاني؛ يتضمن ذلك التسلسل الأمثل لمسارات العمل الميداني و/أو التسلسل الأمثل لمناطق الحقول الفرعية. عادةً، تشتمل أساليب تخطيط المسار أيضا على طريقة التكوين المكاني.

الجانب الأساسي للنهج المذكورة أعلاه هو أن العمليات الميدانية الزراعية تشمل عناصر مسافة العمل (أي مسارات العمل الميداني) وعناصر مسافة غير العمل (أي تحولات الرأس). وهذا يؤدي إلى تنويع تخطيط تغطية المنطقة للعمليات الميدانية، مع المفهوم العام لتخطيط تغطية المنطقة كما ظهر في التخصصات العلمية الأخرى (مثل الروبوتات) التي تم فيها تطوير العديد من المناهج القائمة على تخطيط المسار.

ـ النوع الثالث من النهج هو الذي يتم من خلاله إنشاء مسار مستمر يغطي المنطقة المعنية بأكملها. في هذه الحالة، لا يتم التمييز بين مهام التكوين المكاني وتخطيط الطريق. في حالة الوحدات الداعمة، فإن مهمة التخطيط تتعلق بالاتصال الأمثل بين موقعين: الموقع الحالي لوحدة الدعم والموقع الذي يجب أن تتم فيه خدمة الوحدة الأساسية.

ـ فيما يتعلق بعملية تخطيط الطريق، يمكن تنويع العمليات الميدانية التي تتضمن تغطية كاملة لمنطقة الميدان إلى عمليات ذات كفاءة وغير مؤهلة. تشير القدرة إلى العمليات التي يتم فيها نقل كمية من “السلعة” إما خارج منطقة الحقل (تدفق المواد المخرجة، على سبيل المثال، الحصاد) أو نقلها وتوزيعها في منطقة الحقل (تدفق المواد المدخلة، على سبيل المثال، الرش)؛ يجب على الآلة الزراعية تنفيذ أكثر من مسار لإتمام العملية.

يشير مصطلح “غير مؤهل” إلى العمليات التي لا توجد فيها إضافة مواد أو إزالة مواد من/إلى الحقل (تدفق المواد المحايد، على سبيل المثال، الحراثة). لاحظ أن العمليات التي يتم فيها صيانة الوحدة الأساسية أثناء التنقل، من وجهة نظر تغطية منطقة الوحدة الأساسية، يتم اعتبارها دون قيود على السعة.

تم تقديم العديد من الدراسات لتخطيط التكوين المكاني الذي يأخذ في الاعتبار إما عمليات محددة أو مجموعة العمليات الكاملة لنظام زراعة المحاصيل. تم تطوير العديد من الأساليب على مدى العقد الماضي والتي تنفذ مجموعة متنوعة من معايير التحسين المختلفة للتعامل مع مساحات ثنائية أو ثلاثية الأبعاد ومع المناطق الخالية من العوائق أو المناطق التي بها عوائق مادية.

ثامناً: المتطلبات المستقبلية

مسار البحث الرئيسي في المستقبل هو التخطيط التكيفي حيث يتم استخدام البيانات من العمليات المنفذة لضبط جهود التخطيط المتتالية. وبهذه الطريقة يتم تكييف تخطيط العمليات مع الظروف الفعلية على المستوى الميداني ولا يعتمد على البيانات المعيارية كما تم استخدامها في الدراسات السابقة حيث لم يكن هناك إمكانية الوصول إلى تسجيل البيانات الآلي. ويمكن أن تكون هذه الميزة التكيفية بطريقتين، أي ضمن مستوى إداري محدد (التنفيذ الأفقي) أو بين مستويات الإدارة المختلفة (التنفيذ الرأسي).

في الأقسام التالية، يتم عرض المتطلبات المستقبلية لكل من المهام الإدارية الخمس المختارة.

1ـ القدرة على التخطيط: يعتمد التخطيط الاستراتيجي للقدرات على متوسط البيانات المعيارية التي تغطي أفق تخطيط متعدد السنوات. ولذلك، فإن البيانات غير مؤكدة ويمكن أن تستفيد من كونها أكثر تكيفا مع المشروع الزراعي الفعلي. ستتطلب تدابير تخطيط القدرات المحسنة نماذج قابلة للتكيف تتعاون لتلقي التعليقات من مستوى إدارة التقييم في دورة التخطيط. ويتطلب ذلك تحسين الاتصال التلقائي للبيانات بين مستويات التخطيط المختلفة.

2ـ تخطيط أوقات المهام: تعد موثوقية العمليات الميدانية التي تتم في بيئة عشوائية أيضا جانبا مهما يجب تضمينه في تخطيط أوقات المهام. ومع ذلك، فإن صعوبة التعامل مع التدابير العشوائية، مثل التوافر والموثوقية، تتعلق بالتنفيذ العملي لهذه التدابير من حيث القياس الكمي والتنبؤ بوقت المهمة.

لا يمكن أن يعتمد التنبؤ الدقيق لوقت المهمة فقط على التقدير باستخدام معايير متوسطة ، ولكن من الأفضل أن يتضمن نماذج قابلة للتكيف. وبالتالي، يمكن تحديث المعاملات المسجلة في النموذج بحيث تعكس بدقة الظروف في الحقل المحدد بناءً على جمع البيانات تلقائيا من العمليات التاريخية.

3ـ الجدولة: من الواضح أن التركيز يتحول من أساليب الجدولة البحتة إلى أساليب الجدولة التسلسلية. ويرجع هذا التحول إلى زيادة قدرة الآلات وتوافرها مقارنة بالماضي والمعلومات المتاحة عن الظروف التشغيلية (على سبيل المثال، التنبؤ بالطقس)، مما يسمح باتخاذ قرارات قصيرة المدى قبل تنفيذ العملية مباشرة.

مع ذلك، فإن تكثيف الإنتاج الزراعي ينطوي على عمليات ميدانية واسعة النطاق تستخدم أساطيل الآلات والتي تتطلب اتخاذ قرارات بشأن تخصيص الموارد المشتركة (أي المهمة الدقيقة للجدولة التسلسلية). إدراج آلات غير متطابقة مخصصة لنوع مهمة محدد (على سبيل المثال، عرض تشغيل أو قوة مختلفة)، والنظر في الطبيعة غير المستمرة للعمليات الميدانية (العمل النهاري)، ودمج المتطلبات البيولوجية (على سبيل المثال، الحد الأدنى والحد الأقصى تعد حالات التأخير الناجمة عن تجفيف حقول المحاصيل) ومتطلبات جاهزية الحقل (على سبيل المثال، قابلية المرور) من العوامل التي ستؤدي إلى اتباع نهج جدولة أكثر تعقيدًا وأكثر موثوقية وقابلة للتطبيق.

4ـ تخطيط الطريق للمركبات الزراعية: في عملية ميدانية، تنتج المركبة الزراعية العمل أثناء التحرك. نظرًا لهذه الطبيعة للعمليات الميدانية، فإن مفهوم “المهمة” للمركبة الزراعية يرتبط ارتباطا وثيقا بمسار العبور لأن الإجراءات التي يجب اتخاذها (على سبيل المثال، رفع أو خفض الأداة، بدء تشغيل أو إيقاف مأخذ الطاقة) محددة جيدًا فيما يتعلق بموقع السيارة وموضعها. لذلك، سيكون تخطيط مهمة المركبات الآلية الزراعية أمرًا منطقيًا تمديد جهود تخطيط الطريق المقدمة سابقا.

ـ لقد ظهرت بالفعل أساليب تخطيط المهام الكاملة للآلات الزراعية في المراجع العلمية. يعد تخطيط المسار الديناميكي أيضا موضوعًا من المتوقع أن يجذب الاهتمام في المستقبل القريب لأن هذا النوع من التوجيه مناسب تماما لتغير المعاملات التي تصف البيئة التشغيلية في الأنظمة البيولوجية.

لا يمكن لتخطيط المسار الحتمي معالجة عوامل مثل تقلب العائد وتقلب الخصائص الفيزيائية للتربة من حيث إمكانية المرور. علاوة على ذلك، وبسبب البيئة الخارجية للعمليات الميدانية، فإن الأحداث غير المتوقعة شائعة للغاية ولا يمكن للتخطيط الحتمي إلا أن يوفر الأساس خطة تنفيذ محددة مسبقا خارج الخط. أخيرا، تمت معالجة تخطيط المسار للعمليات الميدانية التي تتضمن آلات متعاونة (مثل الحصادات وعربات الحبوب) بشكل منفصل لكل نوع من الوحدات (أساسية أو داعمة). الخطوة التالية في جهود تخطيط المسار هي الجمع بين التخطيط لكلا النوعين من الوحدات لتحقيق هدف تحسين العمل الجماعي.

5ـ تقييم الأداء: تفتقر جميع الأساليب المطورة إلى عملية تقييم الأداء الآلي. من المتوقع أن يكون التنبؤ بأوضاع تشغيل الآلات الزراعية بناءً على التعرف الآلي على النشاط، كما لوحظ في مجالات أخرى، موضوع بحث مستقبلي في الآلات الزراعية. مجال الإدارة. علاوة على ذلك، تركز جميع الأساليب الحالية على مراقبة جهاز واحد. يعد رصد أنظمة الآلات المتعاونة (مثل الحصادات ووحدات النقل) موضوعا بحثيا مستقبليا أيضا.

تاسعاً: تطبيقات تقنيات الذكاء الاصطناعي في إنتاج المحاصيل الزراعية

ـ تتأثر الزراعة بعوامل مختلفة مثل المناخ، وذلك بسبب التضاريس والعوامل التاريخية والجغرافية والبيولوجية والسياسية والمؤسسية والاجتماعية والاقتصادية. مع مرور الوقت، هناك اختلافات في العوامل الطبيعية وطبيعة التكنولوجيا، لذلك تغيرت السياسات أيضًا. ولذلك يتغير أداء الإنتاج الزراعي أيضا بشكل جذري وفجوات كبيرة في المواقع الجغرافية المختلفة للبلاد. العوامل التي تؤثر على الزراعة مستقلة عن بعضها البعض.

لذلك ينشأ هذا الخطر ويتأثر أيضا الإنتاج المستمر للأغذية. يتأثر الإنتاج الزراعي في الغالب بالعوامل البيئية. ويؤثر الطقس على نمو المحاصيل وتطورها، مما يسبب تقلبات كبيرة في الإنتاج بين الفصول. بالإضافة إلى ذلك، فإن التباين المكاني لخصائص التربة، والتفاعل مع الطقس، يسبب تقلبات في المحصول المكاني.

ـ يمكن استخدام الإدارة الزراعية للمحاصيل، مثل الزراعة واستخدام الأسمدة والري والحراثة وما إلى ذلك، لتعويض الخسارة في المحصول بسبب تأثيرات الطقس. ونتيجة لذلك، يمثل التنبؤ بالعائد أداة مهمة لتحسين إنتاجية المحاصيل وتقييم عقود التأمين على مناطق المحاصيل. حيث يتغير المناخ من وقت لآخر بسبب التلوث والسكان وإدارة النفايات الصلبة وهيدرولوجيا المياه السطحية والجوفية ومن ذلك يمكننا أن نستنتج فكرة أنه يتعين علينا تحليل الإنتاج وفقًا لتغير المناخ أيضًا.

ـ التعلم الآلي يعني إعطاء المعرفة للآلة. هناك أنواع مختلفة من تقنيات التعلم الآلي مثل التعلم الخاضع للإشراف وغير الخاضع للإشراف. التعلم الخاضع للإشراف يعني أن هناك مشرفا واحدا للإشراف على الشيء الذي يتم تدريب البرنامج من خلال أمثلة التدريب ومن ثم يمكن استخدامه للعثور على الاستنتاج الدقيق للبيانات الجديدة. الشبكة العصبية الاصطناعية، الشبكة الافتراضية، شجرة القرار، آلات ناقل الدعم. يعني التعلم الآلي غير الخاضع للرقابة أنه يتم تقديم كمية هائلة من البيانات للبرنامج وسيقوم البرنامج بالعثور على الأنماط والعلاقات بينها. لذلك يمكن اكتشاف الأنماط المخفية في البيانات باستخدام التعلم غير الخاضع للإشراف.

ـ تم الجمع بين علوم الكمبيوتر والإحصاء عن طريق التعلم الآلي لتحسين قوة التنبؤ. يتم استخدامه بشكل أساسي من قبل علماء البيانات ومحللي البيانات وأيضا لأولئك الذين يرغبون في استخدام البيانات الأولية للتنبؤ بالاتجاهات في البيانات أو العثور عليها. نظرا لوجود كمية هائلة من البيانات في الزراعة وتتزايد أيضا يوما بعد يوم، لذلك يمكن استخدام تقنيات التعلم الآلي في الزراعة والإنتاج الزراعي للعثور على التنبؤ الدقيق لإنتاج المحاصيل وتم تطبيق الذكاء الاصطناعي فى التعلم الآلي لتطويرها.

ـ في الوقت الحاضر، هناك حاجة إلى عدد متزايد من تطبيقات تقنيات التعلم الآلي في الزراعة والتي يمكن تحليل كمية كبيرة من البيانات المتاحة حاليا من العديد من الموارد للعثور على المعرفة المخفية. وهذا مجال بحثي متقدم ومن المتوقع أن ينمو في المستقبل. إن دمج علوم الكمبيوتر مع الزراعة يساعد في التنبؤ بالمحاصيل الزراعية. مطلوب البناء على منهجية موضوعية للتنبؤ بالمحاصيل قبل الحصاد. سيكون لبناء نموذج مناسب باستخدام الذكاء الاصطناعي  مزايا معينة مقارنة بطريقة التنبؤ التقليدية.

عاشراً: الاستنتاجات

ـ هناك حاجة أيضا إلى تطوير أنظمة اكتشاف الأخطاء وتشخيصها للآلات الزراعية من أجل التقييم الآلي وإعادة تخطيط المهام في الوقت الفعلي. يجب تطوير الأنظمة المستخدمة في إنتاج البيوت المحمية، على سبيل المثال، التحكم في المناخ  والتحكم في الري، من أجل الإنتاج في الهواء الطلق حيث تفتقر الأبحاث حاليا. العمل العلمي الوحيد الذي ظهر فيما يتعلق بالآلات الزراعية هو العمل الذي تم فيه تقديم نظام لاكتشاف أجهزة الاستشعار في الحصادات.

ـ إن التحول إلى الزراعة المستدامة هو عملية تنطوي على سلسلة من الخطوات الصغيرة ولكن الواقعية. إن تحقيق هدف الزراعة المستدامة هو مسؤولية جميع المشاركين في النظام، بما في ذلك المزارعين وعمال المزارع وواضعي السياسات والباحثين وتجار التجزئة والمستهلكين وأصحاب المصلحة الآخرين. ولكل مجموعة دورها الخاص لتلعبه لتعزيز الزراعة المستدامة. وتشكل الميكنة الزراعية حلقة وصل مهمة للزراعة المستدامة والتنمية الريفية.

 المراجع

Basnet, C. B., Foulds, L. R., & Wilson, J. M. (2006). Scheduling contractors’ farm-to-farm crop harvesting operations. International Transactions in Operational Research, 13, 1e15.

Bochtis, D. D. (2008). Planning and control of a fleet of agricultural machines for optimal management of field operations (PhD thesis). Greece: Aristotle University of Thessaloniki.

Bochtis, D. D. (2010). Machinery management in bio-production systems: definitions and classifications of planning and scheduling aspects. Agricultural Engineering International: The CIGR Journal of Scientific Research and Development, 12(2), 55e63.

Bochtis, D. D., Dogoulis, P., Busato, P., Sørensen, C. G., Berruto, R., & Gemtos, T. (2013). A flow-shop problem formulation of biomass handling operations scheduling. Computers and Electronics in Agriculture, 49e5, 49e56.

Bochtis, D. D., & Sørensen, C. G. (2009). The vehicle routing problem in field logistics part I. Biosystems Engineering, 104, 447e457.

Coates, R. W., Delwiche, M. J., & Brown, P. H. (2006). Control of individual microsprinklers and fault detection strategies. Precision Agriculture, 7, 85e99.

Craessaerts, G., De Baerdemaeker, J., & Saeys, W. (2010). Fault diagnostic systems for agricultural machinery. Biosystems Engineering, 106, 26e36.

Day, D. (2011). Engineering advances for input reduction and systems management to meet the challenges of global food and farming futures. Journal of Agricultural Science, 149, 55e61.

Foulds, L., & Wilson, J. (2005). Scheduling operations for the harvesting of renewable resources. Journal of Food Engineering, 70, 281e292.

Grisso, R. D., Kocher, M. F., Adamchuk, V. I., Jasa, P. J., & Schroeder,M. (2004). Field efficiency determination using traffic pattern indices. Applied Engineering in Agriculture, 20(5), 563e572.

Guan, S., Nakamura, M., Shikanai, T., & Okazaki, T. (2008). Hybrid petri nets modeling for farm work flow. Computers and Electronics in Agriculutre, 62, 149e158.

Spekken, M., & de Bruin, S. (2013). Optimized routing on agricultural fields by minimizing maneuvering and servicing time. Precision Agriculture, 14(2), 224e244.

Steinberger, G., Rothmund, M., & Auernhammer, H. (2009). Mobile farm equipment as a data source in an agricultural service architecture. Computers and Electronics in Agriculture, 65, 238e246.

 Toro, A. (2005). Influences on timeliness costs and their variability on arable farms. Biosystems Engineering, 92(1), 1e13.

Yahya, A., Zohadie, M., Kheiralla, A., Giew, S., & Boon, N. (2009). Mapping system for tractor-implement performance. Computers and Electronics in Agriculture, 69, 2e11.