结合机电控制与数据分析 打造智能农业试验场域

在少子化的趋势下，投入农业的人力越来越少，在这个数字化的时代，传统农业也必须要跟得上时代的脚步，转型成为智能化的农业型态，以更少的人力，达到更为精致与更有效率的农耕成果。智能化是整体产业的趋势，除了能有效解决农耕人力不足的问题，也关系着整体产业的未来竞争力。因此，将先进的自动控制技术导入到传统农业中，并藉此培育下一代的智慧农业顶尖人才，也成为现阶段发展农业的当务之急。

打造智慧农业学习环境 培育未来农业人才
提到农业的智慧化转型，不得不提到宜兰大学对此一议题的努力。长期以来，宜兰大学持续在农业与工业的人才培育方面投注心力，透过课程的规划培养学生的生物机电知识能力，同时也透过实作来提供学生更全面的职涯发展规划，并积极培育出能为学研机构所用的优秀人才。在这样的努力之下，未来将有机会协助地方加快智慧农业的推动脚步，并加速生物与生命相关产业的转型升级。
宜兰大学生物机电工程学系教授张明毅指出，宜兰大学积极培育生物机电工程方面的人才，更与台达电子共同成立智能农业跨域整合实验室，以及智慧农业战情室，双方的合作聚焦在机电工程与生物应用，并以智能农业为核心发展相关课程。
课程的目标在于整合台达工业自动化之控制器、服务器、变频器等系统产品，并将之应用于物联网与机电整合，透过在校内所部署的农业传感器，结合工业图控系统DIAView，透过远程监控与数据的收集，进一步分析实际试点，来打造兼具理论与实践的智能农业学习环境。


走出教室 用智慧技术种植三星葱和菠萝释迦
面对未来的智慧农业需求，现阶段最重要的就在于人才的培育。张明毅教授指出，智慧农业成败的关键，在于信息的汇入与分析。目前宜兰大学生物机电工程学系与许多农业应用场域都有相关的合作，例如针对土鸡与蛋鸡，就需要将生产数据自动化与信息化，并进行自动分析。
至于在户外的农业环境则有更多，这样的合作场域遍及全台湾。例如户外的葱田，三星葱的成长要维持高质量，就必须要侦测风速与雨量，并适度的遮风；对于水梨来说，则需要进行寒害预警，这就需要针对气候寒冷与结霜来进行侦测，此外还必须针对梨树的架接与伤口愈合等细节进行观察，这些过程都侧重于信息的取得与预警。
类似的合作场域还包括了旺山的哈密瓜与南瓜，这就需要透过当地的微型气象站来侦测当地的光照及雨量；而针对菠萝释迦的种植，关键则在于七八月份的台风影响，以及焚风的测量，包括风速、温度、湿度等，都直接影响了作物的生长。针对这些户外农业环境，局部的微气候调节都成为农耕过程非常重要的关键环节。

把机器手臂搬进农场 降低农工负担
在智能农业的应用场域中，除了透过感测系统来侦测可能的气候变化，掌握动植物生长状态之外，透过一些精密的先进机器来加速生产流程，也是不可或缺的一环。例如目前在大武山蛋鸡场，便导入了机器手臂，将每篮重约15～17公斤的蛋篮，可以快速搬运并进行有效率的分类，包括不同产线、不同包装、不同客户，都可以在同一条输送带上快速完成分类与搬运。而机器手臂搬运过程不需更换夹具，更是提高了整体鸡蛋生产过程的效率，整体约可取代6～7％的人力，对于整体营运成本的节省可说是非常有效益。

另外在立瑞畜产土鸡场，也是透过机器视觉来监测土鸡产蛋的情况，以及鸡只的健康状况等环节；在溪底的白肉鸡畜牧场，则是透过仪器来监测鸡只的生长数据。由于土鸡的成长需要三个月时间，在这样的过程中，就非常需要透过数据来预测鸡只的成长状态。

至于在振声的养鸭场，必须监测鸭只的下蛋与成长过程，过程中鸭只的重量太胖或太瘦都不行，因此必须经常性的秤重。透过RFID脚环来区别不同鸭只并进行秤重，可以避免秤到重复鸭只的重量。透过这样更有效率的体重监测，可以做出鸭只成长的曲线图，并进而调整饲料的配方，达到更好的鸭只成长环境。

导入数据分析与智能物联 产销更精准可控
张明毅教授说，特别是针对近期市场鸡蛋产量频频出现供不应求的情况，更说明了智慧农业的重要性。然而农业的标准化并非是一件容易的事情，以鸡蛋场为例，经常都是多样、少量的产品，这样的状况下，能预测产蛋率与蛋的大小就变得特别重要。透过『智慧化的环境控制』，让鸡只成长的数据更为透明可视、一目了然，就更有利于预先安排人力，在人力缺乏的农业环境中，做到更有效率的人力配置。

张明毅教授也特别提到与台达电子的合作。智慧农业跨域整合实验室是目前宜兰大学生物资源学院基础教学与研究实作的重要场域。透过台达机电系统来制作各类教学模块，用于控制器、电动机、物联网、机电整合、植物工厂导论等课程，如此学生有更多机会接触目前业界的实务设备，可以用于提升理论、实作与设计等能力。


 
图三 : 让学生实作智能农业机电整合的PLC教学模块。


 
图四 : 鱼菜共生的教学系统。

此外，智慧农业战情室也已经导入了数据采集与监控系统（SCADA），实时掌握智能农业场域中的植物生长状况，透过数据的搜集，来优化农作物的产出成果。
张明毅教授认为，懂农业的人不懂工程，而懂工程的人不懂农业，就是现阶段最常遇到的问题。农业要进行智慧升级，但现场经常缺乏有农工背景的工程人才。智能农业就是将智能工程与传统农业结合在一起，其中就需要一个中介协调的角色，来进行整合与沟通。
智能农业跨域整合实验室目标就是要培养跨域工程的人才，搜集产业信息，进行智能化的分析，并实现在真实的智慧农业场域上，而非只是透过教科书来看到这些成果。透过人才培育实作场域，高教深耕、学用合一，并与在地连结，如此建教合作，除了有利于接轨产业之外，更能有效培育地方青农与智农。


 图五 : 宜兰大学与台达电子合作的植物工厂资源效率提升工程。

结语
智能化是未来产业的趋势，也关乎着未来的竞争力，特别是在少子化趋势下的未来农业发展，更需要透过智慧农业的打造，带来更高的产业附加价值。台达将自身发展工业自动化的经验持续精进并进一步归纳成果，协助客户与伙伴共同升级产业，现在也进一步向下扎根，培育新一代人才，并推动产学合作。

从这次宜兰大学与台达电子的合作来看，双方共同培育跨域人才，共同建置智慧农业跨域整合试验场域，可望透过智能自动化方案与农林技术的结合，打造智慧农业发展平台，为未来台湾的智慧农业打下更坚实的基础。