Drastischer Klimawandel und Überbevölkerung haben traditionelle landwirtschaftliche Praktiken unhaltbar gemacht. Auch wirtschaftlich wohlhabendere Länder leiden unter einer ständig zunehmenden Ernährungsunsicherheit der Haushalte.
In Kanada beispielsweise 1 von 6 Familien Es fällt ihnen schwer, Nahrung bereitzustellen, um einen gesunden und aktiven Lebensstil aufrechtzuerhalten, und die Situation verschlechtert sich von Jahr zu Jahr.
Die Ernährungsunsicherheit nimmt rapide zu globales Problem Das stellt Agrarunternehmen vor die Herausforderung, radikal neue Wege zu finden, um Pflanzen effizient zu produzieren: mit weniger Abfall, weniger Pestiziden und kürzeren Markteinführungszeiten, während sie gleichzeitig ihren Energie-Fußabdruck reduzieren.
Da die traditionelle Landwirtschaft im Freien diese Herausforderungen nicht bewältigen kann, sind Indoor-Landwirtschaftstechniken wie z Landwirtschaft in kontrollierter Umgebung (CEA) werden immer interessanter. Sie bedürfen jedoch einer angemessenen computergestützten Unterstützung. Solche computergestützten Methoden und Werkzeuge werden in unserem Labor entwickelt Nachhaltige Systeme und Methoden (SSM) an der McMaster University.
Digitale Zwillinge
CEA ist die Technik des Pflanzenanbaus in einer isolierten Umgebung, die durch komplexe HLK-Maschinen (Heizung, Lüftung und Klimaanlage), Bewässerungs- und Beleuchtungssysteme sowie eine Reihe von Sensoren zur Messung der Umweltbedingungen künstlich gesteuert wird.
Dank der Automatisierung erzielen kontrollierte Umgebungen einen besseren Ertrag und eine bessere Qualität als herkömmliche landwirtschaftliche Umgebungen und reduzieren gleichzeitig den Abfall.
Da diese Verbesserungen mit zunehmender Komplexität einhergehen, ist es eine besondere Herausforderung, die optimale Wachstumsstrategie zu finden – also die Abfolge von Umgebungsbedingungen, die das Wachstum im angemessensten Tempo stimulieren und den Energieverbrauch senken.
Dies ist eine weitere komplexe Herausforderung, die eine kontinuierliche Überwachung der Umgebung, Echtzeit-Entscheidungen und eine hochpräzise Steuerung der Umgebung erfordert – Aufgaben, die über die Grenzen menschlicher Fähigkeiten hinausgehen.
Computergestützte Unterstützung, wie z Digitale Zwillingekann eine wichtige Rolle spielen.
Digitale Zwillinge sind digitale Darstellungen physischer Objekte, Personen oder Prozesse. Sie unterstützen die Entscheidungsfindung durch hochpräzise Simulationen des gekoppelten physikalischen Systems in Echtzeit und sind häufig mit autonomen Steuerungsfunktionen ausgestattet.
In der Präzisionslandwirtschaft werden typischerweise digitale Zwillinge eingesetzt Überwachung und Kontrolle der Umgebungsbedingungen um das Pflanzenwachstum optimal und nachhaltig zu stimulieren.
Digitale Zwillinge bieten ein Live-Dashboard zur Beobachtung der Umweltbedingungen im Anbaugebiet, und mit unterschiedlicher Autonomie können digitale Zwillinge dies auch Steuern Sie die Umgebung direkt.
Die Reduzierung des Energieverbrauchs – oder besser gesagt die Verbesserung des Ernte-Energie-Verhältnisses – ist eines der offensichtlichen Ziele bei Präzisionslandwirtschaftsanlagen, ebenso wie das Heizen und Kühlen der Anlage verbraucht viel Energie.
Ein Überblick über die „vertikale“ Indoor-Landwirtschaft von Eater.
Auch digitale Zwillinge können genutzt werden Planung neuer Gewächshäuser. Beispielsweise kann ein digitaler Zwilling, der über einen langen Zeitraum Daten in einem Gewächshaus gesammelt hat, zu Versuchszwecken beim Entwurf eines neuen Gewächshauses verwendet werden.
Ist das wirtschaftlich machbar?
Die Entwicklung digitaler Zwillinge und die Verbesserung der digitalen Reife landwirtschaftlicher Unternehmen sind die Hauptkostentreiber bei der Einführung digital verbesserter CEA.
Die mit der Entwicklung des digitalen Zwillings verbundenen Kosten hängen hauptsächlich mit zusammen Hardwareelemente und Softwareentwicklung. Selbstgemachte Lösungen, das Experimentieren mit günstigen Geräten und die sukzessive Erweiterung der Funktionalität gehören dazu gute erste Schritte und dabei helfen, die richtige Digitalisierungsmentalität zu entwickeln.
Für professionelle Anbauer sind jedoch branchenübliche Subsysteme erforderlich, die hinsichtlich der Kosten in einer ganz anderen Liga liegen, und deren Einsatz eine sorgfältige Vorbereitung erfordert Digitale Organisationsstrategie.
Die Landwirtschaft gehört dazu am wenigsten digitalisiert Branchen, und die digitale Reife ist eine absolute Voraussetzung für die Einführung digitaler Zwillinge. Infolgedessen übertreffen die mit der digitalen Reife verbundenen Kosten häufig die technischen Kosten in der intelligenten Landwirtschaft.
Ein Unternehmen, das sich in einem frühen Stadium der Digitalisierung befindet, muss unter anderem über die Auswahl eines Cloud-Anbieters, die Festlegung einer Datenstrategie und den Erwerb einer Reihe von Softwarelizenzen nachdenken ein paar kritische Herausforderungen.
Organisationskosten sind schwer einzuschätzen, können aber die wirtschaftlichen Aussichten eines Unternehmens beeinträchtigen. Dies ist eine besonders schmerzhafte Wachstumsphase, die eine angemessene Beratung erfordert.
Da waren Aktuelle Erfolgsgeschichten von industriell-akademischen Kooperationen, die dazu beigetragen haben, die laufenden Digitalisierungsbemühungen in Agrarunternehmen voranzutreiben.
Was kommt als nächstes?
Der Bedarf an Ernährungssicherheit und nachhaltiger Produktion ist so dringend wie nie zuvor.
Inmitten des dramatischen Klimawandels kommt es in ganz Kanada zu Waldbränden, Extreme Luftverschmutzung in EuropaAngesichts der anhaltenden Energiekrise und des kontinuierlichen Bevölkerungswachstums gehört die Selbstversorgung mit Nahrungsmitteln zu den obersten Zielen der Menschheit.
Treffen das zweite Nachhaltigkeitsentwicklungsziel Das Ziel der Generalversammlung der Vereinten Nationen, den weltweiten Hunger bis 2030 zu beseitigen, erfordert einen vollständigen Paradigmenwechsel in der Landwirtschaft.
Eine Möglichkeit, dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, sind fortgeschrittene Digitalisierung und digitale Zwillinge. Bevor wir dort ankommen, müssen noch Hürden überwunden werden, aber angesichts der ständig sinkenden Preise für Hardware und Rechenleistung wird eine digital gesteuerte intelligente Landwirtschaft zur Realität.
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