Tự động hóa trong sản xuất và ứng dụng trong ngành nông nghiệp

Tự động hóa và tự động hóa trong nông nghiệp

Tự động hóa, về cơ bản, là việc ứng dụng công nghệ vào trong sản xuất để chuyển toàn bộ (hoặc một phần) quá trình sản xuất cho máy móc, thiết bị mà không cần đến sự vận hành của con người. Nói cách khác, tự động hóa là “giao” lại việc sản xuất cho máy móc. Với các ưu điểm giúp giảm sức lao động cho con người; tăng năng suất lao động, đồng thời đảm bảo an toàn, chất lượng; tiết kiệm thời gian, chi phí, nguồn nhân lực, tự động hóa đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề sản xuất.

Đối với ngành nông nghiệp, tự động hóa càng đóng vai trò quan trọng bởi lẽ đặc thù của ngành đòi hỏi nhiều nhân công, sức lao động, khối lượng sản xuất trên quy mô lớn. Chính vì vậy, tự động hóa trong ngành nông nghiệp cũng được chú trọng phát triển nhằm tối ưu hóa và khai thác các lợi ích mà công nghệ này mang lại. Tuy nhiên tại Việt Nam, các quy trình nông nghiệp còn thủ công, chủ yếu sử dụng sức lao động của nông dân nên chi phí nhân công còn cao và chất lượng sản phẩm đầu ra chưa được đảm bảo. Để có thể nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm thiểu chi phí, các doanh nghiệp trong ngành cần có sự tìm hiểu và ứng dụng công nghệ một cách hợp lý đối với nhu cầu và năng lực sản xuất. 

Các giải pháp tự động hóa trong nông nghiệp

Trong nông nghiệp, các công nghệ và giải pháp tự động hóa được ứng dụng phổ biến nhất và rộng rãi nhất bao gồm tưới tiêu thông minh, thiết bị bay không người lái và chăn nuôi tự động.

a) Tưới tiêu thông minh

Tưới tiêu thông minh được xây dựng trên một hệ thống đa thiết bị (trạm bơm, đường ống dẫn nước, van điện từ, v.v), kết hợp với bộ xử lý trung tâm điều khiển toàn bộ quá trình giúp mọi thứ vận hành nhịp nhàng, trơn tru. Toàn bộ hệ thống có thể được điều khiển từ xa qua thiết bị thông minh một cách dễ dàng giúp tiết kiệm thời gian và sức lao động một cách đáng kể.

Các tính năng chính của hệ thống tưới tiêu thông minh

(i) Tự động tưới tiêu theo lịch trình được định sẵn: Hệ thống tưới tiêu thông minh sẽ tự động tưới nước theo lịch trình được cài đặt sẵn, trong các khoảng thời gian được định sẵn. Để thực hiện chức năng cơ bản này, hệ thống tưới tiêu cần có một bộ hẹn giờ tưới tự động hoặc bộ điều khiển tưới tiêu được tích hợp với các thiết bị tưới. Bộ điều khiển của hệ thống tưới cũng sẽ có vai trò kiểm soát hoạt động tưới tiêu.

(ii) Tự động tưới tiêu linh hoạt dựa trên điều kiện thời tiết: Ngoài tính năng cơ bản tự động tưới tiêu theo lịch trình, doanh nghiệp có thể đầu tư các tính năng nâng cao của hệ thống, cụ thể là năng lực tưới linh hoạt dựa trên điều kiện thời tiết. Các dữ liệu để phục vụ việc vận hành linh hoạt có thể được thu thập thông qua thiết bị cảm biến tích hợp công nghệ IoT có tính năng thu thập và truyền tải dữ liệu theo thời gian thực.

Bộ điều khiển cũng như hệ thống hẹn giờ tưới tự động sẽ được kết nối trực tiếp với thiết bị cảm biến về thời tiết, từ đó có thể tự động vận hành chương trình tưới tiêu cho đồng ruộng, trang trại. Ví dụ, khi trời nắng, hệ thống sẽ tự động phun nước tưới cho cây trồng, khi trời mưa, hệ thống sẽ dừng tưới. Năng lực này giúp cho việc tưới tiêu hiệu quả và chuẩn xác hơn.

Minh họa hệ thống tưới tiêu thông minh

(iii) Tự động kiểm soát lượng nước tưới: Doanh nghiệp có thể xem xét bổ sung các tính năng nâng cao hơn cho hệ thống tưới tiêu thông minh, có thể hỗ trợ việc kiểm soát lượng nước tưới vào mỗi cây trồng. Khi hệ thống tưới tiêu thông minh chỉ dừng lại ở mức độ tự động tưới theo lịch trình sẵn có hay khởi động chương trình tưới linh hoạt dựa trên thời tiết, tình trạng úng nước, thiếu nước ở cây trồng vẫn có thể xảy ra do lượng nước tưới không được kiểm soát.

Hệ thống tưới tiêu thông minh có thể sử dụng các dữ liệu về thời tiết, độ ẩm của đất nhờ có các cảm biến IoT được lắp đặt hoặc lấy từ các nguồn thông tin từ dự báo thời tiết; dữ liệu lịch sử về điều kiện sinh trưởng của các loại cây trồng. Từ đó, hệ thống sẽ tiến hành phân tích và điều chỉnh lượng nước tưới phù hợp với từng loại cây tương ứng với điều kiện thời tiết và môi trường, đảm bảo quá trình sinh trưởng tối ưu cho cây trồng. Việc kiểm soát tốt lượng nước sử dụng trong tưới tiêu cũng đóng góp vào việc tiết kiệm nguồn nước và năng lượng, tránh gây lãng phí, đảm bảo phát triển nông nghiệp bền vững.

Các kỹ sư, chuyên gia và người nông dân phụ trách tưới tiêu có thể theo dõi và điều khiển hệ thống qua phần mềm trên máy tính hay ứng dụng trên điện thoại thông minh/máy tính bảng.

b) Thiết bị bay không người lái (drone)

Phương tiện bay không người lái, hay drone (trong tiếng Anh), là loại thiết bị bay không cần phi công trong buồng lái. Loại phương tiện này được vận hành tự động thông qua việc kết nối với một chương trình trên máy tính. Mỗi drone được gắn với một béc phun thuốc. Lợi ích của việc ứng dụng drone đó là giúp giải phóng sức lao động, giảm chi phí nhân công; đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng các loại hóa chất trên đồng ruộng, đảm bảo hóa chất được sử dụng đúng liều lượng, đảm bảo ATTP của sản phẩm đầu ra.

Drone được kết nối với phần mềm điều khiển có chức năng cho phép đặt lịch phun thuốc, ghi chép dữ liệu về nhật ký đồng ruộng chi tiết từng lần phun, danh mục thuốc. Tương tự như với hệ thống tưới tiêu thông minh, drone phun thuốc trong nông nghiệp cũng có thể được tích hợp các công nghệ như phân tích dữ liệu cây trồng, điều kiện đất đai, dự đoán dịch bệnh để đưa ra đề xuất về lượng thuốc phù hợp cần được phun, công nghệ AI giúp đưa ra cảnh báo khi lượng thuốc phun vượt quá mức cho phép ATTP.

Các drone phun thuốc hiện nay thường chạy bằng pin và có thể hoạt động liên tục với tốc độ nhanh hơn so với việc phun thuốc thủ công (từ 10 – 15 phút trên một hecta ruộng), giúp tăng hiệu quả, tiết kiệm thời gian và giảm chi phí lao động. Việc sử dụng đúng liều lượng thuốc bằng drone cũng góp phần phát triển nông nghiệp bền vững nhờ giảm ô nhiễm đất và nguồn nước. Trên thị trường hiện nay, drone phun thuốc có giá rơi vào khoảng 400 – 700 triệu đồng. Các doanh nghiệp, hộ sản xuất cũng có thể thuê drone phun thuốc với giá khoảng 160.000 – 200.000 đồng/ha.

Drone phun thuốc tự động. Nguồn ảnh: baoquangnam.vn

c) Hệ thống chăn nuôi tự động

Hệ thống chăn nuôi tự động giúp tăng cường kỹ thuật chăn nuôi gia cầm cho các trang trại nhằm tối ưu hóa hoạt động, tinh gọn quy trình chăn nuôi để tăng sức cạnh tranh, tăng sức đề kháng cho gia cầm trước mọi biến động của môi trường bên ngoài. Hệ thống chăn nuôi tự động bao gồm 03 cấu phần chính: hệ thống cho ăn tự động, hệ thống chiếu sáng và hệ thống quạt gió làm mát. Doanh nghiệp có thể xem xét lựa chọn sử dụng kết hợp cả 03 hệ thống hoặc chỉ áp dụng hệ thống phù hợp với nhu cầu, năng lực và điều kiện trang trại.

Các hệ thống chăn nuôi tự động ứng dụng công nghệ IoT, tự động vận hành việc cho ăn, làm mát, chiếu sáng theo các cài đặt đã được định trước về định lượng thức ăn, điều kiện môi trường để ngăn chặn các mầm bệnh phát triển, nhiệt độ và ánh sáng phù hợp theo từng giai đoạn phát triển của gia súc, gia cầm. Để có được các cài đặt hợp lý cho hệ thống, các doanh nghiệp và hộ sản xuất cần kết hợp việc phân tích, sàng lọc dữ liệu về điều kiện sinh trưởng của gia cầm ở các giai đoạn khác nhau, thậm chí cả về nguy cơ dịch bệnh. Các dữ liệu này có thể được thu thập từ dữ liệu trong lịch sử của quá trình chăn nuôi từ trước hoặc từ các tư liệu có sẵn.

Các lưu ý khi đầu tư và triển khai tự động hóa trong nông nghiệp

• Dựa trên quy mô, đặc điểm mô hình kinh doanh, mức độ trưởng thành của các tính năng trong doanh nghiệp để cân nhắc việc đầu tư các tính năng nâng cao cho các hệ thống tự động.
• Việc ứng dụng các hệ thống tự động hóa đòi hỏi lao động có các kiến thức, kỹ năng liên quan đến công nghệ, ví dụ như phần mềm, ứng dụng điều khiển hệ thống; kỹ năng điều khiển drone; v.v. Doanh nghiệp cần cân nhắc đến chi phí thuê, đào tạo lao động khi sử dụng công nghệ này để đạt hiệu quả cao nhất.
• Việc ứng dụng các cảm biến IoT trên cánh đồng/chuồng trại cần có sự đánh giá kỹ lưỡng giữa chi phí và lợi ích. Việc sử dụng cảm biến có một số giới hạn về tiêu hao năng lượng, tuổi thọ, kết nối mạng, vì thế doanh nghiệp nên thực hiện thử nghiệm ở phạm vi nhất định trước khi mở rộng quy mô áp dụng.

Trên đây là những chia sẻ chuyên sâu về tự động hóa, cũng như các ứng dụng của công nghệ tự động hóa đối với doanh nghiệp và hộ sản xuất trong ngành nông nghiệp. Theo đó, các doanh nghiệp và hộ sản xuất có thể tham khảo và cân nhắc một hay nhiều các công nghệ nói trên cho quy trình sản xuất để nâng cao hiệu quả, giảm thiểu chi phí, đảm bảo chất lượng đầu ra của sản phẩm, đồng thời hướng đến nông nghiệp bền vững. Tuy nhiên, các vấn đề về chi phí, sự phù hợp với mô hình kinh doanh cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để việc ứng dụng công nghệ được hiệu quả nhất đối với từng doanh nghiệp, hộ sản xuất.