Точная наука Зачем комбайну автопилот круче, чем у «Теслы»

Предприятие «Ростсельмаш» занимает в Ростове-на-Дону 133 га. Это город в городе. Сотрудники и менеджеры передвигаются по территории на велосипедах и автомобилях. На светофорном перекрестке скопились машины: пропускают только что собранный комбайн, который своим ходом направляется на площадку обкатки. В другую сторону по дороге везут двигатели, коробки передач, гигантские шины.

Стоя посреди главного сборочного цеха, одновременно видишь примерно сотню строящихся машин. Предприятие производит более 150 моделей сельхозтехники. Это десятки единиц в день, тысячи в год. Множество наименований техники изготавливаются по полному циклу: вот по отдельной железнодорожной ветке подвозят рулоны листовой стали, а вот сверкающие агромашины сами едут на площадку готовой продукции — ​среди них и те, что вскоре будут бороздить поля в полностью беспилотном режиме.

Зачем нужны тысячи новых комбайнов в год? Отчасти на экспорт: инновационные и доступные по цене комбайны «Ростсельмаш» можно встретить в странах Европы и Азии, в Канаде и даже США, где, казалось бы, хватает своих производителей сельхозтехники. Но и в России Минсельхоз в 2022 году насчитал почти 125 тыс. зерноуборочных комбайнов — ​можно сказать, по одному на тысячу жителей страны.

Они все нужны? Да, жизненно необходимы. Как и квалифицированные механизаторы — ​люди, которые управляют этими точными машинами. Стивен Хокинг писал, что появление в тексте математической формулы вдвое снижает популярность книги. Однако в разговоре о сельском хозяйстве без множества подсчетов не обойтись.

Закон больших чисел

В кабине огромного TORUM 785 прохладно, играет приятная музыка. Эта машина — ​полевая лаборатория. На ней установлены все самые передовые электронные помощники, которые разрабатывает «Ростсельмаш». Жатка шириной 12 м (тоже экспериментальная, потому что очень большая) уверенно глотает килограммы культуры, комбайн идет на «круиз-контроле». Есть время достать калькулятор и посчитать.

При длине поля 2 км за один проход 12-метровая жатка покроет площадь 2,4 га. В регионе с высокой урожайностью с этой площади можно собрать до 20 т зерна. Из него можно сделать примерно 14 т муки, а из нее испечь под 30 000 батонов хлеба (ГОСТы предписывают тратить на нарезной батон 0,4 или 0,5 кг). Средний россиянин съедает 95 кг хлеба в год, грубо — ​200 батонов. Получается, за один проход комбайн обеспечивает хлебом на целый год 150 россиян.

Что случится, если механизатор поведет машину на метр левее, обрабатывая полосу шириной не 12, а 11 м? Он недособерет «2500 батонов». Конечно, это не значит, что дюжине россиян придется год голодать. Но хлеб станет чуточку дороже.

На практике механизаторы всегда работают с напусками: лучше сделать лишний проход, чем оставить полоску несобранной пшеницы. У хороших «пилотов» напуски гораздо меньше метра, но все равно за 30 проходов обязательно наберется один лишний. А это время, топливо, деньги.

Система «РСМ Агротроник пилот 1.0» ведет комбайн по полю с точностью до 2,5 см. Да, в полмизинца. Прецизионное управление обеспечивается двумя блоками спутниковой навигации. Первый установлен на комбайне. Он может работать не только с GPS и ГЛОНАСС, но и с китайской «Бэйду» и с другими системами спутникового позиционирования, что дает точность позиционирования в районе 1,5 м.

­

Второй точно такой же блок устанавливается в поле на треноге. Эта мобильная базовая станция, будучи неподвижной, имеет возможность очень точно вычислять свое местоположение. В течение дня станция принимает сигналы спутникового позиционирования (те же, что получает комбайн), сопоставляет их с собственными координатами и рассчитывает поправку: какую ошибку дает «спутник» здесь и сейчас. Блок передает эту поправку на комбайн по радио, чтобы тот учитывал ее при движении. Так достигается сантиметровая точность позиционирования.

Роман Власов, управляющий товарной группой «электронные системы»:

Система „РСМ Агротроник пилот 2.0“, помимо блоков спутниковой навигации, оснащается видеокамерой с машинным зрением. Нейросеть бортового вычислителя оценивает ситуацию перед комбайном, помогает автопилоту двигаться „по срезу“, но главное, обеспечивает автоматическую остановку перед возникшим на пути препятствием, будь то другая машина, дерево, человек или посторонний предмет. Система учитывает, что с ростом скорости увеличивается тормозной путь: чем быстрее движется комбайн, тем раньше срабатывает автоматическая остановка. Ведь легче предотвратить порчу имущества, чем потом устранять последствия

Завод на колесах

Вместе с механизатором смотрим в планшет, закрепленный под крышей кабины. Это обычный Galaxy Tab Active Pro для бизнеса, но в пылевлагозащищенном исполнении — ​комбайн выбрасывает позади себя облако легчайшей измельченной половы (шелухи), которая проникает всюду, словно дым от костра.

На экране видны очертания поля («цифровой двойник»), навигационные линии, вдоль которых движется машина, и множество параметров техпроцесса. Комбайн — ​как самоходный завод. Внутри него растительная культура проходит несколько стадий обработки, и каждой из них необходимо управлять.

Вкратце: вращающееся мотовило в верхней части жатки укладывает колоски в едином направлении, а движущиеся ножи, как у бритвы, срезают их. Транспортеры жатки и следующей за ней наклонной камеры отправляют культуру в ротор, где происходит обмолот: лопатки ударяют по колосьям, выбивая из них зерна (это то, что древние делали цепом). Отделить зерна от половы помогает гравитация: шелуха выдувается вентилятором и отсеивается решетами. Далее зерновой элеватор (подъемник) отправляет зерно в бункер, а колосовой элеватор возвращает неудачно обработанные (слишком тяжелые) колосья в ротор на домолот.

Несмотря на автопилот, механизатору есть чем заняться в кабине: чтобы описать все нюансы настройки техпроцесса, не хватило бы целого журнала. Но есть общий принцип: чем выше урожайность обрабатываемого участка (то есть чем больше зерна собирается с квадратного метра), тем медленнее должен двигаться комбайн, чтобы успеть качественно обработать зерно.

Роман Власов, управляющий товарной группой «электронные системы»:

На нашей машине установлен „адаптивный круиз-контроль“, который регулирует скорость движения по урожайности. Видите, на планшете полосы, которые прошел комбайн, окрашены в разные цвета? Это и есть урожайность, и если она в красной зоне, следует замедлиться. Система измеряет, какой объем культуры проходит через наклонную камеру, информирует механизатора и сама выбирает скорость. Кроме того, круиз-контроль замедляет машину на разворотах (руление тоже происходит автоматически).Одна из наших перспективных систем, „РСМ Оптимакс плюс“, помогает контролировать и оптимизировать не только выход зерна, но и его качество — ​например, долю дробленого зерна. Специальный зерноуловитель отбирает зерно, а камера с машинным зрением оценивает его состояние. В результате происходит автоматическая подстройка техпроцесса

Сверху виднее

На планшете появилось уведомление — ​это пришло задание через систему «РСМ Роутер». Его подготовил агроном, сидя в комфортной прохладе офиса и работая с системой мониторинга и контроля техники «РСМ Агротроник». Специалист изучил оцифрованные контуры поля, наметил точку входа и азимут уборки, назначил машины, которые будут убирать зерно. Теперь механизатору достаточно довести машину до поля, подойти к точке входа и нажать на «Старт».

Почему важен азимут? Если при посеве тоже использовалась автоматика и культура сеялась рядами, совпадение азимутов сева и уборки позволит машине собрать 100 % урожая без лишнего рысканья и напусков.

Система «РСМ Роутер» (это ее антенна видна на крыше комбайна) позволяет агромашинам общаться не только с «базой», но и между собой. Так, если один из механизаторов приехал на поле раньше других и первым проложил навигационную линию, все остальные комбайны будут работать параллельно ей на автопилоте. «РСМ Роутер», словно дирижер оркестра, помогает машинам работать в группе синхронно и максимально эффективно.

Агроном разбирается в уборке урожая лучше, чем подавляющее большинство механизаторов. Кроме того, он видит картину в целом: сколько полей убрано, а сколько осталось убрать; сколько техники в строю и в каком она состоянии. Он учитывает прогноз погоды и особенности урожайности на вверенной ему территории. Кроме того, электронные системы мониторинга помогают собрать статистику по работе техники — ​большие данные, которые помогут принимать верные решения на самом высоком управленческом уровне.

Роман Власов, управляющий товарной группой «электронные системы»:

Наши системы делают условия труда механизатора гораздо более комфортными. В начале 8-часового рабочего дня человек бодр и готов точно вести машину. Но уже к обеду на 40-градусной жаре движения становятся не столь уверенными. Отдать управление и сосредоточиться на техпроцессе — ​лучшее, что человек может сделать в этот момент. Еще интереснее, когда параметры техпроцесса и скорость движения выбирает агроном с учетом культуры, урожайности участка, погоды и особенностей модели комбайна. Предположим, что при данных условиях оптимальная скорость — ​4,7 километров в час. А если вечер, солнце светит в глаза и хочется домой? Механизатор невольно прибавит газу, поедет 5,8 километров в час. А электроника домой не спешит: она работает, чтобы хлеб получился дешевле и вкуснее

Читайте также тест-драйв комбайна, управляемого нейросетью: