以智慧科技邁向臺灣農業4.0時代

以智慧科技邁向臺灣農業4.0時代

文‧圖 / 農業試驗所 楊智凱‧施瑩艷
科技處 楊舒涵

一、前言

全球 2050 年人口預估達 75-105 億人,糧食需求將面臨倍增的壓力。臺灣為糧食淨進口國,以熱量為基礎的糧食自給率相對偏低,同時在氣候變遷趨勢所致極端氣候日趨嚴重的困境下,糧食供應短缺及糧價上升無可避免,再加上近年來農村人口老化及少子化的影響,從事農業人力大幅短缺,農業生產力受到相當衝擊;且受限於我國自然環境限制,農業生產成本偏高,較難與國際競爭,若擬提升農業生產力,就必須強化產業結構調整及科技研發創新。

二、農業 4.0 時代的情境

無人飛機穿梭於農田上空,一邊監控作物生長狀況,一邊將資料傳送雲端,透過雲端運算,進行符合成本與對環境傷害最少的農藥與化肥施用分析及對水資源最有效的管理,而農民只要透過一只手機或平板電腦連上雲端,即能輕鬆完成「巡田」任務。利用大數據的分析,農民可瞭解作物特性,以適時調整土壤類型微量元素與養分、灌溉行程、作物輪作以及其他生長條件;使用葉片感應器測量植物含水量的壓力,用土壤感應器蒐集水移動方式並追蹤土壤濕度、碳及土壤溫度的改變,可優化灌溉工作,避免作物受損;拍攝作物,然後上傳資料庫,提供每日參考價格,作物售出時系統即時提供資訊,讓農民不需離開農場就能參與全球經濟活動。在消費端,消費者經由掃描包裝上的 QR Code ,可在家輕鬆看到植物工場內栽種的杏鮑菇於潔淨的自動化環控廠房生產及採收過程;遠在國外的通路商則可藉由農業雲供應鏈系統將臺灣外銷的農產品迅速在國際連鎖超市鋪貨;而經由雲端下單訂購 7 個月後的鮮香菇,農場工作人員同時正藉由 RFID 系統準備這批要外銷的香菇菌種。這些都是未來農業 4.0 達成後的情境。

三、「智慧農業 4.0 」推動方案

農委會推動中的「智慧農業 4.0 」計畫,定位為「智慧生產」及「數位服務」,從人、資源及產業三方面進行優化,透過「以智農聯盟推動智慧農業生產技術開發與應用」、「建置農業生產力知識及服務支援體系,整合資通訊技術打造多元化數位農業便捷服務及價值鏈整合應用模式」及「以人性化互動科技開創生產者與消費者溝通新模式」等策略(圖 1 與圖 2 ),將農業從生產、行銷到消費市場系統化。亦即藉由感測、智能裝置、物聯網及巨量資料分析的導入,將知識數位化、生產智動化、產品優質化、操作便利化及溯源雲端化,建構智農產銷及數位服務體系。這種智能生產及智慧化管理,可突破小農單打獨鬥的困境,提升農業整體生產效率及量能;再藉由巨量資訊解析產銷供需求,建構全方位農業消費與服務平臺,提高消費者對農產品安全的信賴感;此外,也透過策略性的行銷及商務模式輔導及推動產業國際化,將我國特有的智慧農業國產化技術及服務,建立國際品牌能見度,領航農產業技術整廠輸出,將優質農產品推向全球。

圖 1  「以智農聯盟推動智慧農業生產技術開發與應用」策略圖示
圖 1  「以智農聯盟推動智慧農業生產技術開發與應用」策略圖示

圖 2  「整合資通訊技術打造多元化數位農業便捷服務」及「以人性化互動科技開創生產者與消費者溝通新模式」策略圖示
圖 2  「整合資通訊技術打造多元化數位農業便捷服務」及「以人性化互動科技開創生產者與消費者溝通新模式」策略圖示

四、「智慧農業 4.0 」推動範疇與應用目標

為推動「智慧農業 4.0 」計畫,農委會擬定生技農產業、精緻農產業、精準農產業三大領域,分為築底與拔尖兩大類,選擇蝴蝶蘭產業、種苗產業、菇類產業、稻作產業、農業設施產業、養殖漁產業、家禽(水禽)產業、溯源農產品產業、生乳產業、海洋漁產業共 10 項領航產業作為優先推動範疇。各產業技術現況及智慧農業 4.0 推動後應用情形詳如圖 3 至圖 7 。各項產業及跨產業之推動內容及目標概述如下:

(一)蝴蝶蘭產業

研發適宜之自動化換盆、澆水及噴藥設備與生產模式,以降低蝴蝶蘭產業人力需求;導入生理感測、智慧化生產監測、影像生長與病蟲害辨識系統、替代介質,以提升蘭園質量穩定及接單能力;建構組培智慧物流管理系統,利用組織培養智能產銷服務發展新模式、生產流程管理智慧化、物聯網物流服務系統為主軸,以整合實際前廠(生產)與虛擬後店(行銷),介接組培苗至種苗生產之數位化管理系統;建構接力生產與技術診斷服務專家系統,以協助產業回攻歐洲原有市場及前進巴西等新興市場。

(二)種苗產業

以育苗場、產銷班及農企業之供苗體系為標的,發展育苗排程產銷聯網並建立種苗產程智慧化商業管理模式,以提高供苗精準度;為降低產程勞力耗費、提高育苗管理精準度及育苗品質,以大數據共通平臺做基礎,建構育苗作業參數化智慧聯網;進行穴盤苗移植機械自動化效能提升、開發或改良部分機構,並完成大宗蔬菜自動化移植機效能提升及小葉菜類省工移植等智能機具之研發。

圖 3  蝴蝶蘭與種苗產業技術現況與 4.0 推動後應用目標
圖 3  蝴蝶蘭與種苗產業技術現況與 4.0 推動後應用目標

(三)菇類產業

智慧農業 4.0 計畫目標將菇類全環控與自動化採收智慧化生產作為未來產業再造的發展趨勢,經由開發菇類生產設施與相關機械之軟硬體與整合及導入節能設備的相關研究,希冀串接生產端、供應面及消費端等面向之需求,以提升我國菇類整體產業競爭力。

(四)稻作產業

藉由聯盟經營,發展水稻智能直播體系、打造人機協同智慧化水稻栽培管理體系。並透過省工與省力之智能化水稻生產與管理,產生新型態農事服務業,提升水稻產業生產端效率與競爭力;串聯生產者與消費者的同步資訊,藉由巨量資料解析,建構主動式全方位稻米消費與服務平臺,提高消費者對國產米食用安全之信任感。

圖 4  菇類與稻作產業技術現況與 4.0 推動後應用目標
圖 4  菇類與稻作產業技術現況與 4.0 推動後應用目標

(五)農業設施產業

依設計規劃、控制模式及管理系統 3 構面,從生產製造到銷售服務導入智慧農業 4.0 關鍵技術,透過跨域結合,開發模組化設計系統、物聯網環控模組、省工搬運機械與人機輔具、及參數化智慧產銷管理資訊共通平臺,促成簡易溫網室升級,並減少一半以上人力需求,以有效掌控作物最適栽培環境,生產優質農產品,發展標準化、高效化之農業設施產業。期提升臺灣農業設施設計與整合技術能量,落實產業化,達成農業設施整廠輸出目標。

(六)養殖漁產業

運用物聯網整合與大數據分析技術,串連領導廠商之產銷需求,研發養殖環境智慧感測元件、魚病感知預測支援決策、智慧化節能省電養殖系統等先進自動控制之輔助,建構具防疫隔離功能之繁 / 養殖智能模場化養殖設施,進行健康優質魚苗培育與養成,以協助傳統水產養殖業朝向生產自動化、管理智能化之科技化發展,提升生產效率。同時達到節水、省工與產能調節及計畫性生產效果,最終能以模場整廠方式推廣至民間業者,使智能化養殖成為未來臺灣養殖漁業的主流。

圖 5  農業設施與養殖漁產業技術現況與 4.0 推動後應用目標
圖 5  農業設施與養殖漁產業技術現況與 4.0 推動後應用目標

(七)家禽(水禽)產業

發展家禽智慧物聯契約養殖生產管理系統,建立認驗證平臺機制,使成為一套符合國際食品安全的生產方式及由從養殖源頭到銷售端的管控監測標準,增加外銷效益;另輸出家禽智慧物聯養殖管理方式之周邊技術與諮詢顧問服務;並經由家禽 / 禽蛋模式之建立,推展到其他畜牧產業,如養豬產業、養牛產業等。

(八)溯源農產品產業

初期將建立有機、產銷履歷、吉園圃及自主管理追溯等溯源農產品系統與食品雲介接機制,強化溯源資訊聯結,以提升國人對國產農產品之信賴。聚焦品項包括:雞蛋、水產品(白蝦、文蛤、牡蠣、石斑、虱目魚、臺灣鯛及鱸魚)、農糧產品(香菇、蜂產品、咖啡)及溯源農產品資訊交換與揭示平臺項目(有機、產銷履歷、吉園圃、自主管理追溯等)。研發關鍵項目包括:建立溯源農產品制度、建置溯源資訊交換平臺、大數據蒐集與加值運用、建立溯源農產品供應鏈、提升溯源農產品品質共 5 項。

圖 6  家禽(水禽)產業與溯源農產品產業技術現況與 4.0 推動後應用目標
圖 6  家禽(水禽)產業與溯源農產品產業技術現況與 4.0 推動後應用目標

(九)生乳產業

以現有高乳量乳質乳牛場或圓盤式擠乳機臺乳牛場為實施場域,導入智慧型擠牛乳機器人,協助並輔導酪農戶進行每日擠乳動線、每日餵養牛隻動線、週期監測牛隻健康動線、週期管理母牛分娩及仔牛飼養動線、每日清理牛隻糞尿及環境整潔動線共 5 大日常工作規劃動線之智慧型機器人上線來替代人工,以推動新型態無人工擠乳及無人工飼養管理作業的乳牛經營產業,促進國內發展全天候智慧型擠牛乳機器人元件及系統整合之應用端體系。

(十)海洋漁產業

運用智慧農業 4.0 關鍵技術,建置漁海況生產服務支援體系、發展機電工程技術跨域整合之省能源省力化機具及監控系統溯源需求,期透過智慧型監控及感測,將漁獲物流向透明化,以提供消費者食用上之選擇,另透過大數據分析,追蹤漁獲物流向,以適時調控庫存及外銷量,避免產銷失衡,維持產業競爭力。

圖 7  生乳產業與海洋漁產業技術現況與 4.0 推動後應用目標
圖 7  生乳產業與海洋漁產業技術現況與 4.0 推動後應用目標

(十一)跨域共通關鍵技術產業應用架構

為使 10 項領航產業相關技術研發與應用落實於產業利用,將以跨域關鍵技術建構智慧生產與數位服務產業應用架構。以設施型農作領航產業為例(圖 8 ),從設施設計、場域經營、產銷調配及消費服務四大區塊,形成感測→監測→決策→自動回饋的迴圈系統,在大數據分析共通平臺的支援下,從環境感測與作物生理感測累積巨量資料,透過整合性物聯控制模組,結合人機協同智能機具的雙向資訊彙集,經過農業技術參數管理模組的專家系統演算比對,進行作物品質控管、病蟲害安全防治、外部風險預警、設施環境調和、栽培營養管理、產量產期預估,另藉由產銷物聯網達成產銷策劃、彈性供銷、冷鏈物流及跨通路履歷。消費服務區塊則再分為溯源服務與推播服務,溯源服務從垂直生產資訊數位化到水平物流生產資訊數位化,建構完整產銷溯源履歷,而推播服務可以藉助人性化的介面將農產品所有訊息(生產、運銷、營養成分等)有效揭露,亦可雙向互動,將消費者消費習性與趨勢分析回饋給生產者。透過大數據的資料蒐集與分析應用,將產業應用架構由生產管理到銷售消費串聯起來,以彈性生產排程達到產銷間的平衡決策機制,開創智農聯盟全新的營運模式,亦可以此全新的智慧生產與數位產業應用架構,開創農業經營風險分析服務、作物栽培整合性管理諮詢服務等知識型農事服務業。

圖 8  智慧生產與數位服務產業共通跨域關鍵技術應用架構(以設施型農作為例)
圖 8  智慧生產與數位服務產業共通跨域關鍵技術應用架構(以設施型農作為例)

五、「智慧農業 4.0 」推動配套措施

技術層次之外,推動方案亦規劃進行國際鏈結。透過與國外研究機構建立合作交流,持續導入國外研究量能與創新機組,以縮短研發時程外,另將結合國內外業界,發展具臺灣優勢及產品輸出之技術與設備,並發展標準化及異業整合實用性之平臺及知識庫,同時建立國際跨域產學研合作,強化整廠輸出能量。

人才培育方面,以新世代農業工作者培育策略為基礎,扣合智慧農業 4.0 之發展架構及重要工作,並針對領航產業所需,培育產業在職人才及國際實務人才,並延攬國際專業人才。為加速導入農業 4.0 能量及技術諮詢,已由產官學研聯盟等專家學者組成 10 大領航產業之「 4.0 產業服務團」,以及「智慧生產與人機輔具開發」、「農業技術專家系統建置」、「數位服務與溯源資料交換應用」共 3 個專業技術促進小組,以及「經營管理與營運支援」支援性技術促進小組。

為強化服務團隊以不同思維面對產業運用 4.0 時可利用之決策能量,將落實產業服務團之機能,各領航產業藉由產業服務團之跨領域專家確認各產業之目標方向後,聚焦重點投入資源項目及技術範疇,並培植規劃項目之研發量能蓄積,挑選基礎建設合適之合作廠商成為示範場域對象,並運用計畫資源,提供各示範場域諮詢診斷訪視,藉由專屬產業服務團隊之技術輔導及經營管理建議進行領航產業的客製化服務,並利用示範點的觀摩與交流,提供諮詢與研發規劃、技術盤點,客製化服務及輔導,期能達到智慧農業 4.0 產業擴散之目的,為我國農業發展注入新動力,促進農業永續發展。

六、 結語

智慧農業創新科技的投入促使未來農業可不必看天吃飯,落實超省力與大規模生產,發揮作物更大潛能,創造安全又便利的從農環境,吸引更多年輕人力投入,使臺灣農業邁向年輕化、有活力、高競爭力的樂活農業。除提供穩定、生鮮、安全糧食、促進在地消費外,並得發展具有國際競爭力的輸出產業。

享吉事達人

關於「享吉事達人」

藝名:享吉事達人 勞動部職訓企業講師/雲林縣政府縣政顧問 /中正大學碩士學分班/彰化師範大學附工畢  經歷: 台灣省冰品果汁商業同業公會-理事103-106年 台灣經貿觀光協會-副理事長兼組織部長103年 雲林縣政府-縣政顧問89~94年 虎尾國際同濟會-會長88~89年
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