SOFTWARE

Sistema automatizado LabraS para la planificación de la labranza de suelo en caña de azúcar

Dr.C. Yoel Betancourt Rodríguez^{I  *} 

Ing. Darién Alonso Camacho^II 

Ing. Andrés Bernardo González Morales^II 

Ing. Alberto Jesús la Rosa Agramonte^II 

^IInstituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar. Estación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar Centro-Villa Clara, Ranchuelo, Villa Clara, Cuba.

^IIGrupo informático, Sagua La Grande, Villa Clara, Cuba.

RESUMEN

La labranza de suelo requiere de una adecuada planificación para cumplir los requerimientos en la plantación y las atenciones culturales de la caña de azúcar con oportunidad, calidad y sostenibilidad ambiental. Este trabajo tiene como objetivo presentar las características del sistema automatizado LabraS, diseñado para la planificación de la labranza de suelo en caña de azúcar. Los procesos tecnológicos de labranza considerados fueron la deforestación, la nivelación, la preparación de suelo, la plantación y la fertilización y cultivo post-cosecha. La unidad mínima de manejo considerada para las recomendaciones fue el bloque cañero. El software se diseñó sobre plataforma Windows, con fácil instalación y operación; tiene una estructura con cinco menús (Útiles, Codificadores, Informes, Recomendaciones y Procesos) y tres tipos de usuarios (productor, INICA y administrador). Los principales informes incluyen la distribución de los factores limitantes del suelo para la labranza, cartas tecnológicas por proceso, análisis de explotación de la maquinaria, planificación de labores, demanda de insumos y requerimientos de herbicidas para acondicionamiento y preservación de las áreas en la preparación de suelo y la plantación, respectivamente. La validación del software se realizó en la UEB Melanio Hernández, en un área total de 6430,76 ha, con resultados satisfactorios en las pruebas de los algoritmos, los procedimientos y expresiones de cálculos. Se recomendó la implementación del sistema automatizado para la planificación de la labranza de suelo en AZCUBA.

Palabras clave: procesos tecnológicos; software; plantación; carta tecnológica

INTRODUCCIÓN

La toma de decisiones en materia de mecanización agrícola resultacomplicada por el alto número de factores a tener en cuenta a la hora de planificar un proceso tecnológico en la agricultura, pero si además el medio a enfrentar es heterogéneo en cuanto al parque de maquinaria y las condiciones edafoclimáticas para el cultivo de la caña de azúcar, la situación alcanza mayor grado de complejidad.

El uso de los medios informáticos ha demostrado ser una herramienta muy efectiva y eficiente en la toma de decisiones donde intervienen múltiples variables con un resultado marcado en la disminución del tiempo de ejecución y en absorber cambios repentinos brindando soluciones inmediatas (^{Sotto et al., 2006}; ^{Martínez et al., 2014, 2014}; ^{De las Cuevas et al., 2015}; ^{Pereira et al., 2015}; ^{Álvarez et al., 2015}).

Para el análisis de la explotación de la maquinaria específicamente se desarrolló en el país, sobre plataforma Excel, el software ANAEXPLO, dirigido al análisis del déficit-superávit de los medios mecanizados en las unidades de servicio de maquinaria ^{Sotto et al.(2006)}, el cual, según se ha referido por dicho autor, para lograr la máxima veracidad depende de que las tecnologías que se plantean por cultivos, las agregaciones y los indicadores que le correspondan, obedezcan a la realidad de la producción en las condiciones concretas de explotación de cada unidad, considerando las particularidades que se derivan del tipo de suelo.

Sin embargo, si en el desarrollo de una aplicación para los mismos fines se incluye la obtención de las cartas tecnológicas, con la concepción desde la etapa inicial del trabajo de la maquinaria agrupada en pelotones es posible obtener en una misma etapa recomendaciones integrales, es decir que incluyan la agronomía del cultivo, el análisis de explotación de la maquinariay demanda de insumos, con lo que se reduce el tiempo, se logra mayor precisión en los resultados y se minimizan los errores.

Por otra parte, las labores de labranza para la plantación de la caña de azúcar y atenciones culturales al cultivo se deben planificar en tal sentido que cumplan los requerimientos con oportunidad, calidad y sostenibilidad ambiental, para lo cual es imprescindible identificar las propiedades del medio a transformar y sus limitaciones edáficas, las condiciones climáticas y el equipamiento disponible(^{Betancourt et al., 2015}). En la práctica productiva del país no sucede así, las labores se planifican de forma inadecuadarecibiendo, por ejemplo, el mismo manejo el sueloconproblema de pedregosidady el que posee escasa profundidad efectiva, o con la presencia de mal drenaje, lo cual ha traído consigo resultados desfavorables en la plantación y desarrollo de la caña de azúcar por no conformarse un lecho de plantación adecuado; así mismo, se favorece la degradación del suelo por el mal manejo.

Si se toma en cuenta el rápido desarrollo de la informática y las comunicaciones, la necesidad de perfeccionar la labranza de suelo en el Grupo Empresarial Azucarero (AZCUBA), la experiencia acumulada por el Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar (INICA) en la implementación de servicios científicos-técnicos,con sus respectivas herramientas informáticas para la toma de decisiones según ^{Arcia et al.(2004)}y los resultados de más de 40 años de investigaciones en la labranza es posible perfeccionar la planificación en ese campo en los suelos dedicados a caña de azúcar mediante el empleo de un sistema automatizado diseñado para la toma de decisiones.

El objetivo de este trabajo es mostrar el sistema automatizado LabraS desarrollado para la toma de decisiones en la planificación de la labranza de suelo para caña de azúcar.

MÉTODOS

La deforestación, nivelación, preparación de suelo, plantación y fertilización y cultivo post-cosecha son los procesos tecnológicos concebidos para la planificación mediante el sistema automatizado.En las recomendaciones se excluye todo lo relacionado con las normas y dosificación del fertilizante por corresponder al Servicio para la Recomendación de Fertilizantes y Enmiendas (SERFE) y los herbicidas y sus dosis por pertenecer al Servicio de Control Integral de Malezas (SERCIM).

Se utilizaron los codificadores existentes en el Grupo Empresarial de AZCUBA como el identificador de las Empresas Azucareras (EA), las Unidades Empresariales de Base (UEB), las Unidades de Producción (UPC) y los Bloques,los cuales sirvieron para la vinculación con la Base de Datos Única (BDU) y el resto de los servicios científicos-técnicos que presta el INICA. El bloque cañero es la unidad mínima de manejo para la emisión de las recomendaciones.

La textura del suelo se refiere a la proporción relativa de diferentes grupos de partículas minerales en el suelo (^{Cairo y Fundora, 2007})¹. Para facilitar el manejo, la codificación utilizada en los algoritmos de preparación del lecho de plantaciónse definió como ligera, media y pesada; según la textura correspondiente a los agrupamientos agro-productivos de suelo para Caña de Azúcarestablecido por el INICA (Tabla 1).

TABLA 1 Agrupamientos agro-productivos de suelos y su textura 

Agrupamiento agroproductivo	Textura
Ferralitizados cálcicos	Ligera
Ferritizados
Ferralitizadoscuarcíticos
Fersialitizados cálcicos	Media
Sialitizados cálcicos
Sialitizados no cálcicos
Vertisuelos	Pesada
Gleyzadossialitizados cálcicos
Gleyzadosferralitizados
Aluviales

A partir de los factores limitantes para la mecanización propuestos por ^{Cairo y Fundora (2007)} y ^{Santana et al. (1999)}, se consideraron en la recomendación de las cartas tecnológicas la profundidad efectiva, salinidad, drenaje, rocosidad, pedregosidad, pendiente y la compactación por tener un alto peso en los cambios tecnológicos de labranza y por estar contenido enla información digital del mapa 1:25 000,utilizada para la evaluación de la aptitud física de los suelos por el INICA. Las características de la información a procesar, las categorías del factor limitante que determina la presencia o no en las condiciones evaluadas y los procedimientos a aplicar se realizó según la metodología propuesta por ^{Betancourt et al. (2011)}. Se debe señalar que la no presencia de alguno de estos factores para este caso da lugar a los suelos sin limitaciones para la mecanización de la labranza de suelo.

Las fuentes energéticas, los implementos ylos agregados consideraron el inventario de tractores e implementos del Grupo Azucarero AZCUBA. Los índices de explotación como el rendimiento por jornada (ha/jornada), el gasto de combustible (L/ha) y el costo (pesos/ha)por labores y los tipos de mantenimientos por marca de equipo se tomaron de los indicadores de planificación establecidos enAZCUBA.

Las variantes tecnológicas y sus labores en las alternativas por procesos y el plazo entre labores de preparación de suelotomaron en cuenta los resultados de las investigaciones de labranza de suelo del INICA y otras instituciones del país (^{Gómez et al., 1997}; ^{Santana et al., 1999}; ^{Crespo et al., 2013}; ^{Gutiérrez et al., 2013}; ^{Oliva et al., 2014}).

Los herbicidas y las dosis recomendadas en el acondicionamiento del área para la preparación de suelo y la preservación para la plantación se realizan previa coordinación con el Grupo de Expertos del Servicio de Control Integral de Malezas (SERCIM) del INICA.

La actualización o modificación de los codificadores propios del sistema obedecen a los acuerdos tomados en las reuniones del grupo de expertos de labranza de suelo conformado por especialistas de AZCUBA e INICA.

Se estableció una metodología para solicitar los datos de los procesos de labranza al productor cañero basada en cuatro modelos que identifican la situación existente de las áreas a laborar y de los medios de labranza (conformación de los pelotones, inventario de los equipos y días efectivos), los cuales fueron presentados por ^{Pérez (2018)},y se corresponden con la información demandada por los algoritmos del software para recomendar las cartas tecnológicas y selección de los agregados.

El análisis de explotación de la maquinaria se realizó mediante las expresiones propuestas por ^{González y Tzucurov, 1986} y ^{González (1993)}. La aplicación se desarrolló en un entorno de Microsoft Visual Studio 2013 Ultimate, la base de datos se soportó sobre Microsoft SQL Server Express Edition 2008 y para los reportes se utilizó el Microsoft ReportViewer 2012.

Se establecieron tres usuarios: el Productor con acceso limitado a los codificadores del sistema y a la conformación de alternativas tecnológicas (AT), el INICA comprendido por los coordinadores del servicio en los territorios con permisos a los codificadores exceptuando las AT y el Administrador (el tecnólogo) con libre acceso.La validación del sistema automatizado se realizó en la UEB Melanio Hernández, perteneciente a la Empresa Azucarera Sancti Spíritus, utilizando la información de la campaña 2017-2018.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El software diseñado para la planificación de los procesos de labranza se nombró “LabraS”y se creó para el sistema operativo Windows. La instalación se realiza con facilidades al usuario por disponer de un paquete con el siguiente contenido: LabraS-Setup.exe y Binaries. La ejecución del fichero LabraS-Setup.exese encarga de realizar el proceso completo siguiendo una secuencia de instrucciones interactivas con el usuario.La Tabla 2 presenta los requerimientos de hardware para realizar la instalación y ejecución satisfactoria de la aplicación.

TABLA 2 Requisitos principales de hardware para la instalación del software 

Parámetros	Valores Mínimos	Valores Recomendados
CPU	1 GHz	Superior
Memoria	512 MB	1 GB o superior
Espacio en disco Con la base de datos local Con la base de datos en otro servidor	2 GB 1 GB	Sin límite Sin límite
Resolución del monitor	800 X 600	1024 X 768 o superior
Sistema Operativo Windows	-	32 bits o 64 bit

FIGURA 1 Entorno del software LabraS. 

La aplicación para el Productor no requiere registro; sin embargo, para acceder al resto de las funcionalidades en los otros usuarios demandan del registro de la aplicación, el cual se establece para un año de trabajo.

El entorno del software se muestra en la Figura 1. Los principales menús que componen la aplicación son: Procesos, Recomendaciones, Informes, Codificadores y Útiles, ubicados en la parte superior o lateral izquierdo para facilitarla interactividad con el usuario. El menú lateral está diseñado para ocultarse si así lo requiere el operario.

El menú Procesos está diseño para capturar los datos de entrada solicitados al productor, como la información de los cinco procesos de labranza, la organización de los pelotones, el inventario de equipos, entre otros (Tabla 3).

TABLA 3 Descripción de las opciones del menú Procesos 

Opción	Descripción
Datos de deforestación	Área/Bloque/Tipo de vegetación/Fecha de ejecución.
Datos de nivelación básica	Área/Bloque/Condiciones del terreno/ Fecha de ejecución.
Datos de preparación de suelo	Área/Bloque/Factor limitante de suelo/Textura/Condiciones del terreno/Requerimientos de alisado/Cambio de surquería/Malezas predominantes/ Fecha de ejecución/Época de plantación.
Datos de plantación	Área/ Bloque/Factor limitante de suelo/Riego/Disponibilidad de fuerza de trabajo/ Fecha de ejecución.
Datos de fertilización y cultivo post-cosecha	Área/ Bloque/Factor limitante de suelo/Tipo de Cosecha/Cepa/Población del bloque / Rendimiento agrícola (t/ha)/ Fecha de ejecución.
Brigadas o pelotones	Para conformar la estructura de los pelotones, agregados y cantidad, según el proceso tecnológico y su pertenencia.
Días efectivos	Los días efectivos totales por proceso tecnológico por UEB.
Inventario de fuentes energéticas (FE) e implementos	FE y los implementos que participarán en la labranza de suelo según su pertenencia.
Nueva maquinaria	Marcas y modelos de fuentes energéticas e implementos a recomendar en el reporte de nueva maquinaria.

Las Figuras 2 y 3 muestran como ejemplo las ventanas para la captura de los datos de preparación de suelo y de la conformación de los pelotones, respectivamente.

FIGURA 2 Ventana para la captura de la situación actual de las áreas a preparar. 

En sentido general, la captura de la información se realiza en su mayoría mediante una lista desplegable o con la denominada caja de chequeo o Check Box, como también se conoce por su terminología en inglés, para minimizar el tiempo y los errores al ingresar la información.

Es importante destacar que la veracidad de la información brindada por el productor en los datos determina la calidad de las recomendaciones por bloque.

FIGURA 3 Ventana para la captura de la situación actual de los pelotones. 

El menú

Recomendaciones tiene una sola opción Emitir recomendaciones que al ejecutarla muestra un cuadro de diálogo con dos fichas, Recomendaciones y Errores (Figura 4).

FIGURA 4 Menú recomendaciones, a) Ficha recomendaciones y b) Ficha errores. 

En la ficha recomendaciones se seleccionan la Empresa Azucarera, la Unidad Empresarial y el Proceso tecnológico al que se le emitirán las recomendaciones. Mientras se procesa la información se muestra el total de bloques y el bloque en proceso, lo cual facilita la identificación del bloque que muestre algún error en los datos capturados si se detiene la recomendación por esa causa. La segunda ficha presenta la labor que no tienen agregado declarado en los pelotones de la Unidad especificada y que impide el completamiento de la carta tecnológica, dicho problema se soluciona incorporandoel agregado en la brigada, la cual se localiza en la opción Brigadas o pelotones del menú Procesos.

El menú Informes recoge todas las recomendaciones referentes a las cartas tecnológicas, análisis de explotación de la maquinaria, insumos (filtros, aceites lubricantes, grasas, neumáticos, correas, etc.), demanda de herbicidas para preparación de suelo, propuesta de nueva maquinaria, entre otros. En la Tabla 4 se presentan los informes de factores limitantes para la mecanización y las cartas tecnológicas.

TABLA 4 Informes de los factores limitantes para la mecanización y cartas tecnológicas 

Informes	Descripción general
Mapa del factor más limitante para la labranza	El mapa se genera en el software MAPINFO a partir del factor más limitante seleccionado por el software.
Resumen del factor más limitante para la labranza	Muestra el área y el porcentaje de los factores limitantes a nivel de UPC, UEB y EA, según se seleccione por el usuario.
Recomendación general por proceso tecnológico	Define las posibles variantes por alternativas tecnológica. Está diseñada para la consulta del operario del software.
Recomendación adecuada por proceso tecnológico	Presenta la carta tecnológica por unidad de manejo según el proceso tecnológico seleccionado. Es la que se le entrega al productor en el manual de recomendaciones.
Recomendación ideal por proceso tecnológico	Identifica la variante ideal por alternativa tecnológica existan o no los agregados en el pelotón. Está diseñada para consulta del operario del software.
Resumen por bloque	Presenta las cartas tecnológicas de todos los procesos a realizar para la unidad mínima de manejo(El bloque) en un único informe. Se entrega a solicitud del cliente.

Un ejemplo de recomendación adecuada para plantación se muestra en la Figura 5.

FIGURA 5 Ejemplo de recomendación adecuada para el proceso de plantación. 

En la recomendación se presentan las labores, las fechas de inicio y terminación, los agregados y los principales parámetros de explotación por labores en función del área realizada. Se debe señalar que para la plantación las fechas de inicio coinciden para todas las operaciones tal y como ocurre en la práctica, pero en procesos como la preparación de suelo y el cultivo post-cosecha este parámetro incluye el plazo entre labor establecida en el codificador del software y definida por el grupo de expertos. De esta forma queda demostrada la posibilidad de obtener en un mismo proceso de recomendación la carta tecnológica para el cultivo en función del proceso tecnológico, la cual se toma de base para el análisis de explotación de la maquinaria y la demanda de insumos.

En la Tabla 5 se muestran los informes relacionados con el análisis de explotación y la demanda de insumos.

TABLA 5 Informes vinculados a los análisis de explotación y demanda de insumos 

Informes	Descripción general
Análisis de los pelotones	Determina el desplazamiento y la carga de trabajo por meses y anual del pelotón. Se entrega a solicitud del cliente.
Balance de las fuentes energéticas y de los implementos	Muestra el balance en cuanto a déficit y exceso de las fuentes energéticas y los implementos por separados de la UEB a partir del trabajo especificado en las cartas tecnológicas.
Análisis general	Presenta cuatro alternativas:Capacidad técnica para ejecutar las labores, evalúael déficit de equipos en función de las labores recomendadas; Distribución anual de las labores, enmarca por meses el área y el combustible por labores; Uso anual de la maquinaria, especifica por marca de equipos las horas de trabajo y el combustible consumido por meses y total en el año y el Plan de siembra por meses que desglosa el área para la siembra de caña mensual, semestral y anual.
Nueva maquinaria	Presenta la propuesta de nuevos equipos a introducir.
Demanda de herbicida	Muestra la demanda de herbicidas de acondicionamiento y preservación del área a nivel de UPC, UEB y EA. Se entrega en el manual de recomendaciones al productor.
Demanda de insumos	Presenta la demanda de insumos como filtros, neumáticos, etc. por trimestrepara la campaña de labranza. Se entrega en el manual de recomendaciones al productor.
Inventario Equipos	Relaciona el inventario de fuentes energéticas e implementos utilizados en el software para emitir las recomendaciones.

La descripción de las opciones del menú Codificadores se presenta en la Tabla 6. Los correspondientes a Empresa, UEB y UPC coinciden con los de la Base de Datos Única del Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar y los restantes son propios del software.

TABLA 6 Descripción de las opciones del menú Codificadores 

Opción	Descripción
Empresa	Muestra las Empresas Azucareras.
UEB	Presenta las UEB para las EA.
Unidades productoras	Muestran las UPC en función de la UEB y la EA seleccionada.
Bloques	Relaciona los Bloques de la UPC seleccionada.
Alternativas tecnológicas	Permite la configuración de las alternativas tecnológicas por procesos tecnológicos.
Fuentes energéticas	Relaciona y configura las fuentes energéticas de labranza
Implementos	Relaciona y configura los implementos.
Agregados	Establece los agregados de labranza.
Labores	Define las labores de labranza y los agregados con sus índices de explotación para ejecutarla, como el rendimiento, el gasto de combustible y el costo. Permite establecer criterio de experto para la selección de los agregados.
Insumos	Define los insumos generales utilizados, como aceites, grasas, filtros etc. y los componentes generales de los equipos como el motor, caja de velocidad, diferencial, etc.
Plazo entre labores	Definen los plazos entre labores por proceso tecnológico.
Variantes por alternativas tecnológicas	Define las variantes y sus labores por proceso tecnológico. Permite establecer criterio de experto para la selección
Herbicida de preparación de suelos	Especifica los herbicidas para acondicionamiento y preservación de las áreas en la preparación de suelo y las dosis
Insumos contra equipos	Define la capacidad y el período de cambio de los insumos utilizados para cada componente por marca de equipo.
Seleccionar factor limitante	Se seleccionan los factores limitantes para la mecanización por unidad mínima de manejo (El bloque).
Datos generales	Se muestran los codificadores generales utilizados por el software como los Procesos tecnológicos, Factores limitantes por procesos, Criterios para la recomendación, entre otros. Son de solo lectura.

El menú Útiles está diseñado principalmente para facilitar el intercambio de información con el entorno, proveer de seguridad y proteger la información (Tabla 7).

Tabla 7 Descripción de las opciones del menú Útiles 

Opción	Descripción
Configuración	Configura el índice de explotación para la selección de agregados y el año de trabajo. Además, define el centro que emitirá las recomendaciones para mostrarlo en la portada.
Usuarios	Define los usuarios que operan el software.
Cambiar contraseña	Facilita el cambio de contraseña en función del usuario.
Importar información	Proporciona la importación de los codificadores del sistema, de la Base de datos única y los codificadores de productores.
Exportar información	Facilita la exportación de los codificadores del sistema y los codificadores de productores.
Importar mapa del factor limitante	Permite la importación del mapa generado en MAPINFO con la representación a nivel de UEB de los factores limitantes
Salvar base de datos	Facilita la realización de la salva de seguridad del sistema.
Utilidades de la base de datos	Permite el acceso a borrar los datos, a restaurar una copia de seguridad o a eliminar la base de datos mediante la ejecución de un software complementario.
Registrar LabraS	Facilita el registro de la aplicación para pasar de roll de productor a INICA o administrador.
Terminar	Cierra la aplicación.

La UEB Melanio Hernández cuenta con una extensión de 12 791,8 ha destinadas al cultivo de la caña de azúcar, distribuidas en 15 Unidades Productoras de Caña. Las pruebas de validación del software se realizaron en un área total de 6430,76 ha, donde para los procesos de preparación de suelo y plantación se enmarcaron en 1717,35 ha y en el caso de la fertilización y cultivo post-cosecha en 4713,41 ha.

Los resultados obtenidos fueron satisfactorios. Se demostró la funcionabilidad de los algoritmos en la selección de los factores limitantes para la mecanización de la labranza de suelo, la selección adecuada de las alternativas tecnológica por las características del bloque, las variantes y sus labores según la alternativa seleccionada y la disponibilidad de los equipos. Así mismo, la factibilidad de los cálculos a partir de las expresiones y los procedimientos utilizados en el balance de maquinaria tanto para tractores como para implementos, la planificación de las labores, la demanda de insumos para el mantenimiento y de los herbicidas de preparación de suelo y la propuesta de nuevos equipos (^{Pérez, 2018}; ^{Álvarez, 2018}).

Es importante señalar que el software LabraS en la versión 2.0.0 está registrado por el Centro Nacional de Derecho de Autor (CNDA) con el Registro 2124-07-2017(^{Betancourt et al., 2017}).

CONCLUSIONES

• El software LabraS para la planificación de la labranza se diseñó sobre el sistema operativo Windows, con fácil instalación y operación; una estructura con cinco menús (Útiles, Codificadores, Informes, Recomendaciones y Procesos) y tres roles de usuarios (productor, INICA y el administrador).

• Los principales informes incluyen distribución de los factores limitantes del suelo para la labranza, cartas tecnológicas por procesos tecnológicos,análisis de explotación de la maquinaria y demanda de insumos.

• La validación del software LabraS en la UEB Melanio Hernández brindó resultados satisfactorios en la prueba de los algoritmos, los procedimientos y expresiones de cálculos, factible de aplicar en esta UEB y en otras del país.

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Recibido: 25 de Enero de 2019; Aprobado: 02 de Septiembre de 2019

^*Autor para correspondecnia: Yoel Betancourt Rodríguez, e-mail: [e-mail] [e-mail]