ARTÍCULO ORIGINAL

Intervención en las cosechadoras Case IH A8000 de ingenio azucarero en Villa Clara, Cuba

Carlos A. Pérez-García^{I  *} 
http://orcid.org/0000-0003-4781-6771

Alexander Rodríguez-Conte^I 
http://orcid.org/0000-0003-3767-1708

Luis Hernández-Santana^I 
http://orcid.org/0000-0003-0558-3690

Miguel A. Rodríguez-Orozco^II 
http://orcid.org/0000-0002-3622-4693

Rafael Cruz-Iglesias^III 
http://orcid.org/0000-0002-7564-7779

José Luis Capote-Fernández^III 
http://orcid.org/0000-0002-3733-0893

^IUniversidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Departamento de Control Automático, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.

^IIUniversidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.

^IIIUnidad Científico Técnica GEOCUBA Investigación y Consultoría, Cuba.

RESUMEN

Incrementar los rendimientos productivos de las áreas cultivables constituye una de las principales tareas de los investigadores del ramo. En este sentido, las maquinarias agrícolas han sido objeto de aplicación del desarrollo tecnológico existente en áreas como los sistemas de posicionamiento, los circuitos integrados, los computadores de abordo, entre otros. Por esta razón, las maquinarias de este tipo se han convertido actualmente en una de las más importantes fuentes de información para la gestión de prácticas agrícolas; la visualización, análisis y almacenamiento del elevado volumen de información generado requiere el uso de herramientas computacionales. Los Sistemas de Información Geográficas (SIG) constituyen las plataformas más difundidas para la gestión de los datos exportados por las maquinarias agrícolas con Sistema Avanzado de Cultivo (AFS, por sus siglas en inglés). El presente trabajo, exhibe algunas de las potencialidades del empleo de los sistemas AFS en cosechadoras cañeras Case IH A8000 del Central Azucarero Héctor Rodríguez de la provincia de Villa Clara. Con ese fin, se emplea el software SMS Advanced para la creación de los mapas e informes de las operaciones realizadas por las combinadas cañeras durante sus actividades agrícolas, se realiza un breve análisis de los mismo, por último, se muestra la factibilidad de publicar los datos de cosecha en la Infraestructura de Datos Espaciales de la empresa (IDE de AZCUBA).

Palabras clave: Sistema Avanzado de Cultivo; datos de cosecha; circuito integrado

INTRODUCCIÓN

El uso racional y sostenible de las áreas cultivables constituye una de las premisas para países en vías de desarrollo. En este sentido, la agricultura ha sido objeto de aplicación de tecnologías de avanzada en el área de Sistemas de Posicionamiento, los Circuitos Integrados, los computadores de abordo, entre otras. El empleo de estas tecnologías permite obtener mayor nivel de detalle de las áreas cultivables, lo que viabiliza el establecimiento de nuevas formas de gestión de parcelas sobre la base de las necesidades reales del cultivo.

La maquinaria agrícola también se desarrolla continuamente y ahora es una de las fuentes de información más importantes para la recopilación de datos en el campo (^{Heege, 2013}). Cuba ha destinado cuantiosos recursos en la modernización del equipamiento tecnológico de sectores estratégico de la economía; tal es el caso de la importación de maquinaria agrícola de avanzada para la cosecha mecanizada de la caña de azúcar (^{Gradaille-Daquinta et al., 2014}). Como parte del Programa Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Automática, Robótica e Inteligencia Artificial (ARIA+CAÑA) y de su proyecto “Herramientas de automática, robótica e inteligencia artificial para incrementar la eficiencia de la producción de caña de azúcar” con participación de la Empresa Azucarera AZCUBA de Villa Clara, la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV), la Unidad Científica Técnica GEOCUBA Investigación y Consultoría, y la Estación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar (ETICA) de Villa Clara, se realizó una intervención en varias cosechadoras cañeras Case IH A8800 pertenecientes al Central Azucarero Héctor Rodríguez del municipio de Sagua la Grande.

Los elevados índices de eficiencia de las Case IH, se encuentran respaldados por un sistema automatizado compuesto por diversos sensores, actuadores, módulos de control y como principal interfaz con el operador un computador de abordo, también conocido como monitor de rendimiento (^{Tumenjargal et al., 2017}). Este integra las funcionalidades de supervisar determinados subsistemas de la cosechadora, así como configurar las prestaciones del Sistema Avanzado de Cultivo (AFS, por sus siglas en inglés), entre las que se encuentra: el control de velocidad, la localización sobre la base del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS, por sus siglas en inglés) y el registro de datos de cosecha (^{Perez-Garcia et al., 2018}). Para el caso de las cosechadoras de la serie A8000, el monitor de rendimiento presente es el AFS Pro 700; el cual es el resultado de la evolución de otros monitores previamente empleados por los fabricantes de esta firma (^{López-Sandin y Herrero-Bello, 2018}). A partir de la correcta configuración del mismo y sus dispositivos asociados, es posible registrar importantes parámetros de funcionamiento de la maquinaria que permiten entre otros, evaluar las operaciones en el campo.

En el presente informe, se exhiben los principales resultados de la intervención en las cosechadoras objeto de estudio, en el marco del proyecto que permite validar la eficacia del sistema de recolección y el procesamiento de los datos obtenidos por el monitor de rendimiento, a través el software SMS Advanced (^{Ag Leader Technology, 2021}). Además, se describen las labores de capacitación realizadas para la gestión de los datos de cosecha al personal del Central Azucarero Héctor Rodríguez y su publicación en la Infraestructura de Datos Espaciales (IDE) desarrollada para AZCUBA a partir de un proyecto de investigación y desarrollo. Como parte del entrenamiento realizado al personal de la empresa, se realizan algunos análisis de interés, se capacitaron en el uso de SMS y se plantean potenciales soluciones sobre la base del sensado remoto a problemáticas detectadas. Por último, se dan una serie de consideraciones y recomendaciones finales para la efectividad de ejecución del sistema.

MATERIALES Y MÉTODOS

Áreas de Estudio

Para el estudio, se seleccionó el pelotón número 6 de dicha entidad que laboraba en la UBPC Monte Lucas. Este pelotón cuenta con un parque de equipos de nueva tecnología integrado por tres cosechadoras cañeras Case IH Austoft 8800 (A8800) y seis tractores movedores YTO 1604. El área de trabajo tuvo lugar específicamente en los campos 9-10 y 1-10 de los bloques 1325 y 1326, respectivamente que se encuentra situada entre las coordenadas 22.818942 - 22.828478 de latitud norte y 80.017433 - 79.991977 de longitud oeste (Figura 1).

FIGURA 1 Ubicación del área de estudio. 

Metodología de Trabajo

La explotación a fondo de las funcionalidades de agricultura avanzada presente en las cosechadoras Case IH A8000, parte de la correcta configuración del monitor de rendimiento y el receptor de posicionamiento presente en la máquina. Ello permite el registro periódico de variables de interés para el funcionamiento de la máquina y la estimación de índices de explotación. Así se tienen las mediciones de: presión del cortador base, revoluciones por minutos de los extractores primarios y secundarios, la velocidad de avance, el tiempo de trabajo, entre otros. Para llevar a cabo esta tarea, se realizó un trabajo de campo, donde se explicó al personal del central, la forma de configurar los monitores AFS 700 siguiendo la metodología planteada en ^{Pérez (2016)}.

Con el objetivo de la planificación estratégica que contribuya al desarrollo sostenible, el Grupo Empresarial AZUCUBA realizó un estructura administrativa de sus áreas de cultivo divididas, según aptitud física en Lote, Bloque y Campo (^{Becerras et al., 2008}). Esta información, gestionada por el especialista de ordenamiento territorial del central, posee una componente espacial que representa a partir de polígonos georreferenciados, la ubicación de cada parcela (^{Benítez-Puig et al., 2018}). En este contexto, se entrenó al personal de la empresa en la configuración requerida para importar al monitor de rendimiento de las cosechadoras, la zonificación de las áreas de trabajo. El valor agregado de esta prestación consiste en enlazar, de forma automatizada, las variables exportadas de las maquinarias con la estructura administrativa de las zonas de cultivos. Una vez importado esta información la cosechadora detectaría el lote, bloque y campo en que se encuentra, según la información de su posicionamiento.

Una cosechadora en un turno de trabajo puede generar entre 7 000 y 8 000 datos georreferenciados, lo que equivale aproximadamente a 200 000 datos mensuales. Si se multiplica este valor por la cantidad de cosechadoras gestionadas por AZCUBA y por los meses de zafra el manejo del este gran volumen de datos constituye un problema de BigData.

Para gestionar desde la IDE los datos de cosecha exportados por SMS, se utilizó una plataforma basada en tecnologías de BigData geoespacial para el almacenamiento, procesamiento y publicación de datos vectoriales usando Apache Hadoop, Apache Spark y Accumulo-GeoMesa (^{Capote-Fernández & Cruz-Iglesias, 2020}). Se desarrolló una aplicación web (https://movilweb.geocuba.cu/azcuba) que forma parte del flujo de trabajo durante el procesamiento de la información de la maquinaria para su publicación en la IDE, para subir los archivos exportados a un servicio que los procesa e inserta en la plataforma. Los datos insertados en el clúster de BigData se publican mediante un servicio de mapas basado en Geoserver-GeoMesa, que al utilizar una interfaz Servicios Web de Mapas (WMS, por sus siglas en inglés) (^{De la Beaujardiere, 2003}) se integra armónicamente al visor genérico de la IDE. Como parte del proceso se crea un metadato, para cada paquete de datos, con información general y la extensión temporal y espacial. Este metadato es publicado en un servicio de catálogo de metadatos de la IDE de AZCUBA, desde donde se garantiza su búsqueda, recuperación y visualización.

La recolección de los datos exportados, se realizó por convenio, en intervalos de 24 horas, coincidiendo con la lectura de la trayectoria de la maquinaria a partir del receptor de posicionamiento instalado de forma adicional en las combinadas y tractores de la empresa azucarera. Se pudo comprobar que este flujo es viable, aunque la forma óptima de realizar dicho proceso es cada vez que se servicia de combustible a las combinadas. La recogida de los datos de cosecha en este intervalo de tiempo resulta práctica pues, además de coincidir con otro proceso similar, la información de la caña cortada por los operadores, se puede obtener con ese mismo tiempo de muestreo. Esto permite analizar de forma indirecta la eficiencia de toneladas cortadas por hectárea y el consumo de combustible por tonelada de caña cortada para cada combinada. Asociado a la disponibilidad de las dos fuentes de información (datos de cosecha y datos del receptor externo) se llevó a cabo un experimento para valorar la viabilidad de inferir el consumo de combustible por tonelada de caña cortada.

Los datos de cosecha exportados por la maquinaria, no son más que la medición de los principales parámetros operativos de las cosechadoras, georreferenciados por el receptor de posicionamiento integrado de la máquina. Para la gestión, visualización y almacenamiento de esta información, es requisito imprescindible utilizar programas computaciones profesionales para la decodificación de la información contenido en los mismos. En este sentido, se empleó el software SMS Avanced y se capacitó al personal del central en la completa instalación y uso del programa computacional. Dicha instalación cuenta con todas las funcionalidades del software sin riesgo por vencimiento de licencia. Además, se facilitó la información necesaria para realizar la instalación del software en otras computadoras de la entidad.

La representación de los datos de cosecha exportados por las maquinarias AFS, es llevada a cabo a partir de Informes de Operación y Mapas de Variables. Como parte de las tareas de la presente intervención, se entrenó al personal de central encargado de acopiar y gestionar las operaciones agrícolas de las máquinas de este tipo. Específicamente, se trabajó en reportar las variables de mayor interés para gestión de la maquinaria, entre ellas: la distancia recorrida, el tiempo de trabajo, la presión del cortador base, la carga del motor y el consumo de combustible. Se trabajó además en el adiestramiento del personal del central para la generación de mapas de las diferentes variables de interés que permitieran analizar el comportamiento de la maquinaria no solo de forma estadística, sino también con su información geográfica asociada. De esta manera se puede evaluar las operaciones en el campo y asociar comportamientos de la máquina a características propias del terreno de operación.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Generación de Informes

Para la gestión de los equipos de nueva tecnología de cosecha, el Grupo Empresarial AZCUBA, emplea un sistema de “control de flota”. Dicho sistema está basado en la medición de la distancia recorrida, registrada por el receptor de posicionamiento externo al sistema de la cosechadora y el combustible utilizado proveniente de la relación entre: el volumen del tanque de cada máquina y el despacho realizado por el carro cisterna; por último esta información es cargada en la plataforma MovilWeb con el objetivo de crear los informes requeridos para la gestión de las maquinarias (^{González-Suárez et al., 2018}). Con el objetivo de facilitar el procedimiento de adopción de la nueva tecnología analizada en el presente trabajo, se confeccionaron informes de operación con las variables analizadas en el “control de flota” y se añadieron otras de interés para los directivos del Central (Figura 2 y Figura 3).

FIGURA 2 Informe de Operación del Operador Roselio. 

FIGURA 3 Informe de Operación del Operador Ariel Hernández. 

Una de las variables con mayor interés para analizar la eficiencia operacional de las maquinarias agrícolas, es el consumo de combustible (^{Ramos et al., 2016}). En este caso se generaron de forma automatizada los reportes mostrados con anterioridad, con el objetivo de comprobar que, pese a ser similares el consumo de ambas máquinas, difiere el valor con las mediciones externas del “control de flota” en el orden de los 30 litros de combustible. Con el objetivo de validar el sensado realizado por el sistema propio de la cosechadora, se confeccionaron, además mapas de la variable “carga del motor”, ya que dicho parámetro se encuentra estrechamente relacionado con el consumo de combustible. Así se tiene la Figura 4 con la representación de la variable carga del motor de ambas cosechadoras por separado.

FIGURA 4 Mapa de la variable carga del motor A) Operador Roselio B) Operador Ariel Hernandez. 

Otro parámetro de especial interés para el análisis de eficiencia de las maquinarias, lo constituye el tiempo de trabajo. Con ese fin, se trabajó sobre la base de la información registrada de forma automatizada por el sistema presente en la cosechadora y se configuró un reporte específico (Figura 5 y Figura 6) para el análisis de las operaciones en el campo de los conductores. La variable Estado de Trabajo representa de forma booleana el estado de los módulos de cosecha (encendidos-in o apagados-out).

FIGURA 5 Informe de Operación de Ariel Hernandez. 

FIGURA 6 Informe de Operación de Roselio. 

De los resúmenes mostrados con anterioridad, es posible constatar que las maquinarias recorren aproximadamente el 60 % de la distancia total con los dispositivos de cosecha desactivados. Ello puede estar debido a desplazamientos realizados para las labores de mantenimiento o para ubicarse en las zonas de trabajo. Si bien estas acciones atentan contra la eficiencia de las máquinas, no siempre se deben a malas operaciones del conductor puesto que se hace necesario la planificación de las labores de corte sobre la base de rutas óptimas de operación. En este sentido el trabajo con imágenes áreas ya sean de Vehículos Aéreos no Tripulados (VANT) o satélites, permite aplicar técnicas de teledetección para el establecimiento de rutas óptimas de operación a partir de mediciones geométricas e incluso sobre la base del estado óptimo del cultivo para la cosecha (^{Shelestov et al., 2013}).

Integración con la Infraestructura de Datos Espaciales de AZCUBA

El empleo de plataformas web para la gestión de los datos espaciales reviste una gran importancia para la toma de decisiones administrativas por parte de usuarios que no siempre poseen elevados conocimientos de geomática (^{Hernández, 2021}). Con este fin se capacitó al personal de la empresa azucarera para procesar los datos exportados por la cosechadora y hacerlo compatible con los estándares necesarios para incorporarlos a la IDE de AZCUBA, la cual puede ser consultada a través del enlace https://azcuba.geocuba.cu/visor (Figura 7 ).

FIGURA 7 Visor de la IDE de AZCUBA. 

Como resultado de esta acción, se pudo visualizar de forma remota los datos de cosecha exportados por las Case IH A8800 objeto de estudio. La integración de los datos de cosecha con la zonificación de las áreas de cultivo, de conjunto con las herramientas presentes en la IDE, hacen posible conocer en tiempo real, el estado actual de los campos cultivables y así cuantificar las áreas cosechadas y las restantes. De igual forma se realizó una capacitación del especialista de la empresa, para el uso de las prestaciones de la plataforma web.

CONCLUSIONES

• Las Case IH A8000, dotadas con los monitores de rendimiento AFS Pro 700, permiten la aplicación de técnicas avanzadas de cultivo en la cosecha de la caña de azúcar, aportando valiosa información georreferenciada de las operaciones en el campo.

• El personal técnico del Central Azucarero Héctor Rodríguez, entrenado en el uso del software de gestión de datos de cosecha Spatial Management Systems (SMS), desarrollaron la capacidad de gestión de las explotaciones agrícolas de las maquinarias AFS, visualizando a nivel de campo las labores realizadas, las tasas de productividad alcanzadas, el combustible consumido en cada operación, entre otros.

• Manejando la información exportada por el monitor de rendimiento de las cosechadoras Case IH A8000, permitió el establecimiento de estrategias de control a través de la automatización en la generación de reportes y mapas de variables.

• Los resultados obtenidos confirman que el empleo de las potencialidades del Sistema Avanzado de Cultivo representa una herramienta viable para la gestión de las maquinarias agrícolas.

• La publicación de los datos de cosecha en la IDE de AZCUBA facilita el acceso a la información a múltiples usuarios, lo cual sienta las bases para trabajos futuros de ingeniería de datos.

REFERENCES

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Recibido: 02 de Febrero de 2021; Aprobado: 12 de Noviembre de 2021

^*Author for correspondence: Carlos A. Pérez-García, e-mail: [e-mail], [e-mail]