Wie ein drei Pfund leichtes Flugzeug die landwirtschaftliche Produktion erhöhte

Bis vor kurzem konnten Landwirte, die feststellen wollten, wie fruchtbar ihr Land war, mit einer komplizierten Kombination von GPS-Technik und Sensoren an ihrem Mähdrescher das geerntete Getreide im Herbst analysieren. Mit dieser Vorgehensweise ließ sich bis auf wenige Meter genau feststellen, wo der Boden am fruchtbarsten war, wo die Sämaschine nicht funktioniert hatte oder wo vielleicht noch Änderungen notwendig waren. Das System hatte nur einen Haken: Korrekturen waren erst im folgenden Jahr möglich.

Um bessere Ergebnisse zu erzielen, werden mehr Daten benötigt, und zwar öfter, nicht erst am Ende der Saison. Mit unbemannten Fluggeräten oder auch Drohnen ist das kein Problem mehr.

Roboter auf dem Feld
Die Landwirtschaft ist im Laufe der Jahre stark technisiert worden. Die so genannte Präzisionslandwirtschaft führt zu besseren Erträgen, weniger Verschwendung und höheren Gewinnen. Es ist daher nicht überraschend, dass die Landwirtschaft heimlich, still und leise eine der ersten Industrien war, in der Flugroboter praktisch eingesetzt werden. Vor einigen Wochen berichteten wir über eine Gruppe von PTC Benutzern, die einen benzinbetriebenen Quadcopter baute, mit dem Lasten von bis zu 25 kg für das US-Landwirtschaftsministerium transportiert werden. Am anderen Ende des Spektrums steht Sentera (früher unter dem Namen FourthWing Sensors bekannt), ein Unternehmen aus Minnesota, das ein Elektroflugzeug herstellt, das weniger wiegt als die meisten Spielzeugflugzeuge, aber vollgepackt ist mit Sensoren und anspruchsvoller Elektronik.

Luftaufnahme

Sentera verwendet RGB-, NDVI- und multispektrale Bildgebungssensoren

Vireo ist ein kostengünstiges Hilfsmittel für Landwirte, die den Zustand ihrer Kulturen während der Wachstumssaison überwachen möchten. Mit nicht einmal drei Pfund Gewicht lässt sich das Gerät einfach starten, indem man es wie ein Papierflugzeug in die Luft schleudert. Anschließend fliegt es auf einer vorprogrammierten Route oder kann über einen Laptop gesteuert werden. Laut farmintelligence.com sind Flugdauer und Deckungsrate doppelt so hoch wie bei vergleichbaren Drohnen.

Die Sensoren im Inneren der Drohne machen während des Zickzackflugs über das Land HD- und Infrarotaufnahmen. Nach der Landung werden alle Daten vom Vireo zur Verarbeitung und Auswertung drahtlos an die Muttergesellschaft von Sentera übermittelt.

„Das Spannende an kleinen Drohnen ist, dass landwirtschaftliche Produzenten die Daten nun wöchentlich erfassen können“, erklärt der leitende Flugzeugingenieur Todd Colten. „So können sie Entscheidungen treffen, und zwar nicht nur für das kommende Jahr, sondern auch für den kommenden Monat.“

Warum Sentera?
Die Ingenieure bei Sentera sind nicht die einzigen, die im Bereich leichter Präzisionsflugroboter tätig sind, doch sie gehören zu den erfahrensten. Alle wichtigen Teammitglieder waren zuvor mindestens zehn Jahre in der Luft- und Raumfahrt oder anderen militärischen Bereichen tätig. Damit verfügen sie über große Erfahrung in technischer Entwicklung, Konstruktion, Fertigung und Zusammenarbeit.

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Die Vireo-Drohne wurde mit PTC Creo konstruiert und entwickelt

Ihre Erfahrung spiegelt sich auch in der Wahl ihrer Tools wider. Als das Team beschloss, eine eigene Firma zu gründen, entschied man sich für die Software, die sich bereits seit dem College bewährt hatte: PTC Creo. „Wir dachten über einen Wechsel zu einem anderen CAD-System nach [Anm. d. Red.: Sie verwendeten zuvor Pro/ENGINEER]“, erzählt Colten. „Doch als wir PTC Creo und das schnelle Tempo sahen, in dem PTC die Innovation und Verbesserung vorantreibt, und dann auch noch der Preis gleich war, entschieden wir uns für PTC.“
Colten beschreibt den Vireo als „Fisch mit Flügeln“ und berichtet, dass sein Team die Out-of-the-Box-Flächenkonstruktionstools in PTC Creo einsetzte, um die organische Geometrie der Drohne zu entwerfen. In der neuesten Version der Software ermöglichen die neuen Querschnittwerkzeuge eine bessere Kommunikation mit Herstellern und Partnern, indem einfach vor einer Diskussion ein Bild eines Querschnitts in eine Microsoft PowerPoint-Präsentation eingefügt wird.

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Übersicht der Hauptkomponenten der Drohne

Mix aus Mechanik und Elektronik
Trotz der geringen Größe enthält der Vireo Tausende von Teilen, davon viele Elektronikbauteile. Sensoren, Autopilot und GPS-Systeme sind alle auf engstem Raum verbaut. Die Ingenieure bei Sentera arbeiten daher eng mit einem Team von Elektroingenieuren zusammen, um das Flugzeug in seiner Gesamtheit zu entwickeln. Glücklicherweise unterstützt PTC Creo ihre Zusammenarbeit und sorgt für eine termingerechte Entwicklung.

„Wir können ihnen 3D-Modelle im STEP- oder IGES-Format bereitstellen und sie entwerfen dann die elektronischen Komponenten in den entsprechenden Räumen“, erklärt Colten. „Anschließend öffnen wir alles in PTC Creo und prüfen es auf Durchdringungen und Ausrichtung. In älteren Elektronikkonstruktionstools hätte das Wochen gedauert. Nun ist es in wenigen Stunden erledigt.“

Fertigung an zwei Tagen
PTC Creo unterstützt das Team auch beim Übergang in die Fertigung. Da die Produkte von Sentero nicht in großen Stückzahlen produziert werden, sind traditionelle Fertigungsmethoden oft nicht tragbar. „Wir bewegen uns in einer Grauzone, was die Mengen anbelangt“, so Colten. „In der Regel müssen wir etwa 100 Teile anfertigen. Für den Spritzguss reicht das nicht aus.“

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Dennoch entwickelte das Team ein schnelles und kostengünstiges Fertigungskonzept. „Die größte Herausforderung für mein Team ist der Übergang von der Konstruktion zur Fertigung, das Durchführen von Konstruktionsänderungen und die Übernahme dieser Änderungen in die Fertigung“, erzählt Colten. Das Team löst dies, indem es Produkte entwirft, die sich mit CNC-Maschinen oder 3D-Druckern innerhalb weniger Minuten herstellen lassen. Das Team sendet die 3D-Modelle als PTC Creo, STEP- oder STL-Dateien direkt an die entsprechenden Dienstleister. Diese Strategie funktioniert. Die Kleinserien werden in ein bis zwei Tagen zurückgeliefert.

Wie die landwirtschaftlichen Produzenten, die die Produkte von Sentera verwenden, weiß auch Sentera selbst, dass ein Unternehmen flexibel, effizient und manchmal genial sein muss, um gegen den Wettbewerb bestehen zu können. PTC Creo liefert die Konstruktionstechnologie, die sie benötigen, wo auch immer sie gerade sind.

Anm. d. Red.: Bessere Erträge, weniger Verschwendung und höhere Gewinne sind wichtige Ziele in der Landwirtschaft. Erfahren Sie, wie Great Plains, ein anderer Hersteller, mithilfe von PTC Landwirte dabei unterstützt, mit weniger Ressourcen höhere Erträge zu erzielen.

Bilder: Sentera.

 

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