用例:畜牧业中的数字孪生兄弟

2020年3月6日出版

农业行业面临着一系列新的问题,如劳动力短缺、养活日益增长的人口的压力以及影响动植物健康和农产品健康的环境退化。Agtech将技术应用于农业操作和工艺,正迅速成为解决这些问题的解决方案。农业数字化投资在提高生产率、加工效率和动物福利方面是有利可图的。其中一种方法是数字孪生技术,目前尚待在畜牧业中探索。这里提到的用例表明了该技术在畜牧业中的应用。

数字孪生兄弟是建立在人类知识和现实世界数据基础上的任何物理资产或系统的虚拟模型。该模型使用高级分析,通常基于人工智能(AI),以提供其物理对应物的重要信息和见解。GE、ABB和IBM等公司已经准备好了数字双平台,并已成功地在制造业、汽车、能源公用事业和航空航天行业实施了这些平台。

在Agtech中使用digital twin有几个好处。它可以提高粮食的产量和质量,防止粮食短缺。供应方分析表明,到目前为止,该技术尚未应用于畜牧业。这可能是公司探索和创造额外收入的商业机会。

用例:如何在畜牧业中使用digital twin?
肉类生产和加工公司已经单独或与初创企业合作实现了数字化。

  • 爱尔兰初创公司Cainthus使用基于人工智能的计算机视觉来确定动物健康状况。美国本土的全球农业公司嘉吉(Cargill)已与该公司合作跟踪牛的健康状况。
  • 总部位于美国的初创公司Rex通过整理各种来源的事实和数据,开发了最大的家畜遗传、性能和健康数据库。
  • Connectera和Quantified AG提供了用于监测牲畜健康的设备。

在畜牧业中应用digital twin有助于:

  1. 了解健康成长条件:使用digital twin可以帮助肉类生产者、农场管理者和饲养者通过感测以下参数准确了解其牲畜的健康生长条件:
    • 动物相关参数:孕激素、体温和肠道温度等。
    • 饲料类型:摄入的质量和数量
    • 环境参数:温度、气体成分(氧气、氨、二氧化碳、周围硫化氢的含量)、湿度等。
  2. 检测疾病的发病:患病动物表现出可通过传感器和/或计算机视觉检测到的临床症状。数字双胞胎技术有助于识别患病动物,然后及时隔离和治疗。这项技术有助于降低发病率和死亡率,防止人畜共患病的传播,如H1N1、SARS、埃博拉和冠状病毒。
  3. 研究引入新饲料的效果:农场经理可以模拟饲料类型变化或引入新食品样品对动物的影响。在这些情况下,需要更多关于先前食物类型及其内容的信息作为数字孪生兄弟的输入。
  4. 研究栖息地对新品种的影响:数字双胞胎可以帮助了解任何新开发的品种对周围条件、饲料、环境等变化的反应。

实施场景
在畜牧业中实施数字孪生包括:

  • 数据收集-使用数据收集工具,如气体传感器、温度传感器、湿度传感器、摄像头和无人机;数据可以通过附着在动物身上或放置在动物周围的传感器收集
  • 分析和建模-对收集的数据进行分析,以开发准确的模型、相关的物理资产和环境,并根据最新数据不断更新
  • 大数据——确定重要数据,以确保从收集的大量数据中保留必要信息,并决定存储方式。
  • 数据可视化-数据和分析结果的表示,便于理解;可以是2D或3D格式

实现约束
该技术的有效实施需要各种组件的无缝集成。在采用它时可能有某些限制:

技术限制

市场约束

  • 技术已经准备好了。通过使用集成API或采用ETSI等组织制定的物联网标准,可以克服大规模实施过程中的集成问题。
  • 随着5G、NB-IOT和LTE-M等连接技术的日益普及,网络可用性、速度和延迟(远程位置的限制)有望在未来3-5年内得到克服。
  • 没有大公司为畜牧业提供数字孪生解决方案。
  • 尚未制定KPI来评估该技术在畜牧业中的效益。
  • 还没有为畜牧业开发商业模式来将这项技术货币化。

经济约束

法律约束

  • 由于该技术尚未在畜牧业中实施,因此其经济性不得而知。
  • 考虑到投资这项技术的相关风险,只有业务多元化的公司才更愿意投资这项技术。
  • 到目前为止,还没有制定关于牲畜使用数字孪生兄弟的道德规范。
  • 如果在数字孪生系统中实现自动决策,其用于动物将受到法律考虑。

接下来呢?
全球人口呈爆炸式增长,目前的出生率为每秒2.5人。畜牧业已经在努力解决诸如食品需求增加、消费者偏好变化以及对优质食用食品的高需求等问题。为了解决这一问题,畜牧公司和农场管理者必须在制造业和农业领域实施先进技术。Digital twin是一个高质量的解决方案,它在畜牧业中的应用只是时间问题。预计2021年将是实施该计划的一年并不太牵强。到2025年,它可能会被各大畜牧业公司所接受。因此,肉类生产、加工公司和农场管理者现在应该采取行动,在其生产过程中实现数字化。作为第一步,这些公司可以进行技术经济分析,以评估该解决方案的可行性,或确定适当的合作伙伴,以帮助他们实现这一转型。

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