智慧農業—工業工程的新興應用領域

✎【雲林科技大學工業工程與管理系 】 袁明鑑 教授、陳敏生 教授 | 2022-05-10

以農業而言，供應鏈最上游是由肥料、農藥、疫苗與資材廠商組成；供應鏈的中游是由各種加工廠組成，將初級農作物加工為食品，構成農業的二級產業，再由物流廠商將作物與加工品運送至拍賣批發與零售廠商；供應鏈的最下游則是由賣場、餐廳、企業團膳、學校營養午餐與終端消費者組成。以上之供應鏈可輕易擴展到廣義農業，包括農、林、漁、牧等，其規模經濟之龐大，難有其他產業能與之相比[5]。站在供應鏈巨觀之角度，可以觀察到農業諸多問題可運用新科技與跨領域技術，將農業數位轉型為新一代的智慧農業，工業工程的訓練正可為智慧農業提供解決方案。

• 工業工程對智慧農業的具體應用

工業工程有許多切入點可以參與規劃設計，本文從食安角度切入，因食安問題對民眾健康影響至鉅，其發生通常在管理認知不足，管理通常被視為增加成本的非必要項目，在此以管理為主軸，說明工業工程對智慧農業的幾項應用。

• e化管理系統開發與導入

管理要落實，必需要藉助資訊系統導入，農業也無例外，必須藉助資訊系統建立管理與溯源機制，從根本解決食安問題，並提供進階科技應用的平台。雲科大雲端農業服務中心參考成熟應用於在多種產業的企業資源規劃系統(ERP)，與創毅資訊合作調整開發為農業e化供應鏈溯源管理平台[2]，目前版本架構如圖一所示。

此系統採雲端設計，提供農場基礎資料管理、進銷存與田間管理，並可自動發佈農產品足跡，提供第三方標章驗證所需之文件以及農場自身的溯源管理。系統可結合智慧感測與控制，蒐集農場之環境數據提供進階應用，如作物收成時間預測與植物病歷及遠距診斷處方。為達規模效益，此系統可同時管理多處農場，形成虛擬農業園區，並提供管理中心。e化之系統透過工作人員於農場作業過程中，從基礎資料之建置、田間管理過程、各品項之進銷存作業等，都由工作人員記錄，從栽種到採收入庫，皆可全程追蹤紀錄，進而建立田間管理之機制。而產品若要在特定區域銷售，種植必需遵照良好農業規範(GAP，Good Agriculture Practice，如TGAP與Global GAP)並舉證，才能取得驗證。而因GAP規範繁複，必需與e化系統結合才能有效執行並舉證「做其所說」。

• 農產品足跡建立與溯源管理

透過建置田間管理過程，可產生產品足跡提供給消費者品質與安全的資訊，包括產品說明、營養資訊、原物料足跡、種植與加工足跡、檢驗足跡與生產者介紹。圖二為台南16號稻米的足跡手機畫面[3]。與現行「履歷」不同的是，足跡是由農場e化系統在確認各項管理完成時立即自動發佈上網，不經由人工記錄產生，目的在對消費者「說其所做」。

• 農產品標章驗證

為檢視農產品種植是否符合規範，需經由第三方查核，如驗證通過會授予標章，用以識別產品的品質。標章的重要性不僅在影響產品價格，更可能決定是否有資格進入特定市場，如歐盟要求農產品需有Global GAP驗證才能進入歐盟市場，穆斯林區域則要求清真驗證。標章驗證通常需要準備大量佐證資料，透過e化平台使系統導引各項管理作業的進行，確認執行後，系統隨時可以自動彙整驗證所需文件，大量節省文件準備所需人力。

• AIoT感測器應用

工業4.0大量應用IoT感測器，監測生產環境與機台加工參數，利用所取得的大量數據結合AI技術實現智能生產，相同的概念完全可以複製到農業上。眾多的農業感測器包括土壤溫度、濕度、導電度、氮磷鉀肥分、紫外線、照度、空氣溫度、雨量、風向、風速等已廣為使用[4]。以感測器為主軸的監測系統可與農業e化管理系統整合，可達成農作物的智能生產，本團隊目前已開發水稻預測與灌溉控制系統，此應用僅為初步嘗試，意在拋磚引玉，若能應用工業工程專業，如品質工程與AI，不僅可系統化改善作物產量與品質，更有無數的研究題目可供探討。

• 農作物病蟲害遠距醫療

農作物在栽種過程中，可能感染各種病蟲害疫病，而農場e化系統有該作物的農藥、肥料與耕作過程，亦有感測系統回傳的水土環境資訊，可構成該作物完整的「植物病歷」。因此，當作物有感染各蟲害疫病時，上述之資料在平台上可輔佐植物醫師進行疫病診斷的遠距醫療。植物醫師可以檢視農民回報的病蟲害或藥傷症狀照片，並提供相關的診斷處方，農民可依據處方使用資材並回報治療效果。

• 結論

農業向來被認為是辛苦的夕陽產業，導致農業人口流失老化，不僅農場普遍有缺工的困擾，跨領域人才也鮮少願意投入農業。智慧農業的發展將會扭轉農業的結構與產業形象，運用科技建立農業新的經營模式，為農業帶來希望與機會，若能將跨域訓練之人力加入農業，藉此豐富農業的內涵與產值，讓農業重新成為經濟發展的動力。

在本文即將完結之際，獲知本團隊獲得TSAA台灣永續行動獎金獎(SDG 12 責任消費與生產)；更榮獲「經濟部第七屆國家產業創新獎」(團隊類產業創新聯盟)，可見以工業工程各項理論為基礎應用於農業，協助農產品加值與提高品質的想法獲得肯定。我們在此野人獻曝，希望更多工業工程的優秀人才能投入農業，創造更多新的應用，讓農業的智能生產在台灣不再是遙不可及的夢想！

參考文獻

1. Mingjian Yuan， Tzongyin Shieh， Guanyin Lu， Yenhung Lin， 2014， The Applications of Industrial Engineering in Agriculture Production Management， The 4th Institute of Industrial Engineers Asia Conference 2014 & The 5th International Asia Conference on Industrial Engineering and Management Innovation， 2014/07/21-22， IIE， ANIE， Chinese Industrial Engineering Institution， 西安，交大， pp.403-408.

2. 創毅資訊，雲端農場管理系統使用手冊，2017。

3. 臺灣大學生物資源暨農學院實驗林管理處，臺南16號鹿光米雲端農場管理專案結案報告書，2017。

4. 江奕璇，氣象、電力、環境感測器整合 IoT方案，今齊有限公司，2018。

5. 袁明鑑、陳敏生、吳晉東、洪佳輝，從智慧製造到智慧農業，Proceedings of the 2018 IISE Asian Conference，2018。