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LabraS Automated System for Planning Soil Tillage in Sugarcane


ABSTRACT

Soil tillage requires an adequate planning to meet the requirements of plantation and cultural attention of sugarcane with opportunity, quality and environmental sustainability. The objective of this work is to present the characteristics of the automated system LabraS, designed for the planning of soil tillage in sugarcane. The technological processes of tillage considered were deforestation, leveling, soil preparation, planting, fertilization and post-harvest cultivation. The minimum management unit considered for the recommendations was the sugarcane block. The software was designed on a Windows platform, with easy installation and operation; it has a structure with five menus (Tools, Encoders, Reports, Recommendations and Processes) and three types of users (producer, INICA and administrator). The main reports include the distribution of soil limiting factors for tillage, technological charts by process, analysis of exploitation of machinery, planning of work, demand for inputs and requirements of herbicides for conditioning and preservation of areas in the preparation of soil and plantation, respectively. The validation of the software was carried out in the UEB Melanio Hernández, in a total area of 6430.76 ha, with satisfactory results in the tests of the algorithms, the procedures and expressions of calculations. The implementation of the automated system for the planning of soil tillage in AZCUBA was recommended.

Keywords: 

technological processes; software; plantation; technological chart.

 


The decision making in agricultural mechanization is complicated by the high number of factors to be taken into account when planning a technological process in agriculture, but also, if the means to face it are heterogeneous in terms of the machinery park and the edaphoclimatic conditions for the cultivation of sugarcane, the situation reaches a greater degree of complexity.

The use of computer media has proven to be a very effective and efficient tool in decision making, where multiple variables intervene. It provides remarkable results in the reduction of execution time and in absorbing sudden changes providing immediate solutions (Sotto et al., 2006; Martínez et al., 2014, 2014; De las Cuevas et al., 2015; Pereira et al., 2015; Álvarez et al., 2015).

To analyze the operation of the machinery specifically, the software ANAEXPLO, on Excel platform, was developed in the country, aimed at the analysis of the deficit-surplus of mechanized means in the service units of machinery (Sotto et al., 2006). The achievement of maximum veracity, as referred by the author, depends on that the technology proposed for each crop, the aggregations and the correspondent indicators obey to the reality of the production, the concrete conditions of exploitation in each unit and the particularities derived from the type of soil.

However, if in the development of an application for the same purposes, the obtaining of technological charts is included, with the conception from the initial stage of the work of the machinery grouped in platoons, it is possible to obtain integral recommendations at the same stage. That includes the agronomy of the crop, the analysis of machinery exploitation and the demand of supplies, which reduces the time, allows achieving greater precision in the results and minimizing errors.

On the other hand, the work of tillage for the plantation of sugarcane and cultural attention to the crop should be planned in such a sense that meet the requirements with opportunity, quality and environmental sustainability. For that, it is essential to identify the properties of the environment to be transformed and its edaphic limitations, climatic conditions and available equipment (Betancourt et al., 2015). In the productive practice of the country, this is not the case. The work is improperly planned, for example, a soil with problem of stoniness receives the same management as one that has little effective depth, or bad drainage.

It has brought unfavorable results in the plantation and development of sugarcane because a suitable plantation bed has not been established; likewise, soil degradation due to poor management is favored.

The rapid development of information technology, the need to improve soil tillage in Sugar Business Group (AZCUBA), the experience of Sugar Cane Research Institute (INICA) in implementing scientific-technical services, with computer tools for decision-making (Arcia et al., 2004) and the results of more than 40 years of research in tillage, may help improving the soil tillage planning for sugarcane production, by using an automated decision-making system.

The objective of this work is to show the main characteristics of the automated system LabraS developed for the decision making in the planning of soil tillage for sugarcane.

Deforestation, leveling, soil preparation, planting, fertilization and post-harvest cultivation are the technological processes designed for planning through the automated system. The recommendations exclude everything related to the standards and dosage of the fertilizer as they corresponds to the Service for the Recommendation of Fertilizers and Amendments (SERFE) and the herbicides and their doses for belonging to the Integrated Weed Control Service (SERCIM).

The existing coders in AZCUBA Business Group were used. They were the identifier of Sugarcane Companies (EA), Base Business Units (UEB), Production Units (UPC) and the Blocks, which served to link with the Unique Database (BDU) and the rest of the scientific-technical services provided by INICA. A sugarcane block is the minimum management unit for issuing the recommendations.

Soil texture refers to the relative proportion of different groups of mineral particles in the soil (Cairo & Fundora, 2007)1. The coding used in the preparation algorithms of the plantation bed defined light, medium and heavy, according to the texture corresponding to the agro-productive groupings of soil for sugarcane established by INICA (Table 1).

TABLE 1. 

Agro-productive grouping of soils and their texture

Agroproductive groupingTexture

  • Calcium Ferrallitized

  • Ferritized

  • Quartzites Ferrallitized

  • Calcium Fersialitized

  • Light

  • Media

  • Calcium Sialitized

  • Non-Calcium Sialitized

  • Vertisols

  • Calcium Gyalzados Sialitized

  • Ferralitized Gyalzados

  • Alluvials

Heavy

Based on the limiting factors for mechanization proposed by Cairo & Fundora (2007) and Santana et al. (1999), effective depth, salinity, drainage, stoniness, slope and compaction were considered on the recommendation of technological indications. It was due to their high weight on technological changes in tillage and for being referred in the digital information of the map 1:25 000, used for evaluating soil physical aptitude by INICA. The characteristics of the information to be processed, the categories of the limiting factor that determine their presence or not in the conditions evaluated and the procedures to be applied were carried out according to the methodology proposed by Betancourt et al. (2011). It should be noted that the absence of any of these factors for this case gives rise to the soils without limitations for the mechanization of soil tillage.

The energy sources, the implements and the aggregates considered the inventory of tractors and implements of the Azucarero AZCUBA Group. Exploitation indices such as the performance per day (ha/day), fuel expense (L/ha) and cost (peso/ha) for work and types of maintenance per equipment brand were taken from the planning indicators established in AZCUBA.

The technological variants and their work in the alternatives per processes and the period between soil preparation tasks took into account the results of the soil tillage research of INICA and other institutions of the country (Gómez et al., 1997; Santana et al., 1999; Crespo et al., 2013; Gutiérrez et al., 2013 and Oliva et al., 2014).

The herbicides and the doses recommended in the preparation of the area for the soil preparation and the preservation for the plantation were carried out prior coordination with the Expert Group of the Integrated Weed Control Service (SERCIM) of INICA.

The updating or modification of the coders of the system were due to the agreements reached in the meetings of the expert group from AZCUBA and INICA.

A methodology was established to request the data of the tillage processes to the sugarcane producer based on four models that identify the existing situation of the areas to be worked and the means of tillage (conformation of the squads, inventory of the equipment and actual days)(Pérez, 2018). They correspond to the information demanded by the software algorithms to recommend technological charts and selection of aggregates.

The operation analysis of the machinery was carried out using the expressions proposed by González & Tzucurov (1986) and González (1993).

The application was developed in a Microsoft Visual Studio 2013 Ultimate environment, the database was supported on Microsoft SQL Server Express Edition 2008 and Microsoft Report Viewer 2012 was used for the reports.

Three users were established: the producer with limited access to the system's coders and the conformation of technological alternatives (AT), INICA, as service coordinator in the territories with permissions to the coders, except the AT and the Administrator (the technologist) with free access.

The validation of the automated system was carried out in the UEB Melanio Hernández that belongs to Sancti Spíritus Sugar Company, using the information of the 2017-2018 campaign.

The software designed for the planning of the tillage processes was named "LabraS" and was created for the Windows platform. The installation was made with facilities to the user for having a package with the following content: LabraS-Setup.exe and Binaries. The execution of the LabraS-Setup.exe file is responsible for carrying out the entire process following a sequence of interactive instructions with the user. Table 2 presents the hardware requirements to perform the installation and successful execution of the application.

TABLE 2. 

Main hardware requirements for software installation

ParametersMinimum ValuesRecommended Values
CPU1 GHz Superior
Memory512 MB 1 GB or higher
Disc space*
• With the local database2 GBUnlimited
• With the database on another server1 GBUnlimited
Monitor resolution800 X 600 1024 X 768 or higher
Windows Operating System-32 bit or 64 bit

The application for the producer does not require registration; however, to access the rest of the functionalities in the other users, the registration of the application is demanded, which is established for one year of work.

The software environment is shown in Figure 1. The main menus that make up the application are Processes, Recommendations, Reports, Encoders and Tools, located on the top or left side to facilitate interactivity with the user. The side menu is designed to be hiden, if the operator requires it.

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FIGURE 1. 

LabraS software environment.

The Processes menu is designed to capture the input data requested from the producer, such as the information on the five tillage processes, the organization of the squads, the inventory of equipment, among others (Table 3). Figures 2 and 3 show, as an example, the windows for the capture of the data of ground preparation and the squads conformation, respectively

TABLE 3. 

Description of the Processes menu options

OptionDescription
Deforestation dataArea/Block/Type of vegetation/Date of execution
Basic leveling data Area/Block/Terrain conditions/Execution date.
Soil preparation data Area/Block/Soil limiting factor/Texture/Soil conditions/Smoothing requirements/Change of furrow/Predominant weeds/Date of execution/Planting time.
Planting data Area/Block/Soil limiting factor/Irrigation/Workforce availability/Date of execution.
Fertilization and post-harvest tillage dataArea/Block/Soil limiting factor/Type of Harvest/Strain/Block population/Agricultural yield (t/ha)/Date of execution
Brigades or platoonsTo conform the structure of the squads, aggregates and quantity, according to the technological process and their belonging.
Effective daysThe total effective days per technological process per UEB
Inventory of energy sources (FE) and implementsFE and the implements that will participate in the tillage of soil according to their pertaining.
New machineryBrands and models of energy sources and implements to recommend in the report of new machinery.

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FIGURE 2. 

Window to capture the current situation of the areas to prepare.

In general, the capture of information is mostly done through a drop-down list or with the so-called Check Box, as it is also known for its terminology in English, to minimize time and errors when entering information.

It is important to highlight that the accuracy of the information provided by the producer in the data determines the quality of recommendations per block.

2071-0054-rcta-28-04-e09-gf3.png

FIGURE 3. 

Window to capture the current situation of the squads.

The Recommendations menu has a single option Issue Recommendations that when executed displays a dialog box with two tabs, Recommendations and Errors (Figure 4)

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FIGURE 4. 

Recommendations menu, a) Recommendations card and b) Errors card.

In the recommendations tab, the Sugar Company, the Business Unit and the Technological Process to which the recommendations will be issued are selected. While the information is processed, the total of blocks and the block in process are shown, which facilitates the identification of the block that shows some error in the captured data, if the recommendation for that cause is stopped. The second file presents the work that does not have a declared aggregate in the squads of the specified Unit and that prevents the completion of the technological card. This problem is solved by incorporating the aggregate in the brigade, which is located in the option Brigades or Platoons of the Processes menu.

The Reports menu includes all the recommendations regarding technological charts, analysis of the exploitation of machinery, supplies (filters, lubricating oils, greases, tires, belts, etc.), demand for herbicides for soil preparation, proposal of new machinery, among others. Table 4 presents the reports of limiting factors for mechanization and technological charts.

TABLE 4. 

Reports of the limiting factors for mechanization and technology charts

ReportGeneral description
Map of the most limiting factor for tillageThe map is generated in the MAPINFO software from the most limiting factor selected by the software.
Summary of the most limiting factor for tillageIt shows the area and the percentage of limiting factors at UPC, UEB and EA level, as selected by the user.
General recommendation per technological processIt defines the possible variants per technological alternatives. It is designed for the consultation of the software operator.
Appropriate recommendation per technological processIt presents the technological chart per management unit according to the selected technological process. It is the one given to the producer in the recommendations manual.
Ideal recommendation per technological processIt identifies the ideal variant per technological alternative whether or not there are aggregates in the platoon. It is designed to consult the software operator.
Summary per blockIt presents the technological charts of all the processes to be carried out for the minimum management unit (the block) in a single report. It is delivered at the request of the client.

An example of a suitable recommendation for planting is shown in Figure 5.

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FIGURE 5. 

Example of suitable recommendation for the planting process.

The recommendation presents the tasks, the start and end dates, the aggregates and the main operating parameters for tasks depending on the area selected. It should be noticed that for the plantation the start dates coincide for all operations as it is the case in practice, but in processes such as soil preparation and post-harvest cultivation, this parameter includes the time between work established in the coder of the software and the one defined by the group of experts. In this way, it was demonstrated the possibility of obtaining in the same recommendation process, the technological chart for cultivation based on the technological process, which is based on the analysis of exploitation of the machinery and the demand for inputs.

Table 5 shows the reports related to the exploitation analysis and the demand for inputs.

TABLE 5. 

Reports linked to the exploitation and demand of inputs analyses

ReportsGeneral description
Squad AnalysisIt determines the displacement and workload per months and year of the peloton. It is delivered at the request of the client.
Balance of energy sources and implementsIt shows the balance in terms of deficit and excess of energy sources and implements separated from the UEB from the work specified in the technology charts.
General analysisIt presents four alternatives. 1. Technical capacity to execute the tasks, it evaluates the equipment deficit according to the recommended tasks. 2.Annual distribution of work, it frames the area and fuel for work per month. 3. Annual use of the machinery, it specifies, per equipment brand, the hours of work and the fuel consumed monthly and total in the year. 4. Plan of sowing per month that breaks down the area for the sowing of cane monthly, semi-annually and annually.
New machineryIt presents the proposal of new equipment to be introduced.
Herbicide demandIt shows the demand for herbicides for conditioning and preservation of the area at UPC, UEB and EA levels. It is delivered in the manual of recommendations to the producer.
Demand for inputsIt presents the demand for inputs such as filters, tires, etc. per quarter for the tillage campaign. It is delivered in the manual of recommendations to the producer.
Inventory EquipmentIt relates the inventory of energy sources and implements used in the software to issue recommendations.

The description of the options on the Encoders menu is presented in Table 6. Those corresponding to Empresa, UEB and UPC coincide with those of the Unique Database of the Sugar Cane Research Institute and the rest are specific to the software.

TABLE 6. 

Description of the Encoders menu options

OptionDescription
CompanyIt shows the Sugar Companies.
UEBIt presents the UEB for the EAs.
Production unitsIt shows the UPCs according to the UEB and the selected EA.
BlocksIt relates the blocks of the selected UPC.
Technological alternativesIt allows the configuration of technological alternatives per technological processes.
Energy sourcesIt relates and configures the energetic sources of tillage
ImplementsIt relates and configures the implements.
AggregatesIt establishes tillage aggregates.
WorkIt defines the tillage tasks and the aggregates with their exploitation rates to execute it, such as yield, fuel expense and cost. It allows establishing expert criteria for the selection of aggregates.
InputsIt defines the general inputs used, such as oils, lubricants, filters, etc. and the general components of equipment such as the engine, speed box, differential, etc.
Term between laborsIt defines the deadlines between labors per technological process.
Variants per technological alternativesIt defines the variants and their work per technological process. It allows to establish expert criteria for the selection
Herbicide for soil preparationIt specifies herbicides for conditioning and preservation of areas in soil preparation and doses
Inputs against equipmentIt defines the capacity and period of changing of the inputs used for each component per equipment brand.
Select limiting factorThe limiting factors for machining are selected per minimum management unit (The block).
General dataThe general encoders used by the software are shown, such as Technological processes, Limiting factors per process, Criteria for recommendation, among others. They are read only.

The Tools menu is designed primarily to facilitate the exchange of information with the environment, to provide security and to protect the information (Table 7).

The UEB Melanio Hernandez has an extension of 12,791.8 ha destined to the cultivation of sugarcane, distributed in 15 Cane Production Units. The validation tests of the software were carried out in a total area of 6,430.76 ha. They were performed in 1,717.35 ha for soil preparation and planting processes and in 4,713.41 ha for fertilization and post-harvest cultivation.

The results obtained were satisfactory. The functionality of the algorithms in the selection of the limiting factors for the mechanization of the soil tillage, the adequate selection of the technological alternatives per the characteristics of the block, the variants and their tasks according to the selected alternative and the availability of the equipment was demonstrated. It was also proved, the feasibility of the calculations from the expressions and procedures used in the balance of machinery for both tractors and implements, the planning of work, the demand of supplies for maintenance and soil preparation herbicides and the proposal of new equipment (Pérez, 2018; Álvarez, 2018).

It is important to note that the LabraS software in version 2.0.0 is registered by the National Copyright Center (CNDA) with the Registry 2124-07-2017 (Betancourt et al., 2017).

Table 7. 

Description of the Tools menu options

Option Description
Configuration It sets the operation index for the selection of aggregates and the year of work. It also defines the center that will issue the recommendations to be shown on the cover
UsersIt defines the users that operate the software.
Change passwordIt facilitates the change of password depending on the user.
Import informationIt provides the import of the system encoders, the single database and producer encoders.
Export informationIt facilitates the export of system encoders and producer coders.
Import map of the limiting factorIt allows the import of the map generated in MAPINFO with the representation at the UEB level of the limiting factors
Save databaseIt facilitates the realization of the system's security copy.
DatabaseUtilitiesIt allows access to delete data, restore a backup or delete the database by running complementary software.
Register LabraSIt facilitates the registration of the application to move from roll of producer to INICA or administrator.
FinishIt closes the application.

  • LabraS software for tillage planning was designed on a Windows platform, with easy installation and operation; a structure with five menus (Tools, Encoders, Reports, Recommendations and Processes) and three user roles (producer, INICA and the administrator).

  • The main reports include distribution of soil limiting factors for tillage, technology charts for technological processes, analysis of machinery exploitation and demand for inputs.

  • Validation of LabraS software in UEB Melanio Hernández provided satisfactory results in the testing of algorithms, procedures and calculation expressions.

 

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NOTES

Considering the textural classification of the soils presented by Cairo & Fundora (2007), it should be specified that the heavy texture comprises clay, silty clay and clay loam, the medium texture includes franco, clay-loamy clay, sandy clay, silty loam and limo and light texture refers to those ofsand, franc sand and sandy loam.

 

NOTES

Tomando en cuenta la clasificación textural de los suelos presentada por Cairo y Fundora(2007), se debe especificar que la textura pesada comprende Arcilla, Arcilla limosa y Franco arcilloso, la textura media encierra Franco, Franco arcillo-limoso, Arcilla arenosa, Franco limoso y Limo y la textura ligera incluye Arena, la Arena franca y Franco arenoso.

 

 

 

 


Yoel Betancourt Rodríguez, Investigador Titular, Profesor Auxiliar. Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar. Estación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar Centro-Villa Clara (ETICA- Centro Villa Clara). Autopista nacional Km 246, Ranchuelo, Villa Clara, Cuba, e-mail: yoel.betancourt@nauta.cu; yoelbr15@gmail.com

Darién Alonso Camacho, Ingeniero en Ciencias Informáticas, Especialista. Grupo informático, Sagua La Grande, Villa Clara, Cuba, e-mail: darienalonso@gmail.com

Andrés Bernardo González Morales, Ingeniero en Ciencias Informáticas, Especialista. Grupo informático, Sagua La Grande, Villa Clara, Cuba, e-mail: abmorales2006@gmail.com

Alberto Jesús la Rosa Agramonte, Ingeniero en Ciencias Informáticas, Especialista. Grupo informático, Sagua La Grande, Villa Clara, Cuba, e-mail: albertojesuslarosaagramonte@gmail.com

The authors of this work declare no conflict of interest.

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The mention of commercial equipment marks, instruments or specific materials obeys identification purposes, there is not any promotional commitment related to them, neither for the authors nor for the editor.


 

SOFTWARE

 

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


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.


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.

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 agroproductivoTextura
Ferralitizados cálcicosLigera
Ferritizados
Ferralitizadoscuarcíticos
Fersialitizados cálcicosMedia
Sialitizados cálcicos
Sialitizados no cálcicos
VertisuelosPesada
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.

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

ParámetrosValores MínimosValores Recomendados
CPU1 GHzSuperior
Memoria512 MB1 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 monitor800 X 6001024 X 768 o superior
Sistema Operativo Windows-32 bits o 64 bit

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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

OpciónDescripción
Datos de deforestaciónÁrea/Bloque/Tipo de vegetación/Fecha de ejecución.
Datos de nivelación básicaÁrea/Bloque/Condiciones del terreno/ Fecha de ejecución.
Datos de preparación de sueloÁrea/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 plantaciónÁrea/ Bloque/Factor limitante de suelo/Riego/Disponibilidad de fuerza de trabajo/ Fecha de ejecución.
Datos de fertilización y cultivo post-cosechaÁrea/ Bloque/Factor limitante de suelo/Tipo de Cosecha/Cepa/Población del bloque / Rendimiento agrícola (t/ha)/ Fecha de ejecución.
Brigadas o pelotonesPara conformar la estructura de los pelotones, agregados y cantidad, según el proceso tecnológico y su pertenencia.
Días efectivosLos 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 maquinariaMarcas 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.

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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.

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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).

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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

InformesDescripción general
Mapa del factor más limitante para la labranzaEl mapa se genera en el software MAPINFO a partir del factor más limitante seleccionado por el software.
Resumen del factor más limitante para la labranzaMuestra 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 tecnológicoDefine las posibles variantes por alternativas tecnológica. Está diseñada para la consulta del operario del software.
Recomendación adecuada por proceso tecnológicoPresenta 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 tecnológicoIdentifica la variante ideal por alternativa tecnológica existan o no los agregados en el pelotón. Está diseñada para consulta del operario del software.
Resumen por bloquePresenta 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.

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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

InformesDescripción general
Análisis de los pelotonesDetermina 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 implementosMuestra 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 generalPresenta 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 insumosPresenta la demanda de insumos como filtros, neumáticos, etc. por trimestrepara la campaña de labranza. Se entrega en el manual de recomendaciones al productor.
Inventario EquiposRelaciona 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

OpciónDescripción
EmpresaMuestra las Empresas Azucareras.
UEBPresenta las UEB para las EA.
Unidades productorasMuestran las UPC en función de la UEB y la EA seleccionada.
BloquesRelaciona los Bloques de la UPC seleccionada.
Alternativas tecnológicasPermite la configuración de las alternativas tecnológicas por procesos tecnológicos.
Fuentes energéticasRelaciona y configura las fuentes energéticas de labranza
ImplementosRelaciona y configura los implementos.
AgregadosEstablece los agregados de labranza.
LaboresDefine 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.
InsumosDefine 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 laboresDefinen los plazos entre labores por proceso tecnológico.
Variantes por alternativas tecnológicasDefine las variantes y sus labores por proceso tecnológico. Permite establecer criterio de experto para la selección
Herbicida de preparación de suelosEspecifica los herbicidas para acondicionamiento y preservación de las áreas en la preparación de suelo y las dosis
Insumos contra equiposDefine la capacidad y el período de cambio de los insumos utilizados para cada componente por marca de equipo.
Seleccionar factor limitanteSe seleccionan los factores limitantes para la mecanización por unidad mínima de manejo (El bloque).
Datos generalesSe 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

OpciónDescripción
ConfiguraciónConfigura 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.
UsuariosDefine los usuarios que operan el software.
Cambiar contraseñaFacilita el cambio de contraseña en función del usuario.
Importar informaciónProporciona la importación de los codificadores del sistema, de la Base de datos única y los codificadores de productores.
Exportar informaciónFacilita la exportación de los codificadores del sistema y los codificadores de productores.
Importar mapa del factor limitantePermite la importación del mapa generado en MAPINFO con la representación a nivel de UEB de los factores limitantes
Salvar base de datosFacilita la realización de la salva de seguridad del sistema.
Utilidades de la base de datosPermite 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 LabraSFacilita el registro de la aplicación para pasar de roll de productor a INICA o administrador.
TerminarCierra 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).

  • 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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