計算機與農(nóng)業(yè)機械化的相關性研究

王桂鳳，王 珂

(鄭州旅游職業(yè)學院 信息工程系，鄭州 450000)

?

計算機與農(nóng)業(yè)機械化的相關性研究

王桂鳳，王 珂

(鄭州旅游職業(yè)學院 信息工程系，鄭州 450000)

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，而農(nóng)業(yè)又是國民經(jīng)濟賴以發(fā)展的基礎，隨著社會的進步及經(jīng)濟的發(fā)展，以“知識經(jīng)濟”為核心代表力量的新時代動力也在不斷演變之中。在新時期，我國在工業(yè)產(chǎn)業(yè)化及第三商貿(mào)服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展領域已然進入到了一個高速發(fā)展的階段，而形成這一局面的原因在很大程度上與互聯(lián)網(wǎng)計算機技術的研發(fā)更新應用密不可分。因此，作為國民經(jīng)濟賴以發(fā)展的基礎性產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟，尤其是在我國社會主義新農(nóng)村事業(yè)建設發(fā)展轉(zhuǎn)型的關鍵時期，通過互聯(lián)網(wǎng)計算機信息化技術的引入和應用，能夠加速推進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進程，進而促使我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)得到全方位的發(fā)展。

計算機技術；物聯(lián)網(wǎng)；農(nóng)業(yè)機械化；相關性

0 引言

新時期，伴隨著科學技術的不斷發(fā)展，世界各國在國際競爭領域也逐步轉(zhuǎn)向科技信息產(chǎn)業(yè)方面。在經(jīng)濟全球一體化的帶動和影響下，我國在計算機技術研發(fā)和更新領域也取得了長足的進步，且許多技術研發(fā)成果被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、交通運輸及商貿(mào)服務等各領域。計算機技術的進步增強了我國國際綜合競爭能力，促進了國內(nèi)社會各產(chǎn)業(yè)各領域的繁榮與進步，進而不斷推動著我國知識創(chuàng)新與技術創(chuàng)新，并且影響范圍已經(jīng)深入到人們的日常生活當中。正是因為當下我國社會各產(chǎn)業(yè)各領域的發(fā)展已然離不開計算機信息化應用技術，所以在現(xiàn)階段計算機技術的應用范圍也從最初的數(shù)值計算擴展到社會生活的許多領域。本文基于計算機與農(nóng)業(yè)機械化相關性的課題研究，重點圍繞著現(xiàn)發(fā)展階段我國在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展過程中農(nóng)機產(chǎn)業(yè)化格局形成及發(fā)展現(xiàn)狀，并借助于互聯(lián)網(wǎng)計算機信息化技術的廣泛應用與普及，從一個全新的視角來看待和評價新時期計算機與農(nóng)業(yè)機械化相互之間的影響機制。

1 計算機在農(nóng)業(yè)機械化中的支撐作用

1.1 計算機技術在農(nóng)機具設計與制造中的應用

自20世紀70年代開始，我國在農(nóng)業(yè)發(fā)展領域及其研究就逐步進入到農(nóng)機化初期研究與應用階段。在我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展及技術演變的過程中，早期的農(nóng)業(yè)機械基本都是靠經(jīng)驗設計的，從而導致機械設備制造工藝過于簡陋、粗糙、科技含量低等缺陷。進入到21世紀以來，尤其是在最近10年的我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展過程中，農(nóng)業(yè)機械一體化發(fā)展格局也逐漸形成，尤其是在我國東部沿海地區(qū)，在許多領域技術水準已處在世界一線水平。通過應用計算機信息技術，可以實現(xiàn)多種設計軟件共同應用到農(nóng)機研發(fā)層面。對于以往人們對機械化與機具的期望與標準要求，之前所無法實現(xiàn)的目標，由于有了強大的計算機技術基礎作為后盾保障，能夠最大限度地將人們的設計理念集中體現(xiàn)出來。例如，人們可以在計算機上對所要涉及的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機具進行設計，包括機具功能得到模擬設置與修改、機具大小外觀及尺寸的測量設計等。在互聯(lián)網(wǎng)計算機技術的嵌入下，不僅量化了設計依據(jù)，最重要的一點就是還能夠?qū)⑷祟惥唧w的設計要求通過計算機編程，并結合利用數(shù)控技術對其實施加工，進一步提升了整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機具設備的制造精度，最終讓以往人們心目中所想的“精準農(nóng)業(yè)”生產(chǎn)模式成為了現(xiàn)實。

在農(nóng)機設計應用方面，現(xiàn)代農(nóng)機離不開現(xiàn)代的設計方法，而現(xiàn)代的設計方法全部需要依靠著計算機來作為設計手段，在具體設計與實施環(huán)節(jié)，則是重點依靠著各種軟硬件設備及技術作為支撐，這一點與相對較為傳統(tǒng)的設計模式存在本質(zhì)區(qū)別。通過借助計算機技術，可將整個農(nóng)業(yè)機械及相關操作設備的性能做到最大化、最優(yōu)化狀態(tài)，包括在輔助設計、仿真、制造、管理等層面。現(xiàn)階段，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機械在設計過程中，方法有很多種，最常運用到的包括有優(yōu)化設計、可靠性設計、建模與仿真設計、并行設計及有限元分析法等。

1.2 計算機技術在農(nóng)機具維修與功能實現(xiàn)上的應用

目前，我國在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化改造領域已經(jīng)取得了初步的發(fā)展成果，農(nóng)業(yè)機械化程度也大大提高。在這種大好發(fā)展背景下，隨著農(nóng)業(yè)機械設備種類的不斷研發(fā)與生產(chǎn)，農(nóng)機具的科技含量也在不斷提升，進而對于農(nóng)業(yè)機械的功能要求也在上升。換言之，傳統(tǒng)的農(nóng)機具在使用操作過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的故障；而隨著科學技術的進步，在計算機信息技術應用下，可很好地將農(nóng)機具功能作用發(fā)揮出來，包括自動化的實現(xiàn)及日常機械故障的檢修與維護，并精確判斷故障及分析其原因，從而通過換件來排除故障。比如，GPS信息技術在農(nóng)田開溝進行直線度控制等問題，基本都可以采用互聯(lián)網(wǎng)計算機應用技術來實現(xiàn)檢測工作。

另一方面，隨著計算機信息技術相繼投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化改造領域，當下農(nóng)機具的投入與生產(chǎn)也正在朝著自動化、現(xiàn)代化方向發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械的功能也由過去較為簡單的操作日漸轉(zhuǎn)向精確控制發(fā)展階段，如當前應用比較廣泛的聯(lián)合收獲機、播種機及蘋果采摘機等。在計算機技術的嵌入之下，基本上將最新、最先進的功能及技術在其中得到最大化的施展和發(fā)揮，進而實現(xiàn)了聯(lián)合收獲機脫粒深度的自動控制、播種機播種量的定量控制、蘋果采摘機蘋果成熟度判斷及蘋果搖擺過程中采摘手動態(tài)位置的控制。

1.3 計算機技術在農(nóng)機具作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控中的應用

農(nóng)業(yè)機械化的普及及農(nóng)業(yè)機械一體化進程的不斷推進與實現(xiàn)，在很大程度上取決于計算機技術的應用與深化程度。隨著計算機技術及農(nóng)業(yè)信息化技術項目的研發(fā)與推廣，計算機技術與農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)領域的關聯(lián)性也日益加強。尤其是在最近幾年，全國絕大部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)已經(jīng)離不開計算機等信息通訊技術。新時期，在計算機技術應用下的農(nóng)業(yè)機械，與傳統(tǒng)的農(nóng)具作業(yè)相比較而言，特別是在作業(yè)質(zhì)量及監(jiān)控效果方面，具有巨大的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)控主要是在農(nóng)業(yè)機械作業(yè)結束之后，通過人工抽樣的方法進行檢測，致使農(nóng)作物生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量很難得到保證。隨著計算機技術應用到農(nóng)機具作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控領域，包括在播種密度、漏播程度、脫粒強度及清選效果等方面，可以最大限度地實現(xiàn)實時監(jiān)控與處理。農(nóng)業(yè)機械作業(yè)中的每一個小環(huán)節(jié)、每一個時間點的實時情況都能夠記錄下來進行監(jiān)測，而不像傳統(tǒng)作業(yè)模式下都是在事后進行檢測；在操作過程中，均可通過自動調(diào)節(jié)或者是人工動態(tài)等形式來及時發(fā)現(xiàn)其中的問題并實施處理措施。

2 CAD系統(tǒng)軟件的開發(fā)及應用

通過計算機技術的引入，在農(nóng)機設計與優(yōu)化環(huán)節(jié)基本上省略了傳統(tǒng)設計中工程設計的大部分工作，包括分析、計算、繪圖、制表及仿真等。當然，在這些方面的工作計算機只能提供技術支撐效力，并不能完全來代替人，因為計算機本身就是人的創(chuàng)造性勞動結果，所以在最終的管理與決策上還需要人來執(zhí)行。例如，在工程總體方案的擬定和全面評價層面，整個設計過程中，人始終占據(jù)著主導性地位，因此才稱之為“計算機輔助設計”(Computer Aided Design ，簡稱為CAD)。關于CAD技術的研究，在20世紀90年代，包括清華大學、浙江大學、西北工業(yè)大學及北京航空大學在內(nèi)的眾多有科研實力的高等院校及科研機構就逐漸開始投入到CAD技術的研究領域中來；直到現(xiàn)在，經(jīng)過20年的發(fā)展與創(chuàng)新，在CAD理論研究領域取得了長足的進展，科研實踐及推廣應用奠定了堅實的基礎。

關于CAD ，它最早誕生于20世紀60年代的美國，是由美國麻省理工學院首先發(fā)起的一項研究計劃，目的是針對學校提出的“交互式圖形學”問題來進行展開的；但由于當時相關硬件設施比較昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司擁有自主開發(fā)和使用的交互式繪圖系統(tǒng)。直到70年代末到80年代初期，在美國工業(yè)生產(chǎn)與制造領域才開始廣泛使用這種交互式繪圖系統(tǒng)。隨著PC機的大量生產(chǎn)及推廣，CAD才開始進入迅速發(fā)展的階段，關于CAD的研究相繼展開，進而出現(xiàn)了專門從事CAD技術設計系統(tǒng)開發(fā)的公司。CAD所具備的最基本的功能包括有平面繪圖功能、編輯圖形功能、標注尺寸功能、書寫文字功能、圖層管理功能、三位繪圖功能、網(wǎng)絡系統(tǒng)識別功能及后續(xù)增設的數(shù)據(jù)信息交互功能。CAD的目標也是它最根本的任務要求，主要是為了更好地實現(xiàn)無紙化設計和制造。當前在國內(nèi)該領域，對于CAD系統(tǒng)軟件的開發(fā)更是一浪高過一浪。CAD的目標是實現(xiàn)無紙化設計與制造，在具體實踐過程中，可以充分運用三維實體模型來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二維繪圖方式，逼真地展現(xiàn)出了人們所真正需要的產(chǎn)品設計信息。但是，在具體工程項目實際操作環(huán)節(jié)，為了能夠?qū)⑦@種技術切實地與實際操作相結合起來，經(jīng)常還會將三維實體模型轉(zhuǎn)換為二維工程圖紙。以大部分工業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)部門為例，在實踐應用領域，基本上都實現(xiàn)了CAD的二維繪圖，對于少部分大型企業(yè)而言，他們則更多地注重三維整體設計的效果，進而在許多項目開發(fā)設計層面都是使用CAD三維操作設計系統(tǒng)。進入到21世紀以來，隨著我國農(nóng)業(yè)化水平的不斷提高，為了能夠更好地適應新時期現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展與市場需求，許多地區(qū)都將CAD技術應用到農(nóng)業(yè)機械設計與制造領域中。例如，從農(nóng)業(yè)機械的結構、裝配及模具等方面設計入手，包括農(nóng)機底盤CAD技術、農(nóng)機模具CAD技術、農(nóng)機車身CAD技術等。由于這些計算機技術的應用，在很大程度上助力農(nóng)機設計水平與農(nóng)機制造質(zhì)量的提升，進而將手工紙筆繪圖形式變成了歷史。

3 實例探究計算機與農(nóng)業(yè)機械相關性

3.1 物聯(lián)網(wǎng)

“物聯(lián)網(wǎng)”的概念最早提出于1999年，其內(nèi)涵就在于實現(xiàn)物物相連的網(wǎng)絡信息管理平臺，即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”(Internet of Things)?！拔锫?lián)網(wǎng)”概念的提出基本上打破了人們傳統(tǒng)觀念認識下的固定思維方式，以當前逐漸興起的智慧城市建設為例，包括工程建筑物、公路工程、機場等，尤其是在工程建筑建設領域。由于物聯(lián)網(wǎng)高新科技的應用，使得一些工地工程項目逐步形成一套完備化、數(shù)字化的智慧工地網(wǎng)絡系統(tǒng)平臺。

其具體可涵蓋兩層意思：① 物聯(lián)網(wǎng)的核心與基礎是建立并遵循互聯(lián)網(wǎng)信息技術基礎，是當下在互聯(lián)網(wǎng)基礎之上的進一步拓展與延伸，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的最大優(yōu)化與平臺的開放性；② 基于物聯(lián)網(wǎng)自主搭建區(qū)域內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)平臺，在物聯(lián)網(wǎng)平臺中用戶端設置上，可通過延伸擴展實現(xiàn)與其它物品之間的一種連接，并在這種區(qū)域連接之內(nèi)自由進行信息交換和通訊。通常情況下，關于物聯(lián)網(wǎng)的定義，基本可以通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)及激光掃描器等相關信息傳感技術設備來進行。嚴格按照工程項目之前設置、規(guī)劃好的協(xié)議將其中各項要素、物品進行連接，在互聯(lián)網(wǎng)云計算運用環(huán)境下實現(xiàn)最終的信息交換、資源共享及數(shù)字化通信，包括智能化識別系統(tǒng)、跟蹤定位系統(tǒng)、操作管理與視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在工作管理人員的視野中，就是一種“實況直播”。

3.2 功能模塊的設計

在遠程控制系統(tǒng)軟件設計方面，主要采用的是嵌入式網(wǎng)關軟件，即嵌入式Linux技術，內(nèi)部主要包括3大功能模塊，數(shù)據(jù)操作功能模塊、串口通信功能模塊、服務器功能模塊。① 在數(shù)據(jù)操作模塊的設計上，主要是對于接口的設計與調(diào)用；② 關于串口通信模塊，在控制系統(tǒng)的操作應用呈現(xiàn)為：設備初始化—開啟串口—發(fā)送數(shù)據(jù)/接收—清理緩沖區(qū)域數(shù)據(jù)—讀取數(shù)據(jù)—解析數(shù)據(jù)—儲存數(shù)據(jù)—指令配置；③ 服務器模塊是整個遠程監(jiān)測控制系統(tǒng)模式運行下的核心功能模塊，通過C/S模式平臺的應用，將各子服務系統(tǒng)與中心控制客戶端實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)通信。在Socket端口下，其主要功用就在于讀取、分析和處理來自客戶端的相應服務請求，并及時、準確地將處理過后的結果數(shù)據(jù)信息反饋到控制中心客戶端。在實際操作應用中，主要工作流程如下：Socket創(chuàng)建—Socket端口的捆綁與監(jiān)控—Socket端口數(shù)據(jù)的接收—數(shù)據(jù)的解析—指令的配置—指令的輸入—數(shù)據(jù)參數(shù)查詢”。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)技術在農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展中的應用

物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)領域?qū)嵺`應用如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)領域的實踐應用效果圖

所展示的是我國北方某城市在計算機技術與農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究領域所取得的比較典型的成功案例。在農(nóng)業(yè)機械物聯(lián)網(wǎng)相互嵌入格局下，物聯(lián)網(wǎng)信息技術在農(nóng)業(yè)機械化推廣中的應用，優(yōu)勢功能可反映在農(nóng)業(yè)機械裝備技術領域。新時期，隨著互聯(lián)網(wǎng)計算機技術的飛速發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)為核心技術的計算機信息技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域、農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展應用領域取得了較好的實踐經(jīng)驗與社會推廣價值。首先，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)機械化進程中，扮演著核心角色，通過物聯(lián)網(wǎng)信息技術的普及和應用(以圖1為例)，廣大的農(nóng)戶能夠及時了解農(nóng)作物的生產(chǎn)狀況，包括農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)節(jié)方面及天氣氣象變化等方面，如土壤濕度、土壤成分、pH值、降水量、溫度、空氣濕度、光照強度、氣壓及區(qū)域空間空氣中CO2濃度等相關寶貴的氣象信息和數(shù)據(jù)資料等。各用戶根據(jù)這些傳達到自己身邊的信息，再結合著當前相對嫻熟的農(nóng)業(yè)機械操作技術，有助于找到最為合適的一種生存條件，進而有效地提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量及產(chǎn)業(yè)化效率。除此之外，廣大的農(nóng)戶通過利用網(wǎng)絡的智能化操作系統(tǒng)平臺，可以自主選擇自己用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需要的一系列資料信息，如查詢并計算出農(nóng)作植物生產(chǎn)的各項環(huán)境指標等。

4 結論

隨著社會主義新農(nóng)村建設事業(yè)的不斷推進，現(xiàn)發(fā)展階段我國在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化結構轉(zhuǎn)變領域取得了初步的進展。其中，表現(xiàn)最為突出的當屬農(nóng)機一體化體系的發(fā)展與實現(xiàn)，其得益于計算機技術的廣泛應用。新時期，計算機技術已經(jīng)廣泛應用于科研、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等各個方面，幾乎徹底改變了人們的生活觀念、工作方式，在加速工業(yè)現(xiàn)代化及信息現(xiàn)代化前進步伐的同時，在很大程度上也對我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程產(chǎn)生著較為深遠的影響，在農(nóng)業(yè)機械設計和制造方面、農(nóng)業(yè)機械管理與決策方面及農(nóng)業(yè)機械智能化生產(chǎn)方面均具有重大作用。

[1] 田輝輝,王熙.基于 CAN 總線的農(nóng)業(yè)溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].農(nóng)機化研究,2013，35(6):174-177.

[2] 王德雙.農(nóng)機化計算機應用的意義與發(fā)展前景[J].農(nóng)機使用與維修,2011(3):7.

[3] 趙偉.推進農(nóng)機化與信息化相融合的思考[J].農(nóng)機質(zhì)量與監(jiān)督,2012(4):23-24.

[4] 石永昆.黑龍江省農(nóng)業(yè)機械化影響因素分析與對策研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學,2012.

[5] 崔井軍.精細農(nóng)業(yè)機械化作物生產(chǎn)計算機集成技術[J].消費電子,2013(16):156-156.

[6] 黎運宇,黎建華.計算機在農(nóng)機化中的支撐作用[J].湖南農(nóng)機,2013(7):1-2,5.

[7] 徐東英.淺談農(nóng)機化軟件項目管理中的問題分析研究[J].農(nóng)村牧區(qū)機械化,2011,(5):31-32.

The Correlation Between Computer and Agricultural Mechanization Research

Wang Guifeng, Wang Ke

(Tourism Vocational College of Information Engineering of Zhengzhou,Zhengzhou 450000， China)

China is an agricultural country and agriculture is the foundation of the national economy depends on development, on the other hand, with the development of the progress of the society, economy, with the "knowledge economy" as the core power in a new era of power also continues to evolve. In the new era, our country in the field of industrialization and three industrial trade service industry development has entered a rapid development stage, and the reasons for this situation to a great extent, is closely connected with the Internet research and development to update the application of computer technology. Therefore, as the basic industry of national economy development depends on the economy, especially in our country the socialism new rural construction the key period of development of transformation, the introduction of computer information technology and application via the Internet, can accelerate the process of agricultural modernization in our country, leading to the agricultural industry of our country get all-round development.

computer technology; the Internet of things; agricultural mechanization; correlation

2016-03-23

國家自然科學基金項目(61363006)

王桂鳳(1982-),女，河南濮陽人，講師，碩士研究生，(E-mail)wgf830516@163.com。

王 珂(1980-),女，鄭州人，講師，碩士，(E-mail)3430115@qq.com。

S126

A

1003-188X(2017)02-0265-04