機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

張曉鷗

（內(nèi)蒙古自治區(qū)鄉(xiāng)村振興研究中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

自從機(jī)電一體化技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，其應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越廣泛。目前機(jī)電一體化技術(shù)所應(yīng)用到的機(jī)械和電子技術(shù)，能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件和農(nóng)業(yè)機(jī)械的各項(xiàng)裝置等進(jìn)行有效整合，最大限度地提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用效率，提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。

1 機(jī)電一體化技術(shù)內(nèi)涵

機(jī)電一體化技術(shù)是將微電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)進(jìn)行有效整合的一項(xiàng)技術(shù)，整合過(guò)程是2 種技術(shù)相互印證、相互促進(jìn)的關(guān)系，也是一種綜合性的生產(chǎn)管理技術(shù)[1]。目前機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)中，進(jìn)一步有效提升農(nóng)業(yè)機(jī)械化的水平[2]。機(jī)電一體化技術(shù)分為軟件和硬件2 部分。硬件部分包括各個(gè)單元之間的組成元件和各傳感器等；軟件部分為支持工作運(yùn)作的各種軟件和程序等。目前傳感器應(yīng)用較為廣泛，其能夠?qū)r(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中的信息進(jìn)行收集、匯總、處理等。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，機(jī)電一體化技術(shù)中的傳感器也隨著信息技術(shù)的發(fā)展和軟硬件的更新等得到完善和更新，并且能夠更為快速、敏捷地處理各種信息[3]。為了讓各類傳感器能夠更好地處理農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，大部分的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息都是通過(guò)數(shù)字化的形式展現(xiàn)出來(lái)。傳感器對(duì)每個(gè)單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，然后系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)信息有效儲(chǔ)存后再進(jìn)行處理，還能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這樣可以在很大程度上提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的提升[4]。

2 重要性和意義

2.1 改善操作性能

目前，程序控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)和服務(wù)業(yè)，而且在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。從近年來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展和更新現(xiàn)象看，由于農(nóng)業(yè)機(jī)械操作頻繁，再加上操作環(huán)境較差，零部件的故障率較高[5]。在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)和使用過(guò)程中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以將農(nóng)業(yè)機(jī)械的零部件有效整合和簡(jiǎn)化，并且在新的操作系統(tǒng)應(yīng)用下，可以利用人工智能技術(shù)進(jìn)行廣泛的管理和應(yīng)用，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械在整個(gè)作業(yè)階段均可以保持良好的工作 狀態(tài)。

2.2 提升工作效率

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的推廣和普及，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的信息收集整理效率在一定階段內(nèi)得到了大幅提升，也為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的建設(shè)和發(fā)展提供了良好的支撐[6-7]。特別是以機(jī)電一體化技術(shù)為基石的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，實(shí)行共建共享，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備管理者和操作人員第一時(shí)間可以將農(nóng)機(jī)駕駛員所處的位置、操作的狀況等進(jìn)行掌控，以此判斷農(nóng)業(yè)作業(yè)情況和農(nóng)作物的耕作狀況等，為下一步農(nóng)業(yè)機(jī)械化操作技術(shù)提升和制定完善的實(shí)施方案提供相關(guān)的依據(jù)[8]。另外，以往的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)施在運(yùn)行一段時(shí)間后，需要定期對(duì)其進(jìn)行運(yùn)行和安全生產(chǎn)性能的檢測(cè)，這個(gè)時(shí)候采取人工方式非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如果將機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械中，將會(huì)提高檢測(cè)的效率，降低人工成本，而且能夠確保操作的質(zhì)量提升；還可以通過(guò)采取自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)的方式，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備定期進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，可以及時(shí)將機(jī)械設(shè)備的故障清除掉，最大限度地減少安全隱患問(wèn)題，減少農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的損耗。

2.3 減少相關(guān)的系統(tǒng)故障

當(dāng)前各級(jí)政府相關(guān)部門對(duì)農(nóng)機(jī)安全的重視程度越來(lái)越高。在農(nóng)機(jī)作業(yè)生產(chǎn)階段，機(jī)械設(shè)備的安全性能非常重要，機(jī)械操作人員和管理人員對(duì)其關(guān)注程度也非常高。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)存在一定的安全問(wèn)題，這種問(wèn)題一般都是常見的安全隱患問(wèn)題，尤其是對(duì)于使用年限比較長(zhǎng)而且生產(chǎn)工藝落后的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，任何部件出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)影響到農(nóng)業(yè)機(jī)械的正常使用，很大程度上降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，并且這個(gè)過(guò)程中更容易發(fā)生安全生產(chǎn)事故。以往的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中，若某一機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生故障，將會(huì)對(duì)整個(gè)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)生不利的影響，而運(yùn)用農(nóng)業(yè)機(jī)械一體化技術(shù)，可以借助機(jī)電一體化的自動(dòng)診斷、自動(dòng)預(yù)警等功能，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的第一時(shí)間進(jìn)行診斷，可以最大限度地減少農(nóng)業(yè)機(jī)械出現(xiàn)故障的頻率，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的安全生產(chǎn)性能，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2.4 完善農(nóng)機(jī)設(shè)備的功能性

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)程中，農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)往往會(huì)受到各種自然、地理等外界因素的影響，大多數(shù)自然環(huán)境條件都可能會(huì)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)產(chǎn)生負(fù)面影響，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。而機(jī)電一體化技術(shù)可以滿足不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和農(nóng)業(yè)作業(yè)要求。在機(jī)電一體化條件下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從業(yè)者甚至可以根據(jù)消費(fèi)者的實(shí)際需求和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，通過(guò)校驗(yàn)、補(bǔ)償?shù)仁侄?，靈活地對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)等，從而使得農(nóng)機(jī)設(shè)備能夠在多種復(fù)雜的環(huán)境條件下，也能夠獨(dú)立地進(jìn)行作業(yè)和順利開展農(nóng)機(jī)運(yùn)行等。此外，隨著機(jī)電一體化設(shè)備新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，如已經(jīng)拓展到信息自動(dòng)校對(duì)、農(nóng)機(jī)自動(dòng)化駕駛和自動(dòng)化控制等方面；操作的方便性和功能的多樣化，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械整體的操作更為簡(jiǎn)便、能耗降低，進(jìn)一步將農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用范圍擴(kuò)大到不同的行業(yè)和領(lǐng)域，從而最大限度上提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的整體水平。

3 應(yīng)用類型

信息化時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的快速進(jìn)步，使得應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)電一體化技術(shù)類型越來(lái)越多。

3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

CAD 是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design）的縮寫，該技術(shù)是將計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形學(xué)結(jié)合現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等進(jìn)行綜合的一種應(yīng)用，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)發(fā)揮著無(wú)可比擬的作用。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)開展相關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)，可以將農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)周期縮短；在農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)領(lǐng)域，需要對(duì)平面、軌跡和農(nóng)業(yè)機(jī)械力學(xué)等方面進(jìn)行大量的測(cè)算，這個(gè)過(guò)程非常復(fù)雜，而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐下，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行整體的改良、設(shè)計(jì)和打造等，從而能夠在很大程度上對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)場(chǎng)景進(jìn)行模擬，從而構(gòu)建立體的實(shí)際場(chǎng)景應(yīng)用數(shù)據(jù)模型，并且能夠構(gòu)建立體的三維圖形對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行處理，這不僅可以很大程度上將設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量提升，而且能夠促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)更好地滿足產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)需求，從而輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科學(xué)化進(jìn)行，從而合理地維護(hù)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的更新和發(fā)展等。

3.2 虛擬技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是通過(guò)圖像識(shí)別、視覺(jué)圖像采集和智能接口等技術(shù)，對(duì)田間生長(zhǎng)的農(nóng)作物的生長(zhǎng)特性、生長(zhǎng)環(huán)境等進(jìn)行綜合分析，將現(xiàn)實(shí)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境和生長(zhǎng)的背景等，按照1 ∶1 的比例，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建農(nóng)作物生長(zhǎng)相關(guān)模型，從而構(gòu)建實(shí)時(shí)三維立體模型，并且可以通過(guò)立體方式對(duì)農(nóng)作物現(xiàn)實(shí)生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備的實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行虛擬呈現(xiàn)，可以使農(nóng)機(jī)產(chǎn)品更加符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。另外，虛擬技術(shù)還可以對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭遇的極端環(huán)境和可能遇到的危險(xiǎn)進(jìn)行模擬，通過(guò)實(shí)戰(zhàn)演習(xí)等方式，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)者應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的能力，幫助他們盡可能地熟練操作農(nóng)業(yè)機(jī)械，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

3.3 監(jiān)控技術(shù)

在農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)，農(nóng)機(jī)操作者需要對(duì)運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，確保農(nóng)業(yè)機(jī)械操作的準(zhǔn)確性和安全性，以便大幅度地降低設(shè)備運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，但是這個(gè)過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械操作效率的下降。因此可以將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)機(jī)儀表系統(tǒng)中，脫離人工操控，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控等，進(jìn)而最大限度地降低操作者的工作負(fù)擔(dān)。同時(shí)農(nóng)機(jī)作業(yè)中采用機(jī)電一體化技術(shù)，可以對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中的設(shè)備問(wèn)題實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)微小誤差進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，進(jìn)而保障設(shè)備運(yùn)營(yíng)中的安全性。在實(shí)時(shí)監(jiān)控中，還需要根據(jù)農(nóng)機(jī)的整體需求等，對(duì)農(nóng)機(jī)的差異性進(jìn)行合理監(jiān)控和配備，優(yōu)化農(nóng)機(jī)作業(yè)狀態(tài)，這樣可以最大限度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)機(jī)作業(yè)效率。

3.4 電子信息技術(shù)

電子信息技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械中，可以將資源的配置進(jìn)行優(yōu)化，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的污染對(duì)農(nóng)村生產(chǎn)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的破壞。電子信息技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)的農(nóng)業(yè)機(jī)械，可以提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化和電子化水平，從而對(duì)田間作業(yè)進(jìn)行有效的規(guī)劃。農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的不斷提升和電子信息技術(shù)的擴(kuò)展應(yīng)用，可以更好地促進(jìn)人機(jī)接口技術(shù)的進(jìn)步，并且促進(jìn)交互界面向更加科學(xué)化和精準(zhǔn)化前進(jìn)。比如傳統(tǒng)的拖拉機(jī)儀表盤可以被電子監(jiān)視儀表所代替，可以很大程度地提升拖拉機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的效率等。

4 發(fā)展趨勢(shì)

4.1 向網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展

農(nóng)業(yè)機(jī)械化可以有效提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)能和生產(chǎn)效率，大幅度降低勞動(dòng)負(fù)荷，使得農(nóng)機(jī)作業(yè)向更加精準(zhǔn)化和科學(xué)化發(fā)展。我國(guó)地域范圍廣闊，由于農(nóng)業(yè)基數(shù)比較大，尚沒(méi)有普及機(jī)電一體化技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷應(yīng)用和進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用場(chǎng)景將向網(wǎng)絡(luò)化、智能化和高效化等方向發(fā)展，應(yīng)用范圍也將逐步擴(kuò)展到全國(guó)。

4.2 大數(shù)據(jù)應(yīng)用更為廣泛

大數(shù)據(jù)能夠賦予應(yīng)用場(chǎng)景智能化，極大地拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，能夠融合生理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等技術(shù)，賦予農(nóng)業(yè)機(jī)械人工智能，使得應(yīng)用場(chǎng)景更為廣泛和直接。

4.3 激光一體化

當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，在未來(lái)的融合發(fā)展中，都是以機(jī)電一體化技術(shù)為應(yīng)用前提。在這種情況下，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和激光技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)充分整合，從而為農(nóng)業(yè)機(jī)械的結(jié)構(gòu)組成和優(yōu)化提供更加有效的方案，進(jìn)而從傳感系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等方面和環(huán)節(jié)入手，推動(dòng)整個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提升。

5 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的實(shí)際水平與西方發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距，其中農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景不多和研究不深入是一個(gè)最為關(guān)鍵的因素。因此，我國(guó)應(yīng)該對(duì)農(nóng)機(jī)一體化技術(shù)高度重視，加大研究力度，提升和完善電子信息技術(shù)、電子傳感器技術(shù)等在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用，從而推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的現(xiàn)代化發(fā)展之路。