機電一體化在農業機械中的應用

趙國燕

（山西省農業機械化科學研究院，山西太原　030031）

機電一體化在農業機械中的應用

趙國燕

（山西省農業機械化科學研究院，山西太原030031）

我國是一個傳統的農業大國，農業在我國國民經濟發展中占據著較大的比例，但是農業機械的自動化、智能化程度還比較低，嚴重阻礙了我國農業水平發展。為提升我國農業機械現代化水平，需要重視農業機械的機電一體化研究。綜述機電一體化在農業機械中的應用，并進行了初步分析和總結。

機電一體化；農業機械；應用

我國是一個傳統的農業大國，農業在我國國民經濟發展中占據著較大的比例。但是一直以來，我國農業水平發展依然比較落后，農業機械裝備的自動化程度也相對比較低，這就極大地制約了我國農業生產水平的發展。

作為現代農業的重要組成部分，農業機械是提高農業生產水平的有效途徑。通過農業機械在農業生產中的合理應用，可以極大地提高農業勞動生產率，大幅降低農業勞動強度，減輕農民工作負擔，并且在一定程度上還可以促進農業技術的改進。由此可見，大力發展農業機械化，是我們提高農業生產水平、實現農業現代化和提升農民生活水平的重要支持與可靠保障。

近年來，隨著現代電子技術的飛速發展，尤其是集成電路技術的發明和廣泛應用，為機電一體化技術在農業機械方面的應用提供了極大的便利，同時也使得機電一體化技術在農業機械的設計和生產中得到了更廣泛應用，國內外科研人員對機電一體化技術與農業機械相結合的研究力度也明顯加強，農業機械化技術也隨之有了突破性的發展。這些應用了機電一體化技術的農業機械產品，不僅工作效率高、操作風險低，也使得農業生產的效率大幅提升，為我國農業水平的發展提供了助力。

1　機電一體化技術概述

機電一體化又稱為機械電子學，是機械工程與自動化的一種，是機械與電子科技結合為一體的技術。這一技術在20世紀70年代，最先由日本提出，出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，取名“Mechatronics”。這個英語合成名詞，其中詞首“mecha”表示機械學，詞尾“tronics”表示電子學，“機電一體化”由此而來［1］。

機電一體化是將電子器件的信息處理和控制功能附加或融合在機械裝置中，并綜合應用到實際中去的一種復合化綜合技術，其技術的基礎是機械制造和電子元件配合電腦軟件進行工作，主要包含機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等［2］。

相較于傳統的機電產品，機電一體化產品具有以下優勢［2］：

（1）功能大幅增強。機電一體化產品將多種技術與功能集成于一體，使其功能更加強大，適應不同的場合和領域，滿足不同用戶需求。

（2）精度大幅提高。機電一體化產品通過采用傳感器、計算機檢測與控制技術，補償和校正因各種干擾造成的動態誤差，從而達到單純用機械技術所無法實現的工作精度。

（3）安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般具有自動監控、報警、自動診斷、自動保護、安全聯鎖控制等功能，從而避免人身傷害和設備事故的發生，提高了設備的安全性和可靠性。

（4）操作性能得以改善。機電一體化產品采用計算機程序控制和數字顯示，具有良好的人機界面，改善了設備的操作性能，大大簡化操作難度。

2　機電一體化在農業機械中的應用情況

如今，農業機械化技術在國外，尤其是在發達國家中已經相當普及，農業機械的設計和生產也開始向著更高的目標發展，如提高工作速度、加大作業寬幅、提升安全等級、改善操作體驗等。因此，機電一體化技術在農業機械方面的重要性也更加凸顯。

2.1計算機輔助設計在農業機械中的應用

優良的農業機械離不開優秀的機械設計。眾所周知，農業機械的研發設計工作是非常復雜而繁瑣的，其中很多過程分析需要很大的計算量，依靠傳統手工計算作圖的設計方法，效率低，遠不能適應現代農業對農業機械的需求。而計算機輔助設計（CAD）技術的出現有效解決了這個問題。借助計算機輔助設計，通過構建數學模型，以三維圖形系統進行處理，在網絡和數據庫的幫助下，不僅可以大幅提高農業機械的設計效率，還可以幫助設計人員在研究中進行技術創新［3］。

2.2監控技術在農業機械中的應用

在農業生產中，操作人員需要不時地對農業機械的各項參數進行查看，并根據具體參數情況對機械進行調整，以保障機械的正常穩定工作。為了方便操作人員對各參數的實時準確查看，以儀表和傳感器為代表的機電監控技術也越來越多的被應用到了農業機械當中。通過傳感器，農業機械可以精確獲取機械工作狀態，并實時反饋到儀表上顯示出來，而顯示儀表也從指針到液晶屏、從黑白到彩色，不斷地更新換代，最大限度地幫助操作人員控制和調整農業機械設備，提高農業生產效率。

2.3全球定位系統在農業機械中的應用

全球定位系統主要是應用在一些大型的農業生產現場，需要多臺農業機械協同工作的情況下。依靠全球定位系統，可以及時準確地提供作業場地以及作業機械的坐標位置，方便農業生產管理人員更好地進行分析策劃和現場調度。

2.4電子信息技術在農業機械中的應用

在農業機械不斷追求智能化、現代化的當下，電子信息技術在農業機械領域的應用也愈發廣泛。通過電子信息技術，農業機械設計人員可以方便地查閱各方資料，機械制造人員可以通過自動化流水線提高生產效率，機械操作人員可以遠程查看和操作設備，機械維護人員也可以更方便地記錄和查看機械的維修歷史。

2.5其他機電一體化技術在農業機械中的應用

目前，機電一體化技術在農業機械的設計、制造、使用、維護等各個方面都起到了至關重要的作用。依托微電子技術，農業機械可以被制造的更加精致和小巧；依托計算機視覺技術，可以對農業機械的操作者進行模擬培訓；依靠超聲波技術，可以方便地對農產品進行無損檢測；依靠電液比例控制技術，可以實現對機械實行自動或者半自動的控制操作……這些都對農業機械的發展及農業機械在農業生產中的應用起到了巨大的推動作用。

3　機電一體化在農業機械中的發展趨勢

時代在發展，社會在進步，農業機械的生產和制造也隨之不斷向前推進，而在此過程中，機電一體化技術本身也在不斷地更新換代。

3.1光機電一體化

光機電一體化是目前機電一體化技術發展的一個主要趨勢。通過將光學技術引入機電一體化技術當中，可有效地增強和改進機電一體化系統中的傳感系統、動力系統和信息處理等系統的功能，大大增強農業機械的工作精度和工作效率。

3.2集成微型化

集成微型化可以成為微機電一體化，這也是目前機電一體化技術發展的另一個主要趨勢。隨著集成電路和微電子技術的迅猛發展，機電一體化產品也在向著更輕更小的方向發展。這一變化帶給農業機械的最直接好處，除了可以減小農業機械的體積質量，也可以大幅減少機械能耗，并顯著改善機械操作人員的舒適性。

3.3人工智能化

隨著計算機智能化技術的逐步完善，人工智能化也將成為未來農業機械技術發展的主要趨勢。伴隨著人工智能化的發展，機械自動識別和排除故障、自動調整和優化工作參數，甚至實現無人值守的自動運行工作都有成為現實的可能。

3.4環保綠色化

社會的快速發展在帶給人們方便快捷的同時，也造成了資源環境惡化的弊端，所以在農業機械和機電一體化技術發展的同時，綠色環保也是一項發展的重中之重。只有低耗能、低耗材、低污染、低排放，符合可持續發展的技術和產品，才能在未來占據一席之地。

4　結論

隨著機械制造技術和電子信息技術的不斷發展，農業機械的生產制造向著自動化、智能化邁進趨勢也越來越明顯，這一發展趨勢的不可逆轉是廣大農業機械從業人員和使用者的共識。而在此過程中，集機械、電子、信息等技術于一體的機電一體化技術所起到的作用絕對是極其關鍵和不可代替的。

機電一體化技術的出現是多種科學技術發展融合的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然結果，也是農業機械發展的必然選擇［4］。應用了機電一體化技術的農業機械設備，不僅能夠使得農民的勞動強度大大降低，還能顯著提高農業生產勞動效率、節省農業生產成本、提高農產品的品質和產量。

我國目前的農業水平在國際上仍然處于發展階段，農業機械的自動化、智能化水平不高，也嚴重阻礙了我國農業水平的提升和發展。因此，為了提升我國農業技術水平、改善農民的生活質量，在農業機械中引入機電一體化技術，提升我國農業生產和農業機械的現代化水平，也成為了我國農業現代化發展的必由之路［5］。

［1］夏昌玉.機電一體化構成要素及相關技術分析 ［J］.機械與自動化，2013（7）：121-122.

［2］徐章鎖.基于虛擬原型的機電一體化建模與仿真技術研究 ［D］.西安：西安電子科技大學，2013.

［3］劉學峰.機電一體化技術在農業機械中的應用舉例 ［J］.農業與技術，2013（5）：8-10.

［4］王文超.機電一體化在農業機械上的應用研究 ［J］.電子世界，2014（18）：465-467.

［5］胥宏民.探析機電一體化在農業機械中的應用 ［J］.河北農機，2012（4）：45-47.◇

Mechatronics Application in Agricultural Machinery

ZHAO Guoyan
（Shanxi Academy of Agricultural Mechanization Sciences，Taiyuan，Shanxi 030031，China）

China is a traditional country.Agricultural has a large part of China's national economic development.There is bafflement in the development of agriculture like low automation，intelligence of mechatronics.Mechanical and electrical integration should be studied in order to enhance the level of modernization of China's agricultural machinery.In this paper，mechatronics applications in agricultural machinery is carried out with some analysis and summary.

mechatronics；agricultural machinery；application

S24

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.042

1671-9646（2016）08b-0047-02

2016-08-01

趙國燕（1987— ），女，本科，助理工程師，研究方向為農業機械、農產品加工機械。