現代農業機電一體化技術的應用初探

楊克影

（山東省鄄城縣行政審批服務局，山東 菏澤 274600）

現代化農業機械的應用在我國的農業生產中發揮了巨大的作用，農民通過合理使用農業機械，使生產過程的效率和作業品質都得到了明顯的提升，從事生產過程的人力勞動強度顯著降低，使農民進一步對農業機械產生認可，也說明了農業機械化生產合理性與先進性。從機械行業發展的角度來看，傳統的機械產品在機電一體化技術的支持下，自動化程度得到了顯著的提升，農機產品在設計和開發的過程中也能通過與機電一體化技術的融合來提高其使用性能，使農機產品的作業過程更加簡單合理，為農業機械化生產提供更多助力。

一、機電一體化技術特征

機電一體化技術是指集合微電子、機械、計算機、信息處理等多種技術，根據不同需求進行定向改進的新型現代技術。機電一體化技術在眾多行業和領域中均有顯著貢獻，例如，在化工部門可以通過預先報警系統降低誤差事故發生率；在電力部門可以通過提高電力輸送穩定性降低能源損耗；在農業領域可以應用傳感控制技術、編程技術等對農業機械的功能進行分配及控制，從而降低機械損耗，減少工作負擔，實現自動化。在機電一體化系統中，多種技術相互補充，不斷發展，促使機電一體化技術逐漸完善。此外機電一體化技術具有人工智能的特征，可以在生產領域中通過微電子技術充分發揮傳統農業機械零件功能，助推農業機械設備及系統的升級，優化機械故障診斷、參數自動調節及生產控制，隨著技術的進步，機電一體化系統也會逐漸出現自動診斷及修復功能，無需依靠人力而完成自動化過程。

二、現代農業機電一體化技術的應用

（一）農業機械電子調配

從全世界范圍內出發，電子信息技術與農業機械融合程度日益加深，加速了現代農業高效性、現代化、集約化、節能性、環保性發展，也引發了農業機械的創新發展。特別是在農業機械過程監視、控制、通信、診斷技術性能不斷提高進程中，農藥、化肥等無機化學資源消耗量顯著下降，為環境友好型農業建設提供了充足支持。以植保噴藥機為例，農田植保是防控治理病蟲草害的主要手段，也是農作物生長期間田間管理的重點模塊。作業安全性、作業速度、單位面積施藥量、作業效率等均對植保機械設備應用具有嚴格要求，我國以往所采用的農業植保機械多配備大容量藥箱、高地隙底盤，雖然可以在駕駛員的操作下完成一般噴藥植保需求，但是機械整體質量維護資金損耗率較高，噴灑均一，極易出現農藥、化肥過量施用問題，且在田間行駛期間極易對農田土壤、作物造成破壞，基于此，可以利用電機控制與變量技術，研制具有電子調配施藥、轉向、驅動的小規模植保機械。具體機械機電一體化系統包括精量噴藥系統、高地隙行走系統兩個功能模塊，前者包括液泵、噴頭、噴桿、藥箱、精量電子控制器幾個部分；后者則包括高地隙底盤、行走控制裝置、轉向總成、驅動總成幾個部分。

（二）智能導航技術的應用

智能導航技術的實現離不開機電一體化技術的支持，通過在農業機械中布置GPS終端，能夠將農業機械的作業位置實時顯現，并通過衛星導航系統指導農業機械進行作業。現階段，智能導航技術在農業機械上的功能應用主要包括兩方面的內容，一是利用導航監測和指導農機駕駛員的駕駛路線與駕駛方式，例如在機械化耕整地作業中，導航技術可以及時發現農機行駛偏離路線或行駛速度異常等問題，使駕駛員及時調整行駛方案，避免耕整地質量不佳或漏耕現象的出現;二是利用導航指導智能農機實現自動化行駛和作業，導航為自動行駛提供精確的坐標和位置信息，為農業機械的無人作業提供技術支持。

（三）虛擬技術的應用

虛擬現實技術綜合了計算機圖形學、多媒體技術、圖像處理與模式識別、智能接口技術、傳感器技術。農業機械中應用到的虛擬技術一般以用戶的實際設計要求為基礎，對三維立體世界加以構建。虛擬技術在農業機械產品的外形設計、農業機械的模擬裝配、產品仿真、農產品性能檢測均得到充分應用。農業機械設計中存在的各種缺陷在應用虛擬技術中得到解決，虛擬技術的應用還提升了農業機械性能，提高農業產值。今后，虛擬技術將在大規模的農田、果園、茶園生產與采摘中提供重要幫助，虛擬化技術的應用有助于提高農田集約化生產經營，助推智慧農業快速發展。

（四）電子信息技術

近年來，電子信息技術也廣泛應用于農業機械中，如應用于農業機械過程監控、自動化診斷及交互通信中，可以實時反饋農機工作狀態，以便精準化控制設備運行，確保生產環境的安全性，提高農業信息化管理水平；應用于農業生產中，可以優化資源配置，降低農業生產的環境污染對于生態環境的破壞性；應用于常規農業機械，使農機裝備電子化、智能化，可以合理規劃田間作業。隨著農業機械智能化發展，電子信息技術的應用，可以促使人機接口技術、交互界面逐漸向著更精準化、科學化發展，如傳統的機械（拖拉機）儀表盤也逐漸被電子監視儀表代替，極大地提高了農業生產效率。

（五）計算機輔助技術的應用

機電一體化技術應用在現代農業中有很多體現，如計算機輔助技術應用于農業機械的研發設計過程中。計算機技術的出現，使得相關工作得到了進一步完善，只有更好應用相關先進技術，不斷進行創造，才能改善農業機電一體化技術，從而實現更好發展。計算機輔助技術融合了多項先進技術，使得網絡通訊技術和數據庫技術等相關內容能夠在其中發揮更好優勢，突破傳統的發展瓶頸。結合現代農業機電設備應用實際情況，增加了相關性能。因此，農業機電一體化技術進一步推動了農業現代化發展，使得農業能夠獲得更多經濟收益。計算機輔助技術（CAD）融合了網絡通訊技術、數據庫技術和計算機圖形學等，被應用于農業機械研發過程中。借助該技術，研發人員能夠利用三維圖形系統模擬并分析農機常用機構和農機空間的運動狀況和受力情況、農業物料在機械上的移動軌跡和移動情況，還能夠借助傳動設計模塊和數據庫技術，以構建犁體曲面數學模型的方式，進行聯臺收割機的整體設計。避免了繁瑣復雜的計算，提高了農業機械的設計質量和創新水平，縮短了農業機械的研發周期，推動了農業機械使用率、農業生產效率和農業機械化水平的提高。

（六）傳感器監測技術的應用

傳感器是機電一體化技術常用的檢測元件，通過傳感器的應用能夠有效獲得農業機械和周邊環境的信息，從現階段的農業機械產品來看，其逐漸向著復雜化和大型化發展，機械產品中應用較多的機械結構、液壓裝置和電控組件，這些部位的工作狀態和相關的參數監測需要不同功能的傳感器來實施，從而保證農業機械工作的各項狀態能夠被實時獲取，并供控制系統進行分析。農機產品中常用的傳感器包括溫度傳感器、速度傳感器、計量傳感器、重力傳感器、轉速傳感器、扭力傳感器等，傳感器技術的應用使駕駛員對農機內部工作狀態和外部環境狀態有了更直觀的了解，便于及時調整機具的作業方案，或通過機電自動控制來預防故障問題的發生，顯著提高農機作業的可靠性。

（七）農業機械無損檢測

近幾年，在農業機械化發展進程中，計算機實時控制技術、微電子技術、傳感技術、液壓技術建立了緊密的聯系，形成了完善的計算機視覺技術體系，可以直接對農業機械設備圖像進行處理，實現農機系統的無損檢測，并將其引入農業自動化收獲機械研制體系中，在GPS 差分技術、傳感器技術、超聲波技術的支持下，實現高精度、集群導航作業。計算機視覺技術最初應用于農產品的質量檢測及品質等級劃分中，可以根據農產品顏色、外表面形態等基本物理特征，預先設定級別劃分標準，并通過農產品圖像處理，控制執行結構自動分級，降低人力、時間成本。由于農作物的機械化生產是一個漫長而復雜的過程，在現代精細農業中需要及時了解作物生長情況以及生長環境基本條件，因此，為滿足長期穩定監測要求，可以作物收獲機械為載體，利用單目視覺、雙目視覺或者多目視覺技術，實現復雜多變作業環境中作物位置的精確定位，避免作物生長位置、形狀、顏色、方向的多樣隨機性對人員造成的大量識別、移動工作，實現作物在三維空間層面的精準定位。有條件的情況下，還可以根據機械化集體作業規模，通過基于機器視覺技術的自動導航系統，將藥劑噴灑、播種等過程轉為三維空間立體化，同時滿足農業機械化生產對于數量、質量的需求。

三、現代農業機電一體化技術的建議

（一）因地制宜，發展農業機械機電一體化技術

我國地形多樣，西部以山地、高原和盆地為主，東部以平原和丘陵為主，各地區適用農機設備各不同。山地農機設備多以輕便的小型農機為主；平原地區因為地勢平坦，農作物成片種植，使用大型農機設備為主；丘陵地區也有適用于它自己的農機設備。因為地形的多樣性形成了我國農機設備的多樣性，經濟條件較好的地區，對農業機械投入較高，農業機械化水平發展較快；經濟發展欠缺的西部，對農業機械投入少，農業機械化水平低，東西部農業機械化水平差異大，這就要求國家在資金和政策上給與扶持，根據不同的區域研發、推廣、發展適用于本地區的農業機電一體化設備。

（二）完善農機設備功能性及適應性

在農業生產中，實際作業往往會受到地理、環境等因素的影響，繼而直接影響到農業生產效率及質量，而機電一體化技術的應用可以滿足不同農業生產需求，農業生產者可以根據農業生產需求，通過自動控制、校檢、補償等技術靈活調節及操作機械設備，使農機設備在多種環境狀態下均能順利運行。此外隨著機電一體化技術的發展，其應用功能也越來越豐富，如自動控制、信息自動校檢、自動取暖等，功能多樣性及操作方便性可以促使農業機械生產效率更高、耗能更低，擴大了農業機械適用范圍，繼而推動農業整體水平的提高。

（三）提高農業機械可靠性

提高農業機械可靠性，確保使用的安全非常重要。現代農業發展越來越趨向機械化，如果機械設備出現了問題，那么就會給生產發展帶來不利影響，還會給操作人員帶來人身危險。為降低機械設備出現故障的可能性，要對機械設備進行保養，定期檢查。電子元件應用于農業機械生產工藝中，將農業機械各部位進行模塊化，減少了部件和傳動機構的磨損，也提升了設備的靈敏性和可靠性，降低了農業機械發生故障的可能性，延長了農業機械的使用壽命。電子監控和電子報警技術在農業機械中的應用，使農業機械具備了自動監控和自動防護的功能，在檢測到故障后能夠自動根據情況選擇合適的保護措施進行自我防護，避免農業機械損害程度的加深，也避免了對機械使用者造成危害，保證了農業機械的使用安全。

（四）提高機電技術參與生產的能力

機電一體化技術在現代農業領域上的應用與發展，使得傳統農業生產流程中添加了信息處理和機構自動控制的功能，可以明顯的提高農業生產的工作效率、穩定性、可靠性，并且有效地提高了設備的利用率。機電一體化技術的應用，改善了設備的精度，使得設備可以精準的控制每一步操作，實現了人工難以實現的工序與動作，更高的穩定性，帶來的是更低的失誤率，實現了一種穩定的生產模式，有效地提升了農業生產的經濟性。

四、結語

機電一體化技術已在農業領域得到大量推廣與應用，其技術方面也趨于成熟化，合理科學應用相關技術，完善機械設備性能，可更好輔助農業生產，保證每個生產環節質量，提高農業生產效率，對快速實現我國農業的現代化、帶動農業經濟效益的增長具有十分重要的意義。