機電一體化在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用

張曉鷗

摘 要 隨著信息技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，農(nóng)機生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)和機電一體化技術(shù)建立了緊密的聯(lián)系，推動農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)智能化，這在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的同時大大減輕了農(nóng)戶的作業(yè)負擔(dān)。以農(nóng)業(yè)機械為主要研究對象，闡述了機電一體化技術(shù)的內(nèi)涵，提出了機電一體化技術(shù)應(yīng)用重要性和意義，分析了應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械的機電一體化技術(shù)類型，展望了機電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中應(yīng)用的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 機電一體化;農(nóng)業(yè)機械;技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號：S220 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.08.060

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

1 機電一體化技術(shù)內(nèi)涵

機電一體化技術(shù)是將微電子技術(shù)和機械技術(shù)進行有效整合的一項技術(shù)，整合過程是2種技術(shù)相互印證、相互促進的關(guān)系，也是一種綜合性的生產(chǎn)管理技術(shù)[1]。目前機電一體化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機械的生產(chǎn)中，進一步有效提升農(nóng)業(yè)機械化的水平[2]。機電一體化技術(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)機械設(shè)備中的信息進行收集、匯總、處理等。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，機電一體化技術(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)信息都是通過數(shù)字化的形式展現(xiàn)出來。傳感器對每個單元的數(shù)據(jù)進行更新，然后系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)信息有效儲存后再進行處理，還能夠根據(jù)實際生產(chǎn)需求對整體系統(tǒng)進行嚴(yán)格的控制，這樣可以在很大程度上提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的應(yīng)用效率，促進農(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)機械設(shè)備中的應(yīng)用也越來越廣泛。從近年來農(nóng)業(yè)機械生產(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)機械生產(chǎn)和使用過程中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，可以將農(nóng)業(yè)機械的零部件有效整合和簡化，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)進行廣泛的管理和應(yīng)用，使得農(nóng)業(yè)機械在整個作業(yè)階段均可以保持良好的工作

狀態(tài)。

2.2 提升工作效率

隨著機電一體化技術(shù)的推廣和普及，農(nóng)業(yè)機械設(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]。特別是以機電一體化技術(shù)為基石的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，實行共建共享，農(nóng)業(yè)機械設(shè)備管理者和操作人員第一時間可以將農(nóng)機駕駛員所處的位置、操作的狀況等進行掌控，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)機械化操作技術(shù)提升和制定完善的實施方案提供相關(guān)的依據(jù)[8]。另外，以往的農(nóng)業(yè)機械設(shè)施在運行一段時間后，需要定期對其進行運行和安全生產(chǎn)性能的檢測，這個時候采取人工方式非常費時費力，如果將機電一體化技術(shù)運用到農(nóng)業(yè)機械中，將會提高檢測的效率，降低人工成本，而且能夠確保操作的質(zhì)量提升;還可以通過采取自動控制和自動檢測的方式，對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備定期進行自動檢測，可以及時將機械設(shè)備的故障清除掉，最大限度地減少安全隱患問題，減少農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的損耗。

2.3 減少相關(guān)的系統(tǒng)故障

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

2.4 完善農(nóng)機設(shè)備的功能性

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進程中，農(nóng)業(yè)機械作業(yè)往往會受到各種自然、地理等外界因素的影響，大多數(shù)自然環(huán)境條件都可能會對農(nóng)機作業(yè)產(chǎn)生負面影響，進而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。而機電一體化技術(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)消費者的實際需求和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，通過校驗、補償?shù)仁侄危`活地對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備進行操作和調(diào)節(jié)等，從而使得農(nóng)機設(shè)備能夠在多種復(fù)雜的環(huán)境條件下，也能夠獨立地進行作業(yè)和順利開展農(nóng)機運行等。此外，隨著機電一體化設(shè)備新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛，如已經(jīng)拓展到信息自動校對、農(nóng)機自動化駕駛和自動化控制等方面;操作的方便性和功能的多樣化，使得農(nóng)業(yè)機械整體的操作更為簡便、能耗降低，進一步將農(nóng)業(yè)機械的使用范圍擴大到不同的行業(yè)和領(lǐng)域，從而最大限度上提升了農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的整體水平。

3 應(yīng)用類型

信息化時代的發(fā)展和技術(shù)的快速進步，使得應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械的機電一體化技術(shù)類型越來越多。

3.1 計算機輔助設(shè)計

CAD是計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design）

的縮寫，該技術(shù)是將計算機的數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)結(jié)合現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等進行綜合的一種應(yīng)用，對機械產(chǎn)品的設(shè)計發(fā)揮著無可比擬的作用。應(yīng)用計算機輔助設(shè)計開展相關(guān)的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計，可以將農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的研發(fā)周期縮短;在農(nóng)業(yè)機械研發(fā)領(lǐng)域，需要對平面、軌跡和農(nóng)業(yè)機械力學(xué)等方面進行大量的測算，這個過程非常復(fù)雜，而計算機輔助設(shè)計能夠在數(shù)據(jù)庫的支撐下，對農(nóng)業(yè)機械進行整體的改良、設(shè)計和打造等，從而能夠在很大程度上對實際的生產(chǎn)場景進行模擬，從而構(gòu)建立體的實際場景應(yīng)用數(shù)據(jù)模型，并且能夠構(gòu)建立體的三維圖形對數(shù)據(jù)模型進行處理，這不僅可以很大程度上將設(shè)計的效率和質(zhì)量提升，而且能夠促進機械設(shè)計更好地滿足產(chǎn)品的實際生產(chǎn)需求，從而輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科學(xué)化進行，從而合理地維護農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的更新和發(fā)展等。

3.2 虛擬技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是通過圖像識別、視覺圖像采集和智能接口等技術(shù)，對田間生長的農(nóng)作物的生長特性、生長環(huán)境等進行綜合分析，將現(xiàn)實農(nóng)作物的生長環(huán)境和生長的背景等，按照1∶1的比例，應(yīng)用計算機技術(shù)構(gòu)建農(nóng)作物生長相關(guān)模型，從而構(gòu)建實時三維立體模型，并且可以通過立體方式對農(nóng)作物現(xiàn)實生長環(huán)境進行分析，對現(xiàn)有的設(shè)備的實時狀況進行虛擬呈現(xiàn)，可以使農(nóng)機產(chǎn)品更加符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。另外，虛擬技術(shù)還可以對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭遇的極端環(huán)境和可能遇到的危險進行模擬，通過實戰(zhàn)演習(xí)等方式，提高農(nóng)機作業(yè)者應(yīng)對復(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)機械進行農(nóng)機作業(yè)時，農(nóng)機操作者需要對運營的數(shù)據(jù)進行實時的監(jiān)測，確保農(nóng)業(yè)機械操作的準(zhǔn)確性和安全性，以便大幅度地降低設(shè)備運營過程中產(chǎn)生的誤差，但是這個過程可能會導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機械操作效率的下降。因此可以將機電一體化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)機儀表系統(tǒng)中，脫離人工操控，實現(xiàn)動態(tài)實時監(jiān)控等，進而最大限度地降低操作者的工作負擔(dān)。同時農(nóng)機作業(yè)中采用機電一體化技術(shù)，可以對農(nóng)機作業(yè)過程中的設(shè)備問題實時監(jiān)控，對微小誤差進行精準(zhǔn)識別，進而保障設(shè)備運營中的安全性。在實時監(jiān)控中，還需要根據(jù)農(nóng)機的整體需求等，對農(nóng)機的差異性進行合理監(jiān)控和配備，優(yōu)化農(nóng)機作業(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)機械中，可以將資源的配置進行優(yōu)化，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的污染對農(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)機械，可以提升農(nóng)業(yè)機械的智能化和電子化水平，從而對田間作業(yè)進行有效的規(guī)劃。農(nóng)業(yè)機械化水平的不斷提升和電子信息技術(shù)的擴展應(yīng)用，可以更好地促進人機接口技術(shù)的進步，并且促進交互界面向更加科學(xué)化和精準(zhǔn)化前進。比如傳統(tǒng)的拖拉機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在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的效率等。

4 發(fā)展趨勢

4.1 向網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展

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

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)用場景智能化，極大地拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。機電一體化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，能夠融合生理學(xué)、計算機科學(xué)等技術(shù)，賦予農(nóng)業(yè)機械人工智能，使得應(yīng)用場景更為廣泛和直接。

4.3 激光一體化

當(dāng)前農(nóng)業(yè)機械已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，在未來的融合發(fā)展中，都是以機電一體化技術(shù)為應(yīng)用前提。在這種情況下，計算機信息技術(shù)和激光技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)充分整合，從而為農(nóng)業(yè)機械的結(jié)構(gòu)組成和優(yōu)化提供更加有效的方案，進而從傳感系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等方面和環(huán)節(jié)入手，推動整個農(nóng)業(yè)機械化水平的提升。

5 結(jié)語

目前我國農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的實際水平與西方發(fā)達國家存在較大差距，其中農(nóng)業(yè)機械機電一體化技術(shù)的應(yīng)用場景不多和研究不深入是一個最為關(guān)鍵的因素。因此，我國應(yīng)該對農(nóng)機一體化技術(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)機械中的應(yīng)用，從而推動農(nóng)業(yè)機械的現(xiàn)代化發(fā)展之路。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）