解析農業機械中現代化制造技術的作用與應用

□ 陸家峰 張 豪

（江海職業技術學院機電汽車學院，江蘇 揚州 225000）

我國作為農業大國，長期以來，提高農業發展水平是實現我國現代化的一個重要目標。在農業生產過程中，運用農業機械設備不但可以降低農民的勞動強度，而且可以提高勞動生產效率，提高農產品的產量，對于人均耕地面積僅有世界四分之一的中國來說，現代化制造技術在農業機械中的應用更具現實意義。依靠我國發達的制造業，我國可以生產世界上幾乎所有種類的農業機械，可以基本滿足我國農業生產對農業機械的需求。但是相比于國外先進農業機械生產國，目前我國農業機械在現代化制造技術下，在可靠性、智能化、小型化等方面還存在較大差距，隨著人工智能、3D打印技術等現代制造技術的發展成熟，農業機械制造也會迎來新的發展契機，現代化制造技術在農業機械中將發揮更加重要的作用。

一、現代制造技術

工業革命以來，制造業已成為人類社會科技進步的主要體現方式之一，發達的制造業是工業化成果的主要特征。美國作為世界上最發達的國家之一，擁有全球頂尖的現代化制造產業，同時依靠發達的制造業，美國農業在全球產業中占有重要地位。發達的現代農業機械，為美國農業大規模生產奠定了堅實基礎。以信息技術為代表的現代制造技術，改變了以往制造產業的生產方式，在融合了材料、機械、能源、高精度機床的同時，以計算機為中心的信息管理技術改變了傳統制造業生產方式，同時，近年來以人工智能、3D打印為代表的現代制造技術應用，則促進了行業融合發展。以工業自動化為代表的工業4.0正在深刻改變現代制造業。

農業機械作為現代制造技術應用之一，除了滿足大規模農業生產應用外，其發展更加趨向智能化、輕量化、集約化。傳統農業機械主要以滿足大規模工業化生產方式為主要特征，在資源短缺、生態環境保護深入人心的今天，現代制造技術應當著眼于減少生產資源投入，高效合理利用農業資源，改變以往農業生產高投入、高耗能、高產出的局面，通過現代制造技術的應用，改變農業生產結構方式，創造綠色農業革命。

二、現代制造技術在農業機械中的作用

（一）擴大農業機械的適用范圍

在傳統農業機械生產過程中，由于現代制造技術應用較少，農業機械智能化程度不高，同時為了追求經濟效益，農業機械生產偏向大型化。我國實行家庭責任承包制后，農業生產偏于小型化，同時無論是在生產種類還是應用范圍上均有較大拓展。傳統農業機械主要用于收割、種植、耕地等環節，而且主要應用在小麥、水稻、玉米等主糧種植上。現代制造技術的發展，使農業機械的運用拓展到水果、棉花、大豆、馬鈴薯等經濟類農作物的種植上，而且根據不同地區的地形和氣候，發展出了適應當地農業生產的農業機械設備，同時為了適應我國農業生產小型化的現狀，一些僅靠單人即可完成操作的小型農業機械應用廣泛，大大降低了農業機械的購置成本，使更多農戶改變了傳統的農業生產方式。在我國一些半山區，過去受到地形限制，農業機械的應用率較低，而現代制造技術的應用，使這些地形起伏的半山區農業機械化水平大大提高，整體上提升了農業機械在農業生產中的應用范圍和深度。

（二）降低資源消耗，提高農業生產效率

近年來，環境保護日益深入人心。在農業生產過程中，需要投入大量化肥、農藥，對土壤及環境形成危害。農業生產必須要走綠色生產路徑，改變以往農業的發展方式。運用現代制造技術生產的農業機械在降低農業生產勞動量的同時，也發揮著提升農業效益、降低農業資源消耗的作用。我國主要糧食產區位于北方，而北方由于缺少水資源，采取抽取地下水灌溉的方式，不僅造成地下水過度開采，還容易造成土壤鹽堿化。運用現代制造技術生產的以噴灌、滴管為代表的節水農業設施，使農業生產中的水資源消耗大大減少，降低了對環境的損害。對于病蟲害防治，根據深耕理論，可將表層含有害蟲的土壤深耕到底層，從而減少農藥的用量。在歐美等發達國家，對于土壤中的病蟲害，還研究出來高溫火焰消殺等方法，通過物理手段完成病蟲害防治。現代制造技術應用于農業機械，使人們減少傳統農業生產中的資源消耗，探索以更環保的方式進行農業生產，提高農業生產效率。

（三）提高勞動生產效率，減少農業從業人員數量

現代制造技術，特別是信息技術的發展，使農業從業人員的數量大大減少。近年來，無人機技術發展迅速，已應用于農業生產中，不但可以幫助人們完成對農作物生長狀況的監控，還能針對農業生產環節，代替人力勞動。目前無人機農藥噴灑已經被廣泛應用，未來隨著信息技術的發展，更多農業機械對于人力的需求會減少，智能化的農業機械應用范圍也會進一步擴大。目前來看，我國農業就業人口與發達國家相比較，無論是人均產出還是農業機械的普及化程度，都有較大提升空間，未來隨著農村老齡化程度加劇，自動化農業機械會向著智能化與無人化方向發展，農業勞動生產效率因此得以提高，農業從業人員的數量也將會減少。

三、現代制造技術在農業機械應用中存在的問題

（一）智能化、信息化程度有待提高

目前我國農業機械基本做到了自給自足，為我國農業生產提供了堅實的硬件支持。信息時代，特別是以5G為代表的萬物互聯時代，使傳統行業煥發新的生命力，具體到農業機械上，信息化應用可以更加精準高效服務于農業生產。在目前農業機械生產過程中，機械生產廠家主要精力集中在提高機械設備的可靠性和設備具體性能上，對于農業機械的智能化和信息化應用重視程度不足，部分廠家即使重視，但是受限于技術水平和資金投入，也無法取得較大成效。目前來看，歐美發達國家智能化和信息化在農業機械上的應用，已改變了傳統農業的管理模式和效率，推動了農業機械設備的更新換代，在農業生產、農業機械應用范圍、生產方式轉變方面有了明顯提升。相比于先進國家，目前我國在農業機械設備智能化和信息化應用上存在較大發展空間，需要重視兩者在農業機械設備上的應用。

（二）現代制造技術有待提高

我國農業機械在制造過程中，限于技術水平、材料應用、制造工藝等原因，在設備的核心性能、后期維護、產品可靠性、耐用性等方面，與國際先進水平相比，還存有一定差距。部分廠商為了取得市場占有率，在農業機械生產過程中，采用較低的技術標準和原材料，導致農業機械在進入市場后，農戶需要頻繁維修與保養，不但花費更多資金，還耽誤了農業正常生產。部分廠家不重視技術投入，對于技術的研發采取“拿來主義”，導致在核心技術上受制于人，同時還面臨知識產權糾紛的風險。目前來看，在我國農業機械生產過程中，現代制造技術應用雖然廣泛，但是更多體現在仿制與借鑒上，對于核心技術的掌握不足，同時缺乏長遠的產品規劃，導致我國農業機械陷入“大而不強”的局面，長遠來看，不利于我國農業機械制造水平發展。

（三）產品設計市場化程度不足

目前我國農業機械，缺少定制化以滿足個性化需求。在科技進步迅速的今天，制造業越來越傾向于采用更加靈活的生產方式來滿足各種個性需求，以訂單式為代表的生產方式在現代制造業中取得了良好的市場反響。具體到農業機械生產，傳統的農業機械還沿用工業時代大批量生產方式，而目前我國農村地域遼闊，生產方式多種多樣，為了滿足不同地區客戶需求，有必要根據客戶需求進行訂單式生產，從而更好地滿足市場需求。在目前的農業機械生產與設計上，與市場的對接程度不足，反饋周期較長，導致農戶需求的農業機械不能滿足，農業機械生產廠家生產的產品無法銷售出去的現象，因此，依靠現代制造業生產模式，應在產品設計階段就緊跟市場反饋，以訂單式的生產方式，實現農業機械的按需生產。

四、現代制造技術在農業機械中的應用

（一）高精度數控機床的研發應用

機床被譽為“工業之母”，而高精度數控機床則是一個國家制造業的基礎。我國數控機床技術經過近二十年的發展，在中低端領域已經能做到自給自足，同時還出口到國外，取得了良好的經濟效益。相比于國外日本、德國數控機床技術，我國在高精度數控機床研發上還落后于國際先進水平，因此在農業機械生產中，數控機床的應用主要以中低端為主。目前數控機床的應用并不廣泛，出現這一問題的主要原因有兩點，首先是這一技術的形式比較單一，不能和其他類型的技術同時使用；其次就是數控機床這一技術在應用時會消耗比較高的成本。

隨著我國對于農業機械的質量要求越來越嚴格，數控機床的應用將會更為廣泛，目前的農業機械設備在零件加工精度上已經相比于舊標準有了較大提高，而數控機床的應用，則在提升農業機械設備的質量同時，客觀上也促進了行業設備制造加工水準。

農業機械生產廠家在使用數控機床過程中，應當加強技術培訓，對于操作人員要有專門的培訓，提高其操作技能。在生產前，要設計調控好數字和機械控制，要將數控機床的編程編輯好，保證其能夠與實際要求相符。在使用過程中，要嚴格按照設備參數要求進行零件的加工，確保產品質量符合生產要求。

（二）虛擬制造熱加工技術的應用

目前的農業機械生產過程中，金屬作為應用最廣的材料，其對于農業機械的重要性不言而喻。受冶金工業發展水平與材料學的限制，我國過去農業機械金屬材料在結構強度、壽命、抗疲勞周期等數據上落后于國外同類產品，究其原因，除了材料本身外，還與金屬材料加工本身有關。由于金屬材料需要在加熱高溫后進行設備制造，在此過程中，材料的物理性質會發生改變，因此保證金屬材料的穩定性十分重要。虛擬制造熱加工技術，對于金屬材料在高溫條件下的生產制造進行全過程模擬，可以改變以往熱加工技術難度高、流程復雜、資金投入大等缺點，只需要根據現有設備進行全程模擬，在此過程中完成對金屬材料設備生產中數據信息的收集，根據數據改進生產流程和生產工藝，從而實現降低資源消耗、提高金屬設備生產成功率的目的。由于虛擬熱加工技術的發展，使我國農業機械設備制造對于原材料的使用有了較大提升，推動了我國農業機械設備的生產，客觀上也為農業機械生產廠家創造了更高的經濟效益。

（三）3D打印技術的應用

3D打印技術，屬于快速成形技術的一種，它是一種數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體的增材加工技術。隨著技術成熟度越來越高，目前已經被用來制作一些高價值應用領域，例如飛機零部件的制造等，目前在農業機械設備生產中還未大規模應用，但是隨著3D打印技術成本的下降，未來現代制造技術會逐步應用在農業機械生產上。3D打印技術的顯著特征就是降低生產過程中材料消耗，同時提高設備的精度。目前一些農業機械設備生產越來越專業化，根據客戶要求，需要進行定制化生產，大規模流水線的生產方式需要根據科技進步進行調整。3D打印技術具有操作靈活、產品生產設計簡便等優點，未來農業機械設備在滿足市場多元化需求條件下，3D打印技術的應用會越來越普及。

（四）計算機集成制造系統的促進作用

計算機集成制造系統是在當今農業機械制造中使用最多的現代制造技術，習慣將其稱為CIMS技術。計算機集成制造系統的鮮明特點為數字化、信息化、集成化，順應了時代信息化的潮流，是信息時代催生的新型的制造模式。

我國提出了“工業制造2025計劃”，其中重要一項內容就是促進計算機集成制造系統在制造業中的廣泛應用，目前在實際生產過程中，一些制造企業通過引入該系統，取得了顯著成效。農業機械作為制造業重點之一，既具有工業化生產的特點，同時由于農業生產區域的復雜性，要求生產的機械設備又具有差異性和地區性。針對這種特點，要結合我國農業生產特點，采用計算機集成制造系統帶來的優勢，在產品的研發方面，融入高新技術，轉變傳統的生產模式，增強核心競爭力，降低成本與風險，實現農業機械制造效益的最大化。

五、結語

現代制造業是一個國家立足于世界的支柱產業，我國在農業機械發展中，要發揮我國先進制造業優勢，將先進技術引入到農業機械設備生產領域，為我國農業生產提供高效、可靠、智能的生產設備，提高我國的農業機械化水平。未來農業機械設備將向著信息化、智能化與集成化發展，這與現代制造業發展方向一致，因此我們要利用好現代制造技術帶來的進步，促進農業機械設備技術發展。