機電一體化在農業機械設計制造中的應用分析

郝中波

（昆明冶金高等專科學校，云南 昆明 650033）

農業機械設計制造使用機電一體化技術，可以提高設計效率、優化設計效果。在機電一體化背景下，農業機械設計制造工作可應用專業技術保障產品質量，發揮不同類型技術在支持機電設計制造方面的積極作用。另外，農業機械設計制造的一體化模式，有利于提高農業機械的運行效率，節約農業機械設備的整體成本。

1 應用要點

1.1 體現智能化與自動化

智能化與自動化在機電一體化背景下，既是機電一體化發展的基本特征，又是農業機械設計制造應用機電一體化所需要凸顯的主要優勢。引入機電一體化技術，農業機械能夠實現設計環節數據分析研究的自動化。同時，使用農業機械設備可實現自動化控制和智能化作業，這對于提高農業生產效率有重要意義。現階段的農業機械設計制造中，具有典型智能化和自動化功能的產品包括智能化收割機和智能化拖拉機等。有了智能化和自動化技術的支持，農業機械設備的整體作業水平和精準度會顯著提升。在機械設備應用時，其應用范圍內的狀態也能夠達到自主糾偏、自主導航道路、自動控制等目的。這意味著在農業機械設計制造中應用機電一體化技術，能夠從設計階段到實踐應用階段提升農業機械設計制造質量和效率。

1.2 有效應用傳感器設備

在自動化和智能化控制過程中，傳感器是發揮核心作用的關鍵性設備。1）傳感器設備能夠實時監測農業機械設備的運行狀態，并且將其運行過程中的數據信息傳輸至自動化控制系統，以便更加精準有效地調整其運行狀態，保證其運行質量[1]。2）傳感器設備能夠對農業機械使用的環境進行實時監控分析，如環境中的溫度、濕度調節工作以及土壤環境監測、病蟲害監測工作等，都可應用傳感器設備來完成。因此，在基于機電一體化技術進行農業機械設計制造過程中，有效應用傳感器設備和相關關鍵技術，可以提高農業機械設計制造效果。

1.3 科學設計一體化控制系統

控制系統是實現農業機械智能化與自動化的核心部分。通過控制系統，農業機械能夠根據作業環境和作業需求進行自動調整和控制。現代農業機械通常采用嵌入式控制系統，該系統具有可靠性高、穩定性好、實時性強等應用優勢。另外，隨著物聯網技術的發展，遠程控制和智能監控技術也逐步應用于農業機械中，在這一技術的支持下，機械設備運行時，可基于手機終端或電腦終端對設備進行遠程控制，保證控制系統設計更加合理，取得更好的設備控制效果[2]。同時，能更大化降低設備運行成本，提高農業機械設備使用效果。

2 實踐策略

2.1 衛星導航技術

衛星導航技術主要特征是高精度、高效率，能夠準確定位、有效導航。在農業機械設計工作中，衛星導航技術的應用要點有以下方面內容。1）將衛星導航技術嵌入到農業機械控制系統中，獲得更加準確的位置和導航信息，保證機械設備能夠在更為復雜的農田環境中有效作業。2）借助衛星導航系統完成遠程監控與遠程數據采集工作。對于農戶或農田管理人員來說，遠程掌握相關的農田環境參數對于更好地落實農業生產工作有重要作用[3]。3）利用衛星導航技術與現代信息技術的有機結合，提升農業機械管理系統的智能化程度，從設備調試路徑規劃、設備故障診斷等方面入手，發揮出先進技術的作用，實現整個工作流程的自動化與智能化效果。4）利用衛星導航技術進行更加精準的自動定位，完成自動化的基礎農業生產過程。例如，自動播種、自動施肥等。提高農業機械的自動化水平，控制人力資源成本。5）優化農業機械設計效果。應當充分考慮衛星導航技術的應用需求，從設備結構、設備系統控制優化等方面入手，確保衛星導航技術發揮集成作用[4]。

2.2 計算機輔助技術

計算機輔助技術有不同的類型，農業機械設計制造運用計算機輔助技術，應當首先做到精確選擇相關技術，為取得更好的設計制造效果奠定基礎。農業機械設計制造中可用的計算機輔助技術有以下幾種類型。1）應用CAD 技術。應用CAD 技術可實現三維建模、參數優化設計等多方面目標。作為設計師，可基于虛擬環境對機械設計的效果和具體狀態進行全面觀察，以此為基礎優化設計方案。2）應用CAE 技術。應用CAE 技術能夠對設計方案的實際效果進行模擬仿真分析，從而進一步預測農業機械的結構強度和剛度。通過模擬觀察，及時發現設計方面存在的潛在問題，為進一步減少后續試驗與修改提供依據。3）應用CAM 技術。應用CAM 技術能夠優化機械制造工藝，提升制造工藝的自動化和數字化程度，進而全面提升工藝的加工精度和生產效率。例如，數控機床、機器人等都可在這種技術的支持下發揮作用，完成復雜的農業機械零部件加工與裝配，這也是提升機械設備性能的重要保障。

2.3 虛擬現實技術

虛擬現實技術在實踐應用中也能夠促進農業機械設計制造效果的優化與提升。具體來說，合理應用虛擬現實技術提升農業機械設計制造質量時，應把握以下要點。1）應用虛擬現實技術可進行機械設計的實時仿真與驗證，避免傳統設計中需要大量人工計算、試驗的過程，能夠降低技術開發成本，有利于縮減時間成本[5]。2）虛擬現實技術可模擬不同類型的復雜工況和環境條件，設計人員可基于不同的環境條件，對農業機械設備的性能和運行質量進行更加準確的檢驗與判斷，從而優化設計決策方案。3）虛擬現實技術能夠優化機械制造的整個流程。在發揮作用時，由設計人員對制造流程進行模擬觀察，確保各流程的運行狀態和技術關鍵點，隨后，再進一步結合模擬結果，提出有效的優化策略。為保證虛擬現實技術的應用效果，還應當注重對設計人員和實操人員加大培訓教育力度，保證其能夠熟悉整體操作流程，提高設備運行的安全性和效率。4）虛擬現實技術有助于實現遠程協作設計和制造，通過虛擬現實平臺的聯動作用，不同地區、不同部門的設計師和工程師可以實時共享和交互虛擬模型，進行協同設計和評審，這打破了地域和時間的限制，提高了團隊協作的效率和響應速度。

2.4 設計監控技術

在機電一體化背景下，農業機械設計的監控技術是保證設計效果、了解機械設備運行狀態的關鍵技術，通過實時監控能夠及時發現和解決系統運行中的潛在問題，保證機械設備正常高效運行。設計監控技術在實踐應用中，一般從以下方面發揮作用。1）做好多樣化的數據信息監控分析工作，農業機械在作業過程中面臨復雜多變的環境，具體數據信息包括區域地形、氣候、作物種類等。通過使用設計監控技術能夠實時監測機械的各項參數，如溫度、壓力、轉速等，及時發現異常情況并進行預警。這有助于防止機械損壞并降低事故發生的概率，確保操作者的安全。2）利用設計監控技術能夠提升農業機械作業效率，通過實時監測運行狀態，對關鍵參數的精確度進行判斷和總結，進一步在后續設計環節基于關鍵數據對機械設備系統進行優化設計，如可通過分析設備作業過程中的速度、軌跡、土壤濕度等關鍵信息，調整機械設備的基礎運行參數，保證其作業效率得到提升[6]。

2.5 電子信息技術

現階段農業機械設備的應用規模大，應用性能的實際要求也呈現逐步提高的趨勢。因此，需要結合實際對設備運行狀態進行實時監控，發現潛在安全隱患或潛在故障時，應當及時采取對應措施進行處理，這不僅有利于延長農業機械的使用壽命，也能夠有效減少因故障引發的機械設備停運情況。應用電子信息技術可以對農業機械設備運行的狀態進行監控分析，做好故障的預測與診斷工作，實現農業生產的全過程智能化控制。基于電子信息技術的核心功能，保證農業生產過程有24 h 無人值守的作業模式。例如，電子信息技術中的物聯網技術就可使農業機械設備之間、機械與控制系統之間形成實時的數據交換狀態，實現對農業生產過程的自動化控制。

3 應用趨勢

在農業機械工程中合理運用機電一體化技術，促進了整個工程的技術創新，可以利用數字化技術對農業機械工程進行智能化控制，提高了設備整體自動化水平。同時，可以實現各種農業機械設備的搭配使用，能夠聯合作業，根據農業生產需要進行集成控制與管理，在不同的生產環節能夠進行農業機械的靈活調配，使運行效率得以提升，可切實發揮農業機械設備的性能，對技術革新升級有著積極影響。

3.1 傳感器與物聯網技術的應用

機電一體化背景下農業機械設計制造中，傳感器技術是最為典型的技術。這種技術的應用能夠實現指令和信息的有效傳輸，提升農業機械設計制造質量。但在實踐應用中，也需要對此項技術不斷進行完善與更新，以便提升其使用效果。從未來發展的角度看，應當實現傳感器與物聯網技術的聯動應用，并且進一步提升傳感器技術的精度與穩定性，為農業生產提供更加精確有效的數據支撐[7-8]。同時，在廣泛應用物聯網技術的背景下，也能夠促進農業機械設備運行過程中的聯動，進而實現智能化協同作業目標。

3.2 人工智能與機器學習技術的應用

人工智能與機器學習技術在農業機械設計制造中的應用有非常重要的實踐價值，有了該技術支持，農業機械設備在運行時可通過自主學習進行決策分析，如根據作業區域環境變化和作物需求進行自動化調整，而農業機械在機器學習技術的支持下，也可自動提取大批量信息，不斷優化作業結果，這有利于提高農業生產的智能化水平、減小人工干預力度，也有利于降低生產成本。另外，有了人工智能技術和機器學習技術的支持，病蟲害的識別分析以及農作物產量預測工作能夠順利推進，有利于為農業生產者提供更加全面科學的解決方案。

3.3 踐行可持續綠色發展理念

機電一體化技術的應用可實現對農業機械的升級與優化，提高農業機械設備技術水平，讓各類資源能源得到高效利用，但是資源能源的使用量逐漸增加，對環境也造成了一定破壞。因此，機電一體化技術在未來發展中，要從農業機械工程的可持續發展角度出發，政府和相關機構可加大對農業機械綠色制造的扶持力度，推動技術創新和產業升級，促進農業機械行業的可持續發展[9-10]。同時，加強對節能環保的重視，將綠色理念融入農業機械工程中，重視低能耗、低污染、低排放設備和產品的使用，以推動農業生產作業的良好發展，提高農業機械化生產中的生態效益。

4 結語

綜上所述，在農業機械設計制造中應用機電一體化技術，可以從農業機械設備設計、制造、工藝流程全方位實現信息化分析和智能化控制，顯著提升農機企業整體生產水平。同時，通過機電一體化在農業機械上的應用，有助于豐富農業機械的功能，提高農業機械作業效率，降低農業機械故障率，改善農業機械操作性能，推動農業機械化的發展，助力農業現代化。