機電一體化技術對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的影響

[摘 要] 開篇闡述機電一體化技術對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的作用及影響，通過將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械設備與應用了機電一體化的設備進行對比，彰顯了后者的優(yōu)勢；聯(lián)系國外農(nóng)機自動化技術發(fā)展迅猛而國內(nèi)相關領域起步較晚的實際情況，探討了我國農(nóng)業(yè)工程技術發(fā)展方向并提出應對措施。

[關鍵詞] 農(nóng)業(yè)機械化

一、機電一體化技術對農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的作用及影響

民以食為天。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，而農(nóng)業(yè)機械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分。農(nóng)業(yè)機械的廣泛應用，極大地解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重點作物和關鍵環(huán)節(jié)的農(nóng)業(yè)工程技術，解決了困擾農(nóng)民幾千年來的生產(chǎn)效率低、勞動強度大等問題，如機械耕作取代人畜犁耙；機械插秧解決人工插秧問題；聯(lián)合收割機解決人工收割水稻、拖拉機代替肩挑人扛運輸?shù)葐栴}。由此可見，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平，拓寬農(nóng)民增收渠道，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要依托和牢固支撐。

時代在發(fā)展，社會在進步，現(xiàn)代高新科學技術開始輻射社會化生產(chǎn)的方方面面，并逐步應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)機械化、農(nóng)機設備自動化，最終達到農(nóng)機設備控制人工智能化，這一發(fā)展趨勢不可逆轉(zhuǎn)是廣大科技工作者的共識。而機電一體化技術在其中的地位和作用尤其重要！應用了機電一體化技術的農(nóng)業(yè)機械設備不僅能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動效率，還使困擾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)民“耕、種、收三彎腰”情況得到了極大的改善，減輕了農(nóng)民的勞動強度。世界已經(jīng)進入了“地球村”時代，我國加入WTO之后，貿(mào)易與關稅壁壘逐漸失去作用，大量國外質(zhì)優(yōu)價廉的農(nóng)產(chǎn)品蜂涌而至，給我國農(nóng)產(chǎn)品出口帶來極大壓力，我國農(nóng)業(yè)想要生存和發(fā)展，只能修煉“內(nèi)功”，即節(jié)省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，對產(chǎn)品進行精、深加工，提高農(nóng)產(chǎn)品附加值！想要得到上述目的，農(nóng)業(yè)向機械化、自動化、智能化方向發(fā)展是必然的選擇！

二、機電一體化技術產(chǎn)品的優(yōu)勢

機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。它最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著相關技術的蓬勃發(fā)展，機電一體化的概念逐漸被國人所接受，并得到了普遍應用。機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術科學。是在機械產(chǎn)品中的機構(gòu)主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術和計算機技術，并將機械裝置和電子設備以及計算機軟件等有機結(jié)合起來構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。

隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，其產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機械電子產(chǎn)品的趨勢，而這一切將對我國的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。機電一體化技術與傳統(tǒng)的機械電子產(chǎn)品相比，優(yōu)勢明顯：

1.操作人員的人身安全得到保障，機械故障率降低

應用了機電一體化技術的農(nóng)業(yè)機械設備通常具有電子監(jiān)控、電子報警、機械故障自動診斷、出現(xiàn)意外時自動防護功等功能。在操作過程中，突發(fā)各種電力故障時，能根據(jù)具體情況自動采取防護機制，規(guī)避人身和機械安全風險，使操作人員人身安全得到有力保障。因為在生產(chǎn)工藝中廣泛采用電子元件，使其產(chǎn)品設備中傳統(tǒng)的傳動機構(gòu)和易磨損部件大大減少，實現(xiàn)了機身各部位模塊化，從而使設備的靈敏度和可靠性得到極大提升，機械使用壽命得以延長，機械故障率得以降低。

2.工作效率和產(chǎn)能得以提高

應用了機電一體化技術的農(nóng)業(yè)機械設備基本上都具有電子信息自動采集處理、系統(tǒng)自動控制等功能。這就使其控制機械作業(yè)、檢測電子信息的靈敏度、明確作業(yè)精度、規(guī)劃作業(yè)范圍等能力有了較大提高。通過機械本身的自控系統(tǒng)，可精準指揮機械的工作部完成預定的作業(yè)動作，這也使操作人員的主觀因素影響降到最低，實現(xiàn)最佳作業(yè)操作，繼而獲得最高工作效率。由于農(nóng)機設備實現(xiàn)了作業(yè)的自動化，其產(chǎn)能也得以大幅提高。

3.操作性能得以改善

應用了機電一體化技術的農(nóng)業(yè)機械設備由于采用了數(shù)字技術和程控技術，其操作部件得以減化，更符合人體學設計要求，作業(yè)操作變得更加便捷。其作業(yè)過程依據(jù)使用前預定的程序逐步由機械自身的自控系統(tǒng)指揮實現(xiàn)，可重復所有預設作業(yè)動作。更高級的設備還能通過預先存儲的作業(yè)對象數(shù)學模型和作業(yè)環(huán)境參數(shù)變化隨機處理，通過自控系統(tǒng)獲得最適合的工作程序，從而實現(xiàn)自動最佳作業(yè)。

4.設備功能多樣且適應性強

與傳統(tǒng)機電產(chǎn)品技術、功能單一不同，應用了機電一體化技術的農(nóng)業(yè)機械設備功能強大，技術多樣，基本都具有系統(tǒng)自動控制、作業(yè)自動補償、電子信息自動校檢、設備自動調(diào)節(jié)、系統(tǒng)和操作員自動防護和控制終端人工智能化等多重功能，適應各種作業(yè)場合和工作領域，可按用戶需求隨時隨地進行調(diào)整。

5.設備便于安裝調(diào)試和維護

應用了機電一體化技術的農(nóng)業(yè)機械設備在安裝調(diào)試時可通過改變系統(tǒng)控制程序來實現(xiàn)作業(yè)方式的轉(zhuǎn)變，以應對不同用戶的需求及作業(yè)現(xiàn)場參數(shù)的變化。這些程序由于可以用多種方式手動輸入到設備控制系統(tǒng)中，從而不必改變原設備的任何作業(yè)零部件；而具備信息存儲功能的設備，由于預先存儲了多種可供參考的預定作業(yè)程序，只需根據(jù)作業(yè)對象的不同而輸入不同的信息代碼，便可使設備按預設作業(yè)程序操作執(zhí)行，完成作業(yè)。設備的電子信息自動校檢和電子監(jiān)控功能可對作業(yè)過程中出現(xiàn)的故障采取自動糾錯措施，從而使作業(yè)正常進行。

三、國內(nèi)外農(nóng)機自動化領域應用機電一體化技術的實際情況

時至今日， 國外農(nóng)業(yè)機械化技術已相當普及， 農(nóng)業(yè)機械設計開始向提高作業(yè)速度、加大作業(yè)寬幅、加大農(nóng)機功率、讓農(nóng)機駕駛員操作時更加舒適的方向發(fā)展。機電一體化技術在農(nóng)業(yè)機械上的應用也翻開了新的篇章： 一些著名農(nóng)機廠商將信息數(shù)據(jù)自動采集控制、數(shù)據(jù)信息批量處理、GPS全球定位系統(tǒng)和激光掃描、信息遙感等現(xiàn)代尖端技術、裝備應用于農(nóng)業(yè)機械上。如農(nóng)用激光平地機就是利用激光調(diào)平傳感微機處理技術， 經(jīng)一次地面平整作業(yè)， 即可成形， 且能達到寸水不露泥的精度。美國的約翰·迪爾公司所生產(chǎn)的水稻聯(lián)合收割機就安裝了專用的精密作業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能提供產(chǎn)量或收獲量信息、濕度、待收獲作物總質(zhì)量等讀數(shù)，能精確測量糧食升運器頂部的谷物流量及實時的產(chǎn)量數(shù)據(jù)， 能分別對分離裝置、滾筒轉(zhuǎn)速、割臺升降、割臺傾斜和停車制動安全等裝置進行快捷實時監(jiān)測與控制。該機還裝備全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和示差定位信號，可快速確定出機器所處位置。

由于眾所周知的原因，我國農(nóng)機化發(fā)展狀況與國外相比有較大差距，遠不能適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，國內(nèi)農(nóng)業(yè)機械自動化研究起步較晚，但隨著社會發(fā)展，機電一體化技術在農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)領域的作用大放異彩。通過將微型計算機技術、電子微處理技術、電子傳感與檢測技術、電子信息處理技術有機整合，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)中進行廣泛應用，極大地提高了我國農(nóng)機設備的性能。農(nóng)業(yè)主管部門通過總結(jié)經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的農(nóng)機自動化經(jīng)驗，吸取國外先進技術，因地制宜地發(fā)展出一系列適應我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點的機電一體化控制技術，在拖拉機、施肥播種機、谷物干燥機等農(nóng)業(yè)機械應用上均獲得了成功，此外還在提高已有農(nóng)業(yè)機械及裝置的作業(yè)性能和操作性能上取得可喜進展：遼寧省本溪市農(nóng)機推廣站將機電一體化技術應用在農(nóng)業(yè)整地作業(yè)機械上，成功研制出1DY-1型多功能遙控整地機，它使用密碼編程式多路遙控組件，機電一體，人車分離，遠程控制機組的動作，在整地作業(yè)過程中實現(xiàn)離合、油門大小、變速、前進或后退、轉(zhuǎn)向及機具升降。是機電一體化技術在農(nóng)業(yè)整地作業(yè)機械領域的成功應用。

四、當代農(nóng)業(yè)工程技術發(fā)展趨勢及應對措施

當今世界已經(jīng)進入了電子信息時代，電子信息技術和微型計算機技術的迅猛發(fā)展使得農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)逐步向機械自動化方向前進。由于計算機智能化技術的逐步完善， 農(nóng)業(yè)機械人工智能化將成為未來農(nóng)業(yè)工程技術發(fā)展的重中之重。在不久的將來，農(nóng)業(yè)機械化控制技術發(fā)展的過程中將陸續(xù)涌現(xiàn)出各種農(nóng)業(yè)機器人和相應的智能化控制系統(tǒng)， 如何促進和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械控制自動化并進一步向農(nóng)業(yè)機械人工智能化技術方向衍進？是所有中國農(nóng)業(yè)工程技術人員所面臨的長遠課題和挑戰(zhàn)。廣大工程技術人員應該及時更新知識結(jié)構(gòu)，緊跟現(xiàn)代信息科學技術發(fā)展趨勢，在農(nóng)業(yè)機械設計生產(chǎn)過程中，正確處理好質(zhì)量與成本、市場需求和技術可能性、長期發(fā)展和短期利益之間的矛盾關系，在滿足市場需要的前提下，使產(chǎn)品既具有足夠的競爭力，又符合當前實際情況和技術可實現(xiàn)性，以保證產(chǎn)品獲得最大的技術經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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[5]《機電一體化技術》 中國農(nóng)業(yè)大學出版社2001年11月第一版.

作者簡介：趙志強（1981年-），男，工程師，從事農(nóng)機研究和農(nóng)機推廣工作。

盧昕（1970年-），女，工程師，從事農(nóng)機推廣工作。

林甦君（1964年-），男，工程師，從事農(nóng)機推廣工作。