探討農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化的現(xiàn)狀與推進(jìn)模式

喬國(guó)立 張春霞 張文祥 邢 丹

（1.吉林省白城市蘆葦研究所，吉林白城137000;2.吉林省白城市農(nóng)牧機(jī)械化研究院，吉林白城137000）

農(nóng)業(yè)是涵蓋著農(nóng)作物的種植加工、儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)膹?fù)合型產(chǎn)業(yè)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中多會(huì)受到社會(huì)條件及自然環(huán)境的影響，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植方式以解決糧食供應(yīng)為重點(diǎn)，側(cè)重以農(nóng)業(yè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)種植產(chǎn)量的增加，而在溫飽問(wèn)題基本解決的當(dāng)今社會(huì)中，人們對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的舒適性、高效性及農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)等要求逐步提高，充分利用農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升、生產(chǎn)成本及資源的節(jié)約、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及生產(chǎn)安全效能的提升。

一、農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化的現(xiàn)狀

1農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化及分類

所謂的農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化是指在農(nóng)業(yè)機(jī)械、裝置的運(yùn)行操作中，以不依賴于人的感官系統(tǒng)，以部分或完全脫離手工方式而實(shí)現(xiàn)的自我運(yùn)轉(zhuǎn)控制。農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化控制裝置是自動(dòng)化中的重要組成，已經(jīng)在傳感器技術(shù)、微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)之下，由傳統(tǒng)單一的輸入輸出模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎噍斎胼敵龅哪Ｊ?，自?dòng)化裝置的逐步完善推動(dòng)著農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化水平的提升。

農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化大體可以分為三類，農(nóng)業(yè)機(jī)械化和裝置部分自動(dòng)化，該種自動(dòng)化方式主要是提高目前已具備的農(nóng)業(yè)機(jī)械及農(nóng)業(yè)裝置的運(yùn)行操作性能，實(shí)現(xiàn)作業(yè)效率及精度的提升、操作人員工作負(fù)擔(dān)的降低、生產(chǎn)成本及資源的節(jié)約等；農(nóng)業(yè)機(jī)械和裝置無(wú)人自動(dòng)化，該種自動(dòng)化方式主要應(yīng)用于操作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作的設(shè)備中，主要進(jìn)行危險(xiǎn)系數(shù)大、單調(diào)重復(fù)性的工作過(guò)程中；農(nóng)業(yè)機(jī)器人，是由不同的計(jì)算機(jī)軟件程序控制具備檢測(cè)及驗(yàn)算功能的無(wú)人操作的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，用于適應(yīng)不同作業(yè)并能感知適應(yīng)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境及種類變化。

2機(jī)械化自動(dòng)化的現(xiàn)狀

以三類農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化設(shè)備為依據(jù)重點(diǎn)闡述我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀，其中農(nóng)業(yè)機(jī)械和裝置部分自動(dòng)化是以提升機(jī)械設(shè)備及農(nóng)業(yè)裝置的操作性能及作業(yè)性能為主要目的，在常用的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)中應(yīng)廣泛采用機(jī)械油壓式的三點(diǎn)連接位調(diào)節(jié)裝置及力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，目前較為新穎的裝置主要是采用電磁或微機(jī)操控的控制閥實(shí)現(xiàn)連接裝置的優(yōu)化改善，已顯著的提升力調(diào)節(jié)及位調(diào)節(jié)的操作控制水平；為提升旋耕機(jī)的生產(chǎn)作業(yè)精度，已在農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)上采用耕深及水平控制系統(tǒng)，其中耕深控制系統(tǒng)可將旋耕機(jī)運(yùn)行作業(yè)過(guò)程中的耕深保持在較為適宜的范圍內(nèi)，而水平控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)左右輪不均勻下沉現(xiàn)象的控制，將旋耕機(jī)的左右方位長(zhǎng)時(shí)間保持在平衡狀態(tài)。

農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)業(yè)裝置無(wú)人自動(dòng)化的典型代表有田間式作業(yè)機(jī)械及固定式作業(yè)機(jī)械。田間式作業(yè)機(jī)械可依據(jù)農(nóng)作物及土壤的特性，以觸覺(jué)實(shí)現(xiàn)信息的收集，無(wú)人操作的實(shí)現(xiàn)方法有直接導(dǎo)向法及通過(guò)無(wú)線遙調(diào)遙控的間接法，直接導(dǎo)向法控制之下的無(wú)人自動(dòng)化機(jī)械有旋耕機(jī)、自走農(nóng)藥噴霧器、自走聯(lián)合收割機(jī)等，間接法控制之下的機(jī)械有割草機(jī)及插秧機(jī)等。固定式作業(yè)機(jī)械的典型事例為全自動(dòng)式谷物干燥機(jī)及自動(dòng)溫室、全自動(dòng)式分選機(jī)等，其中全自動(dòng)式谷物干燥機(jī)可實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)溫度及風(fēng)量的自動(dòng)控制，并在干燥后的谷物達(dá)到規(guī)定含水量時(shí)自動(dòng)的停止運(yùn)行，自動(dòng)化系統(tǒng)中涵蓋點(diǎn)火燃燒、速度循環(huán)、燃燒器內(nèi)部空氣含量、送風(fēng)量、含水率及燃料掐斷等自動(dòng)化控制功能。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人，目前發(fā)達(dá)國(guó)家已進(jìn)入以農(nóng)業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)研究推動(dòng)科研成果的應(yīng)用及農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平提升的重要階段，如水果蔬菜自動(dòng)采摘機(jī)、視覺(jué)監(jiān)測(cè)設(shè)備、自動(dòng)擠奶裝置、自動(dòng)剪毛裝置等，就自動(dòng)剪毛裝置而言，是將羊的形態(tài)進(jìn)行圖形化處理，在剪刀設(shè)備上嵌入自動(dòng)感知系統(tǒng)裝置，以剪刀感知羊的皮膚進(jìn)行剪毛作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低和生產(chǎn)效率的提升。

二、農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化的推進(jìn)模式

就農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用需求而言，在自動(dòng)化領(lǐng)域中必將嘗試各種方案及方式實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化的推進(jìn)，綜合當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)條件及技術(shù)水平，可被采用的農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化推動(dòng)模式較多，文章就階段式農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化推動(dòng)模式進(jìn)行研究闡述。

首先是合理的選定自動(dòng)化模式。綜合當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)水平及現(xiàn)實(shí)狀況，確立下作業(yè)效率及精度提升、資源節(jié)約、生產(chǎn)安全性能提升等自動(dòng)化運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，就不同的農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化模式進(jìn)行全面系統(tǒng)的評(píng)定，按照順序選擇自動(dòng)化模式，以便于階段式農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化推進(jìn)模式的踐行。

其次是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中所需的傳感器和控制系統(tǒng)的研發(fā)。農(nóng)產(chǎn)品種植加工及運(yùn)輸流通環(huán)節(jié)中可以快速準(zhǔn)確并不造成農(nóng)作物及產(chǎn)品破壞的評(píng)價(jià)其性狀及活動(dòng)的各類傳感器相對(duì)缺乏，要重點(diǎn)研發(fā)可以在自然生長(zhǎng)環(huán)境中就農(nóng)作物的性狀活動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定的傳感器，以及對(duì)所獲取的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的裝置或系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及控制參數(shù)之間關(guān)系的控制處理。

再者是農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化設(shè)備及裝置的可靠性及耐久性的提升。農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化裝置多應(yīng)用于環(huán)境較為惡劣的條件下，后期的維護(hù)保養(yǎng)工作也較為復(fù)雜，因此設(shè)備及裝置的耐久性及可靠性非常重要，尤其是自動(dòng)化裝置，因多采用半導(dǎo)體集成線路及微處理器等高端電子產(chǎn)品，設(shè)備及裝置的可靠性及耐久性就更為重要。

最后是對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化自動(dòng)化推進(jìn)模式的認(rèn)知改變。在人們的傳統(tǒng)認(rèn)知及做法中，農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)械化及自動(dòng)化裝置作業(yè)性能及操作性能的提高，多是以機(jī)械結(jié)構(gòu)的部分改進(jìn)優(yōu)化或部件裝置的增設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣多會(huì)使得農(nóng)業(yè)機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，在提升機(jī)械造價(jià)的同時(shí)增加維修保養(yǎng)的難度，該類問(wèn)題的根本解決是要將農(nóng)作物作為研究對(duì)象，從農(nóng)作物自身習(xí)性及生長(zhǎng)實(shí)際出發(fā)，研究適用性強(qiáng)且造價(jià)合理的機(jī)械化、自動(dòng)化設(shè)備，如大型的農(nóng)業(yè)機(jī)械向中小型多功能機(jī)械化自動(dòng)化設(shè)備的轉(zhuǎn)化。

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