機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

趙國(guó)燕

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，山西太原　030031）

機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

趙國(guó)燕

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，山西太原030031）

我國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著較大的比例，但是農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化、智能化程度還比較低，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)農(nóng)業(yè)水平發(fā)展。為提升我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械現(xiàn)代化水平，需要重視農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)電一體化研究。綜述機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用，并進(jìn)行了初步分析和總結(jié)。

機(jī)電一體化；農(nóng)業(yè)機(jī)械；應(yīng)用

我國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著較大的比例。但是一直以來，我國(guó)農(nóng)業(yè)水平發(fā)展依然比較落后，農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的自動(dòng)化程度也相對(duì)比較低，這就極大地制約了我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的發(fā)展。

作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，農(nóng)業(yè)機(jī)械是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的有效途徑。通過農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的合理應(yīng)用，可以極大地提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率，大幅降低農(nóng)業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，減輕農(nóng)民工作負(fù)擔(dān)，并且在一定程度上還可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的改進(jìn)。由此可見，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化，是我們提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和提升農(nóng)民生活水平的重要支持與可靠保障。

近年來，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是集成電路技術(shù)的發(fā)明和廣泛應(yīng)用，為機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的應(yīng)用提供了極大的便利，同時(shí)也使得機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中得到了更廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外科研人員對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械相結(jié)合的研究力度也明顯加強(qiáng)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)也隨之有了突破性的發(fā)展。這些應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品，不僅工作效率高、操作風(fēng)險(xiǎn)低，也使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率大幅提升，為我國(guó)農(nóng)業(yè)水平的發(fā)展提供了助力。

1　機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化又稱為機(jī)械電子學(xué)，是機(jī)械工程與自動(dòng)化的一種，是機(jī)械與電子科技結(jié)合為一體的技術(shù)。這一技術(shù)在20世紀(jì)70年代，最先由日本提出，出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》的副刊上，取名“Mechatronics”。這個(gè)英語合成名詞，其中詞首“mecha”表示機(jī)械學(xué)，詞尾“tronics”表示電子學(xué)，“機(jī)電一體化”由此而來［1］。

機(jī)電一體化是將電子器件的信息處理和控制功能附加或融合在機(jī)械裝置中，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的一種復(fù)合化綜合技術(shù)，其技術(shù)的基礎(chǔ)是機(jī)械制造和電子元件配合電腦軟件進(jìn)行工作，主要包含機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等［2］。

相較于傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品，機(jī)電一體化產(chǎn)品具有以下優(yōu)勢(shì)［2］：

（1）功能大幅增強(qiáng)。機(jī)電一體化產(chǎn)品將多種技術(shù)與功能集成于一體，使其功能更加強(qiáng)大，適應(yīng)不同的場(chǎng)合和領(lǐng)域，滿足不同用戶需求。

（2）精度大幅提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品通過采用傳感器、計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制技術(shù)，補(bǔ)償和校正因各種干擾造成的動(dòng)態(tài)誤差，從而達(dá)到單純用機(jī)械技術(shù)所無法實(shí)現(xiàn)的工作精度。

（3）安全性和可靠性提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品一般具有自動(dòng)監(jiān)控、報(bào)警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)、安全聯(lián)鎖控制等功能，從而避免人身傷害和設(shè)備事故的發(fā)生，提高了設(shè)備的安全性和可靠性。

（4）操作性能得以改善。機(jī)電一體化產(chǎn)品采用計(jì)算機(jī)程序控制和數(shù)字顯示，具有良好的人機(jī)界面，改善了設(shè)備的操作性能，大大簡(jiǎn)化操作難度。

2　機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用情況

如今，農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)在國(guó)外，尤其是在發(fā)達(dá)國(guó)家中已經(jīng)相當(dāng)普及，農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)也開始向著更高的目標(biāo)發(fā)展，如提高工作速度、加大作業(yè)寬幅、提升安全等級(jí)、改善操作體驗(yàn)等。因此，機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的重要性也更加凸顯。

2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

優(yōu)良的農(nóng)業(yè)機(jī)械離不開優(yōu)秀的機(jī)械設(shè)計(jì)。眾所周知，農(nóng)業(yè)機(jī)械的研發(fā)設(shè)計(jì)工作是非常復(fù)雜而繁瑣的，其中很多過程分析需要很大的計(jì)算量，依靠傳統(tǒng)手工計(jì)算作圖的設(shè)計(jì)方法，效率低，遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的需求。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)的出現(xiàn)有效解決了這個(gè)問題。借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，以三維圖形系統(tǒng)進(jìn)行處理，在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的幫助下，不僅可以大幅提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)效率，還可以幫助設(shè)計(jì)人員在研究中進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新［3］。

2.2監(jiān)控技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，操作人員需要不時(shí)地對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行查看，并根據(jù)具體參數(shù)情況對(duì)機(jī)械進(jìn)行調(diào)整，以保障機(jī)械的正常穩(wěn)定工作。為了方便操作人員對(duì)各參數(shù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確查看，以儀表和傳感器為代表的機(jī)電監(jiān)控技術(shù)也越來越多的被應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)機(jī)械當(dāng)中。通過傳感器，農(nóng)業(yè)機(jī)械可以精確獲取機(jī)械工作狀態(tài)，并實(shí)時(shí)反饋到儀表上顯示出來，而顯示儀表也從指針到液晶屏、從黑白到彩色，不斷地更新?lián)Q代，最大限度地幫助操作人員控制和調(diào)整農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

2.3全球定位系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)主要是應(yīng)用在一些大型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，需要多臺(tái)農(nóng)業(yè)機(jī)械協(xié)同工作的情況下。依靠全球定位系統(tǒng)，可以及時(shí)準(zhǔn)確地提供作業(yè)場(chǎng)地以及作業(yè)機(jī)械的坐標(biāo)位置，方便農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理人員更好地進(jìn)行分析策劃和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度。

2.4電子信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)機(jī)械不斷追求智能化、現(xiàn)代化的當(dāng)下，電子信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛。通過電子信息技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)人員可以方便地查閱各方資料，機(jī)械制造人員可以通過自動(dòng)化流水線提高生產(chǎn)效率，機(jī)械操作人員可以遠(yuǎn)程查看和操作設(shè)備，機(jī)械維護(hù)人員也可以更方便地記錄和查看機(jī)械的維修歷史。

2.5其他機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

目前，機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)等各個(gè)方面都起到了至關(guān)重要的作用。依托微電子技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械可以被制造的更加精致和小巧；依托計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，可以對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的操作者進(jìn)行模擬培訓(xùn)；依靠超聲波技術(shù)，可以方便地對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行無損檢測(cè)；依靠電液比例控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械實(shí)行自動(dòng)或者半自動(dòng)的控制操作……這些都對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展及農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用。

3　機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的發(fā)展趨勢(shì)

時(shí)代在發(fā)展，社會(huì)在進(jìn)步，農(nóng)業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)和制造也隨之不斷向前推進(jìn)，而在此過程中，機(jī)電一體化技術(shù)本身也在不斷地更新?lián)Q代。

3.1光機(jī)電一體化

光機(jī)電一體化是目前機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。通過將光學(xué)技術(shù)引入機(jī)電一體化技術(shù)當(dāng)中，可有效地增強(qiáng)和改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)中的傳感系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和信息處理等系統(tǒng)的功能，大大增強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作精度和工作效率。

3.2集成微型化

集成微型化可以成為微機(jī)電一體化，這也是目前機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)主要趨勢(shì)。隨著集成電路和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品也在向著更輕更小的方向發(fā)展。這一變化帶給農(nóng)業(yè)機(jī)械的最直接好處，除了可以減小農(nóng)業(yè)機(jī)械的體積質(zhì)量，也可以大幅減少機(jī)械能耗，并顯著改善機(jī)械操作人員的舒適性。

3.3人工智能化

隨著計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)的逐步完善，人工智能化也將成為未來農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。伴隨著人工智能化的發(fā)展，機(jī)械自動(dòng)識(shí)別和排除故障、自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化工作參數(shù)，甚至實(shí)現(xiàn)無人值守的自動(dòng)運(yùn)行工作都有成為現(xiàn)實(shí)的可能。

3.4環(huán)保綠色化

社會(huì)的快速發(fā)展在帶給人們方便快捷的同時(shí)，也造成了資源環(huán)境惡化的弊端，所以在農(nóng)業(yè)機(jī)械和機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，綠色環(huán)保也是一項(xiàng)發(fā)展的重中之重。只有低耗能、低耗材、低污染、低排放，符合可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，才能在未來占據(jù)一席之地。

4　結(jié)論

隨著機(jī)械制造技術(shù)和電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)制造向著自動(dòng)化、智能化邁進(jìn)趨勢(shì)也越來越明顯，這一發(fā)展趨勢(shì)的不可逆轉(zhuǎn)是廣大農(nóng)業(yè)機(jī)械從業(yè)人員和使用者的共識(shí)。而在此過程中，集機(jī)械、電子、信息等技術(shù)于一體的機(jī)電一體化技術(shù)所起到的作用絕對(duì)是極其關(guān)鍵和不可代替的。

機(jī)電一體化技術(shù)的出現(xiàn)是多種科學(xué)技術(shù)發(fā)展融合的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果，也是農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的必然選擇［4］。應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，不僅能夠使得農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，還能顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)效率、節(jié)省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量。

我國(guó)目前的農(nóng)業(yè)水平在國(guó)際上仍然處于發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化、智能化水平不高，也嚴(yán)重阻礙了我國(guó)農(nóng)業(yè)水平的提升和發(fā)展。因此，為了提升我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)水平、改善農(nóng)民的生活質(zhì)量，在農(nóng)業(yè)機(jī)械中引入機(jī)電一體化技術(shù)，提升我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)機(jī)械的現(xiàn)代化水平，也成為了我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必由之路［5］。

［1］夏昌玉.機(jī)電一體化構(gòu)成要素及相關(guān)技術(shù)分析 ［J］.機(jī)械與自動(dòng)化，2013（7）：121-122.

［2］徐章鎖.基于虛擬原型的機(jī)電一體化建模與仿真技術(shù)研究 ［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2013.

［3］劉學(xué)峰.機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用舉例 ［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2013（5）：8-10.

［4］王文超.機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用研究 ［J］.電子世界，2014（18）：465-467.

［5］胥宏民.探析機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用 ［J］.河北農(nóng)機(jī)，2012（4）：45-47.◇

Mechatronics Application in Agricultural Machinery

ZHAO Guoyan
（Shanxi Academy of Agricultural Mechanization Sciences，Taiyuan，Shanxi 030031，China）

China is a traditional country.Agricultural has a large part of China's national economic development.There is bafflement in the development of agriculture like low automation，intelligence of mechatronics.Mechanical and electrical integration should be studied in order to enhance the level of modernization of China's agricultural machinery.In this paper，mechatronics applications in agricultural machinery is carried out with some analysis and summary.

mechatronics；agricultural machinery；application

S24

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.042

1671-9646（2016）08b-0047-02

2016-08-01

趙國(guó)燕（1987— ），女，本科，助理工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械、農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械。