數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

田瑋琨

西南民族大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川 成都 610225

農(nóng)業(yè)一直以來(lái)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著我國(guó)人口基數(shù)的不斷增加以及耕地資源的不斷減少，在很大程度上阻礙了我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，針對(duì)這種現(xiàn)象我國(guó)政府部門出臺(tái)了一些列措施旨在實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，提高農(nóng)業(yè)創(chuàng)收[1]。數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展為我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程提供了基礎(chǔ)，為加強(qiáng)我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步提供了更加便利的條件，尤其在農(nóng)業(yè)機(jī)械現(xiàn)代化方面更是對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，成為實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的巨大推力[2,3]。在這一歷史背景下，如何有效的將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的升級(jí)換代成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的關(guān)注重點(diǎn)，鑒于此本文在數(shù)字化技術(shù)背景下研究我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展，這將對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著一定的促進(jìn)作用[4]。

1 數(shù)字化技術(shù)的概念

數(shù)字化技術(shù)從研究?jī)?nèi)容上來(lái)看主要包括對(duì)信息的采集、處理、存儲(chǔ)、傳遞等，在具體使用過(guò)程中主要借助計(jì)算機(jī)，通過(guò)各種軟硬件以及應(yīng)用程序等來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)的不斷普及，以計(jì)算機(jī)為代表的數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用范圍正不斷的擴(kuò)大，數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)在一定程度上改變了人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)、生活方式，尤其是在農(nóng)業(yè)機(jī)械上更是極大改變傳統(tǒng)的農(nóng)耕方式，對(duì)促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化作出了重要貢獻(xiàn)。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)在近十年里我國(guó)數(shù)字化式的農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)量發(fā)生了巨大的變化，如圖1所示為我國(guó)2008～2017年國(guó)內(nèi)數(shù)字化農(nóng)機(jī)的數(shù)量變化圖。從圖中可以看出我國(guó)的數(shù)字化農(nóng)機(jī)數(shù)量每年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，從2008年500萬(wàn)上升到2017年的將近4000萬(wàn)，由此也可以看出我國(guó)現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化[5,6]。

圖1 2008～2017年我國(guó)數(shù)字化農(nóng)機(jī)數(shù)量Fig.1Amount of digital agricultural machinery in China from 2008 to 2017 a

2 數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)機(jī)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的使用已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)，但是因?yàn)槭艿絺鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的影響使得數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的普及尚存在一定的不足，其中主要表現(xiàn)在：（1）對(duì)數(shù)字化技術(shù)的重視程度不足；（2）數(shù)字化技術(shù)投入力度不足；（3）技術(shù)研究與實(shí)際使用相脫節(jié)。

2.1 重視程度低

隨著科技的不斷發(fā)展，很多人逐漸認(rèn)識(shí)到數(shù)字化技術(shù)對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要作用，但是當(dāng)前數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用重點(diǎn)還是在農(nóng)業(yè)網(wǎng)站構(gòu)建、氣象預(yù)測(cè)等方面，而對(duì)于數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用顯然并不重視，對(duì)于這方面的研究也并不深入，使得數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的應(yīng)用很難發(fā)揮應(yīng)有的作用。與國(guó)外農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展水平相比，我國(guó)農(nóng)機(jī)數(shù)字化程度顯然有著巨大的差距，而這也成為當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

2.2 投入力度不足

數(shù)字化技術(shù)從本質(zhì)上來(lái)看屬于高新技術(shù)的范疇，通常在數(shù)字化技術(shù)研發(fā)和使用上都需要投入大量的資金，購(gòu)買大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)進(jìn)行保障，同時(shí)配備大量專業(yè)的人員。但是就當(dāng)前我國(guó)在農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字化方面的投入力度上來(lái)看顯然還存在著很大的不足，而這也在很大程度上限制了我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械向數(shù)字化方向發(fā)展的腳步。

2.3 技術(shù)研究與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)

就當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展水平來(lái)看與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著很大的差距，尤其是在農(nóng)業(yè)信息化水平、數(shù)字技術(shù)更新層面上以及農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)用性上。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)快速發(fā)展的科技，當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化程度低，從某種意義上來(lái)說(shuō)就是技術(shù)研究與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)的具體表現(xiàn)。例如當(dāng)前很多數(shù)字化機(jī)械只適用于地勢(shì)平坦的區(qū)域適用，而針對(duì)丘陵、山地等地勢(shì)較為復(fù)雜的區(qū)域的農(nóng)業(yè)機(jī)械研究較少，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍的農(nóng)業(yè)作業(yè)。

3 數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)機(jī)方面的具體應(yīng)用

數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)機(jī)方面的使用需要大量不同類型的傳感器，一方面各種數(shù)據(jù)的采集不斷建立不同部件之間的良好通信，根據(jù)實(shí)際需求滿足在不同工作環(huán)境下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求。除此之外，很多機(jī)械在實(shí)際的構(gòu)造中需要配備各種電子、機(jī)械、管理等方面的技術(shù)支撐，具體來(lái)說(shuō)主要有以下四點(diǎn)：

3.1 農(nóng)機(jī)電子裝備技術(shù)

就國(guó)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況來(lái)看，電子裝備技術(shù)已經(jīng)在各類型的機(jī)械中得以使用，例如在機(jī)械內(nèi)部安裝電子監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)觀察和了解機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行情況。目前，典型的農(nóng)業(yè)機(jī)械拖拉機(jī)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)，其不斷向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，對(duì)于一些大型農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)來(lái)說(shuō)其內(nèi)部系統(tǒng)增加了電子控制單元，從本質(zhì)上來(lái)看已經(jīng)形成了一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)控制終端，另外還具備了獨(dú)立的信息處理與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，加大的方便了與外界進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。

圖2 農(nóng)機(jī)-拖拉機(jī)總線系統(tǒng)框圖Fig.2 Framework of agricultural machine-tractor bus system

3.2 農(nóng)機(jī)總線通信技術(shù)

隨著以拖拉機(jī)為代表的數(shù)字化電子控制單元的實(shí)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需制定相關(guān)的通用化標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，可以在農(nóng)業(yè)機(jī)械駕駛室根據(jù)實(shí)際情況安裝各類智能顯示器，智能終端通過(guò)各種不同類型的光纖實(shí)現(xiàn)機(jī)械部位與終端之間的數(shù)據(jù)通信。目前在農(nóng)機(jī)通信上使用最為普遍的是CAN總線技術(shù)，在通信方式上因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸距離較近采用的是串行連接方式。電子控制單元與機(jī)械部件之間的通信接口均設(shè)計(jì)為總線掛接的標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣可以保持每個(gè)電子控制單元與中央控制器之間的良好連接，實(shí)現(xiàn)部件之間的信息交換，同時(shí)能夠及時(shí)準(zhǔn)確的接受并執(zhí)行控制命令。

為了盡可能的保證農(nóng)業(yè)機(jī)械電子系統(tǒng)的可靠性與兼容性，需要設(shè)計(jì)具有通用性質(zhì)大的通信標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以更為方便的實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的普及與推廣，甚至為實(shí)現(xiàn)全球采購(gòu)提供基礎(chǔ)，另外這種方式也極大的方便不同農(nóng)業(yè)機(jī)械之間的配套連接與使用。總的來(lái)說(shuō)，通用標(biāo)準(zhǔn)的建立對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械的制造商有著極大的好處，一方面生產(chǎn)商在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)不需要全面了解社會(huì)上所有的產(chǎn)品并設(shè)計(jì)不同的配套接口，另一方面通用標(biāo)準(zhǔn)的建立在一定程度上增加產(chǎn)品的銷售渠道。從20世紀(jì)末開始國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織就開始著手國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，如圖2所示為拖拉機(jī)的總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

3.3 機(jī)群調(diào)度與管理決策支持技術(shù)

西方國(guó)家一些大型的農(nóng)場(chǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與農(nóng)業(yè)機(jī)械的無(wú)線連接，在辦公室可以利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)間的實(shí)時(shí)交換與管理。農(nóng)場(chǎng)管理者可以通過(guò)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)械的田間作業(yè)監(jiān)控和管理，另外還可以進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械作業(yè)的遠(yuǎn)程控制，并直接將相關(guān)的數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，極大的提高了數(shù)據(jù)采集、分析的效率。生產(chǎn)者通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取機(jī)械作業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，再借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理從而進(jìn)行科學(xué)的決策與管理，根據(jù)農(nóng)場(chǎng)的實(shí)際情況制定相應(yīng)的生產(chǎn)方案，最后再通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將所需的指令傳遞給農(nóng)業(yè)機(jī)械。除此之外，當(dāng)機(jī)械發(fā)生故障時(shí)還可以借助數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中的數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行故障診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障原因，大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

4 加強(qiáng)數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用對(duì)策

農(nóng)業(yè)機(jī)械的數(shù)字化是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展大勢(shì)所趨，但是數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用存在著一定的不足，因此針對(duì)具體的問(wèn)題就加強(qiáng)數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)機(jī)上的應(yīng)用提出了具體的對(duì)策。

4.1 提高農(nóng)民機(jī)械使用能力

當(dāng)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者是我國(guó)農(nóng)業(yè)的踐行者，在新時(shí)期只有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者不斷提高自身水平才能夠從根本上增加對(duì)數(shù)字化農(nóng)業(yè)機(jī)械的認(rèn)知和操作，才能使自身適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各項(xiàng)需求。因此，政府相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)以地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況以及農(nóng)民掌握知識(shí)的現(xiàn)狀，開展具有針對(duì)性的培訓(xùn)，不斷加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的后續(xù)維修等服務(wù)。在培訓(xùn)方面一要不斷加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者信息化意識(shí)，降低農(nóng)業(yè)機(jī)械準(zhǔn)入門檻，二要通過(guò)各類培訓(xùn)不斷提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用能力，最大程度上避免農(nóng)民所擔(dān)心的機(jī)械故障，全方位的提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的綜合素質(zhì)。

4.2 加大農(nóng)機(jī)數(shù)字化投資力度

目前，數(shù)字化技術(shù)雖然在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面取得了一定的成果，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的應(yīng)用顯然還存在著很大的差距。針對(duì)這種現(xiàn)象，政府相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)加大對(duì)高等院校與科研院所的投資力度，不斷深化數(shù)字化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，大力倡導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者學(xué)習(xí)數(shù)字化技術(shù)，最大程度上促進(jìn)農(nóng)機(jī)數(shù)字化水平。

4.3 加強(qiáng)農(nóng)機(jī)與“三農(nóng)”問(wèn)題的有效銜接

農(nóng)業(yè)機(jī)械的研究與使用，應(yīng)當(dāng)以我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮當(dāng)前我國(guó)“三農(nóng)”問(wèn)題的實(shí)際情況，找到立足點(diǎn)不斷提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的開發(fā)、銷售與使用，加強(qiáng)產(chǎn)品銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的信息化質(zhì)量。加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者對(duì)數(shù)字化技術(shù)的培訓(xùn)，使所研發(fā)出的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品能夠更好的貼近農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)農(nóng)村生產(chǎn)的實(shí)際情況，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)科研成果的推廣與使用。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，隨著數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的不斷普及，對(duì)于解放農(nóng)村勞動(dòng)力，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化將有著至關(guān)重要的作用。但是隨著數(shù)字化技術(shù)的普及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的要求也不斷增加，這就需要相關(guān)部門不斷加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者進(jìn)行數(shù)字化技術(shù)的培訓(xùn)，以適應(yīng)當(dāng)前飛速發(fā)展的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速、健康發(fā)展。