農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

馬治國

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有農(nóng)作物種類多樣化、種植模式多樣化以及地域差異多樣化的特點(diǎn)，農(nóng)業(yè)機(jī)械具有小批量、多功能、多樣化以及定制化的用戶需求特征。當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)機(jī)械存在工作時(shí)間長、效率較低、產(chǎn)品可靠性差等各種問題，隨著信息時(shí)代的全面到來和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，將智能化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造過程中能夠解決當(dāng)前農(nóng)作物機(jī)械設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中存在的問題，提高農(nóng)作物機(jī)械設(shè)備的工作效率與工作質(zhì)量，能夠更加適應(yīng)種類繁多、工況多變、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、季節(jié)性強(qiáng)、單產(chǎn)品市場需求規(guī)模小等各種特點(diǎn)的農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)活動(dòng)，對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的有效生產(chǎn)提供了有效的技術(shù)支持。

一、農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)概述

1、智能化設(shè)計(jì)的定義

智能化設(shè)計(jì)主要是結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)理論以及KBE理論的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。主要目的是通過對(duì)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中認(rèn)知和行為特征的分析與模擬，從而可以使得設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠運(yùn)用豐富的知識(shí)包括專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、手冊行業(yè)規(guī)范等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行有效的判斷推理和決策，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的智能化自動(dòng)化以及定制化的特點(diǎn)。

2、農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的特點(diǎn)

智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械指的是配置各種各樣的傳感器及中央處理芯片或者無線通訊系統(tǒng)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備。農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化能夠進(jìn)一步規(guī)范農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和流程來進(jìn)行，大大的解放了人力資源，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中通常會(huì)裝有各種各樣的傳感器，能夠自動(dòng)地使機(jī)械設(shè)備避開不良的工作環(huán)境，監(jiān)視農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)過程，使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備可以始終處于最佳的工作狀態(tài)，保證操作的可靠性以及作業(yè)安全性。智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中的中央處理器功能強(qiáng)大，芯片體積較小，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)作業(yè)并促進(jìn)農(nóng)田作業(yè)的科學(xué)管理決策，對(duì)于農(nóng)業(yè)設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有十分關(guān)鍵的作用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與氣象與協(xié)同化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化。

3、智能化設(shè)計(jì)技術(shù)體系的特點(diǎn)

通過對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用需求以及設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析，綜合應(yīng)用數(shù)字化建模原理、知識(shí)工程原理、虛擬仿真以及新的驗(yàn)證技術(shù)，基于通用軟件技術(shù)和集成軟件技術(shù)構(gòu)建農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的智能化設(shè)計(jì)通用技術(shù)平臺(tái)，通過對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，從而可以形成智能化的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和框架體系，為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的智能化和自動(dòng)化生產(chǎn)提供有效的技術(shù)支持，并建立了一個(gè)系統(tǒng)的平臺(tái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械智能化的指導(dǎo)。

二、農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀

1、國外農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的研究現(xiàn)狀

上世紀(jì)九十年代美國將衛(wèi)星軍事導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械制造和生產(chǎn)過程中開始了農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的新的時(shí)代。目前，美國、歐洲以及日本等發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，而且這些設(shè)備的智能化水平比較高，比如拖拉機(jī)精確制導(dǎo)系統(tǒng)可以輔助拖拉機(jī)的駕駛，甚至可以使設(shè)備能夠在大霧天氣和黑夜進(jìn)行作業(yè)。很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備與農(nóng)業(yè)技能之間的有效結(jié)合，全面實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化水平，從而可以精確農(nóng)業(yè)作業(yè)，極大地解放了人力，提高了生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。美國依靠全球衛(wèi)星定位技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)可以定點(diǎn)進(jìn)行施肥和培土，進(jìn)一步加強(qiáng)了農(nóng)業(yè)智能化的管理，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備智能化的迅猛發(fā)展。日本的小型智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備種類比較齊全，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生產(chǎn)的全過程的智能化控制。

2、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備國內(nèi)研究情況

我國具有錯(cuò)綜復(fù)雜的地形條件、氣候條件多樣、農(nóng)業(yè)機(jī)械種類較多，是一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，從上世紀(jì)90年代開始，我國也開始對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化設(shè)計(jì)重視起來，一些農(nóng)業(yè)機(jī)械企業(yè)均開始開展農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究以提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化技術(shù)水平。目前，我國一些大型農(nóng)場已部分配備智能化農(nóng)業(yè)裝置，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化水平，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備的無人駕駛與無人操作。我國應(yīng)用的智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備主要包括施肥機(jī)械設(shè)備、播種機(jī)械設(shè)備、噴藥機(jī)械設(shè)備、灌溉機(jī)械設(shè)備以及收獲機(jī)械設(shè)備等，與發(fā)達(dá)國家相比，我國智能化機(jī)械設(shè)備的種類仍然比較少，而且所應(yīng)用的領(lǐng)域限制較大，技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家存在一定的差異。

三、農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展前景

最近幾年來隨著網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化設(shè)計(jì)將會(huì)從早期的數(shù)字化設(shè)計(jì)逐漸趨向于設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化和智能化方向發(fā)展。結(jié)合我國機(jī)械智能化設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，需要提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的核心競爭力以及設(shè)計(jì)能力，以促進(jìn)農(nóng)機(jī)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)開展關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)理論研究，解決當(dāng)前農(nóng)機(jī)智能化產(chǎn)品朝向知識(shí)重用、正向設(shè)計(jì)、三維建模和分布式協(xié)同設(shè)計(jì)等方向發(fā)展的重大科學(xué)問題，形成一套系統(tǒng)科學(xué)的農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)體系，為農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)建設(shè)發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。針對(duì)當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)缺乏基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)可靠性較差以及產(chǎn)品質(zhì)量等各種問題，需要立足于保障糧食安全和發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的國家戰(zhàn)略需求，開展農(nóng)機(jī)基礎(chǔ)工藝、關(guān)鍵作業(yè)技術(shù)等技術(shù)瓶頸的研究，研究構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)作物機(jī)械物理特性參數(shù)、農(nóng)田土壤類型參數(shù)、工程材料和通用零部件數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)模型的數(shù)據(jù)庫，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)支持。

綜上所述，本文主要針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)概念進(jìn)行探究，指出智能化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向，希望能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化設(shè)計(jì)提供一定的參考，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)朝向更加智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的持續(xù)穩(wěn)定推進(jìn)。

（作者單位：747599甘肅省臨潭縣農(nóng)機(jī)監(jiān)理站）