農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備智能操作的應(yīng)用研究

馬 創(chuàng)

（長江大學(xué)文理學(xué)院，湖北 荊州 434000）

1 農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)概述

農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化是指將控制論、系統(tǒng)工程、計算機(jī)技術(shù)、電子學(xué)、液壓氣壓技術(shù)等廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計上，使農(nóng)業(yè)機(jī)械可以完全不依靠人工操作而獨(dú)立地完成田間作業(yè)任務(wù)[1]。農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)能夠進(jìn)一步節(jié)省人力、物力，減少人類操作農(nóng)機(jī)可能會存在的一些危險，通過農(nóng)業(yè)機(jī)器智能操作來實(shí)現(xiàn)農(nóng)田的灌溉、收割乃至除草、施肥等作業(yè)。近年來，農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)一直在不斷完善和發(fā)展。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化的發(fā)展會極大程度地降低農(nóng)民負(fù)擔(dān)，簡化工作流程，提高生產(chǎn)效率。

2 農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備智能操作的應(yīng)用價值

2.1 簡化農(nóng)機(jī)裝備智能操作要求

一直以來，自動化操作最重要的基礎(chǔ)模型就是控制模型，但是控制模型的操作非常困難，容易出現(xiàn)控制失準(zhǔn)、誤差過大等嚴(yán)重問題[2]，這很大程度上限制了農(nóng)機(jī)裝備智能操作的發(fā)展空間。農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備控制模型更是受到精確程度、機(jī)器流暢運(yùn)轉(zhuǎn)、準(zhǔn)確運(yùn)行等問題的困擾。農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)會在最大程度上代替人工，進(jìn)行機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)和控制，確保每個機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的每個階段的誤差控制在一定的范圍內(nèi)，保障農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備控制模型的操作。這在自動化控制領(lǐng)域是一個非常大的突破，也極大地減少了農(nóng)業(yè)損耗。

2.2 提高農(nóng)機(jī)裝備智能操作性能

在提升自動化控制要求的基礎(chǔ)上，農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)的應(yīng)用還能對機(jī)器進(jìn)行智能化操控，避免了人工操作帶來的誤差。智能化操控主要依賴于控制調(diào)節(jié)機(jī)械的方式、技術(shù)動作的完成時間和延遲時間、合理的算法這三者的相互協(xié)調(diào)控制。三者的相互配合提升了智能化自動控制的準(zhǔn)確性，可以讓農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)更科學(xué)地被應(yīng)用在平時的工作中。提升自動化控制性能可以進(jìn)一步保障人身安全，節(jié)約人力資源，提高工作效率，降低生產(chǎn)過程中的風(fēng)險。

2.3 強(qiáng)化農(nóng)機(jī)裝備自動化控制的一致性

農(nóng)機(jī)裝備自動化控制中產(chǎn)生的不一致主要在于人工工作中產(chǎn)生的誤差無法避免，相對于人體，機(jī)器有著更高的精密度和更低的犯錯率。傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)希望技術(shù)動作越簡單越好，這樣易于機(jī)器的操作。但是隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)中可以加入算法，現(xiàn)代工程師可以通過算法實(shí)現(xiàn)對機(jī)器的復(fù)雜操作，并且保證科學(xué)性和可行性?，F(xiàn)在的農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)加入了算法，在農(nóng)機(jī)裝備自動化控制的一致性方面有了相當(dāng)大的提升，機(jī)器不僅可以完成高難度危險性的技術(shù)動作，還能保證最短時間內(nèi)的流暢作業(yè)。

3 農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)應(yīng)用與農(nóng)機(jī)裝備智能化操作的重要性與特點(diǎn)

傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)裝備操作技術(shù)，更加依賴于人工，人體有著本身的局限性，精密程度不足，容易犯錯。高危險性的技術(shù)操作容易傷害到操作人員或者是技術(shù)人員。農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)更加注重技術(shù)動作的一致性、科學(xué)性、連貫性和安全性。在建立控制模型的過程中，農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)可以精確操作，減小傳統(tǒng)操作帶來的誤差。此外，農(nóng)機(jī)智能化技術(shù)在農(nóng)機(jī)裝備工程項(xiàng)目實(shí)施過程中也可以給出準(zhǔn)確的反饋，及時地對每臺機(jī)器進(jìn)行檢測，對隱患和不正常的地方都進(jìn)行報備，操作人員可以根據(jù)農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)的主系統(tǒng)進(jìn)行排查，防止事故的發(fā)生。技術(shù)員把算法導(dǎo)入到農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)中，機(jī)器可以及時根據(jù)需求做出相應(yīng)的動作，完成一些人們無法完成或者危險性較大的高難度動作，避免人體直接接觸到危險的機(jī)器。這不僅提升了操作的安全性，也提高了技術(shù)操作的靈活性，讓工程師更加得心應(yīng)手地使用數(shù)控設(shè)備。目前，農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)仍然處于發(fā)展階段，還有很大的發(fā)展空間，農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)正朝著多元化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向不斷邁進(jìn)。

4 自動化技術(shù)在農(nóng)機(jī)裝備工程中的具體應(yīng)用

4.1 精確診斷故障

農(nóng)機(jī)裝備工程項(xiàng)目在實(shí)施階段，設(shè)備故障是難以避免的。傳統(tǒng)的故障診斷需要人工進(jìn)行診斷，需要用儀器進(jìn)行探測，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部精密部件出現(xiàn)故障時，人工和儀器可能都難以診斷出來，甚至?xí)粝码[患。農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備各方面的數(shù)據(jù)來精準(zhǔn)診斷設(shè)備故障的位置和故障原因，并且給出解決辦法。此外，診斷過程更加迅速，并且農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)可以對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，完整地查看設(shè)備故障的始末，并且在修復(fù)之后定期對設(shè)備進(jìn)行細(xì)致的檢查。農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)可以極大程度地縮短診斷時間和修復(fù)時間，節(jié)省資源成本，產(chǎn)生更高的效益。

4.2 優(yōu)化自動化設(shè)計

傳統(tǒng)的自動化優(yōu)化主要是靠人工進(jìn)行優(yōu)化，這樣的優(yōu)化速度慢，耗費(fèi)人力和技術(shù)人員的精力。農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)的優(yōu)化，主要根據(jù)設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題和數(shù)據(jù)制定優(yōu)化方案，在尋找問題這方面節(jié)省了技術(shù)人員的精力。并且，根據(jù)設(shè)備呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)，農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)可以根據(jù)設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行要求，自動提交出一份優(yōu)化的方案供工程師參考，技術(shù)人員進(jìn)而可以對總體的自動化設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，給出方案，這提升了農(nóng)機(jī)裝備的運(yùn)行效率。

4.3 可編程邏輯控制器技術(shù)

可編程邏輯控制器在自動化控制技術(shù)的發(fā)展中扮演著極其重要的角色，它在農(nóng)機(jī)裝備智能操作中主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)電力，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)的應(yīng)用中，可編程邏輯控制器技術(shù)也已升級，在原來的基礎(chǔ)上，它逐漸替代了機(jī)電控制器，能滿足供電體系切換自動化的需求。目前，它已經(jīng)成為農(nóng)機(jī)裝備智能操作中的核心部件，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)作用。隨著農(nóng)機(jī)裝備的發(fā)展，它也將會有更加多元化的發(fā)展和突破。

4.4 算法的應(yīng)用

隨著當(dāng)前科技的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)深入到各行各業(yè)。農(nóng)機(jī)裝備智能操作中更多地應(yīng)用了計算機(jī)技術(shù)。傳統(tǒng)的自動化控制主要依靠人工完成危險性較高的動作，機(jī)器的自動化只能用于完成一些簡單的技術(shù)動作[3]。隨著智能化的不斷成熟、完善，現(xiàn)在已經(jīng)把計算機(jī)技術(shù)引入自動化技術(shù)當(dāng)中。在智能化的大背景下，人們導(dǎo)入工程師已經(jīng)寫好的算法，對機(jī)器進(jìn)行控制，機(jī)器可以完成一些復(fù)雜的、高難度的技術(shù)動作，這相比以前是非常大的進(jìn)步。此外，這很好地解決了技術(shù)員的人身安全問題，算法的應(yīng)用為自動化技術(shù)注入了生命，它使得自動化技術(shù)控制農(nóng)業(yè)機(jī)器有了更高的靈活性，大大提升了農(nóng)機(jī)的工作效率。

5 自動化技術(shù)在農(nóng)機(jī)裝備智能操作方面的應(yīng)用

5.1 溫室大棚智能化監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用

由于我國地處于亞歐大陸的東部地區(qū)，大多數(shù)城市全年四季分明，人們?yōu)榱嗽诓煌竟?jié)也能吃到各種各樣的蔬菜水果，建立起了溫室大棚。因?yàn)楹芏噢r(nóng)作物對于溫度以及環(huán)境都有要求，只有通過對溫室大棚人工進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，才能滿足各種農(nóng)作物的生長要求。由于溫室大棚的溫度調(diào)節(jié)需要嚴(yán)格按照農(nóng)作物的生長要求來進(jìn)行調(diào)節(jié)，而一般的溫室大棚規(guī)模也比較大，其中所耗費(fèi)的人力物力也較為巨大。智能化監(jiān)控設(shè)備的引入，不但能夠根據(jù)農(nóng)作物生長的階段來調(diào)控溫度，而且能夠連接自動灑水系統(tǒng)，供應(yīng)農(nóng)作物的生長所需，極大程度上解放了可用的勞動力。同時，其智能化監(jiān)控設(shè)備連接整個大棚，其效率也較之人工操作要強(qiáng)得多，監(jiān)控設(shè)備不僅起到了監(jiān)控溫度的作用，還能記錄農(nóng)作物各個階段生長情況。倘若其中出現(xiàn)了一些問題，也能夠通過監(jiān)控及時發(fā)現(xiàn)，及時解決，極大地減少了因?yàn)橐馔馇闆r對農(nóng)作物造成的損耗[4]，如圖1所示。

圖1 溫室大棚智能化監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用

5.2 節(jié)水灌溉自動化設(shè)備的應(yīng)用

農(nóng)作物灌溉在農(nóng)業(yè)的發(fā)展中也起到了極大的作用，很多地區(qū)全年少雨，導(dǎo)致很多時候都需要人工灌溉，整體灌溉效率低下，水資源浪費(fèi)大。自動化設(shè)備的引入，不僅大大節(jié)省了人力物力，還能夠節(jié)約用水。這類設(shè)備大多數(shù)都是運(yùn)用傳感器以及計算機(jī)技術(shù)，在監(jiān)控農(nóng)作物生長的同時，分析農(nóng)作物在生長時的整體狀態(tài)，在農(nóng)作物需要的時候適時地對農(nóng)作物進(jìn)行灌溉，在其后臺系統(tǒng)中設(shè)置一定的出水量，保證農(nóng)作物需水量飽和之后，立刻停止水源的灌溉。這樣便能夠在保證節(jié)約用水的基礎(chǔ)上保證農(nóng)作物健康生長，如圖2所示。

圖2 節(jié)水灌溉自動化設(shè)備在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用

5.3 其他農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用

農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)除在溫室大棚和灌溉方面的應(yīng)用之外還有很多應(yīng)用，如拖拉機(jī)自動化、谷物干燥機(jī)自動化、收割機(jī)自動化等。通過高新技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的聯(lián)合使用，既給農(nóng)業(yè)種植帶來便利，也給農(nóng)戶帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益，成為當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。當(dāng)然，為了更好地實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備智能操作，還應(yīng)該加強(qiáng)該專業(yè)人才的培養(yǎng)，并大力宣傳該方面的知識，讓農(nóng)民能夠熟練掌握各項(xiàng)農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[5]。

6 小結(jié)

農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)給農(nóng)機(jī)裝備工程行業(yè)帶來了全新的變革。其對自動化控制的作用最為明顯，它在自動化控制技術(shù)中有著極高的應(yīng)用價值。實(shí)踐證明，農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)既可以精確診斷故障，又可以優(yōu)化自動化設(shè)計；既可以升級可編程邏輯控制器，又可以在工作中引入算法?？梢赃@樣說，農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)已經(jīng)成為我國農(nóng)機(jī)行業(yè)未來發(fā)展的主流趨勢，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中占有極其重要的位置。