自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及發(fā)展中的應(yīng)用

劉文湦 高妍 魏林海

（1.鄂爾多斯生態(tài)環(huán)境職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010；2.達(dá)拉特旗王愛(ài)召鎮(zhèn)人民政府，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010）

一、自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前，自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用非常重要，并且為了進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，各國(guó)農(nóng)業(yè)科研人員都在加緊研究，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)當(dāng)中自動(dòng)控制技術(shù)的良好應(yīng)用。當(dāng)前，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用到自動(dòng)控制技術(shù)，主要有以下幾方面優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)；

（一）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控

自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械手機(jī)當(dāng)中的具體應(yīng)用可以有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控功能。在農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用過(guò)程中，對(duì)于自身的功能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，能夠保證農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)效率，減少農(nóng)業(yè)機(jī)械的故障發(fā)生率。在應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，系統(tǒng)的傳感技術(shù)可以對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的各組織工作性能信息進(jìn)行有效的采集，并傳達(dá)到自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作實(shí)時(shí)監(jiān)控了解。

（二）故障自動(dòng)排查

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作比較復(fù)雜并且在實(shí)際的生產(chǎn)中也有可能遇到相對(duì)比較嚴(yán)重的天氣[1]。所以，在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，農(nóng)業(yè)機(jī)械出現(xiàn)故障問(wèn)題十分常見(jiàn)，但是一旦農(nóng)業(yè)機(jī)械出現(xiàn)故障問(wèn)題，農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率就會(huì)下降，甚至?xí)霈F(xiàn)癱瘓的問(wèn)題，從而給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)麻煩。而在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用到自動(dòng)控制技術(shù)，利用自動(dòng)控制技術(shù)可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)排查。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的各系統(tǒng)完成運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，并自動(dòng)與內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常立即開(kāi)始故障分析和判斷，同時(shí)對(duì)出現(xiàn)故障的位置實(shí)施報(bào)警，從而提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械故障的檢測(cè)效率，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提升也大有益處。

（三）實(shí)現(xiàn)工作效率提升

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用到自動(dòng)控制技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是完成農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)效率的提升。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械為手工操作發(fā)生，手工操作方式的主要問(wèn)題就包括兩方面問(wèn)題，其中一方面問(wèn)題就是手工操作，操作精度控制不良，經(jīng)常出現(xiàn)操作失誤，而影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，另外一方面則是手工操作時(shí)間較慢，并且比較復(fù)雜，從而影響到農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率。

（四）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)維修

自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用可以完成對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而在自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)應(yīng)用后，自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自身故障的檢修，并同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)分析完成基礎(chǔ)故障的處理。通過(guò)自動(dòng)維修功能的實(shí)現(xiàn)，減少了農(nóng)業(yè)機(jī)械的故障發(fā)生率，也提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械的故障維修次數(shù)，降低維修成本。

二、影響農(nóng)機(jī)自動(dòng)化發(fā)展的因素

盡管現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的整體趨勢(shì)良好，但在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用和推廣過(guò)程中仍存在較多的不利因素，限制了先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)與農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的快速普及。1.生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)形勢(shì)產(chǎn)生的限制。由于現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍以小規(guī)模經(jīng)營(yíng)為主，集中生產(chǎn)和承包經(jīng)營(yíng)所占的比例仍不大，導(dǎo)致存在著土地連片化不良、生產(chǎn)面積小，從而受限于經(jīng)營(yíng)成本而無(wú)法引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)化農(nóng)機(jī)設(shè)備，且自動(dòng)化農(nóng)機(jī)設(shè)備在小面積農(nóng)田的作業(yè)能力也不易發(fā)揮，自動(dòng)化農(nóng)機(jī)裝備的示范作用不易凸顯。2.農(nóng)業(yè)機(jī)械的技術(shù)能力不足。由于我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展時(shí)間相對(duì)較短，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品本身的成熟度不足，很難與先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)相匹配。同時(shí)，很多農(nóng)業(yè)機(jī)械廠家在自動(dòng)化技術(shù)上研究與應(yīng)用能力不足，或是對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研發(fā)沒(méi)有給予足夠的重視，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化功能研發(fā)與應(yīng)用緩慢，使市場(chǎng)上的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品長(zhǎng)期處于技術(shù)含量低、功能落后的局面。3.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)施需要很多現(xiàn)代化的基礎(chǔ)設(shè)施支持，例如GPS基站、互聯(lián)網(wǎng)覆蓋等，但我國(guó)很多農(nóng)村地區(qū)尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)和欠發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施落后，使很多先進(jìn)的自動(dòng)化裝備難以應(yīng)用。

三、自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及發(fā)展中的應(yīng)用

（一）農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)與自動(dòng)駕駛的應(yīng)用

現(xiàn)階段，很多農(nóng)機(jī)裝備配套了衛(wèi)星定位技術(shù)，使大田農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化作業(yè)，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)能夠輔助駕駛員進(jìn)行駕駛判斷，幫助提供駕駛路線規(guī)劃、行駛狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能，有利于農(nóng)業(yè)機(jī)械在大面積農(nóng)田作業(yè)時(shí)按照預(yù)計(jì)的方案執(zhí)行，同時(shí)能夠獲取附近其他農(nóng)機(jī)的位置信息，避免作業(yè)范圍重合及農(nóng)機(jī)碰撞事故的發(fā)生。對(duì)于很多新興的農(nóng)機(jī)裝備，例如農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)、大棚果蔬采摘設(shè)備，衛(wèi)星導(dǎo)航能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位和行駛路線控制功能，幫助實(shí)現(xiàn)高精度的自動(dòng)化作業(yè)。以無(wú)人機(jī)為例，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了植保作業(yè)按預(yù)先設(shè)計(jì)的方案路線形式實(shí)施，并能控制多組無(wú)人機(jī)同時(shí)進(jìn)行無(wú)干涉的作業(yè)，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)懸停、斷點(diǎn)續(xù)噴等更多先進(jìn)功能，有效提升了農(nóng)機(jī)使用的便捷性。

（二）在農(nóng)機(jī)故障檢測(cè)上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械在參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，若出現(xiàn)了故障問(wèn)題或零部件損壞問(wèn)題，駕駛員很難及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理，往往造成較大的農(nóng)業(yè)機(jī)械故障而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。通過(guò)故障自動(dòng)檢測(cè)和診斷技術(shù)，在傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)裝備關(guān)鍵工作位置布置傳感器設(shè)備，檢測(cè)農(nóng)業(yè)機(jī)械工作過(guò)程中的振動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、溫度狀態(tài)等信息，并通過(guò)可編程控制器設(shè)置合理的參數(shù)范圍，當(dāng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的某些運(yùn)行參數(shù)超出正常工作范圍，會(huì)通過(guò)控制面板顯示相應(yīng)的故障問(wèn)題，提醒駕駛員注意可能存在的異常風(fēng)險(xiǎn)。例如，對(duì)播種機(jī)排種器排種數(shù)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)排種數(shù)量不足時(shí)可及時(shí)檢查是否存在堵塞問(wèn)題；對(duì)農(nóng)機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，溫度過(guò)高及時(shí)提醒駕駛員檢查是否存在散熱不良、液壓油變質(zhì)等問(wèn)題。

（三）自動(dòng)控制技術(shù)在溫室大棚當(dāng)中的具體應(yīng)用

自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室大棚種植當(dāng)中也有非常良好的應(yīng)用，溫室大棚種植是當(dāng)前農(nóng)業(yè)種植當(dāng)中非常重要的一種種植方式，也是一種種植效率非常高的種植方式，通過(guò)農(nóng)業(yè)溫室大棚的建設(shè)，可以完成農(nóng)作物生長(zhǎng)周期的縮短以及農(nóng)作物的提前種植，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言具有非常重要的意義。而在農(nóng)業(yè)溫室大棚建設(shè)中，包括大棚基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)、大棚內(nèi)部溫度控制建設(shè)、大棚內(nèi)部供水以及照明建設(shè)等多方面內(nèi)容。而傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚建設(shè)施工較慢，并相關(guān)系統(tǒng)的連接性不夠強(qiáng)，所以導(dǎo)致實(shí)際的大棚建設(shè)中出現(xiàn)效率問(wèn)題。而應(yīng)用到自動(dòng)控制技術(shù)后，溫室大棚建設(shè)可以完成集成控制系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用，利用溫室大棚自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)完成溫控、光照控制、供水控制、照明控制等內(nèi)容，從而保證溫室大棚建設(shè)合理，也保證溫室大棚能夠良好地發(fā)揮作用。

（四）自動(dòng)化灌溉技術(shù)的具體應(yīng)用

農(nóng)業(yè)種植和生產(chǎn)過(guò)程中水利灌溉是必不可少的內(nèi)容，同時(shí)水資源也是農(nóng)作物生長(zhǎng)的必然條件，所以水利灌溉技術(shù)是農(nóng)業(yè)種植技術(shù)中最重要的技術(shù)之一[2]。我國(guó)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國(guó)，在工業(yè)革命之前，我國(guó)的農(nóng)業(yè)技術(shù)是世界最為先進(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)。經(jīng)過(guò)了上千年的技術(shù)發(fā)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遺留下很多高效的農(nóng)業(yè)水利灌溉種植技術(shù)及灌溉機(jī)械，如翻車、高轉(zhuǎn)筒車、水轉(zhuǎn)翻車、風(fēng)力水車等對(duì)于我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉起到非常重要的作用。而在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的灌溉方式和灌溉機(jī)械已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代灌溉技術(shù)的應(yīng)用，所以將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到灌溉技術(shù)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉效率的提升以及節(jié)能水利。

四、機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展前景

（一）綠色化

綠色化是機(jī)動(dòng)器件自己主動(dòng)操縱、運(yùn)行階段優(yōu)質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)力獲得并維持的基準(zhǔn)。在開(kāi)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)研制開(kāi)發(fā)階段，負(fù)責(zé)方應(yīng)將綠色化及相關(guān)要素作為生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程優(yōu)化指標(biāo)，借鑒其他國(guó)家或者地區(qū)綠色性能開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，將重點(diǎn)投入未來(lái)收益可持續(xù)提升上，保障機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面優(yōu)良效用的充分發(fā)揮。

（二）小體積

現(xiàn)今時(shí)代應(yīng)用較為普遍的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)支撐下的產(chǎn)品大體積特性較為突出，僅可滿足建筑業(yè)、汽車業(yè)、農(nóng)業(yè)等對(duì)產(chǎn)品體積要求不很嚴(yán)苛的領(lǐng)域，無(wú)法滿足信息、軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域要求?；诖?，在未來(lái)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)逐步突破體積方面的瓶頸，以微型機(jī)械自動(dòng)化的形式滿足更多行業(yè)需求。

（三）虛擬化

隨著不同類型機(jī)械制作工藝與模型構(gòu)建技術(shù)、仿真技術(shù)的深層次融合，功能更加完善的虛擬化機(jī)械自動(dòng)設(shè)備將陸續(xù)出現(xiàn)。虛擬化機(jī)械自動(dòng)設(shè)備可以集中匯總、處理不同類型生產(chǎn)階段涉及信息，在機(jī)器學(xué)習(xí)的再學(xué)習(xí)機(jī)制支持下，可以解決機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)階段存在的各種類型問(wèn)題，最大限度滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

結(jié)束語(yǔ)：本文筆者在文章中從農(nóng)業(yè)機(jī)械的具體設(shè)計(jì)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)灌溉機(jī)械技術(shù)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)施肥種植機(jī)械應(yīng)用以及農(nóng)業(yè)大棚技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用四個(gè)方面闡述自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械當(dāng)中應(yīng)用，希望能夠?qū)r(nóng)業(yè)種植技術(shù)的優(yōu)化有所幫助。