機電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用

董慧鋒

(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，河南 鄭州 451100)

農(nóng)業(yè)機械的現(xiàn)代化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的標志，它不僅可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，而且可以促進農(nóng)業(yè)機械與農(nóng)學(xué)的融合。為了實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，增加農(nóng)民收入，必須提高農(nóng)業(yè)機械的科學(xué)技術(shù)含量和智能水平，這也是生態(tài)農(nóng)業(yè)的必然要求[1]。機電一體化技術(shù)在促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化以及農(nóng)業(yè)機械的自動化和智能化方面發(fā)揮著重要作用。

1機電一體化技術(shù)概述

機電一體化技術(shù)涉及電工電子技術(shù)、機械技術(shù)、自動控制技術(shù)及計算機科學(xué)技術(shù)等多個學(xué)科，隨著多學(xué)科的發(fā)展、融合，而逐漸形成和發(fā)展起來的一門多學(xué)科結(jié)合的新興技術(shù)。

1.1提高了農(nóng)業(yè)機械操作的安全性，降低了機械故障率

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械設(shè)備基本上都應(yīng)用了機電一體化技術(shù)，通常具有故障自診斷、安全防護及報警顯示等功能。在操作農(nóng)業(yè)機械設(shè)備時，如果出現(xiàn)突發(fā)故障，應(yīng)用了機電一體化技術(shù)的設(shè)備能依據(jù)檢測到情況采取相應(yīng)的安全機制，從而避免機械設(shè)備對人身造成傷害，保障操作人員的人身安全。由于農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中普遍采用電子元器件，使現(xiàn)代設(shè)備中的機械結(jié)構(gòu)和容易損壞及磨損的零部件得以減少，使各部位模塊化，減少機械內(nèi)部空間的占用，為其他智能零部件的添加創(chuàng)造了條件，同時也使農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的可靠性得以提高，延長了設(shè)備的使用壽命得，降低了機械故障率[2]。

1.2工作效率和產(chǎn)能得以提高

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械設(shè)備基本上都應(yīng)用了機電一體化技術(shù)，這些設(shè)備也都具有系統(tǒng)自動控制、采集系統(tǒng)信息等功能。通過農(nóng)業(yè)機械設(shè)備自身的自我監(jiān)控系統(tǒng)，檢測其內(nèi)部系統(tǒng)工作狀態(tài)、明確作業(yè)區(qū)域、作業(yè)參數(shù)，從而控制農(nóng)業(yè)機械進行作業(yè)，這大大提高了機械系統(tǒng)的靈敏度及規(guī)劃作業(yè)的能力，也使由人員操作不當引起的故障率得以降低，實現(xiàn)最佳作業(yè)操作，繼而獲得最高工作效率。

1.3操作性得到改善

由于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機械設(shè)備大都采用了自動控制、數(shù)字控制技術(shù)，使設(shè)備內(nèi)部的運動零部件得到精簡，加之農(nóng)業(yè)機械整體設(shè)計更加人性化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的操作也變得更加直觀和方便[3]?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械都是由依據(jù)預(yù)定的程序通過自動控制系統(tǒng)指揮農(nóng)機設(shè)備的整個作業(yè)過程，完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[2]。智能化的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備還能通過感知作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境，匹配系統(tǒng)中預(yù)先保存的農(nóng)作物模型數(shù)據(jù)信息，農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的環(huán)境信息，然后通過農(nóng)業(yè)機械的控制系統(tǒng)做選擇合適的作業(yè)方式，完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1.4適應(yīng)性強、功能多樣

與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械設(shè)備相比，應(yīng)用了機電一體化技術(shù)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，集作業(yè)路徑自動規(guī)劃、自診斷功能、作業(yè)參數(shù)自動調(diào)整、安全防護以及智能化等多重功能于一體，基本能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動控制，可以適應(yīng)各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可根據(jù)作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的不同調(diào)整作業(yè)方式，完成作業(yè)[1]。

1.5安裝、維護方便

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機械，由于應(yīng)用了機電一體化技術(shù)，可以根據(jù)不同的使用中需求及作業(yè)對象、環(huán)境參數(shù)的變化，通過改變系統(tǒng)的控制程序來實現(xiàn)作業(yè)方式的改變。機電一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械具備了更大的柔性，可以在不改變機械結(jié)構(gòu)的情況下，完成對不同作業(yè)對象的作業(yè)，比如，利用聯(lián)合收割機能完成小麥、大豆等作物的收獲。而且現(xiàn)代信息技術(shù)、自診斷、遠程診斷技術(shù)的運用，對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備后續(xù)的維護提供了更大的方便[4]。

2農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域機電一體化技術(shù)的應(yīng)用

2.1計算機輔助設(shè)計在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用

計算機輔助設(shè)計是一項綜合技術(shù)，將計算機圖形、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信以及其他領(lǐng)域集成在一起，使設(shè)計人員可以在計算機的幫助下設(shè)計、修改、優(yōu)化、輸入和仿真產(chǎn)品。計算機輔助設(shè)計的應(yīng)用大大提高了農(nóng)機設(shè)計的效率，縮短了開發(fā)周期。計算機輔助設(shè)計可以幫助研發(fā)人員進行常用農(nóng)機的運動學(xué)和動力學(xué)分析，以及農(nóng)機的空間多力分析。計算機輔助設(shè)計廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計中，通過設(shè)計軟件建立犁體的數(shù)學(xué)模型，并進行參數(shù)化修改以提高犁體的設(shè)計效率。一些功能模塊，變速箱設(shè)計模塊，懸架參數(shù)設(shè)計模塊等的計算機輔助設(shè)計，可以實現(xiàn)旋耕機的整體設(shè)計，并獲得最佳參數(shù)[3]。

2.2在線監(jiān)測技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用

為了方便維修技術(shù)人員及操作者查看農(nóng)業(yè)機械運行狀態(tài)和內(nèi)部參數(shù)，實時掌握農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的運作狀態(tài)信息，在農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的儀表、操作面板部分普遍應(yīng)用機電一體化技術(shù)。

2.3高精度GPS系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用

利用GPS差分技術(shù)、傳感器技術(shù)、聲波技術(shù)等，獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)、三維信息等，通過計算機軟件處理后提供給農(nóng)業(yè)機械。該技術(shù)可以及時提供農(nóng)業(yè)機械的過程信息，實時控制機械運行狀態(tài)信息，并實現(xiàn)其精確的執(zhí)行過程。特別是對需多種農(nóng)業(yè)機械設(shè)備進行集群作業(yè)時，為設(shè)備調(diào)度管理人員提供方便，可以極大的發(fā)揮多設(shè)備協(xié)同作業(yè)的工作效率[5]。

2.4機器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用

機器視覺就是是利用包括圖像處理、模式識別或圖像識別、景物分析、圖象理解技術(shù)，讓機器可以象人一樣感知作業(yè)對象。運用機器視覺技術(shù)可大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理的自動化和智能化提供技術(shù)支持。目前，在農(nóng)產(chǎn)品篩選分級、果蔬采摘機械等方面機器視覺已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

3農(nóng)業(yè)機械機電一體化的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械在往光、機、電一體化的方向發(fā)展，光機電一體化是在融合傳統(tǒng)的機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合計算機技術(shù)、激光技術(shù)等形成新技術(shù)。應(yīng)用光機電一體化技術(shù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械能夠?qū)崿F(xiàn)無人化、標準化作業(yè)。

農(nóng)業(yè)機械和設(shè)備的靈活性，智能性和數(shù)字化集成。靈活性是自我分配的系統(tǒng)化，是一種可以獨立工作并為整體服務(wù)的系統(tǒng)的建立，因此，即使子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對農(nóng)業(yè)機械工作的影響也不大，從而提高了農(nóng)業(yè)的利用率機械故障率降低[2]。機電一體化技術(shù)的發(fā)展不斷提高了農(nóng)業(yè)機械的智能性。在模糊技術(shù)和計算機信息技術(shù)的驅(qū)動下，農(nóng)業(yè)機械的整體智能水平不斷提高[5]。

微機電和農(nóng)業(yè)機械的信息化。隨著材料成型技術(shù)的進步，特別是納米技術(shù)和蝕刻技術(shù)的發(fā)展，機械零件和電子元件不斷減少，因此農(nóng)業(yè)機械也可以小型化。農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的小型化和信息化也為農(nóng)業(yè)設(shè)備的智能化提供了條件。

4結(jié)語

綜上所述，機電一體化技術(shù)的出現(xiàn)是多學(xué)科融合發(fā)展的結(jié)果，是農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的必然要求。加大機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，可以使農(nóng)業(yè)機械在以下幾個方面得以提升。

(1)提升了農(nóng)業(yè)機械的智能化水平：隨著微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機編程技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中的應(yīng)用，使農(nóng)業(yè)機械整體的智能化水平得到提高。農(nóng)業(yè)機械智能化的發(fā)展趨勢不僅對農(nóng)機內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，還使得農(nóng)業(yè)機械可以根據(jù)不同作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境完成作業(yè)任務(wù)，使得農(nóng)機的利用率大幅上升。

(2)增加了農(nóng)業(yè)機械和設(shè)備的功能：機電一體化技術(shù)是一系列技術(shù)的有機整合，包括機械、微電子、計算機信息技術(shù)、自動化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、軟件技術(shù)以及電氣和電子技術(shù)。如此眾多的技術(shù)應(yīng)用賦予了農(nóng)業(yè)機械設(shè)備許多強大的功能。如此眾多強大功能的整合，已經(jīng)形成了可靠性高，功能多，質(zhì)量好，能耗低的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的發(fā)展趨勢。

(3)提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的自動化水平：機電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中的應(yīng)用提高了農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的信息化和自動化水平，尤其是導(dǎo)航信息技術(shù)的應(yīng)用，使農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的運行更加準確，標準化得到了進一步提高。隨著農(nóng)業(yè)機械設(shè)備自動化水平的提高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率也得到了提高。

(4)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的人性化：在農(nóng)業(yè)機械和設(shè)備中使用遠程診斷，故障診斷，安全保護和人體工程學(xué)設(shè)計，使農(nóng)業(yè)機械的操作更加舒適，靈活和高效，并且使農(nóng)業(yè)機械的維護和維修更加便捷方便。