世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程應(yīng)用與實踐

近年來，世界農(nóng)業(yè)機械裝備技術(shù)進入發(fā)展新階段，各種集約化、大型化農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用范圍逐漸擴大，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、管理效能。中國為農(nóng)業(yè)大國，需要時刻跟進世界農(nóng)業(yè)機械發(fā)展進程，以電子信息化技術(shù)為落腳點，不斷引進和開發(fā)新技術(shù)，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型提供支持和保障。

1世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化關(guān)鍵技術(shù)類型

1.1 ECU技術(shù)

ECU技術(shù)全稱為電子控制單元，通常與GPS技術(shù)、CAN總線技術(shù)聯(lián)合使用，能夠在車載系統(tǒng)和基準站的支持下，提供各種自動控制服務(wù)，保證農(nóng)業(yè)機械的高效運行。當前，該技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，例如德國FENDT拖拉機、CLAAS谷物聯(lián)合收割機均是典型的應(yīng)用案例，其可實現(xiàn)的功能主要包含以下幾類：（1）導(dǎo)航控制及輔助定位。農(nóng)機前端裝設(shè)有慣性單元，例如陀螺儀、加速度計等，能夠?qū)r(nóng)業(yè)機械的角速度、加速度、姿態(tài)信息等進行檢測反饋，進而控制農(nóng)機，調(diào)整農(nóng)機轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角狀態(tài)或顯示定位信息和預(yù)期路徑規(guī)劃等，應(yīng)用優(yōu)勢十分明顯。（2）信息反饋及參數(shù)設(shè)置?？梢栽赥CP/IP協(xié)議的支持下，對各類信息進行檢測反饋，輸出錯誤檢測信息，支持參數(shù)調(diào)整設(shè)置等，增強了農(nóng)業(yè)機械控制的靈活性。（3）狀態(tài)記錄。ECU單元運行過程中會產(chǎn)生大量的控制參數(shù)，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計時完全可以配備外置存儲器，將各項信息技術(shù)交互內(nèi)容記錄下來，為農(nóng)業(yè)機械電子信息系統(tǒng)的報錯、維修提供原始依據(jù)。

1.2 CAN總線技術(shù)

ECU技術(shù)實現(xiàn)了機械控制自動化，提高了農(nóng)業(yè)機械運行效率。但是單元通訊問題又成為了新的技術(shù)性難題，不同機械、不同單元模塊之間亟需配備通用化、標準化的通訊接口，以確保系統(tǒng)的高效無故障運行。CAN協(xié)議正是在這種情況下大規(guī)模應(yīng)用的，最初出現(xiàn)在德國BOSCH公司制造的汽車控制系統(tǒng)中，通訊控制效果極為優(yōu)越，1986年后德國嘗試將其引入到農(nóng)機制造領(lǐng)域，首次出臺了針對CAN2.0版本的農(nóng)業(yè)機械總線標準（DIN9684），后來隨著農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程的發(fā)展，歐洲各國均引入了該標準文件[1]。至20世紀90年代，國際標準化組織（ISO）積極推動了CAN總線技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械的融合發(fā)展，在原先的DIN9684基礎(chǔ)上進行修訂改正，生成了更加完整、系統(tǒng)的CAN總線設(shè)計標準，即便農(nóng)戶選購不同廠商機器，也同樣可以實現(xiàn)不同單元模塊的配套連接。

1.3機群調(diào)度技術(shù)

機群調(diào)度技術(shù)同樣是世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程發(fā)展進程中極為關(guān)鍵的技術(shù)手段，它主要以網(wǎng)絡(luò)通訊、大數(shù)據(jù)技術(shù)為依托，在歐洲多個國家均有應(yīng)用。移動作業(yè)機械、無線廣域通信是構(gòu)成機群調(diào)度架構(gòu)的重要因素，在機械運行過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)內(nèi)容均會實時傳送至系統(tǒng)后臺，通過農(nóng)場辦公室計算機實現(xiàn)可視化呈現(xiàn)，方便農(nóng)場管理人員分析機群工作狀態(tài)、工作性能。不同設(shè)備及機械信息同樣會集成和整合在系統(tǒng)之中，方便農(nóng)場管理者自由調(diào)度調(diào)整，提高農(nóng)機配置效率，避免浪費和閑置。此外，隨著現(xiàn)階段專家系統(tǒng)技術(shù)快速發(fā)展，機群調(diào)度技術(shù)同樣得到極大改善，可以輔助制定詳細的農(nóng)事操作方案，輔助繪制導(dǎo)航作業(yè)計劃等，當農(nóng)業(yè)機械出現(xiàn)故障后，也可以通過辦公室計算機進行故障分析診斷。近年來，中國電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，類似CABI、AGRIS等涉農(nóng)數(shù)據(jù)庫不斷充實完善，使得農(nóng)業(yè)機械跨系統(tǒng)資源整合成為可能，在實踐中要加強引進和利用。

1.4其他技術(shù)

除了前述的ECU技術(shù)、CAN總線技術(shù)、機群調(diào)度技術(shù)外，世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程技術(shù)種類還有許多，例如GPS全球定位系統(tǒng)、GNSS衛(wèi)星高精度定位技術(shù)等。前者多見于播種機、施肥機、聯(lián)合收割機等設(shè)計制造中，可以實時傳回田間信息，生成可視化地形地貌圖，進而為播種收割路線規(guī)劃提供支持，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理效能。后者多用于農(nóng)業(yè)機械的自動駕駛功能中，可以極大解放人力，推進全自動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。此外，現(xiàn)代存儲技術(shù)、影像采集技術(shù)等同樣是世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程中必不可少的技術(shù)手段，可以用于拖拉機機載電腦設(shè)計、農(nóng)場機務(wù)管理系統(tǒng)建設(shè)等場景中，實現(xiàn)對田間物理參數(shù)、圖像影像的采集、識別和存儲，采集到的影像通過液晶顯示屏呈現(xiàn)出來，方便人為分析處理，提高參數(shù)調(diào)整時效性，對于關(guān)鍵數(shù)據(jù)還可以實時記錄留存，磁存儲、光存儲、半導(dǎo)體存儲、網(wǎng)絡(luò)存儲等均是可選方案，可靠性明顯提升[2]。

2世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程應(yīng)用思路

2.1應(yīng)用于信息監(jiān)測

電子信息技術(shù)功能強大、高效便捷，在世界農(nóng)業(yè)機械發(fā)展進程中有著非常廣闊的應(yīng)用前景，信息監(jiān)測是其中較為基礎(chǔ)的功能類型，主要通過傳感器設(shè)備裝配實現(xiàn)。常見的傳感器有溫度、濕度、光敏傳感器等，可以在農(nóng)機行駛過程中，對種植地域土壤、環(huán)境溫度進行實時監(jiān)測，對光照強度等信息進行分析，傳感器接收到相關(guān)參數(shù)內(nèi)容后，通過CAN總線反饋給農(nóng)場辦公室計算機，輔助完成農(nóng)業(yè)管理規(guī)劃，輔助開展農(nóng)業(yè)機械參數(shù)調(diào)節(jié)分析，進而提升播種管理、水肥管理等的合理性。裝設(shè)于農(nóng)機內(nèi)部，還能夠?qū)崟r監(jiān)控農(nóng)機發(fā)動機系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、收割及播種系統(tǒng)等的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和記錄異常，所有信息匯總整合生成農(nóng)業(yè)機械數(shù)據(jù)庫，不僅可以為農(nóng)業(yè)機械故障的排查和檢修提供原始依據(jù)，保證農(nóng)業(yè)機械優(yōu)勢性能發(fā)揮。

2.2應(yīng)用于智能控制

電子信息技術(shù)是農(nóng)業(yè)機械智能控制的重要前提，憑借電子信息技術(shù)，各類參數(shù)指標可以更快反饋到人機交互平臺中，各類指令也能夠更及時、準確地下發(fā)到農(nóng)業(yè)機械中?，F(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)機械可實現(xiàn)的智能控制功能較多，例如精準噴藥、精準施肥、精準收割等。日本、美國在該領(lǐng)域起步較早，農(nóng)業(yè)機械智能控制也更加發(fā)達，其中，日本多采用小型智能化農(nóng)機裝備，可以在信息技術(shù)支持下實現(xiàn)全智能控制，美國則在農(nóng)機制造過程中推廣使用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，能夠?qū)⑻镩g作物狀態(tài)實時傳送回計算機系統(tǒng)中，經(jīng)分析計算后饋回調(diào)整參數(shù)，進而實現(xiàn)“因點、因苗”的精準噴藥、施肥管理?，F(xiàn)階段，中國基于電子信息的農(nóng)業(yè)機械研發(fā)步伐加快，以東方紅X-804拖拉機為代表的新型農(nóng)機也已經(jīng)出現(xiàn)并投產(chǎn)使用，其中裝配了DGPS導(dǎo)航系統(tǒng)，可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械路線的自動采集和控制，未來技術(shù)體系更加成熟和先進，還將進一步提高智能控制水平[3]。

2.3應(yīng)用于農(nóng)機制造

隨著現(xiàn)代科技產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械開發(fā)設(shè)計步伐明顯加快，機械裝備體積更大、效率更高，結(jié)構(gòu)也更加精密復(fù)雜，若前期設(shè)計控制不到位，很容易發(fā)生故障隱患。而電子信息技術(shù)綜合性能優(yōu)良，在農(nóng)業(yè)機械制造過程中，可以提供概念化設(shè)計、有限元分析、運動學(xué)仿真等諸多功能，借助三維立體平臺，還能夠選擇工藝路線和加工方法，前期設(shè)計方案更加直觀、具體，有助于提高設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量，在縮短前期結(jié)構(gòu)分析周期和設(shè)計周期的同時，降低機械裝備開發(fā)成本。當前，農(nóng)業(yè)機械數(shù)據(jù)庫不斷健全完善，有關(guān)電子信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械融合應(yīng)用的數(shù)據(jù)內(nèi)容愈發(fā)多樣，農(nóng)機設(shè)計及制造人員還可以借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，對已有案例參數(shù)進行數(shù)據(jù)清洗、分析、挖掘，在關(guān)聯(lián)算法支持下總結(jié)故障特點、故障多發(fā)問題等，進而針對性地優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容，改進電子信息化融合應(yīng)用方案，提升農(nóng)業(yè)機械制造效率。

3世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程引進推廣對策

近年來，中國高度關(guān)注農(nóng)業(yè)機械發(fā)展推廣問題，積極倡導(dǎo)農(nóng)機產(chǎn)業(yè)與世界農(nóng)業(yè)機械相接軌，提倡電子信息化工程的融合與應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)機械的建設(shè)指明了新方向。新時期，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級步伐加快，務(wù)必要正確認知和把握機遇，從以下三個方面加強世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程的引進與推廣：（1）加大科研開發(fā)力度。要將農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程的發(fā)展與“三農(nóng)”問題結(jié)合起來，從制度、資金等方面給予研發(fā)支持和引導(dǎo)，鼓勵各高校、科研機構(gòu)等設(shè)立農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程專題科研項目，不斷汲取世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程成功經(jīng)驗，為機械自動化、智能化水平的提升奠定基礎(chǔ)。（2）完善保障支持體系。電子信息技術(shù)提高了農(nóng)業(yè)機械自動化水平，但是農(nóng)業(yè)機械結(jié)構(gòu)更加精密復(fù)雜，在推廣過程中還應(yīng)積極完善售后保障機制、維修保障機制等，消除農(nóng)戶的后顧之憂，保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。（3）做好宣傳引導(dǎo)工作。中國農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程應(yīng)用起步較晚，很多農(nóng)戶并不具備應(yīng)用意識和能力，在實踐過程中需要特別關(guān)注此問題，尊重農(nóng)民作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要參與者的角色地位，做好引導(dǎo)培訓(xùn)和宣傳，促進世界農(nóng)業(yè)機械電子信息化工程的推廣。

綜上所述，電子信息化技術(shù)具有高效便捷、智能可靠的特征，在世界農(nóng)業(yè)機械的制造發(fā)展進程中有著極為廣闊的發(fā)展前景。要著重加大技術(shù)引進開發(fā)力度，探索ECU技術(shù)、CAN總線技術(shù)等的融合應(yīng)用可能性，把握住電子信息技術(shù)在信息監(jiān)測、智能控制等多方面的應(yīng)用價值，同時做好宣傳引導(dǎo)工作和機制保障工作，為農(nóng)業(yè)機械現(xiàn)代化發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻

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（山東省-城縣彭樓鎮(zhèn)人民政府程娟）