計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

張 佩

（西安理工大學(xué)高科學(xué)院，陜西 西安 713700）

計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)是一種重要的智能技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域。它能夠模擬真實(shí)的農(nóng)業(yè)作業(yè)環(huán)境，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行情況，從而提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用效率，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。但目前，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用中還存在著許多問題，如缺乏專業(yè)的農(nóng)機(jī)技術(shù)人員、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)備配置過低以及農(nóng)戶對計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的重要性認(rèn)識(shí)不足。因此，如何有效地應(yīng)用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，以推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，成為廣大農(nóng)業(yè)專家及相關(guān)工作人員共同關(guān)注的話題。

1 計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)使用計(jì)算機(jī)語言、圖形等來創(chuàng)建供人們使用的計(jì)算機(jī)環(huán)境，用來創(chuàng)建完全不同的虛擬世界，并與現(xiàn)實(shí)世界建立起聯(lián)系，給用戶帶來完全不同的體驗(yàn)感受[1]。如今，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)中，一方面，可以減少農(nóng)機(jī)制造的成本，提高制造質(zhì)量和準(zhǔn)確度；另一方面，該技術(shù)還有助于提高農(nóng)機(jī)的使用效率，節(jié)省操作成本，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的經(jīng)濟(jì)效益。

2 計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：1）虛擬性和節(jié)能性。計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)能把資源最小單位化（池化），讓用戶按需使用資源。虛擬化不但解放了操作系統(tǒng)，也解放了物理硬件，極大地提高了資源的利用率，節(jié)省了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源[2]。2）資源共享。虛擬技術(shù)能夠讓多個(gè)用戶共享計(jì)算機(jī)資源，而不需要增加硬件的使用量。3）提高安全性。計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以提高數(shù)據(jù)的安全性，減少計(jì)算機(jī)技術(shù)中可能出現(xiàn)的安全隱患，有效地防范各種黑客攻擊和外來的病毒攻擊。同時(shí)，縮短開發(fā)時(shí)間。計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可有效縮短軟件開發(fā)的時(shí)間，快速搭建軟件和硬件環(huán)境，提高產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度。4）支持跨平臺(tái)技術(shù)。虛擬技術(shù)能夠讓應(yīng)用程序在不同的操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)平臺(tái)之間運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)應(yīng)用。

3 計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用中的優(yōu)勢

1）計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)改變了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)方式[3]。使用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以在軟件中模擬整個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，仔細(xì)觀察設(shè)備的材料、尺寸和構(gòu)造，并預(yù)測它的性能表現(xiàn)，從而使農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)更加完善可靠，以更高的效率和品質(zhì)滿足客戶的需求。

2）計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以有效幫助農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化和信息化。實(shí)現(xiàn)這些要求的關(guān)鍵技術(shù)之一是AI技術(shù)，AI技術(shù)可以為農(nóng)業(yè)機(jī)械提供動(dòng)態(tài)決策能力，并幫助完成更多復(fù)雜的任務(wù)。再者，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以用于匹配機(jī)器的設(shè)計(jì)參數(shù)，例如運(yùn)動(dòng)性能的最大動(dòng)力參數(shù)、機(jī)器的整體權(quán)重以及機(jī)器的不同組件參數(shù)等，最大程度地滿足農(nóng)戶的需要。

3）計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)有助于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的安全性能。農(nóng)業(yè)機(jī)械是處理復(fù)雜任務(wù)的特殊機(jī)械，其安全性能關(guān)系到農(nóng)戶的人身安全。而計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以模擬農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，從而提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的安全性能[4]。

4 計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 缺乏專業(yè)的農(nóng)機(jī)技術(shù)人員

目前，我國缺少專業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)人員，主要原因如下：一是農(nóng)村收入水平和生活水平跟不上城市的發(fā)展[5]。對于當(dāng)今年輕人來說，收入水平跟不上生活需求是影響他們?nèi)マr(nóng)村的重要因素。因此，大部分的農(nóng)機(jī)技術(shù)人員不愿意到農(nóng)村地區(qū)發(fā)展。二是農(nóng)村地區(qū)的科技水平落后。就農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)來說，大多數(shù)農(nóng)村的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備配置較低，使得技術(shù)人員難以發(fā)揮其作用，這在一定程度上也影響了計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的發(fā)展。三是農(nóng)村勞動(dòng)力質(zhì)量不高，這也是農(nóng)機(jī)技術(shù)人員不愿意去農(nóng)村發(fā)展的重要原因[6]。大多數(shù)農(nóng)村不重視計(jì)算機(jī)環(huán)境建設(shè)，缺乏專業(yè)的技能培訓(xùn)，這就難以提高勞動(dòng)力質(zhì)量，專業(yè)技術(shù)人員不肯從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作，導(dǎo)致了農(nóng)機(jī)專業(yè)技術(shù)人員短缺，使得計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用效果不明顯。

4.2 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)備配置過低

目前，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)尚未普及，主要原因在于部分農(nóng)村地區(qū)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)備配置過低，這就導(dǎo)致計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)難以發(fā)揮其自身的作用。首先，農(nóng)村區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率低。由于部分農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較為落后，人口較少，為了減少費(fèi)用，布網(wǎng)費(fèi)用相對較低，因此網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作受到一定的影響，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也受到了相應(yīng)的限制。其次，農(nóng)村計(jì)算機(jī)設(shè)備性能較差，大多是過時(shí)的硬件和軟件設(shè)備，許多農(nóng)村終端用戶對計(jì)算機(jī)設(shè)備的評價(jià)很低，缺乏足夠的配置，限制了計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的發(fā)展。最后，農(nóng)村計(jì)算機(jī)設(shè)備配置的維護(hù)和升級機(jī)制存在一定的缺陷。由于大部分農(nóng)村環(huán)境比較落后，除了少數(shù)企業(yè)投入之外，多數(shù)計(jì)算機(jī)設(shè)備配置的維護(hù)和升級都陷入了瓶頸，這也是農(nóng)村計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)備配置不如人意的一個(gè)原因。

4.3 農(nóng)民對計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的重要性認(rèn)識(shí)不足

首先，受傳統(tǒng)農(nóng)耕觀念的影響，許多農(nóng)戶主已習(xí)慣了以往的耕作方式，憑借自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)，對計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的重要性認(rèn)識(shí)不足，也不了解計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)[7]。其次，由于資金有限，大部分農(nóng)戶都沒有投資購買計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)所必需的硬件和軟件，進(jìn)而也就沒有去研發(fā)計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，許多農(nóng)戶甚至沒有選擇使用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)來提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。最后，大多數(shù)農(nóng)戶對于計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)缺乏持久的積極性。盡管使用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率、減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本、節(jié)約能源、改善農(nóng)民的生活，但很多農(nóng)戶對計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的應(yīng)用卻缺乏持久的動(dòng)力，其認(rèn)為計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)過于復(fù)雜，沒有毅力去學(xué)習(xí)這門技術(shù)，更愿意選擇以往的耕作方式來進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)，這使得計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)無法充分發(fā)揮應(yīng)有的價(jià)值。

5 計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的具體應(yīng)用

5.1 在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用

目前，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中，解決了傳統(tǒng)人工制造機(jī)械設(shè)備工藝簡陋、技術(shù)含量低的問題，以更少的投資制造出更可靠的產(chǎn)品。首先，在開發(fā)和制造農(nóng)機(jī)的過程中，動(dòng)態(tài)建模和模擬仿真是兩項(xiàng)重要的任務(wù)，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以通過動(dòng)態(tài)建模，幫助用戶迅速分析各種參數(shù)的性能及它們對產(chǎn)品的影響，并輔助決策人更好地理解決策結(jié)果。通過多種軟件，反映出人們對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備與機(jī)器的需求，并在電腦上模擬、修正機(jī)器的尺寸和功能。其次，在模擬環(huán)境中，還可以利用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)配備實(shí)體機(jī)械設(shè)備，分析三維運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并進(jìn)行精確操作，從而完成所規(guī)定的任務(wù)。

5.2 在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)不僅效率低，耗時(shí)長，還難以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)日漸成熟，將計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，有助于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升工作效率。首先，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以更快速地發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的隱藏錯(cuò)誤[8]。通過使用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，可以模擬農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)過程，從而確保最終產(chǎn)品的可靠性和可用性，減少設(shè)計(jì)中的誤差。其次，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)還可以用來解決農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的質(zhì)量和安全問題。應(yīng)用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)模擬分析方法，來判斷零件質(zhì)量，確保農(nóng)業(yè)機(jī)械的可靠性和安全性，減少了設(shè)計(jì)失敗環(huán)節(jié)，為設(shè)計(jì)師節(jié)省了成本，保障了產(chǎn)品的安全。例如，自動(dòng)控制聯(lián)合收獲機(jī)的脫粒深度、播種機(jī)播種數(shù)量、蘋果采摘機(jī)對蘋果成熟度的判定、蘋果在搖晃時(shí)采摘手的動(dòng)態(tài)定位等，這些功能都需要計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)精確計(jì)算相關(guān)位置與參數(shù)，根據(jù)計(jì)算數(shù)值判斷出農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件的質(zhì)量，在確保零部件質(zhì)量后，再發(fā)出行動(dòng)指令才能實(shí)現(xiàn)以上操作。

5.3 在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備作業(yè)監(jiān)控中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測方法是對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行后的手工取樣進(jìn)行檢驗(yàn)和加工。例如，監(jiān)測播種密度、漏播程度、脫粒強(qiáng)度、清選結(jié)果等，都是事后取樣檢驗(yàn)，然后再對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的工作品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，這種方式無法即時(shí)監(jiān)測和處理農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況。而計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況[9]。首先，通過虛擬技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)可以采取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌控農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)制，保證工作正常運(yùn)行。比如，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的駕駛艙中設(shè)置相應(yīng)的智能顯示屏，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。再如，設(shè)置監(jiān)測農(nóng)作物生長狀況的監(jiān)測設(shè)備，確保農(nóng)作物能夠在合適的環(huán)境下正常生長。其次，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)改善了農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)監(jiān)控的回放功能，通過多維立體模擬，可以實(shí)現(xiàn)對作業(yè)過程的重播回放，幫助用戶明確農(nóng)機(jī)設(shè)備作業(yè)的軌跡，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，方便工作人員根據(jù)軌跡數(shù)據(jù)查找原因，采取相應(yīng)的解決措施，以此達(dá)到全方位智能監(jiān)控的使用效果。

5.4 在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備維修中的應(yīng)用

首先，采用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，能夠使維修處理過程變得更加規(guī)范化[10]。例如，在設(shè)備維修過程中，維修工程師可以使用計(jì)算機(jī)虛擬系統(tǒng)來管理任務(wù)和跟蹤維修進(jìn)度，并對每個(gè)階段任務(wù)的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控，以提高工作效率[11-12]。其次，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以模擬農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的各項(xiàng)操作，使設(shè)備維修變得更加高效，節(jié)省時(shí)間，降低維修費(fèi)用。在實(shí)際維修過程中，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以根據(jù)當(dāng)前機(jī)器的狀態(tài)，通過虛擬周期，給出具體的維修細(xì)節(jié)，節(jié)省了維修人員的研究時(shí)間，提高了維修效率。最后，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以有效地進(jìn)行預(yù)防性維修[13-14]。通過計(jì)算機(jī)虛擬系統(tǒng)，可以預(yù)測出機(jī)器的潛在故障，有助于工作人員采取最佳的維修措施進(jìn)行維護(hù)，有效地避免了過度維修，延長了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

6 結(jié)語

在當(dāng)前的市場環(huán)境下，農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域要與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，而計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的應(yīng)用給農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域帶來了極其廣闊的農(nóng)業(yè)發(fā)展前景。在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，不但可以減少農(nóng)機(jī)制造成本，提高農(nóng)機(jī)質(zhì)量和準(zhǔn)確度，還有助于提高農(nóng)機(jī)的使用效率，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的經(jīng)濟(jì)效益。因此，相關(guān)工作者要重視計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用，緊跟時(shí)代的步伐，提高自身的信息化水平，積極引入先進(jìn)的計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，以此提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的利用效率，走信息化、現(xiàn)代化以及智能化的可持續(xù)發(fā)展道路。