王 敏
(黑龍江工商學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150025)
農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有著顯著影響,而農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平關(guān)系農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造處于半自動(dòng)化,如采用的焊接、數(shù)控機(jī)床等需要通過(guò)人工完成操作,雖然與人工模式相比,可以提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,但伴隨農(nóng)業(yè)機(jī)械需求量不斷增加,這種設(shè)計(jì)制造模式的生產(chǎn)效率無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的需求量,并且半自動(dòng)化模式仍存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域,若要提升農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造水平和質(zhì)效,仍需要從技術(shù)層面著手。自動(dòng)化技術(shù)有利于促進(jìn)半自動(dòng)化模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化模式,使農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中存在的安全隱患得以規(guī)避,同時(shí)也能夠提升農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性,減少因人為操作產(chǎn)生的誤差和風(fēng)險(xiǎn),并提高農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造效率。因此,本研究著重對(duì)當(dāng)前主流自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行分析,并對(duì)自動(dòng)化技術(shù)在此領(lǐng)域中的應(yīng)用趨勢(shì)進(jìn)行探究。
農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的具體體現(xiàn),只有不斷提升農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平,才能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的整體水平提升。農(nóng)機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要器械設(shè)備,其設(shè)計(jì)制造的精良程度和功能直接影響到農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用,不僅僅體現(xiàn)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)使用的設(shè)備上,而且還體現(xiàn)在集成于農(nóng)機(jī)設(shè)備上的自動(dòng)化技術(shù)上[2]。從農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造使用設(shè)備方面來(lái)看,將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用其中,既能夠提升農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的效率,又能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)機(jī)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)制造,確保設(shè)計(jì)與制造協(xié)調(diào)統(tǒng)一,從而提升農(nóng)機(jī)的精良程度;從農(nóng)機(jī)設(shè)備集成自動(dòng)化技術(shù)方面來(lái)看,將一些自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)上,能夠豐富農(nóng)機(jī)的功能,提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和精細(xì)化程度。由此可見(jiàn),在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)可以提升農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。
自動(dòng)化技術(shù)通常是以無(wú)人化操作的形式開展農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的,由操作者預(yù)先設(shè)定設(shè)計(jì)制造的程序,并運(yùn)行該程序,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造,相較于以往人工或是半自動(dòng)的生產(chǎn)模式,能夠有效避免人為習(xí)慣性操作或是忽略細(xì)節(jié)操作造成的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造不精準(zhǔn)、粗糙等問(wèn)題,同時(shí)保證了農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的安全性,避免因安全事故發(fā)生導(dǎo)致農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造進(jìn)程和效率受到影響[3]。因此,自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可以提升農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的質(zhì)效。
將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造可有效提升農(nóng)機(jī)生產(chǎn)效率,使單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的農(nóng)機(jī)數(shù)量增多,有效降低時(shí)間成本。同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用解放了勞動(dòng)力,使農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)雇傭的工人數(shù)量減少,從而使人工成本得以降低[4]。雖然農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在前期引進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備時(shí)需要花費(fèi)較大的改造成本,但是自動(dòng)化設(shè)備一旦投入使用,不僅能夠節(jié)約人工成本,而且還能夠準(zhǔn)確使用生產(chǎn)材料,節(jié)約材料費(fèi)用,同時(shí)也能夠避免因設(shè)計(jì)制造質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)的返工情況,減少資源浪費(fèi)。因此,在農(nóng)機(jī)生產(chǎn)制造中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能夠有效降低農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造成本。
農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)是農(nóng)機(jī)制造的前提條件,只有設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)的、精細(xì)的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)圖,才能夠保證農(nóng)機(jī)制造的精確化、標(biāo)準(zhǔn)化。以往開展農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)最初是采用手工繪圖,并以平面圖紙的形式展示出來(lái),在設(shè)計(jì)上由于人為的疏忽易造成誤差[5]。CAD 技術(shù)出現(xiàn)后,農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)開始采用CAD 進(jìn)行繪圖,雖然能夠較大程度地提升設(shè)計(jì)的精確性,在一定程度上規(guī)避了人為因素出現(xiàn)的設(shè)計(jì)誤差,但是產(chǎn)出的設(shè)計(jì)圖紙仍為2D 平面圖,對(duì)于一些精細(xì)的零件和隱蔽的設(shè)計(jì)位置難以展現(xiàn)出來(lái)。利用自動(dòng)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)3D 建模設(shè)計(jì),通過(guò)構(gòu)建3D 模型形成3D 效果圖,并且可以在計(jì)算機(jī)界面上對(duì)模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大,從而對(duì)農(nóng)機(jī)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)進(jìn)行全方位的了解。例如,在對(duì)一種播種機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建3D 效果圖,在對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行審查時(shí),可以通過(guò)3D 效果圖快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,從而及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行整改,避免在農(nóng)機(jī)制造環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題,從而確保農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量。
自動(dòng)化農(nóng)機(jī)需要全面覆蓋從農(nóng)作物種植準(zhǔn)備到收獲的全過(guò)程,而農(nóng)作物種子的檢測(cè)、包裝和運(yùn)輸也可以使用自動(dòng)化技術(shù)完成。可以使用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)包裝機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),所用農(nóng)機(jī)還可以使農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工的整個(gè)流程實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,確保農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量,使農(nóng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力得以提升[6]。例如,某農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)原來(lái)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行包裝時(shí),只是使用透明塑封袋進(jìn)行真空塑封,導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品在運(yùn)輸時(shí)經(jīng)陽(yáng)光照射易出現(xiàn)變質(zhì)、漲袋等問(wèn)題,嚴(yán)重影響品質(zhì)。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)和包裝之中,可以在包裝前對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行全面檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)變質(zhì)或是即將變質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品,將其挑出后進(jìn)行規(guī)范化包裝,并將具體的標(biāo)注信息打印在包裝上,從而提升農(nóng)產(chǎn)品整體品質(zhì),使產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力得以提升。
利用柔性自動(dòng)化技術(shù)能夠在農(nóng)機(jī)物料運(yùn)輸系統(tǒng)與存儲(chǔ)系統(tǒng)之間進(jìn)行合理協(xié)調(diào),從而使處理的對(duì)象能夠達(dá)到技術(shù)應(yīng)用相關(guān)要求。針對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造采用的柔性自動(dòng)化技術(shù)而言,通??梢允褂糜?jì)算機(jī)完成對(duì)信息的控制以及數(shù)據(jù)的監(jiān)視,同時(shí)還可以對(duì)制定的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行合理調(diào)整,之后再發(fā)送指令對(duì)生產(chǎn)操作進(jìn)行協(xié)調(diào)[7]。除此之外,還可借助柔性自動(dòng)化技術(shù)對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造使用的生產(chǎn)資料進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ)。例如,在生產(chǎn)車間對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行制造時(shí),制造企業(yè)可以根據(jù)訂單量利用柔性自動(dòng)化技術(shù)對(duì)生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度進(jìn)行調(diào)整,在訂單量比較少的情況下,可以將生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度減緩,生產(chǎn)人員發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)速度減緩后,可以抽出部分人員開展其他工作,從而降低資源消耗和人力成本,提升效益。
農(nóng)用拖拉機(jī)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用頻率最高的一種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備,在對(duì)其設(shè)計(jì)制造時(shí)可以利用PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)該農(nóng)機(jī)電氣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,從而使拖拉機(jī)在實(shí)際使用中的效率提升[8]。在農(nóng)用拖拉機(jī)總成之中,機(jī)械油壓屬于常見(jiàn)的一種連接方式,有些拖拉機(jī)也會(huì)采用電子油壓,兩種方式均能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)操控控制閥,使農(nóng)用拖拉機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性得以提升。當(dāng)機(jī)械油壓具備良好的運(yùn)行狀態(tài)時(shí),拖拉機(jī)的運(yùn)行速度也比較高,且比較穩(wěn)定,能夠使農(nóng)用拖拉機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操控,而電子油壓則仍需在實(shí)踐中應(yīng)用探索。PLC 在農(nóng)用拖拉機(jī)中的應(yīng)用還能夠?qū)崿F(xiàn)拖拉機(jī)的自動(dòng)化控制。例如,使用拖拉機(jī)進(jìn)行農(nóng)田耕整時(shí),可以利用PLC 對(duì)拖拉機(jī)的工作時(shí)間、行駛速度、耕作深度等進(jìn)行自動(dòng)化控制,使農(nóng)田耕整的工作效率得到提升。
播種機(jī)的種類比較多,水稻播種機(jī)便是其中一種,使用PLC 技術(shù)可以在機(jī)械進(jìn)度方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,同時(shí)也能夠?qū)ΨN子的播種數(shù)量進(jìn)行精確控制,使種子的成活率以及回放效率得到有效提升,使水稻生長(zhǎng)環(huán)境得以改善。但PLC 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要與傳感器技術(shù)、GPS 定位技術(shù)結(jié)合使用,從而確保水稻播種機(jī)實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性。例如,在附帶PLC 技術(shù)的水稻播種機(jī)進(jìn)行水稻種植時(shí),可以通過(guò)距離傳感器對(duì)水稻栽植的間距進(jìn)行合理控制,同時(shí)通過(guò)GPS 定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行駛。
微灌系統(tǒng)可以采用PLC 技術(shù)對(duì)土壤的溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),同時(shí)也可以對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè),根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果確定是否開啟微灌系統(tǒng)[9]。例如,在對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉時(shí),當(dāng)PLC 監(jiān)測(cè)到土壤水分不足,便會(huì)通過(guò)PLC 自動(dòng)開啟微灌系統(tǒng),當(dāng)灌溉到一定程度時(shí),PLC 會(huì)監(jiān)測(cè)到土壤水分充足,此時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉微灌系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉。
PLC 技術(shù)應(yīng)用于谷物烘干機(jī)之中,可以對(duì)谷物烘干展開實(shí)時(shí)監(jiān)控,并通過(guò)熱風(fēng)量對(duì)機(jī)械操作進(jìn)行自動(dòng)化控制。若通過(guò)PLC 監(jiān)控到糧食烘干達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),則PLC會(huì)將烘干機(jī)自動(dòng)關(guān)閉,從而有效避免事故發(fā)生。
在當(dāng)前農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造中,集成系統(tǒng)也較多地應(yīng)用到了實(shí)際農(nóng)機(jī)設(shè)備之中,實(shí)現(xiàn)了加工系統(tǒng)的集成化,將集成系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)機(jī)制造領(lǐng)域,可以利用信息工程技術(shù)將農(nóng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,促進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化[10]。例如,農(nóng)機(jī)制造企業(yè)在開展農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí),可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的連接,使農(nóng)機(jī)生產(chǎn)和農(nóng)機(jī)管理深度融合,進(jìn)而提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量。通過(guò)系統(tǒng)集成,可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化操作,提高作業(yè)效率和工作質(zhì)量。同時(shí),系統(tǒng)集成還可以優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),降低能耗,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
3D 打印技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中尚處于推廣階段,但該技術(shù)一旦在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用,將會(huì)極大地提升農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造效率。例如,當(dāng)要對(duì)某種農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行定制時(shí),可以在短時(shí)間內(nèi)使用3D 打印機(jī)將該定制機(jī)械打印出來(lái)。當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造對(duì)3D 打印技術(shù)的應(yīng)用主要是對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的仿形結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。今后該技術(shù)可以應(yīng)用于模型定制。如在農(nóng)田中無(wú)法確定播種機(jī)的撒籽橫向?qū)挾葧r(shí),可以在現(xiàn)場(chǎng)使用3D 打印技術(shù)對(duì)播種機(jī)的模型進(jìn)行打印,通過(guò)模型比對(duì)種植地區(qū)實(shí)際的播種寬度要求,從而精準(zhǔn)化、定制化設(shè)計(jì)播種機(jī)。此外,還可以將3D 打印技術(shù)應(yīng)用于零件更換、室內(nèi)園藝、城市農(nóng)業(yè)等方面。
大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用,可以進(jìn)一步提高農(nóng)機(jī)自動(dòng)化水平,使今后使用的自動(dòng)化農(nóng)機(jī)可以對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行感知,并收集大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)用于農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造;可以借助大數(shù)據(jù)技術(shù)開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分析,對(duì)病蟲害、干旱等災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè);能夠?qū)r(nóng)作物每一個(gè)生長(zhǎng)階段進(jìn)行識(shí)別,從而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮輔助作用。此外,大數(shù)據(jù)以及人工智能技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用還有利于促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。
綜上所述,農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造是一個(gè)復(fù)雜、繁瑣的過(guò)程,基于當(dāng)前用戶對(duì)農(nóng)機(jī)的使用需求,需要將自動(dòng)化技術(shù)合理應(yīng)用于農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造之中,使農(nóng)機(jī)運(yùn)行更加高效化,同時(shí)提升農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造效率,降低農(nóng)機(jī)制造成本。此外,可以將農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造使用的自動(dòng)化技術(shù)與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、3D 打印等先進(jìn)的科技融合,從而使農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的效率更高。