自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的實(shí)踐

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。

1 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

1.1 提升農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平

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。

1.2 提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造質(zhì)效

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。

1.3 降低農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造成本

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。

2 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

2.1 農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

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。

2.2 檢測(cè)和包裝自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

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。

2.3 柔性自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

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。

3 PLC技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

3.1 PLC技術(shù)在農(nóng)用拖拉機(jī)中的應(yīng)用

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。

3.2 PLC技術(shù)在水稻播種機(jī)中的應(yīng)用

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。

3.3 PLC技術(shù)在微灌設(shè)備中的應(yīng)用

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。

3.4 PLC技術(shù)在谷物烘干機(jī)中的應(yīng)用

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。

4 集成系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

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。

5 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的趨勢(shì)

5.1 3D打印技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

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。

5.2 大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

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。

6 結(jié)語(yǔ)

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。