機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用分析

郝中波

（昆明冶金高等?？茖W(xué)校，云南 昆明 650033）

農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造使用機(jī)電一體化技術(shù)，可以提高設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。在機(jī)電一體化背景下，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作可應(yīng)用專業(yè)技術(shù)保障產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)揮不同類型技術(shù)在支持機(jī)電設(shè)計(jì)制造方面的積極作用。另外，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的一體化模式，有利于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行效率，節(jié)約農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的整體成本。

1 應(yīng)用要點(diǎn)

1.1 體現(xiàn)智能化與自動(dòng)化

智能化與自動(dòng)化在機(jī)電一體化背景下，既是機(jī)電一體化發(fā)展的基本特征，又是農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造應(yīng)用機(jī)電一體化所需要凸顯的主要優(yōu)勢(shì)。引入機(jī)電一體化技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)分析研究的自動(dòng)化。同時(shí)，使用農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和智能化作業(yè)，這對(duì)于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有重要意義?，F(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，具有典型智能化和自動(dòng)化功能的產(chǎn)品包括智能化收割機(jī)和智能化拖拉機(jī)等。有了智能化和自動(dòng)化技術(shù)的支持，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的整體作業(yè)水平和精準(zhǔn)度會(huì)顯著提升。在機(jī)械設(shè)備應(yīng)用時(shí)，其應(yīng)用范圍內(nèi)的狀態(tài)也能夠達(dá)到自主糾偏、自主導(dǎo)航道路、自動(dòng)控制等目的。這意味著在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，能夠從設(shè)計(jì)階段到實(shí)踐應(yīng)用階段提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造質(zhì)量和效率。

1.2 有效應(yīng)用傳感器設(shè)備

在自動(dòng)化和智能化控制過(guò)程中，傳感器是發(fā)揮核心作用的關(guān)鍵性設(shè)備。1）傳感器設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并且將其運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息傳輸至自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以便更加精準(zhǔn)有效地調(diào)整其運(yùn)行狀態(tài)，保證其運(yùn)行質(zhì)量[1]。2）傳感器設(shè)備能夠?qū)r(nóng)業(yè)機(jī)械使用的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析，如環(huán)境中的溫度、濕度調(diào)節(jié)工作以及土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)工作等，都可應(yīng)用傳感器設(shè)備來(lái)完成。因此，在基于機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，有效應(yīng)用傳感器設(shè)備和相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，可以提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造效果。

1.3 科學(xué)設(shè)計(jì)一體化控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化與自動(dòng)化的核心部分。通過(guò)控制系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠根據(jù)作業(yè)環(huán)境和作業(yè)需求進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整和控制。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械通常采用嵌入式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有可靠性高、穩(wěn)定性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。另外，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程控制和智能監(jiān)控技術(shù)也逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械中，在這一技術(shù)的支持下，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)，可基于手機(jī)終端或電腦終端對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，保證控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加合理，取得更好的設(shè)備控制效果[2]。同時(shí)，能更大化降低設(shè)備運(yùn)行成本，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備使用效果。

2 實(shí)踐策略

2.1 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)主要特征是高精度、高效率，能夠準(zhǔn)確定位、有效導(dǎo)航。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)有以下方面內(nèi)容。1）將衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)嵌入到農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)中，獲得更加準(zhǔn)確的位置和導(dǎo)航信息，保證機(jī)械設(shè)備能夠在更為復(fù)雜的農(nóng)田環(huán)境中有效作業(yè)。2）借助衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成遠(yuǎn)程監(jiān)控與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集工作。對(duì)于農(nóng)戶或農(nóng)田管理人員來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)程掌握相關(guān)的農(nóng)田環(huán)境參數(shù)對(duì)于更好地落實(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作有重要作用[3]。3）利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械管理系統(tǒng)的智能化程度，從設(shè)備調(diào)試路徑規(guī)劃、設(shè)備故障診斷等方面入手，發(fā)揮出先進(jìn)技術(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作流程的自動(dòng)化與智能化效果。4）利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行更加精準(zhǔn)的自動(dòng)定位，完成自動(dòng)化的基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。例如，自動(dòng)播種、自動(dòng)施肥等。提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化水平，控制人力資源成本。5）優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)效果。應(yīng)當(dāng)充分考慮衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用需求，從設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備系統(tǒng)控制優(yōu)化等方面入手，確保衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)發(fā)揮集成作用[4]。

2.2 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有不同的類型，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，應(yīng)當(dāng)首先做到精確選擇相關(guān)技術(shù)，為取得更好的設(shè)計(jì)制造效果奠定基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中可用的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有以下幾種類型。1）應(yīng)用CAD 技術(shù)。應(yīng)用CAD 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)三維建模、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等多方面目標(biāo)。作為設(shè)計(jì)師，可基于虛擬環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的效果和具體狀態(tài)進(jìn)行全面觀察，以此為基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。2）應(yīng)用CAE 技術(shù)。應(yīng)用CAE 技術(shù)能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案的實(shí)際效果進(jìn)行模擬仿真分析，從而進(jìn)一步預(yù)測(cè)農(nóng)業(yè)機(jī)械的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。通過(guò)模擬觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方面存在的潛在問(wèn)題，為進(jìn)一步減少后續(xù)試驗(yàn)與修改提供依據(jù)。3）應(yīng)用CAM 技術(shù)。應(yīng)用CAM 技術(shù)能夠優(yōu)化機(jī)械制造工藝，提升制造工藝的自動(dòng)化和數(shù)字化程度，進(jìn)而全面提升工藝的加工精度和生產(chǎn)效率。例如，數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等都可在這種技術(shù)的支持下發(fā)揮作用，完成復(fù)雜的農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件加工與裝配，這也是提升機(jī)械設(shè)備性能的重要保障。

2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中也能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造效果的優(yōu)化與提升。具體來(lái)說(shuō)，合理應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造質(zhì)量時(shí)，應(yīng)把握以下要點(diǎn)。1）應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)仿真與驗(yàn)證，避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要大量人工計(jì)算、試驗(yàn)的過(guò)程，能夠降低技術(shù)開(kāi)發(fā)成本，有利于縮減時(shí)間成本[5]。2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可模擬不同類型的復(fù)雜工況和環(huán)境條件，設(shè)計(jì)人員可基于不同的環(huán)境條件，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的性能和運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行更加準(zhǔn)確的檢驗(yàn)與判斷，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)決策方案。3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠優(yōu)化機(jī)械制造的整個(gè)流程。在發(fā)揮作用時(shí)，由設(shè)計(jì)人員對(duì)制造流程進(jìn)行模擬觀察，確保各流程的運(yùn)行狀態(tài)和技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，隨后，再進(jìn)一步結(jié)合模擬結(jié)果，提出有效的優(yōu)化策略。為保證虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用效果，還應(yīng)當(dāng)注重對(duì)設(shè)計(jì)人員和實(shí)操人員加大培訓(xùn)教育力度，保證其能夠熟悉整體操作流程，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性和效率。4）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)作設(shè)計(jì)和制造，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)作用，不同地區(qū)、不同部門的設(shè)計(jì)師和工程師可以實(shí)時(shí)共享和交互虛擬模型，進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)和評(píng)審，這打破了地域和時(shí)間的限制，提高了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的效率和響應(yīng)速度。

2.4 設(shè)計(jì)監(jiān)控技術(shù)

在機(jī)電一體化背景下，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的監(jiān)控技術(shù)是保證設(shè)計(jì)效果、了解機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決系統(tǒng)運(yùn)行中的潛在問(wèn)題，保證機(jī)械設(shè)備正常高效運(yùn)行。設(shè)計(jì)監(jiān)控技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中，一般從以下方面發(fā)揮作用。1）做好多樣化的數(shù)據(jù)信息監(jiān)控分析工作，農(nóng)業(yè)機(jī)械在作業(yè)過(guò)程中面臨復(fù)雜多變的環(huán)境，具體數(shù)據(jù)信息包括區(qū)域地形、氣候、作物種類等。通過(guò)使用設(shè)計(jì)監(jiān)控技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械的各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并進(jìn)行預(yù)警。這有助于防止機(jī)械損壞并降低事故發(fā)生的概率，確保操作者的安全。2）利用設(shè)計(jì)監(jiān)控技術(shù)能夠提升農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)效率，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的精確度進(jìn)行判斷和總結(jié)，進(jìn)一步在后續(xù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)基于關(guān)鍵數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如可通過(guò)分析設(shè)備作業(yè)過(guò)程中的速度、軌跡、土壤濕度等關(guān)鍵信息，調(diào)整機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)運(yùn)行參數(shù)，保證其作業(yè)效率得到提升[6]。

2.5 電子信息技術(shù)

現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用規(guī)模大，應(yīng)用性能的實(shí)際要求也呈現(xiàn)逐步提高的趨勢(shì)。因此，需要結(jié)合實(shí)際對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患或潛在故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施進(jìn)行處理，這不僅有利于延長(zhǎng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用壽命，也能夠有效減少因故障引發(fā)的機(jī)械設(shè)備停運(yùn)情況。應(yīng)用電子信息技術(shù)可以對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控分析，做好故障的預(yù)測(cè)與診斷工作，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過(guò)程智能化控制?；陔娮有畔⒓夹g(shù)的核心功能，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有24 h 無(wú)人值守的作業(yè)模式。例如，電子信息技術(shù)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就可使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備之間、機(jī)械與控制系統(tǒng)之間形成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制。

3 應(yīng)用趨勢(shì)

在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中合理運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，促進(jìn)了整個(gè)工程的技術(shù)創(chuàng)新，可以利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械工程進(jìn)行智能化控制，提高了設(shè)備整體自動(dòng)化水平。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)各種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的搭配使用，能夠聯(lián)合作業(yè)，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要進(jìn)行集成控制與管理，在不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)能夠進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械的靈活調(diào)配，使運(yùn)行效率得以提升，可切實(shí)發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的性能，對(duì)技術(shù)革新升級(jí)有著積極影響。

3.1 傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)電一體化背景下農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，傳感器技術(shù)是最為典型的技術(shù)。這種技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)指令和信息的有效傳輸，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造質(zhì)量。但在實(shí)踐應(yīng)用中，也需要對(duì)此項(xiàng)技術(shù)不斷進(jìn)行完善與更新，以便提升其使用效果。從未來(lái)發(fā)展的角度看，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)動(dòng)應(yīng)用，并且進(jìn)一步提升傳感器技術(shù)的精度與穩(wěn)定性，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更加精確有效的數(shù)據(jù)支撐[7-8]。同時(shí)，在廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的背景下，也能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化協(xié)同作業(yè)目標(biāo)。

3.2 人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用

人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用有非常重要的實(shí)踐價(jià)值，有了該技術(shù)支持，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)可通過(guò)自主學(xué)習(xí)進(jìn)行決策分析，如根據(jù)作業(yè)區(qū)域環(huán)境變化和作物需求進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整，而農(nóng)業(yè)機(jī)械在機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的支持下，也可自動(dòng)提取大批量信息，不斷優(yōu)化作業(yè)結(jié)果，這有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平、減小人工干預(yù)力度，也有利于降低生產(chǎn)成本。另外，有了人工智能技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的支持，病蟲(chóng)害的識(shí)別分析以及農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)工作能夠順利推進(jìn)，有利于為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供更加全面科學(xué)的解決方案。

3.3 踐行可持續(xù)綠色發(fā)展理念

機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的升級(jí)與優(yōu)化，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備技術(shù)水平，讓各類資源能源得到高效利用，但是資源能源的使用量逐漸增加，對(duì)環(huán)境也造成了一定破壞。因此，機(jī)電一體化技術(shù)在未來(lái)發(fā)展中，要從農(nóng)業(yè)機(jī)械工程的可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)可加大對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械綠色制造的扶持力度，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[9-10]。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)節(jié)能環(huán)保的重視，將綠色理念融入農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中，重視低能耗、低污染、低排放設(shè)備和產(chǎn)品的使用，以推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的良好發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)中的生態(tài)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以從農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、工藝流程全方位實(shí)現(xiàn)信息化分析和智能化控制，顯著提升農(nóng)機(jī)企業(yè)整體生產(chǎn)水平。同時(shí)，通過(guò)機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用，有助于豐富農(nóng)業(yè)機(jī)械的功能，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)效率，降低農(nóng)業(yè)機(jī)械故障率，改善農(nóng)業(yè)機(jī)械操作性能，推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，助力農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。