摘?要:農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著巨大的作用,隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的不斷完善,農(nóng)機(jī)的自動(dòng)化作業(yè)能力顯著提升,使農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率進(jìn)一步得到優(yōu)化。自動(dòng)化的農(nóng)機(jī)設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面得到了廣泛的應(yīng)用,這為我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)向智能化發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。從現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化和智能化的應(yīng)用出發(fā),分析了智能農(nóng)機(jī)技術(shù)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)和途徑。
關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)機(jī)械;自動(dòng)化;智能化;應(yīng)用;發(fā)展
中圖分類號(hào):S126?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
doi:10.14031/j.cnki.njwx.2020.11.072
作者簡(jiǎn)介:白伏升(1974-),男,回族,寧夏同心人,本科,農(nóng)機(jī)工程師,研究方向:農(nóng)機(jī)化。
0?引言
隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)和研發(fā)過(guò)程中所能使用的先進(jìn)技術(shù)越來(lái)越多,到20世紀(jì)90年代,我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化水平得到了快速的發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化程度顯著提高,隨后的20多年,農(nóng)業(yè)機(jī)械的技術(shù)圍繞著自動(dòng)化進(jìn)行了深入研究,使農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)一步替代了傳統(tǒng)的人力勞動(dòng),且機(jī)械化作業(yè)的使用體驗(yàn)也得到了進(jìn)一步提升,現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)已經(jīng)向著精確農(nóng)業(yè)發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械化的生產(chǎn)方式逐漸實(shí)現(xiàn)了高效率、高質(zhì)量要求。在此基礎(chǔ)上,很多農(nóng)機(jī)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向智能農(nóng)機(jī)產(chǎn)品,并利用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)等開(kāi)發(fā)出了很多具有智能化特點(diǎn)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品,為農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)向智能化發(fā)展創(chuàng)造了良好的開(kāi)端。
1?農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化與智能化
從工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展來(lái)看,通常將自動(dòng)化生產(chǎn)稱為3.0時(shí)代,而智能化生產(chǎn)則稱為4.0時(shí)代,可見(jiàn)智能化是在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。農(nóng)業(yè)機(jī)械的技術(shù)發(fā)展也符合由3.0時(shí)代向4.0時(shí)代升級(jí)的特征,從現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)來(lái)看,農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)向全程機(jī)械化作業(yè)轉(zhuǎn)變,理論技術(shù)的研究已經(jīng)能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展需求。從概念上看,農(nóng)機(jī)自動(dòng)化技術(shù)主要是利用農(nóng)業(yè)機(jī)械來(lái)替代傳統(tǒng)的人力勞動(dòng)模式,意在通過(guò)最小的人力資源實(shí)現(xiàn)最大化的生產(chǎn)作業(yè),而機(jī)械的作業(yè)仍需要人工進(jìn)行操作或檢測(cè),自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備更多的是進(jìn)行重復(fù)性的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè);農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化是在農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能的基礎(chǔ)上,利用現(xiàn)代化的視覺(jué)技術(shù)、傳感器技術(shù)等形成對(duì)環(huán)境的感知力,并通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)環(huán)境感知的相關(guān)信息進(jìn)行處理分析,從而使農(nóng)業(yè)機(jī)械具備完全自主的工作能力,進(jìn)而有效替代人為的管理和決策過(guò)程,使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程逐漸向無(wú)人化轉(zhuǎn)變。
2?自動(dòng)化農(nóng)機(jī)的應(yīng)用方式
農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化技術(shù)在現(xiàn)階段已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn),隨著在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的主要糧食作物生產(chǎn)逐漸實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化,自動(dòng)化農(nóng)機(jī)產(chǎn)品在我國(guó)的應(yīng)用程度也進(jìn)一步增強(qiáng)。自動(dòng)化農(nóng)機(jī)作業(yè)覆蓋了主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程,其主要機(jī)型包括了聯(lián)合整地機(jī)、播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)、寬幅植保機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、秸稈還田機(jī)、自動(dòng)灌溉機(jī)械等,這些機(jī)具實(shí)現(xiàn)了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,依靠駕駛員的簡(jiǎn)單操作即可高效地完成傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù),作業(yè)過(guò)程中除需要進(jìn)行農(nóng)機(jī)駕駛外,基本不需要再進(jìn)行其他的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作,同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)還向著產(chǎn)前和產(chǎn)后方向延伸,例如種子篩選與自動(dòng)處理機(jī)械、水稻自動(dòng)育秧機(jī)械等產(chǎn)前機(jī)械和谷物烘干機(jī)、糧食深加工機(jī)械等產(chǎn)后機(jī)械也基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化作業(yè),不僅使生產(chǎn)效率得到了提升,而且對(duì)于育種育秧、谷物干燥等工作品質(zhì)也進(jìn)一步提升,農(nóng)民參與勞動(dòng)生產(chǎn)的工作強(qiáng)度顯著降低。
3?目前智能農(nóng)機(jī)的應(yīng)用方式
隨著智能化技術(shù)研究的深入,很多具有智能化特點(diǎn)的技術(shù)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械上,使很多農(nóng)業(yè)機(jī)械具備了一定的智能化功能,也可以將這些農(nóng)業(yè)機(jī)械稱為半智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械。從現(xiàn)階段的應(yīng)用來(lái)看,智能化技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,其典型的應(yīng)用方式包括以下幾類。
(1)農(nóng)業(yè)植保的智能檢測(cè)與智能化藥物噴施?,F(xiàn)階段,隨著視覺(jué)技術(shù)和圖像分析技術(shù)的進(jìn)步,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中逐漸應(yīng)用了生長(zhǎng)狀態(tài)的視覺(jué)檢測(cè)技術(shù),通過(guò)攝像頭檢測(cè)作物的生長(zhǎng)狀態(tài),獲取的圖像信息經(jīng)計(jì)算機(jī)分析是否存在病蟲害等異常問(wèn)題,植保機(jī)械在進(jìn)行農(nóng)藥噴施作業(yè)時(shí),能夠根據(jù)各個(gè)攝像頭覆蓋區(qū)域提供的病蟲害情況實(shí)現(xiàn)噴施量的自動(dòng)化調(diào)節(jié),達(dá)到替代傳統(tǒng)人工決策的效果,避免了農(nóng)藥噴施量的不合理問(wèn)題,減少環(huán)境污染,并提高病蟲害的防治效果。
(2)定點(diǎn)土壤檢測(cè)與智能化播種施肥。通過(guò)在耕地土壤中布置檢測(cè)裝置,獲取區(qū)域范圍內(nèi)土壤的養(yǎng)分、含水量等情況,實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤狀態(tài),并為播種施肥工作提供數(shù)據(jù)支持,在進(jìn)行播種施肥作業(yè)時(shí),播種量、播種時(shí)機(jī)、土壤類型、施肥量等參數(shù)的把握可以根據(jù)區(qū)域范圍的測(cè)土數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化調(diào)整,實(shí)現(xiàn)最佳的種肥配比,為農(nóng)作物后續(xù)生長(zhǎng)提供合理?xiàng)l件,并避免化肥過(guò)量使用造成的環(huán)境問(wèn)題。
(3)糧食收獲狀態(tài)的智能化檢測(cè)。糧食收獲的智能化主要表現(xiàn)在兩方面,一是利用GPS技術(shù)和GIS技術(shù)分析田間的產(chǎn)量情況,以相關(guān)數(shù)據(jù)形成收獲作業(yè)的實(shí)施方案,農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)合預(yù)設(shè)方案在GPS定位技術(shù)的指導(dǎo)下進(jìn)行智能化作業(yè),根據(jù)不同的作物產(chǎn)量情況智能地調(diào)節(jié)關(guān)鍵部件的轉(zhuǎn)速、行駛速度等,使收獲過(guò)程更為合理;二是利用谷物損失監(jiān)測(cè)技術(shù)分析收獲機(jī)的工作狀態(tài),避免出現(xiàn)谷物損失量過(guò)大造成的糧食浪費(fèi)問(wèn)題,解決了傳統(tǒng)機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)品質(zhì)無(wú)法及時(shí)考察與統(tǒng)計(jì)的弊端。
4?農(nóng)機(jī)智能化的發(fā)展途徑
4.1?加強(qiáng)智能農(nóng)機(jī)管理系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)
隨著智能農(nóng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械上應(yīng)用的智能化技術(shù)越來(lái)越多,智慧農(nóng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)最佳的應(yīng)用效果,就必須將智能農(nóng)機(jī)的管理平臺(tái)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用與推廣。現(xiàn)階段,我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)管理平臺(tái)功能還不全面,多數(shù)功能集中于農(nóng)機(jī)工作管理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方面,而對(duì)于智慧農(nóng)機(jī)所擁有的豐富功能利用不全面。農(nóng)機(jī)智能管理系統(tǒng)的研究應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)智慧農(nóng)機(jī)的控制、作業(yè)方案與決策指導(dǎo)、大數(shù)據(jù)匯總利用、智慧農(nóng)機(jī)資源的區(qū)域化調(diào)配等技術(shù)的升級(jí),確保智慧農(nóng)機(jī)應(yīng)用的合理性。
4.2?加強(qiáng)農(nóng)機(jī)無(wú)人化智能作業(yè)技術(shù)的研究
農(nóng)業(yè)機(jī)械要真正實(shí)現(xiàn)智能化必須以無(wú)人作業(yè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)為前提,以此保證在農(nóng)機(jī)具備一定邏輯判斷能力的同時(shí),能夠智能化的實(shí)現(xiàn)工作性能和方式的調(diào)整。無(wú)人作業(yè)技術(shù)的研究應(yīng)著力解決以下幾點(diǎn)問(wèn)題:一是農(nóng)機(jī)自動(dòng)化駕駛技術(shù),這不僅要求農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠在耕地中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行駛,還必須根據(jù)視覺(jué)系統(tǒng)和傳感器獲取的信息進(jìn)行速度自動(dòng)調(diào)節(jié)、障礙物躲避、行駛路線自動(dòng)優(yōu)化等功能;二是機(jī)電液一體化技術(shù)的智能化發(fā)展與應(yīng)用,智慧農(nóng)機(jī)要求機(jī)電液一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)升級(jí),要求農(nóng)機(jī)上的關(guān)鍵功能部件實(shí)現(xiàn)高度的智能化和可控化,并依靠傳感器技術(shù)感知和調(diào)整作用力、運(yùn)轉(zhuǎn)速度等參數(shù),以便于智能功能的實(shí)現(xiàn);三是確保智能控制的穩(wěn)定性,優(yōu)化電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用模式,使決策、實(shí)施過(guò)程更為可靠,避免因系統(tǒng)問(wèn)題導(dǎo)致的智能農(nóng)機(jī)實(shí)際工作能力不足問(wèn)題。
4.3?智能感知技術(shù)與邏輯思維技術(shù)仍需提升
智能感知與邏輯思維是農(nóng)機(jī)智能化的主要表現(xiàn),是在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)一步替代人腦決策的關(guān)鍵技術(shù),目前我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械上應(yīng)用的感知技術(shù)仍比較少,傳感器、視覺(jué)設(shè)備等技術(shù)的利用程度比較初級(jí),沒(méi)有達(dá)到與農(nóng)業(yè)機(jī)械深度融合的效果,基于計(jì)算機(jī)程序的邏輯思維技術(shù)仍處于研究階段,距離實(shí)際的應(yīng)用也有一定差距,因此,智能感知技術(shù)與邏輯思維技術(shù)是農(nóng)機(jī)智能化發(fā)展的主要技術(shù)突破口,只有在這兩方面加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān),才能促進(jìn)智慧農(nóng)機(jī)技術(shù)的早日成熟。
5?結(jié)語(yǔ)
隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化程度不斷提高,自動(dòng)化作業(yè)的優(yōu)勢(shì)也凸顯出來(lái),農(nóng)民使用農(nóng)業(yè)機(jī)械的熱情空前高漲,同時(shí)也對(duì)農(nóng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步提升給予很高的期望,農(nóng)機(jī)智能化作為農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)目標(biāo),其研究和發(fā)展決定了未來(lái)農(nóng)業(yè)的水平,也是農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)步的必然需求。因此,將現(xiàn)階段的農(nóng)機(jī)自動(dòng)化技術(shù)與我國(guó)生產(chǎn)實(shí)際需求相結(jié)合,進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)具有我國(guó)特色的智慧農(nóng)機(jī)技術(shù),有利于農(nóng)業(yè)的合理化發(fā)展和生產(chǎn)效益的進(jìn)一步提升。
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