鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 牛璐

引言

隨著當(dāng)今農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械化已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。通過(guò)農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度的有效降低，同時(shí)也進(jìn)一步提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。尤其是隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)械更是在技術(shù)水平上實(shí)現(xiàn)了突破性的發(fā)展。因此，在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程的應(yīng)用與發(fā)展中，技術(shù)人員一定要加強(qiáng)機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用研究，以此來(lái)發(fā)揮其充分優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械工程的良好發(fā)展。

1 機(jī)電一體化系統(tǒng)概述

機(jī)電一體化系統(tǒng)是將當(dāng)今先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、控制功能以及可控性驅(qū)動(dòng)元件組合在一起所形成的一種現(xiàn)代自動(dòng)化與智能化機(jī)械系統(tǒng)。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，主要的組成要素包括結(jié)構(gòu)組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、動(dòng)力組成要素、智能組成要素以及感知組成要素[1]。在這些組成要素的內(nèi)部以及各個(gè)組成要素之間，都借助于接口耦合、物質(zhì)流動(dòng)、動(dòng)作傳遞、能量轉(zhuǎn)換以及信息控制等方式集合成一個(gè)整體的有機(jī)系統(tǒng)。圖1是機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)示意圖。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中的機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用分析

就當(dāng)今的農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域來(lái)看，機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、高精度GPS技術(shù)、電子信息技術(shù)以及虛擬技術(shù)都發(fā)揮出了顯著的作用。將這些機(jī)電一體化技術(shù)合理應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中，不僅會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供足具科學(xué)性的技術(shù)支撐，同時(shí)也可以為農(nóng)業(yè)機(jī)械的良好應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。以下是幾種主要機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用分析。

2.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)屬于機(jī)電一體化技術(shù)中的一種，在這種技術(shù)中，計(jì)算機(jī)制圖、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通信等的各種功能實(shí)現(xiàn)了有效集成，并發(fā)揮出了良好的綜合型技術(shù)效果。將該技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)中，可以讓設(shè)計(jì)變得更加直觀，并通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，然后直接將最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果輸出。具體設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可將常用的農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)作為依據(jù)，結(jié)合空間作用力、動(dòng)力學(xué)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)等的分析，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬，并以此為依據(jù)來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械三維立體模型的構(gòu)建，再結(jié)合具體的設(shè)計(jì)要求，對(duì)其中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械工程設(shè)計(jì)水平的進(jìn)一步提升。通過(guò)這樣的方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)效率的顯著提升，還可以使其設(shè)計(jì)和研發(fā)周期進(jìn)一步縮短。

2.2 高精度GPS技術(shù)的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中，高精度GPS系統(tǒng)主要是借助于傳感技術(shù)、超聲波技術(shù)以及GPS拆分技術(shù)，精準(zhǔn)地將農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)、三維坐標(biāo)、儀表顯示參數(shù)等各種詳細(xì)信息反饋給計(jì)算機(jī)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的一種新型技術(shù)形式。但是就目前來(lái)看，這種技術(shù)形式的應(yīng)用范圍比較有限，僅在一些大型農(nóng)場(chǎng)中用來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械的混合作業(yè)控制[2]。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，可以讓工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行中存在的異常，并對(duì)可能會(huì)發(fā)生的故障做出科學(xué)判斷，以便及時(shí)處理相應(yīng)的異常，避免農(nóng)業(yè)機(jī)械故障所帶來(lái)的不利影響，確保農(nóng)業(yè)機(jī)械工程的安全可靠運(yùn)行，并進(jìn)一步提升其運(yùn)行質(zhì)量與效率，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求。

2.3 電子信息技術(shù)的應(yīng)用

就當(dāng)今的農(nóng)業(yè)機(jī)械工程發(fā)展來(lái)看，電子信息技術(shù)已經(jīng)在其中得到了廣泛應(yīng)用。而在這樣的條件下，農(nóng)業(yè)機(jī)械工程也開(kāi)始朝著節(jié)能化、高效化、集約化、自動(dòng)化與智能化的方向發(fā)展，這與我國(guó)當(dāng)今社會(huì)的節(jié)能環(huán)保發(fā)展理念十分相符。同時(shí)，電子信息技術(shù)的應(yīng)用也為農(nóng)業(yè)機(jī)械工程的發(fā)展與創(chuàng)新創(chuàng)造了更多的契機(jī)，通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷以及通信等的各項(xiàng)功能，讓整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程得以良好控制，確保農(nóng)業(yè)機(jī)械按照既定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行各項(xiàng)操作，在實(shí)現(xiàn)人力資源節(jié)約的同時(shí)提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率。在傳統(tǒng)形式的機(jī)電一體化設(shè)備中，其監(jiān)控主要為人工方式，這種監(jiān)控方式不僅具有較大的局限性，且監(jiān)控效率也非常低，在機(jī)電一體化設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)與故障檢查中存在較大漏洞，一般情況下，故障只有在出現(xiàn)之后才可以被發(fā)現(xiàn)和處理，進(jìn)而很容易對(duì)設(shè)備造成傷害，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)p壞設(shè)備。而在現(xiàn)代化的機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用中，借助于機(jī)電一體化監(jiān)控技術(shù)，便可在設(shè)備的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將監(jiān)控信息實(shí)時(shí)傳輸給機(jī)電一體化系統(tǒng)終端，讓操作者對(duì)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況做到實(shí)時(shí)了解，并通過(guò)機(jī)電一體化系統(tǒng)中的總控制臺(tái)來(lái)實(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械的遠(yuǎn)程操作與控制。

2.4 虛擬技術(shù)的應(yīng)用

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，虛擬技術(shù)主要是借助于多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)制圖技術(shù)、圖片模式識(shí)別技術(shù)以及傳感技術(shù)等的支持，將用戶的實(shí)際設(shè)計(jì)要求作為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行一個(gè)三維立體場(chǎng)景的構(gòu)建。將該技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的動(dòng)態(tài)建模，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械三維立體模型的全方位構(gòu)建，并通過(guò)這個(gè)模型來(lái)全面展示農(nóng)業(yè)機(jī)械的外形及其所有的實(shí)體結(jié)構(gòu)[3]。就本質(zhì)而言，虛擬技術(shù)也屬于集成技術(shù)的一種，將該技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中，可按照農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的具體特征來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的幾何模型、運(yùn)動(dòng)模型以及物理模型等的構(gòu)建，這樣便可在最初的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械做到最佳優(yōu)化。同時(shí)，通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，也可以將農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)更加直觀地展示給用戶，以便用戶對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械做到全面了解，且能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行場(chǎng)景展示給用戶，向其傳輸一些極端狀況的應(yīng)急技巧，這樣便可有效降低農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行故障所帶來(lái)的不利影響，為其安全穩(wěn)定運(yùn)行提供良好保障。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中的機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用前景分析

3.1 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的輕量型發(fā)展

隨著當(dāng)今微電子技術(shù)以及集成電路技術(shù)等的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用可以讓農(nóng)業(yè)機(jī)械在體積和質(zhì)量方面得以良好優(yōu)化，有效解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械體積大、重量大、移動(dòng)不便等的各種弊端，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的輕量型發(fā)展。將這樣的輕量型農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不僅可以為操作者提供足夠的便利，同時(shí)也可以進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行效率，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求，讓先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械帶動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[4]。

3.2 實(shí)現(xiàn)高智能化的發(fā)展

在機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，一個(gè)最顯著的特征就是其智能性很強(qiáng)，將其中高度智能化的技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域中，便可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化發(fā)展，使其緊隨當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的潮流，實(shí)現(xiàn)更加智能化的控制，以此來(lái)提升農(nóng)業(yè)機(jī)械工作效率，降低人力資源成本。尤其是在人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展中，機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用更是可以讓農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行智能識(shí)別，根據(jù)實(shí)際的環(huán)境條件、結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)需求，來(lái)進(jìn)行各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的合理調(diào)整，以此來(lái)滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)際應(yīng)用需求，提升其環(huán)境適應(yīng)性。同時(shí)，借助于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的人工智能技術(shù)，也可以對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行中的相應(yīng)故障進(jìn)行智能化的識(shí)別與處理，以此來(lái)確保農(nóng)業(yè)機(jī)械的良好運(yùn)行，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的良好保障奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.3 實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保型的發(fā)展

就目前來(lái)看，雖然農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)工作者帶來(lái)了極大的便利，但是隨之而來(lái)的環(huán)境問(wèn)題卻越來(lái)越嚴(yán)重。當(dāng)今的很多農(nóng)業(yè)機(jī)械都屬于燃油型機(jī)械，如果運(yùn)行質(zhì)量不佳，燃油便會(huì)出現(xiàn)燃燒不充分的情況，排放物中所含的污染物也會(huì)增多，這與我國(guó)資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)嚴(yán)重不符[5]。而隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展，借助于其中的自動(dòng)化與智能化控制技術(shù)，便可對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)做到合理調(diào)整，以此來(lái)確保燃油的充分燃燒，在提升能源利用效率的基礎(chǔ)上達(dá)到良好的環(huán)境保護(hù)效果，這對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率的提升、節(jié)能環(huán)保效果的保障以及運(yùn)行成本的節(jié)約都將起到非常積極的促進(jìn)作用。同時(shí)，伴隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展，更多的清潔能源也將會(huì)逐漸被引入到農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域中，以此來(lái)促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域的綠色環(huán)保型發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)今時(shí)代的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)協(xié)同發(fā)展中，機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展也十分可觀。將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域中，通過(guò)各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，便可讓農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以科學(xué)優(yōu)化。因此，在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域，生產(chǎn)企業(yè)、技術(shù)人員以及操作者一定要加強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的了解，并將其在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中加以合理應(yīng)用，這樣才可以充分發(fā)揮出機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械工程的良好發(fā)展，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供足夠的技術(shù)支撐。