泰山智能制造產(chǎn)業(yè)研究院 趙文峰 吳乃剛 孫玉娟 郭紅玉 高飛 胡修慧

隨著工業(yè)化的發(fā)展，城鎮(zhèn)化程度的提升，農(nóng)村勞動力急劇減少，智慧農(nóng)機的推行已經(jīng)勢在必行。智慧農(nóng)機是智慧農(nóng)業(yè)的重要內容，是依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算以及現(xiàn)代信息技術與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相融合的產(chǎn)物，是工業(yè)化和信息化結合的產(chǎn)物，我們可以通過對農(nóng)機裝備工作環(huán)境和工況的智能感知和數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準化管理和可視化運行。

我國素來重視“三農(nóng)”事業(yè)與農(nóng)村、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)快速發(fā)展，裝備制造業(yè)是與農(nóng)業(yè)密切相關的行業(yè)，國家為農(nóng)機工業(yè)提供了持續(xù)走強的政策體系，并實施穩(wěn)定的財稅支持，為農(nóng)機裝備提速發(fā)展提供重要支撐。這一切使得我國農(nóng)機工業(yè)的綜合實力得以快速提升。農(nóng)業(yè)技術創(chuàng)新的標志性事件發(fā)生在1975 年，雜交水稻成功培育。智能的力量，給中國農(nóng)業(yè)裝上了加速器。人們可以利用衛(wèi)星遙感技術判斷殺蟲劑量，通過圖像識別輔助分揀水果，通過機械化自動灌溉施肥等，而隨著人工智能技術的加持，農(nóng)業(yè)變得規(guī)?；⒅悄芑?、集約化、精細化，越來越多的互聯(lián)網(wǎng)巨頭在為農(nóng)村市場賦能。

現(xiàn)有的智能農(nóng)機多集中在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、遠程控制和遠程監(jiān)測上，本文主要闡述了對發(fā)動機各項參數(shù)的監(jiān)測與控制以及農(nóng)機的轉向。

1 智能農(nóng)機概述

智能農(nóng)機又稱為智慧農(nóng)機，所謂機械智能化，就是融數(shù)字化、信息化、自動化和智能化于一體，賦予農(nóng)業(yè)勞動的舒適性、體面性，同時也吸引著更多新生勞動力從事農(nóng)業(yè)勞動。它首先要滿足無人化或少人化、精準、可變量操作、自行統(tǒng)計作業(yè)面積、自行監(jiān)測播種量或收獲量。

通過手機、計算機等信息終端向管理者推送實時監(jiān)測信息、報警信息，實現(xiàn)農(nóng)機信息化、智能化遠程管理，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術在設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用保證農(nóng)機在實際工作中的精細化管理，幫助農(nóng)戶提高效率、降低成本、增加收益。

2 智能農(nóng)機升級重點

很多人對智能化產(chǎn)業(yè)升級有一定的誤解和局限，絕大部分人的認知還是建立在幾個“機器人”自主工作的所謂“無人工廠”上，其實這只是很表面的一種認知，真正的智能化產(chǎn)業(yè)升級革命必須從制造工藝和自動化技術兩方面來推進。

（1）農(nóng)機企業(yè)制造工藝流程的優(yōu)化與再造，農(nóng)業(yè)機械的智能化產(chǎn)業(yè)升級的難點就在于，對整個產(chǎn)品生產(chǎn)流程的優(yōu)化與再造，需要結合當前的技術先進程度，同時也要參考企業(yè)實施的成本與周期等。當前農(nóng)業(yè)機械行業(yè)除極個別產(chǎn)品外還處于低利潤狀態(tài)，這就給農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)企業(yè)智能化升級帶來了很大的阻力。

（2）自動化技術的應用與升級，生產(chǎn)企業(yè)一旦確定了新的生產(chǎn)工藝流程，就可以結合當前的自動化技術來實現(xiàn)對企業(yè)生產(chǎn)過程的自動化技術改造，這也是一個需要平衡技術與成本的艱難過程，很多東西的自動化改造并不需要建立在那些主流的、高大上的“機器人”應用上，其實機器人的應用只是自動化生產(chǎn)應用技術中的一個環(huán)節(jié)，是很小的一個部分，而其它很多自動化功能的實現(xiàn)是不需要借助“機器人”來實行的，例如我們可以通過“氣缸+ 運動導軌”來驅動一個動作，也可以通過“連桿+ 導軌+電機”的形式來驅動一個動作，或者通過“齒輪+ 電機+ 導軌”的形式來驅動一個動作，也可以通過“液壓+ 導軌”的形式來驅動一個動作，這些方式都可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化改造，而且相對“機器人”來說，具有成本更低，可靠性更好，維護更方便，升級更簡單等特點。結構簡單、便于維護，這兩個特點對于現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機械智能化升級才是最重要的。

我們所討論的智能化升級改造，其實是對自動化技術和信息化技術的一種深度融合的統(tǒng)稱，任何智能化產(chǎn)業(yè)升級都需要涵蓋自動化和信息化兩個方面，如果脫離了這兩個方面的內容來談企業(yè)智能化是很片面的。

雖然筆者現(xiàn)在也在主持公司的信息化改造和產(chǎn)業(yè)升級的工作，但是只能以一個類似“聯(lián)絡員”或者“勤務員”的角色來參與到這個工作中來。

下面筆者將舉例說明，如何使用最簡單同時可靠性強地完成農(nóng)業(yè)機械的智能化升級改造，希望能對相關工作人員有所幫助。

3 農(nóng)業(yè)機械智能化升級

任何設備的改進都離不開其他服務的對象，我們以收割機為例，無論何種型號，組成部分都是基本不變的，都是由駕駛室、傳送過橋、割臺、喂入裝置、驅動裝置、傳動系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)、切碎拋送等系統(tǒng)組成。

對設備運行而言，最主要的就是操作的穩(wěn)定性和可靠性，以對發(fā)動機各項運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測以及轉向調控為例，闡述一下智能農(nóng)機的優(yōu)勢。

發(fā)動機的冷卻液溫度會直接影響發(fā)動機的性能，而機油量又決定發(fā)動機的壽命，我們通過溫度傳感器和機油壓力傳感器將檢測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過車載CPU 整合后發(fā)送至用戶手中，使用戶可以提前預判整機工作情況，同時，超過定量，收割機會自動進入低轉速保護狀態(tài)，必要時會自動熄火。

表1 壓力傳感器參數(shù)測定

農(nóng)機用戶普遍要求智能化改造過程中元件價格低而且性能可靠，經(jīng)過實測，國產(chǎn)元器件在性能和穩(wěn)定性上已經(jīng)和進口元件不相上下，這將有利于農(nóng)機的發(fā)展。收割機在工作時遇到的另一個大問題就是轉向，以往都是駕駛員操作，我們現(xiàn)在需要通過添加穩(wěn)定可靠的轉向裝置，實現(xiàn)無人操作自動轉向。現(xiàn)階段市面上通用的轉向方式有液壓式和方向盤式。

液壓式的原理是通過電磁液壓閥接收指令直接作用在轉向油路上，使收割機實現(xiàn)轉向控制，它擁有是精度高、對農(nóng)機的車況要求不高等優(yōu)點。但是安裝時需要改變原車油路，稍顯繁瑣。方向盤式是利用電磁方向盤替換掉原有的方向盤從而實現(xiàn)轉向控制，優(yōu)點是不需要改裝原車油路、安裝便捷，缺點是控制精度會隨著原設備轉向系統(tǒng)的磨損而變低。

現(xiàn)在市場上的大多數(shù)轉向檢測應用的都是轉向角度傳感器,角度傳感器,即,是用來檢測角度的。它的身體中有一個孔，可以配合樂高的軸。當連結到RCX 上時，軸每轉過1/16 圈，角度傳感器就會計數(shù)一次。盡管機械結構各不相同，但都是利用電位計原理通過機械結構的傳動實現(xiàn)對車輛轉向角度的測量。這種類型的角度傳感器安裝后需要大片的場地進行對中校準。

圖1 角度檢測電路

磁敏感角度傳感器采用高性能集成磁敏感元件，利用磁信號感應非接觸的特點，配合微處理器進行智能化信號處理制成的新一代角度傳感器。UZZ9000 和磁阻傳感器KMZ41 構成的角度檢測電路，UZZ9000 為線性電壓輸出式角度傳感器調理電路，輸出電壓與被測角度型號成正比。其中磁阻式傳感器KMZ41 內部有兩個磁阻構成、位置正交的獨立的電橋，這樣的構造穩(wěn)定性強，經(jīng)過多次實踐，非常適合農(nóng)業(yè)機械在大田作業(yè)時比較差的環(huán)境。

圖2 KMZ41 內部結構

4 農(nóng)機智能化遇到的問題

我國現(xiàn)在是農(nóng)機第一生產(chǎn)和使用大國，但是與發(fā)達國家相比，我們在農(nóng)機智能化發(fā)展的研發(fā)能力、制造水平、產(chǎn)品質量、生產(chǎn)效率等方面都有較大差距。核心技術的缺乏、產(chǎn)品結構不合理、制造技術能力低、農(nóng)藝農(nóng)機融合與全程機械化配置性差等多種問題一直困擾著我們。

尤其是農(nóng)機智能化使用可靠性和耐用度不足是當前最亟須解決的問題。筆者認為，農(nóng)機裝備智能化的提升，離不開數(shù)字化、復合式、高性能智能化提升，但是就現(xiàn)在農(nóng)業(yè)的基本情況而言，尤其是欠發(fā)達地區(qū)，剛開始進行農(nóng)機改造的地區(qū)，基礎的智能化改造更加迫切，先通過穩(wěn)定可靠的傳感器添加，讓農(nóng)機的效率得到明顯提升，讓農(nóng)民看到先進生產(chǎn)力提升帶來的顯著效益，提高農(nóng)民自主要求智能化升級改造的欲望，從根本上促進農(nóng)機智能化升級，進一步實現(xiàn)農(nóng)機數(shù)字革命，達到智慧農(nóng)業(yè)的階段。

雖然問題重重，但是我們應該認識到，不管人們對制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級報以何種態(tài)度，智能化升級這個方向一定是不會偏離的，這是制造業(yè)唯一的出路，當然會存在很多困難，作為時代的踐行者，我們唯一能做的就是迎難而上，以不問收獲的態(tài)度去踐行。