梁強(qiáng)

【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè)機(jī)械工程；自動化體系；智能化技術(shù)；機(jī)械化生產(chǎn)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

引言

在科技與智能化飛速發(fā)展的社會環(huán)境下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也需要與高效率可持續(xù)發(fā)展的核心理念緊密結(jié)合，農(nóng)業(yè)機(jī)械奠定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效率和產(chǎn)品高質(zhì)量的技術(shù)基礎(chǔ)。智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效率的進(jìn)一步提高。在時代發(fā)展的背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以通過智能化技術(shù)改善生產(chǎn)條件，還可以根據(jù)精細(xì)化管理生產(chǎn)制造改進(jìn)傳統(tǒng)式粗放型的工作方式，進(jìn)而降低成本，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。電子計算機(jī)技術(shù)與智能化技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械中的運(yùn)用能夠開創(chuàng)出專業(yè)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器設(shè)備。智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)結(jié)合可以改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路的開拓[1]。

一、智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中運(yùn)用的必要性

在智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)合的背景下，討論農(nóng)業(yè)智能技術(shù)的組成，必須先明確農(nóng)業(yè)智能技術(shù)的使用優(yōu)點(diǎn)。智能農(nóng)機(jī)裝備主要是指農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計、生產(chǎn)制造和運(yùn)用，是利用通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、程序軟件、智能模塊進(jìn)行的，在動態(tài)性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，運(yùn)用電子器件信息傳輸、邏輯函數(shù)等當(dāng)代測算方式，使農(nóng)業(yè)機(jī)械依照對應(yīng)的生產(chǎn)過程作出對應(yīng)的生產(chǎn)制造行為。在此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械設(shè)備取代人力，設(shè)備運(yùn)行模式智能化，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。

伴隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器設(shè)備智能化信息化發(fā)展速度也在持續(xù)加快。在這類技術(shù)性集成化的背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率得到了巨大的提升。智能化農(nóng)業(yè)裝備與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的融合意味著現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力在農(nóng)業(yè)智能化維度上的突破。在傳統(tǒng)的勞動密集生產(chǎn)條件下，人工進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有粗放型的特性，總體生產(chǎn)質(zhì)量無法獲得合理保障。智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用，以設(shè)備替代人力，降低人力成本的投入，提升效率。

人工制造存有非常大的可變性，難以維持產(chǎn)品的品質(zhì)和規(guī)范化、大規(guī)?；a(chǎn)制造，也影響了農(nóng)業(yè)資源的合理有效運(yùn)用。在農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化關(guān)鍵技術(shù)的影響下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能夠最大限度地利用資源，在農(nóng)業(yè)栽種、生產(chǎn)的許多階段中，標(biāo)準(zhǔn)化管理還可以保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)品質(zhì)水平的平穩(wěn)性。在繁瑣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)戶承受著極大的工作壓力。用機(jī)械工作替代人工工作，能夠釋放人力資源，讓農(nóng)戶的生產(chǎn)變得簡單、便捷[2]。

智能技術(shù)的運(yùn)用，讓農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制。傳統(tǒng)的收種和害蟲防治過程必須由人力進(jìn)行工作，作業(yè)中不僅花費(fèi)大量人力，而且錯誤頻出，效率和質(zhì)量都十分低下。用農(nóng)業(yè)智能化替代人力生產(chǎn)制造，能夠更為細(xì)膩、準(zhǔn)確地進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。依據(jù)動態(tài)性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，在自然環(huán)境數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析和處理的基礎(chǔ)上，智能產(chǎn)品能夠依據(jù)數(shù)據(jù)變化規(guī)律調(diào)節(jié)作業(yè)方式和分辨標(biāo)準(zhǔn)，能夠更好地達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各種要求。

智能控制系統(tǒng)可以通過農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的投入，達(dá)到減少勞動力、提高生產(chǎn)率的工作效果。除開將計算機(jī)軟件應(yīng)用于控制器，智能控制系統(tǒng)還與農(nóng)業(yè)機(jī)械實際操作中的其他感應(yīng)器聯(lián)系。在全方位收集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況并反饋運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的應(yīng)用模式能夠依據(jù)環(huán)境的變化及時調(diào)整，持續(xù)保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)機(jī)械的良好情況。

圖表1 人工智能技術(shù)特性

伴隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行業(yè)機(jī)械自動化、智能化的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，在信息化管理設(shè)備監(jiān)控的前提下，機(jī)械設(shè)備的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式極大地促進(jìn)了資源分配的科學(xué)性，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效率也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)收益奠定了基礎(chǔ)[3]，目前我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化、智能化已經(jīng)達(dá)到了一定的水準(zhǔn)（具體數(shù)據(jù)可見圖表1）。

二、智能產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的運(yùn)用

在傳統(tǒng)式的農(nóng)業(yè)工作上，農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器設(shè)備關(guān)鍵是將這種機(jī)器設(shè)備與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合，在植物保護(hù)等眾多階段開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。伴隨著新技術(shù)水平的持續(xù)提升，以及智能技術(shù)與傳統(tǒng)式農(nóng)業(yè)機(jī)械的融合，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化。在智能技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，其自我調(diào)整、全自動預(yù)警信息、全自動工作等專業(yè)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式也促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方法的轉(zhuǎn)型。

（一）新能源開發(fā)技術(shù)

中國是一個能耗大國，應(yīng)對現(xiàn)階段資源短缺，不容樂觀的社會現(xiàn)狀，新能源技術(shù)的綜合利用是國家社會發(fā)展趨勢的主要方位。在農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化發(fā)展趨勢和技術(shù)性持續(xù)提升的過程中，根據(jù)新能源開發(fā)技術(shù)與農(nóng)業(yè)裝備的結(jié)合，使用太陽能發(fā)電、風(fēng)力、水力等新能源技術(shù)的過程中，根據(jù)更改當(dāng)代農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器設(shè)備的主供電方式，完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)保要求。新能源技術(shù)能夠為當(dāng)代農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器設(shè)備提供動力，還能夠提高機(jī)械設(shè)備的工作效率。在灌溉農(nóng)田的栽種、栽種、害蟲防治等不同階段，可以通過生產(chǎn)率獲得高效率，也可以應(yīng)用新能源技術(shù)確保生產(chǎn)率。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行業(yè)，能夠運(yùn)用新能源開發(fā)技術(shù)修建光伏溫室，不但為作物給予電磁能和發(fā)熱量，還能夠為作物的生產(chǎn)制造構(gòu)建更為合適的自然環(huán)境。農(nóng)業(yè)機(jī)械還能夠運(yùn)用太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、智能水泵等系統(tǒng)處理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的病蟲害和化肥難題，更細(xì)膩的澆灌工作和更細(xì)致的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作可以確保優(yōu)良的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際效果[4]。

（二）全自動控制系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)工業(yè)設(shè)備的智能化發(fā)展離不了全自動控制系統(tǒng)的高效運(yùn)用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管控的自動化技術(shù)能夠降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人工成本投入，推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化主要是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)選用機(jī)械和電力工程替代傳統(tǒng)式的人力資源。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，用智能機(jī)械替代人力工作，在控制系統(tǒng)操縱工業(yè)設(shè)備的同時，運(yùn)用相對智能化的信息科技，完成對作物生產(chǎn)制造的及早監(jiān)管。在獲得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然環(huán)境、剖析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，全自動調(diào)節(jié)設(shè)施，能夠確保農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備解決不一樣的工作環(huán)境、農(nóng)業(yè)田生產(chǎn)、質(zhì)量等問題，保持良好的生產(chǎn)實際效果。

在農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用感應(yīng)器和提升自動控制系、智能管理系統(tǒng)，能夠在噴藥過程中全方位、及時地檢測作物所需藥量。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，還能夠通過與檢測裝置有關(guān)的傳感器設(shè)備來檢測農(nóng)業(yè)耕種的環(huán)境溫度、抗壓強(qiáng)度和環(huán)境濕度。在傳感器檢測以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，借助調(diào)整設(shè)備調(diào)整耕種的自然環(huán)境，造就合適農(nóng)作物生長的自然環(huán)境，工業(yè)設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的穩(wěn)定性還可以根據(jù)全方位健全的數(shù)據(jù)收集來支撐[5]。

（三）三維技術(shù)

在三維設(shè)計管理體系下，可以通過實體模型提升農(nóng)機(jī)裝備的安裝，根據(jù)模塊化設(shè)計能夠更好地調(diào)節(jié)農(nóng)機(jī)裝備的制造和應(yīng)用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境在不斷變化，農(nóng)業(yè)行業(yè)的智能技術(shù)也在不斷變化。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化前期電腦主機(jī)配置不夠高，機(jī)械設(shè)備設(shè)計不夠，影響了農(nóng)業(yè)工業(yè)設(shè)備良好的應(yīng)用和價值。

伴隨著新技術(shù)的不斷創(chuàng)新，三維設(shè)計模擬系統(tǒng)應(yīng)用可以根據(jù)三維設(shè)計便捷的數(shù)據(jù)信息調(diào)節(jié)和主要參數(shù)變更，使農(nóng)業(yè)工業(yè)設(shè)備可以更好地達(dá)到不一樣應(yīng)用場景的規(guī)定。在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的設(shè)計過程中，設(shè)計師與用戶的對接中，根據(jù)三維系統(tǒng)能夠更為精確、直接地展現(xiàn)設(shè)計構(gòu)思，以相對精確的設(shè)計方案結(jié)論確保按設(shè)計產(chǎn)品的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備合乎農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的具體情況。

圖1 智能溫室大棚的三維模擬設(shè)計

在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備生產(chǎn)領(lǐng)域，智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的整合關(guān)鍵是用農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化替代人力生產(chǎn)制造。但是，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的不一致會降低農(nóng)業(yè)工業(yè)設(shè)備的運(yùn)用品質(zhì)。三維設(shè)計系統(tǒng)軟件產(chǎn)生的三維模型（例如圖1），能夠在設(shè)施未投產(chǎn)時，根據(jù)設(shè)計方案階段中的設(shè)計方案進(jìn)行形變和設(shè)計優(yōu)化，確保農(nóng)業(yè)工業(yè)設(shè)備的最終產(chǎn)品可以融入工作環(huán)境。在工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)信息調(diào)節(jié)下，運(yùn)用農(nóng)業(yè)機(jī)器設(shè)備能夠保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效率[6]。

三、智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上應(yīng)用的實例

（一）收割機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)

當(dāng)下的智能收割機(jī)主要包含下列模塊：帶CAN控制板的加強(qiáng)型P87C591單片機(jī)設(shè)計主控芯片模塊、開關(guān)電源模塊、傳感器模塊、人機(jī)交互界面模塊、USB文件讀寫模塊等。在其中，P87C591微控制器承擔(dān)接受和解決系統(tǒng)總線上傳感器收集的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)信息，還擔(dān)負(fù)著向系統(tǒng)總線里其他連接點(diǎn)推送操縱指令等數(shù)據(jù)信息；由傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)信號取樣，微控制器根據(jù)u盤文件讀寫模塊聯(lián)接到u盤，讀取u盤中存放的農(nóng)作物管理方法和自變量的數(shù)據(jù)文檔；根據(jù)RS232通用性串行通信，微控制器與LCD和觸摸顯示屏聯(lián)接，完成人機(jī)交互技術(shù)。

搭載的傳感器包括谷物流量傳感器、谷物濕度傳感器、割臺高度傳感器、地速測量裝置。谷物流量傳感器是產(chǎn)量檢測系統(tǒng)中最主要的傳感器。它能全自動測量出所設(shè)置的間隔時間，隨后計算成相對應(yīng)間隔時間內(nèi)工作區(qū)域單位面積的產(chǎn)量。除此之外，為了能測量產(chǎn)量的精密度，根據(jù)對實際田地的不同標(biāo)定，測算校準(zhǔn)指數(shù)，對產(chǎn)量數(shù)據(jù)信息開展調(diào)整?，F(xiàn)階段谷物流量傳感器關(guān)鍵有四種：碰撞式流量傳感器、射線流量傳感器、光學(xué)偏移流量傳感器和刮板輪流量傳感器。谷物環(huán)境濕度傳感器可以精準(zhǔn)地測量濕度，割臺相對高度用以標(biāo)示現(xiàn)階段水稻收割機(jī)是否處在收割狀態(tài)，其測量可借助電阻器完成。測量方法使用的是傳統(tǒng)的雷達(dá)探測法、變速器軸速法，這些方法都能夠測量地速，但都會有不同的應(yīng)用局限性。

（二）溫室的環(huán)境控制系統(tǒng)

在溫室里，很多的傳感器連接點(diǎn)構(gòu)成了一個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，各種各樣傳感器搜集信息，協(xié)助農(nóng)牧業(yè)工作人員及時處理難題，明確存在問題的部位。農(nóng)牧業(yè)將逐漸從借助獨(dú)立的機(jī)械設(shè)備和人力的生產(chǎn)方式變?yōu)橛尚畔?、系統(tǒng)和自動化技術(shù)有關(guān)機(jī)器設(shè)備運(yùn)作的生產(chǎn)過程，應(yīng)用自動化技術(shù)、智能和遠(yuǎn)程操作方式，完成高產(chǎn)量、高品質(zhì)生產(chǎn)制造。

在溫室自動控制系統(tǒng)中，利用系統(tǒng)中的環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器、PH傳感器、陽光照射傳感器、CO2傳感器等機(jī)器設(shè)備，檢測室內(nèi)溫度、空氣濕度、PH值、光照度、土壤養(yǎng)分、CO2濃度值等因素值。由各種各樣儀器設(shè)備實時顯示或借助全自動主要參數(shù)參與自動控制系統(tǒng)，以確保農(nóng)作物具有優(yōu)良適合的生長環(huán)境。遠(yuǎn)程監(jiān)控的實現(xiàn)促使專業(yè)技術(shù)人員能夠在辦公室內(nèi)監(jiān)管多個溫室的自然環(huán)境。利用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)精確測量農(nóng)作物各項生長發(fā)育的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫室農(nóng)作物的生長、發(fā)育的精準(zhǔn)操縱，從而達(dá)到提高產(chǎn)量、提質(zhì)增效、調(diào)節(jié)生長周期和提高經(jīng)濟(jì)收益的目的。

根據(jù)RFID、紅外線傳感器、激光掃描儀等物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳感器機(jī)器設(shè)備，獲得地溫、環(huán)境濕度、養(yǎng)分含量等數(shù)據(jù)信息，并應(yīng)用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)來迅速作出管理決策，并及時執(zhí)行該決策，以滿足植物的發(fā)育要求。當(dāng)環(huán)境條件達(dá)到預(yù)訂標(biāo)準(zhǔn)時，控制系統(tǒng)會自動啟動，節(jié)水節(jié)電的同時還可以省時省力。

針對大規(guī)模的溫室栽種，傳統(tǒng)式的溫室生產(chǎn)制造必須由大量人力來完成監(jiān)管，耗時費(fèi)力，不可避免地會出現(xiàn)人為因素的失誤。農(nóng)牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠收集溫室內(nèi)的氣體溫度濕度、二氧化碳濃度、土壤含水量、地溫、土壤養(yǎng)分等主要參數(shù)，及時向農(nóng)牧業(yè)工作人員反映設(shè)定值的變化情況。

四、智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展方向

當(dāng)代農(nóng)業(yè)發(fā)展離不開農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化水平的持續(xù)提升，智能化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。由于智能化與農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備結(jié)合的大趨勢，智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備不但要著眼于自主創(chuàng)新，還需要從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段積極主動剖析機(jī)械裝備的運(yùn)用方向，發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的智能化技術(shù)。與此同時，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)要在現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用場景下，伴隨著科技成果的營銷推廣，推動智能機(jī)械設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的高效運(yùn)用[7]。

作為一個農(nóng)業(yè)強(qiáng)國，科技的進(jìn)步應(yīng)當(dāng)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密聯(lián)系。現(xiàn)階段，在中國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，智能化和機(jī)械自動化的專業(yè)知識還有很大的進(jìn)步空間。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)參與者對智能化的了解不夠透徹，影響了農(nóng)業(yè)工業(yè)設(shè)備的高效運(yùn)用。伴隨著農(nóng)業(yè)工業(yè)設(shè)備的不斷創(chuàng)新，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率也會得到提升。因而，要發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的智能化，務(wù)必開展技術(shù)革新，設(shè)計開發(fā)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的設(shè)備，并廣泛宣傳，提升大家對農(nóng)業(yè)智能化的了解。[8]

結(jié)論

農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的智能化是農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)的必然趨勢，性能卓越的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)專用工具對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)品質(zhì)具有充分的實際意義。智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備有很多不同的結(jié)合方向，為了更好地在未來發(fā)展環(huán)境下以智能技術(shù)裝備推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效率，不但要大力推廣智能技術(shù)，還需要加強(qiáng)宣傳和普及新技術(shù)，保證技術(shù)在各個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段的有效性執(zhí)行。在合作項目生產(chǎn)制造和全產(chǎn)業(yè)鏈健全的過程中，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水準(zhǔn)。