王 敏

（黑龍江工商學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

農(nóng)業(yè)機械化水平對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有著顯著影響，而農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造水平關(guān)系農(nóng)業(yè)機械化水平。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造處于半自動化，如采用的焊接、數(shù)控機床等需要通過人工完成操作，雖然與人工模式相比，可以提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，但伴隨農(nóng)業(yè)機械需求量不斷增加，這種設(shè)計制造模式的生產(chǎn)效率無法滿足日益增長的需求量，并且半自動化模式仍存在一定的安全風險[1]。在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造領(lǐng)域，若要提升農(nóng)機設(shè)計制造水平和質(zhì)效，仍需要從技術(shù)層面著手。自動化技術(shù)有利于促進半自動化模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊Ｊ剑罐r(nóng)機設(shè)計制造中存在的安全隱患得以規(guī)避，同時也能夠提升農(nóng)機設(shè)計制造的精準性和穩(wěn)定性，減少因人為操作產(chǎn)生的誤差和風險，并提高農(nóng)機設(shè)計制造效率。因此，本研究著重對當前主流自動化技術(shù)在農(nóng)機設(shè)計制造領(lǐng)域的實踐應(yīng)用進行分析，并對自動化技術(shù)在此領(lǐng)域中的應(yīng)用趨勢進行探究。

1 自動化技術(shù)應(yīng)用價值

1.1 提升農(nóng)業(yè)機械化水平

農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的具體體現(xiàn)，只有不斷提升農(nóng)業(yè)機械化水平，才能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的整體水平提升。農(nóng)機作為農(nóng)業(yè)機械化的重要器械設(shè)備，其設(shè)計制造的精良程度和功能直接影響到農(nóng)業(yè)機械化水平。自動化技術(shù)在農(nóng)機設(shè)計制造中的應(yīng)用，不僅僅體現(xiàn)在農(nóng)機設(shè)計制造時使用的設(shè)備上，而且還體現(xiàn)在集成于農(nóng)機設(shè)備上的自動化技術(shù)上[2]。從農(nóng)機設(shè)計制造使用設(shè)備方面來看，將自動化技術(shù)應(yīng)用其中，既能夠提升農(nóng)機設(shè)計制造的效率，又能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)機的精準設(shè)計、精準制造，確保設(shè)計與制造協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而提升農(nóng)機的精良程度；從農(nóng)機設(shè)備集成自動化技術(shù)方面來看，將一些自動化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)機設(shè)備結(jié)構(gòu)上，能夠豐富農(nóng)機的功能，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和精細化程度。由此可見，在農(nóng)機設(shè)計制造領(lǐng)域應(yīng)用自動化技術(shù)可以提升農(nóng)業(yè)機械化水平。

1.2 提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造質(zhì)效

自動化技術(shù)通常是以無人化操作的形式開展農(nóng)機設(shè)計制造的，由操作者預(yù)先設(shè)定設(shè)計制造的程序，并運行該程序，從而實現(xiàn)對農(nóng)機的精準設(shè)計和制造，相較于以往人工或是半自動的生產(chǎn)模式，能夠有效避免人為習慣性操作或是忽略細節(jié)操作造成的農(nóng)機設(shè)計制造不精準、粗糙等問題，同時保證了農(nóng)機設(shè)計制造的安全性，避免因安全事故發(fā)生導致農(nóng)機設(shè)計制造進程和效率受到影響[3]。因此，自動化技術(shù)的應(yīng)用可以提升農(nóng)機設(shè)計制造的質(zhì)效。

1.3 降低農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造成本

將自動化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)機設(shè)計制造可有效提升農(nóng)機生產(chǎn)效率，使單位時間內(nèi)生產(chǎn)的農(nóng)機數(shù)量增多，有效降低時間成本。同時自動化技術(shù)的應(yīng)用解放了勞動力，使農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)雇傭的工人數(shù)量減少，從而使人工成本得以降低[4]。雖然農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)在前期引進自動化設(shè)備時需要花費較大的改造成本，但是自動化設(shè)備一旦投入使用，不僅能夠節(jié)約人工成本，而且還能夠準確使用生產(chǎn)材料，節(jié)約材料費用，同時也能夠避免因設(shè)計制造質(zhì)量問題出現(xiàn)的返工情況，減少資源浪費。因此，在農(nóng)機生產(chǎn)制造中應(yīng)用自動化技術(shù)能夠有效降低農(nóng)機設(shè)計制造成本。

2 自動化技術(shù)應(yīng)用實踐

2.1 農(nóng)機設(shè)計自動化技術(shù)的應(yīng)用

農(nóng)機設(shè)計是農(nóng)機制造的前提條件，只有設(shè)計出標準的、精細的農(nóng)機設(shè)計圖，才能夠保證農(nóng)機制造的精確化、標準化。以往開展農(nóng)機設(shè)計最初是采用手工繪圖，并以平面圖紙的形式展示出來，在設(shè)計上由于人為的疏忽易造成誤差[5]。CAD 技術(shù)出現(xiàn)后，農(nóng)機設(shè)計開始采用CAD 進行繪圖，雖然能夠較大程度地提升設(shè)計的精確性，在一定程度上規(guī)避了人為因素出現(xiàn)的設(shè)計誤差，但是產(chǎn)出的設(shè)計圖紙仍為2D 平面圖，對于一些精細的零件和隱蔽的設(shè)計位置難以展現(xiàn)出來。利用自動化技術(shù)可以實現(xiàn)3D 建模設(shè)計，通過構(gòu)建3D 模型形成3D 效果圖，并且可以在計算機界面上對模型進行旋轉(zhuǎn)、放大，從而對農(nóng)機的細節(jié)設(shè)計進行全方位的了解。例如，在對一種播種機進行設(shè)計時，可以通過計算機軟件構(gòu)建3D 效果圖，在對設(shè)計圖進行審查時，可以通過3D 效果圖快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，從而及時對設(shè)計圖進行整改，避免在農(nóng)機制造環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，從而確保農(nóng)機設(shè)計和制造的質(zhì)量。

2.2 檢測和包裝自動化技術(shù)的應(yīng)用

自動化農(nóng)機需要全面覆蓋從農(nóng)作物種植準備到收獲的全過程，而農(nóng)作物種子的檢測、包裝和運輸也可以使用自動化技術(shù)完成?？梢允褂米詣訖z測技術(shù)和自動包裝機器實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，所用農(nóng)機還可以使農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工的整個流程實現(xiàn)標準化，確保農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，使農(nóng)產(chǎn)品競爭力得以提升[6]。例如，某農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)原來對農(nóng)產(chǎn)品進行包裝時，只是使用透明塑封袋進行真空塑封，導致農(nóng)產(chǎn)品在運輸時經(jīng)陽光照射易出現(xiàn)變質(zhì)、漲袋等問題，嚴重影響品質(zhì)。將自動化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品檢測和包裝之中，可以在包裝前對農(nóng)產(chǎn)品進行全面檢測，及時發(fā)現(xiàn)變質(zhì)或是即將變質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品，將其挑出后進行規(guī)范化包裝，并將具體的標注信息打印在包裝上，從而提升農(nóng)產(chǎn)品整體品質(zhì)，使產(chǎn)品競爭力得以提升。

2.3 柔性自動化技術(shù)的應(yīng)用

利用柔性自動化技術(shù)能夠在農(nóng)機物料運輸系統(tǒng)與存儲系統(tǒng)之間進行合理協(xié)調(diào)，從而使處理的對象能夠達到技術(shù)應(yīng)用相關(guān)要求。針對農(nóng)機設(shè)計制造采用的柔性自動化技術(shù)而言，通?？梢允褂糜嬎銠C完成對信息的控制以及數(shù)據(jù)的監(jiān)視，同時還可以對制定的生產(chǎn)計劃進行合理調(diào)整，之后再發(fā)送指令對生產(chǎn)操作進行協(xié)調(diào)[7]。除此之外，還可借助柔性自動化技術(shù)對農(nóng)機設(shè)計和制造使用的生產(chǎn)資料進行運輸和存儲。例如，在生產(chǎn)車間對農(nóng)機進行制造時，制造企業(yè)可以根據(jù)訂單量利用柔性自動化技術(shù)對生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度進行調(diào)整，在訂單量比較少的情況下，可以將生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度減緩，生產(chǎn)人員發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)速度減緩后，可以抽出部分人員開展其他工作，從而降低資源消耗和人力成本，提升效益。

3 PLC技術(shù)在農(nóng)機設(shè)計制造中的應(yīng)用

3.1 PLC技術(shù)在農(nóng)用拖拉機中的應(yīng)用

農(nóng)用拖拉機是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用頻率最高的一種農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，在對其設(shè)計制造時可以利用PLC 技術(shù)實現(xiàn)該農(nóng)機電氣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從而使拖拉機在實際使用中的效率提升[8]。在農(nóng)用拖拉機總成之中，機械油壓屬于常見的一種連接方式，有些拖拉機也會采用電子油壓，兩種方式均能夠通過計算機操控控制閥，使農(nóng)用拖拉機運行的穩(wěn)定性得以提升。當機械油壓具備良好的運行狀態(tài)時，拖拉機的運行速度也比較高，且比較穩(wěn)定，能夠使農(nóng)用拖拉機實現(xiàn)自動化操控，而電子油壓則仍需在實踐中應(yīng)用探索。PLC 在農(nóng)用拖拉機中的應(yīng)用還能夠?qū)崿F(xiàn)拖拉機的自動化控制。例如，使用拖拉機進行農(nóng)田耕整時，可以利用PLC 對拖拉機的工作時間、行駛速度、耕作深度等進行自動化控制，使農(nóng)田耕整的工作效率得到提升。

3.2 PLC技術(shù)在水稻播種機中的應(yīng)用

播種機的種類比較多，水稻播種機便是其中一種，使用PLC 技術(shù)可以在機械進度方面實現(xiàn)自動化，同時也能夠?qū)ΨN子的播種數(shù)量進行精確控制，使種子的成活率以及回放效率得到有效提升，使水稻生長環(huán)境得以改善。但PLC 技術(shù)在實際應(yīng)用時還需要與傳感器技術(shù)、GPS 定位技術(shù)結(jié)合使用，從而確保水稻播種機實際運行的穩(wěn)定性。例如，在附帶PLC 技術(shù)的水稻播種機進行水稻種植時，可以通過距離傳感器對水稻栽植的間距進行合理控制，同時通過GPS 定位技術(shù)實現(xiàn)自動行駛。

3.3 PLC技術(shù)在微灌設(shè)備中的應(yīng)用

微灌系統(tǒng)可以采用PLC 技術(shù)對土壤的溫度和濕度進行實時監(jiān)測，同時也可以對農(nóng)作物長勢進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定是否開啟微灌系統(tǒng)[9]。例如，在對農(nóng)田進行灌溉時，當PLC 監(jiān)測到土壤水分不足，便會通過PLC 自動開啟微灌系統(tǒng)，當灌溉到一定程度時，PLC 會監(jiān)測到土壤水分充足，此時會自動關(guān)閉微灌系統(tǒng)，從而實現(xiàn)自動化灌溉。

3.4 PLC技術(shù)在谷物烘干機中的應(yīng)用

PLC 技術(shù)應(yīng)用于谷物烘干機之中，可以對谷物烘干展開實時監(jiān)控，并通過熱風量對機械操作進行自動化控制。若通過PLC 監(jiān)控到糧食烘干達到相應(yīng)標準，則PLC會將烘干機自動關(guān)閉，從而有效避免事故發(fā)生。

4 集成系統(tǒng)在農(nóng)機設(shè)計制造中的應(yīng)用

在當前農(nóng)機設(shè)計和制造中，集成系統(tǒng)也較多地應(yīng)用到了實際農(nóng)機設(shè)備之中，實現(xiàn)了加工系統(tǒng)的集成化，將集成系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)機制造領(lǐng)域，可以利用信息工程技術(shù)將農(nóng)機結(jié)構(gòu)簡化，促進農(nóng)業(yè)信息化[10]。例如，農(nóng)機制造企業(yè)在開展農(nóng)機設(shè)計制造時，可以通過數(shù)據(jù)庫與計算機網(wǎng)絡(luò)之間的連接，使農(nóng)機生產(chǎn)和農(nóng)機管理深度融合，進而提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量。通過系統(tǒng)集成，可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的自動化操作，提高作業(yè)效率和工作質(zhì)量。同時，系統(tǒng)集成還可以優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的運行參數(shù)，降低能耗，延長設(shè)備使用壽命。

5 農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造領(lǐng)域應(yīng)用自動化技術(shù)的趨勢

5.1 3D打印技術(shù)在農(nóng)機設(shè)計制造中的應(yīng)用

3D 打印技術(shù)在農(nóng)機設(shè)計制造中尚處于推廣階段，但該技術(shù)一旦在農(nóng)機設(shè)計制造中應(yīng)用，將會極大地提升農(nóng)機設(shè)計制造效率。例如，當要對某種農(nóng)業(yè)機械進行定制時，可以在短時間內(nèi)使用3D 打印機將該定制機械打印出來。當前農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造對3D 打印技術(shù)的應(yīng)用主要是對農(nóng)業(yè)機械的仿形結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。今后該技術(shù)可以應(yīng)用于模型定制。如在農(nóng)田中無法確定播種機的撒籽橫向?qū)挾葧r，可以在現(xiàn)場使用3D 打印技術(shù)對播種機的模型進行打印，通過模型比對種植地區(qū)實際的播種寬度要求，從而精準化、定制化設(shè)計播種機。此外，還可以將3D 打印技術(shù)應(yīng)用于零件更換、室內(nèi)園藝、城市農(nóng)業(yè)等方面。

5.2 大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)在農(nóng)機設(shè)計制造中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)在農(nóng)機設(shè)計制造中的應(yīng)用，可以進一步提高農(nóng)機自動化水平，使今后使用的自動化農(nóng)機可以對環(huán)境信息進行感知，并收集大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)用于農(nóng)機設(shè)計制造；可以借助大數(shù)據(jù)技術(shù)開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分析，對病蟲害、干旱等災(zāi)害進行預(yù)測；能夠?qū)r(nóng)作物每一個生長階段進行識別，從而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮輔助作用。此外，大數(shù)據(jù)以及人工智能技術(shù)在農(nóng)機設(shè)計制造中的應(yīng)用還有利于促進智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

6 結(jié)語

綜上所述，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造是一個復(fù)雜、繁瑣的過程，基于當前用戶對農(nóng)機的使用需求，需要將自動化技術(shù)合理應(yīng)用于農(nóng)機設(shè)計制造之中，使農(nóng)機運行更加高效化，同時提升農(nóng)機的設(shè)計制造效率，降低農(nóng)機制造成本。此外，可以將農(nóng)機設(shè)計制造使用的自動化技術(shù)與大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、3D 打印等先進的科技融合，從而使農(nóng)機設(shè)計制造的效率更高。