郝中波

（昆明冶金高等專科學(xué)校，云南 昆明 650033）

農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造使用機電一體化技術(shù)，可以提高設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計效果。在機電一體化背景下，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造工作可應(yīng)用專業(yè)技術(shù)保障產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)揮不同類型技術(shù)在支持機電設(shè)計制造方面的積極作用。另外，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造的一體化模式，有利于提高農(nóng)業(yè)機械的運行效率，節(jié)約農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的整體成本。

1 應(yīng)用要點

1.1 體現(xiàn)智能化與自動化

智能化與自動化在機電一體化背景下，既是機電一體化發(fā)展的基本特征，又是農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造應(yīng)用機電一體化所需要凸顯的主要優(yōu)勢。引入機電一體化技術(shù)，農(nóng)業(yè)機械能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)分析研究的自動化。同時，使用農(nóng)業(yè)機械設(shè)備可實現(xiàn)自動化控制和智能化作業(yè)，這對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有重要意義?，F(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中，具有典型智能化和自動化功能的產(chǎn)品包括智能化收割機和智能化拖拉機等。有了智能化和自動化技術(shù)的支持，農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的整體作業(yè)水平和精準度會顯著提升。在機械設(shè)備應(yīng)用時，其應(yīng)用范圍內(nèi)的狀態(tài)也能夠達到自主糾偏、自主導(dǎo)航道路、自動控制等目的。這意味著在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，能夠從設(shè)計階段到實踐應(yīng)用階段提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造質(zhì)量和效率。

1.2 有效應(yīng)用傳感器設(shè)備

在自動化和智能化控制過程中，傳感器是發(fā)揮核心作用的關(guān)鍵性設(shè)備。1）傳感器設(shè)備能夠?qū)崟r監(jiān)測農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的運行狀態(tài)，并且將其運行過程中的數(shù)據(jù)信息傳輸至自動化控制系統(tǒng)，以便更加精準有效地調(diào)整其運行狀態(tài)，保證其運行質(zhì)量[1]。2）傳感器設(shè)備能夠?qū)r(nóng)業(yè)機械使用的環(huán)境進行實時監(jiān)控分析，如環(huán)境中的溫度、濕度調(diào)節(jié)工作以及土壤環(huán)境監(jiān)測、病蟲害監(jiān)測工作等，都可應(yīng)用傳感器設(shè)備來完成。因此，在基于機電一體化技術(shù)進行農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造過程中，有效應(yīng)用傳感器設(shè)備和相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，可以提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造效果。

1.3 科學(xué)設(shè)計一體化控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械智能化與自動化的核心部分。通過控制系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)機械能夠根據(jù)作業(yè)環(huán)境和作業(yè)需求進行自動調(diào)整和控制?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械通常采用嵌入式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有可靠性高、穩(wěn)定性好、實時性強等應(yīng)用優(yōu)勢。另外，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，遠程控制和智能監(jiān)控技術(shù)也逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械中，在這一技術(shù)的支持下，機械設(shè)備運行時，可基于手機終端或電腦終端對設(shè)備進行遠程控制，保證控制系統(tǒng)設(shè)計更加合理，取得更好的設(shè)備控制效果[2]。同時，能更大化降低設(shè)備運行成本，提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)備使用效果。

2 實踐策略

2.1 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)主要特征是高精度、高效率，能夠準確定位、有效導(dǎo)航。在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計工作中，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用要點有以下方面內(nèi)容。1）將衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)嵌入到農(nóng)業(yè)機械控制系統(tǒng)中，獲得更加準確的位置和導(dǎo)航信息，保證機械設(shè)備能夠在更為復(fù)雜的農(nóng)田環(huán)境中有效作業(yè)。2）借助衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成遠程監(jiān)控與遠程數(shù)據(jù)采集工作。對于農(nóng)戶或農(nóng)田管理人員來說，遠程掌握相關(guān)的農(nóng)田環(huán)境參數(shù)對于更好地落實農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作有重要作用[3]。3）利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)的有機結(jié)合，提升農(nóng)業(yè)機械管理系統(tǒng)的智能化程度，從設(shè)備調(diào)試路徑規(guī)劃、設(shè)備故障診斷等方面入手，發(fā)揮出先進技術(shù)的作用，實現(xiàn)整個工作流程的自動化與智能化效果。4）利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)進行更加精準的自動定位，完成自動化的基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程。例如，自動播種、自動施肥等。提高農(nóng)業(yè)機械的自動化水平，控制人力資源成本。5）優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械設(shè)計效果。應(yīng)當充分考慮衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用需求，從設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備系統(tǒng)控制優(yōu)化等方面入手，確保衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)發(fā)揮集成作用[4]。

2.2 計算機輔助技術(shù)

計算機輔助技術(shù)有不同的類型，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造運用計算機輔助技術(shù)，應(yīng)當首先做到精確選擇相關(guān)技術(shù)，為取得更好的設(shè)計制造效果奠定基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中可用的計算機輔助技術(shù)有以下幾種類型。1）應(yīng)用CAD 技術(shù)。應(yīng)用CAD 技術(shù)可實現(xiàn)三維建模、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計等多方面目標。作為設(shè)計師，可基于虛擬環(huán)境對機械設(shè)計的效果和具體狀態(tài)進行全面觀察，以此為基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計方案。2）應(yīng)用CAE 技術(shù)。應(yīng)用CAE 技術(shù)能夠?qū)υO(shè)計方案的實際效果進行模擬仿真分析，從而進一步預(yù)測農(nóng)業(yè)機械的結(jié)構(gòu)強度和剛度。通過模擬觀察，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方面存在的潛在問題，為進一步減少后續(xù)試驗與修改提供依據(jù)。3）應(yīng)用CAM 技術(shù)。應(yīng)用CAM 技術(shù)能夠優(yōu)化機械制造工藝，提升制造工藝的自動化和數(shù)字化程度，進而全面提升工藝的加工精度和生產(chǎn)效率。例如，數(shù)控機床、機器人等都可在這種技術(shù)的支持下發(fā)揮作用，完成復(fù)雜的農(nóng)業(yè)機械零部件加工與裝配，這也是提升機械設(shè)備性能的重要保障。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實踐應(yīng)用中也能夠促進農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造效果的優(yōu)化與提升。具體來說，合理應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造質(zhì)量時，應(yīng)把握以下要點。1）應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可進行機械設(shè)計的實時仿真與驗證，避免傳統(tǒng)設(shè)計中需要大量人工計算、試驗的過程，能夠降低技術(shù)開發(fā)成本，有利于縮減時間成本[5]。2）虛擬現(xiàn)實技術(shù)可模擬不同類型的復(fù)雜工況和環(huán)境條件，設(shè)計人員可基于不同的環(huán)境條件，對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的性能和運行質(zhì)量進行更加準確的檢驗與判斷，從而優(yōu)化設(shè)計決策方案。3）虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠優(yōu)化機械制造的整個流程。在發(fā)揮作用時，由設(shè)計人員對制造流程進行模擬觀察，確保各流程的運行狀態(tài)和技術(shù)關(guān)鍵點，隨后，再進一步結(jié)合模擬結(jié)果，提出有效的優(yōu)化策略。為保證虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用效果，還應(yīng)當注重對設(shè)計人員和實操人員加大培訓(xùn)教育力度，保證其能夠熟悉整體操作流程，提高設(shè)備運行的安全性和效率。4）虛擬現(xiàn)實技術(shù)有助于實現(xiàn)遠程協(xié)作設(shè)計和制造，通過虛擬現(xiàn)實平臺的聯(lián)動作用，不同地區(qū)、不同部門的設(shè)計師和工程師可以實時共享和交互虛擬模型，進行協(xié)同設(shè)計和評審，這打破了地域和時間的限制，提高了團隊協(xié)作的效率和響應(yīng)速度。

2.4 設(shè)計監(jiān)控技術(shù)

在機電一體化背景下，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的監(jiān)控技術(shù)是保證設(shè)計效果、了解機械設(shè)備運行狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)，通過實時監(jiān)控能夠及時發(fā)現(xiàn)和解決系統(tǒng)運行中的潛在問題，保證機械設(shè)備正常高效運行。設(shè)計監(jiān)控技術(shù)在實踐應(yīng)用中，一般從以下方面發(fā)揮作用。1）做好多樣化的數(shù)據(jù)信息監(jiān)控分析工作，農(nóng)業(yè)機械在作業(yè)過程中面臨復(fù)雜多變的環(huán)境，具體數(shù)據(jù)信息包括區(qū)域地形、氣候、作物種類等。通過使用設(shè)計監(jiān)控技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測機械的各項參數(shù)，如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并進行預(yù)警。這有助于防止機械損壞并降低事故發(fā)生的概率，確保操作者的安全。2）利用設(shè)計監(jiān)控技術(shù)能夠提升農(nóng)業(yè)機械作業(yè)效率，通過實時監(jiān)測運行狀態(tài)，對關(guān)鍵參數(shù)的精確度進行判斷和總結(jié)，進一步在后續(xù)設(shè)計環(huán)節(jié)基于關(guān)鍵數(shù)據(jù)對機械設(shè)備系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，如可通過分析設(shè)備作業(yè)過程中的速度、軌跡、土壤濕度等關(guān)鍵信息，調(diào)整機械設(shè)備的基礎(chǔ)運行參數(shù)，保證其作業(yè)效率得到提升[6]。

2.5 電子信息技術(shù)

現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的應(yīng)用規(guī)模大，應(yīng)用性能的實際要求也呈現(xiàn)逐步提高的趨勢。因此，需要結(jié)合實際對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患或潛在故障時，應(yīng)當及時采取對應(yīng)措施進行處理，這不僅有利于延長農(nóng)業(yè)機械的使用壽命，也能夠有效減少因故障引發(fā)的機械設(shè)備停運情況。應(yīng)用電子信息技術(shù)可以對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備運行的狀態(tài)進行監(jiān)控分析，做好故障的預(yù)測與診斷工作，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程智能化控制?；陔娮有畔⒓夹g(shù)的核心功能，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程有24 h 無人值守的作業(yè)模式。例如，電子信息技術(shù)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就可使農(nóng)業(yè)機械設(shè)備之間、機械與控制系統(tǒng)之間形成實時的數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的自動化控制。

3 應(yīng)用趨勢

在農(nóng)業(yè)機械工程中合理運用機電一體化技術(shù)，促進了整個工程的技術(shù)創(chuàng)新，可以利用數(shù)字化技術(shù)對農(nóng)業(yè)機械工程進行智能化控制，提高了設(shè)備整體自動化水平。同時，可以實現(xiàn)各種農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的搭配使用，能夠聯(lián)合作業(yè)，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要進行集成控制與管理，在不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)能夠進行農(nóng)業(yè)機械的靈活調(diào)配，使運行效率得以提升，可切實發(fā)揮農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的性能，對技術(shù)革新升級有著積極影響。

3.1 傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

機電一體化背景下農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中，傳感器技術(shù)是最為典型的技術(shù)。這種技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)指令和信息的有效傳輸，提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造質(zhì)量。但在實踐應(yīng)用中，也需要對此項技術(shù)不斷進行完善與更新，以便提升其使用效果。從未來發(fā)展的角度看，應(yīng)當實現(xiàn)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)動應(yīng)用，并且進一步提升傳感器技術(shù)的精度與穩(wěn)定性，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更加精確有效的數(shù)據(jù)支撐[7-8]。同時，在廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的背景下，也能夠促進農(nóng)業(yè)機械設(shè)備運行過程中的聯(lián)動，進而實現(xiàn)智能化協(xié)同作業(yè)目標。

3.2 人工智能與機器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用

人工智能與機器學(xué)習(xí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中的應(yīng)用有非常重要的實踐價值，有了該技術(shù)支持，農(nóng)業(yè)機械設(shè)備在運行時可通過自主學(xué)習(xí)進行決策分析，如根據(jù)作業(yè)區(qū)域環(huán)境變化和作物需求進行自動化調(diào)整，而農(nóng)業(yè)機械在機器學(xué)習(xí)技術(shù)的支持下，也可自動提取大批量信息，不斷優(yōu)化作業(yè)結(jié)果，這有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平、減小人工干預(yù)力度，也有利于降低生產(chǎn)成本。另外，有了人工智能技術(shù)和機器學(xué)習(xí)技術(shù)的支持，病蟲害的識別分析以及農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)測工作能夠順利推進，有利于為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供更加全面科學(xué)的解決方案。

3.3 踐行可持續(xù)綠色發(fā)展理念

機電一體化技術(shù)的應(yīng)用可實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械的升級與優(yōu)化，提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)備技術(shù)水平，讓各類資源能源得到高效利用，但是資源能源的使用量逐漸增加，對環(huán)境也造成了一定破壞。因此，機電一體化技術(shù)在未來發(fā)展中，要從農(nóng)業(yè)機械工程的可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，政府和相關(guān)機構(gòu)可加大對農(nóng)業(yè)機械綠色制造的扶持力度，推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，促進農(nóng)業(yè)機械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[9-10]。同時，加強對節(jié)能環(huán)保的重視，將綠色理念融入農(nóng)業(yè)機械工程中，重視低能耗、低污染、低排放設(shè)備和產(chǎn)品的使用，以推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的良好發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)中的生態(tài)效益。

4 結(jié)語

綜上所述，在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，可以從農(nóng)業(yè)機械設(shè)備設(shè)計、制造、工藝流程全方位實現(xiàn)信息化分析和智能化控制，顯著提升農(nóng)機企業(yè)整體生產(chǎn)水平。同時，通過機電一體化在農(nóng)業(yè)機械上的應(yīng)用，有助于豐富農(nóng)業(yè)機械的功能，提高農(nóng)業(yè)機械作業(yè)效率，降低農(nóng)業(yè)機械故障率，改善農(nóng)業(yè)機械操作性能，推動農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，助力農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。