智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備要素分析

宋玲玲

（甘肅省經(jīng)濟(jì)研究院/甘肅省信息中心，甘肅 蘭州 730000）

智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備要素分析

宋玲玲

（甘肅省經(jīng)濟(jì)研究院/甘肅省信息中心，甘肅 蘭州 730000）

以分析智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的產(chǎn)生背景為基礎(chǔ)，指出農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備研發(fā)導(dǎo)向和技術(shù)要點(diǎn)，并以物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展訴求為基點(diǎn)，闡明物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備應(yīng)具有的關(guān)鍵要素支撐，導(dǎo)出智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備其本質(zhì)特征是在微處理器、傳感器和通信系統(tǒng)控制下的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備組件集合體，智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備發(fā)展已經(jīng)成為新興大國創(chuàng)新能力的標(biāo)志。

智慧農(nóng)業(yè)；智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備；物聯(lián)網(wǎng)；要素

人類社會進(jìn)入21世紀(jì)以來，信息技術(shù)飛速發(fā)展，知識經(jīng)濟(jì)社會成為人類存在的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)悄然成為人類生活的支撐力量。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，將全球演繹成為“智慧地球”，逐漸實(shí)現(xiàn)物與物的智能化溝通，與此時(shí)代脈搏相適應(yīng)的“智慧農(nóng)業(yè)”由此興起。智慧化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備作為“智慧農(nóng)業(yè)”的重要組件，成為建成和發(fā)展“智慧農(nóng)業(yè)”的物質(zhì)基礎(chǔ)。為此，厘清物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智慧化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的支撐要素，著力創(chuàng)新農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的智能化水平，實(shí)現(xiàn)具有魯棒性強(qiáng)、自控能力優(yōu)化、高效節(jié)能特色的精細(xì)化作業(yè)環(huán)保農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備，這對于我國“智慧農(nóng)業(yè)”發(fā)展的需求頗具時(shí)代重意義。

1 智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的產(chǎn)生背景

縱觀人類機(jī)械發(fā)展的歷史進(jìn)程，工業(yè)革命的興起將原有大量的以農(nóng)業(yè)為生的人口遷移至工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)營活動中，急劇縮小的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人口數(shù)量支撐起了龐大的工業(yè)化產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍的糧食生產(chǎn)需求，為此，大規(guī)模提高單體人工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，各種形式的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備應(yīng)用而生，高效率的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備在完成其“產(chǎn)糧”屬性的同時(shí)，其“效率化”屬性悄然引領(lǐng)了世界大型農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的發(fā)展趨向。

基于此趨向，世界各國科研院所和企業(yè)首先進(jìn)行了大型農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的研發(fā)。由于農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的大型化特點(diǎn)要求，迫使農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備本身組成、主體機(jī)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)流程具有復(fù)雜化特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的正確流程，除了使用機(jī)具本身結(jié)構(gòu)之外，最為重要的控制核心則是由訓(xùn)練有素的操作手承擔(dān)，可見，這一代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的自動化核心是操作手，如此奇貨可居的寶貴操作手成為事實(shí)上的作業(yè)質(zhì)量控制者，其數(shù)量擴(kuò)充相對不易。因此，自動化程度較高的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備研制勢在必行，自動化成為農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的基礎(chǔ)屬性。由于農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的作業(yè)狀況直接影響機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量，如以谷物的聯(lián)合收獲機(jī)械作業(yè)流程為例，作業(yè)機(jī)械動力結(jié)構(gòu)依靠傳動裝置或部件將動力傳輸給個功能組件，依次實(shí)現(xiàn)切割、輸送、脫粒、分離、清選和升運(yùn)等作業(yè)。其中的切割組件的切割速度決定切割質(zhì)量和效果，傳輸組件的傳輸速度決定作物的傳輸效率，脫粒組件滾筒裝置的轉(zhuǎn)速、格柵間隙等工作參數(shù)決定脫粒質(zhì)量，清選組件送風(fēng)速度和與風(fēng)向決定最終產(chǎn)品作物的清選質(zhì)量。正是基于這樣的需求，聯(lián)合收獲機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量保證，應(yīng)該擁有關(guān)鍵組件的適配傳感器的強(qiáng)有力的測控支撐。同時(shí)，應(yīng)該清楚地認(rèn)識到農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的作業(yè)自損屬性。農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的各組件在正常的運(yùn)行過程中經(jīng)?？赡芷x理想運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致諸如低效率、高能耗、高成本以及工作質(zhì)量下降等故障產(chǎn)生，甚至引發(fā)安全事故。為此，故障檢測預(yù)防也是農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備自動化的現(xiàn)實(shí)需求。

面對這樣的現(xiàn)實(shí)需求，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代足以應(yīng)對。物聯(lián)網(wǎng)是將微處理、傳感器、無線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)有機(jī)融合的產(chǎn)物，并以此基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的物與物之間的智能化信息互通。而應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)無疑能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)作業(yè)過程的自動測控，并由此跨代躍升農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的機(jī)械化水平、自動化水平，并且提高農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備利用率，提高農(nóng)業(yè)作業(yè)效率，有效削減農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備應(yīng)用產(chǎn)生作業(yè)損失。

2 智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的存在基礎(chǔ)和要素

2.1 智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按協(xié)議約定，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接并實(shí)現(xiàn)信息交換和通信，由此實(shí)現(xiàn)人類對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)包括無線射頻技術(shù)、傳感網(wǎng)、機(jī)器對話以及兩化融合等四大關(guān)鍵要素。

無線射頻技術(shù)自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息的非接觸式自動識別技術(shù)，用于識別獨(dú)立物品全息“身份”，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的智能識別基礎(chǔ)。傳感網(wǎng)由微型傳感裝備構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并將處理后的信息分發(fā)聯(lián)系節(jié)點(diǎn)，正是基于傳感網(wǎng)絡(luò)和傳感設(shè)備的成熟應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)的物與物之間才能建立穩(wěn)定的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換。機(jī)器對話是指機(jī)器與機(jī)器之間的對話，其表現(xiàn)為機(jī)器和機(jī)器之間的一種智能化、交互式的通信。在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，機(jī)器與機(jī)器之間的對話不僅具有其間的數(shù)據(jù)傳輸，還能夠依照既定主程序設(shè)定進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，并做出智能化行動，這就使得機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)智慧化發(fā)展。兩化融合是是指以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走新型工業(yè)化道路，它是信息化與工業(yè)化的全面融合。在兩化融合理念中，信息技術(shù)融合到工業(yè)生產(chǎn)的各個階段當(dāng)中，信息化管理成為常態(tài)，兩者在技術(shù)、管理、產(chǎn)品各個層面互相融合。兩化融合是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的前提環(huán)境因素，也是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用體現(xiàn)了兩化融合的時(shí)代性。

由此可見，物聯(lián)網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)化、物聯(lián)化、自動化、感知化、智慧化等特征，其智慧的核心表達(dá)在于體現(xiàn)在個體對客觀事物進(jìn)行分析、判斷并實(shí)施針對外圍組件及環(huán)境事宜的有效行動和處理的綜合能力，這就是智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備賴以存在的基礎(chǔ)。

2.2 智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的要義及優(yōu)勢

通過上述分析可知，智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備其本質(zhì)就是集成微處理器、傳感器和通信系統(tǒng)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備，其主要特點(diǎn)是以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，依靠農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備組件傳感器，通過多種通信系統(tǒng)可控制方式，經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)動態(tài)作業(yè)指令驅(qū)動農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)施作業(yè)流程，由此實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理智能化。智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備所實(shí)現(xiàn)的就是作業(yè)高效率、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、動態(tài)感知化，人機(jī)交互可視化、人性化以及機(jī)具舒適化、操作簡單化等。智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備發(fā)展已經(jīng)成為新興大國創(chuàng)新能力的標(biāo)志，也是我國通過兩化融合跨越式地解放農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的源發(fā)動力。

相形于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)具，智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備具有并不限于以下優(yōu)勢。首先是其功能強(qiáng)大，智慧農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備集成智能化控制系統(tǒng)，能夠完成傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)具作業(yè)功能，還能夠完成耕整、播種、施肥、噴藥、除草和收獲等工作，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)踐；其次是基礎(chǔ)牢固、魯棒性強(qiáng)；其三是功效比高、可靠性高、安全性好，第四是綠色環(huán)保。

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