農業機械智能化設計技術發展現狀與展望

馬治國

我國農業生產具有農作物種類多樣化、種植模式多樣化以及地域差異多樣化的特點，農業機械具有小批量、多功能、多樣化以及定制化的用戶需求特征。當前我國農業機械存在工作時間長、效率較低、產品可靠性差等各種問題，隨著信息時代的全面到來和計算機技術的迅猛發展，將智能化設計技術應用于農業機械的設計與制造過程中能夠解決當前農作物機械設計與建設過程中存在的問題，提高農作物機械設備的工作效率與工作質量，能夠更加適應種類繁多、工況多變、作業環境復雜、季節性強、單產品市場需求規模小等各種特點的農業作物生產活動，對農業產品的有效生產提供了有效的技術支持。

一、農業機械智能化設計概述

1、智能化設計的定義

智能化設計主要是結合計算機輔助設計理論以及KBE理論的現代設計方法。主要目的是通過對設計人員在設計過程中認知和行為特征的分析與模擬，從而可以使得設計系統能夠運用豐富的知識包括專家經驗設計、標準設計、手冊行業規范等相關內容進行有效的判斷推理和決策，從而實現產品設計的智能化自動化以及定制化的特點。

2、農業機械智能化的特點

智能化農業機械指的是配置各種各樣的傳感器及中央處理芯片或者無線通訊系統的現代化農業機械設備。農業機械智能化能夠進一步規范農業生產過程，使得農業生產可以嚴格按照相關標準和流程來進行，大大的解放了人力資源，提高了農業生產的效率，減輕了操作人員的勞動強度。智能化農業機械設備中通常會裝有各種各樣的傳感器，能夠自動地使機械設備避開不良的工作環境，監視農業機械的作業過程，使農業機械設備可以始終處于最佳的工作狀態，保證操作的可靠性以及作業安全性。智能化農業機械設備中的中央處理器功能強大，芯片體積較小，可以實現精細作業并促進農田作業的科學管理決策，對于農業設備的持續穩定發展具有十分關鍵的作用，實現產品的設計與氣象與協同化、集成化和網絡化。

3、智能化設計技術體系的特點

通過對農業機械產品的應用需求以及設計特點進行分析，綜合應用數字化建模原理、知識工程原理、虛擬仿真以及新的驗證技術，基于通用軟件技術和集成軟件技術構建農業機械設備的智能化設計通用技術平臺，通過對產品設計進行指導，從而可以形成智能化的設計標準和框架體系，為農業機械設備的智能化和自動化生產提供有效的技術支持，并建立了一個系統的平臺進行農業生產機械智能化的指導。

二、農業機械智能化設計的發展現狀

1、國外農業機械智能化的研究現狀

上世紀九十年代美國將衛星軍事導航系統應用于農業機械制造和生產過程中開始了農業機械智能化的新的時代。目前，美國、歐洲以及日本等發達國家的農業生產已經基本實現了機械化和自動化，而且這些設備的智能化水平比較高，比如拖拉機精確制導系統可以輔助拖拉機的駕駛，甚至可以使設備能夠在大霧天氣和黑夜進行作業。很多發達國家已經實現了農業機械設備與農業技能之間的有效結合，全面實現了農業機械智能化水平，從而可以精確農業作業，極大地解放了人力，提高了生產質量與生產效率。美國依靠全球衛星定位技術以及計算機技術可以定點進行施肥和培土，進一步加強了農業智能化的管理，推動了農業機械設備智能化的迅猛發展。日本的小型智能化農業機械設備種類比較齊全，可以實現農作物生產的全過程的智能化控制。

2、農業機械設備國內研究情況

我國具有錯綜復雜的地形條件、氣候條件多樣、農業機械種類較多，是一個農業生產大國，從上世紀90年代開始，我國也開始對農業機械的智能化設計重視起來，一些農業機械企業均開始開展農業機械化研究以提高農業機械的智能化技術水平。目前，我國一些大型農場已部分配備智能化農業裝置，極大地提高了農業生產的自動化和智能化水平，實現了機械設備的無人駕駛與無人操作。我國應用的智能化農業機械設備主要包括施肥機械設備、播種機械設備、噴藥機械設備、灌溉機械設備以及收獲機械設備等，與發達國家相比，我國智能化機械設備的種類仍然比較少，而且所應用的領域限制較大，技術水平與發達國家存在一定的差異。

三、農業機械智能化設計技術的發展前景

最近幾年來隨著網絡物理系統以及互聯網技術的發展和應用，農業機械的智能化設計將會從早期的數字化設計逐漸趨向于設計的網絡化、系統化和智能化方向發展。結合我國機械智能化設計的實際需求，需要提高農業機械設計的核心競爭力以及設計能力，以促進農機企業的可持續發展為目標開展關鍵技術和基礎理論研究，解決當前農機智能化產品朝向知識重用、正向設計、三維建模和分布式協同設計等方向發展的重大科學問題，形成一套系統科學的農業機械智能化設計理論與設計體系，為農業機械智能化設計建設發展創造良好的環境。針對當前農業機械設計缺乏基礎、數據可靠性較差以及產品質量等各種問題，需要立足于保障糧食安全和發展現代農業的國家戰略需求，開展農機基礎工藝、關鍵作業技術等技術瓶頸的研究，研究構建基于網絡的農作物機械物理特性參數、農田土壤類型參數、工程材料和通用零部件數據設計模型的數據庫，為農業機械的智能化設計提供有效的數據支持。

綜上所述，本文主要針對農業機械智能化設計技術的相關概念進行探究，指出智能化設計技術的發展現狀以及未來的發展方向，希望能夠為農業機械的智能化設計提供一定的參考，推動農業生產朝向更加智能化和自動化的方向發展，促進我國農業現代化的持續穩定推進。

（作者單位：747599甘肅省臨潭縣農機監理站）