農機自動化的關鍵支撐技術及應用

李艷潔

(洮南市農機管理總站，吉林 洮南137100)

0 引言

我國大部分地區農業已經進入農機化時代，但農機自動化程度低，存在對操作人員過度依賴，且因受操作者熟練度影響，農機功能得不到完全發揮，導致作業效果不佳，因此，如何在我國現有農機自動化基礎上，進一步提升農機自動化水平，為農業自動化、智能化發展助力是現階段農業工作者的重點研究對象。

1 我國農機自動化發展現狀

隨著我國在科學技術方面的投資力度增大，農業相關技術也得到了快速發展，越來越多的機械化、自動化技術與傳統的農業生產設備相融合，使得自動化、智能化的農業機械設備保有量呈現持續上升趨勢。雖然我國的農業機械發展已經具備了良好的發展環境和發展趨勢，但是在發展過程中仍存在一些問題，亟需農業工作者的重視和解決[1]。

1.1 設備保有量低，分布不均衡

中國傳統農業的生產方式是以鐮刀、鋤、锨等手工工作和人力勞動為主，新中國成立后尤其是改革開放以來，機械化逐漸成為我國農業生產的主要方式。據不完全統計，在“十二五”期間，我國農機的覆蓋率已經達到54%。近年來，隨著自動化、信息化技術的發展，我國農機也逐步朝著自動化和智能化方向發展，但由于我國各地區之間農業水平不一致和各地方政府的經濟定位不同，農業自動化機械設備呈現出地區之間不均衡現狀。

1.2 設備整體的自動化程度低，對人員依賴性強

受限于我國農機自動化發展史較短，我國大部分農業機械在自動化水平上還存在較大上升空間，相對于發達國家全自動農業機械設備，我國的農業自動化設備在集成化、智能化等方面仍存在不足。如在進行作物收割時，需要收割機、秸稈捆包機、裝載機和運輸車等設備聯合作業，才能將整個收割完成。自動化程度低導致的直接結果就是對于操作者的依賴性強，在某一農業活動中，往往需要根據現場設備的數量配備相應數量的操作人員，存在大量的設備資源和人員的占用和浪費。

1.3 自主開發能力弱，機器普適性低

自主開發能力弱，機器普適性低是我國農機自動化發展的另一現狀，具體體現在設備的自主開發和農業機械作業流程管理兩方面。我國的很多農機設備都是引進和借鑒外國先進的農業設備而研發的，因此在農機自動化方面，自主創新性是相對較低的，同時農業機械設計人才大多為機械類專業人才，對于自動化、控制和信息技術等方面的人才引進不足，導致了我國農機自動化發展受限。此外農機的作業流程管理也需要大量的創新改善，在將國外先進的農業作業管理方法引進后，應根據我國的農業生產實際，及時調整和更新，保證作業管理方法適合我國本土農業的生產實際，這也能極大解決我國自動化農業設備普適性低的問題。

2 農機自動化的關鍵支撐技術

農機自動化實現過程中需要大量先進的科學技術作為支撐，本章節從設備的設計、制造、控制和作業四個方面對于農機自動化的關鍵支撐技術做出說明。

2.1 基于計算機輔助的農業機械設計自動化

計算機輔助設計是科學技術的產物，主要滿足人們對于設備的設計需求，通過在計算機界面進行產品的結構、組合關系進行繪制和標記，為后續設備的生產提供最初的數據支持。伴隨著近年來計算機軟件技術的不斷豐富發展，越來越多的計算機輔助設計平臺進入人們的視野，設計形式由傳統的二維靜態圖紙設計轉變為三維動態，為設計者提供了便捷的設計工具，同時，也降低了產品的設計成本，更有利于產品的創新研究。人們通過在計算機上進行農機的虛擬模型設計，判斷各項功能需求是否得到滿足，再優化人機交互方式，最大程度提升農機設備的自動化和智能化水平。

2.2 基于氣、電、液多學科的農機控制自動化

農機的控制系統是實現農機快速響應的保障，相對于傳統依賴純機械控制系統，電氣、液壓等多學科的發展與應用，給農機的便捷化和自主化控制提供了新的技術支撐，電氣系統是典型的動力驅動裝置，通過設定科學的電氣控制回路，從根源上產生滿足不同需求的動力，進而得到多種動力源。液壓控制系統適合高強的工作環境，農機通常在復雜、惡劣的高強度工作環境中使用，控制系統必須滿足上述工作需求，因此，液壓系統成為現代化農機中必不可少的組成部分。

2.3 基于傳感器和數據計算能力的作業自動化

傳感器和數據計算能力在農機自動化過程中主要完成對外部數據的采集和處理工作，主要用于各項決策的后臺數據支持。現階段，關于傳感器和數據計算能力的類型越來越多，最為常見的包括振動傳感器、濕度傳感器、顏色傳感器等，自動化農業機械設備能通過傳感器及時感知工作環境中的某一變量，并將收集的信號進行數據表示。數據計算能力指各種智能算法，是從大量數據中提取特征的過程。設備通過傳感器收集到信號，運用數據計算能力對大量數據中蘊藏的特征進行提取，進而對于設備的運行提供更加精準的決策指導。

3 自動化農機在農業生產中的典型應用

3.1 自動駕駛技術

自動駕駛技術是農機實現自動化過程的重要嘗試，現階段，很多農機配套了衛星定位技術，使得大規模種植的農戶實現了半自動化作業，通過衛星定位技術輔助駕駛員進行判斷，設定科學合理的駕駛路線，有利于農機在大面積農田作業時減少作業范圍重合，同時，能全局把控其他設備的位置信息，避免了在工作過程中撞機事故的發生。自動駕駛技術在農業生產中的廣泛應用，包括農業植保無人機、果蔬自動采摘機等[2]。

3.2 設備的智能維護

設備的運維成本是農機使用過程中不可避免的，通過設定合理的設備維護策略，能有效減少農機的故障頻率和維修成本。農機自動化的另一應用場景即為設備的智能維護。傳統的農業機械在正常的工作過程中，操作者通過聲音、動力、氣味等識別設備的運行狀態，因此，操作者很難及時發現設備的故障原因并進行及時處理，進而導致了更大的農機故障。通過搭載傳感器等，對設備運行過程中的振動、運轉頻率、溫度等信號進行收集，計算是否處于正常的參數范圍內，當超出安全區間時，則通過人機交互界面對操作者進行警告，并指出設備的故障點及相關的維修建議。

3.3 植保過程的自主決策

自動化設備實現植保過程的自主決策功能在溫室大棚的管理中更為常見，相對于傳統的農業生產方式，溫室大棚具備更便捷的控制條件，因此，借助自動化設備對溫室大棚的各項植保工作進行管理更容易實現。如通過溫度、濕度傳感器，實時把控溫室內的溫度和濕度情況，及時打開通風、遮陽、噴霧等設備，提供給作物最適宜的生長環境；利用人工視覺檢測技術，能通過對作物生長情況進行監控，準確識別作物的健康情況，進而控制農藥、肥料的使用量，極大提高了農產品質量和產量[3]。

4 結語

加快農機自動化發展進程是實現我國農業現代化轉型升級的重要保證，與發達國家相比，我國農機自動化發展水平和應用場景還需要進行創新與探索，開創適合我國農業生產實情的農業自動化技術，同時也希望更多的機械、電氣、控制和通信工作者能積極參與發展我國農機自動化技術，配套相應的自動化應用環境，加快我國農業現代化進程。