機電一體化在農業機械中的應用

張曉鷗

摘 要 隨著信息技術的應用越來越廣泛，農機生產領域已經和機電一體化技術建立了緊密的聯系，推動農業機械實現智能化，這在提高農業生產效率的同時大大減輕了農戶的作業負擔。以農業機械為主要研究對象，闡述了機電一體化技術的內涵，提出了機電一體化技術應用重要性和意義，分析了應用于農業機械的機電一體化技術類型，展望了機電一體化技術在農業機械中應用的發展趨勢。

關鍵詞 機電一體化;農業機械;技術應用

中圖分類號：S220 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.08.060

自從機電一體化技術出現以來，其應用場景越來越廣泛。目前機電一體化技術所應用到的機械和電子技術，能夠將計算機設計軟件和農業機械的各項裝置等進行有效整合，最大限度地提高農業機械的使用效率，提升農業產業發展水平。

1 機電一體化技術內涵

機電一體化技術是將微電子技術和機械技術進行有效整合的一項技術，整合過程是2種技術相互印證、相互促進的關系，也是一種綜合性的生產管理技術[1]。目前機電一體化技術已經廣泛應用到農業機械的生產中，進一步有效提升農業機械化的水平[2]。機電一體化技術分為軟件和硬件2部分。硬件部分包括各個單元之間的組成元件和各傳感器等;軟件部分為支持工作運作的各種軟件和程序等。目前傳感器應用較為廣泛，其能夠對農業機械設備中的信息進行收集、匯總、處理等。在科學技術不斷發展的今天，機電一體化技術中的傳感器也隨著信息技術的發展和軟硬件的更新等得到完善和更新，并且能夠更為快速、敏捷地處理各種信息[3]。為了讓各類傳感器能夠更好地處理農業信息技術，大部分的農業生產信息都是通過數字化的形式展現出來。傳感器對每個單元的數據進行更新，然后系統對農業信息有效儲存后再進行處理，還能夠根據實際生產需求對整體系統進行嚴格的控制，這樣可以在很大程度上提高農業機械設備的應用效率，促進農業生產效益的提升[4]。

2 重要性和意義

2.1 改善操作性能

目前，程序控制技術、數控技術等不僅廣泛應用于工業和服務業，而且在農業機械設備中的應用也越來越廣泛。從近年來農業機械生產設備的發展和更新現象看，由于農業機械操作頻繁，再加上操作環境較差，零部件的故障率較高[5]。在農業機械生產和使用過程中應用機電一體化技術，可以將農業機械的零部件有效整合和簡化，并且在新的操作系統應用下，可以利用人工智能技術進行廣泛的管理和應用，使得農業機械在整個作業階段均可以保持良好的工作

狀態。

2.2 提升工作效率

隨著機電一體化技術的推廣和普及，農業機械設備的信息收集整理效率在一定階段內得到了大幅提升，也為現代農業的建設和發展提供了良好的支撐[6-7]。特別是以機電一體化技術為基石的農業信息技術，實行共建共享，農業機械設備管理者和操作人員第一時間可以將農機駕駛員所處的位置、操作的狀況等進行掌控，以此判斷農業作業情況和農作物的耕作狀況等，為下一步農業機械化操作技術提升和制定完善的實施方案提供相關的依據[8]。另外，以往的農業機械設施在運行一段時間后，需要定期對其進行運行和安全生產性能的檢測，這個時候采取人工方式非常費時費力，如果將機電一體化技術運用到農業機械中，將會提高檢測的效率，降低人工成本，而且能夠確保操作的質量提升;還可以通過采取自動控制和自動檢測的方式，對農業機械設備定期進行自動檢測，可以及時將機械設備的故障清除掉，最大限度地減少安全隱患問題，減少農業機械設備的損耗。

2.3 減少相關的系統故障

當前各級政府相關部門對農機安全的重視程度越來越高。在農機作業生產階段，機械設備的安全性能非常重要，機械操作人員和管理人員對其關注程度也非常高。農業機械設備在實際操作過程中會存在一定的安全問題，這種問題一般都是常見的安全隱患問題，尤其是對于使用年限比較長而且生產工藝落后的農業機械設備，任何部件出現問題都會影響到農業機械的正常使用，很大程度上降低了農業生產的效率和質量，并且這個過程中更容易發生安全生產事故。以往的農機生產過程中，若某一機械設備產生故障，將會對整個農機生產產生不利的影響，而運用農業機械一體化技術，可以借助機電一體化的自動診斷、自動預警等功能，在農業機械設備出現故障的第一時間進行診斷，可以最大限度地減少農業機械出現故障的頻率，提升農業機械設備的安全生產性能，促進農業生產的正常進行。

2.4 完善農機設備的功能性

在農業生產和現代農業進程中，農業機械作業往往會受到各種自然、地理等外界因素的影響，大多數自然環境條件都可能會對農機作業產生負面影響，進而影響農業生產的質量和效率。而機電一體化技術可以滿足不同的農業生產條件和農業作業要求。在機電一體化條件下，農業生產從業者甚至可以根據消費者的實際需求和農業生產條件，通過校驗、補償等手段，靈活地對農業機械設備進行操作和調節等，從而使得農機設備能夠在多種復雜的環境條件下，也能夠獨立地進行作業和順利開展農機運行等。此外，隨著機電一體化設備新技術的開發和應用，其應用范圍也越來越廣泛，如已經拓展到信息自動校對、農機自動化駕駛和自動化控制等方面;操作的方便性和功能的多樣化，使得農業機械整體的操作更為簡便、能耗降低，進一步將農業機械的使用范圍擴大到不同的行業和領域，從而最大限度上提升了農業機械作業的整體水平。

3 應用類型

信息化時代的發展和技術的快速進步，使得應用于農業機械的機電一體化技術類型越來越多。

3.1 計算機輔助設計

CAD是計算機輔助設計（Computer Aided Design）

的縮寫，該技術是將計算機的數據庫、圖形學結合現代的網絡通信技術等進行綜合的一種應用，對機械產品的設計發揮著無可比擬的作用。應用計算機輔助設計開展相關的農業機械設計，可以將農業機械產品的研發周期縮短;在農業機械研發領域，需要對平面、軌跡和農業機械力學等方面進行大量的測算，這個過程非常復雜，而計算機輔助設計能夠在數據庫的支撐下，對農業機械進行整體的改良、設計和打造等，從而能夠在很大程度上對實際的生產場景進行模擬，從而構建立體的實際場景應用數據模型，并且能夠構建立體的三維圖形對數據模型進行處理，這不僅可以很大程度上將設計的效率和質量提升，而且能夠促進機械設計更好地滿足產品的實際生產需求，從而輔助農業生產科學化進行，從而合理地維護農業機械設備的更新和發展等。

3.2 虛擬技術

虛擬現實技術是通過圖像識別、視覺圖像采集和智能接口等技術，對田間生長的農作物的生長特性、生長環境等進行綜合分析，將現實農作物的生長環境和生長的背景等，按照1∶1的比例，應用計算機技術構建農作物生長相關模型，從而構建實時三維立體模型，并且可以通過立體方式對農作物現實生長環境進行分析，對現有的設備的實時狀況進行虛擬呈現，可以使農機產品更加符合農業生產的需求。另外，虛擬技術還可以對農業生產遭遇的極端環境和可能遇到的危險進行模擬，通過實戰演習等方式，提高農機作業者應對復雜環境的能力，幫助他們盡可能地熟練操作農業機械，提高農業生產效率。

3.3 監控技術

在農業機械進行農機作業時，農機操作者需要對運營的數據進行實時的監測，確保農業機械操作的準確性和安全性，以便大幅度地降低設備運營過程中產生的誤差，但是這個過程可能會導致農業機械操作效率的下降。因此可以將機電一體化技術應用到農機儀表系統中，脫離人工操控，實現動態實時監控等，進而最大限度地降低操作者的工作負擔。同時農機作業中采用機電一體化技術，可以對農機作業過程中的設備問題實時監控，對微小誤差進行精準識別，進而保障設備運營中的安全性。在實時監控中，還需要根據農機的整體需求等，對農機的差異性進行合理監控和配備，優化農機作業狀態，這樣可以最大限度提高農業生產和農機作業效率。

3.4 電子信息技術

電子信息技術應用到農業機械中，可以將資源的配置進行優化，降低農業生產環境中的污染對農村生產環境和生態環境的破壞。電子信息技術應用于常規的農業機械，可以提升農業機械的智能化和電子化水平，從而對田間作業進行有效的規劃。農業機械化水平的不斷提升和電子信息技術的擴展應用，可以更好地促進人機接口技術的進步，并且促進交互界面向更加科學化和精準化前進。比如傳統的拖拉機儀表盤可以被電子監視儀表所代替，可以很大程度地提升拖拉機在農業生產中的效率等。

4 發展趨勢

4.1 向網絡化和智能化方向發展

農業機械化可以有效提升農業產能和生產效率，大幅度降低勞動負荷，使得農機作業向更加精準化和科學化發展。我國地域范圍廣闊，由于農業基數比較大，尚沒有普及機電一體化技術。隨著科學技術的不斷應用和進步，機電一體化技術在農業機械中的應用場景將向網絡化、智能化和高效化等方向發展，應用范圍也將逐步擴展到全國。

4.2 大數據應用更為廣泛

大數據能夠賦予應用場景智能化，極大地拓展了應用領域。機電一體化技術應用到農業生產上，能夠融合生理學、計算機科學等技術，賦予農業機械人工智能，使得應用場景更為廣泛和直接。

4.3 激光一體化

當前農業機械已經實現了自動化，在未來的融合發展中，都是以機電一體化技術為應用前提。在這種情況下，計算機信息技術和激光技術能夠實現充分整合，從而為農業機械的結構組成和優化提供更加有效的方案，進而從傳感系統、動力系統等方面和環節入手，推動整個農業機械化水平的提升。

5 結語

目前我國農業機械發展的實際水平與西方發達國家存在較大差距，其中農業機械機電一體化技術的應用場景不多和研究不深入是一個最為關鍵的因素。因此，我國應該對農機一體化技術高度重視，加大研究力度，提升和完善電子信息技術、電子傳感器技術等在農業機械中的應用，從而推動農業機械的現代化發展之路。

參考文獻：

[1] 韓慧.機電一體化在農業機械化方面的發展研究[J].汽車世界，2020（20）：61.

[2] 杜超凡.機械制造業發展的一個新亮點：我國現代農業機械的發展趨勢[J].速讀，2016（5）：32.

[3] 劉希璐，梁博.淺談機電一體化在農業機械工程中的應用[J].南方農機，2020，51（21）：77.

[4] 劉石磊.機電一體化在農業機械化方面的實踐與探討[J].農家參謀，2019（10）：120.

[5] 王海龍.機電一體化在農業機械化方面的發展分析[J].農業開發與裝備，2021（2）：15-16.

[6] 馮林霄，胡竣喬，鐘鳴瑤.機電一體化系統在農業機械工程中的應用[J].鄉村科技，2018（9）：121-122.

[7] 齊曉苗，韓彥春.基于機電一體化系統在農業機械工程中的應用分析[J].中國科技投資，2021

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[8] 吉新紅.智能制造背景下機電一體化技術在農業機械中的應用[J].湖北農機化，2021（6）：96-97.

（責任編輯：劉寧寧）