自動化在農業機械制造中的技術探討

蔣建洲

（江西制造職業技術學院，江西 南昌 330095）

近年來，我國已基本實現了農業全程機械化生產，為了進一步助推我國農業農村現代化，廣大科研工作者充分利用現代信息技術，將物聯網、自動化技術與農業機械相結合，推動我國農業種植向智能化、自動化方向發展。農業機械化不僅改變了傳統農業生產方式，更提高了生產效率，實現了標準化、高效化的耕種，減輕了農民的勞動強度[1]。

1 全國農業機械化發展現狀

根據《中國農業機械化發展白皮書2021》中的數據，全國2021年農作物耕種機械化率增長迅速，現已達到了平均72.03%的綜合機械化率，相較于2020年提高了0.78個百分點。在耕地方面引入機械作業率為86.42%，機器播種率為60.22%，機器收割率為64.66%。糧食作物的綜合機械化率有快速增長趨勢，水稻、玉米、小麥等常見農作物耕種收綜合機械化率較高，如圖1所示，其中以大中型拖拉機為主。另外，北斗、5G等信息技術逐漸成熟并投入到了農機裝備生產一線，加裝北斗衛星導航的大中型收割機已有60多萬臺投入農業生產，植保無人機9萬多架，比上年增長39.22%。

圖1 常見作物耕種收綜合機械化率

2 自動化技術在農機設備方面的應用

2.1 診斷機械故障

農業機械設備在開展項目作業的過程中，無法完全避免的就是設備的故障問題。由于農田作業環境比較惡劣、障礙物較多，農業機械難免會出現問題，若是設備出現比較常見的問題，都是通過儀器來進行檢查再診斷，但是這樣的檢查效果并不好。如果出現了一些復雜的零件損壞問題，人工和儀器都很難檢測，無法有效進行診斷，很可能會引發一系列的安全隱患，嚴重時會造成內部精密零件的損壞。利用農業自動化技術能夠準確分析系統所提供的信息，并通過分析得出設備出現的常見問題及其原因，從而制定相應的解決方案，提高診斷率[2]。

2.2 自動控制配電系統

自動化控制技術的核心部分就是可編程的邏輯控制面板，它最重要的作用就是能夠將整個電網連接起來，確保電網的正常運轉。在農業自動化技術發展的過程中，可編程邏輯控制面板逐步取代了機電控制面板，實現了對配電系統的自動控制，成為目前農業機械設備應用的重要組成部分，可以保證整個農業生產過程的順利。

2.3 提高農業機械的安全性和靈活性

以往的農機自動化技術主要是依靠技術工人進行實際的操作，并且農機傳統的自動化僅限于幾個較為簡單、單一的技術動作。隨著信息技術的飛速發展，計算機技術、物聯網技術逐漸滲透到各行各業，也為我國農業機械自動化的發展作出了巨大的貢獻。通過將技術人員設計好的算法應用到農業機械設備中，可以進行一些較為復雜的工作，相對于傳統的自動化控制技術來說，不僅在技術層面進步較大，還可以保障操作者的安全，機械的靈活性更強，縮短了作業時間，大大提高了農機的工作效率[3]。

2.4 智能化監控溫室大棚

在溫室大棚內種植的作物，大部分是較為嬌貴的品種或者反季節蔬菜水果，這類作物對溫度和濕度的要求非常高，若是外界自然環境滿足不了作物的生長需求，就需要靠人工來進行溫度和濕度等的調節，以此來保障所有作物的正常生長。并且，溫室大棚內的溫度、濕度要完全按照作物的生長規律調節。基于此，溫室大棚內的自動化檢測設備能夠起到良好的監控作用，實時檢測棚內整體的溫濕度，操作人員可通過遠程系統對棚內進行自動化灌溉、溫度調節，僅僅需要1~2人，就可以實現對大棚的全面管理。這樣不僅降低了人力資源的成本，節約了時間，而且整個大棚的生長環境也都能夠滿足農作物的生長需求。目前，大部分的溫室大棚接入了自動化監控設備，整體的工作效率都得到了提高。另外，自動化檢測設備不僅能夠監控作物的生長狀態和發育過程，還可以根據實時情況開展自動灌溉或噴藥工作[4]。若是某一區域的植物極度缺水，監控設備檢測到后，會自動進行灌溉工作；若是發現病蟲害，就及時噴灑農藥。通過監控，最大程度上降低了農作物的損耗。

2.5 自動化節水灌溉

在生產中，農作物需要根據當地的氣候環境、地理條件等定期進行灌溉。每種作物的生長周期不同，所需要灌溉的綜合水量也不同。由于我國特殊的地理環境，很多地區較為干旱，年降水量不足，大部分作物都需要人工來澆灌，雖然能夠滿足作物的需求，但是效率不高，而且會浪費大量的水。采用自動節水技術裝備，既能合理地降低人力、物力和時間，又能節約水資源。自動節水裝置配有自動傳感器，能利用計算機技術對作物進行動態監測，分析作物的生長狀態是否缺水，選擇合適的時間進行澆水，同時還能夠智能設置供水量，選擇澆水方式，包括噴灌、滴灌等。這樣既能保證水分的充分利用，又能保證作物的正常生長，避免因澆水不足或者澆水過量而造成損失[5]。

2.6 其他應用

衛星遙感技術是通過機器的傳感器，對周圍的物體進行感應，處理匯總信息并傳遞信息，對信息進行全面、深入的分析，保障測量的精確度。遙感技術應用于農業領域的范圍較廣，包括但不限于土地、水、森林、草原等資源信息的收集、處理，可每天24 h工作，成本較低，覆蓋的領域較廣[6]。遙感技術能夠快速檢測到100 m~800 m范圍內的信息，并通過成像技術傳遞給操作人員以便掌握實時數據。農業自動化技術可以應用于不同的方面，不僅僅局限于溫室大棚的管理中，更多的是應用到農業機械的研發生產上，將現代農業技術與計算機技術進行融合，以實現自動化、精準化作業。例如，2BS-JT10型精密蔬菜播種機，集合了土地整理、播種、覆土以及壓實等流程，更能夠同時進行10行播種，工作效率非常高，節約了90%以上的人力。安裝北斗導航系統的拖拉機在整地收割方面的精準度有了較高提升，作業期間，能夠將直線誤差控制在±2.5 cm/100 m，使廣大農民親身體驗到了農業自動化技術的便利。

3 農業機械自動化發展短板

3.1 區域發展不平衡

我國地域遼闊，地勢復雜，這給農業機械化的普及帶來了不小的難度。大部分的農業機械在平原、丘陵都能夠很好地進行作業，但是到了山地崎嶇路段，狀況頻發。同時，農機的創新發展問題突出，為了平衡我國南北地域之間的發展差異，必須加大科技、資金力量的投入，研發出更多適合在丘陵山區工作的農業機械。

3.2 設施裝備發展不均衡

如今，我國的農機以中小型為主，主要用于耕種、收割，缺少秸稈處理、田間雜草處理機器等。常用于小麥、玉米等農作物的田間作業，特色農牧少，例如當前種植藕，從耕種到采摘，都需要人力來完成，沒有專業的農業機械。針對農機裝備發展不均衡、研發力度不夠等問題，我國還需要進一步調整農機研發資源結構，引入高技術型人才，促進我國農業機械化繼續向前推進[7]。

3.3 農業機械創新能力不足

當前我國農業設備制造企業研發力度不夠大，據了解，農業機械相關企業的研發能力較弱，甚至有的企業一年的專利僅有一兩個，遠遠不夠支撐創新能力的提升。當然，企業與科研單位的研發不僅僅需要資金和技術上的支持，重型智能機器由于其自身的研發難度，還有很多難題需要科研人員來攻克。與此同時，外國的知名品牌高度壟斷市場，也增添了我國農業機械創新難題[8]。

4 推進農業機械自動化發展的策略

4.1 加大農機科研投入

隨著改革開放的深入，我國的農業機械研究水平也有了一定的提高，許多優秀的高效自動化技術、系統智能化程度較高的農業機械早已進入農機消費市場，在整體上推動了農業機械自動化技術、智能化系統的發展。但是與歐美發達國家相比，我國的農機自動化水平和智能化水平仍較為落后，發展的道路還很長。因此，國家應該加大農業科技研發投入，制定相關的獎勵措施，給予農業科技研發充足的資金和資源，鼓勵農業科技工作者努力研究，開發出符合中國農業生產規律的高效、自動化、智能化的農業機械，同時提高科技成果轉化利用效率，保證科技成果能被充分利用，發揮出其自身價值。

4.2 對傳統農機進行自動化改造

當前，在我國的農業生產中，使用了許多常規農機，有些農機已經達到了半自動化的水平。要加快農機自動化技術的發展，必須結合當前農機的實際情況以及當前農機的特點，對現有農機進行智能化、自動化水平的提升。尤其是在大中型農機上，進行自動化技術和智能化系統的更新，可以大大提高農機的工作質量和工作效率，同時也可以減少購置自動化設備的成本[9]。在進行傳統農業機械自動化技術的升級和改造時，要注意與原有的機器設備特點相結合，以保證自動化系統和裝備的可靠運行，保證其安全性。

4.3 擴大農業機械自動化的發展領域

在農業生產領域開發自動化技術，可以有效地提升我國現有的農業生產效率，而在農業機械化發展過程中，還要擴大自動化和智能化的范圍，擴大到所有的工業領域，不僅包括農產品加工、貯藏及畜牧養殖、水產業、林業等行業，還要使農機自動化技術在更多的行業發揮出應有的作用。

4.4 推廣節約型、環保型自動化農機裝備

在灌溉方面，農業機械不僅要保證相關的設備能夠分析土壤中的水分含量，還要對灌水時機、灌水量進行智能識別與自動化操作，符合節約用水的原則，提高水資源的綜合使用率，減少水資源的浪費。與此同時，在收獲季節，也要針對收割機進行設計與規劃，不僅要提高農產品的收割率，而且要降低對周圍環境的污染程度[10]。另外，機械本身更要重視裝備的節能水平，降低能耗，達到節約燃料的目的。

5 結論

綜上所述，農機自動化技術是我國農業信息化建設發展的基礎，具有重大的現實意義。目前，我國在農機自動化控制、澆灌、收割等方面的研究較為深入，取得了很好的成果，為提高農業生產效益和產業化水平打下了堅實基礎。但在農業機械自動化技術的研發和應用方面，與發達國家相比，還有很大的差距。因此，科研工作者應該緊抓研發，綜合發展農機自動化技術研究，進一步提高計算機視覺技術、施肥灌溉等方面的研究水平，為我國農業的現代化發展提供強有力的支撐。