计算机技术在农业机械及设计制造中的应用

0 引言

随着我国总体科技水平的快速提升，传统的机械相关行业正快速向自动化和智能化转型，大量的智能生产加工设备、汽车、医疗器械与现代化的计算机技术实现融合，使机械装备的工作精度、使用便捷性、工作合理性明显提升。相对而言，农业机械的自动化与智能化的发展缓慢，在我国，受到农业机械使用环境和使用群体的限制，农机企业开发的产品更倾向于人工驾驶的机械类产品，农机产品与计算机、数字控制等先进技术结合仍不充分，与智能加工、汽车等行业相比相差甚远。与发达国家的农机技术相比，我国农机技术的现代化程度已明显不足，尽管近年来农业机械的普及率不断上升，但平均技术水平不足成为制约农机化生产的新短板，如何在“增量的同时提质”是农机行业发展必须要思考的问题。

1 农机与计算机技术相融合的必要性

1.1 计算机技术是农机自动控制的核心

现代化的农业机械要向更加智能的方向发展，在提高电气化成度的同时离不开计算机技术的控制功能，自动化农机很多功能实现离不开计算机技术的支持，例如各个零部件的转速、位置、功能是否正常，在自动控制过程是需要计算机的系统和运算能力进行保证的，利用计算机处理复杂农机设备参数和故障监测相对于传统的人工监测更加高效精准，有利于农机自动控制功能更好的实现。

1.2 计算机技术是替代人工决策的关键

现代的计算机技术具有良好的逻辑判断能力，其能够利用农业机械的功能、作业状态、农田信息等代替人工进行生产决策，例如对不同功能农机进行工序安排、提高农业生产效率，或应用于生产过程中辅助驾驶人员进行决策，给出决策建议，降低农机驾驶员的劳动强度

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这项运动既能在户外进行，又能在校园内进行，学生在学有余力之后还拥有了亲近大自然的机会。这项运动不同于一般的耐力竞跑运动，它要求参与者要能依靠指南针识别方向，并具备一定的应变能力。在定向越野过程中，学生不仅充分感受到体育运动的乐趣，还增强了对体育锻炼的积极性。

1.3 计算机技术能突破传统生产模式制约

计算机结合大数据技术能够全面改变农业生产模式，计算机应用于农机化生产的方方面面后，能够实现利用计算机管理全部的农机产品，并将农业生产与农作物长势、病虫害、气候变化等众多数据相结合，提高生产实施的科学性。

1.4 计算机技术是功能扩展的基础

从计算机技术的应用来看，其能够与大部分现代化技术良好融合，例如电气技术、通信技术、网络技术、卫星定位技术等，计算机技术在农业机械上的广泛应用为未来农业机械的功能进一步扩展提供了可能。

2 计算机技术在农业机械中的应用

2.1 卫星定位与导航

对于复杂的中大型农机装备，其结构复杂，零部件众多，常规的二维图纸设计开发，常出现生产制造后错误多，安装、使用过程零部件间配合不合理等问题，且很多平面图纸设计完成后很难实现机具效果的直观展示，需等到样机制造完成后方能进行整机的检查与错误调整，常造成生产制造中的材料浪费和成本提高。计算机三维设计软件的应用有效解决了农机产品设计过程直观性不强的问题。利用现阶段应用广泛的三维机械设计软件，如SolidWorks、PRO/E等，能够实现单独零件建模后的预装配，并在装配过程中解决设计中存在的配合不当、结构不合理、零部件运转干涉等问题，空间展示更加直观合理，便于设计成果的汇报、讨论与优化。同时，三维图形能够快速生成平面图纸，并实现三维图形与图纸的直接关联，零部件修改和技术升级时只需修改三维图结构即可实现平面图纸的联动修改，工作效率得到大幅提升。三维建模软件在农业机械设计中的应用，有效加速了产品的开发过程，有利于先进技术产品快速投入市场。

2.2 视觉识别及数据获取

1) 阀门计算书中相关数据。阀杆所受的总力矩MΣ=19 042.19 N·m；活塞直径DH=0.42 m；阀杆直径dF=0.12 m；油缸容积VH=0.01 m3；主管内径d1=0.02 m；支管内径d2=0.01 m；油站出油口压力p1=12 MPa；工艺要求的阀门开关时间tR=10 s。

2.3 智能农机的开发

为了更好满足品质农业的发展需求，瑞丰生态在2018年投资3.5亿元人民币打造安徽宣城50万吨新型肥料生产基地，主要生产源于欧洲技术的碳能结晶新型功能肥料，并且二期工程建设的128米高的30万吨/年高塔造粒复合肥项目自今年8月18日奠基动工，仅仅历时88天就成功封顶。瑞丰生态企业顾问于国辉在发言中讲道：“安徽宣城高塔的雄起创造了‘瑞丰速度’！至此，瑞丰生态形成了拥有三大生产基地的全国生产布局，只为更好地为土壤修护事业作一份贡献！”

在农业机械上安装视觉设备的目的是使农机能够模拟人的双眼，从而提高对环境的认识能力。视觉识别看似是增加了一个或多个摄像头，但摄像头仅为视觉图像的获取装备，要实现视觉识别的功能，必须依靠计算机技术对获取的图像数据进行复杂的处理。在进行视觉识别的过程中，摄像头在获取图像信息后将其传输到计算机系统中进行处理，计算机需要完成以下的工作任务，一是对图片进行色彩处理，根据不同的RGB选项生成多个图形；二是去除图形中的非重要元素；三是识别图片中的关键信息；四是确定识别目标并将其定位和凸显；五是验证目标的有效性，并生成空间坐标数据；六是将识别的信息进行输出或存储，用于指导农机作业。基于计算机技术的视觉识别能显著提高农机田间形式的避障能力，并有利于同步获取田间信息。图2为约翰迪尔研制的番茄采摘机器人，其利用视觉识别技术实现对番茄的定位

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2.4 智慧温室大棚开发

CAD是现代机械设计的一次重大变革，其实现了利用计算机开展机械产品的图纸设计，相对于传统的人工绘制图纸，利用计算机绘制的图纸具有易于复制、查询、保存、修改等优势，尤其对于农业机械的设计与开发过程而言，需经过多年周期反复的试验、改造、优化，CAD图纸的高效率优势得到进一步凸显。以现阶段应用最多的Autodesk CAD软件为例，其不仅能够实现计算机的常规绘图，还配套有多种数据库，能够实现中国标准、国际标准等多种零件的直接调取，显著提升工作效率，且Autodesk CAD能够实现自动面积计算、公差智能标注、辅助力学计算等功能，其生成的平面图纸可直接用于部分平面零件的数控加工，有利于提升生产便捷性

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3 计算机技术在农机设计制造的应用

3.1 CAD图纸设计

近年来，我国温室大棚实现了技术上的全面升级，温室大棚的智能化程度得到了显著提升。现代化的智慧大棚是先进技术的集合体，其利用计算机进行大部分功能的集中统一管理。在计算机的控制下，一方面，能够对大棚内部的温度、湿度、光照、肥力、病虫害等数据进行统计，另一方面，更够通过对数据的分析处理做出决策，指导自动控制设备执行遮阳、增湿、灌溉、施肥、药物喷施等大棚生产任务(图4)

。计算机技术的应用，促进了智慧大棚的无人化生产，帮助生产管理人员降低劳动量，同时，利用人机交互功能，管理人员还能便捷地更改大棚的相关数据，计算机能及时修正相关控制参数，并采用新修改的方案执行控制。

农业机械未来发展的大趋势是智能化，而实现智能化的要求是农机的无人监管作业，要求农机不仅能实现农业作业的自动化，还需要实现自主管理、生产决策等功能。随着农机智能化相关研究与产品开发的深入，农机技术与电气、通信、视觉、卫星定位、遥感等众多技术相整合，而连接一切技术的控制与运算核心就是计算机技术。利用计算机技术，农业机械在强大的运算支持下能实现自主驾驶、环境识别、内部感知等全部功能，并能将各个功能的相关信息与数据进行结合，使农业机械配备的智能功能成为一个整体，实现农机的高度智能化作业。图3为日本研发的农用智能行驶平台，其利用计算机技术控制该设备的全部功能，实现了全程的无人化行驶与动作执行。

3.2 三维模型化设计

卫星定位与导航是现阶段农机合理化作业以及未来农机发展的必要功能之一，其能够实现对农机位置的高精度定位。在定位功能实现的过程中，需要通过计算机系统统计农机上装备的卫星定位终端与所搜索到的卫星之间的位置数据关系，并利用运算初步定位，再通过与农机附近田地的卫星基站进行位置纠偏运算，能够实现对农机位置的精准定位。在精准定位功能的基础上，为进一步提高农机行驶的合理性，导航技术广泛应用到了农机化生产中，计算机技术能够利用卫星定位数据与农田边界信息进行农田作业路线的规划，可指导驾驶员进行精确的行驶，并根据地理信息系统的数据规避障碍物和不良地形，驾驶员通过导航屏幕的指引能够实现高精度的农机驾驶操作(图1)，有效避免行驶路线偏离和行驶路线重复问题

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3.3 设计过程的仿真分析

仿真分析是在农业机械三维建模的基础上实现了新功能，利用ANSYS、ADAMS等计算机软件将三维模型导入后，能够对零部件进行材料、受理等多项参数设计，利用计算机强大的运算能力进行机械结构的强度、刚性、受力状态、运动状态、塑性变形等进行数据分析，并生成直观的数据图。设计人员可利用仿真分析的结果进行设计优化。与传统的人工受力计算和试验验证相比，计算机软件仿真分析节省了大量的人力物力，能有效减少设计过程中选材不合理、零部件强度不足或零部件尺寸设计过大等问题，能实现在生产加工前对农机产品关键零件的进一步验证，及时发现和改正设计的不足之处，提高农机产品的可靠性

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3.4 虚拟制造与工艺优化

在农业机械生产加工的过程中，传统的农机数控制造过程通过试制零件完成生产工艺的优化，此过程常产生大量废品，造成了材料浪费和生产加工时间的延长。利用计算机软件对数控加工过程进行模拟，能便捷地验证加工过程程序编制的正确性，并在此过程中进行加工工艺的修正，有利于提高试制零件的成功率，缩短生产制造周期，节约生产材料与成本，并提升加工制造的质量。

1.3 观察指标 检测并比较两组患儿肺泡SIRT6含量、血清炎症因子水平；记录两组患儿动脉血气指标，包括血氧分压(partial pressure of oxygen，PaO2)、PaO2/FiO2及血二氧化碳分压(partial pressure of carbon dioxide，PaCO2)。分析SIRT6与炎症因子及动脉血气指标的相关性。

4 结语

综上所述，计算机技术能够对农业机械的功能及产品开发制造的过程产生积极的提升作用，尤其在自动化与智能化的新时代，农机企业应当做到与时俱进，积极转变传统的产品开发、设计、制造理念，将计算机技术应用到设计、制造及农产品的功能升级上，利用现代化的计算机技术全面提升农机企业的产品竞争力，实现国产农机技术智能化升级。

[1] 刘正波.计算机智能化技术在农业机械中的应用[J].电子技术与软件工程,2021(14):117-118.

[2] 姜宇.计算机技术与农业机械现代化的关系[J].化纤与纺织技术,2021,50(7):101-102.

[3] 阳敏辉.计算机视觉技术在农业机械中应用的研究[J].农业技术与装备,2019(8):23+25.

[4] 知乎.智能温室系统介绍[EB/OL].[2020-10-10.]https://zhuanlan.zhihu.com/p/264354394.

[5] 梁秀娟,嵇海旭.农业机械设计中数字化设计技术的应用研究[J].中国设备工程,2021(16):242-243.

[6] 刘馥,于文强.计算机辅助技术在农业机械设计中的应用[J].南方农机,2020,51(24):42+50-51.