机电一体化在农业机械中的应用

2023-01-04张晓鸥

南方农业 2022年8期

张晓鸥

（内蒙古自治区乡村振兴研究中心，内蒙古呼和浩特 010010）

自从机电一体化技术出现以来，其应用场景越来越广泛。目前机电一体化技术所应用到的机械和电子技术，能够将计算机设计软件和农业机械的各项装置等进行有效整合，最大限度地提高农业机械的使用效率，提升农业产业发展水平。

1 机电一体化技术内涵

机电一体化技术是将微电子技术和机械技术进行有效整合的一项技术，整合过程是2 种技术相互印证、相互促进的关系，也是一种综合性的生产管理技术[1]。目前机电一体化技术已经广泛应用到农业机械的生产中，进一步有效提升农业机械化的水平[2]。机电一体化技术分为软件和硬件2 部分。硬件部分包括各个单元之间的组成元件和各传感器等；软件部分为支持工作运作的各种软件和程序等。目前传感器应用较为广泛，其能够对农业机械设备中的信息进行收集、汇总、处理等。在科学技术不断发展的今天，机电一体化技术中的传感器也随着信息技术的发展和软硬件的更新等得到完善和更新，并且能够更为快速、敏捷地处理各种信息[3]。为了让各类传感器能够更好地处理农业信息技术，大部分的农业生产信息都是通过数字化的形式展现出来。传感器对每个单元的数据进行更新，然后系统对农业信息有效储存后再进行处理，还能够根据实际生产需求对整体系统进行严格的控制，这样可以在很大程度上提高农业机械设备的应用效率，促进农业生产效益的提升[4]。

2 重要性和意义

2.1 改善操作性能

目前，程序控制技术、数控技术等不仅广泛应用于工业和服务业，而且在农业机械设备中的应用也越来越广泛。从近年来农业机械生产设备的发展和更新现象看，由于农业机械操作频繁，再加上操作环境较差，零部件的故障率较高[5]。在农业机械生产和使用过程中应用机电一体化技术，可以将农业机械的零部件有效整合和简化，并且在新的操作系统应用下，可以利用人工智能技术进行广泛的管理和应用，使得农业机械在整个作业阶段均可以保持良好的工作状态。

2.2 提升工作效率

随着机电一体化技术的推广和普及，农业机械设备的信息收集整理效率在一定阶段内得到了大幅提升，也为现代农业的建设和发展提供了良好的支撑[6-7]。特别是以机电一体化技术为基石的农业信息技术，实行共建共享，农业机械设备管理者和操作人员第一时间可以将农机驾驶员所处的位置、操作的状况等进行掌控，以此判断农业作业情况和农作物的耕作状况等，为下一步农业机械化操作技术提升和制定完善的实施方案提供相关的依据[8]。另外，以往的农业机械设施在运行一段时间后，需要定期对其进行运行和安全生产性能的检测，这个时候采取人工方式非常费时费力，如果将机电一体化技术运用到农业机械中，将会提高检测的效率，降低人工成本，而且能够确保操作的质量提升；还可以通过采取自动控制和自动检测的方式，对农业机械设备定期进行自动检测，可以及时将机械设备的故障清除掉，最大限度地减少安全隐患问题，减少农业机械设备的损耗。

2.3 减少相关的系统故障

当前各级政府相关部门对农机安全的重视程度越来越高。在农机作业生产阶段，机械设备的安全性能非常重要，机械操作人员和管理人员对其关注程度也非常高。农业机械设备在实际操作过程中会存在一定的安全问题，这种问题一般都是常见的安全隐患问题，尤其是对于使用年限比较长而且生产工艺落后的农业机械设备，任何部件出现问题都会影响到农业机械的正常使用，很大程度上降低了农业生产的效率和质量，并且这个过程中更容易发生安全生产事故。以往的农机生产过程中，若某一机械设备产生故障，将会对整个农机生产产生不利的影响，而运用农业机械一体化技术，可以借助机电一体化的自动诊断、自动预警等功能，在农业机械设备出现故障的第一时间进行诊断，可以最大限度地减少农业机械出现故障的频率，提升农业机械设备的安全生产性能，促进农业生产的正常进行。

2.4 完善农机设备的功能性

在农业生产和现代农业进程中，农业机械作业往往会受到各种自然、地理等外界因素的影响，大多数自然环境条件都可能会对农机作业产生负面影响，进而影响农业生产的质量和效率。而机电一体化技术可以满足不同的农业生产条件和农业作业要求。在机电一体化条件下，农业生产从业者甚至可以根据消费者的实际需求和农业生产条件，通过校验、补偿等手段，灵活地对农业机械设备进行操作和调节等，从而使得农机设备能够在多种复杂的环境条件下，也能够独立地进行作业和顺利开展农机运行等。此外，随着机电一体化设备新技术的开发和应用，其应用范围也越来越广泛，如已经拓展到信息自动校对、农机自动化驾驶和自动化控制等方面；操作的方便性和功能的多样化，使得农业机械整体的操作更为简便、能耗降低，进一步将农业机械的使用范围扩大到不同的行业和领域，从而最大限度上提升了农业机械作业的整体水平。

3 应用类型

信息化时代的发展和技术的快速进步，使得应用于农业机械的机电一体化技术类型越来越多。

3.1 计算机辅助设计

CAD 是计算机辅助设计（Computer Aided Design）的缩写，该技术是将计算机的数据库、图形学结合现代的网络通信技术等进行综合的一种应用，对机械产品的设计发挥着无可比拟的作用。应用计算机辅助设计开展相关的农业机械设计，可以将农业机械产品的研发周期缩短；在农业机械研发领域，需要对平面、轨迹和农业机械力学等方面进行大量的测算，这个过程非常复杂，而计算机辅助设计能够在数据库的支撑下，对农业机械进行整体的改良、设计和打造等，从而能够在很大程度上对实际的生产场景进行模拟，从而构建立体的实际场景应用数据模型，并且能够构建立体的三维图形对数据模型进行处理，这不仅可以很大程度上将设计的效率和质量提升，而且能够促进机械设计更好地满足产品的实际生产需求，从而辅助农业生产科学化进行，从而合理地维护农业机械设备的更新和发展等。

3.2 虚拟技术

虚拟现实技术是通过图像识别、视觉图像采集和智能接口等技术，对田间生长的农作物的生长特性、生长环境等进行综合分析，将现实农作物的生长环境和生长的背景等，按照1 ∶1 的比例，应用计算机技术构建农作物生长相关模型，从而构建实时三维立体模型，并且可以通过立体方式对农作物现实生长环境进行分析，对现有的设备的实时状况进行虚拟呈现，可以使农机产品更加符合农业生产的需求。另外，虚拟技术还可以对农业生产遭遇的极端环境和可能遇到的危险进行模拟，通过实战演习等方式，提高农机作业者应对复杂环境的能力，帮助他们尽可能地熟练操作农业机械，提高农业生产效率。

3.3 监控技术

在农业机械进行农机作业时，农机操作者需要对运营的数据进行实时的监测，确保农业机械操作的准确性和安全性，以便大幅度地降低设备运营过程中产生的误差，但是这个过程可能会导致农业机械操作效率的下降。因此可以将机电一体化技术应用到农机仪表系统中，脱离人工操控，实现动态实时监控等，进而最大限度地降低操作者的工作负担。同时农机作业中采用机电一体化技术，可以对农机作业过程中的设备问题实时监控，对微小误差进行精准识别，进而保障设备运营中的安全性。在实时监控中，还需要根据农机的整体需求等，对农机的差异性进行合理监控和配备，优化农机作业状态，这样可以最大限度提高农业生产和农机作业效率。

3.4 电子信息技术

电子信息技术应用到农业机械中，可以将资源的配置进行优化，降低农业生产环境中的污染对农村生产环境和生态环境的破坏。电子信息技术应用于常规的农业机械，可以提升农业机械的智能化和电子化水平，从而对田间作业进行有效的规划。农业机械化水平的不断提升和电子信息技术的扩展应用，可以更好地促进人机接口技术的进步，并且促进交互界面向更加科学化和精准化前进。比如传统的拖拉机仪表盘可以被电子监视仪表所代替，可以很大程度地提升拖拉机在农业生产中的效率等。