计算机在农机化中的支撑作用

黎运宇 ，黎建华

（1.广西民族师范学院 物理与电子工程系，广西 崇左 532200；2.西南林业大学机械与交通学院，云南 昆明650224；3.湖南省慈利县职业中等专业学校，湖南 慈利 427200）

计算机技术已经广泛应用于科研、工农业、生活等各个方面，彻底改变了人们的工作、生活方式，推动了各个领域创新发展，快速迈进了工业现代化、信息现代化时代的步伐，加速了农业现代化进程。在农业机械化方面应用起到了越来越重要的作用，已经应用到了所有的农业机械化的各个领域，可以分为3个方面：①设计和制造方面；②农业机械的管理和决策方面；③实现智能机械化、实施精准农业、实践物联网的构建方面。

1 计算机在农机设计制造中的应用

要实现农业机械化，首先要实现农机的设计制造现代化，就必须借助现代计算机技术辅助设计、仿真、制造、管理。现阶段计算机应用在机械的设计、实验、制造各方面，并且是必不可少的工具，也是衡量农机化设计制造水平的重要标志之一。

1.1 计算机辅助设计的应用

现代的农机离不开现代的设计方法，现代的设计方法是以计算机为设计手段，依靠软硬件支持的系统，完全不同于原来的传统设计模式。已经广泛应用的设计方法有优化设计、可靠性设计、建模与仿真设计、并行设计、有限元法等。

计算机辅助设计(computer aided design，简称CAD)是以人的操作为主，依靠计算机软硬件执行的系统过程。计算机能完成工程设计的大部分工作，如分析、计算、绘图、制表、仿真等，但仍不能完全取代人的创造性劳动，如工程总体方案的拟定和全面评价等，人在整个设计过程中仍占主导地位，故称之为CAD。90年代以来，CAD技术已成为设计工作中必备的技术。一批高等院校和科研院所（如：清华大学、浙江大学、西北工业大学、北京航空航天大学、中科院等）也纷纷投入到CAD的研究之中，在理论研究和软件开发方面都取得了长足的进展。CAD的目标是实现无纸化设计和制造，用三维实体模型代替二维绘图表达出产品的设计信息，但为了适应目前许多企业的实际，仍需将三维实体模型转换为二维工程图纸。目前普遍采用的有Pro/E、UG、Solid-works、MDT等软件,如今大部分企业基本都实现了CAD的二维绘图，计算机传图，大型企业基本实现了三维整体设计，如结构、装配、模具等环节的设计，有农机底盘CAD技术，农机模具CAX技术，农机车身CAD技术等，这些技术助力农机的设计水平和保证质量及机械的复杂性，人手工纸笔绘图将成为历史。

1.2 计算机在农机模具环节中的应用

在20世纪60年代初期，国外一些农机制造公司就开始了模具CAD的研究，如DIECOMP公司研制成功的模具CAD系统，使整个生产准备周期由126d缩短为42d。目前，我国已有许多企业采用模具CAD技术，取得了一些经验和技巧，提高了模具精度和生产率，有些企业已经实现了无图纸设计，但是模具CAD工作仍局限于计算机画图和二维设计。此外，国内也出现了一些拥有自主版权的软件，如北京航空航天大学华正模具研究所开发的CAD系统CAXA等，解决了生产中的一些问题，但还没有得到很好地推广和使用。模具是农机制造的重要环节，模具结构设计一般可分为二维设计和三维设计两种，目前模具CAX技术主要向参数化、智能化、集成化和专业化等方面发展。

1.3 计算机辅助工艺过程设计的应用

CAPP（Computer Aided Process Planning）指通过向计算机输入被加工零件的几何信息(形状、尺寸等)和工艺信息(材料、热处理、批量等)，由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。CAPP可以大幅提高工艺设计质量和效率，是衡量企业计算机集成制造工艺水平的重要方面。近年来无论是采用国内的CAPP软件，还是采用国外相关软件的工艺管理模块，都取得了很大地进步和创新，为汽车制造业、农机动力企业逐步实现工艺设计和管理的数控化、先进制造技术作出了重要贡献。

1.4 计算机辅助制造应用

计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing），Master-cam软件是美国CNC Software Inc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径模拟及真实感模拟等功能于一身，已经运用到了CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中。如今在网络制造、各种数控中心及自动化工厂等操作控制过程中，计算机的参与、支持成了支柱性设备，另外生产进度编制、设备管理、市场预测、库存管理、财务计划管理、产品核价以及质量控制等方面都离不开计算机的工作。

1.5 计算机辅助工程中的应用

CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法，现已成为工程或产品结构及力学分析（如航空航天机械、土木结构等领域）的重要工具，也是计算机辅助4C系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）的关键环节。著名的CAE软件有ANSYS、ADINA、NASTRAN等，均已开始应用于农业机械的优化设计分析，可以模拟仿真农业机械的作业过程，并给出合理的数据分析，避免物理样机重复多次的田间试验过程，既节省了成本又加快了产品的更新换代速度。

2 计算机在农业机械管理、决策、推广中的应用

农业机械化不仅是农机设计制造的现代化，同时也是农机的管理、决策、推广的现代化，要想实现农机管理、决策、推广的现代化，就应重视计算机在这些方面的应用和作用。

2.1 计算机在农机管理、决策方面的应用

农业机械化管理信息系统是采用现代数学工具、信息手段和计算机辅助农业机械管理者实现科学化管理功能的一个人机交互系统。农机化管理信息系统运用数据库、专家咨询等软件系统，完成相关的事务，涉及农机化中的日常管理、农机监理、宣传、培训生产、市场信息、经营服务、推广质量监督等各方面功能。通过农机化管理信息系统可以实现以下目标：①为行政管理部门提供各种数据，便于上级部门作出相应的政策调整，及时反映本辖区的农机化的水平，如跟踪农机数量、异动情况、驾驶人的培训、安全管理等方面，实现检索和建立档案具有突出的优势作用。②正确地指导农业机械生产经营单位和农机户合理组织生产，向他们提供经营决策的咨询服务。在农业机械的配备与更新方面，可以及时统计、上传数据、快速做出决策，配备新的设备或调配已有的设备，保证农机作业的顺利进行，为农机合作社等企业随时掌握市场信息，使农机作业效益最大化；③在制造企业的管理方面，从产品的造型设计一直到产品的主要生产环节都离不开计算机的管理。在维修企业中现在应用也非常普及，如统计维修数量、零配件信息、维修进程、跟踪服务等方面。④指导农技人员对农业机械田间操作使用的建议，当机械出现故障时能实现远程诊断和维修建议。

2.2 计算机在农机技术推广中的应用

实现农业机械化离不开农机的推广和普及，计算机和互联网在整个推广体系建设和实施过程中应用日益广泛，起到的作用效果日趋明显。计算机参与推广具有如下特点：①传播速度快，可以大量复制；②收集资料信息流量大而准确；③多媒体的传播形式；④交互性、低成本。应用计算机可控的互联网宣传平台，开展农机新技术推广项目的介绍、图像、演示视频等讯息，让农机推广组织为潜在农机新技术使用者提供合理的解决方案和服务，如今农机新产品新技术推广、宣传和联系等方面基本上依赖了计算机网络完成。

3 计算机在实现智能机械化、实施精准农业、实践物联网中的应用

现代农业数据已不再是过去完全靠劳动力完成的简单劳动，农业科技越来越深入，自动化程度日益增强，所以应用计算机技术也不是简单的收收电子文档，发发通知这么日常工作的事情了，作为高新科技代表的计算机技术与农业机械化相结合，在农机化技术领域得到广泛应用，将进一步提高农业机械的经济性、动力性、动态指标和作业管理精度，进一步减少农民的劳动强度，从而更好地为农业现代化服务，实现由农业机械化向农业自动化转变。

3.1 实现智能机械化的数据的采集、传输、图像的识别技术离不开计算机的支撑

现代农业需要农机具有自动识别功能，如耕地深度、遇到石头、不必毁坏的作物、施肥的量、喷药的对象等方面都需要做精准的识别，光靠探头拍摄图像还远远不够，要靠计算机分析识别哪些是什么信号、发出诸如是不是该喷等方面的指令。这中间要的大量图像数据，传感器传来的各类数据汇总，进行分析、计算，按预设的程序执行下一步动作，指导农机手给出合适操作。

3.2 计算机使农业自动化、远程化、精准化成为趋势

以计算机作为终端，与卫星构建定位系统管控农机是新近发明技术，目前发明的有局部空间使用的自动农业耕整机、农业谷物收获机、西红柿采摘机，基于GPS与GIS结合的施肥、播种、喷药无人机，提高了播种和作业精度，减少收获损失，节约种子、肥料和农药，更好地实现田间管理机械化。随着我国的北斗卫星组网完成，我国在计算机导航，实施农业自动化、远程控制、精准化的进程会加快，计算机、通信在这几方面的应用会更加普及、更深入，也是实施精准农业必然的发展趋势。

3.3 计算机是实践农业、农机物联网构建必不可少的设备

物联网(The Internet of Things，简称 IOT)的概念是在1999年提出的，2005年国际电信联盟(ITU)发布的n’U互联网报告，对物联网做了如下定义：通过二维码识读设备、射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网产业自2009年下半年以来快速成为国内经济发展的新热点,目前物联网被正式列为我国5大新兴战略性产业之一。管控这些网络的节点、中心，均要通过计算机来实现，如今拖拉机与自走农业机械的田间自动导航、机器视觉与农业应用机器，各种电子监示、控制装置应用于各种复杂农业机械上，不光终端要计算机控制，管理单位均要计算机来控制管理服务。近来我国的数字化农业、温室大棚、设施农业等等都离开了计算机参与工作，所以计算机的重要性非常明显，可以实现计算机田间控制管理、控制土壤测量分析系统、对病虫害防控等构成整个农业、设施、农机网络的监控、无处不在。以后会随着国家的新一轮补贴政策，加快农业机械化发展，加快农业信息化建设到位，我国家计算机在农业机械化领域应用水平会上一个新台阶。

4 结语

2013年中央国务院一号文件明确要求：组织化生产和社会化服务将加速推进农业现代化，强化农业物质技术装备；全国农机发展“十二五”规划提出，到2015年，农机总动力达到10亿kW耕种收综合机械化水平达到60%以上(“十一五”末期为52%)，主要农作物生产全程机械化、农机工业和流通业快速发展，全面提高农机装备和作业水平，不断壮大农业机械化人才队伍，努力推动科技创新及技术推广，大力促进农机工业和流通业发展等方面的要求。以上政策给农业机械化发展注入了强心剂，会使农机自动化、信息化与智能化技术进程加快，在研发、生产、教育培训、推广、行政管理，宣传等方面，使计算机与农机化发展中的应用更具深度、更具有依赖性。我国大力发展高效农业必定促进计算机在农业机械化各领域的普及应用，也会促使农机化向优质、高效、安全、简便、经济、舒适的方向发展。总之计算机技术广泛应用于农机化领域，是我国乃至世界农机化发展的必然趋势。

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