机电一体化技术在农业机械中的应用探析

卢建勤

（广西机电工程学校，广西 南宁530007）

机电一体化又称机械电子学，由机械技术与计算机技术、微电子技术、信息技术、液压技术、自动控制技术以及其他技术融合的一门独立交叉学科。

机电一体化技术是综合机械技术与电子技术，并将二者集于一身的一项技术［1］，于20世纪70年代开始由德国引入农业生产发展［2］。我国在20世纪80年代开始逐步迈进农业机械化阶段，21世纪初，国家和各级政府推出各种惠农政策，提高了农技装备水平，改善了农技装备结构，农业机械机电一体化技术得到应用与推广［3,4］。在近几年科技发展中，特别是随着计算机信息化技术水平的不断提高，机电一体化技术交叉融合了计算机、机械、信息、传感检测、伺服传动、自动控制等技术，形成一个整体系统，有助于我国多领域、多行业实现自动化，降低相应成本，节约人力资源，提升企业经济效益，提高企业发展水平、发展速度，同时，使我国农业机械技术得到创新发展并成为整体农业发展的核心。

机电一体化技术应用于农业生产活动，推进农业向智能化、机械化方向发展，提高了农产品质量与作业效率。农业机械设备应用机电一体化技术在农业生产中具有重要作用，但依然存在不足。主要表现为农民缺少农业机械知识，在使用过程中会遇到各种困难；大型农机具价格贵、油费高等也限制了农业机械推广使用；我国地区差异导致农业机械品种较多，阻碍农业机械高质量发展；我国依靠进口国外相对昂贵的设备，限制了机械设备的大面积推广和使用；我国尚未健全农机产业化服务体系，农机服务尚未完整，限制了我国农业机械机电一体化发展［5］。文章通过分析总结农业机械机电一体化技术主要特征、应用与发展，以期为我国农业机械机电一体化技术推广应用与高质量发展提供参考。

1 机电一体化应用于农业机械的主要特征

1.1 多功能性

机电一体化技术充分融合了多种技术，这使得机电一体化技术有着极为强大的功能，可用于操作强度高的农业生产当中，将日常农业生产中遇到的诸多难题加以解决，可以满足具有不同需求的广大农户。在农业机电一体化操作系统中，将多种农业机械设施应用功能融入其中，根据生产所需对农业机械设备进行科学的操作和分配，推进农业机械高质量运行，使农业整体生产体系得到强化，为我国农业生产提供技术支撑［6］。

1.2 精准性

机电一体化技术具有强大的应用功能，其精密技术也得到了充分提升。这主要是机械一体化设备全面结合计算机、机电一体化以及传感器，使得各种干扰因素被有效控制和减少，农业机械设备精密度得到有效提高。另外，机电一体化技术应用于农业机械时，结合安装自我保护、自动监控以及自动报警等系统，降低伤害事故的发生，使农业机械化可靠性、安全性得到提升，可操作性能得到有效改良［7］。从总体来看，机电一体化通过全面结合计算机程序，提高了农业机械设备紧密度，实现农业机械机电一体化智能化生产。

2 机电一体化技术优化农业机械生产

2.1 优化农机维修过程

信息技术与电子技术应用于农业机械生产过程中，农机故障的检测和修理工作也随之更加科学和简便。大部分先进农机出现故障时，相应计算机都能够将故障代码显示出来，有关人员快速判断出故障产生原因以及位置，大大提高了农机整体维修效率和维修质量。此外，充分结合网络技术以及电子信息技术，可以帮助有关人员借助网络中的专家系统对疑难问题展开及时处理，同时还会生成维修农业机械设施的记录，为以后的同类型修理工作提供参考。

2.2 优化农业机械结构

从结构层面来看，大部分农业机械的整体结构都较为复杂。在以往，对农业机械动力传递以及功能设计需要应用大规模数据展开计算，为了农业机械设备的各项功能，会应用较为繁复的架构模式。机电一体化技术应用于农业机械设备后，运用大量电控原件替代老旧的功能机械，全面优化农业机械的整体结构，增强农业机械的整体功能。此外，先进的计算机技术与大量检测装置、传感器的科学配合，有利于帮助有关人员及时采集农业机械故障点，设计人员将这一系列配置视作优化农业机械整体结构功能的主要方向，更有针对性确保农业机械性能的全面提升［8］。

2.3 实现农机自动化驾驶

当前，先进的卫星导航技术主要融合了视觉识别技术、控制技术以及信息技术等，农业机械设备结合使用卫星导航技术，可使农业机械的定位更加精准、作业方案更加科学，同时有利于实时收集周边的相关信息数据。特别是农业机械设备在结合视觉识别技术以及传感器技术后，农业机械自动化操作、驾驶得以实现。全新的导航技术有着高精度的优势，将其应用在大面积的耕地活动当中，可形成高效的多类型农业机械混合作业或者分组作业等新模式，方便有关部门日常管理农业生产工作，对提高农业生产效率十分有利。

2.4 动态检测农业机械状况

在电子信息技术全面发展新时期，农机领域借助电子信息技术，农机驾驶员可以及时查阅到有关资料，对农机构成、原理加以了解，全面掌握农业设备自动化水平，提高农机生产水准、效率。另外，借助电子信息技术，驾驶人员可以整合有关数据，了解机械近期工作状况、维修记录等，最终实现动态检测及掌握农业机械工作状况。

3 机电一体化技术在农业机械中的应用

3.1 虚拟技术的应用

虚拟现实技术综合了计算机图形学、多媒体技术、图像处理与模式识别、智能接口技术、传感器技术。农业机械中应用到的虚拟技术一般以用户的实际设计要求为基础，对三维立体世界加以构建［9］。虚拟技术在农业机械产品的外形设计、农业机械的模拟装配、产品仿真、农产品性能检测均得到充分应用。农业机械设计中存在的各种缺陷在应用虚拟技术中得到解决，虚拟技术的应用还提升了农业机械性能，提高农业产值。

今后，虚拟技术将在大规模的农田、果园、茶园生产与采摘中提供重要帮助，虚拟化技术的应用有助于提高农田集约化生产经营，助推智慧农业快速发展［10,11］。

3.2 GPS技术的应用

农业机械应用精准度较高的GPS技术，主要是利用GPS技术、超声波技术、传感器技术，并且对设计参数、三维坐标、农业机械仪表显示参数等进行精准反馈，将其显示到相应计算机或者显示器当中［12］。目前GPS技术在农业上的应用范围较窄，一般应用于大型农场当中，对农业机械设施进行精准定位，了解农业机械工作状况，现场工作人员能在第一时间掌握异常和故障，提高了农业机械工作效率和农业机械稳定性。

目前，我国一些地区有着较高的农机机电一体化水准，这些地区也研制了先进的飞防系统，其在农业生产工作中同时应用两台GPS接收机。在此过程中，接收机不仅可以检查已知定位的实际坐标，查明其定位误差，还能够及时制定修正误差值的方案，进而消除农机生产误差，提升农业生产的精度。

GPS技术在农业机械上的应用，突出表现在农机运输和农机具导航、虫害杂草灾害监测、播种施肥方面的应用，无人机驾驶拖拉机方面的应用，农业机械跨区管理，例如断油断电或锁定［13］。

3.3 计算机辅助设计技术的应用

计算机辅助设计技术集网络通讯、数据库和计算机制图于一身，借助计算机辅助设计技术设计农业机械设施，对相关设计内容展开全面优化，并将最终设计结果直接输出，使相应设计效率、质量都有所提升，进而缩短研发周期，促使农机空间的作用力学、动力学与运动学等结合，对物料运行轨迹展开模拟，在设计阶段便可将立体三维模型构建出来，最终优化设计参数，使相应设计水准得到有效提升。

计算机辅助技术的三维参数化主要应用在农业机械复杂曲面零件设计中，常见农业设备有犁体曲面、旋耕机旋刀、水泵叶轮、螺旋输送器等［14］。

3.4 计算机监控技术的应用

以前，农业机械设施驾驶员为确保农机工作平稳，时刻注意农业机械设施工作状态，以便及时对农业机械异常状况和问题等进行预判，这就需要驾驶员在监控各种机械仪表时结合自身工作经验才能发现、解决问题［15］。将机电一体化技术应用到农业机械动态监测工作后，农业监测工作实现多样化，农业机械除了配备传统机械仪表，其配备的先进液晶仪表对其机械工作状况进行动态监控，农业机械设备驾驶人员查看液晶仪表中各类信息数据，直观了解和掌握农业机械实际工作状况，通过有关参数，第一时间对农业机械工作状况进行调整。

常见监控技术用于农业机械设备主要表现在，播种监控仪表能够显示出报警功能、播种量、电源状况以及播种面积等诸多信息。农业机械设施安装高清摄像头设备，其能够将相应农业机械关键位置的运行状况及时反馈到显示屏上，机械设备驾驶人员可以在第一时间掌握其农业机械工作状态。

3.5 先进电子信息技术的应用

当今，农业机械设备已经充分融合了电子信息技术，先进的电子信息技术可以帮助农机实现通信、监管、诊断故障以及控制等，确保了农机的操作符合标准，同时也减少了人为因素的影响，使农业生产的条件获得良好改善。农机设备充分结合先进信息技术突出表现在将独立的微处理器电控单元配置在农机设备当中，使其日常工作实现智能化、自动化。此外，在信息技术不断提升过程中，农机接口也实现了通用化，其中常用的联合收割机、拖拉机等的接口实现了标准化。

3.6 其他机电一体化技术的应用

除了虚拟技术、GPS技术、计算机辅助设计技术、计算机监控技术、电子信息技术应用于农业机械设计，有关农业机械技术人员还利用CAD技术对其平面运动、空间多作用力以及农业物料空间运动进行分析，对农业物料运动轨迹加以确定，综合设计联合收获机与构建设计犁体数学模型。此外，采用CAD技术实现复杂农业机械设计计算和工程分析以及自动化绘图和交互式绘图极为普遍［16］。

4 发展农业机械机电一体化建议

机电一体化技术发展是无止境的，我国要加强发展农业机械机电一体化，需要积极宣传机电一体化技术的优越性，加大资金及服务扶持力度，加强机电一体化技术在我国农业机械领域应用力度，使机电一体化应用系统在农机领域趋于标准化模块化［17］。

4.1 加强我国农业机械机电一体化技术研发资金、技术和政策扶持

越来越多农民认识到先进的农业机械设备给农业生产带来便利，有些农民或一些农业种植大户购买了机电一体化农机设备，因操作技能欠缺，导致设备闲置或者使用率不高；也因农机设备价高，单一的农户或者种植户无法承担，需要贷款购买，这就需要地方政府部门适时统筹新型农业机械设备在技术服务和资金上给予扶持和鼓励。

同时，国家应推进必要的科研项目，研发短缺的先进农业机械机电一体化产品，并促使其成果转化，减少进口国外设备，特别是国外昂贵的先进设备，对我国发展农业机械机电一体化具有重要推动意义。

4.2 因地制宜，发展农业机械机电一体化技术

我国地形多样，西部以山地、高原和盆地为主，东部以平原和丘陵为主，各地区适用农机设备各不同。山地农机设备多以轻便的小型农机为主；平原地区因为地势平坦，农作物成片种植，使用大型农机设备为主；丘陵地区也有适用于它自己的农机设备。因为地形的多样性形成了我国农机设备的多样性，经济条件较好的地区，对农业机械投入较高，农业机械化水平发展较快；经济发展欠缺的西部，对农业机械投入少，农业机械化水平低，东西部农业机械化水平差异大，这就要求国家在资金和政策上给与扶持，根据不同的区域研发、推广、发展适用于本地区的农业机电一体化设备［18］。

4.3 健全我国农机产业化服务体系

健全我国农机产业化服务体系，特别是基层农业技术服务，在现有的乡镇农业服务站设立农业机械培训室、农业机械产品展示棚、农业机械使用示范区、以及汽车标准化路考桩考等辅助设施等，落实农业机械机电一体化培训需要，切实提高农民使用农业机械设备工作质量。健全的农机产业化服务体系是我国发展农业机电一体化基础条件［19，20］。

5 结论

机电一体化技术应用于农业机械设备具有多功能性、精准性等特征，它优化农机维修过程，优化农业机械结构，实现农机自动化驾驶，动态检测农业机械状况。当前，虚拟技术、GPS技术、计算机辅助设计技术等广泛应用于农业机械设备生产。随着当今科学技术的发展，农业机械机电一体化技术取得了长足的进步，结合我国自身实际情况，对我国农业机械机电一体化发展中出现的问题落实改进措施，才能推动我国农业生产向着全程自动化、机械化方向发展，推进农机设施为我国农业生产发挥更大的作用。