自动化在农业机械制造中的技术探讨

蒋建洲

（江西制造职业技术学院，江西 南昌 330095）

近年来，我国已基本实现了农业全程机械化生产，为了进一步助推我国农业农村现代化，广大科研工作者充分利用现代信息技术，将物联网、自动化技术与农业机械相结合，推动我国农业种植向智能化、自动化方向发展。农业机械化不仅改变了传统农业生产方式，更提高了生产效率，实现了标准化、高效化的耕种，减轻了农民的劳动强度[1]。

1 全国农业机械化发展现状

根据《中国农业机械化发展白皮书2021》中的数据，全国2021年农作物耕种机械化率增长迅速，现已达到了平均72.03%的综合机械化率，相较于2020年提高了0.78个百分点。在耕地方面引入机械作业率为86.42%，机器播种率为60.22%，机器收割率为64.66%。粮食作物的综合机械化率有快速增长趋势，水稻、玉米、小麦等常见农作物耕种收综合机械化率较高，如图1所示，其中以大中型拖拉机为主。另外，北斗、5G等信息技术逐渐成熟并投入到了农机装备生产一线，加装北斗卫星导航的大中型收割机已有60多万台投入农业生产，植保无人机9万多架，比上年增长39.22%。

图1 常见作物耕种收综合机械化率

2 自动化技术在农机设备方面的应用

2.1 诊断机械故障

农业机械设备在开展项目作业的过程中，无法完全避免的就是设备的故障问题。由于农田作业环境比较恶劣、障碍物较多，农业机械难免会出现问题，若是设备出现比较常见的问题，都是通过仪器来进行检查再诊断，但是这样的检查效果并不好。如果出现了一些复杂的零件损坏问题，人工和仪器都很难检测，无法有效进行诊断，很可能会引发一系列的安全隐患，严重时会造成内部精密零件的损坏。利用农业自动化技术能够准确分析系统所提供的信息，并通过分析得出设备出现的常见问题及其原因，从而制定相应的解决方案，提高诊断率[2]。

2.2 自动控制配电系统

自动化控制技术的核心部分就是可编程的逻辑控制面板，它最重要的作用就是能够将整个电网连接起来，确保电网的正常运转。在农业自动化技术发展的过程中，可编程逻辑控制面板逐步取代了机电控制面板，实现了对配电系统的自动控制，成为目前农业机械设备应用的重要组成部分，可以保证整个农业生产过程的顺利。

2.3 提高农业机械的安全性和灵活性

以往的农机自动化技术主要是依靠技术工人进行实际的操作，并且农机传统的自动化仅限于几个较为简单、单一的技术动作。随着信息技术的飞速发展，计算机技术、物联网技术逐渐渗透到各行各业，也为我国农业机械自动化的发展作出了巨大的贡献。通过将技术人员设计好的算法应用到农业机械设备中，可以进行一些较为复杂的工作，相对于传统的自动化控制技术来说，不仅在技术层面进步较大，还可以保障操作者的安全，机械的灵活性更强，缩短了作业时间，大大提高了农机的工作效率[3]。

2.4 智能化监控温室大棚

在温室大棚内种植的作物，大部分是较为娇贵的品种或者反季节蔬菜水果，这类作物对温度和湿度的要求非常高，若是外界自然环境满足不了作物的生长需求，就需要靠人工来进行温度和湿度等的调节，以此来保障所有作物的正常生长。并且，温室大棚内的温度、湿度要完全按照作物的生长规律调节。基于此，温室大棚内的自动化检测设备能够起到良好的监控作用，实时检测棚内整体的温湿度，操作人员可通过远程系统对棚内进行自动化灌溉、温度调节，仅仅需要1~2人，就可以实现对大棚的全面管理。这样不仅降低了人力资源的成本，节约了时间，而且整个大棚的生长环境也都能够满足农作物的生长需求。目前，大部分的温室大棚接入了自动化监控设备，整体的工作效率都得到了提高。另外，自动化检测设备不仅能够监控作物的生长状态和发育过程，还可以根据实时情况开展自动灌溉或喷药工作[4]。若是某一区域的植物极度缺水，监控设备检测到后，会自动进行灌溉工作；若是发现病虫害，就及时喷洒农药。通过监控，最大程度上降低了农作物的损耗。

2.5 自动化节水灌溉

在生产中，农作物需要根据当地的气候环境、地理条件等定期进行灌溉。每种作物的生长周期不同，所需要灌溉的综合水量也不同。由于我国特殊的地理环境，很多地区较为干旱，年降水量不足，大部分作物都需要人工来浇灌，虽然能够满足作物的需求，但是效率不高，而且会浪费大量的水。采用自动节水技术装备，既能合理地降低人力、物力和时间，又能节约水资源。自动节水装置配有自动传感器，能利用计算机技术对作物进行动态监测，分析作物的生长状态是否缺水，选择合适的时间进行浇水，同时还能够智能设置供水量，选择浇水方式，包括喷灌、滴灌等。这样既能保证水分的充分利用，又能保证作物的正常生长，避免因浇水不足或者浇水过量而造成损失[5]。

2.6 其他应用

卫星遥感技术是通过机器的传感器，对周围的物体进行感应，处理汇总信息并传递信息，对信息进行全面、深入的分析，保障测量的精确度。遥感技术应用于农业领域的范围较广，包括但不限于土地、水、森林、草原等资源信息的收集、处理，可每天24 h工作，成本较低，覆盖的领域较广[6]。遥感技术能够快速检测到100 m~800 m范围内的信息，并通过成像技术传递给操作人员以便掌握实时数据。农业自动化技术可以应用于不同的方面，不仅仅局限于温室大棚的管理中，更多的是应用到农业机械的研发生产上，将现代农业技术与计算机技术进行融合，以实现自动化、精准化作业。例如，2BS-JT10型精密蔬菜播种机，集合了土地整理、播种、覆土以及压实等流程，更能够同时进行10行播种，工作效率非常高，节约了90%以上的人力。安装北斗导航系统的拖拉机在整地收割方面的精准度有了较高提升，作业期间，能够将直线误差控制在±2.5 cm/100 m，使广大农民亲身体验到了农业自动化技术的便利。

3 农业机械自动化发展短板

3.1 区域发展不平衡

我国地域辽阔，地势复杂，这给农业机械化的普及带来了不小的难度。大部分的农业机械在平原、丘陵都能够很好地进行作业，但是到了山地崎岖路段，状况频发。同时，农机的创新发展问题突出，为了平衡我国南北地域之间的发展差异，必须加大科技、资金力量的投入，研发出更多适合在丘陵山区工作的农业机械。

3.2 设施装备发展不均衡

如今，我国的农机以中小型为主，主要用于耕种、收割，缺少秸秆处理、田间杂草处理机器等。常用于小麦、玉米等农作物的田间作业，特色农牧少，例如当前种植藕，从耕种到采摘，都需要人力来完成，没有专业的农业机械。针对农机装备发展不均衡、研发力度不够等问题，我国还需要进一步调整农机研发资源结构，引入高技术型人才，促进我国农业机械化继续向前推进[7]。

3.3 农业机械创新能力不足

当前我国农业设备制造企业研发力度不够大，据了解，农业机械相关企业的研发能力较弱，甚至有的企业一年的专利仅有一两个，远远不够支撑创新能力的提升。当然，企业与科研单位的研发不仅仅需要资金和技术上的支持，重型智能机器由于其自身的研发难度，还有很多难题需要科研人员来攻克。与此同时，外国的知名品牌高度垄断市场，也增添了我国农业机械创新难题[8]。

4 推进农业机械自动化发展的策略

4.1 加大农机科研投入

随着改革开放的深入，我国的农业机械研究水平也有了一定的提高，许多优秀的高效自动化技术、系统智能化程度较高的农业机械早已进入农机消费市场，在整体上推动了农业机械自动化技术、智能化系统的发展。但是与欧美发达国家相比，我国的农机自动化水平和智能化水平仍较为落后，发展的道路还很长。因此，国家应该加大农业科技研发投入，制定相关的奖励措施，给予农业科技研发充足的资金和资源，鼓励农业科技工作者努力研究，开发出符合中国农业生产规律的高效、自动化、智能化的农业机械，同时提高科技成果转化利用效率，保证科技成果能被充分利用，发挥出其自身价值。

4.2 对传统农机进行自动化改造

当前，在我国的农业生产中，使用了许多常规农机，有些农机已经达到了半自动化的水平。要加快农机自动化技术的发展，必须结合当前农机的实际情况以及当前农机的特点，对现有农机进行智能化、自动化水平的提升。尤其是在大中型农机上，进行自动化技术和智能化系统的更新，可以大大提高农机的工作质量和工作效率，同时也可以减少购置自动化设备的成本[9]。在进行传统农业机械自动化技术的升级和改造时，要注意与原有的机器设备特点相结合，以保证自动化系统和装备的可靠运行，保证其安全性。

4.3 扩大农业机械自动化的发展领域

在农业生产领域开发自动化技术，可以有效地提升我国现有的农业生产效率，而在农业机械化发展过程中，还要扩大自动化和智能化的范围，扩大到所有的工业领域，不仅包括农产品加工、贮藏及畜牧养殖、水产业、林业等行业，还要使农机自动化技术在更多的行业发挥出应有的作用。

4.4 推广节约型、环保型自动化农机装备

在灌溉方面，农业机械不仅要保证相关的设备能够分析土壤中的水分含量，还要对灌水时机、灌水量进行智能识别与自动化操作，符合节约用水的原则，提高水资源的综合使用率，减少水资源的浪费。与此同时，在收获季节，也要针对收割机进行设计与规划，不仅要提高农产品的收割率，而且要降低对周围环境的污染程度[10]。另外，机械本身更要重视装备的节能水平，降低能耗，达到节约燃料的目的。

5 结论

综上所述，农机自动化技术是我国农业信息化建设发展的基础，具有重大的现实意义。目前，我国在农机自动化控制、浇灌、收割等方面的研究较为深入，取得了很好的成果，为提高农业生产效益和产业化水平打下了坚实基础。但在农业机械自动化技术的研发和应用方面，与发达国家相比，还有很大的差距。因此，科研工作者应该紧抓研发，综合发展农机自动化技术研究，进一步提高计算机视觉技术、施肥灌溉等方面的研究水平，为我国农业的现代化发展提供强有力的支撑。