机电一体化在农业机械设计制造中的应用分析

郝中波

（昆明冶金高等专科学校，云南 昆明 650033）

农业机械设计制造使用机电一体化技术，可以提高设计效率、优化设计效果。在机电一体化背景下，农业机械设计制造工作可应用专业技术保障产品质量，发挥不同类型技术在支持机电设计制造方面的积极作用。另外，农业机械设计制造的一体化模式，有利于提高农业机械的运行效率，节约农业机械设备的整体成本。

1 应用要点

1.1 体现智能化与自动化

智能化与自动化在机电一体化背景下，既是机电一体化发展的基本特征，又是农业机械设计制造应用机电一体化所需要凸显的主要优势。引入机电一体化技术，农业机械能够实现设计环节数据分析研究的自动化。同时，使用农业机械设备可实现自动化控制和智能化作业，这对于提高农业生产效率有重要意义。现阶段的农业机械设计制造中，具有典型智能化和自动化功能的产品包括智能化收割机和智能化拖拉机等。有了智能化和自动化技术的支持，农业机械设备的整体作业水平和精准度会显著提升。在机械设备应用时，其应用范围内的状态也能够达到自主纠偏、自主导航道路、自动控制等目的。这意味着在农业机械设计制造中应用机电一体化技术，能够从设计阶段到实践应用阶段提升农业机械设计制造质量和效率。

1.2 有效应用传感器设备

在自动化和智能化控制过程中，传感器是发挥核心作用的关键性设备。1）传感器设备能够实时监测农业机械设备的运行状态，并且将其运行过程中的数据信息传输至自动化控制系统，以便更加精准有效地调整其运行状态，保证其运行质量[1]。2）传感器设备能够对农业机械使用的环境进行实时监控分析，如环境中的温度、湿度调节工作以及土壤环境监测、病虫害监测工作等，都可应用传感器设备来完成。因此，在基于机电一体化技术进行农业机械设计制造过程中，有效应用传感器设备和相关关键技术，可以提高农业机械设计制造效果。

1.3 科学设计一体化控制系统

控制系统是实现农业机械智能化与自动化的核心部分。通过控制系统，农业机械能够根据作业环境和作业需求进行自动调整和控制。现代农业机械通常采用嵌入式控制系统，该系统具有可靠性高、稳定性好、实时性强等应用优势。另外，随着物联网技术的发展，远程控制和智能监控技术也逐步应用于农业机械中，在这一技术的支持下，机械设备运行时，可基于手机终端或电脑终端对设备进行远程控制，保证控制系统设计更加合理，取得更好的设备控制效果[2]。同时，能更大化降低设备运行成本，提高农业机械设备使用效果。

2 实践策略

2.1 卫星导航技术

卫星导航技术主要特征是高精度、高效率，能够准确定位、有效导航。在农业机械设计工作中，卫星导航技术的应用要点有以下方面内容。1）将卫星导航技术嵌入到农业机械控制系统中，获得更加准确的位置和导航信息，保证机械设备能够在更为复杂的农田环境中有效作业。2）借助卫星导航系统完成远程监控与远程数据采集工作。对于农户或农田管理人员来说，远程掌握相关的农田环境参数对于更好地落实农业生产工作有重要作用[3]。3）利用卫星导航技术与现代信息技术的有机结合，提升农业机械管理系统的智能化程度，从设备调试路径规划、设备故障诊断等方面入手，发挥出先进技术的作用，实现整个工作流程的自动化与智能化效果。4）利用卫星导航技术进行更加精准的自动定位，完成自动化的基础农业生产过程。例如，自动播种、自动施肥等。提高农业机械的自动化水平，控制人力资源成本。5）优化农业机械设计效果。应当充分考虑卫星导航技术的应用需求，从设备结构、设备系统控制优化等方面入手，确保卫星导航技术发挥集成作用[4]。

2.2 计算机辅助技术

计算机辅助技术有不同的类型，农业机械设计制造运用计算机辅助技术，应当首先做到精确选择相关技术，为取得更好的设计制造效果奠定基础。农业机械设计制造中可用的计算机辅助技术有以下几种类型。1）应用CAD 技术。应用CAD 技术可实现三维建模、参数优化设计等多方面目标。作为设计师，可基于虚拟环境对机械设计的效果和具体状态进行全面观察，以此为基础优化设计方案。2）应用CAE 技术。应用CAE 技术能够对设计方案的实际效果进行模拟仿真分析，从而进一步预测农业机械的结构强度和刚度。通过模拟观察，及时发现设计方面存在的潜在问题，为进一步减少后续试验与修改提供依据。3）应用CAM 技术。应用CAM 技术能够优化机械制造工艺，提升制造工艺的自动化和数字化程度，进而全面提升工艺的加工精度和生产效率。例如，数控机床、机器人等都可在这种技术的支持下发挥作用，完成复杂的农业机械零部件加工与装配，这也是提升机械设备性能的重要保障。

2.3 虚拟现实技术

虚拟现实技术在实践应用中也能够促进农业机械设计制造效果的优化与提升。具体来说，合理应用虚拟现实技术提升农业机械设计制造质量时，应把握以下要点。1）应用虚拟现实技术可进行机械设计的实时仿真与验证，避免传统设计中需要大量人工计算、试验的过程，能够降低技术开发成本，有利于缩减时间成本[5]。2）虚拟现实技术可模拟不同类型的复杂工况和环境条件，设计人员可基于不同的环境条件，对农业机械设备的性能和运行质量进行更加准确的检验与判断，从而优化设计决策方案。3）虚拟现实技术能够优化机械制造的整个流程。在发挥作用时，由设计人员对制造流程进行模拟观察，确保各流程的运行状态和技术关键点，随后，再进一步结合模拟结果，提出有效的优化策略。为保证虚拟现实技术的应用效果，还应当注重对设计人员和实操人员加大培训教育力度，保证其能够熟悉整体操作流程，提高设备运行的安全性和效率。4）虚拟现实技术有助于实现远程协作设计和制造，通过虚拟现实平台的联动作用，不同地区、不同部门的设计师和工程师可以实时共享和交互虚拟模型，进行协同设计和评审，这打破了地域和时间的限制，提高了团队协作的效率和响应速度。

2.4 设计监控技术

在机电一体化背景下，农业机械设计的监控技术是保证设计效果、了解机械设备运行状态的关键技术，通过实时监控能够及时发现和解决系统运行中的潜在问题，保证机械设备正常高效运行。设计监控技术在实践应用中，一般从以下方面发挥作用。1）做好多样化的数据信息监控分析工作，农业机械在作业过程中面临复杂多变的环境，具体数据信息包括区域地形、气候、作物种类等。通过使用设计监控技术能够实时监测机械的各项参数，如温度、压力、转速等，及时发现异常情况并进行预警。这有助于防止机械损坏并降低事故发生的概率，确保操作者的安全。2）利用设计监控技术能够提升农业机械作业效率，通过实时监测运行状态，对关键参数的精确度进行判断和总结，进一步在后续设计环节基于关键数据对机械设备系统进行优化设计，如可通过分析设备作业过程中的速度、轨迹、土壤湿度等关键信息，调整机械设备的基础运行参数，保证其作业效率得到提升[6]。

2.5 电子信息技术

现阶段农业机械设备的应用规模大，应用性能的实际要求也呈现逐步提高的趋势。因此，需要结合实际对设备运行状态进行实时监控，发现潜在安全隐患或潜在故障时，应当及时采取对应措施进行处理，这不仅有利于延长农业机械的使用寿命，也能够有效减少因故障引发的机械设备停运情况。应用电子信息技术可以对农业机械设备运行的状态进行监控分析，做好故障的预测与诊断工作，实现农业生产的全过程智能化控制。基于电子信息技术的核心功能，保证农业生产过程有24 h 无人值守的作业模式。例如，电子信息技术中的物联网技术就可使农业机械设备之间、机械与控制系统之间形成实时的数据交换状态，实现对农业生产过程的自动化控制。

3 应用趋势

在农业机械工程中合理运用机电一体化技术，促进了整个工程的技术创新，可以利用数字化技术对农业机械工程进行智能化控制，提高了设备整体自动化水平。同时，可以实现各种农业机械设备的搭配使用，能够联合作业，根据农业生产需要进行集成控制与管理，在不同的生产环节能够进行农业机械的灵活调配，使运行效率得以提升，可切实发挥农业机械设备的性能，对技术革新升级有着积极影响。

3.1 传感器与物联网技术的应用

机电一体化背景下农业机械设计制造中，传感器技术是最为典型的技术。这种技术的应用能够实现指令和信息的有效传输，提升农业机械设计制造质量。但在实践应用中，也需要对此项技术不断进行完善与更新，以便提升其使用效果。从未来发展的角度看，应当实现传感器与物联网技术的联动应用，并且进一步提升传感器技术的精度与稳定性，为农业生产提供更加精确有效的数据支撑[7-8]。同时，在广泛应用物联网技术的背景下，也能够促进农业机械设备运行过程中的联动，进而实现智能化协同作业目标。

3.2 人工智能与机器学习技术的应用

人工智能与机器学习技术在农业机械设计制造中的应用有非常重要的实践价值，有了该技术支持，农业机械设备在运行时可通过自主学习进行决策分析，如根据作业区域环境变化和作物需求进行自动化调整，而农业机械在机器学习技术的支持下，也可自动提取大批量信息，不断优化作业结果，这有利于提高农业生产的智能化水平、减小人工干预力度，也有利于降低生产成本。另外，有了人工智能技术和机器学习技术的支持，病虫害的识别分析以及农作物产量预测工作能够顺利推进，有利于为农业生产者提供更加全面科学的解决方案。

3.3 践行可持续绿色发展理念

机电一体化技术的应用可实现对农业机械的升级与优化，提高农业机械设备技术水平，让各类资源能源得到高效利用，但是资源能源的使用量逐渐增加，对环境也造成了一定破坏。因此，机电一体化技术在未来发展中，要从农业机械工程的可持续发展角度出发，政府和相关机构可加大对农业机械绿色制造的扶持力度，推动技术创新和产业升级，促进农业机械行业的可持续发展[9-10]。同时，加强对节能环保的重视，将绿色理念融入农业机械工程中，重视低能耗、低污染、低排放设备和产品的使用，以推动农业生产作业的良好发展，提高农业机械化生产中的生态效益。

4 结语

综上所述，在农业机械设计制造中应用机电一体化技术，可以从农业机械设备设计、制造、工艺流程全方位实现信息化分析和智能化控制，显著提升农机企业整体生产水平。同时，通过机电一体化在农业机械上的应用，有助于丰富农业机械的功能，提高农业机械作业效率，降低农业机械故障率，改善农业机械操作性能，推动农业机械化的发展，助力农业现代化。