自動化技術在農業機械設計制造領域的實踐

王 敏

（黑龍江工商學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

農業機械化水平對農業生產效率有著顯著影響，而農業機械設計制造水平關系農業機械化水平。傳統農業機械設計制造處于半自動化，如采用的焊接、數控機床等需要通過人工完成操作，雖然與人工模式相比，可以提升農業生產效率，但伴隨農業機械需求量不斷增加，這種設計制造模式的生產效率無法滿足日益增長的需求量，并且半自動化模式仍存在一定的安全風險[1]。在農業機械設計制造領域，若要提升農機設計制造水平和質效，仍需要從技術層面著手。自動化技術有利于促進半自動化模式轉變為自動化模式，使農機設計制造中存在的安全隱患得以規避，同時也能夠提升農機設計制造的精準性和穩定性，減少因人為操作產生的誤差和風險，并提高農機設計制造效率。因此，本研究著重對當前主流自動化技術在農機設計制造領域的實踐應用進行分析，并對自動化技術在此領域中的應用趨勢進行探究。

1 自動化技術應用價值

1.1 提升農業機械化水平

農業機械化是農業生產力水平的具體體現，只有不斷提升農業機械化水平，才能夠實現農業生產力的整體水平提升。農機作為農業機械化的重要器械設備，其設計制造的精良程度和功能直接影響到農業機械化水平。自動化技術在農機設計制造中的應用，不僅僅體現在農機設計制造時使用的設備上，而且還體現在集成于農機設備上的自動化技術上[2]。從農機設計制造使用設備方面來看，將自動化技術應用其中，既能夠提升農機設計制造的效率，又能夠實現農機的精準設計、精準制造，確保設計與制造協調統一，從而提升農機的精良程度；從農機設備集成自動化技術方面來看，將一些自動化技術應用于農機設備結構上，能夠豐富農機的功能，提升農業生產的效率和精細化程度。由此可見，在農機設計制造領域應用自動化技術可以提升農業機械化水平。

1.2 提升農業機械設計制造質效

自動化技術通常是以無人化操作的形式開展農機設計制造的，由操作者預先設定設計制造的程序，并運行該程序，從而實現對農機的精準設計和制造，相較于以往人工或是半自動的生產模式，能夠有效避免人為習慣性操作或是忽略細節操作造成的農機設計制造不精準、粗糙等問題，同時保證了農機設計制造的安全性，避免因安全事故發生導致農機設計制造進程和效率受到影響[3]。因此，自動化技術的應用可以提升農機設計制造的質效。

1.3 降低農業機械設計制造成本

將自動化技術應用于農機設計制造可有效提升農機生產效率，使單位時間內生產的農機數量增多，有效降低時間成本。同時自動化技術的應用解放了勞動力，使農機生產企業雇傭的工人數量減少，從而使人工成本得以降低[4]。雖然農機生產企業在前期引進自動化設備時需要花費較大的改造成本，但是自動化設備一旦投入使用，不僅能夠節約人工成本，而且還能夠準確使用生產材料，節約材料費用，同時也能夠避免因設計制造質量問題出現的返工情況，減少資源浪費。因此，在農機生產制造中應用自動化技術能夠有效降低農機設計制造成本。

2 自動化技術應用實踐

2.1 農機設計自動化技術的應用

農機設計是農機制造的前提條件，只有設計出標準的、精細的農機設計圖，才能夠保證農機制造的精確化、標準化。以往開展農機設計最初是采用手工繪圖，并以平面圖紙的形式展示出來，在設計上由于人為的疏忽易造成誤差[5]。CAD 技術出現后，農機設計開始采用CAD 進行繪圖，雖然能夠較大程度地提升設計的精確性，在一定程度上規避了人為因素出現的設計誤差，但是產出的設計圖紙仍為2D 平面圖，對于一些精細的零件和隱蔽的設計位置難以展現出來。利用自動化技術可以實現3D 建模設計，通過構建3D 模型形成3D 效果圖，并且可以在計算機界面上對模型進行旋轉、放大，從而對農機的細節設計進行全方位的了解。例如，在對一種播種機進行設計時，可以通過計算機軟件構建3D 效果圖，在對設計圖進行審查時，可以通過3D 效果圖快速發現設計缺陷，從而及時對設計圖進行整改，避免在農機制造環節出現問題，從而確保農機設計和制造的質量。

2.2 檢測和包裝自動化技術的應用

自動化農機需要全面覆蓋從農作物種植準備到收獲的全過程，而農作物種子的檢測、包裝和運輸也可以使用自動化技術完成?？梢允褂米詣訖z測技術和自動包裝機器實現自動化生產，所用農機還可以使農產品生產加工的整個流程實現標準化，確保農產品的質量，使農產品競爭力得以提升[6]。例如，某農業生產企業原來對農產品進行包裝時，只是使用透明塑封袋進行真空塑封，導致農產品在運輸時經陽光照射易出現變質、漲袋等問題，嚴重影響品質。將自動化技術應用到農產品檢測和包裝之中，可以在包裝前對農產品進行全面檢測，及時發現變質或是即將變質的農產品，將其挑出后進行規范化包裝，并將具體的標注信息打印在包裝上，從而提升農產品整體品質，使產品競爭力得以提升。

2.3 柔性自動化技術的應用

利用柔性自動化技術能夠在農機物料運輸系統與存儲系統之間進行合理協調，從而使處理的對象能夠達到技術應用相關要求。針對農機設計制造采用的柔性自動化技術而言，通?？梢允褂糜嬎銠C完成對信息的控制以及數據的監視，同時還可以對制定的生產計劃進行合理調整，之后再發送指令對生產操作進行協調[7]。除此之外，還可借助柔性自動化技術對農機設計和制造使用的生產資料進行運輸和存儲。例如，在生產車間對農機進行制造時，制造企業可以根據訂單量利用柔性自動化技術對生產線的生產速度進行調整，在訂單量比較少的情況下，可以將生產線的生產速度減緩，生產人員發現生產速度減緩后，可以抽出部分人員開展其他工作，從而降低資源消耗和人力成本，提升效益。

3 PLC技術在農機設計制造中的應用

3.1 PLC技術在農用拖拉機中的應用

農用拖拉機是農業生產中使用頻率最高的一種農業機械設備，在對其設計制造時可以利用PLC 技術實現該農機電氣結構的優化，從而使拖拉機在實際使用中的效率提升[8]。在農用拖拉機總成之中，機械油壓屬于常見的一種連接方式，有些拖拉機也會采用電子油壓，兩種方式均能夠通過計算機操控控制閥，使農用拖拉機運行的穩定性得以提升。當機械油壓具備良好的運行狀態時，拖拉機的運行速度也比較高，且比較穩定，能夠使農用拖拉機實現自動化操控，而電子油壓則仍需在實踐中應用探索。PLC 在農用拖拉機中的應用還能夠實現拖拉機的自動化控制。例如，使用拖拉機進行農田耕整時，可以利用PLC 對拖拉機的工作時間、行駛速度、耕作深度等進行自動化控制，使農田耕整的工作效率得到提升。

3.2 PLC技術在水稻播種機中的應用

播種機的種類比較多，水稻播種機便是其中一種，使用PLC 技術可以在機械進度方面實現自動化，同時也能夠對種子的播種數量進行精確控制，使種子的成活率以及回放效率得到有效提升，使水稻生長環境得以改善。但PLC 技術在實際應用時還需要與傳感器技術、GPS 定位技術結合使用，從而確保水稻播種機實際運行的穩定性。例如，在附帶PLC 技術的水稻播種機進行水稻種植時，可以通過距離傳感器對水稻栽植的間距進行合理控制，同時通過GPS 定位技術實現自動行駛。

3.3 PLC技術在微灌設備中的應用

微灌系統可以采用PLC 技術對土壤的溫度和濕度進行實時監測，同時也可以對農作物長勢進行監測，根據監測結果確定是否開啟微灌系統[9]。例如，在對農田進行灌溉時，當PLC 監測到土壤水分不足，便會通過PLC 自動開啟微灌系統，當灌溉到一定程度時，PLC 會監測到土壤水分充足，此時會自動關閉微灌系統，從而實現自動化灌溉。

3.4 PLC技術在谷物烘干機中的應用

PLC 技術應用于谷物烘干機之中，可以對谷物烘干展開實時監控，并通過熱風量對機械操作進行自動化控制。若通過PLC 監控到糧食烘干達到相應標準，則PLC會將烘干機自動關閉，從而有效避免事故發生。

4 集成系統在農機設計制造中的應用

在當前農機設計和制造中，集成系統也較多地應用到了實際農機設備之中，實現了加工系統的集成化，將集成系統應用到農機制造領域，可以利用信息工程技術將農機結構簡化，促進農業信息化[10]。例如，農機制造企業在開展農機設計制造時，可以通過數據庫與計算機網絡之間的連接，使農機生產和農機管理深度融合，進而提升農業生產質量。通過系統集成，可以實現農業機械設備的自動化操作，提高作業效率和工作質量。同時，系統集成還可以優化農業機械設備的運行參數，降低能耗，延長設備使用壽命。

5 農業機械設計制造領域應用自動化技術的趨勢

5.1 3D打印技術在農機設計制造中的應用

3D 打印技術在農機設計制造中尚處于推廣階段，但該技術一旦在農機設計制造中應用，將會極大地提升農機設計制造效率。例如，當要對某種農業機械進行定制時，可以在短時間內使用3D 打印機將該定制機械打印出來。當前農業機械設計制造對3D 打印技術的應用主要是對農業機械的仿形結構進行設計。今后該技術可以應用于模型定制。如在農田中無法確定播種機的撒籽橫向寬度時，可以在現場使用3D 打印技術對播種機的模型進行打印，通過模型比對種植地區實際的播種寬度要求，從而精準化、定制化設計播種機。此外，還可以將3D 打印技術應用于零件更換、室內園藝、城市農業等方面。

5.2 大數據及人工智能技術在農機設計制造中的應用

大數據和人工智能技術在農機設計制造中的應用，可以進一步提高農機自動化水平，使今后使用的自動化農機可以對環境信息進行感知，并收集大量的農業生產數據用于農機設計制造；可以借助大數據技術開展農業生產分析，對病蟲害、干旱等災害進行預測；能夠對農作物每一個生長階段進行識別，從而為農業生產發揮輔助作用。此外，大數據以及人工智能技術在農機設計制造中的應用還有利于促進智慧農業的發展。

6 結語

綜上所述，農業機械設計制造是一個復雜、繁瑣的過程，基于當前用戶對農機的使用需求，需要將自動化技術合理應用于農機設計制造之中，使農機運行更加高效化，同時提升農機的設計制造效率，降低農機制造成本。此外，可以將農機設計制造使用的自動化技術與大數據、云計算、人工智能、3D 打印等先進的科技融合，從而使農機設計制造的效率更高。