自动化技术在农业机械设计制造领域的实践

王 敏

（黑龙江工商学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

农业机械化水平对农业生产效率有着显著影响，而农业机械设计制造水平关系农业机械化水平。传统农业机械设计制造处于半自动化，如采用的焊接、数控机床等需要通过人工完成操作，虽然与人工模式相比，可以提升农业生产效率，但伴随农业机械需求量不断增加，这种设计制造模式的生产效率无法满足日益增长的需求量，并且半自动化模式仍存在一定的安全风险[1]。在农业机械设计制造领域，若要提升农机设计制造水平和质效，仍需要从技术层面着手。自动化技术有利于促进半自动化模式转变为自动化模式，使农机设计制造中存在的安全隐患得以规避，同时也能够提升农机设计制造的精准性和稳定性，减少因人为操作产生的误差和风险，并提高农机设计制造效率。因此，本研究着重对当前主流自动化技术在农机设计制造领域的实践应用进行分析，并对自动化技术在此领域中的应用趋势进行探究。

1 自动化技术应用价值

1.1 提升农业机械化水平

农业机械化是农业生产力水平的具体体现，只有不断提升农业机械化水平，才能够实现农业生产力的整体水平提升。农机作为农业机械化的重要器械设备，其设计制造的精良程度和功能直接影响到农业机械化水平。自动化技术在农机设计制造中的应用，不仅仅体现在农机设计制造时使用的设备上，而且还体现在集成于农机设备上的自动化技术上[2]。从农机设计制造使用设备方面来看，将自动化技术应用其中，既能够提升农机设计制造的效率，又能够实现农机的精准设计、精准制造，确保设计与制造协调统一，从而提升农机的精良程度；从农机设备集成自动化技术方面来看，将一些自动化技术应用于农机设备结构上，能够丰富农机的功能，提升农业生产的效率和精细化程度。由此可见，在农机设计制造领域应用自动化技术可以提升农业机械化水平。

1.2 提升农业机械设计制造质效

自动化技术通常是以无人化操作的形式开展农机设计制造的，由操作者预先设定设计制造的程序，并运行该程序，从而实现对农机的精准设计和制造，相较于以往人工或是半自动的生产模式，能够有效避免人为习惯性操作或是忽略细节操作造成的农机设计制造不精准、粗糙等问题，同时保证了农机设计制造的安全性，避免因安全事故发生导致农机设计制造进程和效率受到影响[3]。因此，自动化技术的应用可以提升农机设计制造的质效。

1.3 降低农业机械设计制造成本

将自动化技术应用于农机设计制造可有效提升农机生产效率，使单位时间内生产的农机数量增多，有效降低时间成本。同时自动化技术的应用解放了劳动力，使农机生产企业雇佣的工人数量减少，从而使人工成本得以降低[4]。虽然农机生产企业在前期引进自动化设备时需要花费较大的改造成本，但是自动化设备一旦投入使用，不仅能够节约人工成本，而且还能够准确使用生产材料，节约材料费用，同时也能够避免因设计制造质量问题出现的返工情况，减少资源浪费。因此，在农机生产制造中应用自动化技术能够有效降低农机设计制造成本。

2 自动化技术应用实践

2.1 农机设计自动化技术的应用

农机设计是农机制造的前提条件，只有设计出标准的、精细的农机设计图，才能够保证农机制造的精确化、标准化。以往开展农机设计最初是采用手工绘图，并以平面图纸的形式展示出来，在设计上由于人为的疏忽易造成误差[5]。CAD 技术出现后，农机设计开始采用CAD 进行绘图，虽然能够较大程度地提升设计的精确性，在一定程度上规避了人为因素出现的设计误差，但是产出的设计图纸仍为2D 平面图，对于一些精细的零件和隐蔽的设计位置难以展现出来。利用自动化技术可以实现3D 建模设计，通过构建3D 模型形成3D 效果图，并且可以在计算机界面上对模型进行旋转、放大，从而对农机的细节设计进行全方位的了解。例如，在对一种播种机进行设计时，可以通过计算机软件构建3D 效果图，在对设计图进行审查时，可以通过3D 效果图快速发现设计缺陷，从而及时对设计图进行整改，避免在农机制造环节出现问题，从而确保农机设计和制造的质量。

2.2 检测和包装自动化技术的应用

自动化农机需要全面覆盖从农作物种植准备到收获的全过程，而农作物种子的检测、包装和运输也可以使用自动化技术完成。可以使用自动检测技术和自动包装机器实现自动化生产，所用农机还可以使农产品生产加工的整个流程实现标准化，确保农产品的质量，使农产品竞争力得以提升[6]。例如，某农业生产企业原来对农产品进行包装时，只是使用透明塑封袋进行真空塑封，导致农产品在运输时经阳光照射易出现变质、涨袋等问题，严重影响品质。将自动化技术应用到农产品检测和包装之中，可以在包装前对农产品进行全面检测，及时发现变质或是即将变质的农产品，将其挑出后进行规范化包装，并将具体的标注信息打印在包装上，从而提升农产品整体品质，使产品竞争力得以提升。

2.3 柔性自动化技术的应用

利用柔性自动化技术能够在农机物料运输系统与存储系统之间进行合理协调，从而使处理的对象能够达到技术应用相关要求。针对农机设计制造采用的柔性自动化技术而言，通常可以使用计算机完成对信息的控制以及数据的监视，同时还可以对制定的生产计划进行合理调整，之后再发送指令对生产操作进行协调[7]。除此之外，还可借助柔性自动化技术对农机设计和制造使用的生产资料进行运输和存储。例如，在生产车间对农机进行制造时，制造企业可以根据订单量利用柔性自动化技术对生产线的生产速度进行调整，在订单量比较少的情况下，可以将生产线的生产速度减缓，生产人员发现生产速度减缓后，可以抽出部分人员开展其他工作，从而降低资源消耗和人力成本，提升效益。

3 PLC技术在农机设计制造中的应用

3.1 PLC技术在农用拖拉机中的应用

农用拖拉机是农业生产中使用频率最高的一种农业机械设备，在对其设计制造时可以利用PLC 技术实现该农机电气结构的优化，从而使拖拉机在实际使用中的效率提升[8]。在农用拖拉机总成之中，机械油压属于常见的一种连接方式，有些拖拉机也会采用电子油压，两种方式均能够通过计算机操控控制阀，使农用拖拉机运行的稳定性得以提升。当机械油压具备良好的运行状态时，拖拉机的运行速度也比较高，且比较稳定，能够使农用拖拉机实现自动化操控，而电子油压则仍需在实践中应用探索。PLC 在农用拖拉机中的应用还能够实现拖拉机的自动化控制。例如，使用拖拉机进行农田耕整时，可以利用PLC 对拖拉机的工作时间、行驶速度、耕作深度等进行自动化控制，使农田耕整的工作效率得到提升。

3.2 PLC技术在水稻播种机中的应用

播种机的种类比较多，水稻播种机便是其中一种，使用PLC 技术可以在机械进度方面实现自动化，同时也能够对种子的播种数量进行精确控制，使种子的成活率以及回放效率得到有效提升，使水稻生长环境得以改善。但PLC 技术在实际应用时还需要与传感器技术、GPS 定位技术结合使用，从而确保水稻播种机实际运行的稳定性。例如，在附带PLC 技术的水稻播种机进行水稻种植时，可以通过距离传感器对水稻栽植的间距进行合理控制，同时通过GPS 定位技术实现自动行驶。

3.3 PLC技术在微灌设备中的应用

微灌系统可以采用PLC 技术对土壤的温度和湿度进行实时监测，同时也可以对农作物长势进行监测，根据监测结果确定是否开启微灌系统[9]。例如，在对农田进行灌溉时，当PLC 监测到土壤水分不足，便会通过PLC 自动开启微灌系统，当灌溉到一定程度时，PLC 会监测到土壤水分充足，此时会自动关闭微灌系统，从而实现自动化灌溉。

3.4 PLC技术在谷物烘干机中的应用

PLC 技术应用于谷物烘干机之中，可以对谷物烘干展开实时监控，并通过热风量对机械操作进行自动化控制。若通过PLC 监控到粮食烘干达到相应标准，则PLC会将烘干机自动关闭，从而有效避免事故发生。

4 集成系统在农机设计制造中的应用

在当前农机设计和制造中，集成系统也较多地应用到了实际农机设备之中，实现了加工系统的集成化，将集成系统应用到农机制造领域，可以利用信息工程技术将农机结构简化，促进农业信息化[10]。例如，农机制造企业在开展农机设计制造时，可以通过数据库与计算机网络之间的连接，使农机生产和农机管理深度融合，进而提升农业生产质量。通过系统集成，可以实现农业机械设备的自动化操作，提高作业效率和工作质量。同时，系统集成还可以优化农业机械设备的运行参数，降低能耗，延长设备使用寿命。

5 农业机械设计制造领域应用自动化技术的趋势

5.1 3D打印技术在农机设计制造中的应用

3D 打印技术在农机设计制造中尚处于推广阶段，但该技术一旦在农机设计制造中应用，将会极大地提升农机设计制造效率。例如，当要对某种农业机械进行定制时，可以在短时间内使用3D 打印机将该定制机械打印出来。当前农业机械设计制造对3D 打印技术的应用主要是对农业机械的仿形结构进行设计。今后该技术可以应用于模型定制。如在农田中无法确定播种机的撒籽横向宽度时，可以在现场使用3D 打印技术对播种机的模型进行打印，通过模型比对种植地区实际的播种宽度要求，从而精准化、定制化设计播种机。此外，还可以将3D 打印技术应用于零件更换、室内园艺、城市农业等方面。

5.2 大数据及人工智能技术在农机设计制造中的应用

大数据和人工智能技术在农机设计制造中的应用，可以进一步提高农机自动化水平，使今后使用的自动化农机可以对环境信息进行感知，并收集大量的农业生产数据用于农机设计制造；可以借助大数据技术开展农业生产分析，对病虫害、干旱等灾害进行预测；能够对农作物每一个生长阶段进行识别，从而为农业生产发挥辅助作用。此外，大数据以及人工智能技术在农机设计制造中的应用还有利于促进智慧农业的发展。

6 结语

综上所述，农业机械设计制造是一个复杂、繁琐的过程，基于当前用户对农机的使用需求，需要将自动化技术合理应用于农机设计制造之中，使农机运行更加高效化，同时提升农机的设计制造效率，降低农机制造成本。此外，可以将农机设计制造使用的自动化技术与大数据、云计算、人工智能、3D 打印等先进的科技融合，从而使农机设计制造的效率更高。