現(xiàn)代技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中應(yīng)用

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摘要：指出了近年來現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造中的應(yīng)用促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平大幅提升，闡述了仿真技術(shù)、數(shù)字傳感技術(shù)、3D打印等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；仿真技術(shù)；數(shù)字傳感器；3D打印

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)是我國(guó)的立國(guó)之本。近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造中的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展水平得以大幅提升，可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的技術(shù)手段和自動(dòng)化控制技術(shù)也得到了延伸，其中仿真技術(shù)、數(shù)字傳感技術(shù)、3D打印等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用有效推動(dòng)了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。在我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和自動(dòng)化的發(fā)展過程中，農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)智能化、自動(dòng)化、集約化的要求愈發(fā)嚴(yán)格。

1仿真技術(shù)

為了解決時(shí)間、質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)境等問題，企業(yè)必須調(diào)整產(chǎn)品開發(fā)模式。在農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)方面，縮短開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本是決定產(chǎn)品開發(fā)和推廣的關(guān)鍵因素。目前，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)模式已經(jīng)不能滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械市場(chǎng)的需求，而仿真技術(shù)的出現(xiàn)為這些問題提供了有效的解決辦法。仿真技術(shù)是虛擬樣機(jī)技術(shù)的一種，在產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能預(yù)測(cè)、制造、運(yùn)行維護(hù)等整個(gè)產(chǎn)品生命周期的許多技術(shù)活動(dòng)中發(fā)揮著重要的作用。目前，仿真技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中已得到廣泛應(yīng)用，但仍處于初始階段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，仿真技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代高科技的代表之一。仿真技術(shù)的應(yīng)用可以避免決策失誤，從而為傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)過程面臨的問題提供有效的解決方案。專家預(yù)測(cè)，仿真技術(shù)的發(fā)展將對(duì)21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)產(chǎn)生巨大影響。仿真技術(shù)作為多學(xué)科的交叉技術(shù)融合，能夠模擬真實(shí)條件下的各種產(chǎn)品特性和響應(yīng)，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)水平，避免設(shè)計(jì)缺陷。在玉米收獲機(jī)、栽培設(shè)備、農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械等領(lǐng)域，我們探索了仿真技術(shù)的應(yīng)用，目前正在用Matlab軟件開發(fā)農(nóng)業(yè)機(jī)械仿真軟件平臺(tái)，該平臺(tái)采用了交互技術(shù)，界面友好，目前已經(jīng)取得了一些初步的成果。我們應(yīng)加強(qiáng)仿真技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的開發(fā)能力和產(chǎn)品性能，促進(jìn)新型農(nóng)業(yè)機(jī)械化。

2數(shù)字傳感器技術(shù)

農(nóng)業(yè)發(fā)展的基本趨勢(shì)是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，精確地執(zhí)行操作指令，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，降低功耗，減少環(huán)境污染。傳感器的出現(xiàn)及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的推廣和應(yīng)用，順應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、機(jī)械化、自動(dòng)化的進(jìn)程。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中的傳感器主要包括溫度傳感器、壓力傳感器等，這些傳感器在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的使用可以準(zhǔn)確地對(duì)作業(yè)目標(biāo)的光學(xué)、形態(tài)學(xué)、力學(xué)等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。傳感器可以通過非接觸測(cè)量獲取被測(cè)量的信息，且反應(yīng)速度快、分辨能力強(qiáng)，可以應(yīng)用于作業(yè)環(huán)境相對(duì)較差的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展以及單片機(jī)的普及和推廣，數(shù)字傳感器相較于傳統(tǒng)傳感器來說準(zhǔn)確性、精度和穩(wěn)定性更高。機(jī)電一體化是農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的必然趨勢(shì)，數(shù)字傳感技術(shù)的出現(xiàn)及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中的應(yīng)用促進(jìn)了機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程。在農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)中，傳感器技術(shù)水平的高低影響和決定了系統(tǒng)的整體功能和自動(dòng)化程度。傳感器廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的控制系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)控制車身、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)等的功能和應(yīng)用，提升了系統(tǒng)的整體性能。傳感器的使用提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在較為惡劣作業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定性，同時(shí)可以有效降低油耗、減少?gòu)U氣排放，符合綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求。農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)中的傳感器還可以及時(shí)準(zhǔn)確反映工作過程中遇到的各種故障，延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。此外由數(shù)字傳感器衍生出的自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，通過檢測(cè)機(jī)械在運(yùn)作過程中獲取的圖像對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)還可以通過衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的管控和自動(dòng)化導(dǎo)航。因此可以有效用于播種、耕作、施肥、收割等不同的農(nóng)業(yè)作業(yè)環(huán)節(jié)中。近年來有學(xué)者提出將激光掃描儀應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械中，通過掃描儀獲取農(nóng)作物高度、植被覆蓋面積、生物量等重要參數(shù)，基于這些參數(shù)，可以評(píng)估預(yù)期的作物產(chǎn)量，并優(yōu)化特定地點(diǎn)作物管理的化肥和農(nóng)藥用量。此外，在收割過程中，聯(lián)合收割機(jī)上的工藝參數(shù)（銼刀刀頭的轉(zhuǎn)速、機(jī)械地面行進(jìn)速度等）可以根據(jù)作物條件進(jìn)行調(diào)整，從而提高收割效率和質(zhì)量。傳感器技術(shù)推進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械現(xiàn)代化和智能化進(jìn)程，由于我國(guó)國(guó)土面積大，農(nóng)業(yè)環(huán)境多樣復(fù)雜，某一傳感器很難滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械工作過程中遇到的各種問題。因此，未來農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展需要將多種傳感技術(shù)或與其他高新技術(shù)進(jìn)行融合，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化程度和工作效率。

33D打印技術(shù)

近年來，3D打印技術(shù)在汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械、精密儀器等領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用。隨著3D技術(shù)的日趨完善，該技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造以及農(nóng)機(jī)零件定制與維修等領(lǐng)域也逐漸得到關(guān)注。受限于傳統(tǒng)加工技術(shù)的一些形狀復(fù)雜、特異的物品都可以通過3D打印技術(shù)來生產(chǎn)。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程的深入，農(nóng)業(yè)機(jī)械的研發(fā)越來越重要。但是農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)周期長(zhǎng)、難度大、成本高，此外一些關(guān)鍵零件的制作工藝特殊復(fù)雜且費(fèi)用昂貴，這在一定程度上限制了中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展。3D打印技術(shù)可以突破傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)制造的限制，可以應(yīng)用于一些關(guān)鍵零件的定制與維修。3D打印技術(shù)可以應(yīng)用于零件性能的田間試驗(yàn)，為農(nóng)業(yè)機(jī)械上一些零件技術(shù)細(xì)節(jié)上的快速更改提供了技術(shù)支持。因此，可以根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造者的不同需求和差異化的市場(chǎng)需求，精確制造農(nóng)業(yè)機(jī)械零件，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

4結(jié)束語

我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械在現(xiàn)代化、智能化、自動(dòng)化的發(fā)展過程中不斷面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。仿真技術(shù)、數(shù)字傳感技術(shù)、3D打印等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用可以減少農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)成本，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率，提高農(nóng)民的收入，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化、機(jī)械化和智能化的發(fā)展。

作者:杜穎 單位:山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心研發(fā)部