农业机械设计制造中自动化技术的应用分析

王 敏

（黑龙江工商学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

我国幅员辽阔，农业种植面积广泛，以往进行农业种植往往单纯依靠人力资源，传统的农业生产方式较为落后，并且很难提升我国农业产量。近年来，为了提升农业生产效率，我国在农业生产中不断引进大量新型农业机械化设备，并进一步加大强农惠农力度，通过机械化设备极大地解放了劳动力资源。与此同时，我国对农业机械的生产制造越来越重视，不仅大力实施农机购置补贴措施，而且大力扶持农业机械生产企业。但传统的农业机械生产企业在生产过程中仍然依靠大量的人工作业，相比于国外的机械生产行业，我国的农业机械生产方面还存在着较大的不足。要想进一步提升农业机械的生产制造水平，需要引入更加先进的生产加工工艺，而自动化技术能够在很大程度上提升机械生产的效率，降低人力资源成本，同时大幅提升农产品的产量和质量。2021年，全国农作物耕种收综合机械化率达72.03%，较上年提高0.78%；其中机耕率、机播率、机收率分别达到86.42%、60.22%、64.66%。因此，将自动化技术引入农业机械的设计制造中将会对我国农业机械的发展起到十分重要的作用。

1 自动化技术在农业机械制造过程中的重要意义

1.1 提升我国农业发展水平

我国农业发展较为缓慢，虽然拥有广阔的耕地面积，但是因为人口众多，农产品长期依赖进口，给我国粮食安全和人民生活带来了诸多隐患。相比于欧美等西方发达国家，我国农业发展水平仍显不足，其少量的农业生产人员即可以为国民提供足够的粮食，最主要的原因在于我国生产技术落后，尤其在农业机械的应用方面，农业机械的设计和制造往往周期较长，大型农业机械普及更为缓慢。但是，自动化技术在农业机械设计制造中的应用可以极大地解决农业机械普及缓慢的问题[1]。2016—2020年，我国的农业综合机械化率变化情况，如图1所示。由图1可知，我国农业综合机械化率一直在稳步提升。

图1 2016—2020年我国农业综合机械化率变化情况

1.2 提高农业机械制造生产效率和质量

自动化技术一般采用无人操作的方式进行生产，通过人为设定的程序能够实现准确的设计与制造。以往的人工生产方式由于不同的技术人员在施工的过程中有着不同的习惯或新员工在施工时容易忽视某些细节问题，导致了其生产速度慢且产品合格率较低。但是，在农业机械制造生产中应用自动化技术，不仅可以解放人力，同时机械可以不停歇地工作，并且加工精度更高。

1.3 降低企业生产成本

自动化技术在农业机械生产过程中的应用极大地提高了企业的生产效率，降低了人工成本，节约了企业资金，并进一步提升了企业的生产技术水平。当然，企业在进行自动化生产改造时的前期投入是巨大的，一方面要面临设备的采购；另一方面还要进行设备的调试。但是经过长时间的生产发现，自动化生产改造完成以后的企业成本支出不断减少，同时自动化设备在应用的过程中良品率更高，不仅提高了工件的成熟度，也减少了企业对资源的浪费。

2 农业机械设计制造中自动化技术的应用现状

2.1 农业机械设计自动化

我国农业机械发展缓慢的原因首先在于农业机械设计过程缓慢，以往的设计都是通过手工绘图，然后展示平面效果。例如，展示一种全自动化多用途农业机械的平面设计图，如图2所示。现在的设计可以直接通过计算机进行，设计完成之后还可以看到3D效果图，不仅能够快速发觉设计中存在的缺陷，并且能够提供改进的思路。而以往单纯依靠平面图纸进行观察很难发现问题，做出相应的模型又会对材料造成浪费，同时还会耽误设计时间。因此，无论是对于企业的发展还是对于我国农业机械技术的进步，在农业机械设计制造中应用自动化技术都具有十分重要的意义。

图2 一种全自动化多用途农业机械平面设计图

2.2 农业机械生产自动化

农业生产过程的流水线作业是大家所熟悉的，劳动密集型产业在发展过程中需要依靠大量的人力资源以保证生产线的运行，而一旦生产线出现问题，那么工人只能在工厂等待，企业不仅要负责生产线的维修费用，而且还会造成大量的人力浪费。针对这些问题，如果将生产线上的人力换成机械臂等自动化设备，可以极大地提升企业的生产效率，降低人力资源成本。现在许多企业在发展的过程中都纷纷将机械臂引入制造行业，制造精度和良品率都得到了极大的提升。

2.3 推广农产品检测和包装自动化技术

自动化农业机械需要覆盖从种植到收获的全过程，同时，农业种子检测、运输及包装也需要自动化技术。自动检测和包装机器是农业领域新型自动化农业机械，这些农业机械的应用使农产品生产流程实现标准化，并可以有效保证农产品质量，提高中国农产品市场竞争力。此外，在病虫害防治方面使用自动化农业机械，可以加强结果的准确性、可靠性，合理用药可以显著提高农产品质量和产量。以甘肃省新城镇、文殊镇、峪泉镇三镇的农产品包装工作举例，在过去，农户基本采用透明塑封袋包装农产品，产品缺少详细的标注信息和规范化包装。但在引入农产品包装自动化技术后，农户可以自主提报品种、数量、存储以及加工信息，并交付农产品进行自动化包装，第一期即上架14个品种、16种规格的农产品，进一步保障了农产品的运输质量，并为农产品的销售提供了更多可能的路径。

2.4 柔性自动化生产技术应用

利用农业机械设计制造自动化技术可以协调物料运输和存储系统，让处理对象更能满足技术应用要求。对于农业机械设计制造自动化技术来讲，主要是利用计算机进行信息控制，完成数据的监视工作和生产计划调整工作，然后发布相关指令协调生产操作。此外，还可以通过柔性自动化生产技术进行生产资料存储、运输等工作。

2.5 集成系统的应用

科学技术的飞速发展创造了诸多先进的应用程序，并且其被广泛用于农业机械设计与制造领域，同时也促进了集成加工系统的创新，在农业机械设计与制造领域通过信息工程可以简化结构，推动农业的信息化发展。比如，企业可将数据库系统连接计算机网络系统，进而促进生产和管理的融合，最终提升农产品质量[2]。

2.6 PLC技术的应用

2.6.1 农业拖拉机的应用

许多农业生产场所，特别是耕地，都需要使用拖拉机。PLC技术作为一种先进的技术理念，应用在农用拖拉机中，可以优化拖拉机的电气结构，提高拖拉机的使用效率。机械油压是拖拉机总成中常见的连接方式，此外还有电子油压方式。这两种连接方式可以借助计算机对控制阀进行控制，提高机械运行的稳定性。机械油压的运行状态会更好，运行速度也更高，可以实现拖拉机操作自动化；至于电子油压方式，目前还没有投入到实际应用，仍在开发和实践中。

2.6.2 水稻播种机的应用

播种机是农业生产中不可缺少的设备，如化肥播种机、水稻直播机等，PLC技术不仅可以实现机械进度的自动化，而且可以精确控制种子数量，提高种子的回放效率和成活率，改善农作物生长环境。同时，PLC技术在施肥播种机上的应用，可以改变传统的人工施肥方法，提高农作物产量，提升农民经济效益。但由于农作物产量受多种因素影响，PLC技术在农村地区的应用效果并不理想，播种施肥技术的改进也并不能有效提高农作物产量。因此，应进一步提高农业机械的现代化水平和自动化程度，使PLC技术与农业生产实现更全面的结合。

2.6.3 微灌系统和谷物干燥机的应用

PLC技术在微灌系统中的应用，使灌溉系统由原来的手动控制变为根据水位、土壤湿度和温度进行自动控制。PLC技术可以实时监测土壤状况，也可以实时监测农作物的生长情况。当自动设施监测到土壤缺水时，会自动开启微喷灌系统进行喷水；土壤水分充足后，微喷灌系统会自动关闭。PLC技术在谷物烘干机中的应用，通过对谷物烘干过程的实时监控，结合热风量和机械操作，实现对机械操作的自动控制。当粮食烘干监控其达到标准后，采用PLC技术可以控制烘干机自动停止运行，避免事故的发生。

3 自动化技术在农业机械设计制造中存在的问题

3.1 技术研发创新能力不足

目前，农业机械自动化设计进程中存在创新能力不足的问题，原创性自动化设计技术运用较少，无法做到自主研发、自主创造，缺乏创新动力，导致农业机械市场国际竞争力较低，严重影响了中国农业机械设计研发水平。

3.2 技术水平相对落后

随着国家经济的高速发展，中国自动化技术稳步提升，但农业机械制造设计领域的自动化技术水平仍然较低，创新能力不足，普遍落后于欧美等西方发达国家。造成上述问题的主要原因是农业生产技术投入相对其他行业较少，创新基础相对薄弱，过度模仿国外农机生产流程，没有切实提高农业机械发展的实际需要[3]。同时，国外设备和零部件购买成本较高，导致中国农业机械整体开发和生产成本增加，无法形成完整的行业体系，影响了自动化设计的应用。

3.3 重视程度不够

目前，高素质人才短缺是影响中国农业经济发展的重要因素，农业机械推广工作开展不够彻底，很多农民不了解农业生产的重要意义。在新时期，农业经济发展要改进生产方式，发展自动化技术，改变农民认知，使用宣传和教育手段，使更多农民认识到农业机械化发展的重要性。

4 农业机械设计制造中自动化技术的应用措施

4.1 落实农机优惠政策，大力推广自动化技术及设备

针对农业种植活动当中农业机械自动化的普及工作，农业相关部门需要制定相关的优惠政策，并且针对农机购买优惠政策制定详细的补贴实施方案，制定合理、规范的农机购买补贴程序，使农民的购机补贴发放到位[4]。为了让农业种植户认可农业机械自动化技术以及设备，可以通过多样的方式宣传和推广农业机械自动化技术以及设备的相关知识与技能，也可以通过讲座或者入户发放相关宣传资料的方式，引导农民签订农机购买合同。同时，严格按照农机优惠政策的相关补贴程序给农民发放购机补贴，让农民在真正享受优惠政策的同时能够积极地应用农业机械自动化技术与设备开展农业种植，从而提高农业机械自动化水平，扩大农业机械自动化普及范围。

4.2 加强农机生产厂家与农机推广机构的合作

为使农业机械自动化在农业经济活动当中发挥应有的生产价值，可以加强农机生产厂家与农机推广机构的合作，让农机的生产厂家能够给推广机构的相关一线推广人员或者农机购买用户及时普及农业机械使用的相关注意事项，让农户能够准确全面地掌握农业机械的操作技能以及保养方法等，使农民能够规范操作农业机械，保障农业机械的正常使用以及农业价值的最大化[5-7]。

4.3 培养新型职业农民

目前，不少农户文化综合素养偏低，在进行农业生产时还是凭借以往的种植经验来开展种植活动，并没有应用现代化技术。但是随着农业现代化的发展，将农业技术应用于农业生产活动当中是必然趋势。因此，需要加强对农业种植户有关农业技术的培训，使农业种植户拥有使用农业技术的意识及能力，有利于提高农业种植户对农业机械自动化的认可度，促进农业种植活动中农业机械自动化技术的应用。同时，让农民能够掌握各类农业机械的保养技能以及故障维修技能[8-9]，学习农业生产活动的科学规律，选择合适的种植类型，应用有效的农业机械，并且利用先进的农业种植方式为农民增产增收提供助力，推动我国农业经济向前发展。

5 农业机械生产的发展方向

5.1 实现智能化控制

智能控制是现在较为流行的一种工业控制方式，通过内置的芯片机器可以进行自主学习，然后完成生产任务，并且不需要人在机器中操作，既给人身安全带来了保障，又让工作方式变得简单化。目前，无人机也成为一种农业机械设备，无人机喷洒农药成为许多地区的选择，利用无人机可以实现人在田边操控遥控器完成田间作业，避免了对农作物的损坏。如果把智能化加入无人机中，可以实现仅仅设定喷洒路线就能自主完成喷洒工作。2021年，以北斗、5G等信息技术为支撑的智能农机装备进军生产一线，加装北斗卫星导航的拖拉机、联合收割机超过60万台，植保无人机保有量97 931架，同比增长39.22%。可以说，我国农业机械的自动化水平正在不断提高，且呈现良好趋势。

5.2 融合互联网技术

现如今，随着“互联网+”的逐步推广，越来越多的传统行业与互联网进行了有机结合。农业作为我国坚实的第一产业，理应借助互联网的高便利性进行技术升级，以有效提高农业生产效率。可以预见的是，互联网技术在农业机械设计生产中的应用价值会越来越大，通过互联网可以实现多端互联互通，还可以实现信息的传输。在生产过程中如果应用互联网技术能够将生产过程中的相关数据传输到数据库，用于检测系统的稳定性，一旦设备出现异常问题可以实现自动报警，并指出故障类型，方便进行故障排除[10]。同时，互联网带来的信息高流通性也能为农业生产工作提供诸多便利。例如，农业生产者可在专用的互联网信息系统中了解更多关于农业生产的信息，并借助新信息及时调整农业生产策略，提高农业生产效率。

6 小结

针对我国以往落后的农业机械生产方式，自动化技术能够大幅提升农业机械设计制造企业的生产效率，自动化技术可以与监控设备、数控技术、生产自动化及集成技术等相结合，使设计生产加工过程能够更加方便、快捷。在国家高度重视农业生产的过程中，引入自动化技术的农业机械将会发挥越来越重要的作用。