农业机械智能化设计技术发展现状与展望

    马治国

    我国农业生产具有农作物种类多样化、种植模式多样化以及地域差异多样化的特点，农业机械具有小批量、多功能、多样化以及定制化的用户需求特征。当前我国农业机械存在工作时间长、效率较低、产品可靠性差等各种问题，随着信息时代的全面到来和计算机技术的迅猛发展，将智能化设计技术应用于农业机械的设计与制造过程中能够解决当前农作物机械设计与建设过程中存在的问题，提高农作物机械设备的工作效率与工作质量，能够更加适应种类繁多、工况多变、作业环境复杂、季节性强、单产品市场需求规模小等各种特点的农业作物生产活动，对农业产品的有效生产提供了有效的技术支持。

    一、农业机械智能化设计概述

    1、智能化设计的定义

    智能化设计主要是结合计算机辅助设计理论以及KBE理论的现代设计方法。主要目的是通过对设计人员在设计过程中认知和行为特征的分析與模拟，从而可以使得设计系统能够运用丰富的知识包括专家经验设计、标准设计、手册行业规范等相关内容进行有效的判断推理和决策，从而实现产品设计的智能化自动化以及定制化的特点。

    2、农业机械智能化的特点

    智能化农业机械指的是配置各种各样的传感器及中央处理芯片或者无线通讯系统的现代化农业机械设备。农业机械智能化能够进一步规范农业生产过程，使得农业生产可以严格按照相关标准和流程来进行，大大的解放了人力资源，提高了农业生产的效率，减轻了操作人员的劳动强度。智能化农业机械设备中通常会装有各种各样的传感器，能够自动地使机械设备避开不良的工作环境，监视农业机械的作业过程，使农业机械设备可以始终处于最佳的工作状态，保证操作的可靠性以及作业安全性。智能化农业机械设备中的中央处理器功能强大，芯片体积较小，可以实现精细作业并促进农田作业的科学管理决策，对于农业设备的持续稳定发展具有十分关键的作用，实现产品的设计与气象与协同化、集成化和网络化。

    3、智能化设计技术体系的特点

    通过对农业机械产品的应用需求以及设计特点进行分析，综合应用数字化建模原理、知识工程原理、虚拟仿真以及新的验证技术，基于通用软件技术和集成软件技术构建农业机械设备的智能化设计通用技术平台，通过对产品设计进行指导，从而可以形成智能化的设计标准和框架体系，为农业机械设备的智能化和自动化生产提供有效的技术支持，并建立了一个系统的平台进行农业生产机械智能化的指导。

    二、农业机械智能化设计的发展现状

    1、国外农业机械智能化的研究现状

    上世纪九十年代美国将卫星军事导航系统应用于农业机械制造和生产过程中开始了农业机械智能化的新的时代。目前，美国、欧洲以及日本等发达国家的农业生产已经基本实现了机械化和自动化，而且这些设备的智能化水平比较高，比如拖拉机精确制导系统可以辅助拖拉机的驾驶，甚至可以使设备能够在大雾天气和黑夜进行作业。很多发达国家已经实现了农业机械设备与农业技能之间的有效结合，全面实现了农业机械智能化水平，从而可以精确农业作业，极大地解放了人力，提高了生产质量与生产效率。美国依靠全球卫星定位技术以及计算机技术可以定点进行施肥和培土，进一步加强了农业智能化的管理，推动了农业机械设备智能化的迅猛发展。日本的小型智能化农业机械设备种类比较齐全，可以实现农作物生产的全过程的智能化控制。

    2、农业机械设备国内研究情况

    我国具有错综复杂的地形条件、气候条件多样、农业机械种类较多，是一个农业生产大国，从上世纪90年代开始，我国也开始对农业机械的智能化设计重视起来，一些农业机械企业均开始开展农业机械化研究以提高农业机械的智能化技术水平。目前，我国一些大型农场已部分配备智能化农业装置，极大地提高了农业生产的自动化和智能化水平，实现了机械设备的无人驾驶与无人操作。我国应用的智能化农业机械设备主要包括施肥机械设备、播种机械设备、喷药机械设备、灌溉机械设备以及收获机械设备等，与发达国家相比，我国智能化机械设备的种类仍然比较少，而且所应用的领域限制较大，技术水平与发达国家存在一定的差异。

    三、农业机械智能化设计技术的发展前景

    最近几年来随着网络物理系统以及互联网技术的发展和应用，农业机械的智能化设计将会从早期的数字化设计逐渐趋向于设计的网络化、系统化和智能化方向发展。结合我国机械智能化设计的实际需求，需要提高农业机械设计的核心竞争力以及设计能力，以促进农机企业的可持续发展为目标开展关键技术和基础理论研究，解决当前农机智能化产品朝向知识重用、正向设计、三维建模和分布式协同设计等方向发展的重大科学问题，形成一套系统科学的农业机械智能化设计理论与设计体系，为农业机械智能化设计建设发展创造良好的环境。针对当前农业机械设计缺乏基础、数据可靠性较差以及产品质量等各种问题，需要立足于保障粮食安全和发展现代农业的国家战略需求，开展农机基础工艺、关键作业技术等技术瓶颈的研究，研究构建基于网络的农作物机械物理特性参数、农田土壤类型参数、工程材料和通用零部件数据设计模型的数据库，为农业机械的智能化设计提供有效的数据支持。

    综上所述，本文主要针对农业机械智能化设计技术的相关概念进行探究，指出智能化设计技术的发展现状以及未来的发展方向，希望能够为农业机械的智能化设计提供一定的参考，推动农业生产朝向更加智能化和自动化的方向发展，促进我国农业现代化的持续稳定推进。

    （作者单位：747599甘肃省临潭县农机监理站）