信息技术提升农业机械化水平

分类：论文范文 发表时间：2021-06-08 10:28

　　摘要：为适应现代农业建设的需要，保持农业机械化水平持续增长，实现农业可持续发展，该文提出，应将先进的信息技术融入农业机械的设计、制造、作业和管理等环节，使农业机械装备实现信息化和智能化，从而整体提升农业机械化水平。文中介绍了参数化设计、基于知识工程的农机产品设计、基于产品数据管理的并行协同设计等农机产品设计的关键技术；柔性制造、计算机集成制造、虚拟与网络制造等农机产品制造的关键技术；农情信息采集、农业机械导航、田间管理等农业机械作业的关键技术；农业机械管理、农业机械调度等关键技术。分析了这些关键技术信息化的不足，总结了世界各国的发展趋势，指出了用信息技术提升农业机械化水平应解决的核心问题。为加强农机装备的信息技术创新，该文建议，应突破一批智能农业装备数字化设计技术、自动导航协调控制技术及农业装备现场总线技术等关键技术；研发一批大田和设施农业生产作业系统、果园作业智能装备和畜禽水产精准生产装备等重大技术产品；构建一批水肥药田间精准作业系统、畜禽水产自动饲喂系统和自动化加工生产线等农业机械精准作业系统，从而进一步用信息技术提升农业机械化水平。

　　关键词：农业机械；信息技术；可持续发展；农业机械化；农业可持续发展；现代农业

　　0引言

　　2004年，颁布实施了《农业机械化促进法》，12a来，的支农惠农政策极大地调动了政府、企业和农民发展农业机械化的积极性，农民购机、用机热情持续高涨，形成了推动农业机械化发展的合力，使农业机械化水平持续增长。2007年首次突破40%，达到42.5%；2014年达到61%[1-2]。提出了到2020年农业机械化水平达到70%的战略目标，但目前农业机械化水平整体上仍落后于发达20～30a，且农机企业规模小，农机产品以中小型低端为主，高端智能机具仍主要依赖进口。

　　1用信息技术提升农业机械设计水平

　　1.1参数化设计技术

　　参数化设计技术是以产品需求为基础，通过参数调整实时驱动产品图元来反映设计意图的一种高效设计技术，是计算机辅助设计（computeraideddesign，CAD）的主要内容。随着信息技术的快速发展，结合人工智能技术，参数化设计理论已融合到智能设计和虚拟设计方法中，参数化设计的概念也随着信息技术的发展而不断地完善和扩展。

　　1.2基于知识工程的农机产品设计

　　知识是新产品竞争力的决定性因素。基于知识工程（knowledgebasedengineer，KBE）的农机产品设计是以知识为基础，通过知识表达、智能推理与决策等手段构建专家系统来进行农机产品创新的一种设计方法。知识表达的方法很多，有产生式表示法、语义网络法、框架表示法、面向对象法以及基于本体法等。基于KBE的产品设计系统能够获取、表达和综合利用知识，对不确定知识进行推理，并具有智能决策能力，特别是具有很强的对重用知识的获取与设计的决策能力[14]。快速提取知识信息的模型、建立知识信息库及关联数据库[15]，为设计系统提供知识决策，是缩短农机设计周期、提高产品创新和产品质量的重要途径。

　　2用信息技术提升农业机械制造水平

　　农机制造产业的规模不断扩大，企业结构多元化、区位优势和产业集群效应日益凸显，市场需求旺盛。但农机制造技术相对落后，农机品种少、制造质量和作业性能不高，农机企业国际竞争力不强等问题仍然存在，亟需用信息技术提升农业机械制造水平。

　　2.1柔性制造技术（FMT）

　　不同区域、不同作物、不同种植习惯对农机的要求不同，传统的专用生产线及大批量制造的工业生产模式难以适应现代农机制造快速响应的需求，农机产品的柔性制造技术逐渐成为主流。柔性制造技术（flexiblemanufacturingtechnology，FMT）是对各种不同形状加工对象进行程序化柔性加工的各种技术的总和，该技术集自动化技术、信息技术和加工技术于一体，适合个性化、小批量生产和新型农机产品的制造[29]。采用柔性制造技术生产农机产品具有设备利用率高、产品质量好、应变能力强、生产能力相对稳定以及生产过程运行灵活等优势，可减少设备投资70%～90%[29]。

　　2.2计算机集成制造（CIM）技术计算机集成制造（computerintegratedmanufacturing，CIM）是针对激烈的市场竞争而提出的组织企业生产的方式，计算机集成制造系统（computerintegratedmanufacturingsystem，CIMS）随计算机辅助设计和制造的发展而产生，是先进制造技术的内容。该技术集现代管理、制造、信息、自动化和系统工程等新技术为一体，通过计算机技术将分散在产品设计制造过程中各种孤立的子系统有机地集成起来。CIM系统主要由管理信息系统（managementinformationsystem，MIS）、计算机辅助设计（CAD）与辅助工艺设计（computeraidedprocessplanning，CAPP）、计算机辅助制造（computeraidedmanufacturing,CAM）、计算机辅助质量管理（computeraidedquality,CAQ）、工程数据库、网络系统等组成[35]。特别是工业4.0技术的应用，使得用软件和智能技术提升硬件功能成为未来农机企业的主要制造模式。

　　3用信息技术提升农情信息采集、农业机械导航及作业水平

　　3.1农情信息采集

　　农情信息采集是农机精准作业的前提，主要包括水、土壤和地理环境、小气候、作物生长状况和管理等信息的采集，这些要素具有信息量大、多维、非静态、不确定、不完整、稀疏性以及时空变异性强的特点[59]，需要借助先进的信息化设备与方法。

　　3.2农业机械导航

　　农业机械导航技术按导航方式不同可分为GNSS导航、机器视觉导航、惯性导航、磁感应导航、超声波导航、激光导航、红外导航和雷达导航等，其自动转向控制通过电机驱动或者电磁阀液压驱动方式实现。农业机械导航技术通过对农业机械的转向进行自动控制，可使农业机械沿着设定的或自主识别的作业路线自动跟踪行走，因此在一定程度上减轻了驾驶员的劳动强度，提高了农业机械作业效率和质量。农业机械导航技术对农业机械化水平的提高具有很大的促进作用。

　　用信息技术提升农业机械管理及调度水平

　　4.1农业机械管理

　　随着农业机械化水平的不断提高以及农业机械保有量的不断增加，农机管理已经成为现代农业发展的重要内容，农机信息化管理对农业现代化发展具有重要意义。美国普度大学[115]研制的大型计算机程序CROPBUGDET可为农户提供农业机械化经营管理服务和最佳种植方案。英国西尔索研究所[116]开发了一套包括成本核算、机器选择及配套、田间作业计划等的农业机械管理软件。丹麦的Sorensen等[117]开发了重点用于制订作物田间种植和作业计划的决策支持系统。黑龙江八一农垦大学建立了七星农场农机管理网络信息系统、友谊农场精准农业信息系统、富锦市现代农机管理信息系统以及北大荒精准农业农机管理信息系统，这些系统配备液晶拼接大屏幕，实现了农机作业GPS跟踪定位、农机作业视频监控、语音对讲调度、农机管理数据库、短信群发、网络视频会议和农机视频培训等。通过物联网将人、机、物连接，实现了农场信息化管理[118]。的农机信息化管理发展速度还比较慢，存在缺乏统一规划，管理体制不完善，管理系统相对落后和维护成本过高等问题，亟待加强研究，特别是要加快研究一批适合国情的农业机械管理软件，形成完善的农业机械管理系统。

　　4.2农业机械调度

　　农业机械调度是指调度中心在农机作业前录入作业机具、人员、地块等信息，作业时根据农机作业地点，科学地组织和优化作业路径，并将作业指令下达给作业人员和机具，通过GNSS通信导航系统指引和调度，使农业机械在最短的时间内到达作业地点。

　　5结论

　　农业可持续发展是现代农业建设面临的重要任务与挑战，提高农业机械化水平是促进农业可持续发展的重要手段。人类已经进入了“互联网+”和“大数据”的信息化时代，农业机械信息化是提高土地产出率、资源利用率和劳动生产率，提高农机作业质量、经济效益和农机企业竞争力的重要措施，信息化是加快发展农机装备的必由之路，用信息技术提升农业机械化水平是建设现代农业的重要战略需要。在农业机械信息化方面取得了一定进展，但仍然存在一些亟待解决的问题，仍需从以下方面努力：

　　1）利用参数化设计、虚拟设计等信息技术提升农机产品创新设计能力；

　　2）利用计算机集成制造、柔性制造等信息技术解决农机制造中的质量、成本和效率问题；

　　3）在农业机械自动导航的关键技术方面取得重大突破，提升农业机械作业水平；

　　4）加强GNSS技术在农机管理方面的应用，研究一批适合于国情的农业机械管理系统和实用性强、效率高、操作简单、维修方便的农业机械调度系统，提升农业机械管理水平。为大力加强农机装备信息技术创新，进一步用信息化技术提升农业机械化水平，达到实现农业可持续发展的长远目标，建议：

　　1）突破一批关键技术，如智能装备数字化设计技术、自动导航协调控制技术及农业装备现场总线技术等；

　　2）研发一批重大的技术产品，如大田和设施农业生产智能装备、果园作业智能装备以及畜禽水产精准生产装备等；

　　3）构建现代农机精准作业系统，如水肥药田间精准作业系统、畜禽水产自动饲喂系统以及自动化加工生产线等。

　　[参考文献]

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　　[2]统计局.统计年鉴[M].北京：统计出版社，2015.

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　　[5]陈源平，盛国成.提升我国农机装备信息化浅议[J].农业机械，2014(9)：113－114.

　　罗锡文，廖娟，邹湘军，张智刚，周志艳，臧英，胡炼

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