文案|炎左
编辑|炎左
机电一体化技术是将机械工程和电子工程相结合的一种技术手段，它通过将传感器、执行机构、控制系统等集成在一起，实现自动化、智能化和高效化的目标。随着科技的不断发展，机电一体化技术在各个领域得到了广泛的应用，其中农业机械工程是一个重要的应用领域。
农业机械工程是指将机械设备和技术应用于农业生产中的工程领域。传统的农业机械主要以机械结构和传动系统为主，功能单一，需要人工操作。然而，随着农业生产规模的扩大和劳动力成本的增加，传统的农业机械已经无法满足现代农业的需求。
机电一体化技术的应用为农业机械工程带来了革命性的变化。首先，通过传感器和控制系统的应用，农业机械可以实现感知环境信息和作物生长状态，从而实现智能化的决策和操作。例如，通过植物生长传感器可以获取土壤湿度、温度和养分含量等信息，农机可以根据这些信息调整施肥量和灌溉量，实现精准化的农业生产。
此外，机电一体化技术还可以提高农业机械的安全性和可靠性。通过传感器和监控系统的应用，可以实时监测机械设备的工作状态和运行参数，及时发现故障和异常情况，并采取相应的措施进行修复和保护。
同时，机电一体化技术还可以实现设备之间的信息互联互通，通过远程监控和管理，提高设备的可靠性和运行效率。
机电一体化技术的出现方便了各个领域的生产，其应用范围也日渐扩大。当前的机电一体化技术多采用“机械 + 电子技术”的模式，在农业机械工程领域，机电一体化技术可以将计算机软件系统与农机设备进行有机结合，从而使农机的利用率达到最高，促进农业健康、高效发展。
机电一体化概述
机电一体化技术是结合机械工程与电子技术的技术优势，进而形成的一种新的生产与管理技术。
随着技术的发展与成熟，其已在农业机械领域得到了广泛的应用，使农业机械的自动化、智能化程度得到了进一步的提升。机电一体化技术由硬件部分的各种机械设备和软件部分的信息处理系统组成，通过软件程序将两者有机嵌合在一起，形成自动化生产与管理。
其中，硬件部分包含机械设备的各个部件、工作台、传感器等，传感器的设置让农业机械设备的指令信息及反馈信息的传输更加及时、准确。目前使用的拖拉机、收割机、播种机等农业机械都大量运用了机电一体化传感技术。
以大功率拖拉机等大型农业机械为例，如图 1 所示，此类农业机械平均使用了15种以上的传感器，包括车轮角度传感器、LF/C800 控制单元、C800接收机等。在整个机电一体化系统的设计中，其构成要素有动力源、驱动器、电动机、丝杆、信息处理系统和传感器等，机电一体化系统的基本组成结构如图2所示。
农业机械应用机电一体化的意义
目前，机械设备群控技术、数控技术等已在智能制造领域得到了广泛应用，同时在农业机械中的应用效果也越来越好。从近几年农业机械生产设备的发展与更新情况来看，由于农业机械使用频率高、作业强度大，加之很多农机经常在山区、洼地等恶劣环境中作业，所以设备零部件存在较高的故障率。
而将机电一体化技术运用于农机生产及使用中，通过集成化技术可以将多种部件集约化、简单化，加之运用人工智能技术进行大规模的管理与应用，可以保证农机在使用的全过程中都能保持良好的运行状态，极大地降低了故障发生的概率。
机电一体化技术的广泛应用使得农机装备的信息采集与处理速度得到了很大的提高，同时也为传统农业向现代化农业发展奠定了坚实的基础。机电一体化农机设备对工作效率的提高主要体现在以下几个方面：
农业信息化技术实现了农业生产和管理的信息共享。配合卫星导航、计算机控制等机电一体化技术，农机设备管理人员可以实现对农机位置的定位，随时监控机械运行状况，根据农机工作的实际状态，实时分析农业生产状况，制定最佳的耕种、收获路线和方案，从而大大提高农机的工作效率，避免机械窝工或者低效运转，提高农业生产力。
农业机械一般需要制定检修计划，在使用一段时间后就要定期对其安全性能进行检查，如果采用人工检查将十分耗费人力，对检验检测人员的技术要求比较高，同时也存在一些不确定性因素，出现误判的概率比较大。
应用机电一体化技术后，就可以有效地提高检修工作的效率，与此同时，自动化检测误差少，也能保证检测工作的质量。
采用自动化控制和检查方法，通过系统设定，可以对农机进行周期性的自动检查，发现机械故障后在第一时间进行排除，将农业机械中存在安全问题的概率降到最低，防止作业过程中机械出现故障而导致耗时费力，降低农业生产效益。目前，国内各有关部门都加大了对农业机械安全问题的关注力度。在农业机械生产过程中，机械设备的安全性是机械操作人员和管理人员均比较关心的问题。例如，有的农机设备使用年限长、制造工艺落后，一些部件的失效将会影响农机的正常运转，使农业生产的质量和效率大大降低，严重的还可能出现安全事故。
而机电一体化的自动诊断、自动预警技术可以在农机发生故障时快速分析和诊断，将农机的失效率降到最低，提升农机的安全性，保障正常的农业生产。
受自然、地理等外在因素的影响，农业生产过程会面临诸多问题，对农业的整体生产质量和作业效率产生负面作用，而将机电一体化技术应用于其中则能适应不同的农业生产环境和生产条件，使农业机械在生产作业中发挥出最大的价值。
运用机电一体化技术，生产管理人员可以通过校验、补偿等手段，根据用户的实际需要和生产状况，灵活地操纵和调整农机设备，使其在各种复杂的环境中持续高效工作，顺利开展农业作业。
另外，由于新的机电一体化技术不断得到开发和应用，其在农业机械中的应用范围也逐渐扩大。例如近几年发展起来的自动校对、自动驾驶作业、农机群控技术等，使整个农机操作和使用更加简单，降低了能耗，进一步扩大了农机的应用范围，提高了农机生产的整体水平。
机电一体化技术在农业机械中的实际应用
计算机辅助技术是一种将产品数据与计算机技术融合的综合性技术，通过利用网络技术和图形图像建立三维数据模型，农机三维模型图如图3所示。
农业机械，特别是拖拉机、插秧机等大型机械设备，如果通过制造真实产品来验证设计功能，则会因为设计的不确定性而浪费大量的时间和资金成本。
而设计人员通过计算机辅助技术，可以根据农业生产的实际需要，对农业机械三维模型进行仿真模拟和结构优化，从而节省大量试错成本，为农业生产提供更加精准、性能更加优越的农业机械设备。
需要注意的是，计算机辅助设计需要掌握扎实的机电一体化和三维设计知识，对设计人员设计水平的要求比较高，因此相关院校要加强计算机辅助技术学科建设，强化对学生机电一体化知识的培养力度。
卫星导航技术即GPS技术，是一种将高精度的传感器技术和超声波技术相结合的综合技术。将GPS卫星导航技术应用在农业机械的仪器仪表中，能够将农业机械现场状况以 3D 坐标和图表的形式呈现，让工作人员通过3D坐标和图表来了解生产的具体情况，从而精准地掌握现场状况，高效地完成农业生产。
特别是在大规模农业生产基地中，当农业机械进行群体生产时，利用 GPS 卫星导航技术可以将农机群高效率、高质量的优势发挥到极致，有效提高农业的现代化程度。
虚拟现实技术（Virtual Reality, VR）是一种现代智能技术，该技术将虚拟数据和三维模型或二维图片按照生产需求进行多媒体化，呈现出虚拟现实场景。
一方面，虚拟现实技术可以构建出虚拟的立体空间和场景，例如设计师将真实的农业生产场景和现场作业情况等信息输入到虚拟三维空间中，利用虚拟现实技术就可以构建出精确的现场模型。
虚拟现实技术还可以将实际生产过程中的声音、天气、环境等导入虚拟空间，模拟农业生产的真实场景，提高农机操作人员的机械操作熟练程度。
另一方面，通过建立虚拟农场，可实现虚拟生产和漫游，用户可以更加便捷地了解生产布局，实现对农业生产的实时查询。
农业监测技术是指在农业生产的实际操作中，从技术和安全两个方面对农业生产活动进行监督，从而提高农业生产的整体效益和安全性。在使用农业机械前，首先要对其进行严格的检测，防止机械存在安全隐患。
在实际的检测工作中，受传统农机设计的限制，检测效率往往比较低。而在现代农机设计中加入监控技术等机电一体化技术，不仅可以对农机可能发生的问题提前进行预警，而且可以解放人工劳动力，实现现代农业生产的全面机械化和自动化。
总结
机电一体化技术在农业机械工程中的应用为现代农业带来了巨大的变革和发展机遇。它提升了农业生产的智能化水平，实现了农机的自动化作业，提高了生产效率和作业精度。此外，机电一体化技术还提高了农机的安全性和可靠性，减少了人工操作的风险。
然而，机电一体化技术在农业机械工程中的应用仍面临一些挑战，如技术成本、系统稳定性和农民接受度等。因此，未来的研究和应用需要进一步解决这些问题，推动机电一体化技术在农业机械工程中的广泛应用和推广。
机电一体化技术结合了多项技术的优势，将其引入农机设备中，既能提高农机作业的质量和效益，又能给农机操作人员创造一个良好的作业条件，对促进我国的农业发展具有积极意义。
