农业数字化技术范文

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其次，是对农业机械进行概念化的设计。事实上这种设计理念就是对于农业机械进行设计的早期阶段，要拥有一个非常清晰的设计思路以及产品设计模式。换句话说，设计师在进行产品设计的时候，就要对设计出来产品的具体需求做出一个总结。在进行产品功能、产品原理以及整体布局的设计的时候，进行必要的规划。要能够做到在产品的设计过程中融入这些构思，使得最后生产出来的产品更加具有实用性以及创新性。设计师可以在产品的设计过程中将需要用到的知识以及其他资源进行一个综合性的总结，然后把得到的结果充分融入到数字化模板中去。将CAD作为一款重要的开发工具，制作出关于产品的设计经验、设计原理以及设计手册，帮助农民们在实际的生产生活中充分地了解产品的性能，让他们对产品做出合理的使用。

最后，对产品进行虚拟设计。许多的产品在设计最初的时候都会存在许多不合理的地方，这些不足都不可能一次性的解决，那么，就需要对产品进行虚拟设计，要对产品所需要的知识以及资源进行总结，建立一个基础模型，利用所建立起来的虚拟模型，进一步地对产品进行分析，对产品进行不断地完善。最终在产品的功能上做到尽善尽美，设计出需要的产品。

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在信息时代背景下，传统农业逐渐向数字农业发展，数字农业主要指将工业技术和数字信息技术进行有机结合，使农业各对象可视化表达的目标得以实现，能够为农业机械制造过程提供可靠的依据和支持，对提高农业生产水平有较大的积极作用。下文首先对数字化设计与制造技术进行概述，其次对两者在农业机械上的应用进行阐述，以期为农业机械制造企业提供一定参考。

1数字化设计与制造技术简述

数字化设计与制造技术主要指使用计算机硬件、软件和网络环境对相关产品的设计，分析，装配以及制造等过程进行全面模拟，能够为实际生产过程提供可靠的依据。在农业机械设计及生产中应用数字化设计与制造技术具有如下优势：农业机械产品开发能力有所提升；产品研制周期明显缩短；农业机械开发成本有所降低；能够最大程度的实现初期设计目标，可以提高农业机械制造企业的市场竞争力，同时可以为其带来更多的经济效益。

2农业机械数字化设计与制造技术应用分析

数字化设计与制造技术包括多种先进的技术，下面对几种常用的技术进行说明：其一，对CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM进行说明。前四种分别指计算机辅助设计，计算机辅助工程，计算机辅助工艺过程设计及计算机辅助制造，以上工具的合理应用对提高产品开发效率及效果有较大的积极影响；其中PDM技术能够对产品相关的数据和信息、人及各类组织等进行有效管理，使分布环境中数据共享的目标得以实现，同时为异构计算机环境提供了相应的应用平台。其二，对异地协同设计进行说明。其主要指在有网的环境中能够对相应产品进行定义、建模、产品分析、设计、数据管理和产品数据交换，使用其对多人、异地产品协同开发提供了便利条件。其三，对虚拟设计及制造进行说明。使用仿真、建模及虚拟现实技术等可以对产品的模型进行合理构建，在构建完成后工作人员可以对产品的性能，可装配性以及可加工性等方面的问题进行发觉，在经过分析后可以及时采取合理措施进行调整，进而提高产品设计合理性，为后期制造过程奠定坚实的基础；其四，对并行设计进行说明。并行设计主要指使用并行工程模式进行产品开发和制造，其对以往串行式产品开发模式存在的缺点进行弥补，在农机产品开发初期能够对后期实际需求进行更多的考虑，进而使产品研发效率较高，且研发效果较好。下面笔者对智能CAD技术在农机产品设计中以及数字化制造技术在高科技农业机械开发中的应用进行分析。

2.1智能CAD技术应用分析

第一，智能CAD技术在农机产品设计中的应用分析。工作符号推理是农业机械设计过程中的重要内容，传统CAD技术在符号推理方面存在一定的缺失，智能CAD技术能够对其存在的缺失进行弥补，在使用智能CAD技术后农业机械设计过程中信息利用率有所提升、重复设计情况明显减少且产品研发时间明显缩短，能够在短时间内完成农机产品的设计工作，进而可以为农业机械制造企业带来更多的经济效益。第二，参数设计在农机产品设计中的应用分析。农业机械设计过程具有型号、种类较多以及受季节影响较大的特点，为了更好的保证设计和合理性及效率在实际设计过程中可以对视力推理模块化参数设计及变量设计进行合理应用，并且在使用后能够对智能CAD技术使用中存在的问题进行最大程度的规避，为设计方案的合理性提供更多的保障。第三，装配模型在农机产品设计中的应用分析。装配模型其属于支持概念设计和变型设计中的一种，其主要指构建相应零部件的几何模型，在构建完成后结合装配信息对设计意图，产品原理以及功能等进行诠释，能够让工作人员尽快领悟设计意图，进而能够尽快展开生产。

2.2数字化制造技术在高科技农业机械开发中的应用

数字化制造技术在我国农业机械设计及制造中得到广泛应用，在实际应用过程中可以使用数控及虚拟技术等对农业机械产品的虚拟样机进行制造，为实际生产过程提供了一定的有利条件。下面对使用三维CAD技术设计农机产品虚拟样机的流程进行说明：其一，使用参数设计、变型设计等技术对相关产品的三维CAD模型进行构建，通过模型的构建能够实现所有零部件模式化的目标；其二，根据相关数据和信息对二维工程图进行构建；其三，使用各类分析原理对模型进行分析，将其同三维装配体设计进行有机结合；其四，将三维CAD模型作为主要依据对PDM结构体系进行合理构建；其五，工作人员严格按照虚拟样机的要求对三维CAD产品进行制作，与此同时对开发体系进行合理构建；其六，对三维虚拟样机进行监测和试验，通过以上两过程可以准确的发现虚拟样机存在的问题，在经过分析后可以采取有效措施进行处理，从而对虚拟样机具有较高的合理性进行提升。

3结束语

通过上文可知在农业机械研发及生产过程中对数字化设计及制造技术进行合理应用对缩短研发时间及提高产品质量有较大的积极作用，为此农业机械制造企业需要对数字化设计及制造技术产生足够的重视，根据自身实际情况和时展的需求对其进行分析和研究，不断的扩大应用范围，使农业机械研发及实际生产过程向数字化、智能化技自动化的方向发展，加快农机制造企业的发展速度。

引用：

[1]陈英姿.农业机械数字化设计与制造技术的应用[J].农家科技（下旬刊）,2015(10):305-305.

[2]吴发辉.农机数字化设计与制造技术的研究与应用[J].南方农机,2016,47(7):50,71.

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1数字化设计技术的含义及特点

1.1含义。农业机械设计需要结合使用方向来进行，优化功能组成，这样在使用阶段可以降级故障发生几率，农业生产任务也能够高效完成。数字化设计理念在农机产业中虽然应用实践较短，但却取得了很好的成果，所设计的机械结构更能够满足使用需求，基于计算机设备完成的设计任务，可以节省数据分析运算所用时间。借助计算机中的功能软件，能够轻松的完成图纸绘制工作，并通过系统模拟来观察运行期间的设备稳定性，最终得到的产品生产方案更安全可行。

1.2特点。数字化技术是科技发生的成果，农机生产行业正在向自动化控制方向发展，要求设计环节科学高效，必然会应用到数字化技术。分析技术应用特点可以了解到，在设计时间上有明显的节约，可以同时完成多项任务，包括数据的录入与运算，帮助提高产品设计效率。数字化技术还能够结合使用需求对设计方案做出优化，并通过计算机软件来完成设备的运行模拟，这样所确定的最终方案更安全可靠，有效的降低来生产成本。传统设计方法中，需要同时得出多种设计方案，增大了工作任务的难度，这一点在数字化技术中得到来解决。

2当今数字化设计技术研究的热点

2.1计算机辅助概念设计（CACD）。新型技术的应用离不开计算机设备，农机设计过程中会涉及到大量的图纸绘制，计算机绘图软件可以完成这一任务，在工作任务开展期间，技术人员将所得到的参数输入到计算机中，选择相应的功能，便能够将机械图形展现在其中。目前管理图纸绘制的软件也正在完善，功能也有明显的增多，为农业机械设计提供来便捷性。

2.2知识工程（KBE）。知识工程在数字化设计技术中的应用愈来愈广泛。现代设计之所以不同于传统的设计，是由于市场、竞争和技术进步形势的变化，它比过去任何时候都更加依赖于对新知识的获取，而不是依赖经验。过去的一二十年间，在人工智能和知识工程等领域发展起来的基于框架、规划、模型、本体等多种知识建模技术，主要是为实现计算机对知识的智能推理，提高计算机智能服务的。对于新知识的获取，通常有以下几个来源：已有知识；市场信息；数字仿真或虚拟现实；物理模型试验；样机试验；已有产品运行表现。

2.3虚拟原型（VP）。虚拟原型技术，近年来作为数字化设计的一个重要的分支，得到了人们的普遍关注。虚拟原型技术是在CAX（如CAD、CAM、CAE等）/DFX（如DFA、DFM、DFS等）等技术基础上发展而来，它将信息技术、先进制造技术和先进仿真技术等应用于复杂系统全生命周期，并进行综合管理，从系统的层面来分析复杂系统，支持“由上至下”的复杂系统开发模式。虚拟原型是根据产品设计信息或产品概念产生的在功能、行为和感观特性等方面和物理原型尽可能相似的可仿真的计算机模型。虚拟原型技术经过近十年的发展，已经可以部分替代物理原型，在产品设计中得到了广泛的应用。

3农业机械数字化设计技术的发展趋势

农业机械属于制造业的范畴，门类广、种类多，市场需求潜力巨大，据统计，目前我国农业机械产品拥有14大类、95小类，3000多种产品。尽管我国能生产的农业装备品种很多，但产品技术水平、产品结构与发达国家还存在相当差距。在构型设计方面除了利用计算机辅助设计加速产品开发的同时，基于知识工程，利用计算机仿真对产品性能进行预测以优化产品结构也得到了人们的关注。在农业机械产品概念设计方面的研究也有学者开始涉及。今后数字化设计技术在农业机械中的发展趋势，应注重以下几点。

3.1突出产品创新设计。设计过程中应当突出产品的使用功能以及创新性，消费者在购买机械设备时拥有更多的参考。应用数字化技术后，设计阶段创新理念可以更好的展现，结合农机设备使用阶段容易发生的故障问题来进行，将故障发生几率降至最低，这样才能够降低农业生产的成本投入，确保设备具有消费市场。农机设计生产企业有很多，只有突出设计阶段的创新性，才能偶在激烈的市场竞争中占据有利位置。可以明确，产品创新设计涉及到数据开采、知识发现及其重用技术、知识的表达与组织、知识数据库的开发、基于知识的决策技术等。

3.2重视虚拟现实技术。虚拟现实技术的出现，给产品设计带来了一场新的革命，它集3D图形、声音等多媒体为一身，让设计者/用户身临其境的感受产品的设计过程，体验其性能，从而提高设计的成功率。该技术在农业机械设计及制造中非常重要。对于结构复杂、设计困难、设计周期长的大型农业机械的设计，采用虚拟现实技术，既便于模拟产品的某些性能，又便于设计人员对产品的修改，更便于用户针对产品的原型了解产品的结构和性能等，提出反馈意见，加快了产品投入市场的速度。目前国外已提出了两种基于VR的工程设计方法，一种是增强可视化，它利用现有的CAD系统产生模型，然后将模型输入到VR环境中，用户充分利用各种增强效果设备如头盔显示器等产生临境感。另一种是VR-CAD系统，设计者直接在虚拟环境中参与设计。国内相关的研究才刚起步，尤其是VR在工程上的应用方面还缺乏一套较为完善的理论和方法。

3.3强调产品协同设计。农业机械制造企业面临着新的商业环境，如产品定制需求的增多；跨部门甚至跨企业共同协作进行产品设计与制造等，因此，产品设计制造的协同是现代企业适应全球经济的重要手段，也是我国发展农业机械行业乃至整个机械行业所需要瞄准的方向。据估计，发达国家制造企业在新产品的开发过程中往往有40%~70%的工作是与其他企业和合作伙伴共同完成的。如何从浩瀚的产品资源中选择合适的为己所用，这就提出了在已有知识库中的搜索算法实现问题。PTC公司的Web服务器上保存了众多世界领先的零件供应商的百余万个零件，且每月增加几万个新的零件。尽管象PTC公司这样将所有资源都纳入自己的服务器的做法在搜索算法实现上较为容易，但在我国目前采用是不现实的，并且从长远看也不是方向。一个可行的办法就是由供应商在自己的服务器上提供零件的资源信息，这样采用什么特征及其参数引导在众多的供应商之间搜索，以及如何实现客户端各种异构的应用系统与服务器各种异构数据库之间信息的传递就成为研究的方向。农业机械在农业经济和农业的发展中始终处于十分重要的地位，将数字化设计技术引入农业机械行业是改变传统农业机械生产方式，用新技术改造传统农业，支持新兴农业技术，提高农业竞争力的重要手段。

参考文献

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近年来，信息技术发展十分迅速。伴随着信息技术研究的深入与推广应用，由此衍生出了数字化设计技术，同样在社会各行业中得到广泛应用，并发挥了巨大的作用，为社会进一步发展作出了突出贡献。就数字化设计技术在农业机械设计中的应用而言，一定程度上实现了农业机械设计的标准化与前沿化发展。然而技术的发展是必然的，就农业机械设计中应用数字化设计技术进行更深层次的剖析十分重要，这对推动农业机械设计的进步与发展具有十分重要的现实意义。本文主要以数字化设计技术与农业机械设计为主线，分3部分进行论述，主要目的在于促进农业机械设计中数字化设计技术应用价值提升。

1数字化设计技术相关内容概述

1.1数字化设计技术概念

所谓“数字化设计技术”，是指在计算机数字化技术发展到一定程度的背景下，用于辅助设计领域的部分工作[1]。就当前大家所了解的数字化设计技术而言，涉及众多技术，核心处理技术主要有数字压缩、数字编码以及数字调制等。伴随着信息技术与计算机技术的不断深入应用与发展，数字化设计技术也得到了长足发展，逐步建立了一个以计算机为基础框架的模型，现如今在社会众多领域当中得到了广泛应用[2]。

1.2数字化设计技术特点

数字化设计技术在实践应用中，彰显了众多特点，总结起来，主要包括以下几个方面：首先，一个统一化产品定义模型，在社会众多领域当中能够得到更加广泛的应用，并且有着巨大的、潜在的应用空间；其次，数字化设计技术可实现并行设计，能够实现多小组同时作业，在一定程度上，可以大大提高工作效率[3]；再次，基于统一化模型，设计质量也有相应的保障；最后，设计可以实现虚拟仿真处理，主要是利用计算机技术来实现，避免了传统设计对实物模型依赖程度高的弊端，相比传统设计而言，具有明显的优势，具体表现在工作效率与成本2个方面。

2农业机械设计中数字化设计技术应用现状分析

在数字化设计技术推广应用之前，设计主要是满足设计对象的一些具体要求，在局部优化或者整体优化方面，并没有重点考虑，导致无法实现总体设计优化。数字化设计技术的应用，主要是在产品设计过程中，注重CAD、CAE等多类处理技术的应用，使得产品设计周期影响因素发生巨大改变，从而达到各项要求，例如设计质量、设计成本等。与此同时，为保障后期维护工作的便捷，设计会重视总体设计的优化。就农业机械而言，具有种类繁多、市场需求量大等特点，在具体设计中，主要是在传统设计理念的支撑下，采用一些传统的设计工艺，造成整体设计水平低下，然而数字化设计技术具有一定的先进性，基于农业机械设计现状，无形中为数字化设计技术的应用提供了巨大的空间。纵观当前数字化设计技术的应用，尤其是在农业机械设计中的应用，有效促进了农业机械设计效率与质量的提升，然而在实际应用中，相关设计人员还需要高度重视一些注意事项，包括农业机械设计特点，同时对数字化设计技术的特点引起高度重视，确保两者的兼容性，以此有效提升农业机械设计的总体水平。农业机械设计特点众多，概括起来，主要包括以下2个方面：首先，从结构方面而言，结构类型较多且较为复杂；其次，从功能角度而言，功能多样，操作较为方便、简单。就前者而言，以播种机为例，在具体的设计过程中，设计人员通常需要重视的仅有2项，一是农作物的品种，二是农艺特点。根据上述2项要求，播种机便可以大致分为条播种机、穴播种机以及精密播种机等，在此基础上，结合工作原理加以区分，播种机又可以分为2大类，分别是机械式与气力式。基于此，农业机械种类繁杂。就后者而言，为满足播种的各项需求，即使农业机械型号不同，在功能方面也没有本质差异。

3农业机械设计中数字化设计技术应用前景

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1数字化技术的内涵和特点

对于数字化的设计技术来说，它有着多个方面的特点。首先，数字化的设计技术有着统一化的产品定义模型，因此在各个行业当中它的应用比较广阔；其次，对于数字化设计技术来说，它可以开展并行设计。同一个项目可以有多个小组来进行联合的操作，在这样的情况下，不仅使得工作的效率得到提高，也能够使得它的质量得到保障；最后，数字化设计技术对于实物模型的依赖程度比较低，特别是在开展计算机技术仿真处理的时候，和传统的设计技术比起来，它的工作效率非常高，同时也能够有效地降低设计成本[1]。

2农业机械设计领域的特点

2.1结构类型多、型号多。在农业机械设计领域当中，农业机械的结构类型和型号比较多，例如，在对播种机进行设计的时候，需要根据所播种的农产品物种和农业的特点来进行划分，常见的机械类型有条播机、穴播机和精密播种机等。如果从这些机械的作业宽度和配套的动力角度出发，又可以分为单体、2行、4行等播种机[2]。2.2功能结构稳定，复杂程度低。对农业机械来说，它们的功能结构一般都比较稳定，同时整体的复杂程度都不高。以播种机为例，在组成上，它一般都会有机架、地轮和传动系统等。此外，不同型号的播种机，它们本身所使用的部件的类型和它们的结构参数也会有着一定的差异性，但是它们最终的产品功能都是相同的。2.3农业机械试验受季节影响性大。对于农业的机械来说，它们在设计之后需要开展相关的试验工作，但是在试验工作开展的时候会受到季节性的影响，因此对于农业机械进行研发所需要的周期比较长。

3农业机械设计中数字化设计记住和制造技术的应用

3.1在农业机械设计中引入虚拟技术。虚拟技术是一种可以创建并且真实体现虚拟环境的一个计算机仿真系统，对于虚拟技术来说，它对多种技术进行了综合，例如：网络技术、计算机仿真技术和三维图像技术等。随着经济和社会的不断发展，在市场竞争日益激烈的背景之下，用户的需求会越来越趋向于个性化和特色化。在这样的背景下，利用虚拟现实技术在农业机械的设计中发挥作用，可以使得产品的设计和后续的制造成本得到有效的降低，并且也使得产品在设计和研发的周期上得到剪短，在最大程度上满足了用户对高质量低成本产品的需求。在农业机械设计中引入虚拟技术已经成为了一种大势所趋，其主要在虚拟设计环节上发挥出作用。虚拟设计本身就是使用虚拟技术在产品的开发设计中进行运用和辅助，简单来说，就是设计人员首先设计出一个虚拟的农业机械产品，然后利用系统和各种各样的技术手段，对这一个虚拟所得到的农业机械产品进行各方面的研究、检查和分析工作。通过这样的方式可以帮助人们对产品是否满足农业生产设计的需求来进行检验，同时也可以及时的发现产品中存在的问题和缺陷，开展各方面的修改工作。对于在机械设计中应用的虚拟设计系统来说，它主要有两个部分，一个部分就是虚拟设计系统的主体，这个主体，它是由虚拟环境生存下来构成的。另外一个部分则是一个的设备，这个的设备是非常多样化的有数据的传输装置，也有信号的控制装置，更有人机进行交互的各种各样的工具等等。在这些部件和系统的帮助之下，可以大大节省机械设计的周期，提升效果。3.2实现产品的设计和制造协同。对于农业机械的设计和制造来说，它是一个联动的过程，在传统的设计方式当中，设计和制造环节的脱节现象比较严重，从而使得一些比较好的设计概念没有办法在现实中得到实现，并且最终发挥作用，推动农业生产的进行。基于这样的弊端，在未来的数字化设计技术的应用过程当中，会更多的对农业机械产品的设计和制造阶段的协同化进行实现。在二者的协同之后可以使得机械设计能够得到优化，并且这样的优化是比较及时的有效的，使得需要花费的费用得到降低，缩短整个设计和制造的周期。对机械产品的设计和制造环节进行兼顾的协同化设计，是数字化技术的一种集成式应用，也是推动设计效果能够得到最优化直观呈现的有效措施，将会成为未来农业机械设计制造的主要发展方向。3.3加强设计的创新。对于农业机械的设计和制造来说，创新是一个永远都不变的真理，也是技术生存的根本，特别是在数字化设计技术当中，创新是非常关键的一个生命力所在。对于数字化设计技术来说，它在农业机械设计中的应用会伴随着时间的流逝出现一定的变化和调整，并且在这变换和调整的过程中会出现一些新的问题，在这样的情况下，这就要对本身的技术进行创新，从而才能够使得农业机械设计的科学性和前沿性得到呈现[2]。此外，对于农业机械设计来说，它会朝着越来越高的标准进行发展，因此也需要数字化的设计技术对自身的标准进行不断的提升。对新技术的应用，在整个应用的过程当中，要加强理念和技术的创新，同时以新的理念来实现技术的探究和改革，最终提升整体介绍发展的前景，也推动农业机械设计的水平得到有效的提高。

4结语

综上所述，数字化的设计技术是未来机械设计的一个最主要应用技术，它在农业机械设计中的使用可以使得设计水平得到有效的提升。根据未来农业的发展需求以及数字化设计技术本身的发展需要，今后在开展农业机械设计的时候会加强虚拟技术、产品设计和制造协同和技术创新等方面的发展，从而使得数字化设计技术可以更好地在农业机械设计中进行应用。

作者:方更新 单位:福建漳浦县赤湖镇政

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Digital prototyping for teaching resources of agricultural mechanization engineering

Yang Xin, Li Jianping, Feng Xiaojing, Liu Junfeng

Agricultural university of Hebei, Baoding, 071001, China

Abstract: The technology connotation and the development principle of the digital prototype instructional resource were put forward through digital prototyping method. The digital prototype models of the typical components, mechanisms and machines were founded with the digital prototyping for the agricultural mechanization engineering instructional resource, and the various forms of simulation teaching based on these digital prototype models were carried out such as mechanical structure learning, the mechanism motion analysis, and the working principle demo.

Key words: agricultural mechanization engineering; talent cultivating; teaching resources; digital prototyping

我校省级重点学科农业机械化工程，多年来一直坚持“非实习不能得真谛，非实验不能探精微”的教学理念，取得了很好的教学成果[1-3]。但在知识经济和科学技术飞速发展的今天，农业生产作业方式正向保护性耕作、精准作业、设施栽培等现代化作业方式转变，农机装备也随之向高效、精细、节能和可持续的方向发展。未来若干年，是传统的农业机械化工程逐步向现代农业机械化工程提升的关键时期，农业机械化工程学科不仅要发展外延，更要着重向内涵拓展，培养高质量人才，出高水平成果[4]。考虑新形势下农业机械化工程教学的服务面向，以提高教学水平为主，不增加教育成本，开发高质量的农业机械化工程数字样机教学资源，构建农业机械化工程实验实习教学网络平台，已成为农业机械化工程教育信息化和现代化的迫切需要。

1 数字样机教学资源技术内涵与开发原则

1.1 数字样机教学资源技术内涵

数字样机开发(Digital Prototyping)是把一个创意变成一个可以向客户推销的数字化产品原型的全过程，是科学研究中新产品设计开发的一种现代化技术手段。利用数字样机开发技术可使得概念设计、工程设计、制造、销售和市场部门在产品制造之前虚拟地体验完整的产品[5]。工业造型师、设计工程师和制造工程师使用数字样机技术在整个产品开发过程中对产品进行设计、优化、验证和可视化。市场人员可以使用数字样机技术在产品制造之前创建产品的真实感，渲染和在实景环境中的动画模拟。目前，数字样机技术在机械、电子、航空、汽车、动力工程等诸多领域得到了广泛的应用。

数字样机教学资源是指利用数字样机开发技术对教学资源进行处理，可以在多媒体计算机及网络环境下运行的多媒体数字化教学材料。按处理的对象划分，数字样机教学资源可分为典型零部件、典型机构和典型样机等；按信息的呈现方式划分，数字样机教学资源可分为数字化图像、投影、视频以及网上教学资源等。与传统的教学资源相比，数字样机教学资源有开发技术数字化、处理方式多媒体化、信息传输网络化等特点。数字样机教学资源是一种动态的教学素材库，基于数字样机教学资源可以在不同教学单元间和教学平台上共享数字样机模型数据。

1.2 数字样机教学资源开发原则

开发数字样机教学资源应遵循教学性、科学性、开放性、通用性、层次性的原则。

(1)教学性原则：数字样机开发技术本属于科学研究中新产品设计开发手段，将其用于教学资源的设计开发中，与科研产品开发有着本质的区别。科研产品开发的目的是得到市场需求的新型产品，满足人们对产品的功能需求，而数字样机教学资源应能满足教与学的需求。

(2)科学性原则：数字样机教学资源应能正确反映科学知识原理和现代科学技术，所构建的样机模型应该尽量按实际设备进行1:1建模，按实际工作原理进行运动、动力仿真参数设置。

(3)开放性原则：数字样机教学资源应确保在任何时候、任何地方、任何师生都可以将自己的数字样机作品纳入其中，可以通过网络论坛设置不同身份的会员机制，给每一位使用者(教师、学生等)提供提交建议、上传作品的许可认证接口，尤其是对学生提交的课程设计、毕业设计成果进行审核认定，及时充实和更新教学资源库。

(4)通用性原则：在相应的技术标准规范下，数字样机教学资源应能适用于不同的教学情境和多种形式的学习，适用于针对不同专业而设置的同门类学科通论类课程，最大限度地共享资源。

(5)层次性原则：数字样机教学资源应实行模块化管理，使学习者通过对不同层次资源的使用和重组，方便进行课程或知识体系的筛选，最大限度地发挥资源的个性化定制潜能。

2 农业机械化工程数字样机教学资源开发

2.1 将现有教学资源进行数字样机建模

将现有的教学资源进行数字样机改造是把现行教学中使用的载体进行数字化改造，形成数字化模型资源。现有教学资源包括两大类：一是教研室和实验室原有成熟的实物教具、机构模型、零部件结构挂图等。二是在课程设计和毕业设计中师生创作的机械机构作品，包括展示型作品、师生交流作品集、教师对学生进行评价的作品等。将这些教学资源进行数字化样机设计，建立虚拟教学模型，主要是三维立体模型的制作和开发。图1所示是根据几种典型农机部件实物教具建立的数字样机模型。

(a)典型零件模型

(b)典型部件模型

图1 实物教具数字样机模型

可以筛选一批典型资源设立学生设计研究计划项目，让学生参与教学资源建设，并借助设计过程提高学生对现代数字化设计软件的应用能力，将学生技能教育融于教学中，并兼顾提升学生从事科研工作的能力，提前熟悉一些主流设计软件的使用方法和操作技能。

2.2 将科研产品数字样机进行教学型转化

在农业机械化工程诸多核心课程教学中，除了加强理论课程的基础知识外，更要体现学科前沿知识，在实践环节中融入最新科研成果，将学科前沿知识带给学生，让学生对专业方向有更好的把握和定位。如今农业机械产品开发已经采用了数字样机开发技术，许多产品生产之前需要借助产品数字样机进行功能和行为的仿真模拟，在产品开发过程中更是借助数字化手段对研究对象反复仿真分析和评价[6-9]。开发完成的产品本身就是很好的教学资源，尤其是一些新机构、新部件的结构原理、动态特性等。图2所示是在科研项目中开发的新型机械装备和核心部件运动仿真分析模型。

(a)果园风送喷雾机 (b)零速投种运动仿真

图2 科研产品数字样机模型

通过多媒体技术把典型科研产品设计和仿真过程进行录制、编辑等，形成用于课程教学的素材。这要求任课教师在参与科研工作的同时捕捉可用于教学的信息，及时收集科研工作中的教学素材，这也有助于科研工作本身的总结和提高。

2.3 将调研产品数据作为数字样机资源补充

调研数据主要包括旧式农具、农民自制农具和新型农机产品等。这些农具或农机产品是目前教材中没有的产品类型，但它们对了解农业机械发展历史和目前农村使用农机的现状有着不可替代的作用。通过学生假期社会实践活动，可以搜集到大量旧式农具、农民自制农具和新型农机产品的数据信息。筛选出比较有代表性的机具产品进行数字样机建模，如图3(a)所示是我国北方农村现存不多的小麦播种开沟农具，这种农具曾在我国小麦播种区域有着广泛的应用，改革开放后逐渐淡出历史舞台。图3(b)所示是目前北方农村玉米播种区域广泛使用的一种勺轮式玉米精量免耕播种施肥联合作业机，适用于对包衣后的优质玉米种子进行精量播种。

(a)播种开沟旧式农具 (b)玉米精量免耕播种机

图3 调研产品数字样机模型

3 数字样机教学资源应用

3.1 农业机械学省级精品课教学应用

农业机械学是我校农业机械化及其自动化专业必修的一门理论和实践紧密结合的课程，2003年已经建设成为省级精品课。我们建立的各种数字样机教学资源在农业机械学省级精品课建设过程中得到了很好的应用。在理论课和实验课教学课件中采用的数字样机模型包括耕整地机械、播种机械、中耕管理机械、收获机械、植保机械等。各种模型素材在各个理论教学单元中以图片、动画等形式体现，其中动画素材与理论教学课件素材占总量的50%以上。尤其是对于结构认知课，学生通过逼真的数字样机模型分解视图和生动的三维动画模拟演示，很快理解了在理论课程中所讲的基础知识。

3.2 “农业机械化工程实验实习教学网”应用

“农业机械化工程实验实习教学网”是河北省重点学科农业机械化工程的重点建设内容之一。该教学网于2009年5月开通试运行，其内容以农业机械化及其自动化本科专业课和业务素质课的实验和实习教学为主体内容，以省级精品课农业机械学的实验和实习教学为核心，兼顾农学、园艺、畜牧、植保等非机化专业的农机化概论、草业机械化、植保机械等选修课程实验教学。学生实名注册为会员后可选择相应内容学习、下载资料、参与师生互动交流等，实现网络教学。图4所示是农业机械化工程实验实习教学网首页，通过链接数字样机教学资源，能够让学生在任何地方学习农业机械基础知识和了解学科发展动态，起到事半功倍的效果。

图4 数字样机教学资源网络教学应用

4 结束语

为适应农业机械化工程学科向内涵拓展，培养高质量人才的时代要求，利用数字样机开发技术建立了大量数字样机模型作为农业机械化工程学科的教学资源。通过将现有教学资源进行数字样机建模、将科研产品数字样机进行教学型转化和将调研产品作为数字样机资源补充的途径，完成了一套比较完善的典型零部件、典型机构和典型样机的数字化模型。并把这些模型应用到了农业机械学等课程教学和“农业机械化实验实习教学网”建设中，开展多种形式的仿真教学和网络教学，为加快农业机械化工程教学由传统模式向现代模式的转变提供了实践性参考。

参考文献

[1] 冯晓静,刘俊峰,杨欣.农业机械学课程教学改革思路[J].中国农机化,2004,3:67-68.

[2] 杨欣,冯晓静,刘俊峰.农业机械化及其自动化专业CAD教学研究[J].农机化研究,2005,5:275-277.

[3] 冯晓静,刘俊峰,钱东平,等.面向21世纪农业机械化工程实践教学的探讨[J].中国农机化,2007,5:87-88.

[4] 中国农业工程学会.农业工程学科发展报告(2010-2011)[M].北京:中国科学技术出版社,2011.

[5] 吴菌.数字样机真的是老生常谈吗?[J].中国制造业信息化,2007,7:60-62.

[6] Yang Xin, Feng Xiaojing, Liu Junfeng.Virtual Assembly Associative Design and Finite Element Analysis for Digging Spade of Potato Harvester [C]. Proceedings of 2007 International Conference on Agricultural Engineering, 2007: 426-431

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“加快发展现代农业”是我国现代化进程中的重大历史任务，也是“十二五”规划的一项重要任务，而农业的电气化水平直接决定了现代农业的发展水平。农业电气化是指在农业上对电能的应用，包括了农业生产和农村居民生活领域，农业生产上主要是电能的利用和农业生产的机械化和自动化，而农村居民生活领域主要是电能的输送、分配和利用。到目前为止，几乎所有发达国家的都已实现了农业电气化，但我国的农业电气化水平还较低，各地区发展差距也较大。而决定我国农业电气化发展水平的，就是电力电子技术的应用水平。

电力电子技术是在电力领域使用的电子技术，是使用电力电子器件使弱点和强电接口。主要应用在对电能进行变换和控制的领域。20 世纪以来，随着电力电子技术的快速发展，其应用范围以扩展到工业、农业、交通、电力、通信、节能、家电、环保等多个领域。例如在在农业技术装备中的应用提高了农业装备的自动化程度，使农业技术装备实现了灵活可控。

2  电力电子技术在农业电网电能变换中的应用

在农村，用电大多采用从国家电网买电形式，这种形式费用高并且偏远地区会出现缺电等问题。我国农村有丰富的可再生资源，可以因地制宜采用分布式发电技术改善农村的用能条件。在水资源丰富的地区，可以采用水电发电；在风能资源充足的地区，可以推广使用小风电；在太阳光充足的地区，推广使用光伏发电；也可以推广风光互补发电，并结合沼气发电、生物质能发电等[3]。采用电力电子技术的电力变换技术，来实现农业的电气化。

2.1  AC/DC 变换

AC/DC 变换称为整流。由于风速的随机性，农业用微型风力发电机发出来的电能为不稳定的交流电源，需要首先把它们通过 AC/DC 变换整流成直流电，然后再通过逆变技术变成标准的交流电。图1 为三相桥式整流电路。这种电路简单，容易得到直流电压，但会产生严重的谐波污染，需接入滤波器等电力电子装置滤除谐波。

2.2  DC/DC 变换

DC/DC 变换称为直流变换。太阳能、水能、沼气能、燃料电池等提供的电能为直流电压，由于电压等级低，所以需采用直流变换中的升压电路升压至合适的电压等级（图 2 为升压变换电路），然后再进行逆变。另外，发电系统具有输出功率变化响应慢的特点，如光伏发电系统和小水电发电系统响应时间在秒级，而燃料电池响应时间则更长，甚至需要数分钟，所以在负荷突变时，功率的输入跟不上所需要的功率输出，会出现有功功率不足的现象；另外，光伏发电和风力发电由于阳光和风速的随机性而具有波动性大的特点，所以需要在系统中加入储能单元，在发电量多时储存电能，在发电量少时调用所储存的电能，储能单元可以选择蓄电池等，当使用蓄电池里的电能时，需要采用升压电路使蓄电池放电，升压电路将蓄电池电压升压至母线电压，以供给负荷使用；反之当母线电压过高时，需要采用降压电路降压对储能单元充电，所以储能单元通常采用双向 DC/DC 电路进行充放电。

2.3  DC/AC 变换

DC/AC 变换称为逆变。通过上文所述的整流或直流变换技术，都是把电源变换到合适电压等级的直流电，而农业装备中使用的电动机、农业生产所需要的照明电源等都需要的是标准的正弦交流电，所以需要采用如图 3 所示的逆变电路把直流电变换为标准的交流电，以供给负荷，或者将余电并网。

3 电力电子技术在农业技术装备中的应用

以电力电子技术为基础的装置有开关电源、软开关、有源功率因数校正、不间断电源、静止无功补偿装置、变频调速装置等，这些装置在农业装备技术中有着广泛的应用。随着电力电子技术的发展，使农业装备发展迅速。

3.1  农业灌溉中的变频水泵

传统的农业滴灌中所使用的水泵采用的电动机基本上是不可调速的电动机，水泵在工作时，电动机在一定转速下运行，这种电动机不能通过调速来调节滴灌量的多少，而只能通过调节多个阀门的开关以满足灌溉流量的需要，在需要小流量滴灌时，电动机的大部分能量都消耗在阀门上，浪费很大，因此需要根据需要来控制滴灌的流量。而采用电力电子变频器进行频率变换而进一步达到调速的目的，可以控制滴灌流量，大约能节约 30%的电能，同时可以实现滴灌过程的自动化，形成无人值守的现代农业灌溉系统。

3.2  精准施肥机

精准施肥技术可以减少肥料的使用，降低对环境的污染，优化农业生产，以获得最高的产量和最大的经济效益。精准施肥机基于脉宽调制（PWM）技术，能够因地制宜，实现肥料播撒随农业机械的行驶速度自动调节，并且可以在施肥过程中根据实际需要改变施肥量，也可结合采样技术、导航技术等进行施肥，达到精准施肥的目的。

3.3  计算机节能开关电源

计算机现在已深入到生活的方方面面，在农业中计算机的利用也得到了迅速的发展。发达国家的农业科技人员，已利用计算机控制技术代替人力来管理农田，例如控制农田的滴灌、喷灌、施肥和人工智能化的田间管理，实现了农业的现代化。计算机并不是无时无刻地在工作，而是在需要时发出控制指令，如果长期处于运行状态会使得耗电量大大增加，由此推动了计算机全面采用了数字开关电源，在睡眠状态下的耗电量只有 30 瓦甚至更低。

3.4  高压变频农业清选机

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农作物的生产需要大量的水源进行灌溉，传统的灌溉技术，在进行灌溉的同时会造成大量的水资源浪费，而且传统灌溉技术会导致灌溉不均匀的现象发生。随着我国节水观念的不断加深，所以农业节水灌溉东欧自动化技术越来越得到了重视。农业节水灌溉系统中自动化技术的应用，能够实现灌溉水源的高效利用，减少水资源的浪费，同时，能够促进农作物的成长，推动我国农业更好的发展。

1农业节水灌溉中的自动化技术

1.1工作原理

在农业节水灌溉中的自动化技术中，灌溉系统大概可以分为中央控制计算机、传感器、数据采集系统等部分，在进行操作的过程中，工作人员需要制定一套较为合理的灌溉数据，然后以这套数据为标准值，通过传感器感知土地中实际的各类数值，传感器将感知所得到的数据传输到中央处理系统，中央处理系统会将两组数据进行比较，最后确定是否进行灌溉。当实际数值高于标准数值时，无需进行灌溉，若实际数值低于标准数值，则需要执行灌溉的任务。

1.2系统特点

农业节水自动灌溉系统主要的作用是进行农业灌溉，为了更好的在农业中运用自动化技术，就要求农业节水自动灌溉系统的组成尽可能的做到简单、易于操作。为了促进农作物更好的发展，在进行农业灌溉的同时，往往会在水源中添加各种化学农药，这会在一定程度上对农业节水自动灌溉系统产生化学腐蚀，所以，农业节水自动灌溉系统一定要具有良好的抗腐蚀性。在进行灌溉的过程中，农业节水自动灌溉系统能够将水肥进行最佳比例的混合，以便能够在进行灌溉的过程中保证施肥的均匀性，而且能够根据植物在不同的时期对肥料的需求，对水肥比例进行适当的自动化调节。农业节水灌溉中自动化技术的应用，能够对灌溉中的用水进行精准的控制，从而有效的避免用水不当造成的水资源浪费现象。

2农业节水灌溉中自动化技术的发展现状

农业节水灌溉的自动化技术最早是由西方国家提出，并将电子技术与科学技术与之不断相结合，使之日渐得到完善，目前，许多西方国家的农业节水灌溉中自动化技术的应用都取得了十分显著的效果，技术也较为成熟，能够将其更好的运用到农业当中弄。相对于国外的发展现状，我国的农业节水灌溉中的自动化技术起步比较晚，发展比较慢，且尚有许多不足与需要改进的地方，并没有完全实现农业节水灌溉的自动化，大多数地方还是半人工半自动的发展状态。目前，我国许多的农业节水灌溉系统都是借鉴国外先进的技术，但是我国的地理环境、气候条件等自然状况与国外存在着很大的不同，这就导致了在进行实际应用的过程中，国外的技术并不能完全适应国内的农业情况。所以我国不能完全依靠国外的技术，必须加大研发力度，根据我国的具体情况开发出适合我国农业发展的农业节水自动灌溉系统。

3我国农业节水灌溉中自动化技术的改进方案

3.1有效提取农作物生长信息

有效的提取农作物生长所需的信息是推动农业节水灌溉自动化技术的重要环节，通过现代技术对农作物在不同的阶段所需的信息进行提取，然后采用科学合理的方式对植物需要的信息进行补充与确定，从而更好的推动农作物的生长。根据植物生长所需的信息，可以制定出更精确的节水方案。在对农作物生长信息进行探测的过程中，可以通过红外线技术、植物店信号等来判断植物生长过程中对营养需求的状况、病虫害状况以及生产状况，并通过这些状况来确定科学的节水方案。

3.2加大自动化技术的研发

我国处于农业节水灌溉自动化技术的初级阶段，所以在很多方面还有不足，以此必须加大对节水灌溉自动化技术的研发力度，同时，要在资金与技术上对节水灌溉技术进行大力的支持，避免资金不足而限制节水灌溉自动化技术研发的状况。研究结构要根据自动化技术中的薄弱环节进行技术研发，在一定程度上提高自动化技术与一些设备的使用价值。同时，政府要加大对农业灌溉自动化技术的重视，提供资金与人才的支撑，积极引进国外先进的技术，为我国农业节水灌溉自动化技术的发展提供技术支持。

4结束语

农业节水灌溉自动化技术在农业发展中有着重要的作用，我国现阶段的农业节水灌溉自动化技术还有些不足，所以必须加大研发力度，推动我国自动化技术的发展，从而推动农业的发展。

作者:谢万军 单位:东昌府区郑家镇农业技术推广站

参考文献

[1]杨娟娟.刍议农业节水灌溉数字化智能控制系统研究[J].中国水运（下半月）,2013,13(3):110-111.

[2]张予,李瑾,郭美荣等.农业节水自动化技术应用现状与对策研究--基于北京农业基地的调研[J].河南农业科学,2015,(8):149-153

[3]赵建云.节水灌溉自动化技术发展及趋势[J].农业开发与装备,2016,(3):54-54.

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中图分类号：TN919.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）01-0281-01

引言

二十一世纪高新农业技术的重要象征是数字农业（Digital Agriculture）技术。数字农业发展和各种农业数据是密不可分的，由于农业生产的空间分布较广泛，农业资源在地理分布地域广泛，而且地理分布地域广阔，农业数据的获得是基于农业生产和资源的，所以需要农业领域空间信息技术获得更多更准确的农业数据[1]。数字农业空间信息管理平台的应用能有效的促进农业和农村的发展以及平衡农业和环境之间的发展。美国的地球物理环境公司对3S技术在农业领域发展所起的支撑作用进行了研究，首先他们制定了地球观测卫星计划，收集卫星图像，监测农作物的生长，通过技术分析所得到的相关数据，为农场主提供相应的耕种方法，防止农作物的病虫害以及为提供具有预防和预测性的信息，确保农业生产顺利进行，避免过多的经济损失[2]。 在1997年，美国国家研究委员会发表了报告“21世纪的精细农业―农作物管理中的地学空间和信息技术”，提出了信息技术在农业生产现代技术条件下的巨大空间的全面系统的分析，并由此掀起了数字农业研究的，对由此可能带来的机遇和挑战进行了论述[3]。

1 数字农业空间信息管理框架

在数字农业建设过程中，数字农业空间信息管理平台处于核心位置。计算机网络是数字农业空间信息管理平台建设的基础，其核心是其数据库系统，建立一套RS、GIS、GPS、MIS、ES和其他的技术的集合体，通过数字农业空间信息管理平台尽可能的应用3S技术和空间数据库，对地理信息系统、遥感和遥测技术、全球定位系统、虚拟化技术的系统、农业技术自动化系统准确、高效、快速、全面和规范的使用。该平台还包括计算机技术和网络和数据通信技术系统。如图1所示。这里有它们的四个至关重要有效含量分析。

（1）农业信息分类编码标准

农业信息交流与共享的基础是农业信息分类和编码，这是一个用自己的信息编码规则改变许多重复的基本信息分类和编码，改变了过去在不同部门情况有的不统一，有的不能共享的情况。截止目前，在农业信息方面，中国还未制定相应的农业分类编码的标准，在农息信息分类编码方面要加强农业信息标准化，要对农业信息分类与编码，存储农业信息，实现信息之间的交流和共享。

（2）基于GPS/GPRS的移动式农业生产过程信息采集技术

通过GPS/ GPRS信息采集技术的空间定位和GPS信息采集的优势实时监测农业生产过程，通过GPRS无线宽带网络数据传输和实时的优势，在生产过程中控制移动信息采集，从而实现全面的技术集成。

（3）数字农业地理信息系统技术平台和各种类型的数据采集系统

基于农业数字空间信息平台出发，设置信息可视化和实时监控功能于一体，在搜集和采集农业信息时，根据自身的信息需求和生产数据的各个管理因素来获得所需要的有关气象，环境水文等信息，无论是从遥感数据，同时也对GPS信息的定位，都应包含不同的信息来源，有是由不同类型的传感器的实验数据组成。

（4）基于GIS的智能分布式控制农业机械

在自动控制系统中引入GIS时其自动控制系统的组成结构没有发生明显变化，在增强系统总体控制功能时，只需将控制器变为GIS或者在前端加一级GIS处理来实现，如图2所示。

2 基于Web Services的农业信息共享安全控制

（1）Web Services概述

Web Services体系架构与传统的面向对象系统一样，都包括继承、封装、消息传递以及动态绑定等基本概念，是面向对象体系架构组件化的实现和发展，在Web Services中将所有对象都看成服务，在API为网络中的其他服务所使用，通过实现的细节获得封装。

（2）基于Web Services的农业信息共享安全控制平台设计

在设计安全平台时根据用户服务、管理业务、数据服务三层构架，各个组件的设计理论基于面向空间、面向对象、面向用户以便各个应用模块都可以更方便的嵌入系统。

（1） 数据库设计

数字农业空间信息管理平台的数据由多个数据库组成。

（2）功能设计

园区空间信息管理平台由系统维护、综合查询、空间分析、决策支持、土地流转、动态监测6个子系统组成。平台在实现基于Web services的全方位农业信息与共享方面。点击平台功能界面的系统维护、综合查询、空间分析、决策支持、土地流转、动态监测中的任意一项。

系统维护、综合查询、决策支持、土地流转、动态监测每个功能模块的界面

显示了该模块包含的下一级以查询为主的子功能如土地流转包含商家信息统计、土地招租需求、招商土地查询、项目特别推荐、高级查询向导，点击每个子功能模块可浏览相应的信息。空间分析模块是基于WebGIS的以地图和专题图显示为主要功能的模块。

（3）GIS实现

当前的浏览器不支持矢量图形是实现GIS在网上浏览的主要问题。现在家庭JSP提供了两种方法来解决这个问题：首先，服务器端解决方案，载体转化为研究范式B浏览器支持JPEG，GIF格式的文件，客户端使用Java脚本的HTML网页；二是在浏览网页的客户端自动下载java小程序解决，通过下载转换，使得普通的Web浏览器具备支持矢量图形格式的功能，提供了显示方法。第一种方法主要适用要求相对较低客户端和观众，操作也比较简单。本文网络空间信息在园区采用的是第二种选择方法。

3 结论

实现区域农业技术跨越式发展的基础是数字农业空间信息管理平台，该平台是以3S技术作为核心技术，该系统是保证农业科技基础设施项目可持续发展的依据，对数字农业研究具有突破性的意义。文章中，以3S技术为出发点，以数字农业和农业信息研究为突破口，充分运用空间信息管理平台，结合上海现代农业园区信息应用，实现了平台的整体设计，并对数据库设计、系统功能设计、农业知识整合和空间分析等方面做了详细的设计，同时开发实践了一些功能，特别是采用的Web GIS技术，实现了Internet区域空间信息的，为园区运营的科学合理的管理提供了一个功能重要依据。

参考文献

[1] 韩苏闽.数字农业与农业信息化研究[J].科技传播，2014（2）：20-23

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关键词：自动控制技术　农业自动化

由于历史、观念和技术等方面的原因, 我国传统农业机械与发达国家相比有很大差距, 已远远不能适应农业的科技进步。近些年来, 自动化的研究逐渐被人们所认识, 自动控制在农业上的应用越来越受到重视。例如,把计算机技术、微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术结合起来, 应用于传统农业机械, 极大地促进了产品性能的提高。我国农业部门总结了一些地区的农业自动化先进经验(如台湾地区的农业生产自动化、渔业生产自动化、畜牧业生产自动化及农产品贸易自动化)的开发与应用情况, 同时也汲取了国外一些国家的先进经验、技术, 如日本的四行半喂人联合收割机是计算机控制的自动化装置在半喂人联合收割机中的应用,英国通过对施肥机散播肥料的动力测量来控制肥料的精确使用量。这些技术和方法是我国农业机械的自动化装置得到了补充和新的发展, 从而形成了一系列适合我国农业特点的自动化控制技术。

一、已有的农业机械及装置的部分自动化控制

自动化技术提高了已有农业机械及装置的作业性能和操作性能。浙江省把自动化技术应用于茶叶机械上, 成功研制出6CRK-55型可编程控制加压茶叶揉捻机, 它利用计算机控制电功加压机构, 能根据茶叶的具体情况编制最佳揉捻程序实现揉捻过程的自动控制, 是机电一体化技术在茶叶机械上的首次成功应用。

1.应用于拖拉机

在农用拖拉机上已广泛使用了机械油压式三点联结的位调节和力调节系统装置, 现又在开发和采用性能更完善的电子油压式三点联结装置。

2.应用于施肥播种机

根据行驶速度和检测种子粒数来确定播种量是否符合要求的装置, 以及将马铃薯种子割成瓣后播种的装置等。

3.应用于谷物干燥机

不受外界条件干扰, 能自动维持热风温度的装置停电或干燥机过热引起火灾时, 自动掐断燃料供给的装置。

二、微灌自动控制技术

我国从20世纪年50代就开始进行节水灌溉的研究与推广据统计。到1992年, 全国共有节水灌溉工程面积0.133亿m2, 其中喷灌面积80万m2, 农业节水工程取得了巨大的进展。灌溉管理自动化是发展高效农业的重要手段, 高效农业和精细农业要求必须实现水资源的高效利用。采用遥感遥测等新技术监测土壤墒性和作物生长情况, 对灌溉用水进行动态监测预报, 实现灌溉用水管理的自动化和动态管理。在微灌技术领域, 我国先后研制和改进了等流量滴灌设备、微喷灌设备、微灌带、孔口滴头、压力补偿式滴头、折射式和旋转式微喷头、过滤器和进排气阀等设备, 总结出了一套基本适合我国国情的微灌设计参数和计算方法, 建立了一批新的试验示范基地。在一些地区实现了自动化灌溉系统, 可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。这种系统中应用了灌水器、土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器、电线等。

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（1）提高产品质量。自动化控制系统能够使机械的执行机构按照设计的要求完成作业，使之不受操作者主观因素的影响，使产品质量一致性好，降低产品的不合格率。

（2）提高生产效率。自动化设备能够实现连续生产且故障率低，生产准备时间短，生产效率高。

（3）增加生产的柔性。机械自动化生产加工系统可以随时产需求的变化快速调整生产，换线高效。

（4）降低制造成本。机器自动化生产的节拍很短，可以达到较高的生产率，同时机器可以连续运行，因而在大批量生产的条件下能大幅降低制造成本。

（5）提高产品精度。自动化设备上采用了各种高精度的导向、定位、进给、调整、检测、视觉系统或部件，可以保证产品装配生产的高精度。

（6）缩短制造周期，减少制品数量。自动化使产品的制造周期缩短，能够使企业实现快速交货，提高企业在市场上的竞争力，同时还可以降低原材料及制品的数量，降低流动资金成本。

2实施方式

2.1信息流自动化实施信息流自动化是以计算机技术为基础，把整个生产制造过程作为一个大系统，将产品的市场需求、产品设计、工艺制定、组织生产、原材料供给和库存等信息集成化，生产信息能够顺次、准确送达到指定下一流程地址。生产信息流自动化的主要实施手段是通过计算机集成制造系统（CIMS）集成计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺过程设计（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）各单元的信息，这就要求产品数据进行标准化、统一化处理。信息流自动化的实施将从根本上解决农业机械制造周期长，信息渠道不畅，彻底改变了手工编制工艺文件的方式问题。有利于加快产品设计，提高工艺编制效率，保证工艺规程的精确性，最终保证制造产品的一致性。

2.2生产自动化实施

（1）生产设备的自动化。生产设备的自动化指对加工速度、进给量、动作姿态等生产信息编辑后，无需人工操作，生产系统根据已设定好的程序应用自动化生产设备完成出产任务。自动化设备的一次投入资金较高，从企业的长期考虑，不管是在作业质量，还是生产效率上都是经济的。生产设备的自动化实施可从以下5个方面考虑：①在农业机械零件铣、锉、钻、铰、攻等机加工中采用数控机床和加工中心，以适应产品变化，保证加工精度，减少人的作业强度；②在焊接生产中应用焊接机器人或专用焊接，增加系统柔性，并可实现多品种、小批量产品生产的快速转换，使焊接效率和质量大幅度提升。焊接辅助设备如翻转机、导轨、气动或电动夹具的应用将方便焊接作业，减少生产准备时间，进而提高焊接作业效率；③板材切割可使用激光或等离子切割机，可以保证切割的精度；④喷涂漆前的抛光打磨可由喷丸机替代，以提升打磨的均匀性和效率，且不漏死角；⑤若生产批量较大，对喷涂漆工作可设置自动化的喷涂车间，喷涂和自动输送链速率可系统控制，可改善人的作业环境，保证喷涂的均匀性。自动化的生产设备应用可有效缓解人的作业强度，一条生产线往往只需要少数人员，极大地节约人力资源，并提高生产的效率，保证产品质量，生产周期容易确定，使排产与生产管理更加准确。数控系统是自动化生产设备的“神经”，使对带有这些控制系统的加工设备实现远程控制和局域化控制成为可能。因此，在选用自动化设备时要考虑合适的控制系统。

（2）生产管理系统的自动化。传统的生产管理，依据年度计划或订单确定主生产计划，制定作业计划，对各种生产要素进行组织。现代的生产管理采用拉式生产，以看板管理为实施手段进行准时化（JIT）生产，对生产要素进行精益化组织，看板管理方法是在同一道工序或者前后工序之间进行物流或信息流的传递。随着计算机技术的发展，可利用网络，进行指令的下达、工序之间的信息沟通，使信息的流程缩短。在看板管理的基础上实施物料需求计划（MRP）系统，以完工时期为时间基准倒排计划，基于产品生成进度计划，组成产品的材料结构表和库存状况，通过计算机计算所需物料的需求量和需求时间。

2.3物流系统自动化实施

（1）运输自动化。机械制造产生产品附加价值，同时需要大批的物料输送到生产前线，因此物料在运输过程的效率高低直接影响机械产品的生产加工。保证机械生产连续性，首先要考虑生产物流的持续高效运输，为整个生产系统节约成本，创造利润。自动化运输可以使整个传输系统高效有序的运转起来，将生产线各工位需要的物料及时有效地运输到指定位置，更加完美地配合自动化机械生产，并做出快速反应，完成半成品和成品的整理及运输任务。对一般地传输系统的自动化而言，包括传输装置自动化、控制装置自动化和单机自动化装置，一些特殊的自动化系统还包含自动分拣、筛选、投递等。

（2）仓储自动化。物流系统中通过对信息流处理，精确地将各个类别的物料存储在自动化立体仓库中，并通过信息的传输由自动物流输送小车等自动化物流设备配送到生产一线。高水平的自动化立体仓储实现了以自动化立体仓库为枢纽的局域地区化物料配送，通过现代信息手段建立局域网络，实现少人化、智能化控制。自动化物流系统使现代管理通过信息传输结合MRP系统，实现数据资源的共享和及时处理及信息的传输和反馈，使管理变得更加的容易，所有的实时信息和数据都能准确快捷地反馈到专家系统，便于专家系统有效地分析并给出正确的指令，使生产更加的精益化，最终配合自动化生产机械生产出高质量的产品，以适应市场需要。自动化物流的建立是生产系统自动化重要的一部分。

3前景展望

（1）生产系统集成化。集成化在农业机械制造中的应用，主要是对信息集成，生产资料集成。信息基础主要是通过计算机集成技术，在农业机械产品在生产管理方面以MRP为核心，运用企业资源计划（ERP）、制造资源计划（MRPII）管理系统，对企业制造的各种资源进行统一的计划和控制；生产制造方面以CIMS为工具对CAD、CAPP和CAM进行数据信息集成，把以往企业相互分离的自动化“孤岛”（MRP－II、CAD/CAM、GT...）和人员通过计算机有机地综合起来，使企业各项业务相互协调地进行。

（2）智能化。智能化技术在生产管理系统中的应用，可以使系统能够对系统中的状况自动地进行快速反应和处理，并采取相应处理措施，而这一切生产活动的关键就是专家系统。可以说专家系统是人工智能与计算机数据库结合，并能比较快速地对系统进行监督和反馈，及时的发现处理系统中发生的问题，能够更好地保证生产的顺利进行。

（3）柔性化。在运营管理中，柔性化使生产系统可以同时生产不同的相似产品通过编程自动化技术，适应不同的环境和需求，具有良好的可操作空间。在这种环境下生产出的产品可以适应各种市场需求，有极强的适应能力，可以满足多数客户需求。

（4）虚拟化。虚拟化就是结合计算机技术、仿真技术，对农业机械产品从设计到生产的全过程进行仿真模拟，以验证其合理性，如在农业机械产品制造中，运用Flexsim、Witness和eM-Plain以对工厂和生产线，分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链等；运用DELMIA仿真软件对机器人动作路径进行规划，并能验证是否存在干涉。

篇12

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.243

0 引言

农业是农村发展的重要组成部分，加强农村农业生产机械手段自动化技术的应用，一方面为社会主义新农村的经济发展提供了技术支持，提高新农村农业生产效率，增加农民的经济收益，改善农民生活；另一方面，农业机械自动化技术的应用与发展，为新农村建设，增强农民的农业科学种植技术的学习提供了发展突破口，是实现社会主义全面发展的重要途径之一。

1 农业机械自动化技术在农业生产中应用的必要性

随着我国政府对农村发展的重视程度进一步加强，农村农业生产的机械化程度提高农业机械自动化是指将农业种植、生产过程中，应用机械自动化代替传统的手工农业种植方式，从而使农业种植、生长、收割环节实现机械化种植生产[1]，将人从传统的农业生产劳动中解放出来，农业整体生产效率提高，为农业销售提供广阔的生产环境，为社会主义新农村建设提供技术支持，由此可见，农业机械自动化技术在现代农业生产的必然性选择。

2 农业机械自动化技术在农业生产中的应用

2.1 农业智能化种植技术的应用

社会主义新农村建设是社会主义经济发展的重要组成部分，广泛应用于农业发展的各个领域中，首先，农村农业种植机械自动化的应用于农业种植中。我国农村种植技术中早起的机械化有拖拉机、耕地机等形式，这种初期的机械生产技术只能实现农业种植中半自动化的应用，在一定上将农民从农业劳动中解放出来，但在农业种植中的部分精细化劳动依旧需要人工后期完成。随着社会科研技术的进一步发展，农村农业种植的机械自动化技术水平也得到创新提高，将网络程序技术、智能化感应技术等先进的技术手段应用到农村发展中来。例如：现代农业水稻种植采用无工自动化种植[2]，农民在进行水稻种植前，为插秧设备设定水稻种植中水位高度、秧苗种植间距等具体操作程序，种植设备能够依据已设定的基本程序进行水稻种植，不仅使农民彻底从农业种植劳动中解放出来，同时提高了水稻的成活率。

2.2 农产品生长自动化技术应用

其次，农业机械自动化技术的应用程度，在农业后期生长中的应用也为农业应用技术的发展提供了发展动力。一方面，农业机械自动化技术的应用在幼苗种植中阶段检测中的技术应用程度上，农业管理程序中对农业种植检测管理采用集成化管理与层次化管理相结合，农民可以通过机械检测程序，对农业种植的整体进行监管，实现对农业种植的整体管理，优化农业种植品种的科学划分；例如：将玉米种植田高粱种植田划分为一个整体，实现农作物种植的整体划分；另一方面，农业机械自动化技术的应用体现在农业灌溉技术的应用中。我国是农业种植发展大国，灌溉技术更是在农业发展过程中逐步得到完善，传统的农业灌溉方式以大水漫灌为主，随着社会科技水平的进步发展，农业灌溉技术中逐渐融入绿色农业，节约农业的发展理念，积极推进农业灌溉技术的发展与灌溉体制的成型，例如：喷灌技术、滴灌技术以及微滴灌技术的应用。我国农村某地区的农业种植地势以山地为主，当地村干部积极引导村民实现农业机械自动化技术的应用，充分应用当地的农业地形环境[3]，采用山地饮水灌溉和改造式喷灌式浇灌方式，解决的当地农业种植灌溉不及时的问题，促进当地农业生产产量的进一步提高。

2.3 农产品收割自动化技术应用

最后，农业机械自动化技术在农产品收割自动化技术中的应用。我国农业种植技术的应用，实现了农业收割技术在实现农作物“收”与“存”的一体化管理，高精度农业收割机在农业生产应用，可以依据农产品的种类，进行收集程序的智能化管理；例如：应用玉米机进行玉米收割[4]，自动化机械将玉米粒自动化收割。烘干处理，农民只需要对收割的玉米进行存储；自动化收割机对玉米秸秆粉碎，一部分用于农田营养回收，作为土壤营养养料保持所需；另一部分，将粉碎的玉米秸秆作为牲畜的养料，机械自动化技术在农业生产中的应用，促进我国农村农业种植技术的进一步发展。

3 结论

农业机械自动化技术在农村农业种植中的应用，能够提高农村农业种植的效率，提高农业经济发展速率，为新农村建设发展提供技术保障。此外，农业生产自动化水平的深入应用，实现了农村农业生产质量标准的提高，为农产品的销售提供可靠产品销售保障，从而为新农村的变革发展提供支持。

参考文献：

[1]郭志信.基于机器视觉的自走式烟叶收获机导航技术研究[D].河南农业大学，2013.

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1.1地位的基础化

农业机械业与我们的日常生活息息相关，在生活的方方面面我们都要用到农业机械产物；农业机械业也是我国的国民经济的支柱产业之一，它是国家综合国力的重要体现之一。随着科学技术的发展，有许多新兴行业诞生，但是农业机械业在各行各业中所占据的重要地位依旧保持不变，农业机械业的发展也备受许多国家的重视。由此可以看出农业机械业在各国经济发展中的基础地位的日益加深，它在日常生活中的应用也越来越广泛，这些造成了其地位变的不可动摇。

1.2经济规模化

在经济全球化的时代，很多农业机械企业为了加强自身的竞争力加速了国际化业务的开展，实现了全球的规模化的生产。为了在激烈的竞争中不被击倒，很多企业加大了在相关农业机械技术方面的投资，为满足日渐多样化、个性化的顾客需求，农业机械企业还得针对专项农业机械化产品进行升级与加工。电子信息化技术在这时可以有效的帮助各企业减少工作任务、减轻人力资源的压力，通过运用信息技术还可以对于全球各个地点的农业机械企业分部进行管理，使各个地方的企业可以分工合作高效快捷的完成生产任务，利用不同地方的地理优势带来高质量的农业机械成果。

2农业机械业现状及对信息化的需求

我国的农业机械业起步较晚，但是经过了几十年的发展之后已经具备了一定的生产规模与技术程度，使之成为了我国重要的经济支柱产业之一。随着如今经济的发展与科学技术的进步，电子信息化技术得到了很大的提升，将其应用到农业机械当中时可以快速的收集生产数据，集中有效信息，准确、及时的传达信息保证生产周期的合理范围，使得农业机械企业的经济效益得到保障。

3电子信息化技术的推广与在农业机械中的应用

3.1电子信息化技术的推广

电子信息化技术早在20世纪80年代就开始应用在农业机械中，但是它在那一阶段的发展却不尽如人意，农业机械信息化的普及程度不够广泛是制约其发展的重要因素之一。在电子信息化技术的普及方面我国做出了相应的行动。在农业机械业中推广电子信息化技术时，人才是也是制约其发展的重要因素之一，所以就要重视相关专业的技术人才培养，在企业内部开办电子信息化技术人才培养班，定期的邀请信息化专家进行专题讲座和专业辅导，组织召开信息化现场经验交流会，组织实施示范工程，用形象的事实来说明农业机械信息化所能带来的成效，进而调动企业工作人员对于电子信息化技术的热情，积极的投身于农业机械信息化的工作中去，使农业机械业的自主创新能力和核心竞争力得到显著的提升。[2]

3.2电子信息化技术在农业机械中的应用

随着农业机械业的发展，现有的传统技术已经无法满足其技术需求，在将电子信息化技术应用到农业机械中时就解决了这方面的问题。电子信息化技术可以对农业机械中的许多环节得到应用:①础数据处理，在农业机械中会产生大量的数据，运用电子信息化技术可以快捷、有效的对其进行处理，得到合理的数据分析。②订单管理。订单管理主要是指订单录入和订单审核两方面，在信息全球化的基础上，企业可以通过电子信息化技术接收到来自全球各地的订单，然后在对其货源进行调动。③生产建设，在农业机械过程中会用到许多的电子化设备，利用电子信息化技术实现设备的自动化和智能化无疑可以减轻工作任务的负担，节约人力资源，同时还可以提高企业的生产效率和产品质量。④生产计划管理。生产计划管理包括月生产计划管理、急件计划管理和周生产计划管理。将电子信息化技术应用到当中可以根据具体的订单和不同地点的产品需求做出快速的调整。