大學生機械畢業(yè)論文
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大學生機械畢業(yè)論文范文一:煤礦機械中機電一體化技術(shù)的應用
摘要:
煤礦機械的機電一體化技術(shù)包含了計算機控制、信息、通信以及電力電子等方面的內(nèi)容。在我國煤礦產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天,機電一體化技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注。筆者分析了機電一體化技術(shù)的大致特點,介紹了其在煤礦機械中的應用,并總結(jié)了其在我國的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞:應用 煤礦 機電一體化技術(shù)
我國的煤礦機械行業(yè)不斷追求技術(shù)革新,在此背景下機電一體化技術(shù)進入了人們的視野。機電一體化技術(shù)是一門結(jié)合了機械、計算機、信息等技術(shù)的新興技術(shù)領(lǐng)域。煤礦開采領(lǐng)域的機電一體化技術(shù)旨在降低煤礦工人們的勞動強度,在大幅減低煤礦生產(chǎn)成本的同時提高企業(yè)的生產(chǎn)效率,并保障礦山開采的安全性。與此同時,機電一體化技術(shù)在企業(yè)的安全監(jiān)控生產(chǎn)以及重型設(shè)備的維護工作中也起到了重要的作用,從而在一定程度上促進了企業(yè)的發(fā)展。
1機電一體化技術(shù)
1.1機電一體化技術(shù)的相關(guān)介紹
機電一體化技術(shù)在主功能、動力功能以及控制功能的整合工作上有著突出的成績,同時其引入了另外的先進技術(shù)如智能軟件與微電子技術(shù)。機電一體化技術(shù)可以促使計算機、機械、微電子等技術(shù)的融合,從而形成最佳的匹配系統(tǒng)。30多年來,我國的機電一體化技術(shù)保持著穩(wěn)定發(fā)展的態(tài)勢,獲得了一定的成績。機電一體化技術(shù)產(chǎn)品的重要發(fā)展方向是智能化、微型化與系統(tǒng)化。煤礦行業(yè)的機電一體化技術(shù)的運用,將有利于企業(yè)開展節(jié)能減排的生產(chǎn)活動,同時也能促使企業(yè)提高生產(chǎn)安全性,從而增加企業(yè)的生產(chǎn)效益。
1.2機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程
機電一體化的發(fā)展史大致可以分為3個階段
(:1)20世紀60年代之前的時期是機電一體化技術(shù)的第一發(fā)展階段,然而彼時的軍事原因在很大程度上阻礙了機電一體化技術(shù)的發(fā)展,在這個階段中,機電一體化技術(shù)發(fā)展緩慢,其產(chǎn)品的開發(fā)研究能力處于較低的水平
(。2)機電一體化技術(shù)的研究工作中的第二階段是從20世紀70年代開始的,這一階段可以稱作機電一體化技術(shù)發(fā)展的黃金時期,彼時通信、控制技術(shù)以及計算機的高速發(fā)展為機電一體化產(chǎn)品提供了強大的技術(shù)支持,而在此過程中,大規(guī)模集成電路與微型計算機領(lǐng)域的長足進步也促進了機電一體化技術(shù)的發(fā)展。
(3)在20世紀90年代起,機電一體化技術(shù)進入了第三發(fā)展階段。在這一階段中,機電一體化技術(shù)向智能化的方向邁進。微細加工技術(shù)以及光學技術(shù)進入到機電一體化技術(shù)之中,從而產(chǎn)生了一些嶄新的機電一體化技術(shù)的分支。我國的機電一體化技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展取得了令人矚目的成績,但總體水平仍與國際先進水平有著較大的差距。
1.3在煤礦行業(yè)的機電一體化產(chǎn)品
煤礦是我國重要的戰(zhàn)略能源,因此,國家給予了煤礦行業(yè)足夠的重視,機電一體化產(chǎn)品進入到煤礦行業(yè)并應用于礦產(chǎn)機械對于我國的煤礦生產(chǎn)有著重要的意義。由于機電一體化產(chǎn)品的應用,供電設(shè)備、提升機以及電牽引采煤機等設(shè)備已經(jīng)具備安全報警、圖像監(jiān)控以及自動監(jiān)控等先進功能。因此,機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應用有利于提高礦山開采工作的安全性與效益性。
2機電一體化技術(shù)在煤礦企業(yè)中的實際應用
2.1機電一體化技術(shù)在采煤機上的應用
在煤礦開采工作中,采煤機具有極其重要的作用,而電牽引采煤機的成功研制對于煤炭開采而言有著重要的意義。電牽引采煤機是機電一體化技術(shù)在煤礦機械上的典型應用,與傳統(tǒng)的人力采煤機相比,電牽引采煤機擁有更大的牽引力,并且電牽引采煤機還具有整機效率高、維修量較少以及可靠性高等優(yōu)點。
2.2帶式輸送機上的機電一體化技術(shù)
帶式傳送帶在煤炭的運輸方面有著重要的作用,我國目前已自主研發(fā)了多種類型的帶式傳送機,并在相關(guān)的輸送機關(guān)鍵部件的研制工作中取得了突出的成績,使得國產(chǎn)帶式輸送機的功能日趨完善,穩(wěn)定性也得到了大幅的提高。
2.3機電一體化技術(shù)在煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)上的應用
煤炭生產(chǎn)企業(yè)要始終堅持“安全第一,以人為本”的原則,因此,煤礦企業(yè)必須要具備功能完善,可靠性高的安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng),而先進的機電一體化技術(shù)的出現(xiàn)為煤礦企業(yè)帶來了福音。我國依據(jù)自身國情,自主研發(fā)了新一代的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng),其中有KJ90和KJ95系統(tǒng),這兩大系統(tǒng)在促進監(jiān)控系統(tǒng)智能化與提高煤礦生產(chǎn)可靠性方面有著重要的作用。
2.4機電一體化技術(shù)在煤礦提升機上的應用
機電一體化技術(shù)在提升機上的應用的最大成果便是交直流全數(shù)字化提升機的研發(fā)使用。先進的機電一體化技術(shù)使得內(nèi)裝式提升機的驅(qū)動與滾筒的結(jié)構(gòu)融合在一起,從而達到整合機械、自動控制與通信等技術(shù)的目的。目前我國自主研發(fā)的全數(shù)字化提升機,擁有先進的系統(tǒng),且可靠性高、性能出色。
3先進的機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應用前景
3.1大幅提高煤礦開采的經(jīng)濟效益
經(jīng)濟效益對于煤礦開采工作而言十分重要,如何提高煤礦開采的經(jīng)濟效益是煤礦企業(yè)所需重點考慮的問題。而機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應用,大幅地增強了煤礦機械的性能,提高了煤礦開采的效率,從而使得煤礦企業(yè)獲得更加豐厚的經(jīng)濟效益,促進了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展[1]。
3.2為煤礦開采創(chuàng)造了更加安全的環(huán)境
傳統(tǒng)技術(shù)條件下的煤礦開采工作主要依靠人工下井進行工作,這使得礦工們的生命財產(chǎn)無法得到有力的保障。而先進的機電一體化技術(shù)在煤礦開采行業(yè)應用后,大大地提高了煤礦機械的性能,使其在煤礦的提升、采掘以及運輸?shù)墓ぷ魃习l(fā)揮更加巨大的作用,從而將礦工們從危險的工作環(huán)境中解放出來,最大程度上降低礦工們患上職業(yè)病如塵肺病的幾率,保障了礦工的身體健康[2]。
3.3促使煤礦開采效率的大幅提高
高效率是煤礦開采的追求,高效率的開采工作不僅可以節(jié)約資源、降低能耗,還能為煤礦企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。機電一體化技術(shù)在煤礦行業(yè)的應用,有效地提高了煤礦機械的性能與工作效率,由于其摒棄了落后的生產(chǎn)模式,因此,降低了煤礦工人們的工作強度,從而促使礦山開采工作的總體效率得到大幅的提高[3]。
3.4加速煤礦企業(yè)的改革
傳統(tǒng)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)方式與煤礦開采機械都相對落后,在我國煤礦需求日益增大與煤礦資源短缺的今天,煤礦企業(yè)應當積極改革生產(chǎn)方式與提高生產(chǎn)機械的性能。而先進的機電一體化技術(shù)在煤礦行業(yè)的應用,能給企業(yè)帶來豐厚的回報,煤礦企業(yè)在激烈的市場競爭中必須不斷提高創(chuàng)新能力,提高煤炭的利用效率,才能在市場競爭中獲得有利地位。機電一體化技術(shù)擁有巨大的前景,可以促使煤礦企業(yè)積極引進人才,推進改革創(chuàng)新,不斷深化機電一體化技術(shù)的應用,從而提升自身的競爭力,創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益[4]??傊?當前我國的煤礦機械設(shè)備在朝著程序化、信息化以及智能化等方向發(fā)展,機電一體化設(shè)備因其功率小,可靠性高等特點而被人們廣泛應用于礦山開采工作中。機電一體化煤礦機械在降低生產(chǎn)人員的危險與提升煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率等方面作出了卓越的貢獻。我國的機電一體化設(shè)備發(fā)展趨勢是:增加機械的通信功能;研制多功能煤礦機器人;自主研發(fā)煤礦機械的核心配套設(shè)施。
4結(jié)語
先進的機電一體化技術(shù)在煤礦機械上的應用,是我國科技創(chuàng)新的杰出成果,也是中國建設(shè)現(xiàn)代化煤礦企業(yè)的需要。機電一體化技術(shù)有利于完善我國煤礦企業(yè)的生產(chǎn)功能,提高其生產(chǎn)效率,保障生產(chǎn)人員的生命財產(chǎn)安全,從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
參考文獻
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大學生機械畢業(yè)論文范文二:國內(nèi)外智能化農(nóng)業(yè)機械裝備發(fā)展思考
“智慧農(nóng)業(yè)”是在“智慧地球”概念上衍生出來的,是農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段,目前尚未有統(tǒng)一定義,其基本內(nèi)涵是集成物聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù),實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預警、智能分析、專家在線指導,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準化種植、可視化管理、智能化決策等。智能化農(nóng)機裝備(目前一些省市農(nóng)機管理部門稱為“智慧農(nóng)機”)既是智慧農(nóng)業(yè)的重要組成部分,也是發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)手段。目前國內(nèi)各省市都在積極推進“智慧農(nóng)業(yè)”發(fā)展,然而國內(nèi)現(xiàn)有各種農(nóng)業(yè)機械在作業(yè)功能、效率和能源消耗等方面,不僅滯后于智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要,也與發(fā)達國家水平存在巨大差距。因此,分析發(fā)達國家智能化農(nóng)機裝備的發(fā)展應用現(xiàn)狀,對國內(nèi)農(nóng)機企業(yè)提升改造現(xiàn)有農(nóng)機裝備,研制開發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保等智能化農(nóng)機裝備,以及提高農(nóng)機裝備的自動化、智能化水平,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的精確化與高效益,滿足智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求等都具有重要意義。
1智能化農(nóng)機的內(nèi)涵與優(yōu)點
1.1智能化農(nóng)機的內(nèi)涵
智能化農(nóng)機是指裝備有中央處理芯片(CPU)和各種各樣的傳感器或無線通訊系統(tǒng)的現(xiàn)代化農(nóng)機,其特點是加裝在農(nóng)業(yè)機械上的微型計算機對傳感器傳回的各種信號進行邏輯運算、傳導、傳遞,進而在動態(tài)作業(yè)環(huán)境下發(fā)出適宜指令驅(qū)動農(nóng)業(yè)機械來完成正確的動作,由此實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的智能化。智能化農(nóng)機所要達到的目的是實現(xiàn)工作效率化、作業(yè)標準化、農(nóng)機舒適化、人機交互人性化、操作傻瓜化等。目前智能化農(nóng)業(yè)機械裝備已成為當今世界農(nóng)業(yè)裝備發(fā)展的新潮流,是近幾年來國際上農(nóng)業(yè)科學研究的熱點之一。
1.2智能化農(nóng)機的優(yōu)點
智能化農(nóng)機是應用計算機技術(shù)、電控技術(shù)和人工智能等技術(shù)裝備農(nóng)業(yè)機械的高新技術(shù)產(chǎn)品,與傳統(tǒng)的功能性農(nóng)機相比具有以下幾個方面優(yōu)點:
(1)功能強大。智能化農(nóng)機由于裝備了智能化控制系統(tǒng),不但能完成傳統(tǒng)農(nóng)機的耕作、收獲、灌溉和病蟲害防治等作業(yè),還可進行土壤信息采集、農(nóng)作物產(chǎn)量信息采集等工作,進而為精準農(nóng)業(yè)的實施提供技術(shù)支撐。
(2)結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強。由于中央處理芯片的功能越來越強大,因此智能化農(nóng)機的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊、通用性更強。通常只需改變部分軟件,就能改變判斷基準,變更動作順序,以適應不同的作業(yè)環(huán)境及作業(yè)對象對作業(yè)機械的功能要求。
(3)勞動強度低、作業(yè)效率高。智能化農(nóng)機能根據(jù)作業(yè)的需求變化進行自動調(diào)整、控制,減少了許多人工操作,不僅降低了操作人員的勞動強度,而且還擁有很高的作業(yè)效率,一個人甚至可在辦公室內(nèi)通過計算機同時控制幾臺智能化農(nóng)機完成不同的生產(chǎn)作業(yè)。
(4)安全性、可靠性高。智能化農(nóng)機裝有各種各樣的傳感器用于監(jiān)視作業(yè)環(huán)境和作業(yè)狀況,可根據(jù)作業(yè)環(huán)境和對象變化自動調(diào)整工作狀態(tài),并始終處于良好的技術(shù)狀態(tài)下作業(yè),加之具有自動保護功能,因而安全性和可靠性較傳統(tǒng)農(nóng)機高。
(5)節(jié)能、環(huán)保。由于智能化農(nóng)機在良好的技術(shù)狀態(tài)下進行各種作業(yè),加之其作業(yè)效率高,因而能耗較低;同時智能化農(nóng)機采用精準方式作業(yè),不僅能大幅提高化肥和農(nóng)藥的利用率,而且能減少兩者對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染,降低農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留。
2國內(nèi)外智能化農(nóng)機的發(fā)展現(xiàn)狀
自20世紀90年代中期,美國將衛(wèi)星導航系統(tǒng)安裝在農(nóng)業(yè)機械上,從而開啟了農(nóng)業(yè)機械高科技、高性能、智能化的先河。目前歐、美、日等發(fā)達國家農(nóng)業(yè)不僅已基本實現(xiàn)全面機械化,而且智能化農(nóng)機應用也具有相當高的水平。雖然近年來,國內(nèi)智能化農(nóng)機有了較大發(fā)展,但總體上還處于研發(fā)階段,智能化機具很少、智能化程度低,與國外發(fā)達國家的差距還很大。
2.1智能化動力機械
農(nóng)業(yè)動力機械的智能化包括農(nóng)用拖拉機、大型自走式農(nóng)機(聯(lián)合收獲機械、植保機械)在行走、操控、人機工程等方面的智能化。利用GPS自動導航、圖像識別技術(shù)、計算機總線通信技術(shù)等汽車航天技術(shù)來提高機器的操控性、機動性和人員作業(yè)舒適性。在上述機械駕駛室中,都有一臺或數(shù)臺計算機,具有統(tǒng)一標準設(shè)計的接口,用于與不同類型的農(nóng)機具配套使用。與傳統(tǒng)農(nóng)機駕駛室中采用儀表盤顯示作業(yè)參數(shù)不同的是,智能化農(nóng)業(yè)動力機械安裝有信息顯示終端的人機交互界面,通過屏幕菜單操作者可任意選擇顯示機組中不同部分的終端信息,調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息,顯示數(shù)據(jù)、圖形、語音等多媒體信息。如美國研制成功一種激光拖拉機,利用激光導航裝置,不僅能夠精確地測定拖拉機所在位置及行駛方向,而且誤差不超過25cm;英國開發(fā)的帶有電子監(jiān)測系統(tǒng)(EMS)的拖拉機具有故障診斷和工作狀態(tài)液晶顯示功能,通過EMS可嚴密地控制作業(yè)機具的耕作及播種的寬度、深度等。是德國的一款智能化甜菜收獲機及其駕駛室內(nèi)景。近年來,國內(nèi)的福田、一拖等一些農(nóng)機企業(yè)已意識到了農(nóng)機“智能化”研發(fā)的重要性,開始著手研發(fā)智能化動力機械,并取得一定成效。據(jù)《中國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展報告》顯示,在國產(chǎn)東方紅X ̄804拖拉機上已經(jīng)設(shè)計開發(fā)出載波相位差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)自動導航控制系統(tǒng),該系統(tǒng)使得拖拉機的自動化和智能化水平大大提高,成功實現(xiàn)拖拉機的無人駕駛。
2.2智能化作業(yè)機械
智能化(有時亦稱變量)作業(yè)機械主要包括播種機、施肥機、整地機械、田間管理機等作業(yè)機具,其智能化應用如激光平地、變量施肥與噴藥,以及機具作業(yè)狀態(tài)的監(jiān)控、故障報警等。
(1)智能化收獲機械。聯(lián)合收割機裝備有各種傳感器和GPS定位系統(tǒng),既可收獲各種糧食作物,又可實時測出作物的含水量、小區(qū)產(chǎn)量等技術(shù)參數(shù),形成作物產(chǎn)量圖,為處方農(nóng)作提供技術(shù)支撐。如美國衛(wèi)西•弗格森公司在聯(lián)合收割機上安裝了一種產(chǎn)量計量器,能在收割作物的同時,準確收集有關(guān)產(chǎn)量的信息,并繪成小區(qū)的產(chǎn)量分布圖,農(nóng)場主可利用產(chǎn)量分布圖確定下一季的種植計劃及種子、化肥和農(nóng)藥在不同小區(qū)的使用量;日本研制的自動控制半喂入聯(lián)合收割機,其作業(yè)速度自動控制裝置可利用發(fā)動機的轉(zhuǎn)速檢測行進速度、收割狀態(tài),通過變速機構(gòu),實現(xiàn)作業(yè)速度的自動控制,當喂入量過大時,作業(yè)速度會自動變慢。智能化糧食收獲機械是當今國內(nèi)智能化農(nóng)機裝備研究的重點和熱點,目前已研制開發(fā)出實用化的大型智能化糧食收割機。如國機集團所屬的中國農(nóng)機院研制出智能型10kg/s通用性多功能谷物聯(lián)合收割機,創(chuàng)造了中國收割機最大喂入量記錄,并憑借自動化、智能化控制等先進技術(shù),打破了國外技術(shù)壟斷和市場壟斷,可用于水稻、小麥、大豆等糧食作物收獲;福田雷沃創(chuàng)新研發(fā)的基于GPS定位系統(tǒng)的精準農(nóng)業(yè)遠程信息化服務系統(tǒng),能夠?qū)κ崭顧C故障進行遠程實時診斷,并能指導維修作業(yè)。
(2)智能化噴藥機械。智能化噴藥機械能提高農(nóng)藥利用率,減少對土壤、水體、農(nóng)作物的污染,保護生態(tài)環(huán)境。如作為智能農(nóng)機領(lǐng)域中的引領(lǐng)者,美國約翰迪爾公司生產(chǎn)的自走式精確噴霧機具有靈活高效、 作業(yè)精準等諸多優(yōu)勢;德國推出的一種莠草識別噴霧器,在田間作業(yè)時能借助專門的電子傳感器來區(qū)分莊稼和雜草,只有當發(fā)現(xiàn)莠草時才噴出除莠劑,除莠劑使用量只有常規(guī)機械的10%甚至更低,減少了對環(huán)境的污染;俄羅斯研制的果園對靶噴霧機采用超聲波測定樹冠位置,實現(xiàn)對果樹樹冠的噴霧,大幅度減少或基本消除了農(nóng)藥噴到非靶標植物上的可能性,節(jié)省農(nóng)藥達50%,生產(chǎn)效率提高20%。國內(nèi)對自動對靶噴霧等變量噴藥技術(shù)進行了較深入的研究,結(jié)合生產(chǎn)實際開發(fā)了相應的機具。如將紅外探測技術(shù)、自動控制技術(shù)應用于噴霧機上,研制出果園自動對靶噴霧機,較好地解決了現(xiàn)行果園病蟲害防治存在的農(nóng)藥利用率低、污染環(huán)境等問題。2012年作為智能農(nóng)機領(lǐng)域中的領(lǐng)導者,約翰迪爾4630自走式噴霧機在中國實現(xiàn)本土化生產(chǎn),目前已廣泛地應用于國內(nèi)玉米、棉花、高粱和甘蔗等高稈作物的大面積、高效率和精準植保作業(yè)。
(3)智能化施肥機械。施肥機可以在施肥過程中,根據(jù)作物種類、土壤肥力、墑情等參數(shù)控制施肥量,提高肥料利用率。如美國Ag ̄Chem儀器裝配公司生產(chǎn)的施肥系統(tǒng)可進行干式或液態(tài)肥料的撒施,該系統(tǒng)通過電子地圖內(nèi)疊存的數(shù)據(jù)庫處方,可同時分別對磷肥、鉀肥和石灰的施用量進行調(diào)整;日本久保田株式會社推出的農(nóng)業(yè)服務支援系統(tǒng)“久保田智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)(KSAS)”,該系統(tǒng)的正式套餐中,聯(lián)合收割機搭載了與KSAS對應的傳感器,插秧機附帶電動調(diào)節(jié)施肥量的功能,對應農(nóng)機連動制作產(chǎn)量分析及施肥計劃。國內(nèi)山東省農(nóng)機科研院、福田雷沃國際重工股份有限公司等單位研制出“2BYFZ ̄4型智能玉米精密播種施肥機”,該機采用自主研發(fā)的種、肥專用傳感器分別設(shè)計了種子檢測與自動補種系統(tǒng)、化肥檢測與自動疏通系統(tǒng),以及基于CAN總線的專用控制器與觸控軟件系統(tǒng)等三個主要系統(tǒng),其中前者能完成已播數(shù)、重播數(shù)、漏播數(shù)的計量和缺種、堵塞故障報警及自動補種,而后者能實現(xiàn)株距與施肥量的電動無級調(diào)節(jié)。
(4)智能化灌溉機械。灌溉機械的智能化不僅可大量節(jié)約用水,而且還能省工、省時。如美國瓦爾蒙特工業(yè)股份有限公司和ARS公司開發(fā)的智能紅外濕度計,被安裝在農(nóng)田灌溉系統(tǒng)后,可每6s讀取一次植物葉面濕度,當植物需水時,灌溉系統(tǒng)會及時通過計算機發(fā)出灌溉指令向農(nóng)田中灌水;美國、以色列等國在大型平移式噴灌機械上加裝GPS定位系統(tǒng),結(jié)合存放在地理信息系統(tǒng)中的信息和數(shù)據(jù),通過處方實現(xiàn)農(nóng)作物的人工變量灌溉。此外,目前發(fā)達國家已實現(xiàn)噴水和施肥、噴藥同步進行的一體化作業(yè)。國內(nèi)將計算機與分布于農(nóng)田內(nèi)的各種傳感器,如土壤水吸力、管道壓力、流量、空氣溫度、空氣濕度、雨量、太陽輻射、氣壓等傳感器進行相連,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動化,同時對采集到的各種數(shù)據(jù)信息進行計算、分析,其結(jié)果不僅可作為確定精確的灌溉時間和最佳灌溉水量的依據(jù),而且還可根據(jù)決策結(jié)果對灌溉設(shè)備進行自動控制與監(jiān)測。
(5)智能化播種機械。智能化播種機械能根據(jù)播種期田塊的土壤墑情、生產(chǎn)能力等條件的變化,精確調(diào)控播種機械的播種量、開溝深度、施肥量等作業(yè)參數(shù)。如美國依阿華州生產(chǎn)的“ACCU ̄PLANT”的播種機控制系統(tǒng)可附加在各類播種機上,通過該系統(tǒng)調(diào)控播種機上的播種量計量裝置,實現(xiàn)不同地塊的播種量調(diào)整。另外,部分條播機還加裝了同時撒施肥料、殺蟲劑和除草劑的撒施裝置,將這些裝置的驅(qū)動機構(gòu)與播種機計量裝置連結(jié)在一起,能實現(xiàn)撒施量與播種量大小的同步調(diào)整與變化。國內(nèi)研制了基于全球定位技術(shù)(GPS)的智能變量播種、施肥、旋耕復合機,并在一些農(nóng)場投入使用。此類機械具有復式作業(yè)功能,可一次性完成耕整、播種、施肥等多種功能,適用于小麥、大豆、油菜等多種作物,并且操作簡便,通過電腦觸摸屏調(diào)控機具作業(yè)參數(shù)。
(6)智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備。目前歐美、日本等發(fā)達國家已形成溫室成套裝備,其溫室結(jié)構(gòu)、環(huán)境控制設(shè)施設(shè)備,以及室內(nèi)作業(yè)機械裝備的制造技術(shù)都非常成熟,并向高度自動化、智能化方向發(fā)展,并已建立不受或很少受自然影響的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)體系。如荷蘭的溫室能夠常年穩(wěn)定地生產(chǎn)蔬菜和花卉,黃瓜、番茄等作物的產(chǎn)量可以達到40~50kg/m2;設(shè)施農(nóng)業(yè)中的植物工廠(plantfactory)則完全擺脫了自然環(huán)境對植物生長的影響,其產(chǎn)量可達到常規(guī)栽培的幾十甚至上百倍,圖3為植物工廠的內(nèi)部情況。國內(nèi)許多機構(gòu)利用計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)研制出溫室環(huán)境監(jiān)測和自動控制系統(tǒng),不僅可自動監(jiān)測溫室內(nèi)的氣候和土壤參數(shù),而且還能自動控制溫室內(nèi)配置的所有設(shè)備的優(yōu)化運行,如開窗、加溫、降溫、加濕、補光照、CO2補氣、灌溉施肥、環(huán)流通氣等;與此同時利用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等先進技術(shù),研制遠程監(jiān)控系統(tǒng),并能通過手機或計算機實現(xiàn)溫室可視化遠程監(jiān)控。圖4是基于物聯(lián)網(wǎng)的控制大棚。
(7)農(nóng)業(yè)機器人。在先進發(fā)達國家,農(nóng)業(yè)機器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到發(fā)展和應用。如美國明尼蘇達州一家農(nóng)業(yè)機械公司研究推出的施肥機器人(如圖5所示),會從不同土壤的實際情況出發(fā),適量施肥;法國發(fā)明了專門服務于葡萄園的機器人,它幾乎能代替種植園工人的所有工作,包括修剪藤蔓、剪除嫩芽、監(jiān)控土壤和藤蔓的健康狀況等;美國波士頓研制出育苗機器人,工作人員只要在觸摸屏上設(shè)定地點參數(shù),機器人就能感應盆栽,并自動把它們移動到目的地;英國、日本研發(fā)了擠奶機器人,不僅能完成擠奶工作,還可在擠奶過程中檢測奶質(zhì);澳大利亞發(fā)明了一種像牧羊犬的機器人(如圖6所示),能在農(nóng)場代替?zhèn)鹘y(tǒng)的放牧勞力。國內(nèi)農(nóng)業(yè)機器人起步晚、底子薄、投資規(guī)模小、發(fā)展速度緩慢,目前仍處于理論研究時期,距離實際應用還有許多難題需要解決,與發(fā)達國家相比,在可靠性、精度和效率等方面差距很大。盡管如此,國內(nèi)農(nóng)業(yè)機器人的研究目前也已取得了一定的成果,如中國農(nóng)大研制出蔬菜嫁接機器人,南京農(nóng)業(yè)大學、上海交通大學、西北農(nóng)林科技大學、陜西科技大學等高校已成功研制出采摘草莓、黃瓜、茄子、番茄等水果蔬菜的農(nóng)業(yè)機器人和用于除草的農(nóng)業(yè)機器人;但總體上處于研究試驗階段,進入實用化的農(nóng)業(yè)機器人則很少。
2.3智能化農(nóng)機管理
農(nóng)業(yè)機械性能發(fā)揮程度和使用率高低受許多條件限制,既受農(nóng)機具的保有量、配置和狀態(tài)的制約,又受作物生長情況、氣候變化等因素影響。只有在一個農(nóng)場或區(qū)域形成一個高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理網(wǎng)絡,并實現(xiàn)農(nóng)機具的智能化管理,才能充分發(fā)揮各種農(nóng)業(yè)機械的效率與作用。農(nóng)機具管理智能化包括機具配置、機具狀態(tài)監(jiān)控、實時調(diào)度和維修保養(yǎng)的智能化。如歐洲一些大農(nóng)場已建立和使用農(nóng)場辦公室計算機與移動作業(yè)機械間通過無線通信進行數(shù)據(jù)交換的管理信息系統(tǒng),通過該系統(tǒng)不僅能夠制定詳細的農(nóng)事操作方案和機械作業(yè)計劃,而且駕駛員還能根據(jù)作業(yè)機械顯示的相關(guān)數(shù)據(jù),調(diào)整機械作業(yè)的負荷與速度,確保機組能在較佳的工況下運行,與此同時利用作業(yè)過程采集的數(shù)據(jù),通過系統(tǒng)運算和處理,能夠?qū)崿F(xiàn)如作業(yè)面積、耗油率、產(chǎn)量的計算、統(tǒng)計及友好的人機界面顯示等智能化功能;日本洋馬株式會社的農(nóng)機“智能助手”,通過搭載在農(nóng)業(yè)機械上的GPS天線和通信終端,農(nóng)機能夠自動發(fā)送位置、運轉(zhuǎn)及保養(yǎng)方面的信息,并每天自動生成作業(yè)報告,還可實現(xiàn)監(jiān)視防盜、運轉(zhuǎn)狀況管理、保養(yǎng)服務、突發(fā)問題自動通知與迅速應對等方面的功能,該“智能助手”不僅能自動支持農(nóng)業(yè)機械作業(yè),還可與第三方公司提供的農(nóng)業(yè)云應用程序“facefarm生產(chǎn)履歷”配合使用,進一步提高效率,目前“智能助手”已在日本全國推廣應用。國內(nèi)一些省份農(nóng)機管理部門、高校與有關(guān)公司合作,利用“互聯(lián)網(wǎng)+”實現(xiàn)了農(nóng)機智能化管理。如寧波市農(nóng)機總站與寧波移動合作建設(shè)“智慧農(nóng)機”信息服務平臺,該平臺整合了無線通信、農(nóng)機定位、地理信息、計算機控制等先進技術(shù),能實現(xiàn)農(nóng)機定位、農(nóng)機調(diào)度、農(nóng)機作業(yè)面積統(tǒng)計計算等功能,通過幾年試點工作,現(xiàn)已取得較好成效;中國移動湖北公司為湖北省農(nóng)機局研發(fā)了“農(nóng)機寶”手機APP智能應用系統(tǒng),為全省農(nóng)機手免費提供農(nóng)機作業(yè)電召信息、農(nóng)機維修及加油站點位置服務等九大類手機智能應用服務;浙江大學正呈科技有限公司與江蘇北斗衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)研究院聯(lián)合開發(fā)的“北斗農(nóng)機作業(yè)精細化管理平臺”能為農(nóng)機作業(yè)提供定位監(jiān)控、指揮調(diào)度、面積統(tǒng)計、信息管理等智能化精細化管理服務,經(jīng)浙江省一些縣市農(nóng)機管理部門使用,反映效果好,目前已進入加快示范推廣階段。
3我國智能化農(nóng)機未來發(fā)展建議
加強以信息化技術(shù)為先導的智能化、自動化農(nóng)機技術(shù)與裝備的研發(fā)制造,既是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的現(xiàn)實要求,也是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的客觀需要;因而國家非常重視智能化農(nóng)業(yè)機械裝備技術(shù)發(fā)展,“十二五”期間,國家不僅在《高端裝備制造業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃》《農(nóng)機工業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃》要求重點發(fā)展農(nóng)機自動化、信息化和智能化技術(shù),以提高農(nóng)機裝備的控制水平和智能水平,而且啟動了當今農(nóng)業(yè)裝備領(lǐng)域財政投入最大的國家863計劃項目“智能化農(nóng)機技術(shù)與裝備”重大項目。另外,還將農(nóng)業(yè)機械列為智能制造試點的十大領(lǐng)域之一。根據(jù)目前國內(nèi)智能化農(nóng)業(yè)機械的研發(fā)、制造和應用現(xiàn)狀,應采取如下幾方面措施加快智能化農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域發(fā)展,以適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展對先進適用農(nóng)業(yè)機械的需要。
(1)積極營造發(fā)展智能化農(nóng)業(yè)機械的良好氛圍。目前國內(nèi)對農(nóng)機“智能化”理解偏差較大,尤其是許多農(nóng)機企業(yè)過于關(guān)注眼前利益,因而對發(fā)展智能化農(nóng)機并不完全認同。為此,需要強化宣傳,營造良好氛圍,提高對發(fā)展智能化農(nóng)機重要性的認知,使社會各界尤其是農(nóng)機企業(yè)認識到中國農(nóng)機走“智能化”發(fā)展道路,既是我國從“農(nóng)機大國”走向“農(nóng)機強國”的必然選擇,也是由我國未來現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和新時代人群的需求所決定的。
(2)加強現(xiàn)有智能化農(nóng)業(yè)裝備成果轉(zhuǎn)化和示范推廣。“十二五”實施的國家863計劃項目“智能化農(nóng)機技術(shù)與裝備”重大項目,目前已在秧苗高速栽插與精密播種技術(shù)研究、瓜菜田間生產(chǎn)智能化關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究、茶園智能化關(guān)鍵技術(shù)與裝備開發(fā)等方面取得了許多研究成果。為使上述智能化農(nóng)機技術(shù)與裝備對農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展確實起到支撐作用,應加快建立若干以智能化技術(shù)為引領(lǐng)的智能農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)化示范基地,推進成果的轉(zhuǎn)化與應用。
(3)進一步加大對智能化農(nóng)機裝備領(lǐng)域的支持力度。我國地域遼闊,地理環(huán)境、農(nóng)作物種類和種植制度的多樣性決定了對農(nóng)業(yè)機械裝備需求的多樣性。雖然“十二五”期間在智能化農(nóng)機技術(shù)與裝備領(lǐng)域已取得了許多成果,但與國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展對農(nóng)業(yè)機械裝備的需求仍存在巨大差距;為此需要國家進一步加大扶持力度,按照《中國制造2025》重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖中有關(guān)農(nóng)業(yè)裝備的發(fā)展要求,加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需而短缺的智能化農(nóng)機裝備研發(fā),同時加大智能化農(nóng)機裝備補貼與推廣力度,促進智能化農(nóng)機裝備研發(fā)與應用。
(4)加快構(gòu)建智能化農(nóng)機裝備制造體系。過去10多年,我國農(nóng)機裝備工業(yè)經(jīng)歷了以粗放式為標志的快速發(fā)展階段,未來10年我國農(nóng)機裝備工業(yè)將進入以智能化、自動化為標志的集約化發(fā)展與制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級階段。由于智能化裝備與傳統(tǒng)裝備在制造體系方面有著巨大差異,因此要充分利用農(nóng)業(yè)機械被列為智能制造試點的有利時機,按照智能制造試點示范所包含的智能工廠、數(shù)字化車間、智能裝備、智能新業(yè)態(tài)、智能化管理、智能化服務等六個維度的要求來構(gòu)建智能化農(nóng)機裝備制造體系,為智能化農(nóng)機發(fā)展提供支撐與保障。
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