解析農(nóng)業(yè)機(jī)械中現(xiàn)代化制造技術(shù)的作用與應(yīng)用

□ 陸家峰 張 豪

（江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電汽車學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000）

我國作為農(nóng)業(yè)大國，長期以來，提高農(nóng)業(yè)發(fā)展水平是實(shí)現(xiàn)我國現(xiàn)代化的一個(gè)重要目標(biāo)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，運(yùn)用農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備不但可以降低農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，對(duì)于人均耕地面積僅有世界四分之一的中國來說，現(xiàn)代化制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用更具現(xiàn)實(shí)意義。依靠我國發(fā)達(dá)的制造業(yè)，我國可以生產(chǎn)世界上幾乎所有種類的農(nóng)業(yè)機(jī)械，可以基本滿足我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的需求。但是相比于國外先進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)國，目前我國農(nóng)業(yè)機(jī)械在現(xiàn)代化制造技術(shù)下，在可靠性、智能化、小型化等方面還存在較大差距，隨著人工智能、3D打印技術(shù)等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展成熟，農(nóng)業(yè)機(jī)械制造也會(huì)迎來新的發(fā)展契機(jī)，現(xiàn)代化制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中將發(fā)揮更加重要的作用。

一、現(xiàn)代制造技術(shù)

工業(yè)革命以來，制造業(yè)已成為人類社會(huì)科技進(jìn)步的主要體現(xiàn)方式之一，發(fā)達(dá)的制造業(yè)是工業(yè)化成果的主要特征。美國作為世界上最發(fā)達(dá)的國家之一，擁有全球頂尖的現(xiàn)代化制造產(chǎn)業(yè)，同時(shí)依靠發(fā)達(dá)的制造業(yè)，美國農(nóng)業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。發(fā)達(dá)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械，為美國農(nóng)業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代制造技術(shù)，改變了以往制造產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式，在融合了材料、機(jī)械、能源、高精度機(jī)床的同時(shí)，以計(jì)算機(jī)為中心的信息管理技術(shù)改變了傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)方式，同時(shí)，近年來以人工智能、3D打印為代表的現(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)用，則促進(jìn)了行業(yè)融合發(fā)展。以工業(yè)自動(dòng)化為代表的工業(yè)4.0正在深刻改變現(xiàn)代制造業(yè)。

農(nóng)業(yè)機(jī)械作為現(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)用之一，除了滿足大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用外，其發(fā)展更加趨向智能化、輕量化、集約化。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械主要以滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)方式為主要特征，在資源短缺、生態(tài)環(huán)境保護(hù)深入人心的今天，現(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)當(dāng)著眼于減少生產(chǎn)資源投入，高效合理利用農(nóng)業(yè)資源，改變以往農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高投入、高耗能、高產(chǎn)出的局面，通過現(xiàn)代制造技術(shù)的應(yīng)用，改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)方式，創(chuàng)造綠色農(nóng)業(yè)革命。

二、現(xiàn)代制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的作用

（一）擴(kuò)大農(nóng)業(yè)機(jī)械的適用范圍

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程中，由于現(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)用較少，農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化程度不高，同時(shí)為了追求經(jīng)濟(jì)效益，農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)偏向大型化。我國實(shí)行家庭責(zé)任承包制后，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)偏于小型化，同時(shí)無論是在生產(chǎn)種類還是應(yīng)用范圍上均有較大拓展。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械主要用于收割、種植、耕地等環(huán)節(jié)，而且主要應(yīng)用在小麥、水稻、玉米等主糧種植上?，F(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，使農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)用拓展到水果、棉花、大豆、馬鈴薯等經(jīng)濟(jì)類農(nóng)作物的種植上，而且根據(jù)不同地區(qū)的地形和氣候，發(fā)展出了適應(yīng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，同時(shí)為了適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)小型化的現(xiàn)狀，一些僅靠單人即可完成操作的小型農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用廣泛，大大降低了農(nóng)業(yè)機(jī)械的購置成本，使更多農(nóng)戶改變了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。在我國一些半山區(qū)，過去受到地形限制，農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用率較低，而現(xiàn)代制造技術(shù)的應(yīng)用，使這些地形起伏的半山區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平大大提高，整體上提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍和深度。

（二）降低資源消耗，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率

近年來，環(huán)境保護(hù)日益深入人心。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，需要投入大量化肥、農(nóng)藥，對(duì)土壤及環(huán)境形成危害。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須要走綠色生產(chǎn)路徑，改變以往農(nóng)業(yè)的發(fā)展方式。運(yùn)用現(xiàn)代制造技術(shù)生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械在降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)量的同時(shí)，也發(fā)揮著提升農(nóng)業(yè)效益、降低農(nóng)業(yè)資源消耗的作用。我國主要糧食產(chǎn)區(qū)位于北方，而北方由于缺少水資源，采取抽取地下水灌溉的方式，不僅造成地下水過度開采，還容易造成土壤鹽堿化。運(yùn)用現(xiàn)代制造技術(shù)生產(chǎn)的以噴灌、滴管為代表的節(jié)水農(nóng)業(yè)設(shè)施，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水資源消耗大大減少，降低了對(duì)環(huán)境的損害。對(duì)于病蟲害防治，根據(jù)深耕理論，可將表層含有害蟲的土壤深耕到底層，從而減少農(nóng)藥的用量。在歐美等發(fā)達(dá)國家，對(duì)于土壤中的病蟲害，還研究出來高溫火焰消殺等方法，通過物理手段完成病蟲害防治?，F(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械，使人們減少傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的資源消耗，探索以更環(huán)保的方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

（三）提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，減少農(nóng)業(yè)從業(yè)人員數(shù)量

現(xiàn)代制造技術(shù)，特別是信息技術(shù)的發(fā)展，使農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的數(shù)量大大減少。近年來，無人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，已應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不但可以幫助人們完成對(duì)農(nóng)作物生長狀況的監(jiān)控，還能針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，代替人力勞動(dòng)。目前無人機(jī)農(nóng)藥噴灑已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，未來隨著信息技術(shù)的發(fā)展，更多農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)于人力的需求會(huì)減少，智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用范圍也會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。目前來看，我國農(nóng)業(yè)就業(yè)人口與發(fā)達(dá)國家相比較，無論是人均產(chǎn)出還是農(nóng)業(yè)機(jī)械的普及化程度，都有較大提升空間，未來隨著農(nóng)村老齡化程度加劇，自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械會(huì)向著智能化與無人化方向發(fā)展，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)效率因此得以提高，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的數(shù)量也將會(huì)減少。

三、現(xiàn)代制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用中存在的問題

（一）智能化、信息化程度有待提高

目前我國農(nóng)業(yè)機(jī)械基本做到了自給自足，為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的硬件支持。信息時(shí)代，特別是以5G為代表的萬物互聯(lián)時(shí)代，使傳統(tǒng)行業(yè)煥發(fā)新的生命力，具體到農(nóng)業(yè)機(jī)械上，信息化應(yīng)用可以更加精準(zhǔn)高效服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在目前農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程中，機(jī)械生產(chǎn)廠家主要精力集中在提高機(jī)械設(shè)備的可靠性和設(shè)備具體性能上，對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化和信息化應(yīng)用重視程度不足，部分廠家即使重視，但是受限于技術(shù)水平和資金投入，也無法取得較大成效。目前來看，歐美發(fā)達(dá)國家智能化和信息化在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用，已改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的管理模式和效率，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的更新?lián)Q代，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用范圍、生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變方面有了明顯提升。相比于先進(jìn)國家，目前我國在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備智能化和信息化應(yīng)用上存在較大發(fā)展空間，需要重視兩者在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用。

（二）現(xiàn)代制造技術(shù)有待提高

我國農(nóng)業(yè)機(jī)械在制造過程中，限于技術(shù)水平、材料應(yīng)用、制造工藝等原因，在設(shè)備的核心性能、后期維護(hù)、產(chǎn)品可靠性、耐用性等方面，與國際先進(jìn)水平相比，還存有一定差距。部分廠商為了取得市場占有率，在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程中，采用較低的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和原材料，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械在進(jìn)入市場后，農(nóng)戶需要頻繁維修與保養(yǎng)，不但花費(fèi)更多資金，還耽誤了農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)。部分廠家不重視技術(shù)投入，對(duì)于技術(shù)的研發(fā)采取“拿來主義”，導(dǎo)致在核心技術(shù)上受制于人，同時(shí)還面臨知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛的風(fēng)險(xiǎn)。目前來看，在我國農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程中，現(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)用雖然廣泛，但是更多體現(xiàn)在仿制與借鑒上，對(duì)于核心技術(shù)的掌握不足，同時(shí)缺乏長遠(yuǎn)的產(chǎn)品規(guī)劃，導(dǎo)致我國農(nóng)業(yè)機(jī)械陷入“大而不強(qiáng)”的局面，長遠(yuǎn)來看，不利于我國農(nóng)業(yè)機(jī)械制造水平發(fā)展。

（三）產(chǎn)品設(shè)計(jì)市場化程度不足

目前我國農(nóng)業(yè)機(jī)械，缺少定制化以滿足個(gè)性化需求。在科技進(jìn)步迅速的今天，制造業(yè)越來越傾向于采用更加靈活的生產(chǎn)方式來滿足各種個(gè)性需求，以訂單式為代表的生產(chǎn)方式在現(xiàn)代制造業(yè)中取得了良好的市場反響。具體到農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械還沿用工業(yè)時(shí)代大批量生產(chǎn)方式，而目前我國農(nóng)村地域遼闊，生產(chǎn)方式多種多樣，為了滿足不同地區(qū)客戶需求，有必要根據(jù)客戶需求進(jìn)行訂單式生產(chǎn)，從而更好地滿足市場需求。在目前的農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)與設(shè)計(jì)上，與市場的對(duì)接程度不足，反饋周期較長，導(dǎo)致農(nóng)戶需求的農(nóng)業(yè)機(jī)械不能滿足，農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品無法銷售出去的現(xiàn)象，因此，依靠現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)模式，應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就緊跟市場反饋，以訂單式的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的按需生產(chǎn)。

四、現(xiàn)代制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

（一）高精度數(shù)控機(jī)床的研發(fā)應(yīng)用

機(jī)床被譽(yù)為“工業(yè)之母”，而高精度數(shù)控機(jī)床則是一個(gè)國家制造業(yè)的基礎(chǔ)。我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)經(jīng)過近二十年的發(fā)展，在中低端領(lǐng)域已經(jīng)能做到自給自足，同時(shí)還出口到國外，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。相比于國外日本、德國數(shù)控機(jī)床技術(shù)，我國在高精度數(shù)控機(jī)床研發(fā)上還落后于國際先進(jìn)水平，因此在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用主要以中低端為主。目前數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用并不廣泛，出現(xiàn)這一問題的主要原因有兩點(diǎn)，首先是這一技術(shù)的形式比較單一，不能和其他類型的技術(shù)同時(shí)使用；其次就是數(shù)控機(jī)床這一技術(shù)在應(yīng)用時(shí)會(huì)消耗比較高的成本。

隨著我國對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用將會(huì)更為廣泛，目前的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在零件加工精度上已經(jīng)相比于舊標(biāo)準(zhǔn)有了較大提高，而數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，則在提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量同時(shí)，客觀上也促進(jìn)了行業(yè)設(shè)備制造加工水準(zhǔn)。

農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)廠家在使用數(shù)控機(jī)床過程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，對(duì)于操作人員要有專門的培訓(xùn)，提高其操作技能。在生產(chǎn)前，要設(shè)計(jì)調(diào)控好數(shù)字和機(jī)械控制，要將數(shù)控機(jī)床的編程編輯好，保證其能夠與實(shí)際要求相符。在使用過程中，要嚴(yán)格按照設(shè)備參數(shù)要求進(jìn)行零件的加工，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合生產(chǎn)要求。

（二）虛擬制造熱加工技術(shù)的應(yīng)用

目前的農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程中，金屬作為應(yīng)用最廣的材料，其對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要性不言而喻。受冶金工業(yè)發(fā)展水平與材料學(xué)的限制，我國過去農(nóng)業(yè)機(jī)械金屬材料在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、壽命、抗疲勞周期等數(shù)據(jù)上落后于國外同類產(chǎn)品，究其原因，除了材料本身外，還與金屬材料加工本身有關(guān)。由于金屬材料需要在加熱高溫后進(jìn)行設(shè)備制造，在此過程中，材料的物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，因此保證金屬材料的穩(wěn)定性十分重要。虛擬制造熱加工技術(shù)，對(duì)于金屬材料在高溫條件下的生產(chǎn)制造進(jìn)行全過程模擬，可以改變以往熱加工技術(shù)難度高、流程復(fù)雜、資金投入大等缺點(diǎn)，只需要根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行全程模擬，在此過程中完成對(duì)金屬材料設(shè)備生產(chǎn)中數(shù)據(jù)信息的收集，根據(jù)數(shù)據(jù)改進(jìn)生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝，從而實(shí)現(xiàn)降低資源消耗、提高金屬設(shè)備生產(chǎn)成功率的目的。由于虛擬熱加工技術(shù)的發(fā)展，使我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備制造對(duì)于原材料的使用有了較大提升，推動(dòng)了我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)，客觀上也為農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)廠家創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)效益。

（三）3D打印技術(shù)的應(yīng)用

3D打印技術(shù)，屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的增材加工技術(shù)。隨著技術(shù)成熟度越來越高，目前已經(jīng)被用來制作一些高價(jià)值應(yīng)用領(lǐng)域，例如飛機(jī)零部件的制造等，目前在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)中還未大規(guī)模應(yīng)用，但是隨著3D打印技術(shù)成本的下降，未來現(xiàn)代制造技術(shù)會(huì)逐步應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)上。3D打印技術(shù)的顯著特征就是降低生產(chǎn)過程中材料消耗，同時(shí)提高設(shè)備的精度。目前一些農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)越來越專業(yè)化，根據(jù)客戶要求，需要進(jìn)行定制化生產(chǎn)，大規(guī)模流水線的生產(chǎn)方式需要根據(jù)科技進(jìn)步進(jìn)行調(diào)整。3D打印技術(shù)具有操作靈活、產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)簡便等優(yōu)點(diǎn)，未來農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在滿足市場多元化需求條件下，3D打印技術(shù)的應(yīng)用會(huì)越來越普及。

（四）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的促進(jìn)作用

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是在當(dāng)今農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中使用最多的現(xiàn)代制造技術(shù)，習(xí)慣將其稱為CIMS技術(shù)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的鮮明特點(diǎn)為數(shù)字化、信息化、集成化，順應(yīng)了時(shí)代信息化的潮流，是信息時(shí)代催生的新型的制造模式。

我國提出了“工業(yè)制造2025計(jì)劃”，其中重要一項(xiàng)內(nèi)容就是促進(jìn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，目前在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一些制造企業(yè)通過引入該系統(tǒng)，取得了顯著成效。農(nóng)業(yè)機(jī)械作為制造業(yè)重點(diǎn)之一，既具有工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的復(fù)雜性，要求生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備又具有差異性和地區(qū)性。針對(duì)這種特點(diǎn)，要結(jié)合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，采用計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)帶來的優(yōu)勢，在產(chǎn)品的研發(fā)方面，融入高新技術(shù)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，增強(qiáng)核心競爭力，降低成本與風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造效益的最大化。

五、結(jié)語

現(xiàn)代制造業(yè)是一個(gè)國家立足于世界的支柱產(chǎn)業(yè)，我國在農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中，要發(fā)揮我國先進(jìn)制造業(yè)優(yōu)勢，將先進(jìn)技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域，為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供高效、可靠、智能的生產(chǎn)設(shè)備，提高我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。未來農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備將向著信息化、智能化與集成化發(fā)展，這與現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展方向一致，因此我們要利用好現(xiàn)代制造技術(shù)帶來的進(jìn)步，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備技術(shù)發(fā)展。