解析农业机械中现代化制造技术的作用与应用

□ 陆家峰 张 豪

（江海职业技术学院机电汽车学院，江苏 扬州 225000）

我国作为农业大国，长期以来，提高农业发展水平是实现我国现代化的一个重要目标。在农业生产过程中，运用农业机械设备不但可以降低农民的劳动强度，而且可以提高劳动生产效率，提高农产品的产量，对于人均耕地面积仅有世界四分之一的中国来说，现代化制造技术在农业机械中的应用更具现实意义。依靠我国发达的制造业，我国可以生产世界上几乎所有种类的农业机械，可以基本满足我国农业生产对农业机械的需求。但是相比于国外先进农业机械生产国，目前我国农业机械在现代化制造技术下，在可靠性、智能化、小型化等方面还存在较大差距，随着人工智能、3D打印技术等现代制造技术的发展成熟，农业机械制造也会迎来新的发展契机，现代化制造技术在农业机械中将发挥更加重要的作用。

工业革命以来，制造业已成为人类社会科技进步的主要体现方式之一，发达的制造业是工业化成果的主要特征。美国作为世界上最发达的国家之一，拥有全球顶尖的现代化制造产业，同时依靠发达的制造业，美国农业在全球产业中占有重要地位。发达的现代农业机械，为美国农业大规模生产奠定了坚实基础。以信息技术为代表的现代制造技术，改变了以往制造产业的生产方式，在融合了材料、机械、能源、高精度机床的同时，以计算机为中心的信息管理技术改变了传统制造业生产方式，同时，近年来以人工智能、3D打印为代表的现代制造技术应用，则促进了行业融合发展。以工业自动化为代表的工业4.0正在深刻改变现代制造业。

农业机械作为现代制造技术应用之一，除了满足大规模农业生产应用外，其发展更加趋向智能化、轻量化、集约化。传统农业机械主要以满足大规模工业化生产方式为主要特征，在资源短缺、生态环境保护深入人心的今天，现代制造技术应当着眼于减少生产资源投入，高效合理利用农业资源，改变以往农业生产高投入、高耗能、高产出的局面，通过现代制造技术的应用，改变农业生产结构方式，创造绿色农业革命。

（一）扩大农业机械的适用范围

在传统农业机械生产过程中，由于现代制造技术应用较少，农业机械智能化程度不高，同时为了追求经济效益，农业机械生产偏向大型化。我国实行家庭责任承包制后，农业生产偏于小型化，同时无论是在生产种类还是应用范围上均有较大拓展。传统农业机械主要用于收割、种植、耕地等环节，而且主要应用在小麦、水稻、玉米等主粮种植上。现代制造技术的发展，使农业机械的运用拓展到水果、棉花、大豆、马铃薯等经济类农作物的种植上，而且根据不同地区的地形和气候，发展出了适应当地农业生产的农业机械设备，同时为了适应我国农业生产小型化的现状，一些仅靠单人即可完成操作的小型农业机械应用广泛，大大降低了农业机械的购置成本，使更多农户改变了传统的农业生产方式。在我国一些半山区，过去受到地形限制，农业机械的应用率较低，而现代制造技术的应用，使这些地形起伏的半山区农业机械化水平大大提高，整体上提升了农业机械在农业生产中的应用范围和深度。

（二）降低资源消耗，提高农业生产效率

近年来，环境保护日益深入人心。在农业生产过程中，需要投入大量化肥、农药，对土壤及环境形成危害。农业生产必须要走绿色生产路径，改变以往农业的发展方式。运用现代制造技术生产的农业机械在降低农业生产劳动量的同时，也发挥着提升农业效益、降低农业资源消耗的作用。我国主要粮食产区位于北方，而北方由于缺少水资源，采取抽取地下水灌溉的方式，不仅造成地下水过度开采，还容易造成土壤盐碱化。运用现代制造技术生产的以喷灌、滴管为代表的节水农业设施，使农业生产中的水资源消耗大大减少，降低了对环境的损害。对于病虫害防治，根据深耕理论，可将表层含有害虫的土壤深耕到底层，从而减少农药的用量。在欧美等发达国家，对于土壤中的病虫害，还研究出来高温火焰消杀等方法，通过物理手段完成病虫害防治。现代制造技术应用于农业机械，使人们减少传统农业生产中的资源消耗，探索以更环保的方式进行农业生产，提高农业生产效率。

（三）提高劳动生产效率，减少农业从业人员数量

现代制造技术，特别是信息技术的发展，使农业从业人员的数量大大减少。近年来，无人机技术发展迅速，已应用于农业生产中，不但可以帮助人们完成对农作物生长状况的监控，还能针对农业生产环节，代替人力劳动。目前无人机农药喷洒已经被广泛应用，未来随着信息技术的发展，更多农业机械对于人力的需求会减少，智能化的农业机械应用范围也会进一步扩大。目前来看，我国农业就业人口与发达国家相比较，无论是人均产出还是农业机械的普及化程度，都有较大提升空间，未来随着农村老龄化程度加剧，自动化农业机械会向着智能化与无人化方向发展，农业劳动生产效率因此得以提高，农业从业人员的数量也将会减少。

（一）智能化、信息化程度有待提高

目前我国农业机械基本做到了自给自足，为我国农业生产提供了坚实的硬件支持。信息时代，特别是以5G为代表的万物互联时代，使传统行业焕发新的生命力，具体到农业机械上，信息化应用可以更加精准高效服务于农业生产。在目前农业机械生产过程中，机械生产厂家主要精力集中在提高机械设备的可靠性和设备具体性能上，对于农业机械的智能化和信息化应用重视程度不足，部分厂家即使重视，但是受限于技术水平和资金投入，也无法取得较大成效。目前来看，欧美发达国家智能化和信息化在农业机械上的应用，已改变了传统农业的管理模式和效率，推动了农业机械设备的更新换代，在农业生产、农业机械应用范围、生产方式转变方面有了明显提升。相比于先进国家，目前我国在农业机械设备智能化和信息化应用上存在较大发展空间，需要重视两者在农业机械设备上的应用。

（二）现代制造技术有待提高

我国农业机械在制造过程中，限于技术水平、材料应用、制造工艺等原因，在设备的核心性能、后期维护、产品可靠性、耐用性等方面，与国际先进水平相比，还存有一定差距。部分厂商为了取得市场占有率，在农业机械生产过程中，采用较低的技术标准和原材料，导致农业机械在进入市场后，农户需要频繁维修与保养，不但花费更多资金，还耽误了农业正常生产。部分厂家不重视技术投入，对于技术的研发采取“拿来主义”，导致在核心技术上受制于人，同时还面临知识产权纠纷的风险。目前来看，在我国农业机械生产过程中，现代制造技术应用虽然广泛，但是更多体现在仿制与借鉴上，对于核心技术的掌握不足，同时缺乏长远的产品规划，导致我国农业机械陷入“大而不强”的局面，长远来看，不利于我国农业机械制造水平发展。

（三）产品设计市场化程度不足

目前我国农业机械，缺少定制化以满足个性化需求。在科技进步迅速的今天，制造业越来越倾向于采用更加灵活的生产方式来满足各种个性需求，以订单式为代表的生产方式在现代制造业中取得了良好的市场反响。具体到农业机械生产，传统的农业机械还沿用工业时代大批量生产方式，而目前我国农村地域辽阔，生产方式多种多样，为了满足不同地区客户需求，有必要根据客户需求进行订单式生产，从而更好地满足市场需求。在目前的农业机械生产与设计上，与市场的对接程度不足，反馈周期较长，导致农户需求的农业机械不能满足，农业机械生产厂家生产的产品无法销售出去的现象，因此，依靠现代制造业生产模式，应在产品设计阶段就紧跟市场反馈，以订单式的生产方式，实现农业机械的按需生产。

（一）高精度数控机床的研发应用

机床被誉为“工业之母”，而高精度数控机床则是一个国家制造业的基础。我国数控机床技术经过近二十年的发展，在中低端领域已经能做到自给自足，同时还出口到国外，取得了良好的经济效益。相比于国外日本、德国数控机床技术，我国在高精度数控机床研发上还落后于国际先进水平，因此在农业机械生产中，数控机床的应用主要以中低端为主。目前数控机床的应用并不广泛，出现这一问题的主要原因有两点，首先是这一技术的形式比较单一，不能和其他类型的技术同时使用；
其次就是数控机床这一技术在应用时会消耗比较高的成本。

随着我国对于农业机械的质量要求越来越严格，数控机床的应用将会更为广泛，目前的农业机械设备在零件加工精度上已经相比于旧标准有了较大提高，而数控机床的应用，则在提升农业机械设备的质量同时，客观上也促进了行业设备制造加工水准。

农业机械生产厂家在使用数控机床过程中，应当加强技术培训，对于操作人员要有专门的培训，提高其操作技能。在生产前，要设计调控好数字和机械控制，要将数控机床的编程编辑好，保证其能够与实际要求相符。在使用过程中，要严格按照设备参数要求进行零件的加工，确保产品质量符合生产要求。

（二）虚拟制造热加工技术的应用

目前的农业机械生产过程中，金属作为应用最广的材料，其对于农业机械的重要性不言而喻。受冶金工业发展水平与材料学的限制，我国过去农业机械金属材料在结构强度、寿命、抗疲劳周期等数据上落后于国外同类产品，究其原因，除了材料本身外，还与金属材料加工本身有关。由于金属材料需要在加热高温后进行设备制造，在此过程中，材料的物理性质会发生改变，因此保证金属材料的稳定性十分重要。虚拟制造热加工技术，对于金属材料在高温条件下的生产制造进行全过程模拟，可以改变以往热加工技术难度高、流程复杂、资金投入大等缺点，只需要根据现有设备进行全程模拟，在此过程中完成对金属材料设备生产中数据信息的收集，根据数据改进生产流程和生产工艺，从而实现降低资源消耗、提高金属设备生产成功率的目的。由于虚拟热加工技术的发展，使我国农业机械设备制造对于原材料的使用有了较大提升，推动了我国农业机械设备的生产，客观上也为农业机械生产厂家创造了更高的经济效益。

（三）3D打印技术的应用

3D打印技术，属于快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的增材加工技术。随着技术成熟度越来越高，目前已经被用来制作一些高价值应用领域，例如飞机零部件的制造等，目前在农业机械设备生产中还未大规模应用，但是随着3D打印技术成本的下降，未来现代制造技术会逐步应用在农业机械生产上。3D打印技术的显著特征就是降低生产过程中材料消耗，同时提高设备的精度。目前一些农业机械设备生产越来越专业化，根据客户要求，需要进行定制化生产，大规模流水线的生产方式需要根据科技进步进行调整。3D打印技术具有操作灵活、产品生产设计简便等优点，未来农业机械设备在满足市场多元化需求条件下，3D打印技术的应用会越来越普及。

（四）计算机集成制造系统的促进作用

计算机集成制造系统是在当今农业机械制造中使用最多的现代制造技术，习惯将其称为CIMS技术。计算机集成制造系统的鲜明特点为数字化、信息化、集成化，顺应了时代信息化的潮流，是信息时代催生的新型的制造模式。

我国提出了“工业制造2025计划”，其中重要一项内容就是促进计算机集成制造系统在制造业中的广泛应用，目前在实际生产过程中，一些制造企业通过引入该系统，取得了显著成效。农业机械作为制造业重点之一，既具有工业化生产的特点，同时由于农业生产区域的复杂性，要求生产的机械设备又具有差异性和地区性。针对这种特点，要结合我国农业生产特点，采用计算机集成制造系统带来的优势，在产品的研发方面，融入高新技术，转变传统的生产模式，增强核心竞争力，降低成本与风险，实现农业机械制造效益的最大化。

现代制造业是一个国家立足于世界的支柱产业，我国在农业机械发展中，要发挥我国先进制造业优势，将先进技术引入到农业机械设备生产领域，为我国农业生产提供高效、可靠、智能的生产设备，提高我国的农业机械化水平。未来农业机械设备将向着信息化、智能化与集成化发展，这与现代制造业发展方向一致，因此我们要利用好现代制造技术带来的进步，促进农业机械设备技术发展。