作者 |宋華振

農業機械對于控制、智能的需求一點都沒有比工業低。在走向智能化的道路上，農業機械需要高性能的控制系統支撐。

在中國，若談起農業，很多人直覺就是覺得自動化在農業裝備似乎沒有用武之地，因為，就像人們對于浙閩地區的描述“七山二水一分田”。由于人均土地較少，且農村土地以戶為單位的小塊耕種，無法讓機械施展其能力。

但是，有幾個因素會讓農業機械仍然是有較高的發展空間：

1). 農業機械并非是完全自購為主：作為服務工具的一種，農業機械也會像其他工程機械一樣承攬規模化業務，村民可以預先聯系作業裝備統一作業，使得其作業對象成為大塊的土地。

2). 土地本身的匯集：由于缺乏勞動力，很多土地已經被租賃給投資農業的企業，他們可以進行相對較大塊的土地匯集，用于農機規模化耕作。即使在陜北高原上，也能看到這樣的集約耕種場景。

3). 新疆農墾和東北平原：這是目前大規模農業裝備的主要用武之地。其實，在中國，關中平原、四川盆地、湖北的江漢平原、華北平原等也是適合于大規模耕種。

4).人工成本，由于制造業的人工成本不斷上升，使得年輕的勞動力基本都轉向制造業。這也必然會導致農村雇傭短時勞動力的成本上升，這也最終會推動農業經營在未來走向規模化。

這個基礎上，大型聯合作業，更為智能的農機才是有用武之地，自動化也就會有發揮空間。

01智慧農業，對智能控制要求也很高

其實，農業機械對于控制、智能的需求一點都沒有比工業低。農業智能化，是將“耕-種-管-收”全生命周期管理。上游連接資源端（種子、化肥、水利、農藥），中游是土地耕作、播種、施肥、除草、采收，以及下游的農產品加工、物流。作為其中的一環，農業機械必須能夠高效生產。因為，大部分農產品的作業是有“窗口期”的，這往往需要高效的作業。圖1是農機智能化的幾個發展方向，它也同樣需要借助于數字化的能力來進行提升。

1).建模仿真：農業機械也同樣是對于智能化迫切需求的領域。就拿種植類作業而言。土壤的墑情、濕度，所需耕作開溝深度、播種間距、施肥量進行配置，并對于作業裝備的發動機馬力輸出、作業角度等參數也是需要匹配的，否則，就無法以低能耗的方式達到耕作效果。

而在采摘階段，其實，也同樣會在作物間距、高度、作物種類、處于的成熟期等進行作業，同樣需要匹配合適的參數、力量輸出，包括直接計數、分類、包裝等。

而這些農業機械的動力傳動、液壓驅動系統、傳感器、機械機構等，均需據此設計，這同樣需要物理建模，并進行虛擬測試與驗證，才能設計出高效率的作業機器。農業機械也不是干蠻力活的，它需要靈巧、而又高效，還節能的方式來作業。

2).設備互聯：由于農業采用了租賃服務的模式，但是，這樣就需要就整個農機的使用進行有效的根據生產需求進行調度、分配，并實時監測作業進度，以進行最小時間粒度的排產。同時，這些生產作業數據也會與農產品收購、加工等相關聯，以實現快速集約化的加工。

3).精耕細作的需求：在機械的建模后，機器現場也會實時采樣，并給操作人員以決策支持，例如根據反饋的數據來調整作業深度、參數等。施肥也會更好的計量、精準定位到作物所需部位，避免化肥的浪費和無法有效作用。精準采摘，更是需要根據作業不同產區的規格變化匹配合適的采摘參數，以達到精準的采收。

4).機器學習，對于像采摘類如棉花、水果等，需要直接對農作物進行定位，成熟度的學習（例如蘋果、桃子的成熟度決定是否采摘）、并且可以直接在線進行分類（圖像對蘋果的品相判斷，越大的蘋果單價越高），凡此種種，均需機器學習的方式來進行判斷和決策。

5).節能環保：合適的作業會更為節能—更低的油耗下達到作業效率。在灌溉時也會更為節省用水-根據生產情況進行水利調度與分配-這同樣需要數字化的支撐。

6).易用性，農業機械操作人員無需掌握復雜的專業知識，而是更為簡便的操作機器。機器需要易于學習，易于操作，并且能夠給出直觀的報警提示，以及操作支持。

在土地精細耕作、設施智慧、農產品智能加工、智能信息服務方面，都是需要農業自動化水平的提高，這里不僅需要自動化的控制，還需要基于數據的協作、調度，以及對于從耕作到最終銷售端的整個數據鏈條的服務，這才能最大的發展農業經濟的產出。

02農業裝備的嚴苛工況

農機的控制，要求也與工業大不相同，首先就是它自身工況的復雜與惡劣。北方的冬天會到零下30℃，夏天又會經常40℃，南方氣溫高同時濕度也很高。沿海地區還受到鹽霧腐蝕的潛在影響。這類控制器遇到的嚴苛環境包括振動、凝露、敲擊、油污和水。因此，它需要控制系統有非常高的忍受度。

不過，這也不影響貝加萊的X90嵌入式控制器的工作，各種復雜工況對于普通控制器無法勝任，但于X90則“為此而生”。它必須能夠忍受這種農業現場的震動、灰塵等惡劣環境。

它是為工程、礦山、農業這種環境的機器而設計的控制器：它有48個I/O通道，這些IO是可換的，輸入輸出均可配置；標配就有3個CAN口，采用SAE J 1939協議，也支持農機里的ISOBUS；采用ARM處理器，可以支持mS級的任務；具有USB口、快速以太網、POWERLINK實時以太網接口。它也同樣被貝加萊的Automation Studio集成編程，可以采用高級語言編寫算法、邏輯任務，調用液壓庫，開發專為農業機械所設計的智能算法。

在2022年，貝加萊還推出了Automation PC Mobile 3100（簡稱APC Mobile 3100）,它是一款基于Intel Core i7處理器。如圖2，主頻高達2.8GHz的控制器。它與X90的不同在于，它是采用了Hypervisor技術的控制器，支持Linux/Windows開放操作系統和實時操作系統（RTOS）同時運行。這就意味著它可以處理算力需求更大的任務，比如模型運行、圖形圖像處理、智能分析等任務。

03農機的控制與互聯

我們可以在圖3中看到，采用X90或Mobile PC 3100這種控制器，它可以連接操作器、顯示終端、液壓機構、發動機、測速/振動、風向、溫度等傳感器，構成完整的作業裝備或聯合裝備。同時，通過無線的網絡，這些作業數據也會被匯集到生產管理系統，作為生產調度、協作的依據。

采用Web技術終端進行HMI交互，也可以像你的智能手機一樣炫的設計（圖4）。其實，炫不炫不重要，對于農業機械來說，它最為主要的在于“操作簡單”、“亮度夠”。貝加萊的Power Panel T系列就是借助于Web技術，來實現農業機械所需的“直觀性圖形顯示”，借助于IT的控件來直觀表達機器的交互。另外，農業機械通常會在陽光直射下工作，因此屏幕需要足夠亮，強光下也能看清楚。這款HMI還有一個對于農業機械而言比較重要的吸引力在于，它可以在零下30℃下正常工作，這意味著極寒的東北地區、西北地區也是可以工作的。

04專為農機開發的規約

ISOBUS是一種基于CAN通信的協議，它可以與來自不同制造商的機器交換數據。作為農業電子設備基金會（AEF）成員，貝加萊通過新的ISOBUS協議為該行業提供連接。

ISOBUS協議涵蓋終端、輔助控制、任務控制器（地理位置）、任務控制器分區控制和基本拖拉機的ECU之間的連接。貝加萊也是AEF、CiA、AEM、VDMA聯盟成員，這些聯盟旨在建立在農業機械間設備的通信規約。

農業機械，在走向智能化的道路上，需要這種高性能的控制系統支撐。

關鍵概念：

農業機械對于控制、智能的需求一點都沒有比工業低。

農機智能化的發展同樣需要借助于數字化的能力來進行提升。

思考一下：

農機智能化需要重點考慮哪幾個發展方向？

審核編輯：湯梓紅