作者 |宋華振
農業機械對于控制、智慧中機制系智能的農業需求一點都沒有比工業低。在走向智能化的械控選擇道路上，農業機械需要高性能的智慧中機制系控制系統支撐。
在中國，農業若談起農業，械控選擇很多人直覺就是智慧中機制系覺得自動化在農業裝備似乎沒有用武之地，因為，農業就像人們對于浙閩地區的械控選擇描述“七山二水一分田”。由于人均土地較少，智慧中機制系且農村土地以戶為單位的農業小塊耕種，無法讓機械施展其能力。械控選擇
但是智慧中機制系，有幾個因素會讓農業機械仍然是農業有較高的發展空間：
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，械控選擇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IntelCore 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
