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農民日報:油菜收割機如何實現智能化“變身”

發布時間:2020-11-06|瀏覽次數:

研究聯合收割機已經20年的江蘇大學農業工程學院研究員、國家油菜產業體系崗位科學家徐立章坦言,在田間試驗操作機器時簡直就是手忙腳亂?!伴_油菜收割機和開車完全是兩碼事,一旦進入田塊作業,耳朵要聽發動機的聲音,眼睛要看前方的作物狀態、留茬高低和割臺攪攏喂入是否順暢,左手控制作業速度,右手還要調整撥禾輪和割臺的高低?!毙炝⒄抡f,聯合收割機收得好不好,很大程度上依賴于機手的操作經驗。

徐立章參與的“油菜聯合收割機關鍵技術與裝備”項目曾獲2013年度國家技術發明二等獎,解決了油菜聯合收割機的機械化收獲性能難題。近年來他又承擔了十三五重點研發計劃“智能化油菜聯合收割機”子項目。這一次,他瞄準了油菜聯合收割機智能化問題,致力于減輕機手的負擔,并降低收獲總損失率。

實現智能化先從解放左手開始

聯合收割機由1萬多個零部件組成,是農機裝備中最復雜的作業機械。我國農作物品種多、分布廣,作物特性差異大等問題也對聯合收割機的收獲適應性提出了更高的要求。在我國,油菜的收獲總損失率相比于其他作物明顯偏高,國家標準為8%。油菜株形高矮、產量多少、角果層疏密等多種因素,決定了聯合收割機控制模型的難度。

“我們想先把機手的左手解放出來,這樣必須解決收割機速度的自適應控制?!毙炝⒄陆榻B,油菜的喂入量在3公斤左右,其草谷比、含水率等差異,都會造成作業性能的波動。

徐立章團隊研發出了速度自適應控制模塊,安裝該模塊后收割機可以根據作業負荷自動調節速度,既避免了喂入堵塞又能保持較高的作業效率。這樣的智能化裝置受到了機手們的好評:“左手本來要控制操縱桿調節機器作業速度,現在注意力只要放在右手上,勞動負荷減輕了不少?!?/p>

速度控制了,喂入量穩定了,不代表工作性能就一定好,損失的自動控制是擺在徐立章面前的又一個“攔路虎”。

在開機前,有經驗的機手往往會根據油菜的產量、成熟度預先調整好魚鱗篩的開度,這個開度一旦確定后,除非停機基本不會再調整。徐立章介紹,這其實是一對矛盾的指標。開度小了,損失就大;開度大了,損失過小,雜余就會太多。要達到完美的平衡,還必須實現清選損失的自動控制。

抓住小籽粒的信號

成熟的油菜籽多為球形或者近似球形的小顆粒,直徑在2毫米左右。在嘈雜的收割作業背景振動信號中,如何抓住這么小的籽粒信號?如何區分籽粒、莖稈、角果殼等不同信號?負責損失傳感器研發工作的梁振偉老師告訴記者,他們把損失傳感器分為了一體多塊式,可以根據響應頻率和幅值的差異,準確地抓取油菜籽的信號,并以此為依據,自動調整魚鱗篩的開度。越來越少依賴人工經驗,實現損失的實時監測和自動控制,這樣的智能化系統,對于機手特別是新機手來說,又是一大福音。

在四川、江蘇等地的試驗中,團隊研制的聯合收割機云平臺也發揮了重要作用。這是江蘇大學農業工程學院和計算機科學與通信工程學院的一次跨界合作。盡管試驗已經結束,負責研發云平臺的陳繼明副教授打開手機APP,依然可以查詢到收割機當時在田間收獲的主要工作參數。

“這是一張工況圖,也是一張處方箋,可以為農業精準管理提供信息支持?!标惱^明說,云平臺記錄了收割機在田塊任意位置的工作參數,可以據此描畫出田塊的損失分布、產量分布等信息,為來年的播種、施肥等田間管理提供參考。同時,云平臺還會根據收割機的使用時間、運行狀態,及時給機手提供收割機是否需要維修保養的健康診斷。

江蘇省農業機械試驗鑒定站的檢驗報告也顯示,該研發產品具備主要參數實時采集、故障診斷與自動監控功能、清選損失監控和清選篩開度自適應調節等功能,總損失率為2.9%,含雜率為1.4%,破碎率0,遠遠高于國家相關標準要求。

夯實智能化 邁向無人化

自2016年承接油菜聯合收割機智能化項目以來,徐立章帶領團隊天南地北地做實驗,采集了大量數據,不斷地改進完善控制模型?!笆斋@機械必須去田里作業,才有辦法測試傳感器準不準、控制模型好不好用,在實驗室里是沒法模擬的?!毙炝⒄抡f。

經過這么多年努力,在江蘇大學農業工程學院的支持下,僅江蘇沃得農業機械有限公司生產的履帶式聯合收割機就已占據了國內市場份額的近60%。徐立章從中感受到科研工作產生的實際效應,“看到自己設計的機器大江南北到處在用,我非常自豪,感覺到自己為我國農機產品的技術進步盡了份力?!?/p>

用科學的調控來代替機手主觀經驗的判斷,徐立章把這個智能化系統稱為“聯合收割機輔助收獲智能調控系統”。目前,鑒于智能化控制研發技術已經成熟,他也開始忙于該系統的產業轉化工作。

在徐立章看來,要實現聯合收割機無人化,前提必須先解決智能化的問題。我國聯合收割機的人機共駕態勢還會較長時間存在,目前階段的智能化更像是個助手,輔助機手和機器更高效、更精準地作業。

“推進農業機械化、智能化,是為了農業生產降本、提質、增效?!毙炝⒄赂嬖V記者,他還有新的目標,在解放左手后進一步解放右手,在解決收割機直線行走的基礎上解決轉彎處的自動控制,他也計劃攻克通用型清選損失傳感器的難題。他的設想是:“將來智能化聯合收割機不僅能收水稻、小麥、油菜,還能收玉米、大豆、谷子、高粱,要真正實現聯合收割機的智能化多功能收獲?!?/p>

文章來源:《農民日報》2020年11月6日8版

文章鏈接:http://szb.farmer.com.cn/2020/20201106/20201106_008/20201106_008_3.htm

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