本文圖片來源：貝加萊
農(nóng)業(yè)機械對于控制、智能的需求一點都沒有比工業(yè)低。在走向智能化的道路上，農(nóng)業(yè)機械需要高性能的控制系統(tǒng)支撐。
在中國，若談起農(nóng)業(yè)，很多人直覺就是覺得自動化在農(nóng)業(yè)裝備似乎沒有用武之地，因為，就像人們對于浙閩地區(qū)的描述“七山二水一分田”。由于人均土地較少，且農(nóng)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(nóng)業(yè)機械仍然是有較高的發(fā)展空間：
1). 農(nóng)業(yè)機械并非是完全自購為主：作為服務(wù)工具的一種，農(nóng)業(yè)機械也會像其他工程機械一樣承攬規(guī)模化業(yè)務(wù)，村民可以預先聯(lián)系作業(yè)裝備統(tǒng)一作業(yè)，使得其作業(yè)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(jīng)被租賃給投資農(nóng)業(yè)的企業(yè)，他們可以進行相對較大塊的土地匯集，用于農(nóng)機規(guī)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(nóng)墾和東北平原：這是目前大規(guī)模農(nóng)業(yè)裝備的主要用武之地。其實，在中國，關(guān)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(guī)模耕種。
4).人工成本，由于制造業(yè)的人工成本不斷上升，使得年輕的勞動力基本都轉(zhuǎn)向制造業(yè)。這也必然會導致農(nóng)村雇傭短時勞動力的成本上升，這也最終會推動農(nóng)業(yè)經(jīng)營在未來走向規(guī)模化。
這個基礎(chǔ)上，大型聯(lián)合作業(yè)，更為智能的農(nóng)機才是有用武之地，自動化也就會有發(fā)揮空間。
01 智慧農(nóng)業(yè)，對智能控制要求也很高
其實，農(nóng)業(yè)機械對于控制、智能的需求一點都沒有比工業(yè)低。農(nóng)業(yè)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(nóng)藥），中游是土地耕作、播種、施肥、除草、采收，以及下游的農(nóng)產(chǎn)品加工、物流。作為其中的一環(huán)，農(nóng)業(yè)機械必須能夠高效生產(chǎn)。因為，大部分農(nóng)產(chǎn)品的作業(yè)是有“窗口期”的，這往往需要高效的作業(yè)。圖1是農(nóng)機智能化的幾個發(fā)展方向，它也同樣需要借助于數(shù)字化的能力來進行提升。
1).建模仿真：農(nóng)業(yè)機械也同樣是對于智能化迫切需求的領(lǐng)域。就拿種植類作業(yè)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(yè)裝備的發(fā)動機馬力輸出、作業(yè)角度等參數(shù)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(yè)，同樣需要匹配合適的參數(shù)、力量輸出，包括直接計數(shù)、分類、包裝等。
而這些農(nóng)業(yè)機械的動力傳動、液壓驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器、機械機構(gòu)等，均需據(jù)此設(shè)計，這同樣需要物理建模，并進行虛擬測試與驗證，才能設(shè)計出高效率的作業(yè)機器。農(nóng)業(yè)機械也不是干蠻力活的，它需要靈巧、而又高效，還節(jié)能的方式來作業(yè)。
2).設(shè)備互聯(lián)：由于農(nóng)業(yè)采用了租賃服務(wù)的模式，但是，這樣就需要就整個農(nóng)機的使用進行有效的根據(jù)生產(chǎn)需求進行調(diào)度、分配，并實時監(jiān)測作業(yè)進度，以進行最小時間粒度的排產(chǎn)。同時，這些生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)也會與農(nóng)產(chǎn)品收購、加工等相關(guān)聯(lián)，以實現(xiàn)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(xiàn)場也會實時采樣，并給操作人員以決策支持，例如根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)來調(diào)整作業(yè)深度、參數(shù)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(jù)作業(yè)不同產(chǎn)區(qū)的規(guī)格變化匹配合適的采摘參數(shù)，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(nóng)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(jié)能環(huán)保：合適的作業(yè)會更為節(jié)能—更低的油耗下達到作業(yè)效率。在灌溉時也會更為節(jié)省用水-根據(jù)生產(chǎn)情況進行水利調(diào)度與分配-這同樣需要數(shù)字化的支撐。
6).易用性，農(nóng)業(yè)機械操作人員無需掌握復雜的專業(yè)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(shè)施智慧、農(nóng)產(chǎn)品智能加工、智能信息服務(wù)方面，都是需要農(nóng)業(yè)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(shù)據(jù)的協(xié)作、調(diào)度，以及對于從耕作到最終銷售端的整個數(shù)據(jù)鏈條的服務(wù)，這才能最大的發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的產(chǎn)出。
02 農(nóng)業(yè)裝備的嚴苛工況
農(nóng)機的控制，要求也與工業(yè)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(jīng)常40℃，南方氣溫高同時濕度也很高。沿海地區(qū)還受到鹽霧腐蝕的潛在影響。這類控制器遇到的嚴苛環(huán)境包括振動、凝露、敲擊、油污和水。因此，它需要控制系統(tǒng)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(nóng)業(yè)現(xiàn)場的震動、灰塵等惡劣環(huán)境。
它是為工程、礦山、農(nóng)業(yè)這種環(huán)境的機器而設(shè)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(xié)議，也支持農(nóng)機里的ISOBUS；采用ARM處理器，可以支持mS級的任務(wù)；具有USB口、快速以太網(wǎng)、POWERLINK實時以太網(wǎng)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(wù)，調(diào)用液壓庫，開發(fā)專為農(nóng)業(yè)機械所設(shè)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(shù)的控制器，支持Linux/Windows開放操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)（RTOS）同時運行。這就意味著它可以處理算力需求更大的任務(wù)，比如模型運行、圖形圖像處理、智能分析等任務(wù)。
▲圖2：Automation PC Mobile 3100控制器
03 農(nóng)機的控制與互聯(lián)
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(gòu)、發(fā)動機、測速/振動、風向、溫度等傳感器，構(gòu)成完整的作業(yè)裝備或聯(lián)合裝備。同時，通過無線的網(wǎng)絡(luò)，這些作業(yè)數(shù)據(jù)也會被匯集到生產(chǎn)管理系統(tǒng)，作為生產(chǎn)調(diào)度、協(xié)作的依據(jù)。
▲圖3：貝加萊農(nóng)業(yè)機械控制器架構(gòu)
采用Web技術(shù)終端進行HMI交互，也可以像你的智能手機一樣炫的設(shè)計（圖4）。其實，炫不炫不重要，對于農(nóng)業(yè)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(shù)，來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)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(qū)、西北地區(qū)也是可以工作的。
▲圖4：貝加萊T50系列HMI
04 專為農(nóng)機開發(fā)的規(guī)約
ISOBUS是一種基于CAN通信的協(xié)議，它可以與來自不同制造商的機器交換數(shù)據(jù)。作為農(nóng)業(yè)電子設(shè)備基金會（AEF）成員，貝加萊通過新的ISOBUS協(xié)議為該行業(yè)提供連接。
ISOBUS協(xié)議涵蓋終端、輔助控制、任務(wù)控制器（地理位置）、任務(wù)控制器分區(qū)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(lián)盟成員，這些聯(lián)盟旨在建立在農(nóng)業(yè)機械間設(shè)備的通信規(guī)約。
農(nóng)業(yè)機械，在走向智能化的道路上，需要這種高性能的控制系統(tǒng)支撐。
關(guān)鍵概念：
■ 農(nóng)業(yè)機械對于控制、智能的需求一點都沒有比工業(yè)低。
■ 農(nóng)機智能化的發(fā)展同樣需要借助于數(shù)字化的能力來進行提升。
思考一下：
農(nóng)機智能化需要重點考慮哪幾個發(fā)展方向？