agriculturalengineeringwithwidefield

1、袁建宁,2015年12月14日,农业工程 广阔空间 Agricultural Engineering with Wide Field,农业的根本出路在于机械化！ 毛泽东,农业工程技术领域,农业机械化地位,中国制造2025与农机工业技术创新,寄语研究生,一、农业机械化地位,21世纪之交，美国机械工程师学 会(ASME)为了评价机械工程的主要成 就，对其同行所做出的贡献进行了百年 回顾，评出了机械工程“十大”成就。,农业机械化地位,(1) 汽车(The automobile),(2) 阿波罗计划(The Apollo grogram),(3) 发电(Power generation),(4) 农业机械化 (Agricultural mechanization),(5) 飞机(The airplane),(6) 集成电路的大规模生产 (Integrated circuit mass production),农业机械化地位,(7) 空气调节与制冷 (Air-Conditioning and refrigeration),(8) 计算机辅助工程技术 (Computer-aided enginee

2、ring technology),(9) 生物工程 (Bioengineering),(10) 代码和标准 (Codes and standards),农业机械化地位,(1) 汽车(The automobile),汽车的发展和它的商业化被机械工 程师们评定为本领域20世纪里最重大的 成就。 两个因素造就了汽车技术的成长：,大功率轻型发动机 (high-power lightweight engines),高效的大规模制造工艺 (efficient mass-manufacturing processes),农业机械化地位,5.7升八缸发动机,克莱斯勒5.7升V8发动机,农业机械化地位,ASME不仅认识到了汽车的发展， 而且还看到了其背后的制造技术。 亨利福特开创了装配生产线这一 大规模生产模式，使得消费者能够跨越 经济范畴来拥有自己的汽车。 汽车工业遂逐渐成长为世界经济的 一颗关键棋子它为机床工业和原材 料行业创造了大量的就业机会。,农业机械化地位,除此之外的一些改进也为市场竞争 增添了砝码。,汽车安全,燃料经济性,舒适性,排放控制,农业机械化地位,(2) 阿波罗计划 (The Apo

3、llo grogram),1961年，美国总统约翰肯尼迪挑战 美国人民要实现把人 送上月球并安全返回地球 的计划。,农业机械化地位,这一计划目标的第一部分在随后不 到十年的时间之内得以实现1969年 7月20日，阿波罗II在月球表面着陆。 几天后， 三名宇航员安 全返回。,农业机械化地位,阿波罗计划技术上的提高和深 远的文化影响使其当选为20世纪机械工 程领域的第2号最具影响力的成就。 阿波罗计划基于三个关键工程的开 发：庞大的三级土星运载火箭Saturn V，指挥和服务模块、月球旅行模块。,农业机械化地位,来自太空的地 球照片改变了我们 对于自己和我们对 行星的看法。,宇航员约翰杨阿波罗16航天飞行的指挥员跳跃着行走在月球表面上,农业机械化地位,成千上万科学家和工程师创造性地 、全心全意地努力，才使得阿波罗、太 空旅行、行星探索、气象观测和通讯卫 星等，所有这些得以实现。,艺术家心目中的国际空间站的概念,农业机械化地位,神州9号与天宫1号的自动交会对接,农业机械化地位,神州9号与天宫1号成功实现对接,农业机械化地位,太空授课课堂,农业机械化地位,(3) 发电(Power genera

4、tion),电能从一种形式转变为另一种形 式、从一个地方转移到另一个地方。使 其成为经济增长和繁荣背后重要的支撑 要素，电力的配送改善了全球几十亿人 的生活方式和生活标准。,农业机械化地位,其中，电能的转变方式包括化学 能、风能、核能、水能、海洋能、太阳 能等。,例如：煤、天然气和燃油等。,中国最早的核电站是1985年3月开工建设的秦山核电站)。,农业机械化地位,农 家 小 水 车,三峡水利工程,水能利用,农业机械化地位,核电生产过程,先进的核能电站能够生产出100万千瓦电能,农业机械化地位,影响电力生产的问题：燃料成本、 电站自身的建设成本、环境影响、可靠 性和安全性等。,农业机械化地位,风电场,太阳能电站,农业机械化地位,(4) 农业机械化 (Agricultural mechanization),农业机械的起源可以追溯到原始社 会使用简单农具时代。 大约在公元前13世纪新石器时代仰韶文化时期在中国就已经开始使 用铜犁头以牛为动力进行耕地。 到公元前83世纪的春秋战国时 代中国已拥有耕作、播种、收获、 加工和灌溉等一系列铁制或木制农具。,农业机械化地位,公元70年法国人所使用的畜力

5、谷物梳脱式收割装置,农业机械化地位, 1920世纪初进入大量使用 新式畜力农业机械时代。大田作物装备 自动化始于1916年的带动力拖拉机和联 合收割机，它使谷物收获作业简单化。,到1836年，出现了第一台马拉式谷物联合收获机。,农业机械化地位, 从那时起，其它方面如天气观测 和预报的改进、大容量灌溉泵、自动化 挤奶机、谷物管理和病虫害计算机控制 数据库等技术得到很大发展。 从20世纪40年代起欧美各国 的谷物联合收割机逐步由牵引式转向自 走式。,农业机械化地位,谷物联合收割机,农业机械化地位,自走履带式 半喂入联合收割机,自走式玉米联合收割机,农业机械化地位, 20世纪60年代水果、蔬菜 等收获机械开始得到发展； 20世纪70年代开始电子技 术逐步应用于农业机械作业过程监测和 控制，农业机械越来越朝着自动化方向 发展。,农业机械化地位,甘蔗收获机,蘑 菇 采 摘 机 器 人,草莓采摘机器人,农业机械化地位,机器人挤奶机,农业机械化地位,20世纪早期，一个美国农民用当时 的农具和方法仅仅能够生产出供给少量 人的食物；而到了21世纪初，采用更为 有效的技术，一个农民可以生产足够养 活130

6、人的粮食，生产效率翻了40番， 这归功于抛弃畜力而大量发展机械化。,农业机械化地位,随着自动化技术的出现，更多的人 除了农业以外还可以在经济领域里的其 它方面获得知识和就业的机会。反过 来，农业人力资源的转移又大范围地推 动了其它行业和工业的发展。,农业机械化地位,发展中的机器人技术车辆将使得机器能够根据谷 物生长田块的形状和地面状态完成收获作业，而无需 人的指导。,农业机械化地位,(5) 飞机(The airplane),商业化航空客运为商业和娱乐创造 了更为便捷的国内和国际旅行机会。空 中旅行的出现使分散的家庭彼此不再受地理上的限制，能够经常相互往来。商业事务可以跨越地球进行面对面洽谈。,农业机械化地位,早期的飞机由活塞驱动内燃引擎 来提供动力。 与螺旋桨驱动的飞机相比，采用喷 气发动机后，就一定量燃料而言，喷气 动力飞机能够承载更为大量的有效货物 和乘客，从而降低了飞行成本。,农业机械化地位,通用电气公司 GE90-115B型涡轮 喷汽发动机：1995 年首次亮相，主要 应用于波音777宽 体客机。,美国国家航空航天局 (NASA) GE90气流仿真,农业机械化地位,机型：宽体喷

7、气式客机； 原产国：美国； 制造商：波音商业飞机制造公司； 首次飞行：1994年6月12日； 单机成本价：777-200ER型: 2.0552.31亿美元； 777-200LR型: 2.3752.635亿美元； 777-300ER型: 2.572.865亿美元; 777F型: 2.5252.605亿美元。,农业机械化地位,F-22猛禽战斗机,农业机械化地位,X-38搭载飞机,农业机械化地位,(6) 集成电路的大规模生产 (Integrated circuit mass production),集成电路、计算机存储芯片及微处 理器的微型化和大规模生产成为电子工 业一个令人惊异的成就。,农业机械化地位,笔 记 本 微 处 理 器,集成电路,计算机存储芯片,农业机械化地位, 1972年，英特尔公司发布了老 式的8008处理器当时它有2500个 晶体管； 80年代的386处理器有27万 5千个晶体管； 而到2001年出产的奔腾4微处理 器则包含有超过400万个晶体管。,农业机械化地位,百万晶体管集成电路在今天已经很 平常了。这种安装在硅片上的电路元件 数量非同一般的增长率常常被称为摩尔 定律。

8、,农业机械化地位,大容量动态随机存储芯片中的导线 已经窄到只有120纳米，即1米的1亿分 之十二。,这是个什么概念呢？我们来做个比较：人的 头发直径大约是那些导线直径的1000倍。,农业机械化地位,农业机械化地位,美国杜克大学研制的机器人在针尖上跳舞,农业机械化地位,(7) 空气调节与制冷 (Air-Conditioning and refrigeration),空气调节与制冷系统在改善我们生 活质量方面起到了重大作用。,农业机械化地位,这项机械工程成就位列第7得到了 大部分人的赞同，它建立在流体力学、 热能转换和热力学等物理学原理基础 上，同时依靠了压缩机、制冷剂以及热 交换器等技术。,农业机械化地位,早在19世纪80年代就已出现了机械 式制冷系统，但仅应用于商业酿造厂、 肉类加工间、制冰厂和乳制品行业等。,农业机械化地位,1930年开发的制冷剂氟里昂成 为安全而适宜于家庭住宅里使用的制冷 和空气调节装置商业化发展的转折点。 其后，氟里昂又被大量的其它复合 物所取代，这些物质不包含现在所知会 导致大气臭氧层枯竭的含氯氟烃。,农业机械化地位,(8) 计算机辅助工程技术 (Compute

9、r- aided engineering technology),计算机辅助工程(CAE)这一术语是 针对广泛的机械工程和其它学科里有关 自动化应用范畴的。 计算机辅助工程围绕着完成计算、 准备技术图样、分析设计、模拟性能甚 至控制机床等方面对计算机的应用。,农业机械化地位,在过去几十年中，计算机运用与信 息技术已改变了机械工程所习惯了的那 种传统设计、计算、分析方式。,农业机械化地位,其发展之快、应用之广泛已使许多 先进技术得以实施。例如，应用计算机 辅助设计和分析软件、信息数据库和以 计算机来控制的原型制造设备。,3D打印技术,农业机械化地位,在大型跨国公司里，设计团队和技 术信息是全球共享的，并且，计算机网 络使产品能够在一天的24小时时间里不 间断地开发，其设计、分析和制造等活 动由分散在超过17个时区的大约200个 设计团队合作进行。 波音777就是第一架通过无纸化计 算机辅助设计过程实现的，它成为一个 现实的应用实例。,农业机械化地位,超过300万个零件的装配是一项非 同一般的挑战，但计算机辅助工程允许 设计师们可以在生产过程开始之前，在 一个虚拟环境下对零件进行装配。,农业机械化地位,目前世界最大的客机空客A380,农业机械化地位,使用计算机来模拟分析飞行期间航天飞机周围的气流情况,亚特兰蒂斯号航天飞机准备发射,农业机械化地位,为计算机内 的电子元件进行 总体布局设计和 通风系统来防止 产生过热。,按比例缩小的垂直短距离起飞和降落的飞机模型安装在亚音速风洞中。通过使用计算机辅助工程分析，飞机设计所需要的实物试验的量大大减少。,农业机械化地位,计算机仿真使工程师能够在制造前分析机器的强度,计算机辅助设计,模拟碰撞实验,风洞实验,农业机械化地位,为了证实建筑物满足 建筑规范，在建设前，模 拟地震时多层建筑物的横 向振动。,第2和3层振动分析,前10阶振模,农业机械化地位,(9) 生物工程 (Bioengineering),生物工程是传统工程领域和生命科 学之间的纽带。 它运用工程原理、分析方法及设计 来解决发生在生物系统中的问题。尽管 它被认为是一个新兴领域，但生物工程 位列

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