基于甘蔗收割机备件需求管理的绿色可持续采收技术研究

推荐：为解决甘蔗焚烧采收导致的环境污染问题，研究人员通过建立考虑部件可靠性、运行环境及故障交互的备件需求预测模型(CASE IH Austoft 7000机型)，开发了融合PHM(比例风险模型)和CRM(关联规则挖掘)的创新方法。结果显示基刀片、切碎刀片和O型圈预测误差低于1%，显著提升绿色采收设备可用性，为减少PM2.5和CO2排放提供技术支撑。

　　

随着全球环保意识提升，甘蔗传统焚烧采收方式正面临严峻挑战。在伊朗胡齐斯坦省，约80%蔗田采用焚烧采收，导致日均20-30例呼吸道感染病例，并引发严重交通事故。这种采收方式每年释放210万公斤CO₂和10.5万公斤CO，而绿色采收虽能解决污染问题，却因收割机备件高故障率难以推广。

针对这一难题，来自伊朗的研究团队在《Sustainable Futures》发表创新研究，通过精准预测甘蔗收割机关键备件需求，破解绿色采收实施瓶颈。研究聚焦CASE IH Austoft 7000型收割机，发现基刀片(占故障48.43%)、切碎刀片(21.45%)和液压系统O型圈构成90.5%的备件需求，其突发故障会导致单日每公顷336美元损失。

研究采用多阶段建模方法：首先基于保修期数据建立Weibull基线故障分布；其次通过COX回归量化农场类型(FT)和材料质量(BM)等协变量影响；再结合PHM模型整合环境因素；最后引入CRM分析液压马达与油管故障对O型圈的交互效应。创新性地构建了包含n个部件故障交互的预测框架，通过蒙特卡洛模拟生成随机数验证模型。

基刀片与切碎刀片预测
在含硬物农场(FT=0)中使用普通钢材刀片(BM=0)时，基刀片寿命均值仅8.85小时，变异系数达0.52。通过PHM分析发现农场类型(β=-2.01)比材料影响(β=-0.077)更显著，最终预测单季(1440小时)需162.34个刀片，与实际需求(160-162个)误差<1.5%。

液压系统O型圈分析
预防性维护策略(ST=2)配合优质密封材料(ORM=1)使O型圈寿命延长至24.24小时。考虑液压马达(η=17.5, β=1.17)和油管(η=0.982, β=6.29)的双重故障交互，预测需求59.01个，与实际情况(58-60个)高度吻合。

环境效益评估
模型应用使绿色采收比例提升至100%，年减少污染物排放：CO₂ 211万公斤、CO 10.5万公斤、NO_X 243万公斤。经济层面避免因污染导致的1亿美元/年健康损失，同时解决采收延迟导致的甘蔗含糖量下降(延迟1月减产10吨/公顷)。

该研究突破传统时间序列预测方法局限，首次将部件故障交互纳入农业机械备件管理，为全球甘蔗主产区绿色转型提供关键技术支撑。未来研究可扩展至可修复部件预测，并探索物联网数据实时更新模型参数的应用前景。