科技創(chuàng)新迎來(lái)智能農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展新契機(jī)
——記西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院崔永杰副教授

○文/張晗

科技創(chuàng)新迎來(lái)智能農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展新契機(jī)
——記西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院崔永杰副教授

○文/張晗

我國(guó)自古以來(lái)就是農(nóng)業(yè)大國(guó)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。2015年國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議上提出，要強(qiáng)化農(nóng)業(yè)科技支撐，推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、信息化，加強(qiáng)國(guó)際之間的交流。這是繼《中國(guó)制造2025》（2015年3月）提到未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展先進(jìn)農(nóng)機(jī)裝備之后，國(guó)家層面再次對(duì)農(nóng)機(jī)裝備提出了新的要求?？梢?jiàn)，我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備的智能化、信息化是勢(shì)在必行。作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)領(lǐng)域的科研人員，西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院的崔永杰副教授，長(zhǎng)期從事采摘機(jī)器人、自動(dòng)分級(jí)裝置等智能農(nóng)機(jī)裝備的研發(fā)。智能化信息化，全球農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鄉(xiāng)一體化的不斷加速、勞動(dòng)力成本的快速提高、農(nóng)村勞動(dòng)力的緊缺，我國(guó)農(nóng)業(yè)開(kāi)始向經(jīng)營(yíng)規(guī)模化、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、推廣產(chǎn)業(yè)化、全程機(jī)械化的方向發(fā)展。農(nóng)業(yè)與工業(yè)的相結(jié)合，在這樣一個(gè)宏觀背景下，農(nóng)機(jī)裝備的智能化、信息化成為解決這些問(wèn)題的有效途徑之一。隨著生活水平的提高，大家關(guān)注安全、安心的食品，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的要求轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾暺焚|(zhì)。其中，物聯(lián)網(wǎng)等電子信息技術(shù)的發(fā)展和普及，可解決消費(fèi)者和市場(chǎng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品信息的需求問(wèn)題。另外，農(nóng)機(jī)裝備的智能化、信息化的可行性已在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家取得了相應(yīng)的成果和驗(yàn)證，因此這一發(fā)展方向是明智之舉。

智能農(nóng)機(jī)裝備主要包括信息檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析和決策、相應(yīng)的自動(dòng)化執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及相關(guān)信息傳輸技術(shù)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不是單一的產(chǎn)業(yè)，而是需要在復(fù)雜的環(huán)境里與工業(yè)等其他產(chǎn)業(yè)相互依賴、相互影響。因此，農(nóng)機(jī)裝備的智能化、信息化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，而不是簡(jiǎn)單的集成。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

目前，我國(guó)已成立了《農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟》（以下簡(jiǎn)稱農(nóng)機(jī)聯(lián)盟），包括了相關(guān)科研院校、企業(yè)、公司，并形成了一個(gè)體系，主導(dǎo)我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品的研發(fā)。農(nóng)機(jī)聯(lián)盟已取得了顯著的成效，得到了社會(huì)和相關(guān)部門的認(rèn)可。由于農(nóng)作物種類多，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境特殊，農(nóng)業(yè)裝備的研發(fā)需要到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、試制過(guò)程完善樣機(jī)，并逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。農(nóng)機(jī)裝備的研究應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)緊密結(jié)合，鼓勵(lì)百花齊放，科研單位結(jié)合地區(qū)特色農(nóng)業(yè)研制農(nóng)機(jī)裝備，農(nóng)機(jī)聯(lián)盟引領(lǐng)、扶持與企業(yè)合作實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

成績(jī)斐然，執(zhí)著前行

赴日本留學(xué)期間，崔永杰參加完成了永田雅輝（Nagata Masateru）教授主持的日本文部省課題“草莓采摘機(jī)器人”，獲得了碩士、博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)日本幾家科研單位率先研究草莓采摘機(jī)器人，后來(lái)農(nóng)研中心（NARO）堅(jiān)持研發(fā)十多年取得了可喜的成果，但尚無(wú)產(chǎn)品推廣。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行產(chǎn)品化的過(guò)程中，成本和效率是一個(gè)突出問(wèn)題，而且農(nóng)業(yè)機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人相比有它的特殊性。工業(yè)機(jī)器人針對(duì)的是標(biāo)準(zhǔn)件，特定的環(huán)境、特定的條件、特定的工藝；農(nóng)業(yè)機(jī)器人針對(duì)的農(nóng)作物本身具有個(gè)體之間差異性，生長(zhǎng)環(huán)境復(fù)雜，這些給農(nóng)業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。雖然現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)器人處于研發(fā)階段、成本較高、有待提高效率，但是從我國(guó)聯(lián)合收割機(jī)、插秧機(jī)等高價(jià)位農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展、普及歷史來(lái)看，今后成本不是主要問(wèn)題?，F(xiàn)階段以人與機(jī)器人協(xié)同作業(yè)、機(jī)器人減少人的作業(yè)負(fù)擔(dān)為主的理念，開(kāi)始作好研究，準(zhǔn)備迎接農(nóng)業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的到來(lái)。

留日期間通過(guò)長(zhǎng)期調(diào)研，崔永杰發(fā)現(xiàn)嫁接機(jī)器人產(chǎn)品化的瓶頸是幼苗的個(gè)體之間的差異、全程工藝的連貫性、系統(tǒng)裝置的集成化。回國(guó)以后他通過(guò)地區(qū)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，地方特色果業(yè)之一獼猴桃的棚架式栽培模式和果實(shí)物理特性很適合于機(jī)械化作業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)器人等自動(dòng)化裝置的研發(fā)。由于受到產(chǎn)業(yè)和地區(qū)特色的限制，目前獼猴桃采摘機(jī)器人的研究主要集中在新西蘭和中國(guó)兩個(gè)獼猴桃產(chǎn)業(yè)大國(guó)。果蔬采摘機(jī)器人的研發(fā)中創(chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)主要包括信息感知、無(wú)損采摘末端執(zhí)行器、提高作業(yè)效率以及安全保障的方法。

研究成果對(duì)產(chǎn)業(yè)的貢獻(xiàn)，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合是很重要的手段。我國(guó)提出了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，日本提出了產(chǎn)學(xué)官結(jié)合。我們應(yīng)重視作為行政部門官在促進(jìn)行政、科學(xué)、產(chǎn)業(yè)的結(jié)合以及產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的作用。中華奇異果-獼猴桃的原產(chǎn)地是中國(guó)，也是陜西省的代表果實(shí)之一。獼猴桃生產(chǎn)中采摘機(jī)器人等自動(dòng)化裝備的應(yīng)用，可提高附加值，推動(dòng)獼猴桃的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，有較大的市場(chǎng)前景。崔永杰積極利用楊凌示范區(qū)的支持，積極與西北農(nóng)林科技大學(xué)和地方的獼猴桃試驗(yàn)站、陜西九立機(jī)器人制造有限公司、陜西齊峰果業(yè)有限責(zé)任公司進(jìn)行合作，把研究成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為目標(biāo)而努力。

國(guó)際交流

兩岸交流，共促技術(shù)發(fā)展

國(guó)際交流、民間交流是提高科研水平、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要手段。在海峽兩岸合作交流日益頻繁的今天，作為兩岸交流的一部分，陜西省政府非常重視與臺(tái)灣的交流。雙方在農(nóng)業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域互補(bǔ)，可促進(jìn)共同發(fā)展。臺(tái)灣的芯片、農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)都具有優(yōu)勢(shì)，陜西的農(nóng)業(yè)園區(qū)市場(chǎng)、獼猴桃等果蔬產(chǎn)品市場(chǎng)的規(guī)模較大。陜西可以引進(jìn)臺(tái)灣的芯片、精密產(chǎn)品以及農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)的豐富經(jīng)驗(yàn)，陜西的獼猴桃等水果也可以出口到臺(tái)灣。臺(tái)灣大學(xué)方煒教授的科研成果、育苗企業(yè)也在陜西省楊陵示范區(qū)安家落戶。臺(tái)灣的大學(xué)和西北農(nóng)林科技大學(xué)之間有廣泛的交流，每年雙方互派研究生、本科生進(jìn)行實(shí)踐教育、學(xué)術(shù)交流。

高鐵、汽車、智能手機(jī)已充分證明了產(chǎn)業(yè)鏈、技術(shù)以及國(guó)際合作交流的重要性。通過(guò)合法的渠道利用已有的技術(shù)，可提高研發(fā)水平、縮短研發(fā)時(shí)間。崔永杰長(zhǎng)期與國(guó)內(nèi)科研院校、日本、韓國(guó)、加拿大等專家進(jìn)行自動(dòng)化農(nóng)機(jī)裝備的研究與交流，得到了很多啟發(fā)，也凝煉出了一些觀點(diǎn)。在“設(shè)施園藝”的實(shí)際應(yīng)用中，日本已取得了較好的成果，國(guó)內(nèi)的很多設(shè)施農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)也有很多留日學(xué)者。根據(jù)產(chǎn)業(yè)化為主導(dǎo)的國(guó)家需求，我國(guó)“植物工廠”等設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域除了基礎(chǔ)研究，應(yīng)重視自動(dòng)化生產(chǎn)裝備，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。我們可以借鑒日本以工業(yè)技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合為理念，已實(shí)施的“植物工廠”項(xiàng)目。其特點(diǎn)是結(jié)合地區(qū)特色農(nóng)業(yè)，選擇不同的地點(diǎn)、不同的農(nóng)作物，注重農(nóng)藝與自動(dòng)化裝備相結(jié)合，鼓勵(lì)高新技術(shù)企業(yè)參與，加快研究成果的產(chǎn)業(yè)化。

教研相長(zhǎng)，重視人才

我國(guó)目前在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的人才培育情況也存在一些問(wèn)題。每年招收研究生過(guò)程中第一志愿報(bào)考農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的好生源較少，調(diào)劑生源較多。國(guó)家已放開(kāi)了推免生自主選擇學(xué)校的權(quán)利，大學(xué)期間學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)工程的很多推免學(xué)生想“跳槽”，主要原因是學(xué)生考慮就業(yè)或繼續(xù)深造時(shí)，擔(dān)心社會(huì)上的偏見(jiàn)，想早日去掉“農(nóng)”字。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

但是，農(nóng)業(yè)工程人才有他的特殊性和優(yōu)勢(shì)。農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的培養(yǎng)過(guò)程中需要把農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)、需求以及現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題凝練成科學(xué)問(wèn)題并進(jìn)行裝備的研發(fā)，有利于系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。雖然論文上慢一些、少一些，但是在完成整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程之后，其綜合能力會(huì)得到明顯的提高，思路和經(jīng)歷等方面會(huì)更加豐富。

近五年培養(yǎng)的研究生中在有國(guó)家農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研發(fā)中心，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，西安交通大學(xué)人工智能與機(jī)器人研究所等單位就職或深造。希望減少社會(huì)上的偏見(jiàn)，讓更多的人認(rèn)識(shí)到農(nóng)業(yè)工程人才具有創(chuàng)新思想和科研能力，能勝任機(jī)械工程、電子工程等領(lǐng)域的工作。

面向未來(lái)，奮力攀登

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的羅錫文院士強(qiáng)調(diào)，農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的科研目標(biāo)是除了發(fā)表論文、申請(qǐng)專利、試制樣機(jī), 應(yīng)重視與企業(yè)進(jìn)行合作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化及推廣。

農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的科研需要“堅(jiān)持”和“實(shí)踐”。崔永杰自從大學(xué)開(kāi)始學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)機(jī)械以來(lái)，二十多年“堅(jiān)持”了農(nóng)機(jī)裝備等農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的科研、教學(xué)；深有體會(huì)“實(shí)踐”是發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題也是創(chuàng)新的源泉。他非常感謝近五年主持的“863計(jì)劃”課題（2012AA10A506），國(guó)家自然科學(xué)基金（61175099），陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃（2015KTCQ02-12）等科研項(xiàng)目的資助，將繼續(xù)堅(jiān)持搞好嫁接育苗成套裝備，獼猴桃生產(chǎn)裝備的研發(fā)，相信今后為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更好地服務(wù)，并會(huì)創(chuàng)造新的發(fā)展機(jī)會(huì)。

結(jié)合地區(qū)農(nóng)業(yè)的需求，靜下心來(lái)研發(fā)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的智能農(nóng)機(jī)裝備，這是一個(gè)樸實(shí)而敬業(yè)的夢(mèng)想，讓我們共同祝愿崔永杰副教授的愿望早日實(shí)現(xiàn)，也期待他的更多科研成果為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供科技支撐，助力現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的繁榮昌盛。

人物簡(jiǎn)介

崔永杰，男，1971年生，吉林人，副教授，博士生導(dǎo)師。1993年畢業(yè)于北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)（現(xiàn)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)）農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)，同年留校任教，2003年獲日本宮崎大學(xué)碩士學(xué)位，2007年獲日本鹿兒島大學(xué)博士學(xué)位。2009年任職于西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院。主要從事果蔬生產(chǎn)機(jī)器人、基于機(jī)器視覺(jué)的信息感知、智能化檢測(cè)與控制等方面的科研與教學(xué)工作。如嫁接育苗生產(chǎn)自動(dòng)化裝置、草莓采摘機(jī)器人、獼猴桃采摘機(jī)器人、無(wú)損品質(zhì)檢測(cè)、自動(dòng)分級(jí)裝置等。