科技創(chuàng)新迎來智能農(nóng)機裝備發(fā)展新契機

張晗

我國自古以來就是農(nóng)業(yè)大國，國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開農(nóng)業(yè)的發(fā)展。2015年國務(wù)院常務(wù)會議上提出，要強化農(nóng)業(yè)科技支撐，推動農(nóng)業(yè)機械化、信息化，加強國際之間的交流。這是繼《中國制造2025》（2015年3月）提到未來重點發(fā)展先進(jìn)農(nóng)機裝備之后，國家層面再次對農(nóng)機裝備提出了新的要求?？梢?，我國農(nóng)機裝備的智能化、信息化是勢在必行。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)機電學(xué)院的崔永杰副教授，長期從事采摘機器人、自動分級裝置等智能農(nóng)機裝備的研發(fā)。

智能化信息化，全球農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鄉(xiāng)一體化的不斷加速、勞動力成本的快速提高、農(nóng)村勞動力的緊缺，我國農(nóng)業(yè)開始向經(jīng)營規(guī)?；?、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、推廣產(chǎn)業(yè)化、全程機械化的方向發(fā)展。農(nóng)業(yè)與工業(yè)的相結(jié)合，在這樣一個宏觀背景下，農(nóng)機裝備的智能化、信息化成為解決這些問題的有效途徑之一。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，可解決消費者和市場對農(nóng)產(chǎn)品信息的需求問題。另外，農(nóng)機裝備的智能化、信息化的可行性已在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家取得了相應(yīng)的成果和驗證，因此這一發(fā)展方向是明智之舉。

智能農(nóng)機裝備主要包括信息檢測、數(shù)據(jù)分析和決策、相應(yīng)的自動化執(zhí)行機構(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)機裝備的智能化、信息化是一項系統(tǒng)工程，而不是簡單的集成。

目前，我國已成立了《農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟》（以下簡稱農(nóng)機聯(lián)盟），包括了相關(guān)科研院校、企業(yè)、公司，并形成了一個體系，主導(dǎo)我國農(nóng)機裝備產(chǎn)品的研發(fā)。農(nóng)機聯(lián)盟已取得了顯著的成效，得到了社會和相關(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)場發(fā)現(xiàn)問題，通過現(xiàn)場試驗、試制過程完善樣機，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)品化。農(nóng)機裝備的研究應(yīng)與現(xiàn)場緊密結(jié)合，鼓勵百花齊放，科研單位結(jié)合地區(qū)特色農(nóng)業(yè)研制農(nóng)機裝備，農(nóng)機聯(lián)盟引領(lǐng)、扶持與企業(yè)合作實現(xiàn)產(chǎn)品化。

成績斐然，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“草莓采摘機器人”，獲得了碩士、博士學(xué)位。當(dāng)時日本幾家科研單位率先研究草莓采摘機器人，后來農(nóng)研中心（NARO）堅持研發(fā)十多年取得了可喜的成果，但尚無產(chǎn)品推廣。

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

留日期間通過長期調(diào)研，崔永杰發(fā)現(xiàn)嫁接機器人產(chǎn)品化的瓶頸是幼苗的個體之間的差異、全程工藝的連貫性、系統(tǒng)裝置的集成化。回國以后他通過地區(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物理特性很適合于機械化作業(yè)、農(nóng)業(yè)機器人等自動化裝置的研發(fā)。由于受到產(chǎn)業(yè)和地區(qū)特色的限制，目前獼猴桃采摘機器人的研究主要集中在新西蘭和中國兩個獼猴桃產(chǎn)業(yè)大國。果蔬采摘機器人的研發(fā)中創(chuàng)新點和關(guān)鍵技術(shù)主要包括信息感知、無損采摘末端執(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)化過程中的作用。中華奇異果-獼猴桃的原產(chǎn)地是中國，也是陜西省的代表果實之一。獼猴桃生產(chǎn)中采摘機器人等自動化裝備的應(yīng)用，可提高附加值，推動獼猴桃的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，有較大的市場前景。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站、陜西九立機器人制造有限公司、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。

兩岸交流，共促技術(shù)發(fā)展

國際交流、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灣的交流。雙方在農(nóng)業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域互補，可促進(jìn)共同發(fā)展。臺灣的芯片、農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)都具有優(yōu)勢，陜西的農(nóng)業(yè)園區(qū)市場、獼猴桃等果蔬產(chǎn)品市場的規(guī)模較大。陜西可以引進(jìn)臺灣的芯片、精密產(chǎn)品以及農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)的豐富經(jīng)驗，陜西的獼猴桃等水果也可以出口到臺灣。臺灣大學(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)行實踐教育、學(xué)術(shù)交流。

高鐵、汽車、智能手機已充分證明了產(chǎn)業(yè)鏈、技術(shù)以及國際合作交流的重要性。通過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)時間。崔永杰長期與國內(nèi)科研院校、日本、韓國、加拿大等專家進(jìn)行自動化農(nóng)機裝備的研究與交流，得到了很多啟發(fā)，也凝煉出了一些觀點。在“設(shè)施園藝”的實際應(yīng)用中，日本已取得了較好的成果，國內(nèi)的很多設(shè)施農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)也有很多留日學(xué)者。根據(jù)產(chǎn)業(yè)化為主導(dǎo)的國家需求，我國“植物工廠”等設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域除了基礎(chǔ)研究，應(yīng)重視自動化生產(chǎn)裝備，有利于實現(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，已實施的“植物工廠”項目。其特點是結(jié)合地區(qū)特色農(nóng)業(yè)，選擇不同的地點、不同的農(nóng)作物，注重農(nóng)藝與自動化裝備相結(jié)合，鼓勵高新技術(shù)企業(yè)參與，加快研究成果的產(chǎn)業(yè)化。

教研相長，重視人才

我國目前在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的人才培育情況也存在一些問題。每年招收研究生過程中第一志愿報考農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的好生源較少，調(diào)劑生源較多。國家已放開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，擔(dān)心社會上的偏見，想早日去掉“農(nóng)”字。

但是，農(nóng)業(yè)工程人才有他的特殊性和優(yōu)勢。農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的培養(yǎng)過程中需要把農(nóng)民的經(jīng)驗、需求以及現(xiàn)場問題凝練成科學(xué)問題并進(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，但是在完成整個培養(yǎng)過程之后，其綜合能力會得到明顯的提高，思路和經(jīng)歷等方面會更加豐富。

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

面向未來，奮力攀登

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

農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的科研需要“堅持”和“實踐”。崔永杰自從大學(xué)開始學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)機械以來，二十多年“堅持”了農(nóng)機裝備等農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的科研、教學(xué)；深有體會“實踐”是發(fā)現(xiàn)新問題也是創(chuàng)新的源泉。他非常感謝近五年主持的“863計劃”課題（2012AA10A506），國家自然科學(xué)基金（61175099），陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃（2015KTCQ02-12）等科研項目的資助，將繼續(xù)堅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)，并會創(chuàng)造新的發(fā)展機會。

結(jié)合地區(qū)農(nóng)業(yè)的需求，靜下心來研發(fā)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的智能農(nóng)機裝備，這是一個樸實而敬業(yè)的夢想，讓我們共同祝愿崔永杰副教授的愿望早日實現(xiàn)，也期待他的更多科研成果為我國現(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)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)）農(nóng)業(yè)機械專業(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)機械與電子工程學(xué)院。主要從事果蔬生產(chǎn)機器人、基于機器視覺的信息感知、智能化檢測與控制等方面的科研與教學(xué)工作。如嫁接育苗生產(chǎn)自動化裝置、草莓采摘機器人、獼猴桃采摘機器人、無損品質(zhì)檢測、自動分級裝置等。