讓農(nóng)業(yè)機械聰明起來

本刊實習(xí)記者|盛玲

讓農(nóng)業(yè)機械聰明起來

本刊實習(xí)記者|盛玲

“農(nóng)業(yè)智能化精準作業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然方向，機械運動參數(shù)、作業(yè)狀態(tài)、質(zhì)量效果的實時監(jiān)控與控制是農(nóng)業(yè)智能化精準作業(yè)的基礎(chǔ)。我們會一直為農(nóng)業(yè)機械智能化努力。”項目負責(zé)人苑嚴偉如是說。

智能農(nóng)機裝備代表著農(nóng)業(yè)先進生產(chǎn)力，是提高生產(chǎn)效率、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、增強農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是國際農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)競爭的焦點。

“農(nóng)業(yè)智能化精準作業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然方向，機械運動參數(shù)、作業(yè)狀態(tài)、質(zhì)量效果的實時監(jiān)控與控制是農(nóng)業(yè)智能化精準作業(yè)的基礎(chǔ)。農(nóng)機的發(fā)展，離不開智能化檢測與控制手段的升級。我們會一直為農(nóng)業(yè)機械智能化努力?！?016國家重點研發(fā)計劃項目“機器作業(yè)狀態(tài)參數(shù)測試方法研究”負責(zé)人、中國農(nóng)業(yè)機械化研究院苑嚴偉博士如是說。

長期以來，我國農(nóng)機缺乏現(xiàn)代智能化檢測手段，作業(yè)過程粗放、可靠性差、安全性低、故障率高、作業(yè)質(zhì)量差，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)投入品浪費，嚴重影響糧食產(chǎn)量、品質(zhì)和農(nóng)機作業(yè)效率。而現(xiàn)代農(nóng)機需滿足大田塊作業(yè)要求，向大型化、作業(yè)高速化發(fā)展。如原來簡單的播種機除需要一名駕駛員外，還需要一名輔助人員來保障作業(yè)質(zhì)量，而大型播種機作業(yè)幅度寬、行走速度快，簡單依靠人眼來檢測顯然已經(jīng)滿足不了作業(yè)質(zhì)量需求，漏播、阻塞情況頻發(fā)，需要智能檢測系統(tǒng)自動報警提示操作員排除故障。

在保障機器作業(yè)安全可靠方面，我國有針對工業(yè)生產(chǎn)的傳感設(shè)備，但這些設(shè)備不適應(yīng)農(nóng)業(yè)作業(yè)的強光照、變溫差、高塵高濕、隨機強震動的復(fù)雜環(huán)境；而國外產(chǎn)品因價格高、與國內(nèi)農(nóng)機不匹配等原因，也不能直接用于國內(nèi)農(nóng)機安排保障。農(nóng)機作業(yè)狀態(tài)參數(shù)測試方法和技術(shù)必須要滿足低成本、高可靠性、多對象適應(yīng)性等要求，專用傳感測試系統(tǒng)還要經(jīng)受復(fù)雜開放工況環(huán)境考驗，達到測得準、控的精、管的細，提升作業(yè)效率，保證質(zhì)量效果。

與發(fā)達國家相比，我國農(nóng)機發(fā)展還存在較大差距：發(fā)達國家掌握著農(nóng)業(yè)傳感器和檢測系統(tǒng)方面的核心技術(shù)并進行產(chǎn)權(quán)保護，同時還存在國內(nèi)外農(nóng)藝不一致，農(nóng)機標準和接口不統(tǒng)一等問題。為突破該困境，迫切需要研發(fā)適合我國農(nóng)藝及農(nóng)機特點的智能檢測系統(tǒng)，來滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全、高效、精準和生態(tài)的要求。

突破創(chuàng)新，行動起來

“2000年以來，中國農(nóng)機院一直做這方面的研究。隨著近年來土地集中流轉(zhuǎn)、計算機和信息技術(shù)的進步，項目的破題更能滿足現(xiàn)實的迫切需求。”苑嚴偉說。

2016年7月，由中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院牽頭，聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、吉林大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)智能裝備研究中心、中科院自動化所等15家智能農(nóng)機領(lǐng)域優(yōu)勢高校和科研機構(gòu)、企業(yè)，共同承擔(dān)起國家重點研發(fā)計劃項目——“機器作業(yè)狀態(tài)參數(shù)測試方法研究”（以下簡稱“項目”）。

“項目涵蓋的領(lǐng)域很廣泛，從動力機械到播種、植保、收獲等各種不同機械裝備。對應(yīng)不同的課題都由國內(nèi)頂尖優(yōu)秀團隊來承擔(dān)。”苑嚴偉說。

這15家高校和科研機構(gòu)在智能農(nóng)機研究領(lǐng)域都有深厚技術(shù)基礎(chǔ)和研發(fā)能力。項目參加團隊是一支多學(xué)科融合的隊伍，為跨學(xué)科交叉研究和系統(tǒng)集成創(chuàng)新提供了豐富的人才資源，有國家和省部實驗室、國家工程中心，組合了國內(nèi)最高水平的實驗和測試平臺，提供了必需的研究裝備、分析軟件和試驗場地，為項目的研究和實施提供了全方位的支撐。

根據(jù)農(nóng)機作業(yè)中需解決的問題和不同機具類型，項目分為5個課題。這些課題既相互獨立又緊密聯(lián)系，研究內(nèi)容與研究方法相輔相成，保證了項目的科學(xué)性和系統(tǒng)性。

項目的目標是：針對復(fù)雜開放工況下機器作業(yè)狀態(tài)參數(shù)缺乏有效在線監(jiān)控方法的問題，探索農(nóng)機作業(yè)狀態(tài)參數(shù)檢測機理，研究農(nóng)用動力機械、施肥播種機械、植保機械和收獲機械等典型農(nóng)機裝備作業(yè)過程中的關(guān)鍵運動參數(shù)、作業(yè)狀態(tài)和質(zhì)量效果等測試方法，通過研究在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、研制系列專用傳感器、集成開發(fā)車載測試系統(tǒng)與檢測裝置，為農(nóng)機作業(yè)可靠性和安全性、節(jié)能降耗、作業(yè)質(zhì)量與作業(yè)效率提升提供有效技術(shù)支撐。

研究內(nèi)容包括：研究復(fù)雜環(huán)境下農(nóng)機作業(yè)安全探測的原理，突破土壤致?lián)p性硬質(zhì)異物探測，識別區(qū)域隱蔽性人畜和收獲作業(yè)時隱形火災(zāi)預(yù)警；突破超低速驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率檢測和維系原系懸掛結(jié)構(gòu)空間動態(tài)載荷測試等。

“別看報告上寫的晦澀難懂，其實要研究的東西很實在，都是解決實際問題的?！痹穱纻ソ忉專骸把芯繌?fù)雜環(huán)境下農(nóng)機作業(yè)安全探測的原理，收獲作業(yè)時隱形火災(zāi)預(yù)警”，比如在棉花收獲過程中，采棉指高速運轉(zhuǎn)，與棉桿摩擦產(chǎn)生火星，經(jīng)輸棉管進入棉倉，沒有溫度、煙霧、火苗等特征，主要產(chǎn)生痕量一氧化碳氣體，傳統(tǒng)檢測原理無法識別。本項目提出采用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)，探測痕量一氧化碳，實現(xiàn)收獲作業(yè)過程中隱性火災(zāi)的探測。而“突破土壤致?lián)p性硬質(zhì)異物探測，識別區(qū)域隱蔽性人畜”，則指研究作業(yè)時可能碰到金屬、石塊、樹樁等硬物、隱蔽在作物或農(nóng)機使用者盲區(qū)的人畜的快速識別方法，發(fā)現(xiàn)并避開障礙物等。

“‘突破超低速驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率檢測。’車輛測速對于高速運動的物體來說，通過空間定位、測速傳感器等裝置可以很簡單精確地測試出行走速度，速度高，誤差就小。但是農(nóng)機處于超低速狀態(tài)，還要進行作業(yè)，有些比人的行走速度還要慢，常規(guī)車輛測速很難直接使用，誤差很大，我們解決的就是農(nóng)機超低速檢測問題。” 苑嚴偉又舉例道。

項目打破了以往農(nóng)機智能裝備研發(fā)的老思路，提出了創(chuàng)新觀點：如復(fù)雜開放環(huán)境農(nóng)機作業(yè)安全監(jiān)測新方法、低速農(nóng)用動力機械驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率和維系原空間結(jié)構(gòu)動態(tài)載荷檢測關(guān)鍵技術(shù)等。

推廣智能裝備，實現(xiàn)研究效益

項目自2016年7月開始執(zhí)行預(yù)計在2020年12月結(jié)束。屆時，預(yù)期成果突破機器作業(yè)測試技術(shù)12項，研制新型傳感器15種，開發(fā)農(nóng)用動力、施肥播種、植保和收獲等車載測試系統(tǒng)與檢測裝置15套；申請發(fā)明專利30項，制定標準草案6項，論文45篇，培養(yǎng)研究生60名，組建一支農(nóng)機智能裝備研發(fā)示范與推廣科研團隊。在項目實施期間完成數(shù)量與質(zhì)量指標的同時進行具體裝備的搭載實驗，完成應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化推廣指標，實現(xiàn)成果的市場化、產(chǎn)業(yè)化，將項目開發(fā)的產(chǎn)品作為獨立的配套監(jiān)測及控制系統(tǒng)安裝在國產(chǎn)農(nóng)機上，可以進一步提高種、藥、肥、苗等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的利用效率，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料過量投入造成的環(huán)境污染。

“項目完成后，一定不能將科研成果束之高閣，一定要落地，要成果轉(zhuǎn)化到農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)去，承擔(dān)單位聯(lián)合了一些企業(yè)，科研單位的下屬企業(yè)也可以承接這些技術(shù)?！痹穱纻娬{(diào)。

預(yù)計項目完成后，將為我國農(nóng)機智能裝備精測、精施、精管提供支撐作用；對加快發(fā)展智能農(nóng)機裝備技術(shù)，縮小與國外主流產(chǎn)品差距、支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障糧食和產(chǎn)業(yè)安全意義重大。

在科學(xué)研究方面，將會提升我國農(nóng)機裝備的智能化水平，增強我國農(nóng)機產(chǎn)品的自動化檢測能力，加快我國農(nóng)機裝備向信息化方向步伐；技術(shù)創(chuàng)新方面，開發(fā)一系列技術(shù)，將突破機械作業(yè)參數(shù)檢測共性和關(guān)鍵技術(shù)制約，研制的新產(chǎn)品將全面提升我國智能農(nóng)機裝備的技術(shù)水平。

經(jīng)濟效益方面，通過項目的實施，研發(fā)農(nóng)機關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)測試方法與新型傳感裝置，形成車載測試系統(tǒng)，能夠快速集成到農(nóng)機作業(yè)工況監(jiān)測、故障診斷、作業(yè)監(jiān)管中，將顯著提高農(nóng)機的作業(yè)效率；對農(nóng)機作業(yè)問題、故障進行預(yù)測，降低農(nóng)機故障率，提高無故障工作時間，實現(xiàn)農(nóng)機1.0到2.0的革命性提升。我國目前有大中型農(nóng)場、農(nóng)機合作社等，每年需求10000臺以上的監(jiān)測系統(tǒng)，年銷售收入可達4000萬元。收獲機械安裝作業(yè)質(zhì)量參數(shù)實時在線檢測裝置，收獲損失降低1%，將減少稻麥收獲損失300萬噸以上；化學(xué)農(nóng)藥噴灑采用在線檢測和自動控制技術(shù)，可節(jié)約化學(xué)農(nóng)藥15-20%，成果應(yīng)用將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。