農(nóng)機裝備亟待智能化轉(zhuǎn)型升級

文|方憲法 吳海華 中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院

農(nóng)業(yè)裝備是不斷提高土地產(chǎn)出率、勞動生產(chǎn)率、資源利用率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化最基本的物質(zhì)保證和核心支撐。經(jīng)過多年快速發(fā)展，我國農(nóng)機裝備的發(fā)展已經(jīng)取得長足進步，“十三五”期間及未來一段時期，是我國農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)處于由制造大國向制造強國、科技強國、質(zhì)量強國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期，需要加快創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，推進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，要求農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)拓展領(lǐng)域、增加品種、完善功能、提升水平，并加快向自動化、信息化、智能化發(fā)展。

農(nóng)業(yè)裝備是融合生物和農(nóng)藝技術(shù)，集成先進制造與智能控制、新一代信息通信、新材料等高新技術(shù)的自動化、信息化、智能化的先進裝備，涵蓋種養(yǎng)加、糧經(jīng)飼等領(lǐng)域，當前發(fā)展重點是糧、棉、油、糖等大宗糧食和戰(zhàn)略性經(jīng)濟作物育、耕、種、管、收、運、貯等主要生產(chǎn)過程使用的裝備。農(nóng)業(yè)裝備是不斷提高土地產(chǎn)出率、勞動生產(chǎn)率、資源利用率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化最基本的物質(zhì)保證和核心支撐。

農(nóng)機裝備亟待向自動化、信息化、智能化發(fā)展

經(jīng)過多年快速發(fā)展，我國已是世界農(nóng)業(yè)裝備生產(chǎn)和使用大國，產(chǎn)業(yè)發(fā)展已進入新的歷史階段，主要矛盾由總量不足轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)性矛盾，90%以上國產(chǎn)農(nóng)業(yè)裝備仍為中低端產(chǎn)品，80%左右農(nóng)業(yè)裝備仍為農(nóng)業(yè)田間生產(chǎn)裝備，不能全面滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化“四化”同步推進，實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，保障糧食、食品、生態(tài)三大安全，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，實現(xiàn)一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，要求農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)拓展領(lǐng)域、增加品種、完善功能、提升水平，并加快向自動化、信息化、智能化發(fā)展。

農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)經(jīng)歷了從替代人畜力的機械化階段，正在以電控技術(shù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)自動化應(yīng)用，朝著以信息技術(shù)為核心的智能化與先進制造方向發(fā)展。顯著特點是以機械裝備為載體，融合電子、信息、生物、材料、現(xiàn)代制造等高新技術(shù)，不斷增強裝備適應(yīng)性能、拓展精準作業(yè)功能、保障季節(jié)性作業(yè)可靠性、提升復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造高效性、改善機械化作業(yè)與土壤、動植物、人、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性，實現(xiàn)安全可靠、自動高效、精準智能，支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

隨著全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速，學(xué)科交叉融合，信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)廣泛滲透，新一代人工智能基礎(chǔ)理論和技術(shù)突破及深入應(yīng)用，農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)將向大型化、高效率、多功能、復(fù)式聯(lián)合作業(yè)，向信息化、智能化方向快速發(fā)展，向養(yǎng)殖、加工等領(lǐng)域深入延伸拓展，向著提供系統(tǒng)化、信息化、智能化綜合解決方案方向發(fā)展。

農(nóng)機自主化水平長足進步，為進一步實現(xiàn)智能制造打下基礎(chǔ)

“十二五”以來，我國智能化農(nóng)業(yè)裝備取得長足的進步，一批信息化、智能化應(yīng)用基礎(chǔ)和共性關(guān)鍵技術(shù)以及大型智能農(nóng)用動力及多功能作業(yè)、定位變量精準作業(yè)、高效精量植保等重大智能化農(nóng)業(yè)裝備成果突破，加速了農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)向信息化、智能化高端發(fā)展，使我國農(nóng)機裝備產(chǎn)品品種達到4000多種，自主農(nóng)機產(chǎn)品市場供給能力達到90%以上，農(nóng)機工業(yè)規(guī)?？偖a(chǎn)值超過4500億元,支撐了全國農(nóng)作物耕種收綜合機械化水平達到65%左右，全國農(nóng)業(yè)機械總動力超過11億千瓦，我國已成為世界農(nóng)機制造和使用大國。

一是緊跟國際前沿。農(nóng)業(yè)裝備信息化、智能化應(yīng)用基礎(chǔ)及關(guān)鍵共性技術(shù)研究取得重要進展。動植物生長信息感知技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)土壤及環(huán)境信息實時監(jiān)測、農(nóng)作物生產(chǎn)過程監(jiān)測與水肥藥精量控制施用、農(nóng)機工況智能化監(jiān)測等技術(shù)進展迅速，開發(fā)形成了植物葉綠素、蒸騰速率、溫濕度、光照、CO2等氣體等傳感器，開發(fā)了土壤養(yǎng)分水分、播種量、作業(yè)深度、行走速度、噴藥量、部件轉(zhuǎn)速等傳感控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了試驗應(yīng)用，技術(shù)達到國際水平。

二是現(xiàn)代多功能作業(yè)裝備智能化發(fā)展迅速?？偩€控制、GPS及北斗定位導(dǎo)航、機器視覺導(dǎo)航、激光高程控制技術(shù)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作業(yè)功率自適應(yīng)控制等智能化技術(shù)應(yīng)用，突破了復(fù)式整地、深松監(jiān)測、精量播種、變量施肥、精準施藥、高效噴灌、收獲智能控制等關(guān)鍵技術(shù)及裝備，水稻精量直播機、高速移栽機、智能變量施肥播種機、高地隙及水田智能植保機、植保無人機、大型智能采棉機等一批智能化農(nóng)業(yè)裝備實現(xiàn)了應(yīng)用，形成了適應(yīng)不同生產(chǎn)規(guī)模的配套糧食全程作業(yè)裝備配套體系，技術(shù)延伸拓展應(yīng)用于棉花、番茄、甘蔗、花生、馬鈴薯等優(yōu)勢經(jīng)濟作物環(huán)節(jié)裝備，初步形成了智能化農(nóng)業(yè)裝備體系。

三是高端智能化農(nóng)業(yè)裝備廣泛參與國際競爭。

200馬力級、300馬力級大型拖拉機傳動、電控等關(guān)鍵技術(shù)自主化水平不斷提升，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。400馬力重型拖拉機實現(xiàn)了無級變速傳動技術(shù)自主化研發(fā)，推進了我國重型拖拉機自主化。60行大型智能播種施肥機突破了種（肥）遠距離氣流輸送種肥、種肥分開側(cè)深施、種肥深度準確控制、播種質(zhì)量實時檢測等關(guān)鍵技術(shù)，達到國際水平。10公斤/秒大喂入量智能谷物聯(lián)合收割機與世界主流技術(shù)平齊，實現(xiàn)導(dǎo)航作業(yè)、在線測產(chǎn)、智能調(diào)控、故障診斷等功能。以大型農(nóng)業(yè)裝備智能化為引領(lǐng)，帶動信息技術(shù)、智能化技術(shù)在中小型農(nóng)業(yè)裝備推廣應(yīng)用，形成一批具有特點的信息化、智能化農(nóng)業(yè)裝備解決方案。

四是設(shè)施園藝裝備技術(shù)持續(xù)提升。低碳環(huán)控型溫室、節(jié)能與綠色能源利用、環(huán)境調(diào)控及精細耕整地、精量播種、育苗嫁接、肥水一體化等高效生產(chǎn)技術(shù)及配套裝備實現(xiàn)應(yīng)用，形成了具有高抗逆、低能耗、環(huán)境智能可控、配套裝備完善的設(shè)施園藝工程技術(shù)體系，提升了設(shè)施結(jié)構(gòu)的抗逆性能、能源與資源利用效率、智能化控制水平。新型養(yǎng)殖設(shè)施、環(huán)境調(diào)控、養(yǎng)殖數(shù)字化監(jiān)控與遠程管理、飼料營養(yǎng)加工及快速溯源與在線檢定、個性化飼喂設(shè)備、養(yǎng)殖場廢物環(huán)保處理等技術(shù)提升了豬、雞、水產(chǎn)、奶牛養(yǎng)殖集約化、自動化、智能化水平，顯著提升養(yǎng)殖綜合生產(chǎn)效益。

五是農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地加工智能水平不斷提升。以提升增值減損能力、能源利用效率和關(guān)鍵裝備國產(chǎn)化為切入點，突破了能源高效利用、干燥、保質(zhì)貯藏、品質(zhì)檢測、精選分級和包裝等關(guān)鍵技術(shù)，太陽能高效集熱與高效利用、熱風與真空干燥、自然冷源高效利用等技術(shù)及裝備應(yīng)用促進了量大面廣的果蔬產(chǎn)地干燥和預(yù)冷節(jié)能降耗；糧食、果蔬、棉花、禽蛋等農(nóng)產(chǎn)品智能化檢測分級和畜禽自動屠宰、稱重分級成套裝備技術(shù)及裝備，進一步提升了農(nóng)產(chǎn)品加工智能化水平。

深度融合新一代人工智能技術(shù)是未來趨勢

“十三五”期間及未來一段時期，我國農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)處于由制造大國向制造強國、科技強國、質(zhì)量強國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期，應(yīng)用基礎(chǔ)研究薄弱、關(guān)鍵共性技術(shù)及高端裝備產(chǎn)品供給不足、創(chuàng)新領(lǐng)軍人才缺乏等仍舊是制約產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競爭力提升的關(guān)鍵，跨國企業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)國際競爭格局也將制約我國農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)由價值鏈低端向高端發(fā)展，需要加快創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，推進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

要立足國家戰(zhàn)略及產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，準確把握全球科技及產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢，深度融合新一代人工智能技術(shù)，瞄準競爭焦點，堅持目標導(dǎo)向與問題導(dǎo)向結(jié)合，找準突破口和主攻方向，集中優(yōu)勢資源，重點開展土壤提質(zhì)、動植物及環(huán)境感知、機器智能等信息化、智能化應(yīng)用基礎(chǔ)，智能化設(shè)計、傳感與控制、智能作業(yè)與管理等關(guān)鍵共性技術(shù)，高效栽植、精量播施、智能收獲，以及精細飼養(yǎng)、畜產(chǎn)品自動采集、農(nóng)產(chǎn)品智能加工等高端重大裝備關(guān)鍵技術(shù)研究，發(fā)展新一代智能農(nóng)業(yè)裝備。

一是開展智能農(nóng)業(yè)裝備應(yīng)用基礎(chǔ)研究。重點研究不同種植制度、耕作方式、作業(yè)機具、氣候與環(huán)境等對土壤質(zhì)構(gòu)形和作物生長的影響機理，研究土壤耕層、養(yǎng)分等檢測方法，構(gòu)建農(nóng)田提質(zhì)基礎(chǔ)技術(shù)體系；研究土壤工作、采收作業(yè)等部件減阻降耗、耐磨延壽、表面強化等技術(shù)及智能材料，開發(fā)土壤工作、采收作業(yè)部件新機構(gòu)、新材料、新方法。研究構(gòu)建植物生長從種子、農(nóng)田整備、耕種栽植、田間管理到采收的全生命周期智能化作業(yè)技術(shù)體系，研究動植物生理、生長、環(huán)境信息感知技術(shù)，水、肥、藥、光、熱等精準精量調(diào)控及精細飼喂技術(shù)，研究光感控制節(jié)能、感知記憶等智能新材料，開發(fā)動植物傳感器及系統(tǒng)；研究作業(yè)對象感知與跟蹤技術(shù)、工況實時監(jiān)測與智能測控等技術(shù)，開發(fā)作業(yè)對象視覺跟蹤、種苗栽播精準定位等新裝置?；谛乱淮斯ぶ悄芗夹g(shù)，研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中人、機、動植物、生產(chǎn)環(huán)境與信息的跨媒體數(shù)據(jù)獲取、融合、挖掘、智能決策等技術(shù)，研究人機協(xié)同、機群協(xié)同、人機物協(xié)同作業(yè)技術(shù)，開發(fā)農(nóng)業(yè)裝備智能操作系統(tǒng)、農(nóng)機自主作業(yè)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機器人系統(tǒng)等。

二是開展智能農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵共性技術(shù)研究。開展農(nóng)業(yè)裝備智能設(shè)計技術(shù)研究，突破關(guān)鍵部件及整機數(shù)字化建模、虛擬設(shè)計、動態(tài)仿真驗證等技術(shù)，構(gòu)建參數(shù)模型庫、設(shè)計知識庫與專家系統(tǒng)、虛擬仿真與實驗系統(tǒng)等；突破關(guān)鍵零部件及整機的作業(yè)載荷、工況環(huán)境、失效特征、作業(yè)質(zhì)量等參數(shù)檢測控制技術(shù)及整機可靠性試驗方法、制造過程質(zhì)量檢測等技術(shù)；突破關(guān)鍵零部件標準化、系列化、通用化技術(shù)，構(gòu)建標準關(guān)鍵零部件庫。開展農(nóng)業(yè)裝備傳感與控制技術(shù)研究，突破土壤、動物、植物、環(huán)境等信息感知技術(shù)，基于北斗、TD-LTE技術(shù)的農(nóng)機高精度導(dǎo)航及定位技術(shù)，作業(yè)工況監(jiān)測與智能調(diào)控技術(shù)，以及農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)等，開發(fā)耕整、播種、施肥、灌溉、施藥、收獲等智能作業(yè)裝置及系統(tǒng)，開發(fā)動物對象感知、跟蹤、定位、生長監(jiān)測等裝置及系統(tǒng)，實現(xiàn)機械化、自動化、信息化、智能化深度融合發(fā)展。開展智能作業(yè)與管理技術(shù)研究，突破農(nóng)機作業(yè)大數(shù)據(jù)智能分析與決策、導(dǎo)航作業(yè)、自主作業(yè)、多機協(xié)同等智能作業(yè)技術(shù)，故障自動預(yù)警與自動診斷、遠程運維等智能管理技術(shù)，突破養(yǎng)殖環(huán)境管理、種群及商品畜群管理、飼料與營養(yǎng)管理、健康管理、投入品管理、物流管理及全過程的效能管理等養(yǎng)殖智能管理技術(shù)，構(gòu)建以信息物理系統(tǒng)（CPS）為核心的主要農(nóng)作物和設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)作業(yè)技術(shù)體系。

三是開展高端智能農(nóng)業(yè)裝備研制及產(chǎn)業(yè)化。突破種苗柔性夾取及栽插、種肥精量高速輸送與控制，水肥藥精量配混、高效霧化與精準噴施，籽實低損采收及高效脫粒清選等關(guān)鍵技術(shù)，集成信息感知、工況檢測、作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測、總線控制、定位導(dǎo)航，以及遠程運維管控等信息化、智能化技術(shù)，形成滿足不同作業(yè)場景需求的農(nóng)業(yè)裝備智能系統(tǒng)，開發(fā)全自動高速移栽機、大型智能播種施肥機、高地隙精量植保機械、智能噴灌機、大型智能采棉機、大型智能谷物聯(lián)合收割機、智能玉米籽粒收獲機、大型智能青飼及秸稈收獲機等智能作業(yè)裝備；開發(fā)物料智能配送系統(tǒng)裝備、精準飼喂、消毒機器人、擠奶機器人等智能養(yǎng)殖設(shè)備；開發(fā)糧食、果蔬、禽蛋、畜禽、水產(chǎn)等分割清理、分等分級、安全包裝、品質(zhì)監(jiān)測、溯源等農(nóng)產(chǎn)品智能加工裝備及全過程品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，形成面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化整體解決方案，構(gòu)建以智能裝備、智能管理服務(wù)為核心的智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)裝備體系。