新能源智能農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

楊 敏 蘇仁忠

(湖北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,湖北 武漢 430068)

近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，農(nóng)業(yè)人口向城市轉(zhuǎn)移，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人員持續(xù)減少。農(nóng)村人口往北、上、廣、深等大城市、省會城市、縣級城市落戶和務(wù)工的每年數(shù)以億計。另外，大量沒有離開農(nóng)村的青壯人員，也基本脫離農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。由于這種原本從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人口向城市轉(zhuǎn)移造成農(nóng)村空心化，農(nóng)村從事農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)的勞動人口嚴(yán)重短缺，特別是青壯年勞動力短缺更加嚴(yán)重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)如果不順應(yīng)形勢使用適應(yīng)的機(jī)械化，農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)工作很難展開和推進(jìn)。因此，新型智能農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用在推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化方面起著不可替代的作用，為保障我國糧食安全有重要戰(zhàn)略性意義。

1 我國農(nóng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)具的現(xiàn)狀及存在的問題

自從2004年《農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法實施》以來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由牛耕向機(jī)耕實現(xiàn)了轉(zhuǎn)變，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力得到了提高。但是，我國人多地少，人均耕地僅0.092hm2(據(jù)國土資源部2006年數(shù)據(jù))，特別在我國南方仍然是小塊地、坡地、山地為主要形式。對于農(nóng)村個體農(nóng)戶，規(guī)模小、成本高、效率低仍然是當(dāng)前存在的主要問題。

《農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》的實施，在2004-2014年這一階段，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化取得了突飛猛進(jìn)發(fā)展。但限于我國耕地的現(xiàn)狀，以動力機(jī)械為例，這一時期主要普及的以小微耕機(jī)、小手扶、小四輪居多，雖然農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力較前一時期得到了提升，但解放了牛，累死了人，是這一時期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀的真實寫照，所以生產(chǎn)的糧食等農(nóng)產(chǎn)品市場竟?fàn)幜θ匀徊桓摺?014-2020年隨著我國高標(biāo)農(nóng)田的推進(jìn)建設(shè)及農(nóng)機(jī)合作社等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體逐步出現(xiàn)和完善，農(nóng)機(jī)裝備逐步向大的方向發(fā)展。這一時期農(nóng)機(jī)裝備的現(xiàn)狀主要是三多三少，主要是小型機(jī)械多，大型機(jī)械少；單一功能機(jī)械多，多功能機(jī)械少；傳統(tǒng)機(jī)械多，舒適性智能化機(jī)械少。傳統(tǒng)的老舊農(nóng)機(jī)產(chǎn)品過剩和新型多元化智能化舒適性農(nóng)機(jī)產(chǎn)品短缺問題并存，傳統(tǒng)的耕種機(jī)械市場幾近飽和，新型適應(yīng)不同作物的復(fù)合耕整、施肥、播種(種植)、管理、收獲、加工機(jī)械數(shù)量少、品質(zhì)低；隨著時代的發(fā)展，農(nóng)業(yè)農(nóng)村新的情況不斷出現(xiàn)，對農(nóng)業(yè)機(jī)械提出了更新、更高、更全面的要求。

2 舒適性智能化新能源農(nóng)機(jī)的分析

舒適性智能化新能源農(nóng)機(jī)指的是將傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、新材料、新能源等相結(jié)合的產(chǎn)物。人工智能控制與視覺技術(shù)和行業(yè)技術(shù)匯集于農(nóng)業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)和應(yīng)用中，其最大特點是：智能農(nóng)機(jī)的CPU芯片和遙感器能夠?qū)?yīng)用場景進(jìn)行檢測、反饋和分析，能對其他功能作出智能化指令和控制，同時，可以與農(nóng)事綜合服務(wù)大數(shù)據(jù)指揮系統(tǒng)、操作人員進(jìn)行信息交互。與傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)相比，新能源智能農(nóng)機(jī)具有以下特點：

2.1 清潔環(huán)保

在當(dāng)前環(huán)保大時代背景下，“新能源”一詞越來越多地進(jìn)入人們生活，近幾年新能源電動汽車在汽車行業(yè)所占比例也越來越高，在農(nóng)機(jī)裝備領(lǐng)域，電動農(nóng)機(jī)憑借其清潔、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點也受到各級政府的提倡和農(nóng)民的歡迎。

特別是農(nóng)用國Ⅱ柴油機(jī)動力機(jī)械，噪音大、NOX和PM2.5排放高。為配合世界污染防治，加強(qiáng)控制國內(nèi)非道路移動污染源排放是大勢所趨。國家出臺相關(guān)規(guī)定從2016年4月1日起，停止生產(chǎn)和銷售國Ⅱ階段的柴油機(jī)。相應(yīng)地，農(nóng)機(jī)化司國家農(nóng)機(jī)鑒定總站及各省級農(nóng)機(jī)鑒定站均不再受理配套國Ⅱ階段排放柴油機(jī)的農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定申請，對應(yīng)的政策是用戶購買配裝國Ⅱ階段排放柴油機(jī)的農(nóng)業(yè)機(jī)械也不能享受農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼。

受此政策影響，倒逼國內(nèi)一些動力生產(chǎn)企業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行升級，采用適配更加環(huán)保的第三階段排放型式或以上更加環(huán)保的綠色新動力。傳統(tǒng)動力工具和機(jī)具生產(chǎn)企業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級或被迫退出舞臺的風(fēng)險。

目前農(nóng)村電網(wǎng)的普及以及可移動鋰電池、穿戴式光伏電池、石墨烯電池技術(shù)的高速發(fā)展，對農(nóng)用動力機(jī)械帶來顛覆性革命。其中以農(nóng)用小機(jī)具變化尤甚，過去選用柴油或者汽油動力的，現(xiàn)在大量采用新能源電動化。以電能結(jié)構(gòu)為主的新茶葉電動修剪機(jī)、電動割草機(jī)、電動微耕機(jī)等新能源農(nóng)用動力新產(chǎn)品大量被研發(fā)和上市，逐步替代了過去傳統(tǒng)動力農(nóng)用機(jī)具。

2.2 精準(zhǔn)智能

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的“硬件”是現(xiàn)代機(jī)械工程裝備技術(shù)，其核心技術(shù)是“機(jī)電一體化”，包括全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)和計算機(jī)自動控制技術(shù)等。在現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，應(yīng)用于農(nóng)田的精細(xì)、精量、精準(zhǔn)耕、種、管、收等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的各個環(huán)節(jié)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)低耗、高效、優(yōu)質(zhì)、安全的重要途徑，其中智能農(nóng)機(jī)是直接實施和執(zhí)行者。

精準(zhǔn)智能從20世紀(jì)90年代開始在發(fā)達(dá)國家興起，目前已成為一種普遍趨勢，英美法德等國家紛紛采用先進(jìn)的航天技術(shù)、生物化工技術(shù)使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)走向4.0時代。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)4.0時代由衛(wèi)星及激光定位系統(tǒng)、土地地理信息采集系統(tǒng)、土地環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、遙感遙控系統(tǒng)、智能化農(nóng)機(jī)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、農(nóng)事服務(wù)大數(shù)據(jù)指揮系統(tǒng)等多個智能系統(tǒng)構(gòu)成。其中，智能農(nóng)機(jī)裝備是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的直接實施和執(zhí)行系統(tǒng)，包括精準(zhǔn)整地、精量播種、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)收獲等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程；操作人員完全可以做到定位、定量地進(jìn)行施肥和播種，而收割機(jī)工作時可自動記錄每平方米農(nóng)作物產(chǎn)量、土壤濕度和養(yǎng)分等的精細(xì)數(shù)據(jù)。

2019年湖北省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳10萬hm2油菜機(jī)械化直播項目采用了北斗農(nóng)機(jī)信息化智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，對全省油菜機(jī)直播41個示范縣市的機(jī)械化開溝、旋耕、直播作業(yè)情況通過北斗定位技術(shù)、視覺技術(shù)、遙感技術(shù)、計算機(jī)及通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、測畝等智能管理。

2.3 集成高效

智能農(nóng)機(jī)實行模組化系統(tǒng)設(shè)計，均集成有人工智能仿形和機(jī)械自動控制系統(tǒng)，能將許多操作節(jié)拍壓縮集成，化繁為簡，自動地完成復(fù)合操作，取代許多需要人為的操作，集成、自動、高效。比如，中軒2BFQ-6聯(lián)合精量播種機(jī)，能一次性完成開溝、起壟、覆膜、鋪滴灌帶、仿形播種、壓膜等作業(yè)，還可以根據(jù)播種時間和季節(jié)前后，通過播種機(jī)播量控制器輸入每畝播種用量數(shù)字，播種機(jī)自動實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)整播種用量，并根據(jù)拖拉機(jī)前進(jìn)的速度自動實現(xiàn)同步變量播種，以自動確保播種株距的一致性。

TY787植保無人機(jī)號稱空中機(jī)器人，具備2種作業(yè)模式：一是可以遠(yuǎn)距離遙控植保飛防作業(yè)；二是可以根據(jù)田塊的地理信息、作業(yè)要求、作業(yè)副寬，自動規(guī)劃飛防航線或經(jīng)人工修正后，無人植保飛機(jī)完全自主導(dǎo)航飛行完成作業(yè)任務(wù)并返回到作業(yè)原點。無人植保飛機(jī)在空中自主做飛防植保作業(yè)，同時還可以采集農(nóng)田農(nóng)作物的信息，通過圖傳系統(tǒng)反饋給地面。TY787植保無人機(jī)還可以實現(xiàn)故障自動報警、自動施藥，斷點續(xù)噴自動生成飛行軌跡、電子避障、機(jī)械防撞、一鍵起飛和一鍵降落的農(nóng)用飛機(jī)作業(yè)飛控導(dǎo)航等系統(tǒng)功能。

拖拉機(jī)裝上自動駕駛系統(tǒng)后，能夠?qū)崿F(xiàn)整地和播種作業(yè)調(diào)頭轉(zhuǎn)彎后的自動對行操作，無需人工肉眼長期、持繼觀察，避免疊耕疊播、漏耕漏播現(xiàn)象。增強(qiáng)了農(nóng)業(yè)從業(yè)人員作業(yè)舒適性，降低農(nóng)機(jī)操作人員勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)效率。新型的智能農(nóng)業(yè)裝備還體現(xiàn)在采用了模塊化設(shè)計理念，支持即換即用、即插即用技術(shù)。比如新一代拖拉機(jī)駕駛室集成有USB5V電源及12V電源，可快速外接使用其它輔助設(shè)備，中軒2BFQ-6精量播種機(jī)采用模組設(shè)計，可分別掛接4組、6組、8組、10組，分別實現(xiàn)不同播種行數(shù)需求，提高播種效率。

2.4 一機(jī)多用

智能農(nóng)機(jī)除了中央處理器強(qiáng)大的電子智能外，其機(jī)械部分也具備人工仿形等機(jī)械智能，能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多能，一機(jī)多用，提高機(jī)械的使用效率。如拖拉機(jī)配裝液壓升降、叉運裝置，可以完成秸稈裝缷、搬運、碼垛工作，解決田間秸稈繁重的人工搬運強(qiáng)度；聯(lián)合直播機(jī)可以完成整地、開溝、起壟、播種、鎮(zhèn)壓、噴藥作業(yè)，更換不同播種盤可實現(xiàn)播種油菜、辣椒、蘿卜、高粱、玉米、大豆、油葵等不同的農(nóng)作物。

2.5 安全可靠

新型智能農(nóng)機(jī)在設(shè)計上不僅有傳統(tǒng)的機(jī)械安全結(jié)構(gòu)，而且通過集成傳感器技術(shù)、反饋系統(tǒng)構(gòu)筑有電子安全圍欄。以T16植保飛機(jī)為例，在傳統(tǒng)機(jī)械防撞結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過加裝雷達(dá)系統(tǒng)，實現(xiàn)電子避障達(dá)到自主繞障飛行、自動防撞自我保護(hù)的目的，提高了安全可靠性。2BFDN型播種機(jī)裝配電子控制器后，能對播種、施肥進(jìn)行監(jiān)控，在施肥、播種作業(yè)中，出現(xiàn)漏施、漏播現(xiàn)象，則會自動報警提醒機(jī)器操作者。

3 新能源舒適性智能農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)裝備向新能源、自動化、物聯(lián)網(wǎng)、智能化、舒適性提檔升級是必然趨勢，農(nóng)業(yè)4.0時代，農(nóng)機(jī)裝備不能掉隊。農(nóng)機(jī)裝備智能化是實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要途徑。

3.1 新能源綠色動力

國家要求節(jié)能減排政策逐年收緊，從政策和市場層面看，以農(nóng)用動力產(chǎn)品為例，借鑒新能源汽車發(fā)展的經(jīng)驗，走 “農(nóng)機(jī)裝備新能源 ”產(chǎn)業(yè)道路，發(fā)展節(jié)能型拖拉機(jī)，注重技術(shù)投入，力爭達(dá)到低能耗、零排放的標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)農(nóng)機(jī)新產(chǎn)品是農(nóng)機(jī)企業(yè)未來求生存和發(fā)展的關(guān)鍵。

3.2 農(nóng)機(jī)裝備物聯(lián)網(wǎng)、舒適性、智能化

近幾年來，國家土地深松作業(yè)、油菜種植作業(yè)、水稻機(jī)插作業(yè)等農(nóng)事社會化服務(wù)都進(jìn)行了對應(yīng)財政補(bǔ)貼，這涉及到面積及作業(yè)效果的實時監(jiān)管和核定。只有具備4G數(shù)據(jù)傳輸模塊、農(nóng)機(jī)GPS系統(tǒng)、角底傳感器、圖傳系統(tǒng)等智能功能的農(nóng)機(jī)裝備才具備作業(yè)條件。農(nóng)機(jī)只有智能化，這些數(shù)據(jù)才能夠接入到農(nóng)事綜合服務(wù)大數(shù)據(jù)指揮平臺。隨著農(nóng)機(jī)手逐年知識化、年輕化，操作性、安全性、舒適性差的老、破、小傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械將不受年青人的歡迎，將面臨時代的淘汰。農(nóng)機(jī)裝備自動化、智能化、舒適性的作業(yè)方式是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是發(fā)展高效、降本農(nóng)業(yè)的有效途徑。世界農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家在采用了高度自動化的作業(yè)機(jī)械后不僅降低了作業(yè)成本、提高了工作效率，而且還提高了其農(nóng)產(chǎn)品在國際市場占有量和擴(kuò)大價格優(yōu)勢。

3.3 農(nóng)事綜合服務(wù)大數(shù)據(jù)指揮管理系統(tǒng)

2019年湖北省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳實施秋季油菜機(jī)直播項目，首次啟用了農(nóng)機(jī)大數(shù)據(jù)平臺管理系統(tǒng)，油菜機(jī)直播、拖拉機(jī)、農(nóng)機(jī)手、主管部門正式開啟了農(nóng)機(jī)裝備物聯(lián)網(wǎng)時代。通過運用農(nóng)機(jī)大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)既能讓管理部門實時了解農(nóng)機(jī)作業(yè)狀態(tài)，掌握農(nóng)作物播種作業(yè)面積數(shù)據(jù)等情況，又能為農(nóng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷提供服務(wù)。還能為群眾進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)生產(chǎn)與管理，提升農(nóng)民信息化應(yīng)用水平，合理調(diào)配作業(yè)機(jī)具，提高農(nóng)機(jī)效率，為農(nóng)業(yè)經(jīng)營者創(chuàng)收、增收。

4 推進(jìn)我國新能源智能化農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展的建議

農(nóng)機(jī)裝備企業(yè)要想立足國內(nèi)，走出國門，就必須縮小與歐美發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備技術(shù)上的差距，可從以下幾點著手：

(1)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。加大中央自動控制系統(tǒng)的研發(fā)和科技含量，增加人機(jī)界面互動的友好性能，使農(nóng)機(jī)操作人員通過界面實現(xiàn)對機(jī)器進(jìn)行了解和操控。

(2)集成模塊創(chuàng)新。綜合現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和先進(jìn)加工工藝相結(jié)合應(yīng)用于傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品上，實現(xiàn)衛(wèi)星及激光定位系統(tǒng)、土地地理信息采集系統(tǒng)、土地環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、遙感遙控系統(tǒng)、智能化農(nóng)機(jī)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、農(nóng)事服務(wù)大數(shù)據(jù)指揮系統(tǒng)與與農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品的有機(jī)結(jié)合。我國農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品只有通過機(jī)械高度自動化、信息化并最終走向人工智能化，這才是我國農(nóng)機(jī)裝備企業(yè)的根本出路。

(3)新能源聯(lián)合創(chuàng)新。經(jīng)過多年發(fā)展，我國在新能源技術(shù)領(lǐng)域已獲得良好的技術(shù)積累，將新能源與智能農(nóng)機(jī)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，是我國智能農(nóng)機(jī)實現(xiàn)“彎道超車”，由“農(nóng)機(jī)制造大國”向“農(nóng)機(jī)制造強(qiáng)國”突破的重要途徑。

(4)支持模式創(chuàng)新。加強(qiáng)科技創(chuàng)新能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化新技術(shù)、新機(jī)具的研究和開發(fā)。堅持引進(jìn)、消化和自主創(chuàng)新相結(jié)合，堅持產(chǎn)、學(xué)、研、用、推、管相結(jié)合，加大關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用力度。

5 結(jié)語

綜上所述，新能源智能農(nóng)機(jī)不僅可降低成本、減少環(huán)境污染、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精確度和提高耕地輸出率，更重要的是通過自主創(chuàng)新、技術(shù)集成，不斷開發(fā)適應(yīng)市場需求的產(chǎn)品，并通過科研開發(fā)、政策扶持、示范推廣及市場機(jī)制，促使農(nóng)業(yè)向規(guī)?；⒅悄芑?、環(huán)保及高效化發(fā)展，從而推動農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)勞動力的最大程度解放。