國外農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展分析

德國克拉斯農(nóng)機(jī)公司的農(nóng)用機(jī)械設(shè)計

根據(jù)德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會（VDMA）發(fā)布的相關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械歷史數(shù)據(jù)及美國迪爾公司（約翰迪爾）、美國凱斯紐荷蘭工業(yè)公司、美國愛科集團(tuán)、德國克拉斯農(nóng)機(jī)公司、日本久保田株式會社等全球農(nóng)業(yè)機(jī)械龍頭企業(yè)年度財報等信息綜合統(tǒng)計分析，2019年全球農(nóng)業(yè)機(jī)械市場規(guī)模約為1303億美元，同比2018年下降0.5%。

歐盟和北美是世界上最大的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)和銷售地區(qū)，對全球農(nóng)機(jī)工業(yè)的走勢起到舉足輕重的影響。北美地區(qū)主要包括美國、加拿大和墨西哥三國，其中美國占絕對優(yōu)勢。根據(jù)VDMA的統(tǒng)計，德國占?xì)W盟的銷售份額為21.3%，占全球份額的5.8%,法國是歐盟第二大農(nóng)機(jī)市場，意大利是僅次于德國的歐盟第二大農(nóng)機(jī)生產(chǎn)國和出口國，出口率達(dá)到80%以上。

中國、南美、印度和土耳其除了滿足本國市場需求外，在小型農(nóng)機(jī)具、特種農(nóng)機(jī)等領(lǐng)域出口的份額正快速增長，尤其是來自發(fā)展中國家和新興工業(yè)化國家的需求，這些國家的農(nóng)業(yè)機(jī)械化帶來了巨大的市場潛力。日本和韓國是成熟的高科技、中小馬力農(nóng)機(jī)的生產(chǎn)基地，如插秧機(jī)、水稻收獲機(jī)械等。此外，日韓長期以來還向歐洲和美國等成熟市場出口大量拖拉機(jī)。在獨聯(lián)體生產(chǎn)區(qū)域，包括俄羅斯、烏克蘭和白俄羅斯等，過去二十年農(nóng)機(jī)產(chǎn)量不斷減少。

國外農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

信息、智能技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械。傳統(tǒng)拖拉機(jī)逐步向無人駕駛、數(shù)據(jù)互聯(lián)方向發(fā)展。凱斯紐荷蘭開發(fā)了全球第一個無駕駛室無人駕駛拖拉機(jī)，約翰迪爾、克拉斯、凱斯紐荷蘭紛紛推出數(shù)據(jù)互聯(lián)拖拉機(jī)，凱斯紐荷蘭研發(fā)了甲烷動力拖拉機(jī)、芬特推出了e100電驅(qū)動拖拉機(jī)，約翰迪爾電動拖拉機(jī)已商品化推廣應(yīng)用，特別是約翰迪爾電驅(qū)動動力補(bǔ)償變速箱獲得了2019年度漢諾威農(nóng)機(jī)展唯一金獎。谷物聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)參數(shù)實時調(diào)整，趨于傻瓜式操作。其中凱斯Axial-Flow8250型聯(lián)合收獲機(jī)，功率420kw，AFS Harvest CommandTM自動化設(shè)置系統(tǒng)實現(xiàn)了喂入滾筒轉(zhuǎn)速自動控制；芬特（Fendt）IDEAL 10T，功率581kw，無操作方向盤，收割裝置和識別功能全自動耦合，最終設(shè)定負(fù)載，可以補(bǔ)償15%的斜坡；收割機(jī)喂入量預(yù)測控制系統(tǒng)，收割機(jī)作業(yè)時，根據(jù)實時和地理參考植被數(shù)據(jù)計算回歸模型，通過3D立體攝像機(jī)、預(yù)測驅(qū)動程序，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，綜合收割機(jī)所有傳感器數(shù)值，對收割機(jī)的速度和設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，控制喂入量，使作物收割自動化程度進(jìn)一步提高；播種機(jī)械實現(xiàn)了自動控制行距和播種深度，美國精密種植公司的SmartDepth系統(tǒng)，根據(jù)土壤特性（如土壤濕度）自動精確控制單粒種子的播種深度，播種過程中，系統(tǒng)實時測量并讀取不同深度的各種濕度水平；CEMOS系統(tǒng)在收獲機(jī)械上普遍應(yīng)用，在收割機(jī)或青飼料收獲機(jī)作業(yè)過程中，CEMOS系統(tǒng)可以根據(jù)機(jī)器的作業(yè)情況自動調(diào)整發(fā)動機(jī)的特性，駕駛員只需選擇發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)根據(jù)作物收獲情況自動調(diào)整最佳輸出功率，避免發(fā)動機(jī)功率過分消耗，最高節(jié)省柴油消耗達(dá)15%。

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化生產(chǎn)及智能化管理。博世、意大利托普康、雷肯公司、Pessl儀器、阿瑪松、先正達(dá)等共同開發(fā)的NEVONEX系統(tǒng)，類似于操作系統(tǒng)的開放平臺，用于開發(fā)新的或現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)械的程序和功能。它定義了通用接口，提供了安全可靠的讀取和控制權(quán)，NEVONEX允許用戶直接在農(nóng)業(yè)機(jī)械上運行功能，并可匯集農(nóng)業(yè)行業(yè)及其上下游的專業(yè)知識。美國FarmLogs公司為農(nóng)場主提供電腦終端或移動終端來管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通過云計算以及自身的模型為農(nóng)場主提供差異化、高精度的優(yōu)化和預(yù)測服務(wù), 已在美國超過15%的農(nóng)場應(yīng)用。Cropx開發(fā)了一種用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤探測技術(shù)，通過地形探測、土壤含水量分析，為農(nóng)場主提供智能化灌溉和生產(chǎn)解決方案服務(wù)，拓展服務(wù)至耕種、施肥、防災(zāi)以及收割等環(huán)節(jié)。借助于智能化和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，美國多個農(nóng)作物的全生命周期和全產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)了智能決策。如在中西部地區(qū)，通過從播種、施肥到收獲的全生命周期的數(shù)據(jù)共享，玉米、大豆、甜菜等農(nóng)作物的整個生產(chǎn)流程都實現(xiàn)了智能決策?；诖髷?shù)據(jù)的智能管理系統(tǒng)成熟應(yīng)用，對農(nóng)作物生長進(jìn)行智能化管控，通過無線傳感器和視頻監(jiān)控設(shè)備應(yīng)用，記錄農(nóng)作物生長所需的溫度、濕度、光照等環(huán)境信息及農(nóng)作物自身的生長狀況，相關(guān)數(shù)據(jù)匯總后傳送給智能管理系統(tǒng)，利用實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析決策并進(jìn)行自動化的精準(zhǔn)施肥、節(jié)能灌溉等，根據(jù)監(jiān)測終端收集到的信息，系統(tǒng)還可在遵循收益最大化原則的基礎(chǔ)上，選擇成本最低、最環(huán)保的生產(chǎn)模式，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，降低資源消耗，減少環(huán)境污染。RFID電子代碼技術(shù)應(yīng)用，使得從生產(chǎn)、加工到流通、銷售的全產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品溯源。

國外農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品呈現(xiàn)智能化大型化趨勢，進(jìn)入了“智慧化”高技術(shù)提升應(yīng)用水平的階段。大型液壓翻轉(zhuǎn)犁、大型氣力施肥播種機(jī)、藥箱容量12噸的牽引式噴桿噴霧機(jī)、噴幅36米地隙可調(diào)的大型自走式噴霧機(jī)、20噸液體肥料施肥機(jī)、大型小麥、玉米、馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)等產(chǎn)品功率大、技術(shù)先進(jìn)、機(jī)電液一體化。美國約翰迪爾公司的無人駕駛自走式噴桿噴霧機(jī)、意大利Bgroup公司的可調(diào)地隙自走式風(fēng)幕噴桿噴霧機(jī)、德國GRIMME公司的大型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)、德國百利公司的適用于中小地塊精準(zhǔn)灌溉的卷盤噴桿式噴灌機(jī)、巴西STARA公司的自走式噴霧/肥料撒布/氣力播種多功能作業(yè)機(jī)等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用。自動化控制程度和作業(yè)性能不斷提高，智能化程度更高。聯(lián)合整地機(jī)可根據(jù)地表不平整度或坡度，調(diào)節(jié)整地深度，具有良好的仿行和避障能力；犁的調(diào)節(jié)方式通過觸控面板操控液壓系統(tǒng)，完成耕深、耕寬和偏牽引的調(diào)整。主犁體和犁尖的材料不同，犁尖表面鍍了一層特殊材料，增加了犁體的耐磨性，具有良好的脫附減阻的效果。植保噴藥機(jī)械隨坡度大小，噴桿具有適應(yīng)平衡和高度調(diào)節(jié)的功能，噴藥具有靜電吸附功能。

自動駕駛產(chǎn)品多樣化，已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)應(yīng)用。約翰迪爾研發(fā)的電動無人駕駛拖拉機(jī)GridCON，全電力驅(qū)動鉸接式、動力達(dá)到500kw，推出了無人駕駛自走式噴霧機(jī)，具備噴霧、施肥功能。美國GUSS Automation公司研發(fā)全球第一款自動駕駛果園噴霧機(jī)，操作員通過筆記本電腦來監(jiān)控自動駕駛噴霧機(jī)，高精度定位技術(shù)可以最大限度地節(jié)約肥料、農(nóng)藥并節(jié)省勞力，一個操作員可在皮卡車內(nèi)同時監(jiān)控8臺GUSS自動駕駛噴霧機(jī)工作。法國Nao Technology農(nóng)業(yè)除草機(jī)器人Dino，可協(xié)助大型蔬菜種植工作，具備高精度定位的系統(tǒng)，不但可翻動土塊、還能清除雜草，甚至耕種蔬菜，盡可能接近而不損害作物，Oz除草機(jī)器人，寬40厘米、高60厘米、長100厘米，離地高度7厘米，具有自主、跟隨、遙控3種工作模式，專門用于清理小地塊的雜草。愛科集團(tuán)收購的德國拖拉機(jī)品牌芬特Fendt和烏爾姆大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了Xaver農(nóng)業(yè)群機(jī)器人。

國外農(nóng)業(yè)機(jī)械重點領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展分析

發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)機(jī)械經(jīng)過兩個多世紀(jì)的發(fā)展，不僅品種齊全，而且質(zhì)量精良，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不同作物品種和各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)了機(jī)械化，呈現(xiàn)智能化、精準(zhǔn)化、高效化、大型化、節(jié)能化、服務(wù)化趨勢，進(jìn)入了“智慧化”高技術(shù)提升應(yīng)用水平的階段。技術(shù)上，不斷融合液壓與電信、傳感與控制、環(huán)境與生物等高新技術(shù)成果，實現(xiàn)了大型化、多功能、復(fù)式聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮機(jī)器作業(yè)的高效率, 向著信息化、智能化、高效化、網(wǎng)聯(lián)化方向迅猛發(fā)展。產(chǎn)品上，大功率、多功能、集約化系列化產(chǎn)品，實現(xiàn)了從種植到收獲的整個生產(chǎn)過程中各項工作的自動化，作業(yè)效率提高50%-60%，農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.7～0.9，航空植保節(jié)省農(nóng)藥20%以上，精準(zhǔn)施藥的農(nóng)藥利用率達(dá)到60%以上，氮肥利用率達(dá)到50%-55%。

法國Nao Technology農(nóng)業(yè)除草機(jī)器人Dino，可協(xié)助大型蔬菜種植工作。

一是國外耕整地、播種、田間管理、收獲等實現(xiàn)了大型化、多功能、復(fù)式聯(lián)合精細(xì)作業(yè)。播種機(jī)向大型、精準(zhǔn)、高效發(fā)展。單體控制、總線技術(shù)成熟應(yīng)用24行、36行、48行、60行產(chǎn)品，播種速度高達(dá)15km/h，直接和拖拉機(jī)通訊，保障拖拉機(jī)和播種機(jī)的各種速度匹配，實現(xiàn)了基于土地環(huán)境的精準(zhǔn)高效播種。耕整機(jī)具向?qū)挿?、大功率和高效能發(fā)展，集犁耕、耙地、施肥、播種和鎮(zhèn)壓等多功能于一體的聯(lián)合作業(yè)機(jī)具發(fā)展迅速，機(jī)電一體化、微電子技術(shù)用于作業(yè)機(jī)組的自動監(jiān)測、顯示和控制，自動調(diào)節(jié)耕深、機(jī)組水平和作業(yè)速度，液壓折疊等，由機(jī)械傳動向液壓傳動、氣力傳動發(fā)展。植保機(jī)械向智能化和機(jī)電一體化方向發(fā)展，低量噴霧技術(shù)、自動對靶施藥技術(shù)、防漂移技術(shù)和精密施藥技術(shù)、電子顯示和控制系統(tǒng)、全液壓系統(tǒng)等廣泛應(yīng)用于大中型噴霧機(jī)，實現(xiàn)了精準(zhǔn)、精量施藥。收獲機(jī)向高效、智能化全面發(fā)展。液壓驅(qū)動、自動監(jiān)測、參數(shù)調(diào)控、導(dǎo)航駕駛、總線控制等自動化和智能化技術(shù)普遍應(yīng)用，谷物收獲、農(nóng)作物秸稈收集、棉花等專用作物機(jī)械化收獲成熟應(yīng)用。凱斯紐荷蘭等的小麥聯(lián)合收割機(jī)配套功率大多在110.25kW以上，功率最高達(dá)514.5kW(700HP)；配置的割臺幅寬在4m以上，最大可以達(dá)到10m，普遍喂入量達(dá)到10kg/s及以上，最高可達(dá)到20kg/s；糧箱超過10000L，減少卸糧次數(shù)，提高作業(yè)效率。農(nóng)用機(jī)器人向廣泛適用性方向發(fā)展，嫁接機(jī)器人、移栽機(jī)器人和采摘機(jī)器人等多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人在農(nóng)田作業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中已推廣應(yīng)用。

二是傳感器和信息技術(shù)成為農(nóng)業(yè)裝備領(lǐng)域的前沿關(guān)鍵技術(shù)。農(nóng)用傳感器和信息技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)科學(xué)、高效、精準(zhǔn)生產(chǎn)的核心，是推動農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)步的底層驅(qū)動技術(shù)。大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)可以在動態(tài)變化條件下自動整合數(shù)據(jù)并進(jìn)行實時建模，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧管控。發(fā)達(dá)國家的農(nóng)用傳感器與信息技術(shù)已廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的水、土、大氣等環(huán)境信息監(jiān)測，以及動植物生產(chǎn)過程的生理生態(tài)監(jiān)測、產(chǎn)量估算、農(nóng)業(yè)管理及決策支持等各個領(lǐng)域。

三是農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革。農(nóng)業(yè)機(jī)器人涉及到機(jī)械、電子、光學(xué)、計算機(jī)、傳感器、自動控制、人工智能等多個學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)的綜合集成。農(nóng)業(yè)機(jī)器人以生物活體對象為目標(biāo)，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境工況下，具有環(huán)境與對象信息感知能力，能夠?qū)崟r自主分析決策和精確執(zhí)行，服務(wù)復(fù)雜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的柔性作業(yè)。農(nóng)業(yè)機(jī)器人代表了未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)展的方向和必然趨勢，在農(nóng)業(yè)智能化、智慧化生產(chǎn)中正發(fā)揮極其重要的應(yīng)用。農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)品研究也處于領(lǐng)先并部分應(yīng)用，美、英、德國、丹麥等國農(nóng)用機(jī)器人技術(shù)研究處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)在對人體健康危害的病蟲草害防控作業(yè)、具有一定危險的高架作業(yè)、受空間局限的作業(yè)方面開始試驗應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國家相繼研制出嫁接機(jī)器人、移栽機(jī)器人和采摘機(jī)器人等多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人并進(jìn)行了廣泛的推廣應(yīng)用。機(jī)器人技術(shù)正逐漸應(yīng)用到無人駕駛拖拉機(jī)、無人機(jī)、物料管理、播種和森林管理、土壤管理、牧業(yè)管理和動物管理等方面。

國外農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展趨勢與重點

農(nóng)業(yè)裝備是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，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)現(xiàn)代化最基本的物質(zhì)保證和核心支撐。農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)發(fā)展已經(jīng)從機(jī)械替代人畜力的機(jī)械化階段、以電控技術(shù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)自動化階段，進(jìn)入以信息技術(shù)為核心的智能化階段，呈現(xiàn)技術(shù)融合化、產(chǎn)品高效化、產(chǎn)業(yè)集成化、服務(wù)智慧化等新變化、新趨勢。農(nóng)業(yè)裝備向高效化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、綠色化方向發(fā)展，并向提供全鏈條的農(nóng)業(yè)裝備與信息技術(shù)解決方案延伸發(fā)展。

國外企業(yè)跨國布局，優(yōu)勢凸顯引領(lǐng)發(fā)展。資源國際化，產(chǎn)業(yè)技術(shù)競爭加劇?；疽廊挥擅绹s翰迪爾公司、凱斯紐荷蘭工業(yè)公司、愛科集團(tuán)、意大利賽邁·道依茨·法爾集團(tuán)公司、法國科樂收集團(tuán)、德國庫恩公司、挪威格蘭集團(tuán)、日本久保田株式會社、阿瑪松公司、奧地利BISO公司、ESM公司、丹麥GreenTec A/S公司等知名企業(yè)引領(lǐng)發(fā)展。競爭由技術(shù)主導(dǎo)向技術(shù)引導(dǎo)、資本主導(dǎo)并重轉(zhuǎn)變，通過技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈與價值鏈的高端，通過資本推動產(chǎn)業(yè)鏈跨國發(fā)展。目前，約翰迪爾、凱斯紐荷蘭、愛科、克拉斯等歐美企業(yè)占據(jù)全球農(nóng)機(jī)高端產(chǎn)品銷售額的50%以上。不僅僅是數(shù)量的優(yōu)勢，更主要的是技術(shù)優(yōu)勢，衛(wèi)星導(dǎo)航、智能駕駛、故障診斷、參數(shù)自適應(yīng)調(diào)控等高新技術(shù)，一直成為推動發(fā)展的創(chuàng)新動力。

產(chǎn)品品類向全程全面機(jī)械擴(kuò)展，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全環(huán)節(jié)。以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求為導(dǎo)向，產(chǎn)品在向全程全面擴(kuò)展，涵蓋農(nóng)、林、牧、漁、農(nóng)用運輸、農(nóng)產(chǎn)品加工等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全環(huán)節(jié)。針對不同生產(chǎn)規(guī)模的耕、種、管、收、貯、運、加工全程全面機(jī)械化需求，不斷完善優(yōu)化從土地改良整理、播種栽植到田間除草灌溉植保到收獲再到初加工系列、成套產(chǎn)品。在土壤、動植物、環(huán)境、機(jī)器等全生命周期、全鏈條智能感知及全要素數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用方面不斷研發(fā)出專用模型、傳感器及系統(tǒng)，支撐耕地整備、高效栽植、精量播施、智能收獲，以及精細(xì)飼養(yǎng)、水產(chǎn)品和畜產(chǎn)品自動采集，農(nóng)林產(chǎn)品智能儲運加工等智能農(nóng)業(yè)裝備實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

技術(shù)向智能、精準(zhǔn)、高效、大型、節(jié)能、服務(wù)方向發(fā)展。一是智能化。歐美等農(nóng)機(jī)裝備發(fā)達(dá)國家已建立和使用能夠制訂詳細(xì)農(nóng)事操作方案和機(jī)械作業(yè)計劃的管理信息系統(tǒng)，日本已推廣應(yīng)用洋馬的農(nóng)機(jī)“智能助手”。二是精準(zhǔn)化。衛(wèi)星定位、激光制導(dǎo)和產(chǎn)量傳感器等高新技術(shù)在美國、西歐以及巴西的大型公司和農(nóng)場的精準(zhǔn)農(nóng)機(jī)作業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。三是高效化。多種形式部件構(gòu)成的整體式聯(lián)合作業(yè)機(jī)具或采用“組配”的方式將可獨立作業(yè)的機(jī)具按照需要組成聯(lián)合作業(yè)機(jī)組，實現(xiàn)聯(lián)合作業(yè)，大幅度提高了作業(yè)效率。四是大型化。隨著發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及農(nóng)戶經(jīng)營規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對大型農(nóng)機(jī)裝備的需求大幅增加。五是節(jié)能化。農(nóng)機(jī)節(jié)能減排是緩解能源約束、減輕環(huán)境壓力、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，節(jié)能環(huán)保設(shè)計已成為農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展的必然趨勢。六是服務(wù)化。約翰迪爾公司率先通過構(gòu)建農(nóng)機(jī)裝備遠(yuǎn)程運維服務(wù)平臺和專家決策支持系統(tǒng)，為用戶提供信息推送、在線檢測、運行優(yōu)化和遠(yuǎn)程升級等服務(wù)。