农机装备亟待智能化转型升级

文|方宪法 吴海华 中国农业机械化科学研究院

农业装备是不断提高土地产出率、劳动生产率、资源利用率，实现农业农村现代化最基本的物质保证和核心支撑。经过多年快速发展，我国农机装备的发展已经取得长足进步，“十三五”期间及未来一段时期，是我国农业装备产业处于由制造大国向制造强国、科技强国、质量强国转变的关键时期，需要加快创新驱动发展，推进产业转型升级。实施乡村振兴战略，要求农业装备产业拓展领域、增加品种、完善功能、提升水平，并加快向自动化、信息化、智能化发展。

农业装备是融合生物和农艺技术，集成先进制造与智能控制、新一代信息通信、新材料等高新技术的自动化、信息化、智能化的先进装备，涵盖种养加、粮经饲等领域，当前发展重点是粮、棉、油、糖等大宗粮食和战略性经济作物育、耕、种、管、收、运、贮等主要生产过程使用的装备。农业装备是不断提高土地产出率、劳动生产率、资源利用率，实现农业农村现代化最基本的物质保证和核心支撑。

农机装备亟待向自动化、信息化、智能化发展

经过多年快速发展，我国已是世界农业装备生产和使用大国，产业发展已进入新的历史阶段，主要矛盾由总量不足转变为结构性矛盾，90%以上国产农业装备仍为中低端产品，80%左右农业装备仍为农业田间生产装备，不能全面满足现代农业发展需求。新型工业化、信息化、城镇化、农业农村现代化“四化”同步推进，实施乡村振兴战略，保障粮食、食品、生态三大安全，转变农业发展方式，实现一二三产业融合发展，推进供给侧结构性改革，要求农业装备产业拓展领域、增加品种、完善功能、提升水平，并加快向自动化、信息化、智能化发展。

农业装备技术经历了从替代人畜力的机械化阶段，正在以电控技术为基础实现自动化应用，朝着以信息技术为核心的智能化与先进制造方向发展。显著特点是以机械装备为载体，融合电子、信息、生物、材料、现代制造等高新技术，不断增强装备适应性能、拓展精准作业功能、保障季节性作业可靠性、提升复杂结构制造高效性、改善机械化作业与土壤、动植物、人、生态环境协调性，实现安全可靠、自动高效、精准智能，支撑现代农业发展。

随着全球新一轮科技革命和产业变革加速，学科交叉融合，信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术广泛渗透，新一代人工智能基础理论和技术突破及深入应用，农业装备技术将向大型化、高效率、多功能、复式联合作业，向信息化、智能化方向快速发展，向养殖、加工等领域深入延伸拓展，向着提供系统化、信息化、智能化综合解决方案方向发展。

农机自主化水平长足进步，为进一步实现智能制造打下基础

“十二五”以来，我国智能化农业装备取得长足的进步，一批信息化、智能化应用基础和共性关键技术以及大型智能农用动力及多功能作业、定位变量精准作业、高效精量植保等重大智能化农业装备成果突破，加速了农业装备技术向信息化、智能化高端发展，使我国农机装备产品品种达到4000多种，自主农机产品市场供给能力达到90%以上，农机工业规模总产值超过4500亿元,支撑了全国农作物耕种收综合机械化水平达到65%左右，全国农业机械总动力超过11亿千瓦，我国已成为世界农机制造和使用大国。

一是紧跟国际前沿。农业装备信息化、智能化应用基础及关键共性技术研究取得重要进展。动植物生长信息感知技术、农业生产土壤及环境信息实时监测、农作物生产过程监测与水肥药精量控制施用、农机工况智能化监测等技术进展迅速，开发形成了植物叶绿素、蒸腾速率、温湿度、光照、CO2等气体等传感器，开发了土壤养分水分、播种量、作业深度、行走速度、喷药量、部件转速等传感控制系统，实现了试验应用，技术达到国际水平。

二是现代多功能作业装备智能化发展迅速。总线控制、GPS及北斗定位导航、机器视觉导航、激光高程控制技术、基于神经网络作业功率自适应控制等智能化技术应用，突破了复式整地、深松监测、精量播种、变量施肥、精准施药、高效喷灌、收获智能控制等关键技术及装备，水稻精量直播机、高速移栽机、智能变量施肥播种机、高地隙及水田智能植保机、植保无人机、大型智能采棉机等一批智能化农业装备实现了应用，形成了适应不同生产规模的配套粮食全程作业装备配套体系，技术延伸拓展应用于棉花、番茄、甘蔗、花生、马铃薯等优势经济作物环节装备，初步形成了智能化农业装备体系。

三是高端智能化农业装备广泛参与国际竞争。200马力级、300马力级大型拖拉机传动、电控等关键技术自主化水平不断提升，实现了产业化。400马力重型拖拉机实现了无级变速传动技术自主化研发，推进了我国重型拖拉机自主化。60行大型智能播种施肥机突破了种（肥）远距离气流输送种肥、种肥分开侧深施、种肥深度准确控制、播种质量实时检测等关键技术，达到国际水平。10公斤/秒大喂入量智能谷物联合收割机与世界主流技术平齐，实现导航作业、在线测产、智能调控、故障诊断等功能。以大型农业装备智能化为引领，带动信息技术、智能化技术在中小型农业装备推广应用，形成一批具有特点的信息化、智能化农业装备解决方案。

四是设施园艺装备技术持续提升。低碳环控型温室、节能与绿色能源利用、环境调控及精细耕整地、精量播种、育苗嫁接、肥水一体化等高效生产技术及配套装备实现应用，形成了具有高抗逆、低能耗、环境智能可控、配套装备完善的设施园艺工程技术体系，提升了设施结构的抗逆性能、能源与资源利用效率、智能化控制水平。新型养殖设施、环境调控、养殖数字化监控与远程管理、饲料营养加工及快速溯源与在线检定、个性化饲喂设备、养殖场废物环保处理等技术提升了猪、鸡、水产、奶牛养殖集约化、自动化、智能化水平，显著提升养殖综合生产效益。

五是农产品产地加工智能水平不断提升。以提升增值减损能力、能源利用效率和关键装备国产化为切入点，突破了能源高效利用、干燥、保质贮藏、品质检测、精选分级和包装等关键技术，太阳能高效集热与高效利用、热风与真空干燥、自然冷源高效利用等技术及装备应用促进了量大面广的果蔬产地干燥和预冷节能降耗；粮食、果蔬、棉花、禽蛋等农产品智能化检测分级和畜禽自动屠宰、称重分级成套装备技术及装备，进一步提升了农产品加工智能化水平。

深度融合新一代人工智能技术是未来趋势

“十三五”期间及未来一段时期，我国农业装备产业处于由制造大国向制造强国、科技强国、质量强国转变的关键时期，应用基础研究薄弱、关键共性技术及高端装备产品供给不足、创新领军人才缺乏等仍旧是制约产业自主创新能力和核心竞争力提升的关键，跨国企业主导产业国际竞争格局也将制约我国农业装备产业由价值链低端向高端发展，需要加快创新驱动发展，推进产业转型升级。

要立足国家战略及产业发展需求，准确把握全球科技及产业发展态势，深度融合新一代人工智能技术，瞄准竞争焦点，坚持目标导向与问题导向结合，找准突破口和主攻方向，集中优势资源，重点开展土壤提质、动植物及环境感知、机器智能等信息化、智能化应用基础，智能化设计、传感与控制、智能作业与管理等关键共性技术，高效栽植、精量播施、智能收获，以及精细饲养、畜产品自动采集、农产品智能加工等高端重大装备关键技术研究，发展新一代智能农业装备。

一是开展智能农业装备应用基础研究。重点研究不同种植制度、耕作方式、作业机具、气候与环境等对土壤质构形和作物生长的影响机理，研究土壤耕层、养分等检测方法，构建农田提质基础技术体系；研究土壤工作、采收作业等部件减阻降耗、耐磨延寿、表面强化等技术及智能材料，开发土壤工作、采收作业部件新机构、新材料、新方法。研究构建植物生长从种子、农田整备、耕种栽植、田间管理到采收的全生命周期智能化作业技术体系，研究动植物生理、生长、环境信息感知技术，水、肥、药、光、热等精准精量调控及精细饲喂技术，研究光感控制节能、感知记忆等智能新材料，开发动植物传感器及系统；研究作业对象感知与跟踪技术、工况实时监测与智能测控等技术，开发作业对象视觉跟踪、种苗栽播精准定位等新装置。基于新一代人工智能技术，研究农业生产过程中人、机、动植物、生产环境与信息的跨媒体数据获取、融合、挖掘、智能决策等技术，研究人机协同、机群协同、人机物协同作业技术，开发农业装备智能操作系统、农机自主作业系统、农业机器人系统等。

二是开展智能农业装备关键共性技术研究。开展农业装备智能设计技术研究，突破关键部件及整机数字化建模、虚拟设计、动态仿真验证等技术，构建参数模型库、设计知识库与专家系统、虚拟仿真与实验系统等；突破关键零部件及整机的作业载荷、工况环境、失效特征、作业质量等参数检测控制技术及整机可靠性试验方法、制造过程质量检测等技术；突破关键零部件标准化、系列化、通用化技术，构建标准关键零部件库。开展农业装备传感与控制技术研究，突破土壤、动物、植物、环境等信息感知技术，基于北斗、TD-LTE技术的农机高精度导航及定位技术，作业工况监测与智能调控技术，以及农业机器人技术等，开发耕整、播种、施肥、灌溉、施药、收获等智能作业装置及系统，开发动物对象感知、跟踪、定位、生长监测等装置及系统，实现机械化、自动化、信息化、智能化深度融合发展。开展智能作业与管理技术研究，突破农机作业大数据智能分析与决策、导航作业、自主作业、多机协同等智能作业技术，故障自动预警与自动诊断、远程运维等智能管理技术，突破养殖环境管理、种群及商品畜群管理、饲料与营养管理、健康管理、投入品管理、物流管理及全过程的效能管理等养殖智能管理技术，构建以信息物理系统（CPS）为核心的主要农作物和设施农业智能化生产作业技术体系。

三是开展高端智能农业装备研制及产业化。突破种苗柔性夹取及栽插、种肥精量高速输送与控制，水肥药精量配混、高效雾化与精准喷施，籽实低损采收及高效脱粒清选等关键技术，集成信息感知、工况检测、作业质量监测、总线控制、定位导航，以及远程运维管控等信息化、智能化技术，形成满足不同作业场景需求的农业装备智能系统，开发全自动高速移栽机、大型智能播种施肥机、高地隙精量植保机械、智能喷灌机、大型智能采棉机、大型智能谷物联合收割机、智能玉米籽粒收获机、大型智能青饲及秸秆收获机等智能作业装备；开发物料智能配送系统装备、精准饲喂、消毒机器人、挤奶机器人等智能养殖设备；开发粮食、果蔬、禽蛋、畜禽、水产等分割清理、分等分级、安全包装、品质监测、溯源等农产品智能加工装备及全过程品质监测系统，形成面向农业生产的信息化整体解决方案，构建以智能装备、智能管理服务为核心的智能农业生产技术装备体系。