国外农业机械产业科技发展分析

德国克拉斯农机公司的农用机械设计

根据德国机械设备制造业联合会（VDMA）发布的相关农业机械历史数据及美国迪尔公司（约翰迪尔）、美国凯斯纽荷兰工业公司、美国爱科集团、德国克拉斯农机公司、日本久保田株式会社等全球农业机械龙头企业年度财报等信息综合统计分析，2019年全球农业机械市场规模约为1303亿美元，同比2018年下降0.5%。

欧盟和北美是世界上最大的农机生产和销售地区，对全球农机工业的走势起到举足轻重的影响。北美地区主要包括美国、加拿大和墨西哥三国，其中美国占绝对优势。根据VDMA的统计，德国占欧盟的销售份额为21.3%，占全球份额的5.8%,法国是欧盟第二大农机市场，意大利是仅次于德国的欧盟第二大农机生产国和出口国，出口率达到80%以上。

中国、南美、印度和土耳其除了满足本国市场需求外，在小型农机具、特种农机等领域出口的份额正快速增长，尤其是来自发展中国家和新兴工业化国家的需求，这些国家的农业机械化带来了巨大的市场潜力。日本和韩国是成熟的高科技、中小马力农机的生产基地，如插秧机、水稻收获机械等。此外，日韩长期以来还向欧洲和美国等成熟市场出口大量拖拉机。在独联体生产区域，包括俄罗斯、乌克兰和白俄罗斯等，过去二十年农机产量不断减少。

国外农业机械技术发展现状

信息、智能技术广泛应用于农业机械。传统拖拉机逐步向无人驾驶、数据互联方向发展。凯斯纽荷兰开发了全球第一个无驾驶室无人驾驶拖拉机，约翰迪尔、克拉斯、凯斯纽荷兰纷纷推出数据互联拖拉机，凯斯纽荷兰研发了甲烷动力拖拉机、芬特推出了e100电驱动拖拉机，约翰迪尔电动拖拉机已商品化推广应用，特别是约翰迪尔电驱动动力补偿变速箱获得了2019年度汉诺威农机展唯一金奖。谷物联合收获机作业参数实时调整，趋于傻瓜式操作。其中凯斯Axial-Flow8250型联合收获机，功率420kw，AFS Harvest CommandTM自动化设置系统实现了喂入滚筒转速自动控制；芬特（Fendt）IDEAL 10T，功率581kw，无操作方向盘，收割装置和识别功能全自动耦合，最终设定负载，可以补偿15%的斜坡；收割机喂入量预测控制系统，收割机作业时，根据实时和地理参考植被数据计算回归模型，通过3D立体摄像机、预测驱动程序，并利用机器学习方法，综合收割机所有传感器数值，对收割机的速度和设置进行调整，控制喂入量，使作物收割自动化程度进一步提高；播种机械实现了自动控制行距和播种深度，美国精密种植公司的SmartDepth系统，根据土壤特性（如土壤湿度）自动精确控制单粒种子的播种深度，播种过程中，系统实时测量并读取不同深度的各种湿度水平；CEMOS系统在收获机械上普遍应用，在收割机或青饲料收获机作业过程中，CEMOS系统可以根据机器的作业情况自动调整发动机的特性，驾驶员只需选择发动机转速，系统根据作物收获情况自动调整最佳输出功率，避免发动机功率过分消耗，最高节省柴油消耗达15%。

物联网、大数据技术广泛应用于现代化生产及智能化管理。博世、意大利托普康、雷肯公司、Pessl仪器、阿玛松、先正达等共同开发的NEVONEX系统，类似于操作系统的开放平台，用于开发新的或现有农业机械的程序和功能。它定义了通用接口，提供了安全可靠的读取和控制权，NEVONEX允许用户直接在农业机械上运行功能，并可汇集农业行业及其上下游的专业知识。美国FarmLogs公司为农场主提供电脑终端或移动终端来管理农业生产，通过云计算以及自身的模型为农场主提供差异化、高精度的优化和预测服务, 已在美国超过15%的农场应用。Cropx开发了一种用于农业生产的土壤探测技术，通过地形探测、土壤含水量分析，为农场主提供智能化灌溉和生产解决方案服务，拓展服务至耕种、施肥、防灾以及收割等环节。借助于智能化和大数据等技术，美国多个农作物的全生命周期和全产业链实现了智能决策。如在中西部地区，通过从播种、施肥到收获的全生命周期的数据共享，玉米、大豆、甜菜等农作物的整个生产流程都实现了智能决策。基于大数据的智能管理系统成熟应用，对农作物生长进行智能化管控，通过无线传感器和视频监控设备应用，记录农作物生长所需的温度、湿度、光照等环境信息及农作物自身的生长状况，相关数据汇总后传送给智能管理系统，利用实时数据，系统分析决策并进行自动化的精准施肥、节能灌溉等，根据监测终端收集到的信息，系统还可在遵循收益最大化原则的基础上，选择成本最低、最环保的生产模式，提高农业生产效率，降低资源消耗，减少环境污染。RFID电子代码技术应用，使得从生产、加工到流通、销售的全产业链实现了数据共享，实现了农产品溯源。

国外农业机械产品呈现智能化大型化趋势，进入了“智慧化”高技术提升应用水平的阶段。大型液压翻转犁、大型气力施肥播种机、药箱容量12吨的牵引式喷杆喷雾机、喷幅36米地隙可调的大型自走式喷雾机、20吨液体肥料施肥机、大型小麦、玉米、马铃薯联合收获机等产品功率大、技术先进、机电液一体化。美国约翰迪尔公司的无人驾驶自走式喷杆喷雾机、意大利Bgroup公司的可调地隙自走式风幕喷杆喷雾机、德国GRIMME公司的大型马铃薯联合收获机、德国百利公司的适用于中小地块精准灌溉的卷盘喷杆式喷灌机、巴西STARA公司的自走式喷雾/肥料撒布/气力播种多功能作业机等产品广泛应用。自动化控制程度和作业性能不断提高，智能化程度更高。联合整地机可根据地表不平整度或坡度，调节整地深度，具有良好的仿行和避障能力；犁的调节方式通过触控面板操控液压系统，完成耕深、耕宽和偏牵引的调整。主犁体和犁尖的材料不同，犁尖表面镀了一层特殊材料，增加了犁体的耐磨性，具有良好的脱附减阻的效果。植保喷药机械随坡度大小，喷杆具有适应平衡和高度调节的功能，喷药具有静电吸附功能。

自动驾驶产品多样化，已在农业生产各环节应用。约翰迪尔研发的电动无人驾驶拖拉机GridCON，全电力驱动铰接式、动力达到500kw，推出了无人驾驶自走式喷雾机，具备喷雾、施肥功能。美国GUSS Automation公司研发全球第一款自动驾驶果园喷雾机，操作员通过笔记本电脑来监控自动驾驶喷雾机，高精度定位技术可以最大限度地节约肥料、农药并节省劳力，一个操作员可在皮卡车内同时监控8台GUSS自动驾驶喷雾机工作。法国Nao Technology农业除草机器人Dino，可协助大型蔬菜种植工作，具备高精度定位的系统，不但可翻动土块、还能清除杂草，甚至耕种蔬菜，尽可能接近而不损害作物，Oz除草机器人，宽40厘米、高60厘米、长100厘米，离地高度7厘米，具有自主、跟随、遥控3种工作模式，专门用于清理小地块的杂草。爱科集团收购的德国拖拉机品牌芬特Fendt和乌尔姆大学联合开发了Xaver农业群机器人。

国外农业机械重点领域技术发展分析

发达国家的农业机械经过两个多世纪的发展，不仅品种齐全，而且质量精良，农业生产的不同作物品种和各个环节实现了机械化，呈现智能化、精准化、高效化、大型化、节能化、服务化趋势，进入了“智慧化”高技术提升应用水平的阶段。技术上，不断融合液压与电信、传感与控制、环境与生物等高新技术成果，实现了大型化、多功能、复式联合作业，充分发挥机器作业的高效率, 向着信息化、智能化、高效化、网联化方向迅猛发展。产品上，大功率、多功能、集约化系列化产品，实现了从种植到收获的整个生产过程中各项工作的自动化，作业效率提高50%-60%，农业灌溉水利用系数达到0.7～0.9，航空植保节省农药20%以上，精准施药的农药利用率达到60%以上，氮肥利用率达到50%-55%。

法国Nao Technology农业除草机器人Dino，可协助大型蔬菜种植工作。

一是国外耕整地、播种、田间管理、收获等实现了大型化、多功能、复式联合精细作业。播种机向大型、精准、高效发展。单体控制、总线技术成熟应用24行、36行、48行、60行产品，播种速度高达15km/h，直接和拖拉机通讯，保障拖拉机和播种机的各种速度匹配，实现了基于土地环境的精准高效播种。耕整机具向宽幅、大功率和高效能发展，集犁耕、耙地、施肥、播种和镇压等多功能于一体的联合作业机具发展迅速，机电一体化、微电子技术用于作业机组的自动监测、显示和控制，自动调节耕深、机组水平和作业速度，液压折叠等，由机械传动向液压传动、气力传动发展。植保机械向智能化和机电一体化方向发展，低量喷雾技术、自动对靶施药技术、防漂移技术和精密施药技术、电子显示和控制系统、全液压系统等广泛应用于大中型喷雾机，实现了精准、精量施药。收获机向高效、智能化全面发展。液压驱动、自动监测、参数调控、导航驾驶、总线控制等自动化和智能化技术普遍应用，谷物收获、农作物秸秆收集、棉花等专用作物机械化收获成熟应用。凯斯纽荷兰等的小麦联合收割机配套功率大多在110.25kW以上，功率最高达514.5kW(700HP)；配置的割台幅宽在4m以上，最大可以达到10m，普遍喂入量达到10kg/s及以上，最高可达到20kg/s；粮箱超过10000L，减少卸粮次数，提高作业效率。农用机器人向广泛适用性方向发展，嫁接机器人、移栽机器人和采摘机器人等多种农业生产机器人在农田作业和农业生产活动中已推广应用。

二是传感器和信息技术成为农业装备领域的前沿关键技术。农用传感器和信息技术是实现农业科学、高效、精准生产的核心，是推动农业领域进步的底层驱动技术。大数据、人工智能、区块链等信息技术可以在动态变化条件下自动整合数据并进行实时建模，形成数据驱动的智慧管控。发达国家的农用传感器与信息技术已广泛应用在农业生产过程中的水、土、大气等环境信息监测，以及动植物生产过程的生理生态监测、产量估算、农业管理及决策支持等各个领域。

三是农业机器人技术引发产业变革。农业机器人涉及到机械、电子、光学、计算机、传感器、自动控制、人工智能等多个学科和领域，是多种高新技术的综合集成。农业机器人以生物活体对象为目标，在非结构化环境工况下，具有环境与对象信息感知能力，能够实时自主分析决策和精确执行，服务复杂农业生产管理的柔性作业。农业机器人代表了未来农业生产方式发展的方向和必然趋势，在农业智能化、智慧化生产中正发挥极其重要的应用。农业机器人技术及产品研究也处于领先并部分应用，美、英、德国、丹麦等国农用机器人技术研究处于领先地位，已经在对人体健康危害的病虫草害防控作业、具有一定危险的高架作业、受空间局限的作业方面开始试验应用。20世纪80年代，发达国家相继研制出嫁接机器人、移栽机器人和采摘机器人等多种农业生产机器人并进行了广泛的推广应用。机器人技术正逐渐应用到无人驾驶拖拉机、无人机、物料管理、播种和森林管理、土壤管理、牧业管理和动物管理等方面。

国外农业机械发展趋势与重点

农业装备是现代农业的物质基础，农业装备是不断提高土地产出率、劳动生产率、资源利用率，实现农业现代化最基本的物质保证和核心支撑。农业装备技术发展已经从机械替代人畜力的机械化阶段、以电控技术为基础实现自动化阶段，进入以信息技术为核心的智能化阶段，呈现技术融合化、产品高效化、产业集成化、服务智慧化等新变化、新趋势。农业装备向高效化、智能化、网联化、绿色化方向发展，并向提供全链条的农业装备与信息技术解决方案延伸发展。

国外企业跨国布局，优势凸显引领发展。资源国际化，产业技术竞争加剧。基本依然由美国约翰迪尔公司、凯斯纽荷兰工业公司、爱科集团、意大利赛迈·道依茨·法尔集团公司、法国科乐收集团、德国库恩公司、挪威格兰集团、日本久保田株式会社、阿玛松公司、奥地利BISO公司、ESM公司、丹麦GreenTec A/S公司等知名企业引领发展。竞争由技术主导向技术引导、资本主导并重转变，通过技术领先优势占据产业链与价值链的高端，通过资本推动产业链跨国发展。目前，约翰迪尔、凯斯纽荷兰、爱科、克拉斯等欧美企业占据全球农机高端产品销售额的50%以上。不仅仅是数量的优势，更主要的是技术优势，卫星导航、智能驾驶、故障诊断、参数自适应调控等高新技术，一直成为推动发展的创新动力。

产品品类向全程全面机械扩展，满足农业生产全环节。以农业生产的需求为导向，产品在向全程全面扩展，涵盖农、林、牧、渔、农用运输、农产品加工等农业生产全环节。针对不同生产规模的耕、种、管、收、贮、运、加工全程全面机械化需求，不断完善优化从土地改良整理、播种栽植到田间除草灌溉植保到收获再到初加工系列、成套产品。在土壤、动植物、环境、机器等全生命周期、全链条智能感知及全要素数据挖掘应用方面不断研发出专用模型、传感器及系统，支撑耕地整备、高效栽植、精量播施、智能收获，以及精细饲养、水产品和畜产品自动采集，农林产品智能储运加工等智能农业装备实现产业化。

技术向智能、精准、高效、大型、节能、服务方向发展。一是智能化。欧美等农机装备发达国家已建立和使用能够制订详细农事操作方案和机械作业计划的管理信息系统，日本已推广应用洋马的农机“智能助手”。二是精准化。卫星定位、激光制导和产量传感器等高新技术在美国、西欧以及巴西的大型公司和农场的精准农机作业中得到广泛的应用。三是高效化。多种形式部件构成的整体式联合作业机具或采用“组配”的方式将可独立作业的机具按照需要组成联合作业机组，实现联合作业，大幅度提高了作业效率。四是大型化。随着发达国家农业生产结构的调整以及农户经营规模的不断扩大，对大型农机装备的需求大幅增加。五是节能化。农机节能减排是缓解能源约束、减轻环境压力、实现可持续发展的必然选择，节能环保设计已成为农机装备发展的必然趋势。六是服务化。约翰迪尔公司率先通过构建农机装备远程运维服务平台和专家决策支持系统，为用户提供信息推送、在线检测、运行优化和远程升级等服务。