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對我國農機化科技創新的思考

2019-01-09 09:20:13來源:農機化司 閱讀量:11976

  【中國農機網 專家觀點編者按:2018年底,國務院印發《關于加快推進農業機械化和農機裝備產業轉型升級的指導意見》。為認真貫徹學習國務院文件精神,加快推進農機化科技創新,現將中國工程院羅錫文院士撰寫的《對我國農機化科技創新的思考》文章刊發,供各地學習參考。
 
  對我國農機化科技創新的思考
 
  中國工程院院士 羅錫文
 
  習近平總書記在2018年兩院院士大會上指出,“當前,我國科技領域仍然存在一些亟待解決的突出問題”,“我國基礎科學研究短板依然突出”,“關鍵核心技術受制于人的局面沒有得到根本性改變”。學習習總書記的重要講話,研判我國農業機械化發展現狀,我們清醒地看到,雖然我國農業機械化取得了長足進步,但與發達國家相比,還有很大的差距,還有很多短板和薄弱環節,很多關鍵核心技術還受制于人。為促進我國農業機械化又好又快地發展,我們比歷史上任何時期都需要增強農機科技創新的能力,我們要“把握大勢,搶占先機,直面問題,迎難而上”,為我國農業機械化發展提供高質量科技供給,著力支撐現代農業建設。
 
  一、我國農業機械化取得的主要成就
 
  2004年是我國農業機械化發展歷史上重要的一年。2004年11月1日,全國人大頒布實施了《中華人民共和國農業機械化促進法》(以下簡稱《促進法》),在我國的農業機械化發展中發揮了重要的保障作用。2004年我國正式啟動農機購置補貼政策,當年中央財政安排補貼資金0.7億元,2015年中央財政安排補貼資金237.5億元,是2004年的237倍。在《促進法》和農機購置補貼政策的推動下,我國農業機械化取得了快速發展。
 
  (一)農機裝備總量增加,結構優化
 
  2016年全國農機總動力達到了9.7億千瓦,比2004年增加4.7億千瓦,增長94%;裝備結構加快向大馬力、多功能、高性能方向發展,大中型拖拉機、聯合收獲機、水稻插秧機保有量分別超過645萬臺、190萬臺和77萬臺,分別是2004年的5.8倍、4.7倍和14.8倍。經濟作物、畜禽水產養殖、林果業及農產品初加工機械保有量快速增長。
 
  (二)農機作業水平大幅提高
 
  2016年全國農作物耕種收綜合機械化水平達到65.2%,比2004年提高31個百分點。三大糧食作物耕種收綜合機械化率均超過75%,小麥生產基本實現全過程機械化。水稻機械種植、收獲水平分別從2004年的6%和27%提高到2016年的45%和87%,玉米機收水平從2%提高到67%。以農機為載體,精量播種、化肥深施、植保、低損收獲和秸稈還田等增產增效型技術迅速推廣,保護性耕作和深松整地面積分別超過1.3億畝和1.6億畝,進一步挖掘了糧食增產潛力,增強了農業抗災能力。
 
  (三)農機社會化服務蓬勃發展
 
  截至2016年底,全國農機化作業服務專業戶和農機合作社等各類服務組織數量分別超過505萬個和6.3萬個,涌現了一大批懂技術、會操作、善經營的農機能手,農機化經營總收入達到5388億元,利潤總額達到2066億元。農機社會化服務已成為農業社會化服務的突出亮點,緩解了青壯年勞動力外出務工對農業生產帶來的不利影響,促進了土地流轉和規模經營,提高了農業集約化水平和組織化程度。
 
  (四)帶動農機工業振興發展
 
  受農機購置補貼政策等多方面的拉動,我國農機產銷兩旺,帶動農機工業快速發展,農機工業總產值連續10年保持兩位數增長,從2004年的854億元增加到2016年的4516.39億元,位居世界。目前,我國農機產業集群初步形成,科技含量、產品質量和售后服務水平不斷提高,主要農機產品基本滿足主要糧食作物生產機械化的需要。
 
  二、我國農業機械化存在的差距與主要問題
 
  (一)我國農業機械化存在的差距
 
  雖然我國的農業機械化取得了長足進步,但是,與發達國家相比,在農業機械化水平、農機裝備制造水平、產品可靠性和農機作業效率等方面我國還有很大差距。
 
  1.農業機械化水平
 
  2016年我國農作物耕種收綜合機械化水平為65.2%,而世界上主要發達國家在20世紀50~80年代相繼實現了全面機械化。美國于1946年基本實現了農業機械化,1954年全面實現了農業機械化;加拿大和原西德在20世紀60年代末期全面實現了農業機械化;與我國農業生產情況相似的日本和韓國也分別于1982年和1996年全面實現了農業機械化。
 
  2.農機裝備制造水平
 
  拖拉機和收獲機是兩種代表農業機械設計和制造水平的典型產品。與美國相比,我國差距較大。拖拉機方面,美國于1970年開始釆用動力換擋技術,而我國是2014年研發,相差44年;美國于1961年開始釆用閉心式液壓系統,而我國是2010年,落后39年;美國于1980年生產了250馬力拖拉機,而我國2015年才生產240馬力拖拉機,晚了35年。收獲機方面,美國在1976年開始生產縱軸流谷物聯合機,而我國是35年后的2011年;美國1979年就有了割幅6米、發動機功率230馬力的谷物聯合收割機,我國在2013年才生產割幅5.3米、發動機功率220馬力的收割機,相差34年。
 
  3.產品可靠性
 
  上世紀八十年代意大利菲亞特公司拖拉機的平均故障間隔時間(MTBF)指標是350小時,而我國某大型農機企業的拖拉機MTBF指標2017年才達到330小時,落后30~40年。
 
  4.農機作業效率
 
  2016年我國田間作業畝均動力0.41kW,美國畝均動力0.06~0.07kW,我國是美國的5.8~6.8倍;發達國家農機動力機械與作業機具之比為1:(3~6),而我國平均只有1:1.6,說明我國的農機作業效率和綜合利用率不高。
 
  (二)我國農業機械化存在的主要問題
 
  受我國國情、資源稟賦和傳統農耕文化的影響,不同區域的耕作制度和生產習慣差異大,面對現代農業建設“調結構、轉方式”的新要求,農業機械化基礎研究與關鍵技術研究薄弱,技術集成度不夠,可持續發展能力弱,已經成為制約我國農業轉型升級的“短板”和瓶頸。
 
  1. 研究基礎薄弱
 
  農機化科研基礎數據積累不夠,土壤、作物(動物)和機器互作機理研究不足,現代農業生產和健康養殖新工藝設計理論缺乏,原創性重大突破少,難以滿足我國地域多樣性、作物多元化、農藝復雜性和可持續發展的需求。
 
  2. 技術模式不明確
 
  例如,在耕作方面,無論土壤類型、水田旱田和丘陵平原,現在全國大都采用旋耕,犁耕、深松和免耕等耕作方式沒有優化組合,造成土壤耕層“淺實少”,有機質低且分布不均勻;在種植方面,水稻插秧與直播、油菜移栽與直播、玉米種植平作與壟作等,不同地區宜采取何種種植方式,缺乏科學論證;在收獲方面,油菜、馬鈴薯的分段收獲與聯合收獲、甘蔗整稈收獲與切斷收獲、牧草刈割與飼草青貯致密收獲等技術路線不明確;丘陵山區機械化發展路徑不明確等。
 
  3. 農機農藝結合不緊密
 
  適宜不同區域機械化的高產品種、高產標準化栽培模式和田間管理技術缺乏,機械化與規模化結合不緊密,飼草料生產機械化技術研究滯后,家庭農場種養一體化模式與技術亟待完善,設施園藝標準化機械化程度低,影響產能的充分發揮。
 
  4. 技術系統不完整
 
  缺乏對農業機械化的系統研究與技術集成,尚未形成完善的全程機械化技術模式和標準化的機器配置系統,關鍵配套技術與機具不足。糧經飼種植和畜禽水產養殖中省時、省力、節水、節肥、節藥、節種、節地和節能的機械和農業剩余物資源化利用等機械化技術之間銜接與配套不足,技術規范不健全,與轉變農業發展方式不適應。
 
  三、對我國農機科技創新的思考
 
  為進一步縮小我國農業機械化與發達國家之間的差距,提升我國農機科技創新能力,促進我國農業機械化又好又快地發展,建議實施“3-2-3”的發展思路,即明確“三步走”的戰略目標,堅持兩項發展原則,落實三項重點任務。
 
  (一)明確“三步走”的戰略目標
 
  按照黨的十九大提出的三步走戰略和鄉村振興戰略目標任務安排,我國農機科技創新和農業機械化發展三步走的戰略是:
 
  到2025年,基本實現農業機械化,農機科技創新能力顯著增強,重點突破農機化發展的薄弱環節和關鍵核心技術,實現我國農業機械化“從無到有”和“從有到全”。
 
  到2035年,全面實現農業機械化,農機科技創新能力基本達到發達國家水平,重點以信息技術提升農機化水平,實現我國農業機械化“從全到好”。
 
  到2050年,農業機械化達到更高水平,實現自動化和智能化,農機科技創新能力與發達國家“并跑”,部分領域“領跑”,重點以智能技術農機發展,實現我國農業機械化“從好到強”。
 
  (二)堅持兩項發展原則
 
  1.全程全面機械化同步推進
 
  全程機械化主要從植物和動物的生產環節上考慮,包括產前、產中和產后各個環節的生產機械化。以植物生產為例,產前包括育種和清選、分級、包衣、丸粒化處理等種子加工機械化;產中包括耕整、種植、田間管理、收獲、干燥和秸稈處理6個環節的機械化;產后包括加工和儲藏機械與裝備。
 
  全面機械化,指機械化在農業生產領域橫向的拓展。主要指農業機械化向三個方面的全面發展,包括“作物”全面化、“產業”全面化和“區域”全面化。“作物”全面化,指由糧食作物向經濟作物、園藝作物和飼草料作物全面發展,由糧、經二元結構向糧、經、飼三元結構轉變。“產業”全面化,指由種植業向養殖業(畜、禽、水產)、農產品初加工等全面發展。“區域”全面化,一是指各種農產品的優勢區域布局。二是指農業機械化由平原地區向丘陵山區拓展。目前平原地區的機械化程度較高,但丘陵山區的機械化程度很低甚至無機可用,所以亟需研究推進由平原地區機械化向丘陵山區機械化拓展。
 
  2.農機1.0至農機4.0并行發展
 
  農機1.0是指“從無到有”,特點是以機器代替人力和畜力,如以拖拉機耕田代替人犁田、以插秧機插秧代替人插秧、以噴霧機施藥代替人打藥、以收獲機收獲代替人扮禾、以干燥機干燥代替人曬谷。目前我們在這一階段已取得了很大的成績,但還有很多“短板”和薄弱環節,所以還要“補課”。
 
  農機 2.0是指“從有到全”,特點是全程全面機械化,包括植物生產和動物生產的產前、產中和產后各個環節的全程機械化,以及農業機械化向“作物”全面化、“產業”全面化和“區域”全面化三個方面的全面發展。這是我們現階段要大力“普及”的方向。
 
  農機3.0是指“從全到好”,特點是用信息技術提升農業機械化水平,包括農業機械設計、制造、作業和管理水平。融合現代微電子技術、儀器與控制技術、信息通訊技術,推動農業機械裝備向數字化、信息化、自動化和智能化方向快速發展。這一階段我們正在進行試驗“示范”。
 
  農機4.0是指“從好到強”,即要實現農機自動化和智能化,農機+互聯網,這個方向我們要積極探索。
 
  根據我國的國情,從農機1.0至農機4.0我們不能走順序發展的道路,必須并行發展,實現彎道超車。
 
  (三)落實三項重點任務
 
  1.薄弱環節農業機械化科技創新(“補短板”)
 
  開展薄弱環節機械化技術創新研究,主要包括應用基礎研究,糧食、經濟作物和飼草料薄弱環節技術研發,健康設施養殖工程,區域、水果蔬菜飼草料與畜禽水產機械化技術體系集成研究示范,農村生活廢棄物處理與綜合利用7個方面。系統地解決當前和今后一個時期我國農業機械化發展的薄弱環節,提高農業機械化發展科技含量,加速推進農業現代化進程,全面提升我國農業綜合生產能力和農產品國際競爭力,促進農業可持續發展和農民增收。
 
  應用基礎研究包括:土壤合理耕層構建機理與優化方法、主要作物高速種植機理與規范、主要作物低損收獲機理與規范、畜禽適度規模養殖和水產健康養殖設施與環境系統機理研究、農業裝備標準化體系研究和機械化技術體系構建與評價方法研究。
 
  糧食作物生產薄弱環節關鍵技術研究包括:水稻、小麥、玉米、馬鈴薯、甘薯、雜豆雜糧、糧食干燥與貯藏。
 
  經濟作物和飼草料薄弱環節關鍵技術研發包括:棉油糖、大宗水果、大宗露地蔬菜、設施園藝和飼草料生產加工。
 
  健康設施養殖工程關鍵技術研發包括:生豬健康養殖、家禽健康養殖和規模化設施水產養殖。
 
  區域機械化技術集成與示范包括:東北地區、黃淮海地區、長江中下游地區、西北地區、西南地區和華南地區。
 
  水果蔬菜、飼草料與畜禽水產養殖加工機械化技術集成與示范包括:蔬菜水果生產、飼草料生產、適度規模種養循環、奶牛中小規模養殖設施設備升級與智能化、水產養殖和畜禽屠宰加工。
 
  農村生活廢棄物(固、液)處理與綜合利用包括:農村池塘清淤、生活廢水、生活垃圾、畜禽糞便和病死動物的機械化處理技術集成與示范。
 
  2.現代農機裝備關鍵核心技術科技創新(“攻核心”)
 
  為貫徹習近平總書記關于“在關鍵領域、卡脖子的地方下大功夫,集合精銳力量,作出戰略性安排,盡早取得突破”的重要講話精神。根據我國現代農機裝備發展現狀,當前我國亟需在共性關鍵技術、重大裝備、基礎零部件以及材料和制造工藝4個方面盡早取得突破。
 
  共性關鍵技術主要包括:非道路用柴油發動機技術,大功率拖拉機電控液壓提升技術,農業機械用傳動系統技術。
 
  重大裝備主要包括:200馬力以上拖拉機,大型谷物聯合收割機,青貯飼料收割機,農機裝備生產與檢測平臺。
 
  基礎零部件主要包括:拖拉機200馬力以上用電控提升器和懸浮前驅動橋,收獲機械承載能力18噸以上大型收獲機械電控換擋變速箱,高性能大排量電控變量泵和變量馬達,圓盤式和鏈軌式青貯機割臺,高速軸承(4000r/min以上),采棉機摘錠總成,液壓件液壓閥閥心、閥套、比例閥電磁鐵和軟磁鐵芯。
 
  材料與制造工藝主要包括:低速動力輸出軸,高速翻轉犁體,動力換擋變速箱離合器輪轂材料與工藝。
 
  3.農機裝備智能化科技創新(“強智能”)
 
  以“信息感知、定量決策、智能控制、投入、個性服務”的智能農機為目標,以大田規模化種植、設施農業、果園和畜禽水產養殖等領域為重點,開展智能農機裝備傳感器、農機導航、作業和運維管理4方面研究。
 
  一是在農機裝備專用傳感器方面,開展作業載荷、工況環境、本體信息、生理生態和作業質量等測試對象特性與測試機理研究,研發敏感材料和關鍵芯片,開發專用傳感器。
 
  二是在農機導航及自動作業技術方面,開展輪角轉向測定技術研究,研發電動方向盤電機、以機具為基準的機組定位技術和星基增強技術,提高導航精度與穩定性及自動作業性能。
 
  三是在作業方面,開展與農藝相適應的作物播種、灌溉、施肥、施藥、收獲和干燥等技術研究,實現農機作業過程的實時分析決策與自主優化控制;開展養殖生產中的環控、飼喂和防疫等研究。
 
  四是在運維管理智能化方面,開展農機信息獲取、調度、遠程運維、故障預警、智能診斷和協同作業等技術研究,通過信息技術系統集成,實現農機裝備智能運維管理。
 
  結束語
 
  “農業的根本出路在于機械化”。上世紀末,美國工程技術界將“農業機械化”評為20世紀對人類社會進步起巨大推動作用的20項工程技術之一,列第7位。世界各國的經驗表明,農業機械化是現代農業建設的重要科技支撐。我國的農業機械化為提高我國農業的勞動生產率、土地產出率和資源利用率發揮了重要作用,為保障我國糧食安全和食物安全作出了重要貢獻。但與發達國家相比,我國的農業機械化還有很大差距,并面臨差距拉大的嚴峻挑戰。形勢逼人,挑戰逼人,使命逼人,我們要充分認識農機科技創新是農業機械化發展的動力,深刻把握農機科技創新與發展大勢,堅決貫徹落實習總書記的重要講話精神,“矢志不移自主創新,堅定創新信心,著力增強自主創新能力”,努力推進農業機械化又好又快地發展,為我國現代農業建設提供強有力的科技支撐。

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