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新中國農業裝備科技創新的回顧與展望(一)

時間:2019-10-29 14:57:43 來源:中國農業機械化科學研究院 王博 方憲法 吳海華

農業裝備是現代農業的物質基礎,是不斷提高土地產出率、勞動生產率、資源利用率以及實現農業農村現代化、鄉村振興的重要支撐。建國70年來,農業裝備技術發展從機械替代人畜力的機械化階段,到以電控技術為基礎實現自動化階段,進入以信息技術為核心的智能化階段,推進農業生產由傳統粗放式向裝備智能化、資源高效化、作業精細化、管理智慧化的全生命周期的精細化生產方式轉變。總體上,隨著新一代人工智能技術廣泛滲透及深入應用,農業裝備技術表現出很強的時代特點,融合生物、農藝、工程技術,集成先進制造、信息、生物、新材料、新能源等高新技術,拓展到微生物、養殖、加工等產業領域,向高效化、智能化、網聯化、綠色化方向發展,向提供全鏈條農業裝備與信息技術解決方案的方向延伸發展。

一、農業裝備產業科技發展成就

建國以來,我國農業裝備產業經歷了起步、建立體系、對外開放、高速發展等和正在進行的調整轉型階段。產業科技創新經歷了改造仿制、引進消化吸收再創新等階段,正進入以自主創新為核心能力的新階段;技術發展實現了從人畜力、機械化和自動化,到以信息技術為核心的高效化、智能化、綠色化發展,推動農業生產進入了以機械化為主導的新階段,走出了一條中國特色的產業科技創新發展道路,為保障我國糧食、食品、生態安全和推進農業農村現代化、鄉村振興做出重要貢獻。

一是產業規模及能力不斷提升。到2018年,我國農機裝備企業總數超過8000家,其中,規模以上超過2300家,主營業務收入達2600億元。能夠生產4000多種農業裝備品類,市場規模占全球30%以上,國際貿易總量占全球20%;制造能力和水平不斷提高,“引進來”和“走出去”國際化步伐加快,生產效率和產品質量獲得質的飛躍,成為世界農機裝備制造和使用大國。

二是研發和產業體系基本形成。我國農業裝備產業初步形成了涵蓋科研、制造、質量監督、流通銷售、行業管理等方面較為完整的體系,有數千家大中小企業、30多家國家及省部級農機科研機構、40多所開設農機相關專業的高校,以及覆蓋全國的部級、省級的質量監督、鑒定推廣等機構,支撐形成了大中小企業融通發展、科技與經濟融通發展、各類創新主體及要素融通發展的格局。

三是技術和產品不斷優化升級。攻克了精細耕作、精量播種、高效施肥、精準施藥、節水灌溉、低損收獲、增值加工等關鍵核心技術,能夠研發生產農、林、牧、漁、農用運輸、農產品加工等7個門類所需的65大類、350個中類、1500個小類的4000多種農機產品,主要農機產品年產量500萬臺左右,保有量超過8000多萬臺(套),農機總動力達到10億千瓦,形成了與我國農業發展水平基本相適應的大中小機型和高中低檔兼具的農機產品體系,滿足90%的國內農機市場需求,支撐農作物機械化水平達到68%。

四是科技創新能力和實力不斷提升。布局建設了一批國家重點實驗室、國家工程實驗室、國家工程技術研究中心、國家級企業技術中心等國家級和省部級科技創新平臺,以及農業裝備產業技術創新戰略聯盟等創新保障與服務體系,培養了一支高水平科技創新隊伍,初步形成市場導向、企業主體、產學研融合的產業技術創新體系,從產品開發、技術標準、檢測測試、應用推廣等方面服務全面覆蓋骨干企業到中小微型企業,研發規模世界第一,論文發表量世界第一,專利申請量世界第二。

“十二五”以來,我國農業裝備科技創新在關鍵核心技術及重大裝備方面成效突出,構建了自主農業智能化裝備技術體系,推動農業裝備信息化、智能化發展。動植物生長監測、智能感知與控制技術等應用基礎及關鍵共性技術研究緊跟前沿,助推農業精細生產;一批重大裝備實現自主化,與國際先進水平平齊,加速了農業裝備技術向信息化、智能化高端發展;一批先進適用農業機械化技術及高性能裝備應用推廣和輻射擴散提升產業整體水平,基本解決了主要農作物高質高效機械化生產技術瓶頸及裝備制約難題,有力地促進農業機械化和農機裝備轉型升級高質量發展。

一是農業裝備信息化、智能化應用基礎及關鍵共性技術研究緊跟國際前沿。動植物生長信息感知技術、農業生產土壤及環境信息實時監測、農作物生產過程監測與水肥藥精量控制施用、農機工況智能化監測等技術取得了重要進展,開發形成了植物葉綠素、蒸騰速率、溫濕度、光照、CO2等氣體等傳感器,開發了土壤養分水分、播種量、作業深度、行走速度、噴藥量、部件轉速等傳感控制系統,實現了試驗應用,技術達到國際水平。

二是現代多功能作業裝備智能化發展迅速。總線控制、GPS及北斗定位導航、機器視覺導航、激光高程控制技術、基于神經網絡作業功率自適應控制等智能化技術應用,突破了復式整地、深松監測、精量播種、變量施肥、精準施藥、高效噴灌、收獲智能控制等關鍵技術及裝備,水稻精量直播機、高速移栽機、智能變量施肥播種機、高地隙及水田智能植保機、植保無人機、大型智能采棉機等一批智能化農業裝備實現了應用,形成了適應不同生產規模的配套糧食全程作業裝備配套體系,技術延伸拓展應用于棉花、番茄、甘蔗、花生、馬鈴薯等優勢經濟作物環節裝備,初步形成了智能化農業裝備體系。

三是高端智能化農業裝備參與國際產業競爭。200馬力級、300馬力級大型拖拉機傳動、電控等關鍵技術自主化水平不斷提升;400馬力重型拖拉機實現了無級變速傳動技術自主化研發。60行大型智能播種施肥機突破了種(肥)遠距離氣流輸送種肥、種肥分開側深施、種肥深度準確控制、播種質量實時檢測等關鍵技術,達到國際水平。10公斤/秒大喂入量智能谷物聯合收割機與世界主流技術平齊,實現導航作業、在線測產、智能調控、故障診斷等功能。以大型農業裝備智能化為引領,帶動信息技術、智能化技術在中小型農業裝備推廣應用,形成一批具有特點的信息化、智能化農業裝備解決方案。

四是設施園藝裝備技術持續提升。低碳環控型溫室、節能與綠色能源利用、環境調控及精細耕整地、精量播種、育苗嫁接、肥水一體化等高效生產技術及配套裝備實現應用,形成了具有高抗逆、低能耗、環境智能可控、配套裝備完善的設施園藝工程技術體系,提升了設施結構的抗逆性能、能源與資源利用效率、智能化控制水平。新型養殖設施、環境調控、養殖數字化監控與遠程管理、飼料營養加工及快速溯源與在線檢定、個性化飼喂設備、養殖場廢物環保處理等技術提升了豬、雞、水產、奶牛養殖集約化、自動化、智能化水平,顯著提升養殖綜合生產效益。

五是農產品產地商品化水平不斷提升。以提升增值減損能力、能源利用效率和關鍵裝備國產化為切入點,突破了能源高效利用、干燥、保質貯藏、品質檢測、精選分級和包裝等關鍵技術,太陽能高效集熱與高效利用、熱風與真空干燥、自然冷源高效利用等技術及裝備應用促進了量大面廣的果蔬產地干燥和預冷節能降耗;糧食、果蔬、棉花、禽蛋等農產品智能化檢測分級和畜禽自動屠宰、稱重分級成套裝備技術及裝備,進一步提升了農產品加工智能化水平。

二、面臨的機遇與挑戰

在新的科技革命與產業變革形勢下,實施鄉村振興戰略、堅持農業農村優先發展以及實現農業農村現代化等重大戰略任務,為農業裝備科技創新指明了方向,我國農業裝備科技創新進入高質量發展的重要戰略機遇期,將由制造大國向制造強國、科技強國、質量強國轉變,應用基礎研究薄弱、關鍵共性技術及高端裝備產品供給不足、創新領軍人才缺乏等,仍將是制約自主創新能力和核心競爭力提升的關鍵因素,跨國企業主導產業國際競爭格局,仍將制約著我國農業裝備科技創新由價值鏈低端向高端發展,需要加快創新驅動,推進產業轉型升級。

一是要夯實信息化、智能化應用基礎研究。要以裝備為載體,以信息和知識為要素,通過互聯網、物聯網、云計算、大數據、智能裝備等現代信息技術與農業深度跨界融合,實現農業生產全過程的信息感知、定量決策、智能控制、精準投入的全新農業生產方式,實現農業生產由“機器替代人力”“電腦替代人腦”的轉變,大幅提高農業生產效率、效能、效益。

二是要強化高質高效農業裝備技術創新。解決“誰來種地”“怎么種地”,保障農業產出高效、產品安全、環境友好,迫切需求發展智能農業裝備,構建農業全程信息化和機械化技術體系,提高水、肥、種、藥等利用率,降低生產和加工過程損失率,實現傳統精耕細作與現代物質裝備相輔相成,達到高產高效與生態資源永續利用。

三是要發展自主可控農業裝備產業。實踐證明,市場換不來技術反而丟掉了市場,依靠別國技術和產品解決不了我國地貌多樣、農藝繁雜的農業生產問題。習近平總書記說:“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的”,要把關鍵核心技術掌握在自己手中,實現技術及裝備自主可控,掌握產業發展主導權,保障現代農業產業安全。

三、發展方向及重點

我國農業裝備科技創新要面向世界科技前沿,立足全程全面機械化和轉型升級需求,準確把握當前發展面臨的精細生產、裝備智能、高效綠色機械化等重大科技問題,找準突破口和主攻方向,集中優勢資源,圍繞糧經飼、農林牧漁、種養加等領域,統籌農村生產生態生活,深度融合新一代人工智能技術,形成產業鏈協同創新布局,發展新一代智能農業裝備技術、產品、服務體系,為農業裝備行業提供高質量科技供給。

一是加強農業裝備應用基礎研究,提升自主創新能力。以土壤、動植物及環境感知和調控為重點,開展不同種植制度、耕作方式、作業機具、氣候與環境等對土壤質構形和作物生長生產的影響機理,以及土壤耕層、養分等檢測方法等研究;開展動植物生理、生長、環境信息感知技術、材料、元器件,以及種、水、肥、藥、光、熱等精準精量調控及精細飼喂技術及系統研究;開展土壤工作、采收作業等部件減阻降耗、耐磨延壽、表面強化等技術及材料,以及土壤工作、栽種、采收等作業新部件研究。

二是強化智能技術與裝備融合,發展高水平的智能農業裝備。推進農藝、農機、制造深度融合,重點研究農業裝備智能設計、驗證、制造、檢測、試驗技術;研究農業生產過程中人、機、動植物、生產環境等信息智能獲取、融合、決策等技術,研究智能作業技術;研發智能農林動力、育制種、耕整、栽植、播種、施肥、植保、噴灌、采育、收獲等智能作業裝備;智能放養、飼喂、消毒、畜禽產品采集等智能養殖設備;種子、糧食、果蔬、棉花、林材,以及禽蛋、畜禽、水產等切割清理、分等分級、安全包裝、品質監測、溯源等農林產品智能加工裝備。

三是加強高效綠色農業機械化技術及裝備研發,推進全程全面發展。圍繞薄弱環節、薄弱區域、特色農業需求,結合我國旱作、水田等農業生產區域性特點,圍繞水稻、小麥、玉米、薯類、雜糧等糧食作物耕、種、收、干燥等全程機械化生產需求,開展適合一熟制、多熟制、間套作等不同種植制度、種植規模的機械化生產模式、技術及裝備研發;結合高陡坡地、山地丘陵梯田、深泥腳水田等生產需求,研究適應作物生產特點、具有區域適應性的棉、油、糖、蔬、林、果、茶、桑、草等輕簡化機械化生產模式、技術及裝備;圍繞植物工廠、設施園藝、設施畜禽及水產養殖等發展需求,開展結構設施、能源利用、環境控制、生長調控、作業裝備、廢棄物利用等設施工程化技術及裝備研發。

四、結語

我國農業裝備產業已進入新的歷史階段,主要矛盾由總量不足轉變為結構性矛盾。習近平總書記指出“中國人的飯碗任何時候都要牢牢端在自己的手上”, “要大力推進農業機械化、智能化,給農業現代化插上科技的翅膀”。當前及未來一段時期,按照農業裝備產業供給側結構性改革精神,要不斷增強高水平科技供給能力,以農機與農藝融合、裝備與信息融合、制造與服務融合、生產與生態融合為路徑,推進“關鍵核心技術自主化、主導裝備產品智能化、全程全面機械化”,形成新一代智能農業裝備技術、產品、服務體系,構建以企業主體、市場導向、產學研用深度融合的農業裝備技術創新體系,不斷優化完善以創新為導向的產業政策體系,不斷增強自主創新能力和產業核心競爭力,加快推動農業裝備產業向中高端升級,實現由農業裝備大國向強國轉變,走出一條中國特色農業機械化、智能化發展道路。


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