先进制造技术在农机装备制造中的应用

目前，各个国家都在加快推进先进制造技术在制造业领域的应用，以保持自己在制造业中的有利地位。先进制造技术在国内农机制造中得到了一定的应用，但是仍然存在一些较显著的问题。

我国农机制造水平只有赶上世界领先水平，才能造出符合我国农业国情和地貌的好装备，才能从根本上解决我国农业自动化应用范围小的问题。目前农机制造业所应用的先进制造技术主要有成组技术(Group Technology)、敏捷制造(Agile Manufacturing)、并行工程(Concurrent Engineering)、快速成型技术(Rapid Prototyping Manufacturing)、虚拟制造技术(Virtual manufacturing Technology)和智能制造(Intelligent Manufacturing)等，这些技术的广泛应用都能很好地提高我国农机装备制造技术水平，达到高质量、低价格目标。

1  我国农机装备制造现状

在中央和地方财政继续加大补贴力度，极大地调动农民购机的积极性，更多社会资金投入到农业机械化的环境下，形成了依法促进农机化发展的强大推动力和政策引导力，在此机遇下，开拓了更大的农机市场，带动了农机制造者的积极性。在销售市场良好的情况下，我国农机制造领域的业绩一直保持蒸蒸日上。不少企业通过提高产品质量和市场竞争能力，抓住了自身发展的机遇。

21世纪初，我国农业装备工业曾处于低谷状态，生产销售呈连续下滑态势。从2009年开始，中国经济进入了新的增长期，国家对“三农”高度重视，惠农政策的落实使农机制造业开始爆发式快速发展。2010年农业装备制造业总产值和产品销售收入均超过1 000亿元，比2009年翻一番，完成利润总额41 143亿元，比2009年增长84%。

农业装备结构进一步优化，高性能、大功率田间作业机械和配套机具增长势头强劲。其中，大中型拖拉机、联合收获机和水稻插秧机比“九五”期末增长 80%左右。在新产品开发方面，2010年农业装备制造业产品产值大幅增长，完成106 158亿元，同比增长22%。

在规模方面，经过50余年的发展，我国农机形成了10多个子行业、3 200多种农机产品的完整工业体系，包含拖拉机及配件、机械化农具及园艺机具、农副食品加工专用设备、饲料生产专用设备、畜牧机械、渔业机械和农牧渔业机械配件等行业。

据相关统计，农机制造业增速较快，2013年到2017年间，规模以上农机制造企业数量整体上呈逐渐增长趋势，由2008年的191家增加至2017年的2 319家。农机工业总产值逐年増加，年均增长率达到8.78%，2015年上半年，规模以上企业资产总计1 855.55亿元。

在农机主营业务收入方面，2016年达4 516.40亿元，同比增加5.43%；制造业出口额110.87亿美元，同比增加9.03%。

随着国家一系列惠农政策的相继出台，特别是2004年《农业机械化促进法》颁布实施以来，我国的农机行业呈现出快速、健康的发展态势。农机工业形成了以国资控股大型企业集团为主导、以民营企业为主体、以外资企业为补充的“三足鼎立”的格局，农机工业销售额逐年提高。

但是，我国农业机械产品品种单一、水平低，是低附加值和低技术含量的发展，2017年，农机工业增加值增速7.7%，比2016年下降0.7%；全国规模以上农机企业主营业务总收入4 516.39亿元，比2016年同期增长了5.8%；规模以上农机企业实现利润总额255.24亿元，比2016年增加了3.51亿元，增幅为1.39%。

农机产品结构虽逐步改善，但中国农机工业以往那种“小型多，大型少；动力多，配套少；低档次多，高档次少”的产品结构并未得到根本改变。

2017年，农机工业收入和利润增速均呈现乏力态势，达到了10年来的谷底，价格竞争以及品牌混杂带来的是农业机械的发展被严重制约。

2  先进制造技术在农机装备制造中的应用现状

2.1  成组技术

成组技术的应用核心就是成组工艺，是将结构、材料和工艺相近似的零件组成一个零件族，按零件族制定工艺进行加工，扩大批量、减少所需的生产步骤。有效地解决生产中由于品种多、产量小带来的矛盾，缩短新产品设计周期和降低设计费用。按这种方法进行产品设计，约有75%的新产品零件图可以重复利用老产品图纸，仅有25%的零件需要重新设计。

2.2  敏捷制造

敏捷制造的技术核心是将熟练掌握生产技能、高素质的劳动者以及企业之间、企业内部灵活的管理有机地集成起来达到最优化，用于应对目前快速变化的市场。

传统的企业组织模式存在着不能及时应对市场变化的难题，导致许多农机行业不适应灵活多变的市场形势，生产不了市场最需要的产品。调整机构，取消一部分中层管理机构，给技术人员更多的授权，使企业具有创新精神，提高企业的敏捷性。

企业经济的全球化使任何一家企业都无法垄断中国市场，建立一个企业动态联盟，所有企业共同利用市场机遇，可以使企业在产品开发制造方面实现时间最短，成本、风险最低，收益最大。

2.3  并行工程

在传统的工程设计顺序中，首先通过市场调研进行需求分析，然后通过专业的工程团队进行产品设计，再根据确认的设计图进行生产制造，最后产品上市销售。在这种设计方法中，信息单向传递，后续工作无法及时向前续工作进行反馈。

采用并行工程，则是将各个工程设计过程与其后续过程并行设计，两个过程间的信息交流是双向的。并行工程能缩短产品开发周期，加快产品更新速度，提高产品质量，使产品更具市场竞争力。

2.4  快速成型技术

快速成型技术是制造业的重要支柱技术之一，是将CAD技术、数控技术、材料技术和激光加工技术综合利用，实现从最初零件的设计到三维实体原型制造一体化的系统技术，其核心就是采用软件离散-材料堆积的原理来完成零件的成型过程。

对于国内农机制造业而言，目前主要是用于新产品开发的设计验证和模拟样品的试制上，部分过程包括产品的概念设计（或改型设计）、造型设计、结构设计、基本功能评估和模拟样件试制。

2.5  虚拟制造技术

虚拟制造技术是以仿真技术为基础，对产品的设计生产过程统一建模，在计算机上对设计、加工、装配、检验和使用整个生命周期过程进行仿真。虚拟制造技术可以缩短产品开发周期，大大降低生产成本。

2.6  智能制造

智能制造是由智能机器人和人类专家组成的人机一体化智能系统，其创新之处在于能自动分析、判断、构思和决策。智能制造能代替人类专家完成一部分脑力劳动，把制造自动化的概念更新，并扩展到柔性化、智能化和集成化。目前应用智能制造技术的农机制造企业很少。

3  先进制造技术在农机装备制造中存在的问题

3.1  先进制造技术覆盖率低

目前，先进制造技术在我国农业领域覆盖率很低，只有龙头企业和极少数中小企业能够引进先进技术和设备，而大部分中小企业还在使用落后的原始制造技术和设备。优质、高效、低耗工艺的普及率不足10%，数控机床、精密设备不足5%，配有国产数控系统的中档数控机床不超过25%，高档数控机床90%以上依赖进口。

对一个国家来说中小制造企业是一个国家经济的重要组成部分，是劳动力就业的主要场所。

在美国，中小农机制造企业占美国总农机制造企业总数的82.3%，创造的产值超过美国农机制造业总产值的50％，吸纳的就业人数达到制造业总人数的2/3；在日本，中小农机制造企业占制造企业总数的92.3%，从业人员占制造业总人数的80.6%，产值占制造业总产值的55.5%；在德国，绝大部分都是中小型企业。

3.2  引进的先进制造技术无法发挥全部功能

随着我国经济实力的快速发展，大量的先进技术得以引进，但引进后的技术却只使用了其50%不到的功能。如，因为PLC编程的问题以及相关技术问题，五轴联动的数控机床只用了其中的三轴联动；数控加工中心当作普通的三轴数控铣床使用[12]。使得收益总合远小于投资总和，企业资金不足，发展困难。

3.3  CAD/CAM/CAE等成熟技术无法合理应用

企业技术人员不能熟练掌握CAD/CAM/CAE等技术，不能将这些技术合理地投入到实际生产中。目前，很多农机企业要对技术人员进行CAD/CAM/CAE等技术再培训，不仅耽误工厂的实际生产，也花费大量的培训费用。

3.4  自动化程度低

先进制造技术与自动化设备是相辅相成的，没有自动化设备，再先进的技术也无法发挥出优势。现今大多数企业无法装备柔性制造系统等自动化设备，仍然依靠人工操作设备，既无法保证加工质量和精度，又耗时耗力。

4  问题存在的原因

4.1  产品技术落后

目前大部分农机制造企业无法根据市场需求制造相应的产品，只是一味地按照自己的套路生产产品。当需要转换生产方向时，现有产品无法销售，企业没有充足的资金来转换生产技术和装备，造成产品落后，竞争力不强。目前机械产品价格昂贵、回收周期长，大部分土地规模小、分散等问题，影响对机械的投入。

国内实力较强的大企业和实力较弱的中小企业，都一味的追求产品低成本，导致产品外观粗糙、质量差和精度低等问题。

先进制造技术是国际性、多元化技术，对相关人员的综合要求较高，仅知道其功能、使用方法还不够，还必须具有一定与时俱进的思维能力。如今的制造企业面临着这样的严重问题，大量从业人员知识陈旧、老化，已经不符合经济国际化和制造现代化的要求。

4.2  先进制造技术垄断性强

我国制造业起步晚，与发达国家差距较大。先进制造技术被国外掌握并垄断，垄断使得国内企业的引进成本大大增加，我国中小企业无能力引进，这也是先进制造技术无法普及的原因之一，此外，国内无法有相匹配的零件，导致引进的先进设备维修、保养费用较高。

4.3  政府投入强度不够

中小企业只依靠自身引入和研究先进制造技术是远远不够的，没有国家强有力支持，永远无法得到大规模的应用，然而国内对先进制造技术的投入和相关政策引导少，特别是对中小型企业。反观世界制造强国却形成了强烈对比，美国、德国、日本、英国和韩国5个工业发达国家对先进制造技术的投入，如表1所示。

表1 美国、德国、日本、英国和韩国对先进制造技术投入经费

由表1可以看出，发达工业国家对先进制造技术的重视程度，而国内状况是政府只提供小部分帮助，社会中大量的资金也不去投资制造业，导致大部分的资金都需要企业自己承担，加大了企业运营难度。

5  推进对策

5.1  制定先进制造技术发展战略

工业发达国家都通过指定一系列的规划、管理、资助与协调，并投入大量的资金来推进先进制造技术的应用，在整个推广过程中，还起到监督、调控等作用。

5.2  大力扶持中小企业对先进制造技术的应用

目前我国农机制造业中大部分是中小企业，它们是支柱，能吸收大量的劳动力，所以对很多中小型企业的扶持是必须大力投入的。发达国家扶持中小企业先进制造技术的开发和应用情况如表2所示。

表2 发达国家扶持中小企业先进制造技术的开发和应用

国内可以参考发达国家的扶持战略，先由企业内部管理及技术人员学习先进制造技术知识，并对其给予一定的帮助，然后资助一部分中小企业，将落后的生产技术更新为先进制造技术，然后逐步推进其余中小型企业。

5.3  大力培养先进制造技术方面的专业人才

没有先进制造技术方面的人才，企业也无法将技术充分发挥，不仅不能帮助企业更好地调整生产，反而会耗费大量资金。因此应该在国内部分大学建立先进制造技术相关专业，以培养思维、知识等综合能力都达到技术要求的学生，储备培养将来的工程师或者科研人员。要同步在各大专科院校建立先进制造技术相关专业，以培养将来可供企业使用的操作及维修人员。

5.4  调整发展战略，紧跟市场走向

针对目前市场的多元化要求，农机制造行业不能单一的、大批量制造一件产品，而应小批量、多品种的生产。企业必须派遣有关人员深入农村做好市场调查，明确市场定位，并快速的展开设计制造。

对于制定先进制造技术发展战略和扶持中小制造企业对先进制造技术的开发和应用对策，主要是从政府部门来规划，上述对策的制定者都是政府部门。

所以从制定战略目标来说，可以采取先调研，后制定的方法，每个地区的相关部门先对本地区的每个农机制造厂的总体状况做出分析，找出所存在的问题，再判断市场走向，根据这两个方面制定出适宜本地区的战略发展路线。

大力扶持中小制造企业需要付出相应的经济支持，可以减免中小企业的赋税，或者拿出一部分的资金对相应的领先中小型企业进行奖励，鼓励其发展。这部分资金是政府部门可以承受的，因此上述对策从政策和经济方面来说，都是可行的。

先进制造技术方面的人才对策来说，实行起来并不困难，只是需要时间发展，可以在全国高校相关工科专业中开设与先进制造技术相关的课程，然后再逐渐向直接设立先进制造技术专业这个方向发展，从经济方面来说也是学校完全可以承担的，所以说也具有可行性。

6  结束语

目前，农机制造业存在先进制造技术覆盖率低、引进的先进制造技术无法发挥全部功能、CAD/CAM/CAE等技术无法合理应用和自动化程度低等问题。如果不能很好解决这些问题，将严重制约我国农机制造业的发展。只要重视存在的问题，按照相应办法提出可行措施，先进制造技术在农机装备制造中的应用水平将会大幅增加。