对我国农机化科技创新的思考

　　【中国农机网 专家观点】编者按：2018年底，国务院印发《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》。为认真贯彻学习国务院文件精神，加快推进农机化科技创新，现将中国工程院罗锡文院士撰写的《对我国农机化科技创新的思考》文章刊发，供各地学习参考。

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　　对我国农机化科技创新的思考
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　　中国工程院院士?罗锡文
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　　习近平总书记在2018年两院院士大会上指出，“当前，我国科技领域仍然存在一些亟待解决的突出问题”，“我国基础科学研究短板依然突出”，“关键核心技术受制于人的局面没有得到根本性改变”。学习习总书记的重要讲话，研判我国农业机械化发展现状，我们清醒地看到，虽然我国农业机械化取得了长足进步，但与发达国家相比，还有很大的差距，还有很多短板和薄弱环节，很多关键核心技术还受制于人。为促进我国农业机械化又好又快地发展，我们比历史上任何时期都需要增强农机科技创新的能力，我们要“把握大势，抢占先机，直面问题，迎难而上”，为我国农业机械化发展提供高质量科技供给，着力支撑现代农业建设。
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　　一、我国农业机械化取得的主要成就
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　　2004年是我国农业机械化发展历史上最重要的一年。2004年11月1日，全国人大颁布实施了《中华人民共和国农业机械化促进法》(以下简称《促进法》)，在我国的农业机械化发展中发挥了重要的引领保障作用。2004年我国正式启动农机购置补贴政策，当年中央财政安排补贴资金0.7亿元，2015年中央财政安排补贴资金237.5亿元，是2004年的237倍。在《促进法》和农机购置补贴政策的推动下，我国农业机械化取得了快速发展。
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　　（一）农机装备总量增加，结构优化
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　　2016年全国农机总动力达到了9.7亿千瓦，比2004年增加4.7亿千瓦，增长94%；装备结构加快向大马力、多功能、高性能方向发展，大中型拖拉机、联合收获机、水稻插秧机保有量分别超过645万台、190万台和77万台，分别是2004年的5.8倍、4.7倍和14.8倍。经济作物、畜禽水产养殖、林果业及农产品初加工机械保有量快速增长。
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　　（二）农机作业水平大幅提高
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　　2016年全国农作物耕种收综合机械化水平达到65.2%，比2004年提高31个百分点。三大粮食作物耕种收综合机械化率均超过75%，小麦生产基本实现全过程机械化。水稻机械种植、收获水平分别从2004年的6%和27%提高到2016年的45%和87%，玉米机收水平从2%提高到67%。以农机为载体，精量播种、化肥深施、高效植保、低损收获和秸秆还田等增产增效型技术迅速推广，保护性耕作和深松整地面积分别超过1.3亿亩和1.6亿亩，进一步挖掘了粮食增产潜力，增强了农业抗灾能力。
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　　（三）农机社会化服务蓬勃发展
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　　截至2016年底，全国农机化作业服务专业户和农机合作社等各类服务组织数量分别超过505万个和6.3万个，涌现了一大批懂技术、会操作、善经营的农机能手，农机化经营总收入达到5388亿元，利润总额达到2066亿元。农机社会化服务已成为农业社会化服务的突出亮点，缓解了青壮年劳动力外出务工对农业生产带来的不利影响，促进了土地流转和规模经营，提高了农业集约化水平和组织化程度。
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　　（四）带动农机工业振兴发展
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　　受农机购置补贴政策等多方面的拉动，我国农机产销两旺，带动农机工业快速发展，农机工业总产值连续10年保持两位数增长，从2004年的854亿元增加到2016年的4516.39亿元，位居世界第一。目前，我国农机产业集群初步形成，科技含量、产品质量和售后服务水平不断提高，主要农机产品基本满足主要粮食作物生产机械化的需要。
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　　二、我国农业机械化存在的差距与主要问题
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　　（一）我国农业机械化存在的差距
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　　虽然我国的农业机械化取得了长足进步，但是，与发达国家相比，在农业机械化水平、农机装备制造水平、产品可靠性和农机作业效率等方面我国还有很大差距。
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　　1.农业机械化水平
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　　2016年我国农作物耕种收综合机械化水平为65.2%，而世界上主要发达国家在20世纪50～80年代相继实现了全面机械化。美国于1946年基本实现了农业机械化，1954年全面实现了农业机械化；加拿大和原西德在20世纪60年代末期全面实现了农业机械化；与我国农业生产情况相似的日本和韩国也分别于1982年和1996年全面实现了农业机械化。
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　　2.农机装备制造水平
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　　拖拉机和收获机是两种代表农业机械设计和制造水平的典型产品。与美国相比，我国差距较大。拖拉机方面，美国于1970年开始釆用动力换挡技术，而我国是2014年研发，相差44年；美国于1961年开始釆用闭心式液压系统，而我国是2010年，落后39年；美国于1980年生产了250马力拖拉机，而我国2015年才生产240马力拖拉机，晚了35年。收获机方面，美国在1976年开始生产纵轴流谷物联合机，而我国是35年后的2011年；美国1979年就有了割幅6米、发动机功率230马力的谷物联合收割机，我国在2013年才生产割幅5.3米、发动机功率220马力的收割机，相差34年。
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　　3.产品可靠性
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　　上世纪八十年代意大利菲亚特公司拖拉机的平均故障间隔时间(MTBF)指标是350小时，而我国某大型农机企业的拖拉机MTBF指标2017年才达到330小时，落后30～40年。
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　　4.农机作业效率
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　　2016年我国田间作业亩均动力0.41kW，美国亩均动力0.06～0.07kW，我国是美国的5.8～6.8倍；发达国家农机动力机械与作业机具之比为1:(3～6)，而我国平均只有1:1.6，说明我国的农机作业效率和综合利用率不高。
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　　（二）我国农业机械化存在的主要问题
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　　受我国国情、资源禀赋和传统农耕文化的影响，不同区域的耕作制度和生产习惯差异大，面对现代农业建设“调结构、转方式”的新要求，农业机械化基础研究与关键技术研究薄弱，技术集成度不够，可持续发展能力弱，已经成为制约我国农业转型升级的“短板”和瓶颈。
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　　1.?研究基础薄弱
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　　农机化科研基础数据积累不够，土壤、作物(动物)和机器互作机理研究不足，现代农业生产和健康养殖新工艺设计理论缺乏，原创性重大突破少，难以满足我国地域多样性、作物多元化、农艺复杂性和可持续发展的需求。
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　　2.?技术模式不明确
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　　例如，在耕作方面，无论土壤类型、水田旱田和丘陵平原，现在全国大都采用旋耕，犁耕、深松和免耕等耕作方式没有优化组合，造成土壤耕层“浅实少”，有机质低且分布不均匀；在种植方面，水稻插秧与直播、油菜移栽与直播、玉米种植平作与垄作等，不同地区宜采取何种种植方式，缺乏科学论证；在收获方面，油菜、马铃薯的分段收获与联合收获、甘蔗整秆收获与切断收获、牧草刈割与饲草青贮致密收获等技术路线不明确；丘陵山区机械化发展路径不明确等。
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　　3.?农机农艺结合不紧密
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　　适宜不同区域机械化的高产优质品种、高产高效标准化栽培模式和田间管理技术缺乏，机械化与规模化结合不紧密，饲草料生产机械化技术研究滞后，家庭农场种养一体化模式与技术亟待完善，设施园艺标准化机械化程度低，影响产能的充分发挥。
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　　4.?技术系统不完整
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　　缺乏对农业机械化的系统研究与技术集成，尚未形成完善的全程机械化技术模式和标准化的机器配置系统，关键配套技术与机具不足。粮经饲种植和畜禽水产养殖中省时、省力、节水、节肥、节药、节种、节地和节能的机械和农业剩余物资源化利用等机械化技术之间衔接与配套不足，技术规范不健全，与转变农业发展方式不适应。
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　　三、对我国农机科技创新的思考
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　　为进一步缩小我国农业机械化与发达国家之间的差距，提升我国农机科技创新能力，促进我国农业机械化又好又快地发展，建议实施“3-2-3”的发展思路，即明确“三步走”的战略目标，坚持两项发展原则，落实三项重点任务。
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　　（一）明确“三步走”的战略目标
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　　按照党的十九大提出的三步走战略和乡村振兴战略目标任务安排，我国农机科技创新和农业机械化发展三步走的战略是：
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　　到2025年，基本实现农业机械化，农机科技创新能力显著增强，重点突破农机化发展的薄弱环节和关键核心技术，实现我国农业机械化“从无到有”和“从有到全”。
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　　到2035年，全面实现农业机械化，农机科技创新能力基本达到发达国家水平，重点以信息技术提升农机化水平，实现我国农业机械化“从全到好”。
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　　到2050年，农业机械化达到更高水平，实现自动化和智能化，农机科技创新能力与发达国家“并跑”，部分领域“领跑”，重点以智能技术引领农机发展，实现我国农业机械化“从好到强”。
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　　（二）坚持两项发展原则
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　　1.全程全面机械化同步推进
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　　全程机械化主要从植物和动物的生产环节上考虑，包括产前、产中和产后各个环节的生产机械化。以植物生产为例，产前包括育种和清选、分级、包衣、丸粒化处理等种子加工机械化；产中包括耕整、种植、田间管理、收获、干燥和秸秆处理6个环节的机械化；产后包括加工和储藏机械与装备。
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　　全面机械化，指机械化在农业生产领域横向的拓展。主要指农业机械化向三个方面的全面发展，包括“作物”全面化、“产业”全面化和“区域”全面化。“作物”全面化，指由粮食作物向经济作物、园艺作物和饲草料作物全面发展，由粮、经二元结构向粮、经、饲三元结构转变。“产业”全面化，指由种植业向养殖业(畜、禽、水产)、农产品初加工等全面发展。“区域”全面化，一是指各种农产品的优势区域布局。二是指农业机械化由平原地区向丘陵山区拓展。目前平原地区的机械化程度较高，但丘陵山区的机械化程度很低甚至无机可用，所以亟需研究推进由平原地区机械化向丘陵山区机械化拓展。
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　　2.农机1.0至农机4.0并行发展
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　　农机1.0是指“从无到有”，特点是以机器代替人力和畜力，如以拖拉机耕田代替人犁田、以插秧机插秧代替人插秧、以喷雾机施药代替人打药、以收获机收获代替人扮禾、以干燥机干燥代替人晒谷。目前我们在这一阶段已取得了很大的成绩，但还有很多“短板”和薄弱环节，所以还要“补课”。
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　　农机?2.0是指“从有到全”，特点是全程全面机械化，包括植物生产和动物生产的产前、产中和产后各个环节的全程机械化，以及农业机械化向“作物”全面化、“产业”全面化和“区域”全面化三个方面的全面发展。这是我们现阶段要大力“普及”的方向。
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　　农机3.0是指“从全到好”，特点是用信息技术提升农业机械化水平，包括农业机械设计、制造、作业和管理水平。融合现代微电子技术、仪器与控制技术、信息通讯技术，推动农业机械装备向数字化、信息化、自动化和智能化方向快速发展。这一阶段我们正在进行试验“示范”。
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　　农机4.0是指“从好到强”，即要实现农机自动化和智能化，农机+互联网，这个方向我们要积极探索。
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　　根据我国的国情，从农机1.0至农机4.0我们不能走顺序发展的道路，必须并行发展，实现弯道超车。
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　　（三）落实三项重点任务
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　　1.薄弱环节农业机械化科技创新（“补短板”）
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　　开展薄弱环节机械化技术创新研究，主要包括应用基础研究，粮食、经济作物和饲草料薄弱环节技术研发，健康设施养殖工程，区域、水果蔬菜饲草料与畜禽水产机械化技术体系集成研究示范，农村生活废弃物处理与综合利用7个方面。系统地解决当前和今后一个时期我国农业机械化发展的薄弱环节，提高农业机械化发展科技含量，加速推进农业现代化进程，全面提升我国农业综合生产能力和农产品国际竞争力，促进农业可持续发展和农民增收。
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　　应用基础研究包括：土壤合理耕层构建机理与优化方法、主要作物精准高速种植机理与规范、主要作物高效低损收获机理与规范、畜禽适度规模养殖和水产健康养殖设施与环境系统机理研究、农业装备标准化体系研究和机械化技术体系构建与评价方法研究。
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　　粮食作物生产薄弱环节关键技术研究包括：水稻、小麦、玉米、马铃薯、甘薯、杂豆杂粮、粮食干燥与贮藏。
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　　经济作物和饲草料薄弱环节关键技术研发包括：棉油糖、大宗水果、大宗露地蔬菜、设施园艺和饲草料生产加工。
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　　健康设施养殖工程关键技术研发包括：生猪健康养殖、家禽健康养殖和规模化设施水产养殖。
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　　区域机械化技术集成与示范包括：东北地区、黄淮海地区、长江中下游地区、西北地区、西南地区和华南地区。
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　　水果蔬菜、饲草料与畜禽水产养殖加工机械化技术集成与示范包括：蔬菜水果生产、饲草料生产、适度规模种养循环、奶牛中小规模养殖设施设备升级与智能化、水产养殖和畜禽屠宰加工。
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　　农村生活废弃物(固、液)处理与综合利用包括：农村池塘清淤、生活废水、生活垃圾、畜禽粪便和病死动物的机械化处理技术集成与示范。
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　　2.现代农机装备关键核心技术科技创新（“攻核心”）
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　　为贯彻习近平总书记关于“在关键领域、卡脖子的地方下大功夫，集合精锐力量，作出战略性安排，尽早取得突破”的重要讲话精神。根据我国现代农机装备发展现状，当前我国亟需在共性关键技术、重大装备、基础零部件以及材料和制造工艺4个方面尽早取得突破。
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　　共性关键技术主要包括：非道路用柴油发动机技术，大功率拖拉机电控液压提升技术，农业机械用传动系统技术。
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　　重大装备主要包括：200马力以上拖拉机，大型谷物联合收割机，高效青贮饲料收割机，农机装备生产与检测平台。
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　　基础零部件主要包括：拖拉机200马力以上用电控提升器和悬浮前驱动桥，收获机械承载能力18吨以上大型收获机械电控换挡变速箱，高性能大排量电控变量泵和变量马达，圆盘式和链轨式高效青贮机割台，高速轴承(4000r/min以上)，采棉机摘锭总成，液压件液压阀阀心、阀套、比例阀电磁铁和软磁铁芯。
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　　材料与制造工艺主要包括：低速动力输出轴，高速翻转犁体，动力换挡变速箱离合器轮毂材料与工艺。
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　　3.农机装备智能化科技创新（“强智能”）
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　　以“信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性服务”的智能农机为目标，以大田规模化种植、设施农业、果园和畜禽水产养殖等领域为重点，开展智能农机装备传感器、农机导航、精准作业和运维管理4方面研究。
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　　一是在农机装备专用传感器方面，开展作业载荷、工况环境、本体信息、生理生态和作业质量等测试对象特性与测试机理研究，研发敏感材料和关键芯片，开发专用传感器。
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　　二是在农机导航及自动作业技术方面，开展轮角转向测定技术研究，研发电动方向盘电机、以机具为基准的机组定位技术和星基增强技术，提高导航精度与稳定性及自动作业性能。
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　　三是在精准作业方面，开展与农艺相适应的作物精准播种、灌溉、施肥、施药、收获和干燥等技术研究，实现农机作业过程的实时分析决策与自主优化控制；开展养殖生产中的精准环控、饲喂和防疫等研究。
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　　四是在运维管理智能化方面，开展农机信息获取、高效调度、远程运维、故障预警、智能诊断和协同作业等技术研究，通过信息技术系统集成，实现农机装备高效智能运维管理。
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　　结束语
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　　“农业的根本出路在于机械化”。上世纪末，美国工程技术界将“农业机械化”评为20世纪对人类社会进步起巨大推动作用的20项工程技术之一，列第7位。世界各国的经验表明，农业机械化是现代农业建设的重要科技支撑。我国的农业机械化为提高我国农业的劳动生产率、土地产出率和资源利用率发挥了重要作用，为保障我国粮食安全和食物安全作出了重要贡献。但与发达国家相比，我国的农业机械化还有很大差距，并面临差距拉大的严峻挑战。形势逼人，挑战逼人，使命逼人，我们要充分认识农机科技创新是农业机械化发展的第一动力，深刻把握农机科技创新与发展大势，坚决贯彻落实习总书记的重要讲话精神，“矢志不移自主创新，坚定创新信心，着力增强自主创新能力”，努力推进农业机械化又好又快地发展，为我国现代农业建设提供强有力的科技支撑。

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