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習(xí)近平總書記指出，要大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化，給農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化插上科技的翅膀。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐步呈現(xiàn)出“工業(yè)化”的趨勢。
當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的流程顆粒度越分越細(xì)，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動的生產(chǎn)組織管理模式得到了廣泛的認(rèn)可，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的組織方式初步具備了工業(yè)化流程生產(chǎn)的特點(diǎn)?？梢灶A(yù)見，這種生產(chǎn)模式將會極大地解放人力，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，并將深刻地影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的上、下游。
與工業(yè)生產(chǎn)類似，貫穿農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上、下游的核心是“裝備”和“信息”，尤其是兩者融合而成的“智能農(nóng)機(jī)裝備”，其應(yīng)具有信息數(shù)據(jù)處理與智能作業(yè)能力。從全球農(nóng)機(jī)巨頭的技術(shù)布局來看，這一趨勢已十分明顯。但是，在我國傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家的情況下，如果仍采用按部就班的“追趕策略”，必然導(dǎo)致我國農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系的建設(shè)“一步落后，步步落后”。
因此，在全球農(nóng)機(jī)工業(yè)強(qiáng)國紛紛開展新一代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系建設(shè)的起跑時刻，我國的農(nóng)機(jī)工業(yè)借助我國在信息技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢，打造以信息技術(shù)為核心承載的自主可控的農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系，將是一種重要探索。
農(nóng)業(yè)機(jī)械泛指在種植業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中，以及農(nóng)、畜產(chǎn)品初加工和處理過程中所使用的各種機(jī)械。而以提供動力輸出為主要特征的拖拉機(jī)則被作為農(nóng)業(yè)機(jī)械的代表產(chǎn)品，其技術(shù)發(fā)展水平在很大程度上反映了一個國家農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)水平。因此，本文將以拖拉機(jī)為代表來闡述我國農(nóng)機(jī)工業(yè)創(chuàng)新體系的建設(shè)思路。
1.我國的農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系長期依靠“引進(jìn)消化吸收”
1.1 我國農(nóng)機(jī)體系創(chuàng)新發(fā)展史
新中國成立以前，我國沒有自己的農(nóng)機(jī)工業(yè)體系。新中國成立后，我國農(nóng)機(jī)工業(yè)發(fā)展歷程大致可分為兩個階段。
第一階段始于20世紀(jì)50年代。這一時期，我國立足于集體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，并于“一五”期間引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)。例如，興建“東方紅洛陽拖拉機(jī)廠”，并以哈爾科夫拖拉機(jī)廠“德特54”為基礎(chǔ)生產(chǎn)出“東方紅54”金屬履帶式拖拉機(jī)，這標(biāo)志著我國從此由鐵犁牛耕開始進(jìn)入農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程。這些拖拉機(jī)制造企業(yè)代表了一個時代的技術(shù)水平，成為當(dāng)時的十大農(nóng)機(jī)制造廠，也為我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入新的時代奠定了基礎(chǔ)。
同期還有1956年正式命名的天津拖拉機(jī)廠及“鐵?！迸仆侠瓩C(jī)，1958年建立的長春拖拉機(jī)廠生產(chǎn)的“上游”牌拖拉機(jī)，1958年上海拖拉機(jī)廠生產(chǎn)的第一臺“紅旗”牌拖拉機(jī)，以及江西、清江、邢臺、湖北、新疆等拖拉機(jī)廠。
第二階段始于改革開放。此時，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式由集體生產(chǎn)模式改變?yōu)榘a(chǎn)到戶，以蘇聯(lián)技術(shù)為基礎(chǔ)的農(nóng)機(jī)技術(shù)體系已難以滿足個體化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的復(fù)雜多變的使用需求，于是十大農(nóng)機(jī)制造廠紛紛推出滿足農(nóng)村改革的小四輪、小手扶等農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。但是，這一短暫的自主創(chuàng)新產(chǎn)品屬于“土法制造”，成“體系”不足。在“技術(shù)換市場”的思路指導(dǎo)下，我國于20世紀(jì)80年代末以成套引進(jìn)意大利菲亞特的中、大馬力輪式農(nóng)機(jī)體系為標(biāo)志，開始了以歐美技術(shù)體系為代表的第二代農(nóng)機(jī)體系的“引進(jìn)—消化—吸收—再創(chuàng)新”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程，并以此為基礎(chǔ)催生了以產(chǎn)業(yè)配套為特征的農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)和新的農(nóng)機(jī)品牌。
如今，以河南洛陽、山東濰坊、江蘇常州為主的三大農(nóng)機(jī)生產(chǎn)制造基地已經(jīng)成型；此外，浙江東部、安徽蕪湖、吉林、河北等地也形成了一定規(guī)模的農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)聚集。
1.2 我國農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系的斷代劃分
體系的建立不僅包含技術(shù)體系，還包括制造體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、商業(yè)體系、人才體系等。僅從技術(shù)體系上來看，上述兩個歷史階段明顯分屬兩代不同的技術(shù)體系，并且時間上的持續(xù)期都在30年左右。從全球來看，以美國凱斯公司2016年研制的全球第一臺無人駕駛智能農(nóng)機(jī)作為標(biāo)志，世界農(nóng)機(jī)發(fā)展站到了以信息技術(shù)為核心的新一代農(nóng)機(jī)體系的關(guān)口。
技術(shù)發(fā)展的斷代（整理、區(qū)分、分代）對于厘清思路、指導(dǎo)研發(fā)具有重要意義。因此，有必要對我國農(nóng)機(jī)技術(shù)體系進(jìn)行斷代劃分。世界上，農(nóng)機(jī)正式起源于18世紀(jì)60年代第一次工業(yè)革命，而直到1949?年新中國成立后我國才開始建設(shè)自己的農(nóng)機(jī)工業(yè)體系。
我國農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系技術(shù)斷代圖
因此，我們將以拖拉機(jī)為代表的我國農(nóng)機(jī)工業(yè)發(fā)展歷程劃分為三個階段，即三代體系：
第一代體系——蘇聯(lián)技術(shù)體系（1956~1986年），以差速轉(zhuǎn)向技術(shù)、動力系統(tǒng)、濕式主離合器等技術(shù)為核心；
第二代體系——?dú)W美技術(shù)體系（1986~2016年），以電動燃油噴射、高壓共軌燃油機(jī)、動力換擋等技術(shù)為核心；
第三代體系——信息化技術(shù)體系（2016~2046年），以清潔能源、無人化和智能化作業(yè)為主要特征的新一代農(nóng)機(jī)技術(shù)體系。
第一代與第二代農(nóng)機(jī)體系大致都經(jīng)過了30年發(fā)展歷程，尤其是改革開放以來建立在第二代體系之上的農(nóng)機(jī)工業(yè)更是成績斐然。自2004年6月25日全國人大通過《中華人民共和國農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》后，我國的農(nóng)機(jī)工業(yè)經(jīng)歷了“黃金十年”的快速發(fā)展。2018年國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，全行業(yè)主營業(yè)務(wù)收入2601.32億元人民幣，我國已經(jīng)成為全球第一農(nóng)機(jī)制造大國。
1.3 我國的農(nóng)機(jī)行業(yè)存在的核心問題
由于我國農(nóng)機(jī)的前兩代技術(shù)體系都是依靠技術(shù)引進(jìn)，屬于追趕者，這是造成我國農(nóng)機(jī)工業(yè)長期處于落后狀態(tài)的核心原因之一。綜合來看，我國的農(nóng)機(jī)行業(yè)存在的核心問題主要體現(xiàn)在三個方面。
（1）我國農(nóng)機(jī)工業(yè)長期依靠引進(jìn)、消化、吸收國外農(nóng)機(jī)技術(shù)，缺乏自主的創(chuàng)新技術(shù)能力和基礎(chǔ)技術(shù)研究，導(dǎo)致我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)“大而不強(qiáng)”。
從農(nóng)機(jī)裝備整體水平上來看，由于缺乏大量基礎(chǔ)共性技術(shù)研究，核心零部件長期依賴進(jìn)口，雖然目前我國已經(jīng)成為全球第一的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)制造和消費(fèi)大國，但整體的裝備技術(shù)水平與全球農(nóng)機(jī)強(qiáng)國相比，還存在至少30年以上的差距。
從行業(yè)龍頭規(guī)模來看，國內(nèi)農(nóng)機(jī)行業(yè)競爭格局分散，市場集中度有待提高，具備國際競爭力和品牌影響力的大型企業(yè)集團(tuán)嚴(yán)重缺乏。
2018年我國農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)總產(chǎn)值為2600多億元人民幣（不含零部件企業(yè)），其總額僅為全球農(nóng)機(jī)巨頭約翰迪爾公司293億美元產(chǎn)值的1.3倍左右。
同期我國最大農(nóng)機(jī)企業(yè)總產(chǎn)值只有不到百億元人民幣，與世界農(nóng)機(jī)巨頭相比存在當(dāng)量級的差距。究其根源還是創(chuàng)新不足：我國農(nóng)機(jī)企業(yè)的研發(fā)費(fèi)用占企業(yè)銷售額不足?2%，而國外主要農(nóng)機(jī)企業(yè)基本在?4%~6%。
現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與試驗(yàn)條件滯后，產(chǎn)品開發(fā)周期是國際水平的?2~3?倍。
學(xué)科方面，農(nóng)業(yè)裝備學(xué)科世界前?20名高校均分布在歐、美、日，中國高校無一入圍。
人才方面，我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)到?2020?年的人才缺口為16.9萬人，到?2025年缺口將高達(dá)44萬人。
（2）我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)品需求多元，但實(shí)際情況是農(nóng)機(jī)種類少，低水平重復(fù)、惡性競爭現(xiàn)象嚴(yán)重。
我國地域遼闊，經(jīng)緯度跨度大，導(dǎo)致我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)出多樣化的特征，如長江中下游地區(qū)的水田、東北黑土地的規(guī)模農(nóng)業(yè)、寧夏青海地區(qū)的干旱農(nóng)業(yè)、西南地區(qū)的丘陵山地農(nóng)業(yè)、渤海灣地區(qū)的鹽堿地農(nóng)業(yè)等。
復(fù)雜的地形地貌與氣候特征導(dǎo)致農(nóng)作物的品種多樣化，作業(yè)方式多樣化，因此所需要的農(nóng)業(yè)裝備也是多樣化。但是由于農(nóng)機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)體系不掌握在自己手中，導(dǎo)致新產(chǎn)品研發(fā)周期長、水平低，加上核心技術(shù)的基礎(chǔ)投入不足，使得我國農(nóng)機(jī)企業(yè)產(chǎn)品扎堆嚴(yán)重，呈現(xiàn)低水平重復(fù)、惡性競爭的特點(diǎn)。
目前，我國農(nóng)機(jī)品種依然聚焦在三大主糧作物的耕種收環(huán)節(jié)，針對棉、麻、油、糖等作物則缺少農(nóng)機(jī)供給。從全球范圍看，全球農(nóng)機(jī)產(chǎn)品種類已達(dá)7000多種，而我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的品種只有?4000多種。
我國“無機(jī)可用”現(xiàn)象將長期存在，根據(jù)區(qū)域生產(chǎn)特點(diǎn)開展個性化農(nóng)機(jī)定制的需求迫切。
（3）依靠現(xiàn)有的農(nóng)機(jī)體系不能滿足鄉(xiāng)村振興、“一帶一路”建設(shè)等國家需求。
一切技術(shù)催生的勞動工具都是生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系相互作用的必然結(jié)果，農(nóng)業(yè)機(jī)械的革新過程也是社會發(fā)展歷程的反映。
從社會發(fā)展角度看，隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，農(nóng)村人口逐步轉(zhuǎn)為城市人口，農(nóng)村勞動力的短缺導(dǎo)致出現(xiàn)土地“撂荒”的現(xiàn)象。“00后”“10后”很難再像他們的祖輩一樣從事傳統(tǒng)“面朝黃土背朝天”的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施需要吸引更多的中高端技術(shù)人才回流到農(nóng)村成為新時代的職業(yè)農(nóng)民，從而實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化發(fā)展和鄉(xiāng)村振興相得益彰，良性互動。而這些“新農(nóng)民”則需要借助高端智能農(nóng)機(jī)，如同操作手機(jī)、電腦一樣來從事現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
從新時期的社會主義土地制度看，土地屬于國家和集體，但是在生產(chǎn)關(guān)系變革過程中，土地制度也隨之變革。從新中國成立后的人民公社制度，到改革開放后的“包產(chǎn)到戶”，再到如今的土地確權(quán)中的“三權(quán)分立”，都伴隨著土地集約化程度的改變。小農(nóng)經(jīng)濟(jì)的精耕細(xì)作與規(guī)模化生產(chǎn)的精準(zhǔn)高效，都會反應(yīng)在生產(chǎn)工具的創(chuàng)新變革上。我國土地的適度規(guī)模經(jīng)營以及人民對高質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品的需求，都將催生智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備，而目前的生產(chǎn)工具并不能適應(yīng)這樣的發(fā)展趨勢和要求。
此外，“一帶一路”沿線發(fā)展中國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)水平較低，急需中小型農(nóng)機(jī)裝備。而對于中小型農(nóng)機(jī)裝備，發(fā)達(dá)國家不愿意制造，“一帶一路”沿線國家沒有能力制造，這種情況下我國的農(nóng)機(jī)工業(yè)蘊(yùn)含巨大的發(fā)展機(jī)遇。然而，目前我國出口到中亞和非洲市場的拖拉機(jī)竟然競爭不過印度馬恒達(dá)這樣的農(nóng)機(jī)企業(yè)。因此，我國農(nóng)機(jī)工業(yè)亟待研發(fā)技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量過硬的第三代農(nóng)機(jī)。
中國的發(fā)展面臨“百年未有之大變局”，中美經(jīng)貿(mào)摩擦只是這場大變局的開端。糧食安全作為國家三大基礎(chǔ)安全之一，在中美經(jīng)貿(mào)摩擦的大背景下重要性愈發(fā)突出。美國每次都將大量農(nóng)產(chǎn)品的輸入作為談判的主要訴求，而大量農(nóng)產(chǎn)品輸入將逐步削弱我國糧食自我保障能力。
依靠第三代農(nóng)機(jī)推動我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變革的時代已經(jīng)來臨。如同我國移動通信產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)“2G跟隨—3G突破—4G同步—5G引領(lǐng)”的歷史性跨越一樣，必須在農(nóng)機(jī)行業(yè)構(gòu)建自主可控的第三代農(nóng)機(jī)的創(chuàng)新體系，走出一條我國農(nóng)機(jī)工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的新道路。
2.構(gòu)建自主可控的第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系
2.1 第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系特點(diǎn)
以美國凱斯公司2016年研制的全球第一臺無人駕駛智能農(nóng)機(jī)作為標(biāo)志，世界農(nóng)機(jī)發(fā)展站到了以信息技術(shù)為核心的第三代農(nóng)機(jī)體系的關(guān)口。信息技術(shù)驅(qū)動的第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系，具體有?3?個特點(diǎn)：
電子化實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)數(shù)字控制
網(wǎng)聯(lián)化實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)互聯(lián)互通
智能化實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)無人作業(yè)
具體來說，就是以機(jī)械裝備為載體，融合電子、信息、生物、環(huán)境、材料、現(xiàn)代制造等技術(shù)，不斷增強(qiáng)裝備技術(shù)適應(yīng)性、拓展精準(zhǔn)作業(yè)功能、保障季節(jié)勞動作業(yè)可靠性、提升復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造高效性、改善土壤-動植物-機(jī)器-人與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)“安全多能、自動高效、精準(zhǔn)智能”。
2.2 第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系核心路線
由于第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新技術(shù)將傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)從機(jī)械控制帶到了“機(jī)械、控制、通信、計(jì)算”融合的新階段，需要中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所這樣的信息領(lǐng)域相關(guān)單位進(jìn)入該領(lǐng)域，并積極主導(dǎo)推進(jìn)新體系的建立，從而建立類似于信息產(chǎn)業(yè)的分工模式。
以信息產(chǎn)業(yè)為例，蘋果、華為等信息領(lǐng)域的企業(yè)，以構(gòu)建體系、攻克關(guān)鍵技術(shù)、輸出解決方案和提供服務(wù)為業(yè)務(wù)核心，真正的生產(chǎn)制造由富士康、比亞迪等代工企業(yè)完成。
因此，第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系的核心思維方式就是把農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔⒓夹g(shù)為核心的高科技智能農(nóng)業(yè)裝備。而智能農(nóng)業(yè)裝備的實(shí)現(xiàn)需要以農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備學(xué)科為基礎(chǔ)，融合物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。在研發(fā)體系上，要構(gòu)建開放的標(biāo)準(zhǔn)體系，最大程度上發(fā)揮出高校、科研院所、企業(yè)的各自優(yōu)勢，聯(lián)合攻關(guān)。
第三代農(nóng)機(jī)體系核心內(nèi)容
2.3 第三代農(nóng)機(jī)體系構(gòu)建重點(diǎn)
2.3.1 第三代農(nóng)機(jī)體系的開放標(biāo)準(zhǔn)，形成農(nóng)機(jī)開放的基礎(chǔ)參考架構(gòu)
三代農(nóng)機(jī)體系面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，需要在傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)架構(gòu)的動力系、傳動系、行走系、懸掛系、液壓系、收獲系統(tǒng)等物理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，以信息技術(shù)為血液構(gòu)建新型整體架構(gòu)，包括：分布式電機(jī)動力系統(tǒng)、集中式高密度能源系統(tǒng)、電子控制減速系統(tǒng)、模塊化收獲系統(tǒng)、智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)。
基于標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)及共性技術(shù)平臺，實(shí)現(xiàn)定制化農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)，形成面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的成套技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和工藝流程，滿足未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全生命周期管理需求。
第三代農(nóng)機(jī)體系的實(shí)現(xiàn)需要集中國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建統(tǒng)一開放的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，通過功能的分層分塊和接口的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同，完成農(nóng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)、制造與信息技術(shù)的深度融合，促使制造業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)的協(xié)同升級。
2.3.2 面向農(nóng)機(jī)智能化的核心信息部件研發(fā)
智能化是第三代農(nóng)機(jī)體系的核心。為此，需要重點(diǎn)圍繞五類核心部件進(jìn)行布局，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的智能化。
面向農(nóng)機(jī)綜合控制的芯片。
針對農(nóng)機(jī)信息化需求，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)電子系統(tǒng)的集中化控制，并為農(nóng)機(jī)作業(yè)、自動駕駛等功能提供毫秒級的數(shù)據(jù)處理及通信平臺。
微型控制操作系統(tǒng)。
滿足農(nóng)機(jī)應(yīng)用多元化的核心調(diào)度與智能控制算法，完成農(nóng)機(jī)作業(yè)過程中亞米級的自動化精量控制。
智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)。
基于天地一體化網(wǎng)聯(lián)通信技術(shù)，將傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)升級為具備計(jì)算、通信、控制能力的新型智能終端，并支持集群、協(xié)作、廣域通信的能力，滿足農(nóng)機(jī)控制過程中GB級別的綜合數(shù)據(jù)傳輸需求。
“人機(jī)分離”的無人駕駛。
分階段實(shí)現(xiàn)輔助駕駛、遙控駕駛、智能自主駕駛，具備對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的記憶和自我執(zhí)行能力，在特定的農(nóng)場里面可以根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)自主執(zhí)行。
農(nóng)機(jī)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)EB級的存儲及處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的農(nóng)機(jī)作業(yè)控制、故障預(yù)測等，并對上提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的數(shù)據(jù)及控制接口。
2.3.3 基于新能源技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)基礎(chǔ)平臺的“換道超車”
經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在新能源技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)獲得良好的技術(shù)積累，為我國借助新能源技術(shù)研發(fā)農(nóng)機(jī)基礎(chǔ)平臺提供了良好的基礎(chǔ)。此外，新能源技術(shù)與信息技術(shù)具有天然的親和力，因此，基于新能源技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)基礎(chǔ)平臺的飛躍是構(gòu)建三代農(nóng)機(jī)體系的重要思路。農(nóng)機(jī)基礎(chǔ)平臺的研發(fā)工作主要包括?6?個方面。
輪轂電機(jī)系統(tǒng)。
通過分布式控制的輪轂電機(jī)實(shí)現(xiàn)大馬力動力系統(tǒng)提升，包括單機(jī)的分布式電機(jī)部署，實(shí)現(xiàn)單機(jī)動力的線形疊加和依靠通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)集群駕駛，提升作業(yè)效率。
新型的清潔高密度能源系統(tǒng)。
分階段引入新型清潔能源驅(qū)動農(nóng)業(yè)裝備，從鋰電到甲烷，再到氫能源動力，穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)?500?Wh/kg?能量密度，完成農(nóng)機(jī)主體能源系統(tǒng)從燃油到清潔能源的替代。
分布式控制系統(tǒng)。
針對可擴(kuò)展的輪轂電機(jī)架構(gòu)，通過分布式的輪轂電機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)低速非道路行走的分布式控制。
大扭矩減速器。
完成低轉(zhuǎn)速大扭矩的農(nóng)機(jī)減速器設(shè)計(jì)與材料選型，實(shí)現(xiàn)大馬力農(nóng)機(jī)平臺的穩(wěn)定控制。
電控液壓控制系統(tǒng)。
通過電控方法和精確控制液壓系統(tǒng)，為厘米級的農(nóng)機(jī)精量作業(yè)提供更為準(zhǔn)確得控制。
數(shù)控底盤系統(tǒng)。
針對無人智能駕駛需求，設(shè)計(jì)大馬力數(shù)控底盤，實(shí)現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向、提速等功能。
2.3.4 基于我國地理地貌特點(diǎn)，進(jìn)行定制化研發(fā)，并構(gòu)建新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)
我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極富地域特色，東、西部地區(qū)以400mm年降水量為界。其中，
東部地區(qū)熱、水、土條件有較為良好的配合，人口稠密，是我國絕大部分農(nóng)作物及林、漁、副業(yè)的集中地區(qū)。
西部地區(qū)氣候干旱，在熱、水、土條件的配合上有較大缺陷，人口稀少，大部分地區(qū)是以畜牧為主，種植為輔。
因此，個性定制的農(nóng)業(yè)裝備有著非?，F(xiàn)實(shí)的需求。
針對我國不同地域、不同氣候、不同作物的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，應(yīng)提供多元化的成套智能農(nóng)業(yè)裝備及信息化解決方案。長期目標(biāo)是打造面向農(nóng)業(yè)、制造業(yè)與服務(wù)業(yè)相融合的互聯(lián)網(wǎng)化農(nóng)機(jī)服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)以農(nóng)機(jī)為入口的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)“阿里巴巴化”，構(gòu)建農(nóng)機(jī)行業(yè)與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)結(jié)合的新型業(yè)態(tài)，推動資源綜合循環(huán)利用和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)，支撐農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
通過以上?4?個方面的重點(diǎn)布局，構(gòu)建完整的第三代智能農(nóng)機(jī)的創(chuàng)新體系，覆蓋技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、裝備創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新等不同的環(huán)節(jié)。從根本上改變目前農(nóng)業(yè)裝備的生產(chǎn)-銷售模式，通過信息技術(shù)、智能技術(shù)驅(qū)動農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，從而與世界農(nóng)機(jī)強(qiáng)國比肩。
3.我國第三代農(nóng)機(jī)體系與智慧農(nóng)業(yè)在黃河三角洲的探索
第三代農(nóng)機(jī)體系的構(gòu)建、完善和成熟需要一個發(fā)展過程，而大量的測試和驗(yàn)證是必不可少的環(huán)節(jié)。因此，針對特殊地形地貌和特殊的農(nóng)作物品種，按照“工業(yè)4.0”的思路，實(shí)現(xiàn)個性化的農(nóng)機(jī)定制，并開展技術(shù)、整機(jī)和示范驗(yàn)證，對于推動第三代農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尤其重要。
目前，我國耕地面積約18億畝，但其中堿化面積占6.62%。此外，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國有近15億畝鹽堿地，約占世界鹽堿地的?1/10。其中，有2億畝鹽堿地被認(rèn)為具有農(nóng)業(yè)利用潛力。
作為我國重要的后備耕地資源，改良和利用鹽堿地對補(bǔ)償日益減少的耕地面積、保障國家糧食安全具有重要意義。在農(nóng)業(yè)裝備方面，由于鹽堿地土壤以及作物的特殊性，目前幾乎沒有出現(xiàn)專門針對鹽堿地作業(yè)的農(nóng)業(yè)裝備，更不用說“耕、種、管、收”的全程機(jī)械化。
黃河三角洲農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)（以下簡稱“黃三角農(nóng)高區(qū)”）是我國21世紀(jì)設(shè)立的第一個圍繞鹽堿地綜合治理的國家級農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)。
國務(wù)院賦予黃三角農(nóng)高區(qū)的重大任務(wù)是：
深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，在鹽堿地綜合治理、國際科技交流與合作、體制機(jī)制與政策創(chuàng)新、“四化”同步發(fā)展方面先行先試，做出示范；
建立可復(fù)制、可推廣的創(chuàng)新驅(qū)動城鄉(xiāng)一體化發(fā)展新模式，成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步和增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力的重要載體，成為帶動?xùn)|部沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的強(qiáng)大引擎。
當(dāng)前黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)上升為重大國家戰(zhàn)略，黃三角農(nóng)高區(qū)在中國科學(xué)院、山東省政府的積極支持下成立了黃河三角洲農(nóng)高區(qū)技術(shù)創(chuàng)新中心，而第三代農(nóng)機(jī)技術(shù)體系則成為未來農(nóng)業(yè)耕作模式的一個重要支撐點(diǎn)。
因此，我們計(jì)劃以黃河三角洲鹽堿地農(nóng)業(yè)綜合應(yīng)用示范為例，對第三代農(nóng)機(jī)體系的構(gòu)建和未來農(nóng)業(yè)耕作模式進(jìn)行探索，建立可復(fù)制可推廣的農(nóng)機(jī)商業(yè)模式，具體工作包括?3?個方面。
3.1 資源整合，在黃三角農(nóng)高區(qū)落地建設(shè)新一代智能農(nóng)機(jī)中試研發(fā)平臺
2019?年?11月，經(jīng)中國科學(xué)院批準(zhǔn)，由中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所牽頭，聯(lián)合中國科學(xué)院植物研究所、微電子研究所、沈陽自動化研究所等?7?家院內(nèi)單位聯(lián)合組建了中國科學(xué)院智能農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備工程實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱“工程實(shí)驗(yàn)室”）。
經(jīng)過多年的部署和研發(fā)，工程實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功研發(fā)出國內(nèi)首款智能農(nóng)機(jī)專用控制芯片、智能網(wǎng)聯(lián)終端控制器、農(nóng)機(jī)大數(shù)據(jù)平臺和無人駕駛技術(shù)等，率先提出并成功研制出全球第一臺基于第三代技術(shù)體系的智能農(nóng)業(yè)裝備。目前，工程實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在新一代智能農(nóng)業(yè)裝備領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流的水平。
為進(jìn)一步促進(jìn)我國新一代智能農(nóng)機(jī)的發(fā)展，工程實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合國家農(nóng)機(jī)裝備創(chuàng)新中心、中國石油大學(xué)（華東）、電子科技大學(xué)等，以黃三角農(nóng)高區(qū)為基地，組建了山東中科智能農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備技術(shù)創(chuàng)新中心。目前，該中心已經(jīng)完成第三代農(nóng)機(jī)中試研發(fā)平臺的建設(shè)。
針對第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系的關(guān)鍵技術(shù)，完成了智慧農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)平臺、智能農(nóng)機(jī)應(yīng)用大數(shù)據(jù)平臺、超級基站農(nóng)業(yè)傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)平臺、智慧農(nóng)耕設(shè)施監(jiān)測應(yīng)用平臺、超大馬力智能農(nóng)機(jī)研發(fā)平臺、農(nóng)機(jī)具變量作業(yè)技術(shù)開發(fā)及驗(yàn)證平臺、通導(dǎo)遙一體化的農(nóng)業(yè)航空系統(tǒng)開發(fā)平臺、智慧農(nóng)耕裝備生產(chǎn)過程檢測開發(fā)平臺、智慧農(nóng)耕感知識別技術(shù)開發(fā)平臺和全程無人化作業(yè)示范應(yīng)用開發(fā)平臺等十大關(guān)鍵技術(shù)平臺。
3.2 圍繞第三代超大馬力智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)機(jī)裝備建設(shè)中試組裝基地
我國的農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)，既要破“重主機(jī)，輕部件”的困局，也要繼承“主機(jī)突破，零部件跟進(jìn)”進(jìn)而帶動產(chǎn)業(yè)整體創(chuàng)新發(fā)展的歷史經(jīng)驗(yàn)。因此，在完成第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系的核心技術(shù)和核心零部件布局的同時，通過聚集國內(nèi)的優(yōu)勢科技力量，形成核心競爭力，包括提供第三代農(nóng)機(jī)核心控制芯片、操作系統(tǒng)和電子控制單元（ECU）等核心零部件，徹底打破國外對農(nóng)機(jī)相關(guān)領(lǐng)域的壟斷。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將聯(lián)合院內(nèi)相關(guān)單位，圍繞超大馬力智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)機(jī)“鴻鵠”系列開展重大裝備攻關(guān)，在黃三角農(nóng)高區(qū)突破超大馬力農(nóng)機(jī)的復(fù)雜系統(tǒng)控制與系統(tǒng)集成難題，形成具備天地一體化網(wǎng)聯(lián)、智能化作業(yè)、自主作業(yè)路徑規(guī)劃等功能的“全程無人化”系列農(nóng)業(yè)裝備。
基于第三代體系的智能農(nóng)機(jī)示意圖
3.3 打造以第三代農(nóng)機(jī)為核心、數(shù)據(jù)為驅(qū)動的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式
30年前，我國的移動通信領(lǐng)域形成了以巨龍通信、大唐電信、中興通訊、華為技術(shù)為代表的通信設(shè)備制造商，并依托三大電信運(yùn)營商為主的產(chǎn)業(yè)格局。30年過去了，移動通信進(jìn)入5G時代，以華為技術(shù)為代表的通信設(shè)備商和以中國移動、中國聯(lián)通、中國電信為代表的運(yùn)營商繼續(xù)帶領(lǐng)中國的通信產(chǎn)業(yè)前進(jìn)。同樣的情況也會發(fā)生在未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系未來商業(yè)模式的核心就是“服務(wù)”。因此，除了第三代農(nóng)機(jī)裝備生產(chǎn)制造外，還應(yīng)當(dāng)依托農(nóng)機(jī)裝備的“智能網(wǎng)聯(lián)”能力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備的服務(wù)運(yùn)營，打破目前依靠政府補(bǔ)貼銷售給農(nóng)民農(nóng)機(jī)的傳統(tǒng)模式。農(nóng)機(jī)之外，涉及智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及智能化服務(wù)，形成智能化時代的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式變革。
為了實(shí)現(xiàn)全面“立體”的智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將基于山東黃三角農(nóng)高區(qū)提供的萬畝標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)田，按照第三代農(nóng)機(jī)體系的標(biāo)準(zhǔn)，從“端、網(wǎng)、云、數(shù)、用”五個層面進(jìn)行信息技術(shù)與鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相融合。
全面“立體”的智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)示意圖
在感知端，結(jié)合土壤、氣象、作物、畜牧生產(chǎn)的需要，構(gòu)建以傳感器技術(shù)為核心的末端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。按照?50畝為一個網(wǎng)格單元部署傳感器終端，實(shí)現(xiàn)對整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的數(shù)字畫像。
在通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模化的特點(diǎn)，提供藍(lán)牙、WiFi、5G、衛(wèi)星組合通信方式，實(shí)現(xiàn)空天地一體的立體通信，服務(wù)萬畝級場景的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)通信要求。
在“云”和“大數(shù)據(jù)”層面，圍繞鹽堿地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)建大數(shù)據(jù)中心，并結(jié)合云計(jì)算等技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與挖掘。通過每天約10GB（視頻數(shù)據(jù)經(jīng)處理后回傳）的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的匯聚并實(shí)現(xiàn)萬畝標(biāo)準(zhǔn)示范田的數(shù)據(jù)綜合處理，形成鹽堿地農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)字化。
在應(yīng)用方面，挖掘鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的價值，反向控制耕、種、植保、收獲、烘干、儲、運(yùn)、深加工的第三代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的無人化運(yùn)作。
黃三角農(nóng)高區(qū)以科技創(chuàng)新為己任，借助土地連方成片，具備規(guī)?；椭悄芑鳂I(yè)的基礎(chǔ)和創(chuàng)新優(yōu)勢，一旦形成?1?萬畝級鹽堿地智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用示范的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)模式，就可以逐步向我國5億畝鹽堿地復(fù)制推廣，推動第三代農(nóng)機(jī)體系的成熟。
黃三角農(nóng)高區(qū)鹽堿地是第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系以及商業(yè)創(chuàng)新體系的試驗(yàn)場。未來，以萬畝級的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)田為模板，并結(jié)合我國復(fù)雜地形地貌、氣候及作物特征，打造符合我國農(nóng)業(yè)多元化特征的統(tǒng)一商業(yè)模式。以第三代農(nóng)機(jī)體系為支撐，以“中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技整體解決方案”為基礎(chǔ)，在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)一系列的萬畝級的樣本，將其打造成國家糧食的“穩(wěn)定器”，保障“中國飯碗”裝“中國糧食”；并進(jìn)一步為“一帶一路”沿線國家提供全套體系，踐行習(xí)近平總書記提出的“人類命運(yùn)共同體”的偉大構(gòu)想。
4.展望與建議
構(gòu)建自主可控的第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新技術(shù)體系是改變我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)長期落后局面的重要抓手，更是提升我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的關(guān)鍵。圍繞“構(gòu)建我國第三代農(nóng)機(jī)的創(chuàng)新技術(shù)體系”這一核心目標(biāo)，提出三個方面的建議。
（1）加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)
建議中國科學(xué)院針對該方向開展戰(zhàn)略研究，結(jié)合創(chuàng)新性國家的發(fā)展戰(zhàn)略，分別制定到2025年、2035年、2050年的發(fā)展規(guī)劃，開展面向“一帶一路”沿線國家的農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推廣戰(zhàn)略研究。同時，與科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、教育部等多個部委聯(lián)動，對技術(shù)體系、制造體系、產(chǎn)業(yè)體系、應(yīng)用體系、人才體系進(jìn)行融合頂層設(shè)計(jì)，為達(dá)成第三代農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系這一目標(biāo)優(yōu)化資源配置。
（2）建立國家平臺
農(nóng)機(jī)裝備的創(chuàng)新涉及基礎(chǔ)理論創(chuàng)新、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新、集成裝備創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新。因此，建議圍繞農(nóng)機(jī)-農(nóng)藝融合的復(fù)雜農(nóng)機(jī)系統(tǒng)理論、不同土壤阻力模型下的農(nóng)機(jī)動力學(xué)建模等基礎(chǔ)理論，建立模擬與仿真試驗(yàn)場，并在國家重大基礎(chǔ)科技設(shè)施方面予以支持。同時，依托工程實(shí)驗(yàn)室和籌備中的“中國科學(xué)院未來農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化聯(lián)盟”，爭取在“十四五”期間建成“智能農(nóng)機(jī)國家技術(shù)創(chuàng)新中心”。
（3）支持模式探索
建立融技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、資金、科研、政策于一體，互相支撐的農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系，明確各類主體在農(nóng)機(jī)創(chuàng)新體系中的定位和任務(wù)。爭取在中國科學(xué)院內(nèi)以此為目標(biāo)設(shè)立戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)支持，形成中國科學(xué)院的農(nóng)業(yè)科技系統(tǒng)解決方案，并以此為基礎(chǔ)孵化龍頭企業(yè)，打造出與農(nóng)機(jī)大國、強(qiáng)國相匹配的世界級農(nóng)機(jī)龍頭企業(yè)和一批核心關(guān)鍵技術(shù)細(xì)分領(lǐng)域的隱形冠軍。
責(zé)任編輯：王旭泉
