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羅錫文:對我國農(nóng)機化科技創(chuàng)新的思考

作者:農(nóng)機化司 本站發(fā)布時間:2019年01月10日 收藏

  編者按:2018年底,國務院印發(fā)《關于加快推進農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)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(nóng)機化科技創(chuàng)新,現(xiàn)將中國工程院羅錫文院士撰寫的《對我國農(nóng)機化科技創(chuàng)新的思考》文章刊發(fā),供各地學習參考。

  對我國農(nóng)機化科技創(chuàng)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(nóng)業(yè)機械化發(fā)展現(xiàn)狀,我們清醒地看到,雖然我國農(nóng)業(yè)機械化取得了長足進步,但與發(fā)達國家相比,還有很大的差距,還有很多短板和薄弱環(huán)節(jié),很多關鍵核心技術還受制于人。為促進我國農(nóng)業(yè)機械化又好又快地發(fā)展,我們比歷史上任何時期都需要增強農(nóng)機科技創(chuàng)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(nóng)業(yè)機械化發(fā)展提供高質量科技供給,著力支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設。

  一、我國農(nóng)業(yè)機械化取得的主要成就

  2004年是我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)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(nóng)業(yè)機械化促進法》(以下簡稱《促進法》),在我國的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展中發(fā)揮了重要的引領保障作用。2004年我國正式啟動農(nóng)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(nóng)機購置補貼政策的推動下,我國農(nóng)業(yè)機械化取得了快速發(fā)展。

  (一)農(nóng)機裝備總量增加,結構優(yōu)化

  2016年全國農(nóng)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(fā)展,大中型拖拉機、聯(lián)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(jīng)濟作物、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖、林果業(yè)及農(nóng)產(chǎn)品初加工機械保有量快速增長。

  (二)農(nóng)機作業(yè)水平大幅提高

  2016年全國農(nóng)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(chǎn)基本實現(xiàn)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(nóng)機為載體,精量播種、化肥深施、高效植保、低損收獲和秸稈還田等增產(chǎn)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(chǎn)潛力,增強了農(nóng)業(yè)抗災能力。

  (三)農(nóng)機社會化服務蓬勃發(fā)展

  截至2016年底,全國農(nóng)機化作業(yè)服務專業(yè)戶和農(nóng)機合作社等各類服務組織數(shù)量分別超過505萬個和6.3萬個,涌現(xiàn)了一大批懂技術、會操作、善經(jīng)營的農(nóng)機能手,農(nóng)機化經(jīng)營總收入達到5388億元,利潤總額達到2066億元。農(nóng)機社會化服務已成為農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的不利影響,促進了土地流轉和規(guī)模經(jīng)營,提高了農(nóng)業(yè)集約化水平和組織化程度。

  (四)帶動農(nóng)機工業(yè)振興發(fā)展

  受農(nóng)機購置補貼政策等多方面的拉動,我國農(nóng)機產(chǎn)銷兩旺,帶動農(nóng)機工業(yè)快速發(fā)展,農(nóng)機工業(yè)總產(chǎn)值連續(xù)10年保持兩位數(shù)增長,從2004年的854億元增加到2016年的4516.39億元,位居世界第一。目前,我國農(nóng)機產(chǎn)業(yè)集群初步形成,科技含量、產(chǎn)品質量和售后服務水平不斷提高,主要農(nóng)機產(chǎn)品基本滿足主要糧食作物生產(chǎn)機械化的需要。

  二、我國農(nóng)業(yè)機械化存在的差距與主要問題

  (一)我國農(nóng)業(yè)機械化存在的差距

  雖然我國的農(nóng)業(yè)機械化取得了長足進步,但是,與發(fā)達國家相比,在農(nóng)業(yè)機械化水平、農(nóng)機裝備制造水平、產(chǎn)品可靠性和農(nóng)機作業(yè)效率等方面我國還有很大差距。

  1.農(nóng)業(yè)機械化水平

  2016年我國農(nóng)作物耕種收綜合機械化水平為65.2%,而世界上主要發(fā)達國家在20世紀50~80年代相繼實現(xiàn)了全面機械化。美國于1946年基本實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化,1954年全面實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化;加拿大和原西德在20世紀60年代末期全面實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化;與我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況相似的日本和韓國也分別于1982年和1996年全面實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化。

  2.農(nóng)機裝備制造水平

  拖拉機和收獲機是兩種代表農(nóng)業(yè)機械設計和制造水平的典型產(chǎn)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(fā),相差44年;美國于1961年開始釆用閉心式液壓系統(tǒng),而我國是2010年,落后39年;美國于1980年生產(chǎn)了250馬力拖拉機,而我國2015年才生產(chǎn)240馬力拖拉機,晚了35年。收獲機方面,美國在1976年開始生產(chǎn)縱軸流谷物聯(lián)合機,而我國是35年后的2011年;美國1979年就有了割幅6米、發(fā)動機功率230馬力的谷物聯(lián)合收割機,我國在2013年才生產(chǎn)割幅5.3米、發(fā)動機功率220馬力的收割機,相差34年。

  3.產(chǎn)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(nóng)機企業(yè)的拖拉機MTBF指標2017年才達到330小時,落后30~40年。

  4.農(nóng)機作業(yè)效率

  2016年我國田間作業(yè)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(fā)達國家農(nóng)機動力機械與作業(yè)機具之比為1:(3~6),而我國平均只有1:1.6,說明我國的農(nóng)機作業(yè)效率和綜合利用率不高。

  (二)我國農(nóng)業(yè)機械化存在的主要問題

  受我國國情、資源稟賦和傳統(tǒng)農(nóng)耕文化的影響,不同區(qū)域的耕作制度和生產(chǎn)習慣差異大,面對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設“調結構、轉方式”的新要求,農(nóng)業(yè)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(xù)發(fā)展能力弱,已經(jīng)成為制約我國農(nóng)業(yè)轉型升級的“短板”和瓶頸。

  1.研究基礎薄弱

  農(nóng)機化科研基礎數(shù)據(jù)積累不夠,土壤、作物(動物)和機器互作機理研究不足,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和健康養(yǎng)殖新工藝設計理論缺乏,原創(chuàng)性重大突破少,難以滿足我國地域多樣性、作物多元化、農(nóng)藝復雜性和可持續(xù)發(fā)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(xiàn)在全國大都采用旋耕,犁耕、深松和免耕等耕作方式?jīng)]有優(yōu)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(qū)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(lián)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(qū)機械化發(fā)展路徑不明確等。

  3.農(nóng)機農(nóng)藝結合不緊密

  適宜不同區(qū)域機械化的高產(chǎn)優(yōu)質品種、高產(chǎn)高效標準化栽培模式和田間管理技術缺乏,機械化與規(guī)?;Y合不緊密,飼草料生產(chǎn)機械化技術研究滯后,家庭農(nóng)場種養(yǎng)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(chǎn)能的充分發(fā)揮。

  4.技術系統(tǒng)不完整

  缺乏對農(nóng)業(yè)機械化的系統(tǒng)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(tǒng),關鍵配套技術與機具不足。糧經(jīng)飼種植和畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖中省時、省力、節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)種、節(jié)地和節(jié)能的機械和農(nóng)業(yè)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(guī)范不健全,與轉變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式不適應。

  三、對我國農(nóng)機科技創(chuàng)新的思考

  為進一步縮小我國農(nóng)業(yè)機械化與發(fā)達國家之間的差距,提升我國農(nóng)機科技創(chuàng)新能力,促進我國農(nóng)業(yè)機械化又好又快地發(fā)展,建議實施“3-2-3”的發(fā)展思路,即明確“三步走”的戰(zhàn)略目標,堅持兩項發(fā)展原則,落實三項重點任務。

  (一)明確“三步走”的戰(zhàn)略目標

  按照黨的十九大提出的三步走戰(zhàn)略和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略目標任務安排,我國農(nóng)機科技創(chuàng)新和農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展三步走的戰(zhàn)略是:

  到2025年,基本實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化,農(nóng)機科技創(chuàng)新能力顯著增強,重點突破農(nóng)機化發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)和關鍵核心技術,實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)機械化“從無到有”和“從有到全”。

  到2035年,全面實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化,農(nóng)機科技創(chuàng)新能力基本達到發(fā)達國家水平,重點以信息技術提升農(nóng)機化水平,實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)機械化“從全到好”。

  到2050年,農(nóng)業(yè)機械化達到更高水平,實現(xiàn)自動化和智能化,農(nóng)機科技創(chuàng)新能力與發(fā)達國家“并跑”,部分領域“領跑”,重點以智能技術引領農(nóng)機發(fā)展,實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)機械化“從好到強”。

  (二)堅持兩項發(fā)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(chǎn)環(huán)節(jié)上考慮,包括產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)機械化。以植物生產(chǎn)為例,產(chǎn)前包括育種和清選、分級、包衣、丸?;幚淼确N子加工機械化;產(chǎn)中包括耕整、種植、田間管理、收獲、干燥和秸稈處理6個環(huán)節(jié)的機械化;產(chǎn)后包括加工和儲藏機械與裝備。

  全面機械化,指機械化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域橫向的拓展。主要指農(nóng)業(yè)機械化向三個方面的全面發(fā)展,包括“作物”全面化、“產(chǎn)業(yè)”全面化和“區(qū)域”全面化。“作物”全面化,指由糧食作物向經(jīng)濟作物、園藝作物和飼草料作物全面發(fā)展,由糧、經(jīng)二元結構向糧、經(jīng)、飼三元結構轉變。“產(chǎn)業(yè)”全面化,指由種植業(yè)向養(yǎng)殖業(yè)(畜、禽、水產(chǎn))、農(nóng)產(chǎn)品初加工等全面發(fā)展。“區(qū)域”全面化,一是指各種農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)勢區(qū)域布局。二是指農(nóng)業(yè)機械化由平原地區(qū)向丘陵山區(qū)拓展。目前平原地區(qū)的機械化程度較高,但丘陵山區(qū)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(qū)機械化向丘陵山區(qū)機械化拓展。

  2.農(nóng)機1.0至農(nóng)機4.0并行發(fā)展

  農(nóng)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(huán)節(jié),所以還要“補課”。

  農(nóng)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(chǎn)和動物生產(chǎn)的產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后各個環(huán)節(jié)的全程機械化,以及農(nóng)業(yè)機械化向“作物”全面化、“產(chǎn)業(yè)”全面化和“區(qū)域”全面化三個方面的全面發(fā)展。這是我們現(xiàn)階段要大力“普及”的方向。

  農(nóng)機3.0是指“從全到好”,特點是用信息技術提升農(nóng)業(yè)機械化水平,包括農(nóng)業(yè)機械設計、制造、作業(yè)和管理水平。融合現(xiàn)代微電子技術、儀器與控制技術、信息通訊技術,推動農(nóng)業(yè)機械裝備向數(shù)字化、信息化、自動化和智能化方向快速發(fā)展。這一階段我們正在進行試驗“示范”。

  農(nóng)機4.0是指“從好到強”,即要實現(xiàn)農(nóng)機自動化和智能化,農(nóng)機+互聯(lián)網(wǎng),這個方向我們要積極探索。

  根據(jù)我國的國情,從農(nóng)機1.0至農(nóng)機4.0我們不能走順序發(fā)展的道路,必須并行發(fā)展,實現(xiàn)彎道超車。

  (三)落實三項重點任務

  1.薄弱環(huán)節(jié)農(nóng)業(yè)機械化科技創(chuàng)新(“補短板”)

  開展薄弱環(huán)節(jié)機械化技術創(chuàng)新研究,主要包括應用基礎研究,糧食、經(jīng)濟作物和飼草料薄弱環(huán)節(jié)技術研發(fā),健康設施養(yǎng)殖工程,區(qū)域、水果蔬菜飼草料與畜禽水產(chǎn)機械化技術體系集成研究示范,農(nóng)村生活廢棄物處理與綜合利用7個方面。系統(tǒng)地解決當前和今后一個時期我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié),提高農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展科技含量,加速推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程,全面提升我國農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力和農(nóng)產(chǎn)品國際競爭力,促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)民增收。

  應用基礎研究包括:土壤合理耕層構建機理與優(yōu)化方法、主要作物精準高速種植機理與規(guī)范、主要作物高效低損收獲機理與規(guī)范、畜禽適度規(guī)模養(yǎng)殖和水產(chǎn)健康養(yǎng)殖設施與環(huán)境系統(tǒng)機理研究、農(nóng)業(yè)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(chǎn)薄弱環(huán)節(jié)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(jīng)濟作物和飼草料薄弱環(huán)節(jié)關鍵技術研發(fā)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(chǎn)加工。

  健康設施養(yǎng)殖工程關鍵技術研發(fā)包括:生豬健康養(yǎng)殖、家禽健康養(yǎng)殖和規(guī)模化設施水產(chǎn)養(yǎng)殖。

  區(qū)域機械化技術集成與示范包括:東北地區(qū)、黃淮海地區(qū)、長江中下游地區(qū)、西北地區(qū)、西南地區(qū)和華南地區(qū)。

  水果蔬菜、飼草料與畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖加工機械化技術集成與示范包括:蔬菜水果生產(chǎn)、飼草料生產(chǎn)、適度規(guī)模種養(yǎng)循環(huán)、奶牛中小規(guī)模養(yǎng)殖設施設備升級與智能化、水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜禽屠宰加工。

  農(nóng)村生活廢棄物(固、液)處理與綜合利用包括:農(nóng)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(xiàn)代農(nóng)機裝備關鍵核心技術科技創(chuàng)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(zhàn)略性安排,盡早取得突破”的重要講話精神。根據(jù)我國現(xiàn)代農(nóng)機裝備發(fā)展現(xiàn)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(fā)動機技術,大功率拖拉機電控液壓提升技術,農(nóng)業(yè)機械用傳動系統(tǒng)技術。

  重大裝備主要包括:200馬力以上拖拉機,大型谷物聯(lián)合收割機,高效青貯飼料收割機,農(nóng)機裝備生產(chǎn)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,圓盤式和鏈軌式高效青貯機割臺,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(nóng)機裝備智能化科技創(chuàng)新(“強智能”)

  以“信息感知、定量決策、智能控制、精準投入、個性服務”的智能農(nóng)機為目標,以大田規(guī)?;N植、設施農(nóng)業(yè)、果園和畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等領域為重點,開展智能農(nóng)機裝備傳感器、農(nóng)機導航、精準作業(yè)和運維管理4方面研究。

  一是在農(nóng)機裝備專用傳感器方面,開展作業(yè)載荷、工況環(huán)境、本體信息、生理生態(tài)和作業(yè)質量等測試對象特性與測試機理研究,研發(fā)敏感材料和關鍵芯片,開發(fā)專用傳感器。

  二是在農(nóng)機導航及自動作業(yè)技術方面,開展輪角轉向測定技術研究,研發(fā)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(wěn)定性及自動作業(yè)性能。

  三是在精準作業(yè)方面,開展與農(nóng)藝相適應的作物精準播種、灌溉、施肥、施藥、收獲和干燥等技術研究,實現(xiàn)農(nóng)機作業(yè)過程的實時分析決策與自主優(yōu)化控制;開展養(yǎng)殖生產(chǎn)中的精準環(huán)控、飼喂和防疫等研究。

  四是在運維管理智能化方面,開展農(nóng)機信息獲取、高效調度、遠程運維、故障預警、智能診斷和協(xié)同作業(yè)等技術研究,通過信息技術系統(tǒng)集成,實現(xiàn)農(nóng)機裝備高效智能運維管理。

  結束語

  “農(nóng)業(yè)的根本出路在于機械化”。上世紀末,美國工程技術界將“農(nóng)業(yè)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(jīng)驗表明,農(nóng)業(yè)機械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設的重要科技支撐。我國的農(nóng)業(yè)機械化為提高我國農(nóng)業(yè)的勞動生產(chǎn)率、土地產(chǎn)出率和資源利用率發(fā)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(fā)達國家相比,我國的農(nóng)業(yè)機械化還有很大差距,并面臨差距拉大的嚴峻挑戰(zhàn)。形勢逼人,挑戰(zhàn)逼人,使命逼人,我們要充分認識農(nóng)機科技創(chuàng)新是農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的第一動力,深刻把握農(nóng)機科技創(chuàng)新與發(fā)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(chuàng)新,堅定創(chuàng)新信心,著力增強自主創(chuàng)新能力”,努力推進農(nóng)業(yè)機械化又好又快地發(fā)展,為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設提供強有力的科技支撐。

  附件下載:農(nóng)業(yè)機械化情況(2019年第2期).CEB

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新聞來源地址: http://www.njhs.moa.gov.cn/
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