構(gòu)建我國第三代農(nóng)機的創(chuàng)新體系
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農(nóng)業(yè)機械泛指在種植業(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械。而以提供動力輸出為主要特征的拖拉機則被作為農(nóng)業(yè)機械的代表產(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)機產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)水平。
我國的農(nóng)機創(chuàng)新體系長期依靠“引進消化吸收”
我國農(nóng)機體系創(chuàng)新發(fā)展史
新中國成立以前，我國沒有自己的農(nóng)機工業(yè)體系。新中國成立后，我國農(nóng)機工業(yè)發(fā)展歷程大致可分為兩個階段。
第一階段始于?20?世紀?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”期間引進蘇聯(lián)技術(shù)。例如，興建“東方紅洛陽拖拉機廠”，并以哈爾科夫拖拉機廠“德特?54”為基礎(chǔ)生產(chǎn)出“東方紅?54”金屬履帶式拖拉機，這標志著我國從此由鐵犁牛耕開始進入農(nóng)業(yè)機械化進程。同期還有?1956?年正式命名的天津拖拉機廠及“鐵牛”牌拖拉機，1958?年建立的長春拖拉機廠生產(chǎn)的“上游”牌拖拉機，1958?年上海拖拉機廠生產(chǎn)的第一臺“紅旗”牌拖拉機，以及江西、清江、邢臺、湖北、新疆等拖拉機廠。這些拖拉機制造企業(yè)代表了一個時代的技術(shù)水平，成為當時的十大農(nóng)機制造廠，也為我國農(nóng)機產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入新的時代奠定了基礎(chǔ)。
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)過程中的復雜多變的使用需求，于是十大農(nóng)機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”的思路指導下，我國于?20?世紀?80?年代末以成套引進意大利菲亞特的中、大馬力輪式農(nóng)機體系為標志，開始了以歐美技術(shù)體系為代表的第二代農(nóng)機體系的“引進—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)機產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)和新的農(nóng)機品牌。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)機產(chǎn)業(yè)聚集。
我國農(nóng)機創(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、標準體系、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)機作為標志，世界農(nóng)機發(fā)展站到了以信息技術(shù)為核心的新一代農(nóng)機體系的關(guān)口。
技術(shù)發(fā)展的斷代（整理、區(qū)分、分代）對于厘清思路、指導研發(fā)具有重要意義。因此，有必要對我國農(nóng)機技術(shù)體系進行斷代劃分。世界上，農(nóng)機正式起源于?18?世紀?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)機工業(yè)體系。因此，我們將以拖拉機為代表的我國農(nóng)機工業(yè)發(fā)展歷程劃分為?3?個階段，即三代體系（圖?1）：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——歐美技術(shù)體系（1986—2016?年），以電動燃油噴射、高壓共軌燃油機、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)機技術(shù)體系。
第一代與第二代農(nóng)機體系大致都經(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)機械化促進法》后，我國的農(nóng)機工業(yè)經(jīng)歷了“黃金十年”的快速發(fā)展。2018?年國家統(tǒng)計局發(fā)布的工業(yè)運行數(shù)據(jù)顯示，全行業(yè)主營業(yè)務收入?2?601.32?億元人民幣，我國已經(jīng)成為全球第一農(nóng)機制造大國。
我國的農(nóng)機行業(yè)存在的核心問題
由于我國農(nóng)機的前兩代技術(shù)體系都是依靠技術(shù)引進，屬于追趕者，這是造成我國農(nóng)機工業(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)機行業(yè)存在的核心問題主要體現(xiàn)在?3?個方面。
（1）我國農(nóng)機工業(yè)長期依靠引進、消化、吸收國外農(nóng)機技術(shù)，缺乏自主的創(chuàng)新技術(shù)能力和基礎(chǔ)技術(shù)研究，導致我國農(nóng)機產(chǎn)業(yè)“大而不強”。從農(nóng)機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口，雖然目前我國已經(jīng)成為全球第一的農(nóng)機生產(chǎn)制造和消費大國，但整體的裝備技術(shù)水平與全球農(nóng)機強國相比，還存在至少?30?年以上的差距（表?1）。從行業(yè)龍頭規(guī)模來看，國內(nèi)農(nóng)機行業(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)集團嚴重缺乏。雖然?2018?年我國農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)總產(chǎn)值為?2?600?多億元人民幣[3]（不含零部件企業(yè)），其總額僅為全球農(nóng)機巨頭約翰迪爾公司?293?億美元產(chǎn)值的?1.3?倍左右。同期我國最大農(nóng)機企業(yè)總產(chǎn)值只有不到百億元人民幣，與世界農(nóng)機巨頭相比存在當量級的差距。究其根源還是創(chuàng)新不足：我國農(nóng)機企業(yè)的研發(fā)費用占企業(yè)銷售額不足?2%，而國外主要農(nóng)機企業(yè)基本在?4%—6%。現(xiàn)代設(shè)計方法與試驗條件滯后，產(chǎn)品開發(fā)周期是國際水平的?2—3?倍。學科方面，農(nóng)業(yè)裝備學科世界前?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?44?萬人。
（2）我國農(nóng)機產(chǎn)品需求多元，但實際情況是農(nóng)機種類少，低水平重復、惡性競爭現(xiàn)象嚴重。我國地域遼闊，經(jīng)緯度跨度大，導致我國的農(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。復雜的地形地貌與氣候特征導致農(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)機基礎(chǔ)技術(shù)體系不掌握在自己手中，導致新產(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)機企業(yè)產(chǎn)品扎堆嚴重，呈現(xiàn)低水平重復、惡性競爭的特點。目前，我國農(nóng)機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)機供給。從全球范圍看，全球農(nóng)機產(chǎn)品種類已達?7000?多種，而我國農(nóng)機產(chǎn)品的品種只有?4000?多種。我國“無機可用”現(xiàn)象將長期存在，根據(jù)區(qū)域生產(chǎn)特點開展個性化農(nóng)機定制的需求迫切。
（3）依靠現(xiàn)有的農(nóng)機體系不能滿足鄉(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，如同操作手機、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)濟的精耕細作與規(guī)模化生產(chǎn)的精準高效，都會反應在生產(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)機裝備。而對于中小型農(nóng)機裝備，發(fā)達國家不愿意制造，“一帶一路”沿線國家沒有能力制造，這種情況下我國的農(nóng)機工業(yè)蘊含巨大的發(fā)展機遇。然而，目前我國出口到中亞和非洲市場的拖拉機竟然競爭不過印度馬恒達這樣的農(nóng)機企業(yè)。因此，我國農(nóng)機工業(yè)亟待研發(fā)技術(shù)先進、質(zhì)量過硬的第三代農(nóng)機。
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)機行業(yè)構(gòu)建自主可控的第三代農(nóng)機的創(chuàng)新體系，走出一條我國農(nóng)機工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的新道路。
構(gòu)建自主可控的第三代農(nóng)機創(chuàng)新體系
第三代農(nóng)機創(chuàng)新體系特點
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)機作為標志，世界農(nóng)機發(fā)展站到了以信息技術(shù)為核心的第三代農(nóng)機體系的關(guān)口。信息技術(shù)驅(qū)動的第三代農(nóng)機創(chuàng)新體系，具體有?3?個特點：電子化實現(xiàn)農(nóng)機數(shù)字控制、網(wǎng)聯(lián)化實現(xiàn)農(nóng)機互聯(lián)互通、智能化實現(xiàn)農(nóng)機無人作業(yè)。具體來說，就是以機械裝備為載體，融合電子、信息、生物、環(huán)境、材料、現(xiàn)代制造等技術(shù)，不斷增強裝備技術(shù)適應性、拓展精準作業(yè)功能、保障季節(jié)勞動作業(yè)可靠性、提升復雜結(jié)構(gòu)制造高效性、改善土壤-動植物-機器-人與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性，實現(xiàn)“安全多能、自動高效、精準智能”。
第三代農(nóng)機創(chuàng)新體系核心路線
由于第三代農(nóng)機創(chuàng)新技術(shù)將傳統(tǒng)的農(nóng)機從機械控制帶到了“機械、控制、通信、計算”融合的新階段，需要中國科學院計算技術(shù)研究所這樣的信息領(lǐng)域相關(guān)單位進入該領(lǐng)域，并積極主導推進新體系的建立，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為業(yè)務核心，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)機創(chuàng)新體系的核心思維方式就是把農(nóng)機轉(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)裝備的實現(xiàn)需要以農(nóng)業(yè)機械裝備學科為基礎(chǔ)，融合物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。在研發(fā)體系上，要構(gòu)建開放的標準體系（圖?2），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)機體系構(gòu)建重點
第三代農(nóng)機體系的開放標準，形成農(nóng)機開放的基礎(chǔ)參考架構(gòu)
三代農(nóng)機體系面向農(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)。基于標準架構(gòu)及共性技術(shù)平臺，實現(xiàn)定制化農(nóng)機產(chǎn)品的開發(fā)，形成面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務的成套技術(shù)、標準和工藝流程，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)機體系的實現(xiàn)需要集中國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的核心研發(fā)團隊，構(gòu)建統(tǒng)一開放的標準架構(gòu)，通過功能的分層分塊和接口的標準統(tǒng)一，進行全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同，完成農(nóng)機產(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。
面向農(nóng)機智能化的核心信息部件研發(fā)
智能化是第三代農(nóng)機體系的核心。為此，需要重點圍繞?5?類核心部件進行布局，實現(xiàn)農(nóng)機的智能化。
（1）面向農(nóng)機綜合控制的芯片。針對農(nóng)機信息化需求，實現(xiàn)農(nóng)機電子系統(tǒng)的集中化控制，并為農(nóng)機作業(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。
（2）微型控制操作系統(tǒng)。滿足農(nóng)機應用多元化的核心調(diào)度與智能控制算法，完成農(nóng)機作業(yè)過程中亞米級的自動化精量控制。
（3）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)機升級為具備計算、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)機控制過程中?GB?級別的綜合數(shù)據(jù)傳輸需求。
（4）“人機分離”的無人駕駛。分階段實現(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)驗自主執(zhí)行。
（5）農(nóng)機大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。實現(xiàn)農(nóng)機農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)EB級的存儲及處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的農(nóng)機作業(yè)控制、故障預測等，并對上提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應用的數(shù)據(jù)及控制接口。
基于新能源技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)機基礎(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)實現(xiàn)農(nóng)機基礎(chǔ)平臺的飛躍是構(gòu)建三代農(nóng)機體系的重要思路。農(nóng)機基礎(chǔ)平臺的研發(fā)工作主要包括?6?個方面。
（1）輪轂電機系統(tǒng)。通過分布式控制的輪轂電機實現(xiàn)大馬力動力系統(tǒng)提升，包括單機的分布式電機部署，實現(xiàn)單機動力的線形疊加和依靠通信系統(tǒng)實現(xiàn)多機集群駕駛，提升作業(yè)效率。
（2）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)步實現(xiàn)?500?Wh/kg?能量密度，完成農(nóng)機主體能源系統(tǒng)從燃油到清潔能源的替代。
（3）分布式控制系統(tǒng)。針對可擴展的輪轂電機架構(gòu)，通過分布式的輪轂電機控制，實現(xiàn)低速非道路行走的分布式控制。
（4）大扭矩減速器。完成低轉(zhuǎn)速大扭矩的農(nóng)機減速器設(shè)計與材料選型，實現(xiàn)大馬力農(nóng)機平臺的穩(wěn)定控制。
（5）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)機精量作業(yè)提供更為準確得控制。
（6）數(shù)控底盤系統(tǒng)。針對無人智能駕駛需求，設(shè)計大馬力數(shù)控底盤，實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向、提速等功能。
基于我國地理地貌特點，進行定制化研發(fā)，并構(gòu)建新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務
我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極富地域特色，東、西部地區(qū)以?400?mm?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)裝備有著非常現(xiàn)實的需求。
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。長期目標是打造面向農(nóng)業(yè)、制造業(yè)與服務業(yè)相融合的互聯(lián)網(wǎng)化農(nóng)機服務體系，實現(xiàn)以農(nóng)機為入口的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務“阿里巴巴化”，構(gòu)建農(nóng)機行業(yè)與現(xiàn)代服務業(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?個方面的重點布局，構(gòu)建完整的第三代智能農(nóng)機的創(chuàng)新體系，覆蓋技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、裝備創(chuàng)新、標準創(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)機產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，從而與世界農(nóng)機強國比肩。
我國第三代農(nóng)機體系與智慧農(nóng)業(yè)在黃河三角洲的探索
第三代農(nóng)機體系的構(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，實現(xiàn)個性化的農(nóng)機定制，并開展技術(shù)、整機和示范驗證，對于推動第三代農(nóng)機產(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)。國務院賦予黃三角農(nóng)高區(qū)的重大任務是：深入實施創(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，成為促進農(nóng)業(yè)科技進步和增強自主創(chuàng)新能力的重要載體，成為帶動東部沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的強大引擎。特別是，當前黃河流域生態(tài)保護和高質(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。因此，我們計劃以黃河三角洲鹽堿地農(nóng)業(yè)綜合應用示范為例，對第三代農(nóng)機體系的構(gòu)建和未來農(nóng)業(yè)耕作模式進行探索，建立可復制可推廣的農(nóng)機商業(yè)模式，具體工作包括?3?個方面。
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)機中試研發(fā)平臺
2019?年?11月，經(jīng)中國科學院批準，由中國科學院計算技術(shù)研究所牽頭，聯(lián)合中國科學院植物研究所、微電子研究所、沈陽自動化研究所等?7?家院內(nèi)單位聯(lián)合組建了中國科學院智能農(nóng)業(yè)機械裝備工程實驗室（以下簡稱“工程實驗室”）。經(jīng)過多年的部署和研發(fā)，工程實驗室已經(jīng)成功研發(fā)出國內(nèi)首款智能農(nóng)機專用控制芯片、智能網(wǎng)聯(lián)終端控制器、農(nóng)機大數(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，工程實驗室團隊在新一代智能農(nóng)業(yè)裝備領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流的水平。
為進一步促進我國新一代智能農(nóng)機的發(fā)展，工程實驗室聯(lián)合國家農(nóng)機裝備創(chuàng)新中心、中國石油大學（華東）、電子科技大學等，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)機中試研發(fā)平臺的建設(shè)。針對第三代農(nóng)機創(chuàng)新體系的關(guān)鍵技術(shù)，完成了智慧農(nóng)業(yè)機器人應用開發(fā)平臺、智能農(nóng)機應用大數(shù)據(jù)平臺、超級基站農(nóng)業(yè)傳輸網(wǎng)絡應用開發(fā)平臺、智慧農(nóng)耕設(shè)施監(jiān)測應用平臺、超大馬力智能農(nóng)機研發(fā)平臺、農(nóng)機具變量作業(yè)技術(shù)開發(fā)及驗證平臺、通導遙一體化的農(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)示范應用開發(fā)平臺等十大關(guān)鍵技術(shù)平臺。
圍繞第三代超大馬力智能網(wǎng)聯(lián)農(nóng)機裝備建設(shè)中試組裝基地
我國的農(nóng)機產(chǎn)業(yè)，既要破“重主機，輕部件”的困局，也要繼承“主機突破，零部件跟進”進而帶動產(chǎn)業(yè)整體創(chuàng)新發(fā)展的歷史經(jīng)驗。因此，在完成第三代農(nóng)機創(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)機相關(guān)領(lǐng)域的壟斷。項目團隊將聯(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“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)機的復雜系統(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（圖?3）。
打造以第三代農(nóng)機為核心、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，并依托三大電信運營商為主的產(chǎn)業(yè)格局。30?年過去了，移動通信進入?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營商繼續(xù)帶領(lǐng)中國的通信產(chǎn)業(yè)前進。同樣的情況也會發(fā)生在未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。我們應當認識到，第三代農(nóng)機創(chuàng)新體系未來商業(yè)模式的核心就是“服務”。因此，除了第三代農(nóng)機裝備生產(chǎn)制造外，還應當依托農(nóng)機裝備的“智能網(wǎng)聯(lián)”能力，實現(xiàn)農(nóng)機裝備的服務運營，打破目前依靠政府補貼銷售給農(nóng)民農(nóng)機的傳統(tǒng)模式。農(nóng)機之外，涉及智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及智能化服務，形成智能化時代的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式變革。
為了實現(xiàn)全面“立體”的智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（圖4），本項目團隊將基于山東黃三角農(nóng)高區(qū)提供的萬畝標準試驗田，按照第三代農(nóng)機體系的標準，從“端、網(wǎng)、云、數(shù)、用”5?個層面進行信息技術(shù)與鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相融合。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，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模化的特點，提供藍牙、WiFi、5G、衛(wèi)星組合通信方式，實現(xiàn)空天地一體的立體通信，服務萬畝級場景的農(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)合云計算等技術(shù)手段進行數(shù)據(jù)分析與挖掘。通過每天約10 GB（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)的匯聚并實現(xiàn)萬畝標準示范田的數(shù)據(jù)綜合處理，形成鹽堿地農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)字化。在應用方面，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、深加工的第三代農(nóng)業(yè)機械裝備的無人化運作。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)模化和智能化作業(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)應用示范的標準生產(chǎn)模式，就可以逐步向我國?5?億畝鹽堿地復制推廣，推動第三代農(nóng)機體系的成熟。
黃三角農(nóng)高區(qū)鹽堿地是第三代農(nóng)機創(chuàng)新體系以及商業(yè)創(chuàng)新體系的試驗場。未來，以萬畝級的標準試驗田為模板，并結(jié)合我國復雜地形地貌、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)機體系為支撐，以“中國科學院農(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”；并進一步為“一帶一路”沿線國家提供全套體系，踐行習近平總書記提出的“人類命運共同體”的偉大構(gòu)想。
展望與建議
構(gòu)建自主可控的第三代農(nóng)機創(chuàng)新技術(shù)體系是改變我國農(nóng)機產(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)機的創(chuàng)新技術(shù)體系”這一核心目標，提出?3?個方面的建議。
（1）加強頂層設(shè)計。建議中國科學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)機產(chǎn)業(yè)應用推廣戰(zhàn)略研究。同時，與科學技術(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、應用體系、人才體系進行融合頂層設(shè)計，為達成第三代農(nóng)機創(chuàng)新體系這一目標優(yōu)化資源配置。
（2）建立國家平臺。農(nóng)機裝備的創(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-農(nóng)藝融合的復雜農(nóng)機系統(tǒng)理論、不同土壤阻力模型下的農(nóng)機動力學建模等基礎(chǔ)理論，建立模擬與仿真試驗場，并在國家重大基礎(chǔ)科技設(shè)施方面予以支持。同時，依托工程實驗室和籌備中的“中國科學院未來農(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)機創(chuàng)新體系，明確各類主體在農(nóng)機創(chuàng)新體系中的定位和任務。爭取在中國科學院內(nèi)以此為目標設(shè)立戰(zhàn)略性先導科技專項支持，形成中國科學院的農(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)機大國、強國相匹配的世界級農(nóng)機龍頭企業(yè)和一批核心關(guān)鍵技術(shù)細分領(lǐng)域的隱形冠軍。（孫凝暉，中國工程院院士，中國科學院計算技術(shù)研究所所長、研究員、博士生導師；張玉成，中國科學院智能農(nóng)業(yè)機械裝備工程實驗室高級工程師、北京中科晶上科技有限公司副總經(jīng)理；石晶林，中國科學院計算技術(shù)研究所。《中國科學院院刊》供稿 ）