农业机械化的现状及发展趋势

    现代社会．衡量一个国家农业发展水平的一个重要标志即为农业机械化的程度。1999年秋．由美国工程院牵头。《国家工程师周刊》、美国工程学会联合会协同评选出20世纪20项最具代表性的工程技术成就 其中．农业机械化名列第7位 农业机械化在提高劳动生产率和推进经济社会发展中发挥了巨大作用美国是最先实现农业机械化的国家．它以占世界0．3％的农业劳动者生产了占世界17．6％ 的谷物、46．5％ 的大豆、20％ 的棉花、16％的肉类和l5．7％的牛奶．成为世界上最大的农产品出口国[1] 。因此．要改造传统农业生产方式进行扩大再生产．要提高农业的生产效率．就必须加快农业机械化的速度

    1 我国农业机械化政策的发展历史

    新中国成立后．政府就十分重视农业机械化的发展。早在1937年，《矛盾论》中就指出“不同质的矛盾。只有用不同质的方法才能解决 在社会主义社会中工人阶级和农民阶级的矛盾．用农业集体化和农业机械化的方法去解决 ”

    1958年3月．中共中央成都会议提出“三个为主”的方针．即农业机器应以小型为主．农业机械的制造一般应以地方为主．实现农业机械化主要靠农业合作社自己的力量 ”

     1962年．在党的八届十中全会上．确定“我们党在农业问题的根本路线是．第一步实现农业集体化，第二步是在农业集体化基础上实现农业机械化和电气化 ”

    20世纪80年代初． 由于农村实行了家庭联产承包责任制，分田到户，土地经营规模小．使农业机械化的发展一度受到挫折，发展速度减慢．甚至出现倒退[2]

　    2004年6月25日　．第十届全国人民代表大会常务委员会第十次会议通过了《中华人民共和国农业机械化促进法》，标志着我国农业机械化走上了依法促进的新阶段．对推进农业机械化，建设现代化农业．发挥长效机制，解决“三农”问题有着重要意义[3]。

    2008年，《中共中央、国务院关于切实加强农业基础建设．进一步促进农业发展、农民增收的若干意见》中提出：“加快推进农业机械化。推进农业机械化是转变农业生产方式的迫切需要，也为振兴农机工业提供了重要机遇加快推进粮食作物生产全程机械化。稳步发展经济作物和养殖业机械化。”

    2 主要发达国家的农业机械化发展状况

    在20世纪60年代世界上大多数发达国家先后实现了农业机械化⋯．继而相继实现农业现代化。美国在农业上使用机械的历史已有100多年。从19世纪中叶到20世纪初为半机械化时期。这一时期，由于工业革命的兴起和发展．钢铁开始应用于农具制造．农具制造业也引进了蒸汽动力。1910年到第二次世界大战为农业基本机械化时期，内燃机、电动机在农业机械上普遍应用。二次世界大战后．美国进入了全面机械化时期．现在是农业机械程度最高的国家之一[5] 目前美国在谷物联合收割机、喷雾机、播种机等农业装备上已经开始采用卫星全球定位系统监控作业等高新技术．向精准农业方向发展已成趋势[6--8]

    西欧国家在小麦、玉米的整地、播种、收获、运输等生产环节已全面实现了机械化，不少农业机械还装备了GPS系统．进行精确农业作业[9] 。20世纪70年代．德国实现了农业机械化[10]。法国农业在欧盟中占有十分重要的地位．其农业产值4 200亿法郎．农业产量占欧盟总产量的20％[11]。法国早在l9世纪6O年代就开始生产农业机械，二战后几乎全部实现了机械化

    日本的国土面积小．且70％是山地，粮食自给率仅为40％。而日本的农业生产每一个环节几乎已实现机械化作业[l2]．对农业机械化的促进措施以经济和法律手段为主[13]。在1995年开始的农业机械发展计划和实用促进计划中．包括了发展农业机器人和农田自动导航 [14]

 

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   3 我国农业机械化的发展状况

    新中国的农业机械始于1958年．1958年新中国生产的第一台拖拉机诞生在洛阳第一拖拉机厂。从此．中国农机工业跨上了一个新的台阶，新中国农业机械化的序曲在洛阳正式奏响。我国农机行业起步较晚．但发展很快。建国初期，农机行业总产值300万元，职工4 000余人．只能生产一些简单的农业机械，主要是依靠进口[15]。经过5O年的发展，我国已成为农机制造大国 2005年我国农机行业的工业总产值超过1000亿元．跃居到世界第三，位居欧盟和美国之后[l6]。

    目前。我国农业机械化水平仍比较低．全国耕种收割综合机械化水平只是36．5％。同时．由于各地的地理环境、经济发展和劳动力素质等存在差异．综合机械化水平发展极不平衡。

    随着信息技术、计算机技术等高新技术的发展和大量应用．我国的农机行业在这方面也有大量的研究。侯学贵等[17]建立了除草机器人模型，应用VC++开发了基于机器视觉的除草机器人杂草识别和导航系统软件．引导除草机器人沿农作物行自动行走。提出新的图像分割算法，在RGB空间直接将农作物分割出来．再利用优化的Hough变换检测出农作物行中心线．根据摄像头姿态和透视变换原理确定除草机器人位姿刘继展等[l8]基于多传感器信息融合和开放式控制的智能型番茄采摘机器人而设计的末端执行器，其硬件主要包括执行系统、感知系统、控制系统和供电系统，执行系统中真空吸盘装置使果实从果束中分离．手指夹持机构对番茄可靠抓持．果梗切断装置利用激光对果梗切断中国农业大学的何卿等[19]为提高接触式拖拉机导航系统性能和导航精度。针对玉米秸秆行间作业．设计了双层控制器接触式导航控制系统。张立彬等[20]在综合分析设施农业用多功能作业机功能需求的基础上．根据结构可重构模块化设计方法的特点．对小型农业作业机的方案设计过程进行了研究．并应用运筹学的相关原理．将层次分析法与动态规划等结合起来．对其进行寻优组合评价．为最终实现作业机可重构模块化设计提供理论基础

    4 农业机测试技术的发展状况

    我国从20世纪50年代中期开始在农机测试中应用电测法．并用电测车跟踪拖拉机或其它农业机械进行田间测试。70年代中期以后．由于大规模集成电路的应用．电子计算机技术、无线电遥控技术及快速试验技术等．在农机试验中也逐渐获得广泛应用我国于20世纪80年代出现的犁耕田间多信号测试系统，就可以同时测定耕深、耕宽、牵引力等参数。

    国外在小型农业作业机测试方面的研究明显早于国内，目前已较成熟且颇具规模。1959年4月21日，由欧洲经济合作组织制订了第一个农用拖拉机的测试标准。2005年3月。欧共体给出了最新农用和林业拖拉机的官方测试标准 国外在拖拉机及其作业机组方面应用测试技术相比于国内其技术更为先进．对拖拉机的三点悬挂机构而言。早在1978年德国奔驰公司在其生产的农业拖拉机上就采用了电液控制的悬挂控制系统 意大利的研究人员为降低温室中使用的农业机械的噪声和烟气排放．提出双电力驱动的农业拖拉机方案[21]。

    目前．国内农业机械测试系统多为大型农用车或拖拉机的发动机、机架等单项测试系统，尚无小型农业作业机综合测试系统及相关标准整机综合测试多针对汽车、摩托车或助动车，基本没有专门针对小型农业作业机的整机测试系统 且国内农业机械的测试大多集中在大型农机的发动机台架测试等单项测试中。不能实现整机的综合性能测试。整机测试农机的一些综合性能．为农机设计与制造提供更多的、全面的理论指导，这是单项测试无法比拟的

    5 农业机械技术的发展趋势

    5．1 CAD／CAE／CAM 技术广泛应用

    目前．我国绝大多数的农机生产企业都已不同程度地实现了计算机二维绘图，图纸、文档的计算机管理但三维制图软件相比与二维制图软件其应用还是偏少．一是由于三维制图软件的售价比二维制图软件要高：二是三维制图软件设计的机械产品须与加工中心的现代化的CAM设备相连．才能发挥其三维软件的优势．而加工中心等一类的设备其价格不菲 但是随着国内三维机械制图软件和加工中心的上市．上述价格因素会随之减少．其应用也必将更加广泛以CAXA软件为代表的国内三维实体造型设计软件已在不少农机企业使用．在三维CAD基础上，采用第三方产品如ANSYS、ABAQUS、MARC、LS—DYNA等，对一些大型农机和高精度要求的复杂曲面零件进行CAD／CAE／CAM技术应用

    5．2 农业机械大型化与小型化共同发展

    随着农业耕作集体化、区域化发展，农业机械在有中国粮仓之称的河南、吉林、黑龙江等地，由于农业耕作的集团化发展必将导致与之配套的农业机械的大型化而另一方面，江浙等地由于受到地理条件的限制．农业耕作不可能朝着集团化方向发展．由于多为山陵地带．配套的农业机械不可能很大．且大量温室大棚的存在也需要大量的小型化农业机械与之配套因此农业机械会朝着大型化和小型化的方向共同发展

    5．3 模块化方向发展

    农业机械种类繁多．结构多样．但其机械结构也有类似之处．现有的产品其零件基本上很难互换，导致农机产品生产周期的延长，难以适应快速变化的市场而模块化技术能很好地解决这一问题。模块化技术有利于促进农机产品技术和质量的提升、降低成本，也有利于满足多样化的客户需求。

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