国内外农业机械化新技术的现状与发展

摘要机械化农业是20世纪农业生产方式的代表性变化它有力地推进了农业的发展在新世纪要提高农业现代化水平必须积极地推进农机化技术创新为此通过查阅大量国内外有关农业机械化新技术的资料,总结并简要地论述了国外农业机械化技术的发展现状以及国内农业机械化技术概况与发展趋势关键词农业工程农业机械化综述新技术智能化自动化中图分类号S23-01文献标识码A文章编号1003─188X(2006)05─0007─030引言现代化农业除要求农业机械性能稳定工作可靠操纵方便机动灵活等基本特点外还应使作业过程达到半自动化自动化并具有运行状态监测故障自诊及其自动报警功能以便能及时准确地报出故障部位提高作业效率近年来电子技术与计算机技术结合形成的智能控制技术的发展以及先进的机械制造技术新材料的涌现为农业机械带来了新的技术变革推动了农业机械向智能化自动化方向发展极大地促进了农机产品性能的提高[1]1国外农业机械化新技术的发展现状与趋势1.1经济发达国家农业机械化技术水平现状目前欧美国家大田生产已经高度机械化形成了比较稳定的生产体系与配套机具但随着生物技术信息技术机械制造技术和农业生态生产技术水平的提高以农业可持续发展和增产增收为目标的新的农机化技术和机具还会不断产生20世纪70年代德国实现了农业机械化根据农业发展的需要和当代科技发展的水平其动力机械进一步向大功率大型化方向发展以适应农场规模不断扩大的需要同时复式作业和联合作业机具有了新的发展开发出了免耕深松灭茬施肥播种1次完成的机具以适应保护性耕作多种高性能机具前后挂接进行联合作业作业机械和运输机械一体化牧草收获机械集收割捡拾压捆装载为一体甜菜马铃薯收获机械将去叶刨掘收获清土装运联成一体等这些机械大幅度提高了农机作业效率而且为了适应农业机械化与农业可持续发展相结合这一新的发展趋势生产出了一些有利于保护资源环境的农业机械如有利于保护性耕作的深松灭茬圆盘有利于节水的喷灌机械及节约种子的精密播种机等并推出了液压旋转双向犁同时卫星定位激光制导等高新技术也被应用到农业中美国加拿大澳大利亚等国人均耕地较多在种植业中主要发展大规模集约化经营所需大型高效农业机械如74340kW大功率轮式拖拉机及配套宽幅耕整地播种病虫害防治机械青饲料联合收割机等[2]英法等国则为中等规模集约化经营种植业与畜牧业并重农业机械以中型为主意大利是当今世界农机产品的主要生产国和销售国其生产销售的拖拉机大部分为四轮驱动73.5kW以上的大功率产品呈逐年增长趋势且在各国履带拖拉机生产日渐减少的今天意大利在20世纪90年代末的履带拖拉机仍占拖拉机产量的一定比例1.2发达国家高新技术发展状况近年来一些发达国家不断将高新光技术应用到农业机械上来使农业机械向智能化发展例如将激光技术应用于拖拉机利用激光计算机导航装置在室内荧屏前一人可操纵多台激光拖拉机进行耕作将产量计量器安装在联合收割机上在收割作物的同时准确地收集有关产量资料绘制各田地的产量分布图将超声波应用于挖土机将微波技术用于杀死昆虫及干燥谷物等除此之外由于机器视觉和人工智能技术的发展研发出了可代替人或犬放牧羊群的牧羊机械狗能辨别出苹果是否成熟的摘苹果机器人还有无人插秧机无人驾驶拖拉机使用3S技术等这些产品显着提高了作业效率。2国内农业机械化新技术概况2.1我国农业机械化新技术的发展现状2.1.1新产品投入市场增多国内农机制造企业新产品研发及投入市场速度加快中国一拖继80型拖拉机后开始批量供应70型拖拉机迪尔天拖自60型拖拉机热销后又将推出72型拖拉机从农村工程机械看中国一拖推出了价格低廉且备受广大农民欢迎的小型工程机械作业机械市场上农哈哈的免耕灭茬播种机和天津富康的不对行玉米收获机也深受消费者喜爱有了新产品就有了提前占领市场的筹码这是所有企业竞相采用新技术提升产品科技含量的动力所在2.1.2有特色和个性化产品增多从外观质量上看流线型拖拉机已成为一种时尚拖拉机和农用车驾驶室的布置和形式采用人机工程的技术同时农机产品的内在制造质量也在稳步地提高从产品性能和用途上看具有鲜明特色的产品在一定区域有稳定的市场大多数产品都开始采用汽车等行业的先进技术2.1.3适用新产品尚显不足多年来农机企业受农民收入影响其产品价低利微缺乏新产品开发能力目前农业调整速度加快对农机新产品需求迅猛但开发一个新产品需时较长因此产生了供给与需求脱节的现象如残膜回收机青饲收获机薯类种植机甘蔗甜菜亚麻等经济作物收获机械农产品精深加工和畜牧养殖机械等都有很大的市场空间但目前国内还没有能普及应用的适用机型供农民选择这在很大程度上制约了农机市场的拓宽2.2我国农业机械化新技术的发展趋势从国外多年的发展经验可知采用自动化智能化的作业方式是现代农业发展的必然趋势是发展高效节本农业的有效途径近年来随着我国改革开放的不断深入我国的农业机械化技术取得了一定进展[3]2.2.1农用传感器技术的进步能不能有效地实现农业机械自动化控制关键在于一是能不能实现对农产品的生物学性状和活动进行迅速准确地评价二是能不能准确地监测机器的工作状态以便及时地进行调整使得自然环境下准确检测这些性状和状态的传感器及数据处理技术与装置的研究开发显得尤为重要目前我国的农用传感器技术的应用已十分广泛例如收获机上使用谷物流动传感器可快速地测出收割机每秒收获的谷物质量使用谷物湿度传感器可实现对收获谷物和储藏谷物湿度的在线测量和监控在粮食烘干储存等作业上对温度传感器的使用解决了温度测量的精度问题和远距离非接触式的测量其它如速度位移力传感器等也都广泛应用为农业机械的自动化智能化打下了基础[4]2.2.2电子技术和计算机技术在农业机械上的应用自20世纪90年代以来世界电子技术的发展极为迅速产品周期不断地被缩短小型化微型化芯片的出现为其在农业机械自动化智能化上的应用提供了可能例如在联合收割机播种机等机械上应用电子监控装置使操作者能随时知道机器的工作状态并通过故障显示报警系统对某些部分进行调整以便保证作业质量[5]与此同时随着自动控制技术的发展电子设备的性能得到了很大提高已能够适应农业生产的高温潮湿振动噪音灰尘等不良环境提高了产品的耐久性和可靠性[6]因此信息技术与微电子技术在农业机械装备中的应用代表着农业机械技术发展踏上了一个新的里程碑2.2.3农用机器人技术机器人是机电一体化的典型它集中了机械电子计算机自动控制及人工智能等高科技的最新研究成果由于农业机械领域中农业作业环境作业对象的复杂性和多变性决定了对农用机器人有更高的要求[7]要求农业机器人将能够自动收集处理作业环境及作业对象的各种情报确定目标并依此决定应选择什么样的操作形式进行恰当的作业如在果实收获时机器人要根据果实本身的特性自行判断果实的成熟度在除草和间苗作业时由机械本身自行区别出作物与杂草等我国已开发出能够进行作物嫁接的农用机器人并将其加入到生产实际中[8]随着计算机智能技术的发展农业机器人的实用化步伐将会加快今后将会有更多的农业生产由机器人来完成2.2.4精确农业体系的建立电子学信息技术等高科技的应用使一些农业装备具有智能化特征和更易于相互通信促进了农业机械应用于精细农作的研究开发精细农作的思想核心是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素的相关信息分析影响小区产量的原因采取技术上可行经济上有效的调控措施区别进行对待按需实施定位调控即处方农作[10]其主要的支持技术有3S技术即全球定位系统GPS地理信息系统GIS和遥感技术RS信息采集与处理技术ST决策支持系统DSS和智能化农业机械IAM等技术GPS确定农业机械在田间的瞬时作业位置通过RS系统随时随地地采集环境及作物信息这些信息输入GIS并结合事先储存在GIS中定期输入的各方面的数据及各种决策支持系统对数据进行加工处理作出合理适当的农业作业决策传输到执行机构输入智能化农业机械系统中实现对作物的变量投入或操作调整[11]随着信息技术网络技术人工智能技术在工业上的广泛应用在传统农业装备上引入信息化智能化技术是21世纪农业现代化发展的必然趋势2.2.5保护性耕作体系的发展先进的农业生产技术对农业机械提出了更高的要求农业机械的发展也会促进农业技术层次的提高所以只有农机与农艺紧密结合才能互相促进不断提高农业生产技术水平目前正在兴起并大力推广的保护性耕作则是农机与农艺相结合的一个范例它是以机械化措施为龙头在尽可能不扰动表层土壤的情况下在茎叶残茬覆盖地播种施肥并使用化学药剂除草和防治虫害农机农艺相配套从而起到保土保水保肥的作用实现农业的可持续发展[12]保护性耕作技术的核心是少耕免耕秸秆覆盖其大量的作业工序必须依靠机械来完成因此发展机械化保护性耕作技术是这一技术在农业生产中大规模应用的必然前提随着我国保护性耕作技术的逐步推广已开始形成相应的农机具系统主要有深松机具免耕播种机具秸秆及根茬粉碎还田机具等目前正在不断地开发与完善中[13]3结束语农业机械向智能化精准化和实现可持续农业方向发展以逐步实现农机作业的高效率高质量和低成本提高操作者的舒适性和安全性随着世界人口的继续增长和人民生活水平的不断提高农业机械化在更高的水平上继续发展是必然趋势参考文献[1]管荣根,张瑞宏,顾玲.入世后我国农业机械的发展[J].中国农机化,2002,(4):8-10.[2]张兴勤,吴荣辉.国内外农业装备现状与发展趋势[J].农业机械,1999,(11):8-9.[3]党革荣,耿端阳.农机发展出路在于智能化和自动化[J].中国农机化,2003,(5:5-6.[4]金衡模,高焕文,王晓燕.农业机械自动化的现状与推进模式[J].中国农业大学学报,2000,5(2):44-49.[5]史艳国,李振明.浅析新技术在农业机械化中的应用[J].农机使用与维修,2003,(3):13.[6]冯启高.未来农业机械的技术开发方向[J].河南科技,1997,(4):6.[7]马瑞峻,区颖刚,李长友,等.现代农业机械新技术教学内容和方法探讨[J].农机化研究,2003,(1):238-240.[8]冯启高.日本农业机械化研究现状及技术开发方向[J].农业现代化研究,1997,18(4):254-256.[9]蔺公振,高春艳.加入WTO对我国农机工业的影响[J].农机化研究,2002,(4):24-25.[10]彭桂兰,张学军,王旭东.现代化农业的发展趋势精确农业[J].农机化研究,2002,(1):6-9.[11]蒋天弟,欧阳爱国.农业机械智能化与21世纪精细农业[J].农机化研究,2002,(4):12-15.[12]陈君达,王兴文,李洪文.旱地农业保护性耕作体系与免耕播种技术[J].北京农业工程大学学报,1993,13(1):27-33.[13]杨德荣.旱作机械化保护性耕作技术[J].山东农机,2004,(5):16-17