編者按：農(nóng)業(yè)的根本出路在于機械化，農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。科技部在“十三五”期間組織實施了國家重點研發(fā)計劃“智能農(nóng)機裝備”重點專項，從基礎研究、共性關鍵技術與裝備、典型示范3個層面設置了11項重點任務。該專項將力爭突破智能農(nóng)機技術與裝備瓶頸，研發(fā)農(nóng)業(yè)全程全面生產(chǎn)配套機械，提升我國農(nóng)機裝備智能化水平，縮小與國外主流產(chǎn)品差距，支撐引領現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。
乘科技東風 打造現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備
——記“甘蔗和甜菜多功能收獲技術與裝備研發(fā)”項目
甘蔗和甜菜是我國制糖業(yè)最主要糖料來源和重要的經(jīng)濟作物之一。目前甘蔗全國種植面積2600多萬畝，種植面積僅次于巴西和印度，居世界甘蔗種植第三大國，主要分布在廣西、云南、廣東等地；甜菜全國種植面積200多萬畝，主要分布在新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江等地。近年來甘蔗和甜菜種植面積一直在下滑，如甜菜種植面積從2012年的360多萬畝下滑至2014年的200多萬畝，嚴重威脅我國糖業(yè)安全，主要原因是人力成本增加，機械化收獲水平低推高糖料成本，如甘蔗收獲機械化水平僅約1%，制約我國糖業(yè)發(fā)展。國外發(fā)達產(chǎn)糖國家，如巴西、美國、澳大利亞等，甘蔗生產(chǎn)機械化程度高，從深松、整地、播種、施肥、收獲等全程機械化作業(yè)；巴西目前全程機械化綜合水平在70%以上；歐美等發(fā)達國家甜菜生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)全程機械化作業(yè)。我國黨和政府高度重視糖業(yè)安全生產(chǎn)，國家發(fā)展改革委2015年出臺了“糖料蔗主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃（2015—2020年)”，糖料主產(chǎn)區(qū)政府也相繼提出促進機械化收獲的措施，國家在“十一五”“十二五”科技項目都涉及到甘蔗和甜菜收獲機械研究，通過廣大科技人員的努力取得了可喜進步。
項目是“智能農(nóng)機裝備”重點專項2016年度立項項目，屬于甘蔗甜菜收獲關鍵共性技術研究和重大裝備開發(fā)，總投資5312萬元，其中國撥資金2656萬元，企業(yè)自籌資金2656萬元。下設5個課題，其中1個為甘蔗甜菜共性技術研究課題，2個為甘蔗收割裝備研制課題，2個為甜菜收獲研制課題。執(zhí)行期2016年7月—2020年12月。
項目瞄準糖料蔗主產(chǎn)區(qū)“雙高”需求，重點研究裝備智能化控制技術與系統(tǒng)、甘蔗收獲技術與新裝置開發(fā)、甜菜收獲技術與新裝置開發(fā)、甘蔗和甜菜收獲機整機集成研制。突破電液智能控制，甘蔗扶蔗、根切、寬窄行收割、切段工藝和甜菜自動對行切頂、減阻挖掘、振動分離8項核心技術。解決廣西、云南和廣東集中連片規(guī)模地與丘陵地種植、臺風季風山風導致倒伏生長、榨季多雨帶來的機械收獲地塊適應性問題；解決等行距和寬窄行種植模式帶來的機械收獲機具適應性問題；解決甜菜聯(lián)合與分段高效能機械收獲問題。
項目由現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司牽頭，聯(lián)合華南農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)業(yè)大學、浙江大學、青島農(nóng)業(yè)大學、西南大學5所大學，中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院、廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機械研究院、黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院、中國科學院沈陽自動化研究所4家研究院所，中機美諾科技股份有限公司、中聯(lián)重機股份有限公司、廣州悍牛農(nóng)業(yè)機械股份有限公司和黑龍江沃爾農(nóng)裝科技股份有限公司4家技術企業(yè)，組成14家產(chǎn)學研團隊共同承擔。集合了現(xiàn)有國內(nèi)甘蔗和甜菜研制最具實力的高校、院所和高新技術企業(yè)，具有土壤植物機器系統(tǒng)技術國家重點實驗室、甘蔗機械國家重點工業(yè)性試驗基地等。“十一五”“十二五”期間通過承擔的國家科技項目研究了甘蔗收獲根切、切段、輸送、除雜和甜菜收獲的切頂、挖掘、輸送、果土分離等關鍵技術，獲得了多項國家專利，研制了多種樣機。將為項目開展提供強大的創(chuàng)新科研隊伍和先進的試驗與制造手段及良好前期技術基礎。
項目以智能化技術為主線，實用性設計為先導，核心關鍵技術重點突破，集成技術裝備及關鍵技術通過試驗檢驗并在試驗中不斷提升的技術路線開展創(chuàng)新研究。集成研制7種裝備。履帶式和輪式切斷甘蔗聯(lián)合收割機2種，喂入量≥6kg/s；集料式和提升臂裝運式履帶丘陵山地甘蔗收割機2種，喂入量≥4kg/s；宿根破頭率≤17%，損失率≤5%，含雜率≤7%，試驗考核總面積≥500hm2。自走式甜菜聯(lián)合收獲機、甜菜挖掘鋪放和撿拾收獲機3種，切頂合格率≥85%，塊根折斷率≤8.0%，含雜率和總損失率≤4.5%，撿拾收獲機作業(yè)效率0.8—1.0hm2/h，試驗考核總面積≥800hm2。將形成31—35項具有自主知識產(chǎn)權的國家專利，制定標準7項，發(fā)表論文30—35篇；提升裝備智能化水平，具備根切、切段、排雜等驅(qū)動馬達參數(shù)實時采集，故障診斷與自動監(jiān)控功能。
項目的實施將解決甘蔗收獲連片規(guī)模地與丘陵地種植等條件和等行距和寬窄行種植模式帶來的機械收獲適應性問題，解決甜菜聯(lián)合與分段高效能機械收獲問題，實現(xiàn)甘蔗機收率由現(xiàn)有不足1%的跨越增長；提升甘蔗與甜菜行業(yè)技術水平和產(chǎn)品制造水平，縮短與先進國家間的差距。據(jù)測算：機收率每增長5%，則需要1200臺甘蔗收割機和45臺套甜菜收獲機，預計有16.14億元產(chǎn)值。節(jié)本、增效，提高農(nóng)民收入，機收與人工收獲相比可節(jié)約支出甘蔗100—150元/畝，甜菜約100元/畝，替代進口可節(jié)約購機成本20%以上。解決勞動力緊缺收獲用工荒問題，1臺大型甘蔗收獲機和甜菜收獲機可分別替代300個人工以上。裝備的研究成功將推進我國甘蔗和甜菜機械化收獲進程，推動糖料機械化收獲產(chǎn)業(yè)升級創(chuàng)新，促進糖業(yè)平穩(wěn)可持續(xù)發(fā)展，保障我國食糖產(chǎn)業(yè)安全有重要作用。同時，因甘蔗和甜菜種植主要集中在廣西、云南、新疆和內(nèi)蒙古等邊境省區(qū)和少數(shù)民族聚集地，提高糖農(nóng)收入水平，有助于促進邊境地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。
只為測得更準、控得更精、管得更細
——記“機器作業(yè)狀態(tài)參數(shù)測試方法研究”項目
2016年7月，由中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)大學、浙江大學、吉林大學、北京農(nóng)業(yè)智能裝備研究中心、上海交通大學、中科院自動化所、華南農(nóng)業(yè)大學、江蘇大學、農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)機化所、中科院沈陽自動化所等15家智能農(nóng)機領域優(yōu)勢高校和科研機構承擔的國家重點研發(fā)計劃項目“機器作業(yè)狀態(tài)參數(shù)測試方法研究”啟動。
項目圍繞現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、提質(zhì)增效對高端技術和市場重大產(chǎn)品的緊迫需求，重點突破市場機制和企業(yè)無力解決的試驗檢測基礎和關鍵共性技術，實現(xiàn)自主化，破解完全依賴進口、受制于人的瓶頸；重點突破農(nóng)機作業(yè)環(huán)境與本體信息感知方法、精細生產(chǎn)管控機理、作業(yè)狀態(tài)參數(shù)測試方法等方面的關鍵技術，創(chuàng)制關鍵共性核心技術裝置與系統(tǒng)，達到測得準、控得精、管得細，解決我國農(nóng)機裝備技術基礎研究不足，農(nóng)機作業(yè)過程粗放、可靠性安全性低、作業(yè)質(zhì)量差，導致農(nóng)業(yè)投入品浪費，嚴重影響糧食產(chǎn)量、品質(zhì)和作業(yè)效率等問題。
項目針對復雜開放工況下機器作業(yè)狀態(tài)參數(shù)缺乏有效在線監(jiān)測方法的問題，研究復雜開放工況下農(nóng)機作業(yè)安全探測原理，突破土壤致?lián)p性硬質(zhì)異物探測、作業(yè)區(qū)域隱蔽性人畜識別、收獲作業(yè)隱性火災預警；研究動力機械作業(yè)參數(shù)檢測方法，突破超低速驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率檢測、維系原懸掛結構空間動態(tài)載荷測試；研究作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測技術，突破播施深度檢測、漏播斷條報警、種肥流速流量檢測、噴霧均勻性評價、果園對靶噴藥控制、收獲籽粒破損和含水率檢測等關鍵技術，研制在線檢測系列傳感器，集成開發(fā)農(nóng)用動力、施肥播種、植保和收獲等農(nóng)機在線檢測裝置和測試系統(tǒng)。
在理論方法創(chuàng)新方面，項目提出適應復雜環(huán)境的系列傳感檢測方法，包括：采用自吸式氣敏傳感方法探測干燥環(huán)境下棉花和秸稈等隱性火災，采用熱敏傳感及切片成像方法實現(xiàn)隱蔽環(huán)境下人畜安全距離識別，采用電容層析成像方法實現(xiàn)播種施肥機排料管內(nèi)種肥流量流速檢測，采用內(nèi)置自動參比和連續(xù)積分相結合的光譜分析方法實現(xiàn)復雜環(huán)境下稻麥水分快速在線檢測。
在關鍵技術創(chuàng)新方面，項目一是突破農(nóng)機主要性能參數(shù)檢測與傳感關鍵技術，包括：采用多傳感方法融合的超低速滑差率測量技術，實現(xiàn)復雜植被和丘陵山地等復雜環(huán)境驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率檢測；采用維系原懸掛結構的空間動態(tài)載荷檢測技術，實現(xiàn)農(nóng)用動力機械本身性能和配套機具空間載荷的六分力在線檢測；采用噴桿運動與狀態(tài)參數(shù)的自動檢測技術，實現(xiàn)寬幅噴桿自適應高度匹配；采用喂入負荷、脫粒負荷、輸送負荷等關鍵參數(shù)的性能在線檢測技術，實現(xiàn)收獲機械堵塞自動預警。二是突破農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量檢測與傳感關鍵技術，包括：采用后懸掛件姿態(tài)動態(tài)測量技術，實現(xiàn)拖拉機耕播作業(yè)深度在線檢測；采用肥流速流量壓電傳感技術，實現(xiàn)氣流輸送式播種施肥機種播種施肥均勻性在線檢測；采用多傳感器信息融合噴霧質(zhì)量測量技術，實現(xiàn)噴霧機噴霧均勻性的在線檢測。
項目預期突破機器作業(yè)測試技術12項，研制新型傳感器15種，開發(fā)農(nóng)用動力、施肥播種、植保和收獲等車載測試系統(tǒng)與檢測裝置15套。項目開發(fā)的產(chǎn)品作為獨立的配套監(jiān)測及控制系統(tǒng)安裝在國產(chǎn)農(nóng)機上，可以進一步提高種、藥、肥、苗等的利用效率，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料過量投入造成的環(huán)境污染。
項目的實施，將為我國農(nóng)機智能裝備精細作業(yè)的精測、精施、精管的理論方法與技術基礎提供支撐作用；對加快發(fā)展智能農(nóng)機裝備技術，縮小與國外主流產(chǎn)品差距、支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障糧食和產(chǎn)業(yè)安全意義重大。
創(chuàng)新驅(qū)動打造農(nóng)業(yè)機械的強大“心臟”
——記“新型節(jié)能環(huán)保農(nóng)用發(fā)動機開發(fā)”項目
經(jīng)過近10年的快速發(fā)展，我國農(nóng)機工業(yè)已經(jīng)成為世界農(nóng)機生產(chǎn)大國，但要成為農(nóng)機強國，在自主創(chuàng)新能力、產(chǎn)業(yè)結構水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面仍需取得更大突破。
農(nóng)用柴油機作為農(nóng)業(yè)機械的“心臟”，是國家農(nóng)機技術水平和制造能力的重要標志，也是國際農(nóng)機產(chǎn)業(yè)競爭的焦點之一。從現(xiàn)狀看，歐美引領著農(nóng)用柴油機技術的發(fā)展，幾乎所有73.5kW以上的農(nóng)用柴油機都采用了適于低速大扭矩特性的電控高壓燃油噴射系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)等關鍵技術，柴油機的動力性、經(jīng)濟性、排放、振動和噪聲、可靠性等指標優(yōu)于國內(nèi)。而國內(nèi)非道路國三排放農(nóng)用柴油機普遍采用電控單體泵燃油噴射系統(tǒng)，少量采用外企生產(chǎn)的高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，與國際先進水平相比有較大的差距。隨著非道路移動機械排放標準的逐步升級，國內(nèi)農(nóng)機動力升級換代迫在眉睫，亟待行業(yè)集中攻關，促進產(chǎn)業(yè)技術升級。
本項目由國機集團牽頭，聯(lián)合天津大學、西安交通大學、濰柴動力股份有限公司、成都威特電噴有限責任公司等15家單位，組建起強大的聯(lián)合開發(fā)團隊。項目旨在圍繞我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對高性能節(jié)能環(huán)保農(nóng)用動力與裝備的緊迫需求，重點突破低油耗、低噪聲和低污染的新型農(nóng)用柴油機關鍵共性技術，開發(fā)關鍵核心零部件，提升農(nóng)機智能化管理水平，開發(fā)符合非道路國四及歐洲非道路Stage Ⅳ排放法規(guī)要求的大、中功率新型節(jié)能環(huán)保農(nóng)用柴油機，實現(xiàn)國產(chǎn)柴油機的精益制造，突破國外技術壟斷，提升我國農(nóng)機裝備的整體技術水平和國際競爭力。該項目研究目標是針對農(nóng)用柴油機作業(yè)環(huán)境復雜、用途多樣化、低速大扭矩工況的特殊要求以及燃油耗高、噪聲大、污染嚴重等問題，通過產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)一體化聯(lián)合研究攻關，重點掌握新型節(jié)能環(huán)保農(nóng)用柴油機關鍵共性技術、開發(fā)新型節(jié)能環(huán)保農(nóng)用柴油機智能管理平臺和關鍵核心零部件，實現(xiàn)集成匹配和精益制造。主要研究內(nèi)容包括：低轉(zhuǎn)速高強化燃燒過程理論，非道路排放控制技術，減振降噪技術應用，農(nóng)用柴油機與作業(yè)機械匹配，農(nóng)用柴油機智能控制策略與管理系統(tǒng)，電控高壓噴射技術等方面的研究工作。
項目成功實施后，將突破節(jié)能環(huán)保農(nóng)用柴油機有關基礎理論和關鍵技術，項目成果產(chǎn)品技術水平將達到國際先進水平，項目產(chǎn)業(yè)化成果將打破國外產(chǎn)品在該領域的壟斷地位，形成的試驗研究平臺可為行業(yè)提供服務。這些對于進一步提升我國農(nóng)機制造企業(yè)的自主創(chuàng)新能力，促進農(nóng)機產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，提高先進適用產(chǎn)品的供給能力，增強中國企業(yè)參與全球市場的競爭能力，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，降低農(nóng)業(yè)機械能源消耗與有害排放總量，促進可持續(xù)發(fā)展等方面將起到示范和引領作用。通過產(chǎn)、學、研、用結合，共同攻克內(nèi)燃機的技術壁壘，加速關鍵共性技術科技成果運用，提高我國內(nèi)燃機自主開發(fā)能力和技術創(chuàng)新成果的輻射能力，全力打造我國農(nóng)業(yè)機械的強大“心臟”。
中國鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自：《科技日報》2016年12月15日
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