农机无人化与信息化产品创新研究

方 啸 王保国 王新果

（中联重机股份有限公司，安徽 芜湖 241080）

随着科技的日新月异，我国农业科技得到了飞速发展，相应的农业机械智能化及自动化技术水平在逐年提升。运用现代农业机械智能化、自动化技术，不仅大幅减少了农民的工作量，提升了劳动生产效率和劳动舒适性，而且节约了生产成本，改善了农产品的生产质量。“十二五”期间，我国农业机械装备发展取得了明显成效，已成为农业机械生产的大国，农业机械自动化水平也在持续提升。但在农业机械产品智能化，尤其是高端农业机械产品方面，我国农业机械产品性能与外资品牌产品相比还存在不小的差距。在农业机械升级发展中，无人化与信息化技术的发展已成为农业机械升级发展的关键，成为我国农业发展的重要方向［1］。

1　我国农业机械产品发展现状

近年来，我国农业机械产品种类不断增加、生产能力日益增强，一些大型高效、精准、节能型装备研发制造取得了积极进展，为我国农机化事业快速发展提供了良好保障。十多年来，全国农作物耕种收综合机械化水平持续提升，2016年综合机械化率已达66%（见图1）。其中，机耕率为81.4%，机播率为52.76%，机收率为56.01%，农业机械总动力逐年上升（见图2）。

图1　我国农业机械耕种收综合机械化率走势

我国农业机械装备在新时代得到了飞速发展，但与美国约翰迪尔、凯斯纽荷兰、日本洋马、久保田等国外农业机械品牌相比，我国农业机械装备竞争力明显不足，存在着产品品种不全、品质不高、中高端产品供给不足、关键零部件受制于人、共性技术研究基础薄弱以及农机农艺融合不紧密等诸多问题。因我国产业结构不合理，高端农机产品技术不成熟，产品可靠性难以满足市场需要，与外资品牌存在较大差距，180马力以上拖拉机等高端农业机械装备基本被外资品牌垄断（见图3），我国农业机械的发展亟待转型升级。

图2　我国农业机械总动力走势

图3　我国高端农业机械装备国外品牌市场份额

2　农机升级发展关键技术分析

面对我国当前农业机械化程度较国外品牌相比综合水平存在一定差距的发展困境，国家层面正试图通过借助人工智能、“互联网+”等新一轮产业革命的历史机遇，推动农业机械化综合水平的提升，实现产品升级，实现弯道超车［2］。

近三年来，国家不断出台关于农业机械装备发展的指导文件，如《新一代人工智能发展规划》《农机装备发展行动方案（2016—2025）》《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》等纷纷指出，农业机械的发展是国家重大战略，农业机械产品升级对国家农业发展有重要意义。当前，农业机械产品升级的重点应放在农业机械无人化、信息化上。

农业机械无人化是指利用传感器技术、导航定位技术，使拖拉机、收获机等农业机械实现作业自动化、智能化、精准化乃至无人化，其典型应用为农业机械自动驾驶；农业信息化（农业物联网）是指利用传感器技术对农业信息数据进行采集，利用通信技术将传感器节点进行连接，形成监控网络，实现与农业环境、农业机械的互联，其典型应用为农业物联网［3］。农业机械自动驾驶具有提高作业精度、延长工作时间、减少油料、降低劳动强度、提升作物产量以及提高规模化生产等优势，农业物联网具有实现科学耕种收、实现精准操控、提高自动化效率、实时监控环境、实现远程操控、有利于大数据分析以及有利于农产品追溯等优势［4］。

农业机械无人化与信息化是当前农业机械弯道超车的关键技术，是农业机械升级发展的基石，是落实人工智能、“互联网+”发展的核心推力。

3　农机无人化与信息化产品创新能力分析

知识产权是产品升级与创新的核心，知识产权的数量与质量是产品升级发展的衡量标准［5］。

3.1　农机无人化专利分析

近几年来，我国农业机械自动驾驶专利申请情况如图4所示。由图4可以看出，自2010年起，我国农业机械自动驾驶领域的专利申请数量逐年递增，但2015年后出现了下滑趋势，发明专利授权数量也在2013年后出现持续下降，2017年更是下降至个位数，农业机械无人化产品创新情况不容乐观。

图4　农业机械自动驾驶专利申请情况

对以上专利进行类型展开分析，分析结果如图5所示。从图5可以看出，专利申请类型多集中在设备、装置、原理、方法和零部件的设计上，在核心的智能控制方面（一般控制、调节及非电变量控制）的专利少之又少。此外，专利质量方面，对比发明申请数量与发明授权数量，在一般控制、调节方面的发明专利授权率仅为34%，在非电变量控制方面发明专利授权率仅为19%。

3.2　农机信息化专利分析

近几年来，我国农业物联网专利申请情况如图6所示。从图6可以看出，自2010年起，我国农业物联网领域的专利申请数量逐年递增，但2016年后出现了下滑趋势，而发明专利授权数量一直处于低谷，仍在个位数徘徊，农业机械信息化产品创新情况不容乐观。

图5　农业机械自动驾驶专利类型分析

图6　农业物联网专利申请情况

对以上专利进行类型展开分析，分析结果如图7所示。从图7可以看出，专利申请类型最多的仍在设备、装置方面，但相比自动驾驶，农业物联网核心的方向（计算、推算、控制、调节和电通信）专利申请数量较为可观。但是，对比发明申请数量及发明授权数量可以发现，在农业物联网核心方向的授权率极低，计算、推算方面发明专利授权率仅为14%，控制、调节方面专利授权率仅为18%，电通信方面专利授权率仅为8%。

图7　农业物联网专利类型分析

4　农机升级发展对策

随着无人化、信息化技术井喷式的发展，传统的农业知识体系已不满足农业机械升级发展的需求。新兴的无人化、信息化技术需要农业机械融入自动化技术、信息化技术、传感器技术、人工智能技术等综合型技术。农机产品升级发展应加大跨界合作，以“人工智能+”“互联网+”的模式带动农机升级发展。

4.1　加大农机内部跨界人才培养

新型产业的市场尚处于萌芽阶段，企业内部或市场上具备覆盖各专业领域的农业机械智能化培训项目、完善的理论与实践一体化的培训体系、培训机构严重缺少。即使有少量企业和社会培训机构推出培训项目，由于缺乏实精湛的教育教学资源、完善规范的培训体系，难以形成系统的教学流程，尤其是人工智能、互联网、现代农业机械等领域的专业培训机构少之又少。企业内部及社会培训机构应以融入新型产业领域的技术为指南，以系统集成为切入点，以创新、创业自主体系平台建设为载体，制订突出职业行动和社会能力的专业人才培养体系、培训方案。培训体系、培训方案应由浅入深地为人才提供跨越式成长环境，可先为企业员工提供普及人工智能、互联网知识的基础培训，再为企业员工提供具备人工智能、互联网应用的技术培训，最后结合企业自身发展需求，依托市场导向，为企业员工提供专项的技术技能培训，实现新型产业从教育培养到人才应用的跨越式发展。

4.2　借助人工智能、物联网实现产品跨界发展

我国农业机械产品存在技术创新不足问题，但我国人工智能、互联网技术在国际上数一数二。应加快现代农业机械与人工智能、互联网的跨界融合，引导国内科研机构围绕细分市场向差异化方向发展，开展与企业、市场相关的产业链横向和纵向整合，使互联网、人工智能与现代农业机械紧密结合。以联合开发的方式，为互联网、人工智能提供农业机械领域应用场景，加速现代农业机械无人化与信息化的创新发展。一方面，让人工智能、互联网方面的专家、学者了解农机市场痛点，了解企业需求；另一方面，让企业了解人工智能、互联网的最新技术进展，寻找与企业相关的技术落地点，推进成果转化，实现产业落地。

5　结语

本文对农机升级发展现状进行了分析，并给出相应对策，指出农业机械的升级发展，尤其是无人化、信息化关键技术的发展，应结合人工智能、互联网技术实现跨界发展，才能在产品升级与创新上实现弯道超车。