以人为本的现代化农业设备设计探索

陈冰茹

(安徽工业大学 艺术与设计学院，安徽 马鞍山 243032)

农业现代化是将现代科学技术、现代工业和现代管理方法运用到农业生产活动中的过程，它代替了传统的农业生产方式，达到建立现代农业体系的目的。从广义上来看，农业现代化体系由硬件体系和软件体系两部分组成，硬件体系包括现代化农业机械、高科技技术设备、互联网技术等;软件体系包括农业教育、农业土地管理、科技推广等。设计学作为实践型学科，基于“以人为本”的设计准则，立足于我国农民在农业生产过程中的基本需求和根本痛点，并结合农业现代化体系中的硬件和软件资源，在优化农业设备设计制造过程中发挥重要作用。

一、我国农业发展的背景

我国地域辽阔，自然环境复杂多样，虽然部分地区实现了农业现代化的建设目标，但现代化农业在空间分布上却呈现出发展不平衡的态势。从总体上看，我国的东部地区、经济发达地区和城市地区的农业现代化水平明显超过西部地区、经济欠发达地区和农村地区。可以说，我国正处于传统农业和现代农业并存的状态。

(一)自然和社会条件

耕地地块分布零散是我国广大农村地区农业现代化进程首要制约因素，并直接决定了我国农业的生产方式。从自然条件方面来看，我国地势西高东低、“三级阶梯状分布”的地貌成为了农业现代化发展的自然屏障。以农业机械化为例，我国山区面积约占全国土地总面积的2/3，地形崎岖，交通闭塞，耕地资源分布零散，起伏的地形限制了山区丘陵地带机械化农业设备的使用，导致多数设备无法因地制宜发挥应有的功能和作用。从历史文化背景方面来看，小农经济和土地所有制度至今仍然影响着我国的农业制度。耕地资源零散和小规模农作方式使得我国广大农村地区仍采用个体劳动生产方式，机械化农业设备难以普及，农业生产效率低。

(二)农业劳动力分析

我国农业的自然条件、社会条件和技术设备不仅对农业现代化的进程有重要影响，而且与农民的生理和心理状况紧密关联。在中西部地区，由于农业设备的普及率低和农民的受教育程度低，农民在农业生产过程中暴露出明显的生理和心理上的问题。一方面，农民的身体状况令人担忧。农村青壮年劳动力的流失导致老人、妇女和儿童不得不承担田间劳作的任务，长期的重复劳作动作对身体运动功能造成一定程度的损伤。另一方面，在传统农业环境中，农民的心理状况呈现出守旧、从众、直观的特征。农民习惯并依赖于过去的生产经验，很难接受没有经历或尝试过的事情，对于落后的农业生产方式持保留态度，求稳怕乱，因此，农民接受农业现代化的意愿不高。

通过上述分析可以得知，我国农民处在一种多层次的农业环境中，并且行为和心理特征具有一种“矛盾的状态”。这种局面对设计学介入农业现代化设备生产提出了更专业的要求。因此，现代化农业设备设计需充分结合自然和社会的实际情况，切实从农民的认知水平以及农民的生理、心理需求出发。

二、我国农业设备设计的现状

改革开放以来，我国农业技术的现代化水平得到了显著的提升，但由于自然条件、社会条件和劳动力状况的限制，我国中西部农村地区的农业设备发展仍面临众多困境。

(一)地区发展不平衡

东北和西北地区借助自然和政策优势，形成了国营性质的商品谷物农业。它采用大规模机械化生产的方式，广泛使用播种机、收割机和飞机等现代化机械设备进行农业生产加工。反观中西部农村，零碎的耕地不能够被联合成大土地进行规模化生产，传统的、小型化的、手动或半自动化的农业设备仍然是农民的主要生产工具。在贵州丘陵山区，农民使用锄头等手工农业工具或在畜力的支持下使用犁杖等工具进行耕作。这两种工具未经过现代化设计的改良，人机工程学设计不合理，耗时费力，生产效率极低。在经济条件较好的中东部地区，半自动化小型农机具的使用在一定程度上解放了劳动力，提高了生产效率，但仍需农民手动操作，并且设备的重量偏重、操作困难、维护复杂，不利于妇女和老人进行操作、控制和维护。

(二)功能结构发展不平衡

我国农业设备发展另一个突出问题是设备的功能结构不平衡。我国农产品种类丰富，农业生产的步骤繁多，包括耕地、播种、浇水、除草、施肥、采摘、收割、运输等一系列活动。由于广大农村地区农业机械设备种类单一，小型农机具只适用于粮食作物的耕种、收割和运输等前端、末端工作，粮食作物的日常管理和蔬菜、水果等经济作物的生产过程仍缺乏机械化的操作设备，农民的体力劳动强度仍然非常大。而发达国家的农业设备设计已经实现专业化和一体化的功能目标，设备操作简单、自动化程度高。例如，图1所示的苹果采摘机器，可实现全方位的自动化采摘。

图1 苹果采摘机器

三、日本家庭现代化农业的借鉴

工业革命后，发达国家率先完成了从传统农业向现代农业的过渡。从世界范围来看，以日本为代表的现代化农业模式最具特点，它基于本国的自然条件和社会经济条件，制定符合国情的现代化农业发展策略，成为了现代化农业发展的佼佼者。

日本农业属于精细化农业，由于人多地少，在农业现代化的进程中同样面临耕地零碎和小农经济的发展瓶颈。日本立足于国情，未直接改变小规模家庭经营的模式，从实际出发，设计适用于小块土地、操作灵活、适用性强的小型机械化设备，不仅适用于水田、梯田等复杂耕地类型，而且覆盖了农业生产的全过程。它分阶段实行小规模农业机械化，提高了农业生产效率，缓解了小农经济与农业生产的矛盾，在农业硬件设备方面实现了现代化。

日本农业机械化设备得以普及，不仅需要科学技术的支撑，而且与日本政府立足于“以人为本”的农业现代化指导思想和方针策略有关。日本非常重视农民的科技教育，形成了教育、科研、推广三位一体的农业教育体系，加强农民的现代化教育与培训，提高了农民的素质和业务水平，使农民能够熟练地使用农业机械化设备，全面实现了农业的机械化。

从日本农业现代化道路可以看出，我国要实现全面的、均衡的农业现代化任重道远。我国的发展优势在于已经基本具备智能化农业设备生产的能力，但缺少符合广大农村地区农民生产生活现状的产品设计策略指导。同时，我国农民受教育程度普遍偏低，短期内农民的科学文化素养难以整体提升，农民对先进的、智能化的农业机械设备的操作无从入手。因此，我国的农业设备设计应立足于“以人为本”的指导思想，切实从我国农民的生存现状出发，设计满足农民农业生产需求的现代化农业设备，并且改良设备的交互界面和操作方式，优化农民的用户体验。

四、我国现代化农业设备设计准则

基于我国农业现代化进程中硬件和软件方面的现实状况，如何通过农业设备设计方案科学、系统地解决农业发展面临的困难是全面实现农业现代化的关键。 “以人为本”的设计原则将在农业设备设计开发的过程中发挥重要作用，它既能从自然、社会层面关注到农民的切身利益，又能满足农民的生理、心理需求，为建设农业现代化社会提供坚实的理论和实践支撑。

(一)作业精准化

通过案例分析可以看出，日本设计的小型机械化设备发挥了农业生产精准化的作用，符合以家庭为单位、以零散耕地耕作为主的农业生产要求。可以借鉴日本的产品设计定位，从农民的现实状况出发，考虑农民的耕地使用状况以及他们的历史观、价值观，在保留小规模家庭经营模式的基础上，通过开发小型的精准化设备发展小规模现代农业，解决农村地区农业现代化率低的问题。小型精准化设备不仅可以在山地崎岖、耕地零碎的广大中西部地区灵活使用，也能充分发挥现代科技的作用，有效解决劳动力短缺和农业生产效率低的问题，缓解农民的生理和心理困境。例如，深圳市大疆创新公司研发生产的植保无人机(见图2)可利用GPS、高精度定位数据等技术进行农药喷洒、播种、农田信息监测以及地形勘测等工作，具有空间灵活、操作精确、成本低等特点，可以在复杂多样的农业环境中使用；荷兰Phenospex公司开发的多光谱植物三维扫描仪PlantEye(见图3)可以对植物进行3D激光扫描，精准地从光谱指数数据中观察和分析植物的生长状况，实现对植物数据的智能监测，具有自动化、高精度和便携的特点。

图2 大疆植保无人机

图3 PlantEye植物三维扫描仪

(二)操作简单化

由于我国农民整体的科技文化素养较低，现代化设备繁琐的操作系统严重制约了科技产品在农村地区的推广，并降低农民使用科技产品的操作体验，导致农民对现代化设备产生敬而远之的保守心理。例如，大疆植保无人机虽然已在农业生产中投入使用，但它的界面交互系统较为复杂，无人机的操控只能依赖专业的技术人员，普通农民很难独立地使用无人机完成农业生产任务。考虑到短期内难认提升农民整体综合素质的现状，现代化农业设备的设计应关注低教育程度的用户使用高科技产品的需求，通过简化产品的交互流程和层级，优化产品的用户体验，即为农民设计简单易懂的产品操作系统界面。如图4所示的老年人手机交互界面是操作系统简单化的典型案例。该手机界面因考虑到老年人群不能便捷使用操作系统和有效处理复杂信息，所以采用简洁的界面布局、易懂的图标内容、突出的按键色彩和直接的界面层级帮助老年用户一键完成目标任务。因此，现代化农业设备的交互界面设计也应考虑到我国农民文化素养并遵徇操作简单化的设计法则，引导农民能够一键完成相应功能的操作，一键选择并执行播种、浇水、除草、施肥、插秧或采摘等工作任务。同时，当农民遇到技术困难时，也可以一键求助农业技术人员或者工程师，将复杂的信息处理、技术检测等方面的工作交由后台专业技术人员和科研人员应对。

图4 老年人手机交互界面

(三)功能多样化

现代科学技术的发展推动了农业设备的功能创新，多功能的农业设备解决了由劳动力严重短缺引发的生产效率低的问题。农村青壮年劳动力的流失使留守的女性、老人已无力同时应对多项农业生产任务。为了缓解这一境地，现代化农业设备设计不仅需要为农业生产提供强劲的动力，也要从单一功能转变为多功能以应对多种农业活动。中国极飞科技设计的农业无人车是具有多样化功能的设备，用户使用手机即可实现智能化控制，完成喷洒、除草、果树植保、智能巡田、农资运输等工作。笔者设计的概念智能农业设备(见图5)是一台农业无人机设备，通过模块化部件搭配、组合使用的方式实现设备的功能多样化。此设备的主舱体可根据用户需求安装相应的功能部件，包括播种、浇水、除草、施肥、插秧以及采摘，实现多种功能的一体化运作，使无人机可以执行一项或同时执行多项任务，将单一的农业作业转变为流水线式的流程作业，有效提高了农业生产效率，减轻农民的生理和精神压力。

图5 概念智能农业设备

五、结语

“以人为本”的现代化农业设备设计准则立足于我国农民的痛点，通过对农民的外部生存环境(自然条件、社会条件)和内部生存环境(生理因素、心理因素)的综合考量，从农民的实际情况出发进行产品设计开发，用现代化的硬件设备满足农民对农业设备的功能需求，同时通过优化人机交互界面和信息反馈渠道等软件系统解决农民因受教育程度低造成的操作困扰，在现代化农业设备设计研究过程中具有理论和实践意义。