联合收获机智能化发展现状与趋势分析

周 芃，周祖岳，刘伟健，曾 山

（1.贵州农业职业学院，贵州 贵阳 551400；2.广州市汇奥机电有限公司，广东 广州 510520；3.华南农业大学工程学院，广东 广州 510642）

0 引言

智能化是世界农业发展的新方向，是时代发展的产物，智能化技术的发展也推动农机行业的发展[1]，提高农机智能化技术水平。实现智能化耕整、播种、灌溉、施肥、喷洒和收获等可以提高生产效率和降低生产成本[2]，是推动农机产业发展的根本动力。我国农业机械装备正向着高效、多功能及智能化方向发展，不断推动农机技术创新，引领农业机械转型升级和智能化农业生产新路径[3-4]。

随着科学技术和计算机技术的进步，移动互联网、大数据、人工智能等现代信息科学技术的迅速发展，农业生产已走向智能化阶段[5-10]。智能农机装备作为现阶段我国农机产业的发展方向，在提高作业效率，减轻农民劳动强度中起到了重要作用，我国智能农业装备发展总体上还处于初级阶段，尚有诸多难题亟需攻克[11]，本文就联合收获机智能化发展展开分析。

随着农业生产向土地集约化、规模化生产和智慧农业的不断推进，我国联合收获机技术水平已经取得长足进步，但还存在着自主创新能力弱、高端收获机械及其核心零部件长期依赖进口、智能化水平低的问题。联合收获机智能化可有效推动农村经济健康发展，进一步拓展农民致富增收渠道，推动农业可持续发展目标的实现[12]。

1 国内外发展现状

1.1 国外发展现状

欧美等发达国家对联合收获机的研究起步较早，品牌历史悠久，技术积累雄厚，经过百年发展，已拥有如John Deere、CASE New Holland、AGCO 和CLAAS等农机企业的收获机产品，占据了国际市场较大份额，产品种类包含水稻联合收获机、小麦联合收获机、油菜籽联合收获机、采棉机等。国外联合收获机正向着大型化、功能模块化、产品智能化方向发展。

国外联合收获机智能化技术主要体现在作物产量检测技术、智能化自动控制技术以及智能通讯系统等方面。可通过显示系统实现作业设置、交互与协同作业，实现作业运行的性能监测、自适应控制、运粮车协同配置、作业路径规划等；通过GPS 系统和远程数据系统，实现联合收获机远程作业控制。如John Deere 的Deere Operations Center and JDLinkTMConnect 和“GreenStar”系统提供精准农业管理的同时，通过有线、无线方式的JDLink 信息链路，链接了所有农业作业相关方（驾驶员、业主、管理部门、迪尔服务方等），可实现作业规划、导航、作业协同、信息管理与服务等，为链路上的各方提供相应的增值服务，实现了各方的利益最大化，如图1 所示。

图1 约翰迪尔9660STS 联合收获机

纽荷兰CR 10.90 型联合收获机如图2 所示，发动机功率514.5 kW。采用AutoFloatTM 系统，自动控制割台高度；双纵轴流滚筒TwinPitchTM，双脱粒系统RotoTreshTM，脱粒分离面积3.06 m2；粮箱容量14 500 L，卸粮速度142 L/s；OptiCleanTM 清选筛，清选面积6.5 m2；IntelliViewTM Ⅳ触摸屏，智能化程度较高。

图2 纽荷兰CR10.90 联合收获机

CLAAS 公司的EASY 与TELEMATICS 系统，通过屏幕可实现人机交互和作业环境控制，TELEMATICS系统可实现后台自动文档、性能与运行数据检查、产量图生成、自动转向轮控制等。CLAAS LEXION 8900 型联合收获机，搭载MAN D42 型发动机，功率580.7 kW，割台幅宽13.8 m，粮箱容量15 000 L。搭载CEMOS 自动切碎系统（CEMOS AUTO CHOPPING），收获机可根据作物自动优化秸秆切碎的功能，传感器测量秸秆进入联合收割机时的水分含量和秸秆厚度，并将这些信息传送给切碎机，以便其为适应收割环境而做出动态调整。在秸秆水分含量较高的地方，切割动作会更猛烈。驾驶员可以在最高切碎质量和最高系统效率之间进行选择，在满足需求的情况下尽可能减少能源消耗，节省燃料可达10%，稻草铺得更均匀，如图3 所示。

图3 CLAAS LEXION 8900 型联合收获机

1.2 国内发展现状

我国对联合收获机的研制起步较晚，联合收获机产品从最初的仿制、技术引进，经过60 多年的发展，我国的联合收获机研制水平已迈出低端行列，喂入量从1.5 kg/s 发展到12.0 kg/s，动力从37 kW 发展到162 kW，技术路线从逐稿器发展到横轴流、纵轴流，如：雷沃谷神GM100 纵轴流轮式谷物收获机，拥有纵轴流脱粒分离技术，结构紧凑，广泛适应于全区域、全时段、全作物的高效收获，割幅达3 250 mm，喂入量10 kg/s，如图4 所示。我国谷物联合收获机的市场已经走过了低端产品的普及阶段，但大型多功能谷物联合收获机的行业技术发展和升级换代步伐缓慢，与发达国家相比，大型谷物联合收获机研发还处在起步阶段，目前国产收获机最大喂入量12 kg/s，割幅在5 m 以下，最大功率162 kW，整机技术配置低，功能配置不完善，可靠性差，总体水平低，并且技术路线相对单一，尚没有形成系列化的产品技术。在大型化、功能模块化、智能化等方面发展缓慢，与欧美等发达国家存在一定差距，特别是在智能化水平方面，尚处于起步阶段，在作物喂入量监测、籽粒损失量监测、谷物流量监测等方面尚没有独立自主的知识产权，并未在实际农业生产中应用[13-15]。

图4 雷沃谷神GM100 纵轴流轮式谷物收获机

2 现阶段我国智能联合收获机存在的主要问题

2.1 联合收获机适应性差

我国地形多样，有山地、高原、平原、盆地和丘陵，其中山地约占总面积的1/3，平原仅占总面积的1/10，地形地势复杂，作物种植模式多样，作物收获机适应性差[16]。

我国农业用地较为分散，东北地区多为平原地带，土地资源丰富，为农作物种植、收获机械化提供了极大地便利，更适合于大型联合收获机收获作业，机械化、智能化推广容易。我国东南地区多以丘陵为主，西南、西北地区以高原、盆地为主，农业机械化收获难度大，推广困难。此外，随着我国城镇化步伐的加快，农用地面积不断减少[17]，出现产业规模小、区域集中度不高，产业链条短等问题，由于山地、丘陵等地区地形条件限制，大型联合收获机很难适应，而小型联合收获机普遍存在结构简单、智能化程度低、功能单一的问题，收获机智能化发展困难。

2.2 使用成本高

目前我国对先进智能化技术转化能力弱，并且高端联合收获机的核心零部件严重依赖进口，国产化能力十分薄弱，无法支撑产品可靠性和寿命的要求，价格昂贵，配件供应周期长，用户使用、维修成本高。目前市场上主要投入生产的国产品牌的联合收割机总体上产品性价比高，但可靠性有限、故障率偏高，在智能化方面基本上没有配备，造成使用成本高，影响农时生产，东北地区的大型农场首选还是进口的品牌联合收割机。同时，补贴品目少，补贴力度较低，购机成本与使用成本高，短期内经济效益不明显，农户购买热情不高。

2.3 基础设施建设水平不高

智能联合收获机的应用对土地规模化程度要求较高，分散、面积较小的田块无法达到最佳的作业效果。我国丘陵山区，在经历了以小型收获机为主的快速发展时期后，又面临小型收获机具功能单一、转型升级困难的问题。在小田块里实现智能化极为困难，要解决联合收获机智能化转型的难题，首先要改善农田宜机化条件，如果没有适宜机器作业的农田，联合收获机无法下田，农机智能化提升就无从谈起。因此必须杜绝片面的“以机适地”，把“宜机化”贯穿在农业生产的始终，解决“有机难用”的难题，提升农业生产机械化、智能化水平。

2.4 技术人才缺乏

我国农民的老龄化问题日益突出，全国农业普查数据显示，农业生产经营人员中55 岁及以上的人口占33.6%，“老人农业”现象成为困扰中国农业发展的现实问题[18]，学历普遍偏低，农机人才供给明显不足。智能联合收获机产品技术含量高，需专业工作人员进行维护、修理和调试，用户需要通过厂商进行定期培训，熟悉产品，了解产品的工作原理，在发生故障时，不能依靠农民自行解决，必须联系经销商进行处理，维修周期长，延误农时。

3 发展趋势

3.1 通用化

随着土地集约化和农业生产规模化的不断推进，联合收获机逐渐向多功能、通用化发展，通用化联合收获机可有效提高农业生产效率、提升作业质量、降低生产成本，也是实现农业生产向现代化、智能化转型的关键一环，使收获机实现一机多用，一台收获机可实现对水稻、玉米等多种作物的收获；同时行走系统可根据不同道路条件进行履带/轮式的自行更换。

3.2 智能化

随着电子信息技术和传感器技术的大面积应用，联合收获机已逐步走向智能化时代，以国外大型谷物联合收获机为例，收获机上已广泛采用多传感器融合、辅助导航等智能化技术，可实现作业状态和收获性能实时监测与显示、脱粒清选自适应控制、作业负荷控制、割台仿形、茎秆切碎抛撒幅宽自动调节、导航、作业路径规划和故障诊断等功能，大幅提高作业效率与质量的同时有效降低了工作人员的劳动强度。

3.3 高可靠性

当前我国联合收获机产品的短板是可靠性不高，与国外品牌还有较大差距，拖拉机、联合收获机等产品的平均故障间隔时间（MTBF）平均水平不到国际先进企业同类产品的三分之二，难以满足广大农户的使用需求[19-20]，主要体现在产品制造工艺和供应链体系上，还需加强对新材料及先进制造工艺的研究，不断提高产品质量和可靠性，增强在国际市场的竞争力。

4 对策与建议

4.1 加大扶持力度

为加快推进联合收获机智能化转型发展，奋力开创农机新局面，建议出台智能农机专项补贴政策，提升补助的集中度，同时，评价体系能客观体现农机产品的智能化水平。智能化水平很大程度上代表了农机企业的科研实力，为进一步鼓励科技创新，建议有关部门按照产品类别进行梳理，因地制宜客观构建评价体系，合理确定评价指标，对于超出该指标的农机企业，专门研究出台科研补助机制，同时进一步简化补助审批，对于达标农机企业自动计算补助金额及发放，从而在宏观层面上鼓励农机企业持续优化革新技术，为农机智能化产业发展稳步提升提供可持续驱动力。

推广联合收获机智能导航终端，并给予每台终端一定的补助，从而深化北斗卫星导航系统在实际生产中的应用，让农民在实际生产中感受到切实的利益。

4.2 农田“宜机化”改造

我国地势复杂，在根本上导致了联合收获机适应性差，机械化覆盖面积小，阻碍了农村产业转型升级及乡村振兴的步伐。

通过对土地实行宜机化改造，使分散、土壤能力差、瘠薄的田块集中，通过科学的管理，改造成为集中、高产稳产的良田，在改善农民作业环境的同时，增加农民的收入。宜机化改造要结合当地的实际情况，制定适当的措施，通过对小田块的集中，荒废田块的再次利用，有效增大田块面积，使机械化作业成为可能。实行宜机化改造，在提升经济效益的同时，兼顾社会效益和环境效益，通过宜机化改造，可大幅提升作业效率，促进当地特色农产品产业化进程，让传统的农业产业提档升级，走上高质高效之路。

4.3 加强人才队伍建设

人才是推动我国智能农机发展的力量源泉。加强新时代农机人才后备力量建设，关键在于加快组建一支高素质、高水平的人才队伍，为农机智能化产业提供人才支撑。保持与当地农业院校的紧密联系，对农业类专业给予一定的政策倾斜，提高教学硬件条件，加强农业类师资队伍建设，培养适应我国农业发展的农业类人才。培养技术研发、工艺研发和试制测试技术团队，还可在传动、液压、动力、电控、材料等产业链环节凝聚培养核心技术开发和应用的创新人才队伍，全面提升我国农机产业创新能力及国际市场竞争力。

培养高水平、高素质推广团队，结合当地需求，定期深入田间地头，宣传智能化农机技术，使农民切身体会到智能化科技带来的便利。开展农业技术指导，把技术、信息和服务带到第一线，为农业生产提供坚强的科技支撑，全面助力农业生产蓬勃发展。

5 结语

联合收获机智能化是振兴我国农机工业、提升产业核心竞争力和走向国际市场的必然要求，在减轻农民劳动强度、提升收获品质中起到了重要作用。要以提升我国联合收获机智能化水平为目标，加快农机产业结构升级，全力推进我国农机产业向着高质量、高效率、智能化方向发展，以高质高效智能化助推农业产业蓬勃发展。