農(nóng)業(yè)機械自動化產(chǎn)品研究開發(fā)

1、農(nóng)業(yè)機械自動化產(chǎn)品研究開發(fā)摘要：中國是世界上的農(nóng)業(yè)大國，同時又是一個農(nóng)業(yè)相對落后的國家。近年來中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的滯后也引起了國家的積極關(guān)注，給農(nóng)民在政策、資金和技術(shù)上都投入了更多的支持(1) 趙永博.生態(tài)農(nóng)業(yè)及其發(fā)展模式研究D.西安:西北大學(xué)，2009.。隨著工業(yè)4.0的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)機械自動化會變得越來越重要,無論國內(nèi)外農(nóng)業(yè)將會成為高度技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。為了合理推進我國農(nóng)業(yè)機械自動化,應(yīng)從滿足生產(chǎn)實際出發(fā),通過結(jié)合我國耕種的特點進一步填補我國農(nóng)業(yè)機械自動化的空白。關(guān)鍵字：農(nóng)業(yè)自動化 密集型產(chǎn)業(yè) 設(shè)計提升引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步和現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代過程中不可替代的地位和作

2、用越來越被人們所認識。當(dāng)前，我國農(nóng)機化事業(yè)正面臨著難得的發(fā)展機遇。國務(wù)院關(guān)于促進農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機工業(yè)又好又快發(fā)展的意見明確指出，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，按照高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的要求，加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，推進農(nóng)業(yè)科技進步和創(chuàng)新，加快農(nóng)業(yè)物質(zhì)技術(shù)裝備，健全農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，提高土地產(chǎn)出率、資源利用率、勞動生產(chǎn)率，增強農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險能力、國際競爭力、可持續(xù)發(fā)展能力(2) 世界農(nóng)業(yè)雜志期刊 中文核心期刊(2011)。而我國的農(nóng)業(yè)機械自動化還處于一個起步階段，大部分的設(shè)備都需要進口，所以設(shè)計開發(fā)發(fā)展我國的農(nóng)業(yè)機械自動化迫在眉睫。2014年我們聯(lián)合五菱集團打造屬于我國自己知識產(chǎn)權(quán)的農(nóng)業(yè)機械系列產(chǎn)品。一、世界與中

3、國的農(nóng)業(yè)機械格局（一）世界農(nóng)業(yè)強國農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀概況世界上農(nóng)業(yè)較強的國家大多分布在歐美地區(qū)，優(yōu)良的農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)，先進農(nóng)業(yè)自動化，政府的大力支持等等，都積極促進了歐美國家農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。我們選取歐美地區(qū)農(nóng)業(yè)強國地區(qū)的代表，來一一分析它們國家農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀和特點，為我國農(nóng)業(yè)未來發(fā)展指明發(fā)展方向。美國農(nóng)業(yè)特點：1以“農(nóng)業(yè)立國”的傳統(tǒng)美國雖然作為移民國家，只有二百多年的歷史，但是由于有著“以農(nóng)立國”的傳統(tǒng)，歷來注重農(nóng)業(yè)科技的應(yīng)用，又依仗其得天獨厚的條件，農(nóng)業(yè)一直是國家的重要經(jīng)濟支柱。 2以高度商業(yè)化的家庭農(nóng)場為基礎(chǔ)小型農(nóng)場的數(shù)量超過90%，占整個農(nóng)業(yè)資產(chǎn)的70%。農(nóng)業(yè)勞動力有200多萬人，占全國勞動力總數(shù)的2左右。

4、3.農(nóng)業(yè)自動化完善 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本實現(xiàn)機械自動化，效率高。解決農(nóng)業(yè)成為高度技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)條件。在美國有多萬個農(nóng)場，其中90實現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化。日本（亞洲代表）農(nóng)業(yè)特點：1.耕地零碎，農(nóng)業(yè)集約化程度高 在日本，由于城市無序發(fā)展，土地變得狹窄細小，耕地十分零碎，常呈“格子田”、“箱子田”，伴隨著耕地的不斷減少，都市內(nèi)的生產(chǎn)者愈來愈認識到農(nóng)地所內(nèi)含的價值。2.兼業(yè)性強，農(nóng)民收入以不動產(chǎn)收入為主由于大批勞動力向非農(nóng)轉(zhuǎn)移，三大都市圈內(nèi)的農(nóng)民從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的兼業(yè)化程度很高。同時，這些地方具有緊靠大城市、農(nóng)地價格上漲的優(yōu)勢，不少農(nóng)家充分利用現(xiàn)存的零星土地建造停車場、倉庫，出租房屋、店鋪，以此增加收入。從總體來看，以

5、出租房屋為主的不動產(chǎn)收入已成為都市中農(nóng)家收入的重要支柱。這樣，在都市化進展較快的大都市，已蛻化成依靠租貸收入生活的新型農(nóng)民。3.農(nóng)業(yè)機械自動化程度高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)機械自動化，生產(chǎn)效率高，成本低。(3) 世界農(nóng)業(yè)雜志期刊 中文核心期刊(2011)（二）我國農(nóng)業(yè)概況總體來說農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率底下我國人多地少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，使得勞動生產(chǎn)率很低。在手工勞動為主的情況下，農(nóng)民勞動強度很大，經(jīng)常出現(xiàn)粗放管理，造成糧食減產(chǎn)。我國的農(nóng)業(yè)資源總量在全球各國中居于前列，然而從人均占有量而言，卻比世界平均水平低，且近幾年有呈現(xiàn)逐年減少的趨勢。以耕地面積為例，我國一共有15 億畝耕地，然而人均耕地面積僅有1.2 畝左右；未

6、來中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的前景據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2012 年末我國總?cè)丝跀?shù)達到了13.54 億人，而全球總?cè)丝诩s70 億人，我國人口數(shù)占全球總?cè)丝诘?9.4?？梢?，處理好我國人口的吃飯問題，解決好農(nóng)業(yè)發(fā)展問題，是當(dāng)前我國迫切需要處理的一個重要問題，其在維護國家糧食安全，保證社會穩(wěn)定發(fā)展上，具有極為重大且現(xiàn)實的意義(4) 喬桂銀.農(nóng)業(yè)生態(tài)發(fā)展的制約因素與對策建議J.中央社會主義學(xué)院學(xué)報，2009。而農(nóng)業(yè)機械自動化投入，完善推廣體系科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，因此，要想實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，就應(yīng)當(dāng)進一步加大農(nóng)業(yè)科技的投入，從而為我國農(nóng)業(yè)的進一步發(fā)展提供有力的科技基礎(chǔ)。（三）農(nóng)業(yè)機械自動化的重要性綜上所述可以看出

7、農(nóng)業(yè)發(fā)達國家共同點是農(nóng)業(yè)機械自動化程度很高，而我國還處在起步階段。農(nóng)業(yè)自動化能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和增加勞動舒適性，而且隨著經(jīng)濟全球化，面臨農(nóng)產(chǎn)品開放進口和市場競爭的壓力，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)只有通過進一步提高生產(chǎn)率降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品品質(zhì)才能生存。從這些新的需求出發(fā)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著高效率和高精度的機械化，自動化方向發(fā)展是必然的選擇。（四）國外農(nóng)業(yè)機械品牌產(chǎn)品特點分析我們選擇了幾個有代表性的品牌來分析。他們都是行業(yè)里領(lǐng)導(dǎo)者。久保田是一家集開發(fā)、制造、銷售和服務(wù)于一體的綜合性日本農(nóng)機制造商(5) 久保田農(nóng)用機械企業(yè)官網(wǎng)。優(yōu)點：產(chǎn)品線比較完整，同類型產(chǎn)品中品質(zhì)較好。缺點：1.產(chǎn)品更新較慢，缺少與時俱進設(shè)計元素

8、。2.較少按照國內(nèi)南北方土地差異來設(shè)計產(chǎn)品。3.價格昂貴 ，價格和質(zhì)量不成正比，產(chǎn)品梯隊較少，難滿足不同層次消費者需求。4.產(chǎn)品線較雜亂沒有明顯形成產(chǎn)品DNA延續(xù)。洋馬洋馬農(nóng)機株式會社是日本的四大農(nóng)機生產(chǎn)廠家之一，洋馬農(nóng)機株式會社成立于1912年。洋馬發(fā)動機是其核心競爭競爭力，于1933年制造出了世界上第一臺實用小型柴油發(fā)動機(6) 洋馬農(nóng)用機械企業(yè)官網(wǎng)。優(yōu)點：洋馬半喂入聯(lián)合收割機是同類機型中最早進入中國市場的，公司研發(fā)能力強。專門針對中國水稻研發(fā)出適合中國國情的半喂入聯(lián)合收割機產(chǎn)品。缺點：1.產(chǎn)品線較雜亂沒有形成一脈相承的產(chǎn)品系列。2.價格昂貴，一般中國消費者消費不起。3.零件配套不完善更換

9、價格昂貴，售后服務(wù)有待提升。約翰迪爾1837年，迪爾公司的創(chuàng)始人約翰·迪爾研制出一種不粘泥土的鋼犁，并由此起家在美國創(chuàng)立了迪爾公司。財富雜志世界500強之一，是世界領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域先進產(chǎn)品和服務(wù)供應(yīng)商，是主要的農(nóng)用機械、景觀工程和灌溉領(lǐng)域先進產(chǎn)品和服務(wù)供應(yīng)商(7) 約翰迪爾中國官方網(wǎng)站。優(yōu)點：悠久歷史鑄就好品質(zhì)，產(chǎn)品功能強大，產(chǎn)品線風(fēng)格統(tǒng)一，形成一脈相承的產(chǎn)品線。缺點：1.美國品牌，缺少對國內(nèi)農(nóng)作物及土地特性做深入研究。因此產(chǎn)品應(yīng)用具有局限性。2.價格昂貴，大部分零件依賴進口。圖 綜上所述 ，兩個日本品牌（接近中國農(nóng)業(yè)及土地特性）一個美國品牌他們的共同點是：1，公司歷史悠久有技術(shù)

10、有沉淀。2，產(chǎn)品品質(zhì)較好。3.但普遍價格昂貴，不能完全適應(yīng)中國耕種及土地特性，具有耕作局限性。那作為國內(nèi)品牌五菱集團該如何突圍？二、如何開發(fā)符合國情的農(nóng)業(yè)機械（一）設(shè)計產(chǎn)品線涵蓋本次設(shè)計的系列產(chǎn)品包括 水稻插秧機 水稻收割機 拖拉機 播種機（篇幅限制我們主要以插秧機作為例子闡述）水稻插秧機是將水稻秧苗定植在水田中的種植機械。功能是提高插秧的工效和栽插質(zhì)量，實現(xiàn)合理密植。（二）產(chǎn)品原理和構(gòu)造（水稻插秧機）插秧機的工作過程，因結(jié)構(gòu)不同而各有差異，但基本流程大致相同。原理為：秧苗以群體狀態(tài)整齊放入秧箱，隨秧箱作橫向移動，使取秧器逐次分格取走一定數(shù)量的秧苗，在插秧軌跡控制機構(gòu)作用下，按農(nóng)藝要求將秧苗插

11、入泥土中，取秧器再按一定軌跡回至秧箱取秧。各種插秧機栽插部分的組成基本相同：人力插秧機由秧箱、分插秧機構(gòu)、機架和浮體(船板)等組成，自走式機動插秧機還設(shè)有動力驅(qū)動、行走裝置、送秧機構(gòu)等部分(8) 尹建軍，趙勻，張際先高速插秧機差速分插機構(gòu)的工作原理及其CADCAEJ農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2003，19(3)：9094。（三）設(shè)計定位當(dāng)今國外企業(yè)基本已經(jīng)壟斷中國農(nóng)用機械市場，需要開發(fā)出符合中國農(nóng)業(yè)需求的農(nóng)機產(chǎn)品才有競爭力。結(jié)合五菱的品牌調(diào)性，設(shè)計一系列包括產(chǎn)品定位、產(chǎn)品造型、產(chǎn)品材質(zhì)、產(chǎn)品色彩、操作模式等一脈相承的產(chǎn)品。每個產(chǎn)品都有特有的品牌識別，避免產(chǎn)品多而雜亂的情況，也是成為提高五菱品牌競爭力的有效

12、途徑。設(shè)計關(guān)鍵點：水稻插秧機主要以農(nóng)民使用為主，人群特點一般知識水平不高，對于過于復(fù)雜的操作應(yīng)用會無所適從，這也是為什么他們不喜歡使用國外品牌產(chǎn)品的原因之一。所以設(shè)計一定要以易操作為主，傻瓜式操作方式是趨勢。我國南方的耕地類型是水田，北方耕地類型是旱地，造成南北方農(nóng)作物類型不同的原因包括氣溫和降水兩方面的影響，因此要根據(jù)耕地的特征來設(shè)計出適合不同耕地使用的產(chǎn)品。（四）突出品牌DNA柳州五菱柳機動力有限公司（簡稱，五菱柳機）是柳州五菱汽車工業(yè)有限公司的全資子公司，企業(yè)前身為柳州機械廠，始建于1928年。經(jīng)過八十多年的發(fā)展，五菱柳機煥發(fā)出新的活力。公司現(xiàn)為國家大型二類企業(yè)，中國機械工業(yè)企業(yè)500強

13、之一，公司的主要產(chǎn)品有發(fā)動機產(chǎn)品、汽車鑄件產(chǎn)品、農(nóng)機產(chǎn)品。作為中國最有歷史的企業(yè)之一，我們可以從它身上提煉出幾個關(guān)鍵詞：民族的，有歷史的，專業(yè)的，堅毅的。最后我們挑選了”雄獅”作為我們的設(shè)計靈感，它代表著一種堅毅的精神，也代表著我們民族崛起。我們要把這種精神融入到產(chǎn)品里面去，也融入到企業(yè)文化里面去?！靶郦{”概念會通過設(shè)計的方法延伸到所有的產(chǎn)品，它包含造型，材質(zhì)和色彩的傳承。圖 （五）人性化交互改進從現(xiàn)有的品牌產(chǎn)品當(dāng)中我們發(fā)現(xiàn)有很多不人性化的地方。而這些地方完全可以通過設(shè)計來進行改進。例如：1.現(xiàn)有的操作按鍵和操作說明很多以英文的書寫而對于我們的使用者農(nóng)民來說是非常難操作的。改進辦法：考慮到使用

14、環(huán)境是農(nóng)田，機器使用的過程種難免會占有泥土等臟東西，為了避免泥土遮住標識，我們把標識從以前的貼紙改為直接在模具出來，比平面高出2MM，通過光亞的模具處理讓標示更清晰，避免泥土的遮擋，同樣也達到了防水作用。2.現(xiàn)有的駕駛座位都是塑料模具注塑成型，表面質(zhì)地為硬質(zhì)，長時間坐久了會有不舒適感。改進方法：我們在設(shè)計過程中座位分兩塊，一塊是硬質(zhì)塑料椅，通過滾塑工藝完成（滾塑工藝模具成本只有注塑十分之一，成本大大降低）另一塊為軟質(zhì)防水EVA材料，兩者結(jié)合可以保證舒適性。圖片 （六）結(jié)合國內(nèi)土地特性現(xiàn)有的品牌產(chǎn)品當(dāng)中基本沒有考慮我們耕地的差異性。都是一個標準全國通用，導(dǎo)致產(chǎn)品操作過程中產(chǎn)品水土不服，沒有達到最

15、高的耕作效率。主要表現(xiàn)在：1.浮舟板可調(diào)節(jié)空間有限不能適應(yīng)不同軟硬度的水田。改進方法：我們按照不同的水田特征設(shè)計了三種浮舟板，分別從造型、 漂浮力、體積幾個方面做了不同的改進，以適應(yīng)不同的土地環(huán)境，這個是在我們購買時可以選配適合的配件。 2.配重模塊不能更換，面對不同特性水田時重心難以把握。改進方法：我們把配重模塊分成三塊，像健身房的舉重啞鈴一樣可以隨意調(diào)整重量，可以根據(jù)土地特點調(diào)整最理想的工作狀態(tài)。3.現(xiàn)有輪子不可更換，難以適應(yīng)南北水田的差異。改進方法：這里我們也設(shè)計了可選配適合不同環(huán)境輪子，這個也是在我們購買時可以選配適合的配件。圖片 （七）技術(shù)和工藝提升阻礙農(nóng)機機械自動化在我們普及有很多

16、原因，其中價格昂貴是一個很重要的原因。形成國外品牌價格昂貴又有兩個原因：第一選擇生產(chǎn)工藝復(fù)雜成本較高的生產(chǎn)方式。第二 由于國內(nèi)沒有可以抗衡的品牌和產(chǎn)品，以追求利潤最大化的思維導(dǎo)致國外品牌價格一直居高不下。在產(chǎn)品一些專利壁壘慢慢失效的情況下。我們要發(fā)揮自己的優(yōu)勢，在強化我們的技術(shù)和品質(zhì)的同時，以最簡單有效成本更低方法去打造我們的產(chǎn)品，以贏得更多的用戶。現(xiàn)有的產(chǎn)品無論是前臉機罩、主體承重板、駕駛椅子等全都采用注塑模具生產(chǎn)，注塑模具精度高但同時成本也非常高。改進方法：在不影響我們產(chǎn)品功能使用的前提下，可以采用新工藝以降低生產(chǎn)成本。1.前臉機罩面積較大采用吸塑工藝（吸塑工藝模具成本只有注塑十分之一，成

17、本大大降低），由于吸塑工藝精度不高所以必須有些小塑料件作為包邊處理以保證外觀的同時降低成本。2.主體承重板和駕駛椅子采用滾塑工藝，無論密封性、受力都有提升，也大大降低了生產(chǎn)成本。組合式生產(chǎn)工藝在實際的生產(chǎn)過程中大大提高了產(chǎn)品的競爭力。圖片 圖片 三、一站式農(nóng)業(yè)機械研制方案（一）設(shè)計說明項目名稱：五菱雄獅黃金甲系列農(nóng)機產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計項目簡介：本款被命名為“雄獅黃金甲”系列產(chǎn)品，以水稻插秧機為核心支柱產(chǎn)品，以靈活便攜、科學(xué)浮舟原理、巧妙機械傳動的整合創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計，有效的填補了中國農(nóng)機制造企業(yè)在小型田間作業(yè)領(lǐng)域的空白。六大優(yōu)勢：1.創(chuàng) 新 性科學(xué)浮舟原理、巧妙機械傳動的整合創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計，達成靈活便攜便

18、于操縱的效果。2.實 用 性因地制宜的根據(jù)中國南北土質(zhì)松軟程度不一，巧妙的進行可換配件靈活設(shè)計，有效解決種植的穩(wěn)定性。3.節(jié)能超低油耗的輕型設(shè)計，使產(chǎn)品具有更為長時間持久作業(yè)的能力；4.人 機 性合理的操縱臺與人性化座椅設(shè)計，提高作業(yè)的舒適性；5.美 觀 性系列產(chǎn)品設(shè)計沉穩(wěn)大方、血性陽剛，融入更多中國元素，靈感來源于雄獅，它代表著一種堅毅的精神，也代表著我們民族崛起的力量與精神，和五菱集團企業(yè)文化融為一體，而金色選用喻意安全感、豐收、黃金滿地之意；6.標桿作用作為五菱農(nóng)用機械系列化的首批標桿產(chǎn)品，為國產(chǎn)農(nóng)機產(chǎn)品建立專利創(chuàng)新設(shè)計、工業(yè)設(shè)計整合創(chuàng)新的模式，并引領(lǐng)行業(yè)方向。（二）市場價值預(yù)計2015年12月正式推出市場，產(chǎn)品以科學(xué)的浮舟原理、巧妙的機械傳動設(shè)計，并因地制宜解決中國的南北土質(zhì)松軟程度不一的特性，有效解決種植的穩(wěn)定性與存活率；其優(yōu)秀的技術(shù)性能提升，與尖端的產(chǎn)品設(shè)計打造，形成國內(nèi)首家從播種、種植、收割、運輸、儲藏的一站式農(nóng)機產(chǎn)品解決方案；必然對國外農(nóng)機企業(yè)長期的壟斷格局，形成強力