“未來機器”深度報告之十一：‘鋤禾日當(dāng)午汗滴禾下土’漸成歷史農(nóng)業(yè)機械顛覆生產(chǎn)模式

/2015年09月22行業(yè)評級：增持（維持增持（維持"行業(yè)評級：增持（維持增持（維持章誠章誠021-肖群稀0755-秦瑞021-金榜021-??宗超010-投資要點： ole正大舉進(jìn)入機器人、無人機等各類智能硬件產(chǎn)品；軟銀、阿里、富士康不久前合資并啟動情感機器人Pr篇，我們聚焦農(nóng)業(yè)機械新技術(shù)。相關(guān)研究 我國十年補貼政策效果顯著，農(nóng)業(yè)機械化水平大幅提升，截止2014年底耕種收綜合機械化水平達(dá)到61%以上。其中三大主糧作物的綜合機械化水平分別為：小麥93.7%73.1%79.8%相關(guān)研究1《機械設(shè)備/通用機械Ⅱ:1《機械設(shè)備/通用機械Ⅱ:質(zhì)形態(tài)，想變就變》然質(zhì)變，開啟“私人定制”時代》3力》 以美國為代表的已實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)達(dá)國家，生產(chǎn)和制造已從傳統(tǒng)的制造方式轉(zhuǎn)向現(xiàn)代加工方法。發(fā)展現(xiàn)狀可概括為兩方面：）向大功率、大型化、高效率發(fā)機械廣泛使用了動力換擋或無級變速裝臵。）向一體化、復(fù)式作業(yè)發(fā)展：聯(lián)合作業(yè)和復(fù)式作業(yè)能夠?qū)⒍嗟拦ば蚝喜⒌揭环N農(nóng)業(yè)機械上，通過一次作業(yè)可以完成多項任務(wù)。行業(yè)走勢圖行業(yè)走勢圖14091411150115031505機械設(shè) 通用機械 滬深

未來農(nóng)業(yè)機械必然向自動化、智能化和無人化發(fā)展。具體表現(xiàn)為四個方面：）控制智能化、操作自動化和駕駛舒適化是是發(fā)展高效節(jié)本農(nóng)業(yè)的有效途徑。）農(nóng)業(yè)段。）無人機也將批量投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大潮中來：農(nóng)業(yè)無人機主要用于農(nóng)藥噴灑、（激光武器定向殺蟲和除草）具備地理信息系統(tǒng)、PS、傳感器、視覺系統(tǒng)、機械手等配臵。）智能植物工廠：可以像工業(yè)品一樣進(jìn)行有計劃的生產(chǎn)。一年內(nèi)可收獲20-25次，所需能源減少85% 未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)是：無人駕駛技術(shù)、無人機技術(shù)、機器人ED農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)等。除了人工智能還在快速發(fā)展中，其他多數(shù)技術(shù)均已完成技術(shù)原理突破，處在應(yīng)用創(chuàng)新階段。 預(yù)計2018年我國農(nóng)機市場將突破5000億元。目前，我國傳統(tǒng)高端動力機械和配套農(nóng)機具的對外依存度高達(dá)90%以上，與國外差距較大。但在農(nóng)業(yè)機器人和無人機等方面，國外也處在研發(fā)初期，國內(nèi)企業(yè)和技術(shù)可以更快趕超。行業(yè)研究/行業(yè)研究/|201509正文目錄農(nóng)業(yè)機械概 國內(nèi)現(xiàn)狀：十年補貼政策效果顯著，農(nóng)業(yè)機械化水平大幅提 2014年底耕種收綜合機械化水平達(dá)到61%以上 三大主糧作物關(guān)鍵環(huán)節(jié)機械化水平大幅提 經(jīng)濟作物機收率普遍偏 國外現(xiàn)狀：生產(chǎn)和制造已從傳統(tǒng)的制造方式轉(zhuǎn)向現(xiàn)代加工方 向大功率、大型化、高效率發(fā) 向一體化、復(fù)式作業(yè)發(fā) 未來農(nóng)業(yè)機械發(fā)展趨勢：自動化、智能化、無人 向控制智能化、操作自動化、駕駛舒適化發(fā) 農(nóng)業(yè)機器 大田生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機器 設(shè)施農(nóng)業(yè)機器 農(nóng)產(chǎn)品加工與鑒定機器人 養(yǎng)殖業(yè)也將進(jìn)入機器人時 農(nóng)業(yè)無人 智能植物工 相關(guān)技術(shù)與技術(shù)現(xiàn) 國產(chǎn)高檔農(nóng)機之路任重道 圖表目錄圖1：各個種植環(huán)節(jié)采用的農(nóng)業(yè)機械示例（水稻種植 圖2：2001-2013年農(nóng)業(yè)機械化若干重要指標(biāo)變動曲線（補貼數(shù)額、購臵總投入、農(nóng)機服務(wù)組織為左坐標(biāo)，綜合機械化水平、農(nóng)機總動力為右坐標(biāo) 圖3：三大農(nóng)作物（小麥、水稻、玉米）收割 圖4：種類多樣的農(nóng)作物收割機（辣椒、棉花、果實、秸稈 圖5：大型農(nóng)業(yè)拖拉 圖6：一體化收獲 圖7：圓盤式割草壓扁 圖8：圓盤式割草壓扁機的割草效 圖9：約翰迪爾自走式噴霧 圖10：約翰迪爾自走式噴霧機的駕駛 圖11：利用GPS技術(shù)自動駕駛的耕地機器 圖12：外形靈感來自澳洲螳螂蝦的噴灑機器 圖13：除草機器 圖14：模塊式農(nóng)業(yè)機器 圖15：“倉鼠”機器 圖16：果實采摘機器 圖17：水果分揀機器 圖18：果蔬嫁接機器人工作流程 圖19：育苗機器 圖20：機器人擠奶生產(chǎn)線由機器人檢驗?zāi)?圖21：牧羊機器 圖22：農(nóng)業(yè)偵查無人 圖23：植保無人 圖24：基于LED人工太陽的植物工 表格1：農(nóng)業(yè)機械行業(yè)分 表格2：2003-2013年農(nóng)業(yè)補貼有關(guān)指 表格3：2003-2013年農(nóng)業(yè)機械化有關(guān)指 農(nóng)業(yè)機械概述用的各種機械。圖1：各個種植環(huán)節(jié)采用的農(nóng)業(yè)機械示例（水稻種植依據(jù)農(nóng)業(yè)部的官方分類方法，農(nóng)業(yè)機械分成14個大類，每個大類包含若干小類：表格1：農(nóng)業(yè)機械行業(yè)分類大類小類耕整地機械種植施肥機械田間管理機械收獲機械收貨后處理機械農(nóng)產(chǎn)品加工機械農(nóng)用搬運機械排溉機械畜牧水養(yǎng)殖機械動力機械農(nóng)村可再生能源利用設(shè)備農(nóng)田基本建設(shè)機械設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)備其他機械農(nóng)機需求的種類具有地域和品種的差異性。我國不同地區(qū)地形差異比較大，導(dǎo)致各地區(qū)結(jié)構(gòu)生了差異性與多樣性。201461%以上農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的核心內(nèi)容。自2004年實施農(nóng)機具購臵補貼以來，農(nóng)業(yè)機械化呈201461%以上，對中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化作出了巨大貢獻(xiàn)。2004年，中央一號文件提出和直接從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)機服務(wù)組織購臵和更新大型農(nóng)機具給予一定補貼1998年開始實施的“大中型拖拉機及配套農(nóng)具更新補助項目”的農(nóng)機具購臵補貼。補貼范圍及額度也逐年大幅度增加，額度一直保持在農(nóng)機價格的表格2003-2013年農(nóng)業(yè)年份農(nóng)機補貼數(shù)額(萬元實施縣數(shù)(個農(nóng)機購置總投入(萬元農(nóng)機總動力(萬千瓦綜合農(nóng)業(yè)機械化水平農(nóng)機作業(yè)服務(wù)組織(萬個32.4339.29注：12001年、2002年、20030.4、水平比原口徑有所提高（按原口徑計算為38.25%）。3.補貼實施元年即實現(xiàn)農(nóng)機總動力及機械化水平顯著提升。從表1可以看出，農(nóng)機具購臵補貼2004年開始實施，當(dāng)年作為試點，僅在66個縣的范圍內(nèi)部署了0.33億元補貼，主要起到示范和帶動作用。盡管如此，當(dāng)年的農(nóng)機總動力就從2003年的6.04億千瓦增加到6.41億千瓦（3年的年增加量小于0.3億千瓦）3年每年的微量提高增加到近2個百分點，初步顯示出了農(nóng)機補貼的帶動作用。中央政府的農(nóng)機購臵補貼從2008年起在全部縣(市、團場)范圍實施，到2013年僅中央財政的資金就達(dá)到217.5億元，帶動了全國農(nóng)機購臵投入達(dá)到887.02億元，農(nóng)機總動力達(dá)到10.39億千瓦，綜合農(nóng)業(yè)機械化水平達(dá)到59.48%農(nóng)機購臵總投入、農(nóng)機總動力、農(nóng)機綜合機械化水平在2004年都呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)折點的特征，此后曲線上揚。農(nóng)機服務(wù)組織的增量自2004年以來先提高后略有下降，這主要是因為隨著農(nóng)業(yè)機構(gòu)改革，政府系統(tǒng)的服務(wù)組織和市場化服務(wù)組織呈現(xiàn)出此消彼長的態(tài)勢。圖2：2001-2013年農(nóng)業(yè)機械化若干重要指標(biāo)變動曲線（補貼數(shù)額、購臵總投入、農(nóng)機服務(wù)組織為左坐標(biāo)，綜合機械化水平、農(nóng)機總動力為右坐標(biāo)）

(億元農(nóng)機服務(wù)組織(個補貼數(shù)額(億元農(nóng)機總動力(萬千瓦2001200220032004200520062007200820092010201120122008年農(nóng)業(yè)補貼政策全面鋪開以后，三大主糧作物的機械化水平迅速提高。10年來，三大主糧作物關(guān)鍵環(huán)節(jié)的機械化水平得到了大幅度提高，如玉米機收，水稻機收、機播等，極大地修補了主糧作物機械化的短板。圖3：三大農(nóng)作物（小麥、水稻、玉米）提高最快的是玉米機收水平，2013年實現(xiàn)機收率51.57%。2001年只有1.63%，政策實施2003年只有1.89%2013年達(dá)到了51.57%，即一半以上的玉米收獲作用均實現(xiàn)了機械化，10年間提高了27.3倍。水稻的機播率和機收率也大幅提升。2001年只有5.62%，2003年為6%，增長極為緩慢，但實施農(nóng)機購臵補貼政策后，到2013年達(dá)到了36.1%，10年間提高了6倍以上。水稻收獲環(huán)節(jié)的機械化水平也提高得較快，2003年只有23.4%，2013年達(dá)到了80.91%，10年間提高了3.5倍。三大主糧作物的播種面積占總播種面積將近60%，主糧作物機械化水平的提高決定了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度提升。按照機耕、機播、機收水平分別為0.4、0.3、0.3的權(quán)重，我們可以計算出三大主糧作物的綜合機械化水平分別為：小麥93.7%、水稻73.1%、玉米79.8%。表格2003-2013年農(nóng)業(yè)機械化有關(guān)小麥水稻玉米年份機耕機播機收機耕機播機收機耕機播機收)20%，甚至有些幾乎全人工作業(yè)。目前實現(xiàn)特定區(qū)塊機收的經(jīng)濟作物主要有有辣椒、棉花和青貯（秸稈依靠人工，勞動強度大，用工成本高，辣椒收獲機的面世提高了收獲效率。棉花收獲機：1800-2100個摘定。新研366+10cm寬窄行植棉模式的機采棉作業(yè)質(zhì)量要求。該機采用靜液壓自走系統(tǒng)、電子液壓控制系統(tǒng)、掛接自主開發(fā)的PR12型高位（18排摘錠）單側(cè)滾筒的采棉頭，作業(yè)行數(shù)為3行，純工作時間生產(chǎn)率6～15畝/小時。青貯飼料收獲機：主要用于青（黃）貯玉米、棉稈、高粱、燕麥等桿狀類飼料作物秸稈的收獲，收割不受種植行距限制，一次性可連續(xù)完成收割、切碎、揉搓、拋送裝車等多項作業(yè)。采用獨特的立式割臺，由地形適配裝臵、圓筒齒狀線性喂入裝臵、圓盤鋸齒切斷裝臵、刀盤切碎拋扔裝臵、可調(diào)旋轉(zhuǎn)裝車裝臵、揉搓裝臵等主要部件組成。圖4：種類多樣的農(nóng)作物收割機（辣椒、棉花、果實、秸稈農(nóng)場規(guī)?；?jīng)營模式導(dǎo)致農(nóng)機向超大型化發(fā)展。近年來，一些發(fā)達(dá)國家追求規(guī)模效益，調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，從而使農(nóng)場(農(nóng)戶)的經(jīng)營規(guī)模不斷擴大，帶動農(nóng)業(yè)機械進(jìn)一步向大功率、大型化、高效率方向發(fā)展。發(fā)動機功率越來越高，農(nóng)業(yè)機械行駛速度越來越快。為了保證使用功率，大功率農(nóng)業(yè)機械廣泛使用了動力換擋或無級變速裝臵。其中，谷物聯(lián)合收割機朝著割幅更寬、糧倉容積更大、配套動力更強勁以及廣泛采用靜液壓動力裝臵的方向發(fā)展。圖5：大型農(nóng)業(yè)拖拉機務(wù)。主要有兩大優(yōu)勢：的作業(yè)效率，增加農(nóng)業(yè)機械用戶的收益。圖6：一體化收獲機復(fù)式作業(yè)高效完成割草及后續(xù)工作。圖7為0圓盤式割草壓扁機，該機器具有7個獨立的圓盤刀轂，每個刀轂由密封的齒輪箱和獨立的合金軸驅(qū)動，可保證刀片切入濃密的、纏結(jié)的甚至潮濕的作物。獨特的壓扁系統(tǒng)可實現(xiàn)作物的優(yōu)質(zhì)壓扁和快速干燥?？蓱覓煸谕侠瓩C的左側(cè)、右側(cè)和正后方，實現(xiàn)整齊干凈的切割。圖7：圓盤式割草壓扁機圖8：圓盤式割草壓扁機的割草效果未來農(nóng)業(yè)機械發(fā)展趨勢：自動化、智能化、無人化隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的日趨工業(yè)化、規(guī)?；途珳?zhǔn)化,農(nóng)業(yè)機械也必然向自動化、智能化和無人化發(fā)展以符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。業(yè)機械進(jìn)行智能化控制。為實現(xiàn)智能化與自動化，農(nóng)業(yè)機械采用了GPS定位、激光制導(dǎo)、產(chǎn)量傳感器等高新技術(shù)。目前，在發(fā)達(dá)國家，不同規(guī)格激光控制平地技術(shù)設(shè)備以及安裝帶GPS定位系統(tǒng)和產(chǎn)量傳感現(xiàn)防漂和超低量噴灑。噴灑系統(tǒng)計算機控制裝臵可根據(jù)機械作業(yè)速度、大氣參數(shù)濕度、溫度、風(fēng)向、風(fēng)速等)、作物病蟲草害程度、機械具體位臵，確定單位面積噴量。圖9：約翰迪爾自走式噴霧機約翰迪爾4630自走式噴霧機是國外農(nóng)業(yè)機械智能化控制、自動化操作、舒適化駕駛室的典型案例。引以為豪的智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)主要由GPS導(dǎo)航、產(chǎn)量圖、變量施用和噴桿控制產(chǎn)品的完整組合。包括AutoTrac自動駕駛系統(tǒng)、BoomTracPro噴桿高度傳感器、AutomaticBoomLeveling噴桿自動保持水平系統(tǒng)、SwathControlPro噴桿噴藥單獨自動控制系統(tǒng)。通過S30顯示器進(jìn)行這些智能化控制，可以幫助用戶更精準(zhǔn)地控制噴霧效果和噴桿離地高度，監(jiān)視障礙物情況，并且能夠極大的方便用戶的夜間作業(yè)，這些在很大噴桿高度傳感器BoomTracPro幫助用戶自動調(diào)整噴桿高度，通過保持噴桿高度的一致性，提高噴霧的準(zhǔn)確性和高效性，同時減少漂移和漏噴，極大地提高作業(yè)效率。圖10：約翰迪爾自走式噴霧機的駕駛室迪爾專利技術(shù)設(shè)計的增壓駕駛室，寬敞、明亮、隔音效果好，創(chuàng)造了安靜、舒適的工尤其值得一提的是，還設(shè)臵了活性炭過濾器，在保持駕駛室通風(fēng)的同時，防止了灰塵的進(jìn)入，體現(xiàn)了迪爾“以人為本”的設(shè)計理念。農(nóng)業(yè)機器人面向嬌嫩性和復(fù)雜性的作業(yè)對象、非結(jié)構(gòu)性的作業(yè)環(huán)境、特殊的使用對象。是實現(xiàn)自動化、智能化、無人化農(nóng)業(yè)機械必不可缺少的組成部分，也是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。20世紀(jì)80年代開始，以日本為代表的發(fā)達(dá)國家紛紛啟動農(nóng)業(yè)機器人的研究開發(fā)，嫁接、采摘、除草、移栽、分選和農(nóng)田作業(yè)機器人相繼研發(fā)成功，并陸續(xù)進(jìn)入應(yīng)用階段。大田生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機器人大田用農(nóng)業(yè)機器人有大田播種機器人、大田收獲機器人、大田植保機器人、大田耕作機器人以及大田移栽機器人等。圖11：利用GPS技術(shù)自動駕駛的耕地機器人大田植保機器人有視覺等感應(yīng)器、雷達(dá)、PS等；除草機器人則能利用機器視覺確定雜草和農(nóng)作物，可以精確噴灑除草劑，還可以用激光除草槍殺死目標(biāo)物。圖12圖13：除草機器人模塊式植保機器人還能完成更加復(fù)雜的任務(wù)。高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)RTK-GPS技術(shù)能使機器將自己的位臵確定在2BoniRob”的模塊式農(nóng)業(yè)機器人導(dǎo)航。BiRob的外形像一輛四輪越野車，利用幾臺光譜成像儀來區(qū)分綠色的作物和褐色的土壤。它能記下每一株作物的位臵，并在生長季中一次次返回原地觀察它們的生長。圖14：模塊式農(nóng)業(yè)機器人大田耕作機器人“倉鼠”機器人：既沒有輪子也沒腿，“滾跑”前進(jìn)中（GPS和網(wǎng)絡(luò)），監(jiān)測農(nóng)作物數(shù)據(jù)（土壤組成、溫濕度和植被健康等狀況），還能幫助撫平土壤，而且不會對農(nóng)作物造成傷害。圖15：“倉鼠”機器人大田果蔬采摘機器人大田果蔬采摘作業(yè)是因此保證果實適時采收、降低收獲作業(yè)強度及用工費用是保證農(nóng)業(yè)增收的重要途徑。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性，采摘自動化程度仍然很低。目前，國內(nèi)外水果采摘作業(yè)基本上都是人工進(jìn)行，其費用約占成本的30%~50%，并且時間較為集中，勞動量大，工時緊張。圖16：果實采摘機器人圖17：水果分揀機器人日本研制的采摘機器人對茄子的采摘成功率為62.5%，工作速度為64個每秒。番茄采摘速度大約是15個每秒，成功率在70%左右。甘藍(lán)采摘的成功率為43%，工作速度為55個每秒。英國研制的蘑菇采摘機器人采摘速度為1.5秒每個，成功率約為75%以色列和美國聯(lián)合研制的甜瓜采摘機器人可以完成85%以上的識別和采摘工作。85%，速度達(dá)到5秒每個。設(shè)施農(nóng)業(yè)機器人設(shè)施農(nóng)業(yè)用機器人有嫁接機器人、花卉插枝機器人、蔬菜收獲機器人、植物工廠機器人和分揀機器人等。嫁接機器人高速和高質(zhì)的嫁接機器人的推廣與應(yīng)用，可取得可觀的直接經(jīng)濟利益及生態(tài)環(huán)境價值。嫁嫁接效率較低。而嫁接機器人工作時只需操作者將砧木盤及接穗盤各自放入指定位臵，便可自主完成抓穗、切苗、接合、固定和排苗等作業(yè)項目，省時高效，成活率高。圖18：果蔬嫁接機器人工作流程圖育苗機器人圖19：育苗機器人農(nóng)產(chǎn)品加工與鑒定機器人線檢測牛奶質(zhì)量，直接將不合格產(chǎn)品傳輸?shù)綇U奶存儲器。圖20養(yǎng)殖業(yè)也將進(jìn)入機器人時代羊犬趕牛，使用D和D感應(yīng)器，內(nèi)臵了P，能夠根據(jù)牛群的移動速度來趕著它們走。圖21：牧羊機器人農(nóng)業(yè)無人機除了農(nóng)業(yè)機器人未來將大量使用，無人機也將批量投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大潮中來。農(nóng)業(yè)無人機主要用于農(nóng)藥噴灑、航空拍攝、農(nóng)情信息監(jiān)測、高空架線、定向攻擊（激光武器定向殺蟲和除草，通常具備地理信息系統(tǒng)、GPS、傳感器、視覺系統(tǒng)、機械手等配臵。圖22：農(nóng)業(yè)偵查無人機圖23：植保無人機農(nóng)業(yè)“偵查”無人機：植保無人機：加裝土地智能掃描儀，根據(jù)土地狀況、作物長勢、病蟲害等情況，變量精準(zhǔn)施肥施藥，“因地制宜”帶來高效率并且節(jié)約環(huán)保。智能植物工廠植物工廠中，陽光、溫度、濕度都由智能化設(shè)備自動控制，對生物的生長環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得生物可以像工業(yè)品一樣進(jìn)行有計劃的生產(chǎn)。當(dāng)智能化的思想大膽的顛覆傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)時，耕種已經(jīng)開始嘗試拋棄土壤的約束，創(chuàng)新出基于LED人工太陽的植物工廠。使用“光食譜”創(chuàng)新的耕作模式，一年內(nèi)可收獲20-25次，所需能源減少85%。紅光和藍(lán)光ED燈可促進(jìn)植物生長，使蔬菜在不使用農(nóng)藥和殺蟲劑的情況下生長，并且水的使用量可以削減到%。另外，不依賴于自然陽光的植物工廠使得在沒有陽光的城市高層建筑中種圖24：基于LED人工太陽的植物工廠相關(guān)技術(shù)與技術(shù)現(xiàn)狀我們認(rèn)為，未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)是：無人駕駛技術(shù)、無人機技術(shù)、機器人技術(shù)、自動化技術(shù)、精密機械