我国智能农机装备产业发展现状及前景展望_孙国雷.pdf

农业与技术 农业经济 我国智能农机装备产业发展现状及前景展望 孙国雷 吉林省科学技术信息研究所 长春 摘 要 在全球农业加速转型的背景下 指数级突破的科技正以智能化方式深度重构农业全领域 同时与粮食安 全战略形成叠加效应 在此背景下 智能农机装备成为推动农业现代化的核心支撑力量 同时也是衡量国家农业 竞争力的关键指标 本文梳理我国智能农机装备产业的发展现状 技术体系 产业格局与市场态势 剖析产业发 展取得的重大进展与面临的瓶颈 为政府政策制定 企业创新实践及学术领域提供理论与实践参考 基于政策文 件解读 文献分析与数据分析相结合的研究方法 深入剖析我国智能农机装备的战略布局与典型企业创新实践 重点解构智能农机装备的核心技术体系与发展演进历程 梳理国内领军企业的技术路线与商业模式 研究发现 我国智能农机装备产业已形成 大区域集群 国产化率提升至 在全流程无人作业系统 无级变速技术 高 端农机具等领域取得重大突破 但仍面临核心技术瓶颈 智能化成本较高 政策法规不完善及高端人才短缺等挑 战 全球智能农机市场呈现智能化 绿色化 两极化 微型化与大型化 发展特征 未来通过优化政策支持体 系 强化核心技术攻关 构建协同产业生态等路径 推动产业高质量发展 关键词 智能农机装备 农业现代化 核心技术 产业政策 国产化率 精准农业 农业机器人 自动驾驶农机 中图分类号 文献标志码 收稿日期 作者简介 孙国雷 男 大专 副研究员 研究方向 信息分析与研究 农业经济 农业与技术 研究背景与意义 世纪以来 全球农业面临多重系统性挑战 人 口增长与劳动力短缺 资源约束 农业消耗全球 水资源 与气候波动共同放大粮食安全压力 据联合 国数据显示 年全球人口将达 亿 粮食产量 需较 年提升 方能匹配需求 而传统农业依 赖农资过度投入导致的环境退化问题 进一步凸显其 不可持续性 在此背景下 智能农机装备凭借精准作 业与资源高效利用特性 成为提升农业生产效率 保 障产出质量 降低运营成本的核心路径 亦是破解农 业发展瓶颈 推动农业现代化的关键支撑 我国作为农业大国 年农业机械化率虽超 但智能农机渗透率仅为 显著低于 的全 球平均水平 智能化升级需求迫切 政策层面 年 加快建设农业强国规划 明确农业强国在社会主 义现代化强国建设中的根基地位 并提出阶段性目 标 年实现科技装备支撑强化 核心技术突破及 农机升级与全链条应用推进 年基本建成农业现 代化体系 世纪中叶全面建成农业强国 图 全球前 国家智能农机装备渗透率 年预计 智能农机装备的发展演进与技术体系 政策发展历程 我国智能农机装备产业发展经历了一个漫长的政 策推进历程 自 年 中华人民共和国农业机械 化促进法 颁布以来相关政策不断完善 推动着智能 农机装备产业持续向前发展 表 我国智能农机装备发展政策推进历程表 发展阶段 时间 核心政策文件政策核心内容 初步发展与 政策奠基阶段 年 年 中华人民共和国农业机械化促进法 首次明确农业机械化的战略地位 为智能农机装备产业发展奠定法律基础 同年启动农机购置补贴政策 加快推进与 战略明确阶段 年 年 关于全面推进乡村振兴加快农业农村现 代化的意见 年 十四五 全国农业机械 化发展规划 提出农业农村现代化要发展智慧农业 建立农业农村 大数据体系 推动新一代信息技术与农业生产经营深 度融合 明确加快推动农业机械化智能化 绿色化 包括推动智能农机装备技术创新 示范运用智能化技 术等发展任务 重点支持与 全面发展阶段 年 年 中共中央国务院关于做好 年全面 推进乡村振兴重点工作的意见 年 中共 中央国务院关于学习运用 千村示范 万村整 治 工程经验有力有效推进乡村全面振兴的意 见 年 中共中央国务院关于进一步深化 农村改革扎实推进乡村全面振兴的意见 加快先进农机研发推广 加紧研发大型智能农机装备 支持北斗智能监测终端及辅助驾驶系统集成应用 完 善农机购置与应用补贴政策 大力实施农机装备补短 板行动 开辟急需适用农机鉴定 绿色通道 推动农 机装备高质量发展 加快国产先进适用农机装备研发 应用 推进老旧农机报废更新 核心技术构成 智能农机装备是新一代信息技术与先进制造深度 融合的典型载体 代表了传统农业机械向数字化 智 能化跃迁的核心方向 从技术体系看 智能农机装备 农业与技术 农业经济 的智能化能力可解构为 个层级 感知层 决策层 执行层和支撑层 感知层技术 智能农机的 五官 感知层技术是智能农机实现环境交互与自主作业 的基础层 负责实时获取农机自身运行状态 农田作 业环境及作物生长状况等信息 依托多源传感器 全 球导航卫星系统 及相关数据融合手段 实 现对土壤条件 作物长势 机具工况等关键参数的高 精度 动态化采集 为上层决策与执行提供可靠的数 据输入 从功能构成看 感知层包括以下 类核心技 术 传感器技术 计算机视觉技术 定位与导航技 术 自动化控制接口技术以及多源数据协同技术 传感器技术 传感器技术是构成智能农机感知层的数据源头 其核心功能在于通过多模态 高鲁棒性的传感装置 实现对土壤环境参数 作物表型特征及农机作业状态 的高精度 实时化 原位监测 计算机视觉技术 计算机视觉技术相当于智能农机的 眼睛 其 在智慧农业中的核心价值在于实现从 物理感知 到 语义理解 的跃迁 将农田中复杂的非结构化视觉 信息转化为可量化 可建模 可执行的农艺决策依据 定位导航技术 定位导航技术相当于智能农机的 方向感 其核 心功能在于为农机提供高精度 高可靠性的时空基准 确保作业轨迹严格遵循预设路径 避免漏耕 重播或药 肥施用偏差 该技术以全球导航卫星系统 为基 础 通过融合北斗 等多星座 信号 并结合实时动态差分 或精密单点定位 算法 实现水平定位精度达 的 厘米级导航能力 自动化控制技术 自动化控制技术作为智能农机装备的 手脚 是实现农机作业精准化 自适应化的核心执行层 其 本质在于构建一个基于多源异构数据融合的闭环反馈 控制系统 是融合了传感工程 控制理论 人工智能 的系统级创新 数据与协同技术 数据与协同技术称得上是智能农机系统的 大 脑 承担着多源异构数据融合 智能决策与全局优 化的核心功能 其本质是通过构建农业物联网 与云边协同架构 实现设备互联 数据共享与知识驱 动的闭环决策系统 决策层技术 智能农机的 大脑 智能农机作业智慧决策作为数智农机 感知 认 知 执行 一体化的核心 一般是指利用现代信息技 术与人工智能技术 对农机作业过程中感知的海量数 据进行实时采集 传输 处理和分析 并结合生产经 验与农艺要求构建智能决策模型 执行层技术 智能农机的 手脚 执行层技术是智能农机系统实现 感知 决策 执行 闭环的核心环节 其核心任务是将上层控制单 元 如路径规划模块 农艺决策引擎 输出的数字指 令高保真地转化为物理空间中的机械动作 该层由智 能执行机构与自动化作业系统构成 直接决定了农机 作业的定位精度 作业一致性 响应动态特性及整体 作业效率 智能执行机构 智能执行机构以高动态响应 高稳态精度的机电 液一体化驱动系统为基础 核心技术包括高精度闭环 电液伺服系统 电液比例控制阀组和集成式液压动力 单元 自动化作业系统 自动化作业系统是以多模态传感器融合 实时嵌 入式控制与农艺模型驱动为核心的集成化作业平台 涵盖高精度自动驾驶子系统 闭环精准播种子系统以 及变量施肥 施药系统 支撑层技术 产业的 基石 支撑层技术构建了智能农机装备的核心技术基 座 通过通信架构 能源系统与材料工程 大领域的 协同创新 形成装备性能的底层技术支撑体系 其技 术革新水平为农机装备在作业精度 续航能力及结构 强度等关键性能参数的突破提供 基石 性的技术支 撑 通信架构 基于 网络的高带宽 理论峰值 与超 低时延 适配农田恶劣工况 图 智能农机技术架构图 技术发展演进历程 智能农机装备的发展经历了机械化 自动化 智 能化 个阶段 每个阶段的技术突破都推动农业生产 效率的跨越式提升 表 技术发展演进历程 阶段时间范围核心技术特征关键突破 机械化 阶段 世纪 年代 机械替代 人力畜力动力机械与作业机械结合无 自动化 阶段 世纪初 年 电子控制单元 应用 定位实现直线导航 电 子监控系统实时显示参数 导航技术 电子监控系统 智能化 阶段 年 至今 人工智能与 大数据技术 感知 决策 执行 闭环控制 年 厘米级定位 年深度学习病虫害识 别 年 协同作业 年新能源农机商业化 智能农机装备国内领军企业概览 智能农机装备领军企业情况见表 我国智能农机装备研发目前取得的重大 进展 全球智能农机市场在 年呈现加速渗透态势 中国成为仅次于北美的第 大单一市场 在国内已形 成环渤海 长三角 中部地区 大集群 其中山东 江苏两省此类企业数量占全国 国产化率从 年的 提升至 年的 截至 年 月 我国智能农机装备在无人作业系统 关键技术国产 化 特色作物收获机研究等方面取得了诸多重大进 展 全流程无人作业系统落地 十四五 国家重点研发计划 小麦生产全程无 人化作业技术装备创制与应用 项目在北大荒红星农 场落地应用 由北京市农林科学院智能装备技术研究 中心牵头联合了国内十几家优势单位构建的小麦生产 无人化农场技术体系于 年 月 日首次实现小麦 耕 种 管 收 全流程无人化作业 通过北斗 高精度定位系统 实现厘米级 定位精 度 如株洲市天元区三门镇株木村 高标准农田 的无人驾驶拖拉机作业精度控制在 以内 无级变速技术 产业化 潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司实现 技术 在拖拉机 收割机等装备中的规模化应用 及 智能拖拉机填补了该领域国内空 白 打破国外对功率智能无级变速传动系统的垄断 山东卫禾传动股份有限公司发布 智能无级变 速器 年 月 下线 该技术采用 外置液压 内置湿式离合 创新结构 将液压无级调速与机械高 效传动的双重优势融合在一起 适配 拖拉 机 实现 无级变速 综合能耗降低 作业效率提升约 满足全球市场的差异化 需求 高端农机具技术突破 黑龙江贝克锐斯现代农业科技有限公司实现国产 电控精量播种机相关技术的突破 其研发的电控气力 式播种机依托 北斗卫星定位 惯性导航 视觉识 别 技术 可精准调控播种量 施肥量等参数 作业 速度也显著提升 潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公 农业与技术 农业经济 司通过精准控制每穴种子数量 实现玉米种植种子成 本降低 产量提升 推动种植模式向 数据 驱动 转型 北京中科原动力科技有限公司在 中国国际农业机械展览会发布了全新品牌 擎途 推出全球首款醇氢直驱智能拖拉机系 列 其 马力机型是全球首台醇氢动力拖拉机 表 我国智能农机装备领军企业概览表 公司名称成立时间总部 年核心数据核心产品与技术智能化平台 服务备注 潍柴雷沃 智慧农业 年 山东 潍坊 智能收获机械销量 万台 国内市场 占率 谷神 智能联合收割机 产量监测 质量分级系统 智能播种机 变频排种 技术 均匀度 雷沃智慧农业云 接入超 万台 智能农机 全链条智能装备 服务商 大疆农业 年广东深圳 年营收 亿 美元 全球植保无 人机市场占率 植保无人机 定位 视觉识 别 农药利用率 续航 大疆农业服务平 台 病虫害预 警 产量估算 全球植保无人机 领导者 一拖集团 年河南洛阳 智能拖拉机销量 万台 国内市 场占率 智能拖拉机 北斗导航 智能控 制系统 作业效率提升 东方红智能农机 管理平台 远程 监控 故障诊断 中国最大拖拉机 制造商 中联重科 年湖南长沙产品覆盖全球 余个国家 混合动力拖拉机 混 合动力拖拉机 谷物联合收获机 喂入量 损失率 轮履复合式混合动力底盘 丘陵山 地混合动力平台 自走式果园采 摘机 打破欧美高端拖 拉机垄断 填补 丘陵山地农机空 白 特色作物收获机取得突破 由黑龙江省农业机械工程科学研究院与佳木斯重 兴科技股份有限公司合作研发 联创 品牌的 鲜 食玉米联合收获机是 我国首台 套 重型铰接式 鲜食玉米联合收获机 打破了国外同类机械的垄断 地位 彻底改变了 靠人摘 靠手剥 的传统模式 农业农村部南京农业机械化研究所研发的花生收获机 创制了垄面仿形限深挖掘 割台横向变轨自动对垄 辊筒浮动变频柔性摘果 风筛选自适应调控等自主变 量作业执行机构 开发了作业质量 作业状态信息智 能监测系统 实现未摘 含杂 破碎等作业质量在线 检测 构建了收获质量预判模型 作业部件调控策 略 作业参数决策模型 集成全环节自主变量收获智 能控制系统 实现全环节自主变量作业的闭环控制 大型农机装备性能大幅提升及核心部件打破国 外垄断 中国一拖集团有限公司研发的 超大型高 效纵轴流式联合收割机喂入量达到 可用于多种 作物收获 自动化 信息化 智能化水平高 适合中 大型农场作业 东方红 无级变速拖拉机是国 内具有自主知识产权的最大马力的无级变速拖拉机 填补了国产大型农业动力装备在 级以上的空 白 江苏恒立液压股份有限公司自主研发 级电液 比例阀通过国家级鉴定 打破德国博世力士乐 的垄断并已配套雷沃重工高端拖拉 机实现批量装机 苏州绿的谐波传动科技股份有限公 司开发的 减速器精度达 弧分 寿命超 已进入约翰迪尔 全球供应链 标志着 中国在精密传动部件领域具备国际竞争力 我国智能农机装备发展的对策建议 优化政策支持体系 降低推广门槛 健全标准法规体系 构建国际接轨的标准法规框架 加快智能农机性 能检测 安全认证 数据安全等国标制定 参与 国际标准研制以提升话语权 推动出台 智能农业装 备管理条例 农业数据安全管理办法 明确自动 驾驶农机准入与事故责任 规范农业数据收集 存储 及跨境传输 强化财政金融支持 将智能农机纳入购置补贴目录 提高补贴比例 最高 并扩大覆盖范围至农业机器人 智能灌 溉设备等 对规模化经营主体额外补贴 创新金融服 务 推出年利率 期限最长 年的专项贷款 开展首付低至 的融资租赁业务 建立收益保障机 制 强化核心技术攻关 突破 卡脖子 难题 推进核心零部件国产化 将核心零部件研发列为战略重点 由国家发改 委 工信部牵头设立专项基金 重点支持液压系统 农业经济 农业与技术 高精度传感器 专用芯片等领域研发 给予企业 研发费用补贴 推动 龙头企业 高校 科研院所 组建创新联合体 深化产学研融合 深化国际合作拓展市场 加入全球农业智能装备创新联盟 与约翰迪尔 久保田等企业开展联合研发 在氢燃料农机 农业机 器人等领域共建国际联合实验室 实施 智能农机国 际人才计划 引进海外高端人才 结合自主研发与 技术引进 合资合作 快速提升技术水平 构建产业生态 强化人才支撑 培育多元化市场主体 支持一拖 雷沃等龙头企业通过兼并重组 技术 创新扩大规模 对年营收超 亿元企业给予税收优 惠 研发费用加计扣除比例提至 设立中小企 业创新基金 扶持其深耕专用传感器 农机软件等细 分领域 建立 龙头 中小 协作机制并开放技术市 场资源 加强人才培养与应用服务 高校增设智能农机专业方向 开设 大数据等 课程 与企业共建实习基地 年培养复合型人才 万人 实施 农民数字化技能提升工程 年培训农 户 万人次 提供操作手册与语音课程 在县级区 域设立智能农机服务中心 提供维修 培训等服务 推行企业上门服务 确保故障响应 图 我国智能农机装备发展对策建议思维导图 结论与前景展望 结论 本研究通过梳理我国智能农机装备产业的技术演 进与产业生态发展轨迹 揭示出我国已从 技术跟 随 阶段跃升为 场景驱动型创新 的全球引领者 而非单纯复制欧美传统发展范式 系统架构层面 融合了智能感知 自动控制 定位导航 无人驾 驶及人工智能等前沿技术 通过构建 感知 决策 执行 闭环系统 有效实现了农业生产过程的精准 化 智能化与高效化运作 从核心技术架构来看 智 能农机装备包含感知层 决策层 执行层及支撑层 大技术层级 各层级技术的协同发展推动着传统农机 从机械化向智能化转型升级 产业格局层面 我国已形成环渤海 长三角及中部地区 大产业 集群 产业形态实现从 组装代工 向 自主设计 的根本性转型 国产高端农机装备 如无级变速拖拉 机 智能收割机 市场渗透率达 显著高于行业 平均水平 这不仅彰显技术自主能力的突破性提升 更表明产业已抵达 技术输出 的临界阶段 核心技术层面 实现了由 单点突破 向 全链协同 的战略 跨越 打破国外长期技术封锁 恒立液压 绿的谐 波 汇川技术等企业在液压系统 传动装置 电控单 元等核心部件实现国产化替代 此类技术突破并非孤 立现象 而是形成 感知 决策 执行 支撑 的完整 技术链协同体系 推动产业从 部件替代 迈入 系统集成 新阶段 智能化层面 率先实现 全流程无人作业 技术工程化应用 引领全球农业数字化转型 此成就标志着农业生产方 式由传统 人机协作 向 全流程无人化 智能生 产的革命性跃迁 发展路径层面 形成 两极化与绿色化并重 的中国特色发展模 式 此双轨发展格局契合我国 完善现代农业经营体 系 促进小农户与现代农业有机衔接 的政策导向 同时 绿色低碳技术成为创新亮点 实现产业发展与 双碳 战略的深度协同 产业生态层面 智能农机已形成了覆盖 耕 种 管 收 加 运 的全链条整合型生态 因地制宜发展特色农机 打造 东部高端制造 中部创新应用 西部特色适配 空间格局的区域差异化生态 从 卖产品 向 卖 服务 数据 转型 构建 智能终端 数据平台 精 准服务 闭环商业模式创新生态 依托国家制造业创 新中心建设 产业基础再造工程及精准化政策支持 构建 产学研用 深度融合的政策驱动型生态 未来展望 技术创新层面 中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五 农业与技术 农业经济 个五年规划的建议 提到推进高端智能 丘陵山区适 用农机装备研发应用 促进良田良种良机良法集成增 效 到 年国家级农业科技创新平台将突破 家 形成产学研用一体化的创新体系 未来 年 新 能源农机将深度融合物联网 边缘计算与 算法 实现作业路径自动规划 能耗动态优化及碳足迹实时 追踪 至 年 全国新能源农机保有量有望突破 万台 占农机总保有量的 以上 氢燃料与太阳 能等新能源农机将实现规模化应用 预计 年全 球新能源智能农机占比将达 金融资本层面 十四五 期间农业产业累计投资额达 万亿元 以上 其中产业链协同创新项目占比超过 预计 在 年间 相关领域投资总额将达到 万 亿元以上 中央财政专项补贴资金将从 亿元提升 至 亿元以上 社会资本参与度也将从 上升至 左右 特别是在智能农业装备制造领域 预计到 年市场规模将达到 亿元级别 产业格局层面 产业融合加速 智能农机企业将与种业 农药 粮食收购等企业深度合作 形成 农业装备 农业服 务 的产业生态 互联网企业将跨界进入智能农机领 域 推动数据驱动的农业服务创新 商业模式创新 农机共享 服务订阅 将成为主流商业模式 区块 链技术将应用于农机数据溯源 保障数据安全与可信 共享 全球化分工深化 发达国家将聚焦核心技术与 高端装备 发展中国家将在中低端装备与零部件领域 形成竞争力 结语 智能农机装备作为农业先进生产工具的核心代 表 正以科技之力重塑农业生产格局 其打破了传统 农机的效率瓶颈 将精准种植 智能管控 数据赋能 融入田间地头 让耕耘告别 看天吃饭 的被动 让 生产实现 提质增效 的跨越 从播种 施肥到收 割 管护 智能农机以更高精度 更快速度 更低损 耗 激活土地与劳动力的潜在价值 推动农业生产力 从 量变 走向 质变 为现代农业发展注入持久 动能 铺就了一条科技兴农 产业振兴的坚实道路 参考文献 联合国经济与社会事务部 世界人口展望 修订版 联合国经济与社会事务部 世界人口展望 发现提要 农业农村部召开全国农业机械化工作推进会议 赵春江 李瑾 冯献 等 关于我国智能农机装备发展的几点 思考 农业经济问题 赵春江 范贝贝 李瑾 冯青春 农业机器人技术进展 挑战 与趋势 智慧农业 郑永军 翟淑媛 王应宽 等 大田与果园农机作业智慧决策 技术研究进展与发展趋势 农业工程学报 约翰迪尔 农机巨头的农业物联网创新之路 中共中央国务院印发 加快建设农业强国规划 年 北京智研科信咨询有限公司 年中国智能农机装备 行业市场全景评估及产业前景研判报告年中国智能农机装备行 业市场研究报告 原创力文档知识共享平台 年农业机械智能化升级关键 技术突破与未来十年应用前景报告 农业农村部农业机械化管理司 年中国农业机械化发展 统计公报 农民日报 大疆农业 农业无人机行业白皮书 产业世界 全球及中国智能农机行业产业链深度分析及洞察 报告 年 北安 小麦生产不求 人 释放农业新质生产力 我国农机装备用智能化高端化电动化数字化打破国外垄断成 功实现国产替代 中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的 建议 中商产业研究院 年中国智能农机装备行业市场前景预测研 究报告 简版 原创力知识共享平台 至 中国微耕机行业调研及市 农业经济 农业与技术 场前景预测评估报告 豆丁网 至 中国智能农业装备产业供需状况及投资 机会研究报告 韩佳伟 朱文颖 张博 等 装备与信息协同促进现代智慧 农业发展研究 中国工程科学 张智刚 殷珍 吴潇 等 农业机械自动导航技术研究进展 农业工程学报 沈跃 张亚飞 刘慧 等 农业装备自动控制技术研究综述 农业机械学报 金诚谦 陈钧龙 刘政 等 大田作业场景中农机协同作业 技术发展综述 农业工程学报 吴海华 胡小鹿 方宪法 等 智能农机装备技术创新进展 及发展重点研究 现代农业装备 臧瑞玲 付星 凌灵 等 智能农机装备在智慧农业中的应 用 河北农机 宇博智业 年全球与中国智能农机装备行业市场 现状调研分析及发展前景分析报告 姜鹏 高进 邓晔 等 智能化技术在无人化农场中的应用 研究与展望 江苏农业科学 樊剑剑 基于计算机视觉技术的智能化农业机械应用研究 中国农机装备 应俏 丛建民 黄威剑 等 三融 背景下智慧农业人才培 养策略探究 南方农机 责任编辑 钱海林