淺析綠葉類蔬菜收獲技術(shù)的現(xiàn)狀及展望

施俊俠 林佳杰 林浩斌

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院廣東廣州510225）

淺析綠葉類蔬菜收獲技術(shù)的現(xiàn)狀及展望

施俊俠 林佳杰 林浩斌

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院廣東廣州510225）

本文針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外綠葉蔬菜收獲技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，我國(guó)蔬菜收獲技術(shù)存在適應(yīng)性差、經(jīng)濟(jì)性差、可靠性低、智能化和一體化程度低等技術(shù)性難題，進(jìn)一步提出了相應(yīng)的解決方案，為綠葉類蔬菜收獲技術(shù)與設(shè)備的研究明確了方向和思路。

綠葉類蔬菜；收獲技術(shù)

1 引言

作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，近年來(lái)，我國(guó)越來(lái)越重視農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展。目前，南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所成功研制了三種綠葉類蔬菜收獲機(jī)，填補(bǔ)了我國(guó)葉類蔬菜收獲技術(shù)的空白，使我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)了綠葉類蔬菜生產(chǎn)中單一環(huán)節(jié)的機(jī)械化作業(yè)。但總體而言，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度較低，即使在相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，也僅僅實(shí)現(xiàn)了在蔬菜生產(chǎn)部分環(huán)節(jié)的機(jī)械化，在工作量較大的收獲環(huán)節(jié)仍以人工勞作為主，其強(qiáng)度大、效率低。因此，實(shí)現(xiàn)蔬菜收獲機(jī)械化對(duì)于促進(jìn)蔬菜收獲的節(jié)本增效是極其重要的。

2 綠色蔬菜收獲國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

受制于人口數(shù)量、土地資源等因素，國(guó)外對(duì)收獲機(jī)械的研究較早。早在20世紀(jì)30年代，前蘇聯(lián)就已研制出甘藍(lán)收獲機(jī)，隨后各種收獲機(jī)在國(guó)外相繼被研制并應(yīng)用。目前一些國(guó)家，如俄羅斯、日本、歐美國(guó)家等均實(shí)現(xiàn)了較高的蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化，大蔥、韭菜等綠葉類蔬菜收獲機(jī)均具有相對(duì)應(yīng)的商業(yè)推廣機(jī)型。

近代的中國(guó)由于一定的歷史局限性，雖然重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但一直以“地大物博、人口眾多”自居，忽視對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的借鑒，直至20世紀(jì)50年代才開(kāi)始重視農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，所以我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程較為緩慢。受限于前期農(nóng)藝的機(jī)械化水平，如耕整、播種等，我國(guó)收獲機(jī)械的整體水平極低。2017年3月，我國(guó)成功研制了3種葉類蔬菜收獲機(jī)，但其主要以雞毛菜為對(duì)象進(jìn)行研究，其對(duì)其他蔬菜的收獲情況仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證，而且設(shè)備的應(yīng)用對(duì)前期的農(nóng)藝要求較高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化。

3 技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策

3.1 適應(yīng)性差。蔬菜收獲機(jī)的適應(yīng)性主要是指當(dāng)切割對(duì)象或環(huán)境變化時(shí)，收獲機(jī)相應(yīng)的適應(yīng)程度。目前，國(guó)內(nèi)外的蔬菜收獲機(jī)械均存在適應(yīng)性差的缺點(diǎn)。國(guó)外的蔬菜收獲機(jī)大都是對(duì)應(yīng)某種蔬菜而言；當(dāng)前我國(guó)研制的蔬菜收獲機(jī)也僅僅是以雞毛菜作為主要研究對(duì)象。我國(guó)的蔬菜種植分布廣而分散，蔬菜種植種類隨市場(chǎng)、季節(jié)、氣候等因素變化而不同，而不像歐美國(guó)家等采用大農(nóng)場(chǎng)、種植類型單一精細(xì)的種植模式，所以，直接應(yīng)用國(guó)外的收獲技術(shù)并不一定能夠適應(yīng)我國(guó)的種植情況。應(yīng)該因地制宜，研制具有一定柔性的收獲機(jī)械，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平。具體而言，可對(duì)各種綠葉蔬菜的收獲農(nóng)藝進(jìn)行分類，設(shè)計(jì)每一類具有共性蔬菜的專用切割刀具，采用相同的機(jī)架和動(dòng)力、可調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)等，使收獲不同的蔬菜僅需更換部分零部件、調(diào)整工作參數(shù)即可。

3.2 經(jīng)濟(jì)性差。經(jīng)濟(jì)性是指生產(chǎn)價(jià)值與成本之間的差值。當(dāng)前，我國(guó)研發(fā)的蔬菜收獲機(jī)還沒(méi)有得到商業(yè)推廣應(yīng)用，其具體經(jīng)濟(jì)性不得而知。但總體而言，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的經(jīng)濟(jì)性較差。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性的定義，提高經(jīng)濟(jì)性可從提高生產(chǎn)價(jià)值和減低成本兩方面入手。提高收獲機(jī)的適應(yīng)性能夠極大地提高其經(jīng)濟(jì)性，這是從減低成本和提高生產(chǎn)價(jià)值兩個(gè)維度進(jìn)行綜合考慮的；而提高收獲作業(yè)的效率，減低損傷率，適當(dāng)降低切割的高度，提高收獲機(jī)的采收時(shí)間等均有利于提高收獲機(jī)生產(chǎn)的價(jià)值；采用價(jià)格低、來(lái)源廣、污染少的能源和減少人力的投入等均能減低成本，同時(shí)，在不影響功能要求的情況下，縮小收獲機(jī)的體型，一方面減少材料的成本，另一方面能夠減低運(yùn)輸成本，當(dāng)然，借鑒可折疊自行車(chē)的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)一種可簡(jiǎn)易拆裝的收獲機(jī)也是一個(gè)值得嘗試的思路。

3.3 可靠性低。可靠性是指在預(yù)期時(shí)長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的概率。收獲機(jī)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，也直接影響作業(yè)質(zhì)量。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械可靠性較低，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械可靠性的研究很少，因此，蔬菜收獲機(jī)可靠性研究可借鑒的技術(shù)及文獻(xiàn)極少。蔬菜收獲機(jī)的作業(yè)環(huán)境潮濕、多泥土，對(duì)收獲機(jī)的性能提出了較高的要求。要確保蔬菜的作業(yè)質(zhì)量，必須著力提高蔬菜收獲機(jī)的可靠性。結(jié)合其他機(jī)械的可靠性分析及目前蔬菜收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀，提高收獲機(jī)可靠性的途徑有：一是注重原材料的質(zhì)量，同時(shí)，努力尋求一種具有較高硬度、較強(qiáng)抗腐蝕性、來(lái)源廣、價(jià)格低廉的材料，既保證收獲機(jī)的可靠性，又能切實(shí)提高其經(jīng)濟(jì)性；二是對(duì)目前已研制出的蔬菜收獲機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，詳細(xì)記錄故障模式、故障檢驗(yàn)方法等數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，為自身改進(jìn)優(yōu)化及后續(xù)研究提供參考依據(jù)；三是對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的蔬菜收獲機(jī)，可借助仿真技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)建立可靠性模型，降低試驗(yàn)成本，同時(shí)在成本與可靠性兩者找到一個(gè)平衡點(diǎn)，用最少的成本獲得最高的可靠性。

3.4 智能化程度低。智能化是指融合計(jì)算機(jī)、智能控制、傳感等信息技術(shù)的一門(mén)綜合性學(xué)科。當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化研究仍處于初期。我國(guó)研制的收獲機(jī)僅是處于半自動(dòng)化階段，要實(shí)現(xiàn)智能化，還有一段很長(zhǎng)的路要走，而一些發(fā)達(dá)國(guó)家的智能系統(tǒng)發(fā)展已比較完善。根據(jù)國(guó)外對(duì)農(nóng)業(yè)智能化的應(yīng)用，可以知道應(yīng)用智能化能夠大大解放生產(chǎn)力，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)然，高智能也必然帶來(lái)高成本。所以，應(yīng)善于借助目前已有的技術(shù)，如“3S”技術(shù)(GPS技術(shù)、GIS技術(shù)、RS技術(shù))，借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用“互聯(lián)網(wǎng)+”、“理論異域應(yīng)用”、“理論組合應(yīng)用”等思維方法，力圖在蔬菜收獲的智能化研究有所突破；同時(shí)，設(shè)法對(duì)制約成本下降的因素進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，設(shè)計(jì)性價(jià)比高、適應(yīng)我國(guó)實(shí)際情況的智能化蔬菜收獲機(jī)。

3.5 一體化程度低。一體化是指將單一功能實(shí)體組合為一體的過(guò)程。農(nóng)機(jī)一體化有助于推動(dòng)智能化發(fā)展，從而提高生產(chǎn)效率。當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)機(jī)一體化程度極低。我國(guó)蔬菜種植農(nóng)藝可簡(jiǎn)單劃分為三個(gè)階段：收獲前準(zhǔn)備階段、收獲階段及收獲后加工階段。南京農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所成功研制3種收獲機(jī)，填補(bǔ)了我國(guó)在蔬菜收獲環(huán)節(jié)的空白，使我國(guó)具備在蔬菜生產(chǎn)各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)單一功能機(jī)械化的能力，對(duì)后期研究農(nóng)業(yè)機(jī)械一體化起到關(guān)鍵性作用。為此，應(yīng)該把握機(jī)遇，循序漸進(jìn)，在加強(qiáng)對(duì)蔬菜生產(chǎn)環(huán)節(jié)各種單一功能機(jī)具完善工作的同時(shí)，以各機(jī)具工作時(shí)的單項(xiàng)作業(yè)功能為起點(diǎn)，探索功能整合，解決各環(huán)節(jié)協(xié)同作業(yè)的難題，最大化發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益，力圖得到“1+ 1＞2”的效果。

4 展望

雖然我國(guó)在綠葉類蔬菜收獲技術(shù)方面取得了階段性成果，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍有很大的距離。在實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)全程機(jī)械化的進(jìn)程中，還會(huì)有很多困難。切實(shí)尋求制約我國(guó)蔬菜收獲機(jī)發(fā)展的技術(shù)難題，逐一攻破，力求研制出適應(yīng)我國(guó)實(shí)際情況，具有較高的的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，且智能化、集成化程度較高的蔬菜收獲機(jī)。

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