王 攀

(沈陽航空航天大學 機電工程學院，沈陽 110000)

0 引言

甘肅省西和縣位于甘肅省東南部、隴南市北端，地處長江流域西漢水上游，平均海拔1 692 m，年平均氣溫8.4 ℃，無霜期183 d，降水量533 mm。由于其得天獨厚的自然條件，自古以來種植有多種類型的中藥材。據(jù)《西和縣志(1996—2013)》記載，西和縣境內出產野生中藥材358種489味。其中半夏、淫羊藿、貝母及款冬在全國享有盛名[1]。半夏具有和胃止嘔、燥濕化痰、解毒止咳等功效，是中醫(yī)常用藥材之一。西和縣具有富鉀的優(yōu)質土壤，為西和半夏的種植提供了得天獨厚的基質條件。西和半夏粒足性優(yōu)，色質優(yōu)良，無污染，被稱為半夏中的優(yōu)質品，為著名的道地性藥材[2]。作為一種重要的經(jīng)濟作物，其廣泛種植為西和當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、農民增收提供了重要保障。但是，在長期的種植過程中，以傳統(tǒng)的人工種植為主的種植方式已不能滿足市場需要，半機械化種植方式的介入為當?shù)胤N植戶提供了較好的便利條件。農業(yè)機械化是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的重要方式，主要是指在農業(yè)、林業(yè)及畜牧業(yè)等各個領域使用機械代替人工工作，起到提升生產效率降低勞動強度的作用。半夏種植后期的加工過程亟需機械化創(chuàng)新。

1 推廣半夏生產機械自動化的意義

目前，市面上主要有河北省安國市生產的BX-150滾筒式半夏收獲機和甘肅省隴南市生產的平板篩式半夏收獲機開展半夏采收工作[3]。另外，國內有多家科研機構按照市場實際需求開展了半夏收獲機的研發(fā)工作，各具特色。武漢科技大學江志剛等[4]設計出了一種新型節(jié)能半夏收獲機，為三重分篩式半夏收獲機；山西農業(yè)大學鄭德聰?shù)萚5]設計了 4SB-800 型半夏收獲機，該機可與 TN-55(或TN-654) 拖拉機配套，組成半懸掛式機組；山西農業(yè)大學趙美香等[6]對 4SB-800 型半夏收獲機的行走轉向機構做了進一步設計與分析計算，就收獲機在田間作業(yè)轉彎時不能沿著拖拉機軌跡行走而產生嚴重偏離這一情況，對半懸掛式機組轉向系統(tǒng)進行設計計算并對其進行了理論分析；甘肅農業(yè)大學李海等[7]設計了一款新型半夏收獲機；甘肅交通職業(yè)技術學院李海等[8]對半夏收獲機非離心式滾筒篩分離裝置進行研究，采用 SolidWorks軟件繪制半夏收獲機三維實體模型，并利用 ADAMS動力學仿真軟件對其做了運動仿真，分析轉速和傾斜角度對滾筒篩分離裝置篩選效果的影響；甘肅農業(yè)大學王鋒等[9]針對現(xiàn)有收獲機械直接應用于半夏時存在的采收不徹底、分離效果不佳、需要二次除雜且工作量大等問題，設計了一種雙層平篩式半夏收獲機。

半夏前期種植過程中，需要搶抓有利農時。但是隨著西和半夏種植面積的不斷拓展，以人工為主的半夏種植及后期加工技術已不能適應高速生產的需要。因此，亟待開發(fā)及引進相關種植、采挖及后期生產的現(xiàn)代化加工機械設備。目前，半夏采挖成本較高，機械采挖半夏每 667 m2需 1 500～2 000元，與人工作業(yè)相比，機械作業(yè)可節(jié)約成本1 500元·(667 m2)-1[3]。因此，機械化采收及加工設備的應用可極大地提升生產效率，對于西和縣半夏種植業(yè)由傳統(tǒng)的種植結構向現(xiàn)代化的種植結構轉化、縮短勞動時間、提升勞動效率、降低勞動成本具有重要的意義，對于半夏產業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

2 半夏生產機械自動化發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 與部分種植區(qū)的生產需求及經(jīng)濟發(fā)展水平不符

西和縣不同種植區(qū)的海拔及土壤條件差異較大。目前，國內外半夏收獲機器的研發(fā)主要是借鑒馬鈴薯、花生、大蒜等收獲機的原理，在此基礎上通過簡單改造后進行的設計。主要缺點是體積較大、不利于運輸?shù)?。由于西和縣海拔較高，山陡路險，體積較大設備的運輸是一筆不小的開支。通常情況下還需要一些農用車輛進行運輸，成本高且危險系數(shù)較大。且這些機器收獲精度不高，漏收現(xiàn)象較為嚴重。另外由于挖掘深度與半夏種植深度不相符合，導致采收效率降低，浪費情況增加的現(xiàn)象較為突出。

2.2 機械化生產與管理水平較低

2021年中央一號文件指出，要不斷提高農機裝備自主研制能力，支持高端智能、丘陵山區(qū)農機裝備研發(fā)制造，加大購置補貼力度，開展農機作業(yè)補貼[10]。在2022年中央一號文件中強調，要加快農機裝備工程化協(xié)同攻關，對于特殊用途農業(yè)機械的研究如丘陵山區(qū)和設施園藝小型機械、高端智能機械研發(fā)制造納入國家重點研發(fā)計劃，開展農機研發(fā)制造推廣應用一體化試點[11]。隨著西和縣半夏種植面積的不斷擴大，亟待開發(fā)與當?shù)刈匀粭l件相適應的便于運輸及操作的收獲機械。目前，由于該設備所占市場份額較小，農機開發(fā)機構對其研發(fā)熱情不高。只能通過從其他區(qū)引進或在此基礎上的微小改進后使用，并未開展大規(guī)模的開發(fā)利用。在使用過程中由于地域限制及使用人員基礎能力不足，不利于科學利用。管理方面要加強對相關機械的研發(fā)及改進，在此基礎上積極培訓相關技術人才，不斷提升管理水平。

2.3 缺乏科技人才培訓及政策推廣

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施，國家對于一些特殊使用的農業(yè)機械的研發(fā)日益重視。但是我國農業(yè)機械化及自動化學科起步較晚，在長期的發(fā)展過程中對于技術、人才的發(fā)展需求不足，極大地限制了該領域的快速發(fā)展[12]。對于半夏產業(yè)而言，機械化種植及采收具有重要意義，尤其是隨著市場的需求增加、種植面積的逐漸擴大及對產品品質要求的提升，長期以人工生產與加工模式逐漸被打破。國家對于農業(yè)等種植業(yè)的發(fā)展也極為重視，在2022年中央一號文件中，明確提出要啟動“神龍英才”計劃，加快農業(yè)及種植業(yè)等領域領軍人才及青年科技人才的培養(yǎng)。通過積極推行科技特派員制度、“三區(qū)科技人才”計劃、高素質農民培養(yǎng)計劃及鄉(xiāng)村振興帶頭人“頭雁”項目等，逐步加強農村科技人才的培養(yǎng)。通過政策支持和有目的的科技開發(fā)，逐步引導科研機構開發(fā)具有地域特色的機械設備，推動半夏等相關產業(yè)的機械化發(fā)展。

3 促進半夏生產機械自動化發(fā)展的對策

3.1 加大研發(fā)力度，根據(jù)產業(yè)需求研發(fā)高效益產品

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施，國家對于農業(yè)機械化的發(fā)展更加重視。半夏作為西和縣一種重要的道地性中藥材，成為了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的重要組成部分。但由于具有信息化水平的高端采收及加工配套設備的匱乏，及大地限制了產業(yè)的快速發(fā)展。目前，我國農業(yè)產業(yè)已由傳統(tǒng)農業(yè)、現(xiàn)代農業(yè)向著智慧農業(yè)發(fā)展。智慧農業(yè)以信息技術為基礎，云計算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新興技術深度嵌入融合。通過對海量數(shù)據(jù)的擷取、分析、管理、處理和應用，推動機械設備的革新?lián)Q代及農業(yè)管理模式的飛躍發(fā)展[13]。對半夏產業(yè)來說，除了研發(fā)具有便攜、高效節(jié)能的小型采收及加工設備外，在種植模式上也要打破傳統(tǒng)的以消耗人工成本的種植模式，在大數(shù)據(jù)的支持下，逐漸以智慧農業(yè)模式開發(fā)高集成化、自動化及高效益的栽培模式，將栽培過程中半夏的節(jié)水灌溉、生長情況指標參數(shù)等逐漸整合，開展智能化種植，降低種植成本。

3.2 加強相關機械配套基礎設施建設

農業(yè)基礎設施的建設對農業(yè)發(fā)展至關重要。不同農業(yè)基礎設施對農業(yè)發(fā)展具有一定差異影響，其影響程度依次為農業(yè)水利基礎設施、交通基礎設施、數(shù)字基礎設施和電力基礎設施[14]。對于半夏產業(yè)發(fā)展而言，上述基礎設施的建設同等重要。因此，對于半夏機械化種植及采收環(huán)節(jié)，需要的機械設備越來越多。隨著智慧農業(yè)的不斷實施，涉及到的儀器設備種類也日益增加。且智能化程度越來越高。在傳統(tǒng)機械采收環(huán)節(jié)，機械設備的維護也至關重要，對于非專業(yè)人員修理難度較大，部分設備及零件的購買也是提升維修難度、增加維修成本的主要影響因素，對于智能型設備更需要專業(yè)人員的維護。因此，要從各個層面加強機械設備配套設施的建設，逐漸建立集科技人員、設備維護人員及維修人員為一體的綜合服務平臺，做到及時維護維修，提升維修效率，防止耽誤農時、影響產量及質量。

3.3 根據(jù)產業(yè)發(fā)展實際合理研發(fā)相關機械設備

半夏作為一種以塊莖為主要利用價值的中藥材。塊莖的采收一方面要將各種直徑的塊莖全部采收，在此基礎上利用設備將其篩選后按照直徑分類，然后將其脫皮、烘干，可有效提高產量增加收益。另一方面要盡量減少在采收過程中對塊莖的損傷，降低產品的質量。由此，在不同的使用環(huán)節(jié)，要根據(jù)當?shù)匕胂纳a的實際積極研發(fā)篩選設備。對于引進的設備也需要將其優(yōu)化改進后用于本土半夏的采收。目前該類設備的研發(fā)均考慮到了上述要求。武漢科技大學江志剛等研究開發(fā)了一種半夏收獲機及收獲方法。該半夏收獲機包括機架、動力裝置、傳動裝置、輸送裝置、篩選裝置、集料箱、挖掘鏟和旋耕耙軸，半夏依次通過挖掘鏟、輸送裝置和篩選裝置，實現(xiàn)了半夏的三重篩選。提高了收獲的精度及效率。在此基礎上部分科研單位增加了其他智能化設備，如傳感器、智能攝像頭等，顯著增加了智能化水平，但是，該設備目前還停留在研究開發(fā)及專利申報的科研環(huán)節(jié)，真正走出實驗室進入大田實踐的設備仍是一些簡單的機械化設備。

3.4 將現(xiàn)代智能技術融入半夏生產

隨著科學技術的不斷發(fā)展，半夏的采收及分級技術也融入了智能技術。武漢科技大學丁周陽等[15]發(fā)明了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡的半夏品質分級方法，通過機器視覺獲得半夏的各類參數(shù)后利用智能技術可精確地確定半夏品質，實現(xiàn)半夏產品信息可溯源。除了智能收獲技術外，在半夏種植方面未來可采取精準播種技術，該技術通過智能化手段設置好種子播種的間距，盡最大可能提高土地利用率，增加作物產量。通過開發(fā)播種質量監(jiān)測報警系統(tǒng)可實現(xiàn)對半夏播種的智能化跟蹤，也可采集精準可靠的土壤環(huán)境信息，然后結合信息進行計算，合理控制播種密度，滿足自動播種的需求。另外，農業(yè)機械智能技術的應用還可以實現(xiàn)智能除草、智能施肥、智能灌溉、智能噴藥等一系列活動。通過無人機的使用還可有效減輕工作強度，提升工作效率。在生長環(huán)境監(jiān)測等方面還可利用遠程監(jiān)控技術，對于半夏生長情況如水肥、光照等因素的影響可通過智能化管理系統(tǒng)實施實時監(jiān)控，并對相關區(qū)域進行定位將實際情況及時反饋給管理人員，可實現(xiàn)全面、細致的管理[16]。

4 結語

本研究通過對半夏種植及生產過程中機械自動化技術的使用，系統(tǒng)闡述了推廣實施半夏機械化發(fā)展的進展及瓶頸問題。在未來的半夏等特色經(jīng)濟作物的種植過程中，要積極依托地域優(yōu)勢開發(fā)具有地域特色的一些智能化機械設備。通過智能型設備的應用，可逐漸提升半夏等作物的產量及質量。在半夏產業(yè)發(fā)展過程中，要緊緊把握國家對特色農業(yè)的發(fā)展政策，在技術革新、設備改造及科技人才培養(yǎng)及從業(yè)人員技能培訓等方面加大提升力度。