水稻生产全程数字化管理与智能装备产业化——“中国智能制造科技进展”案例展示
进入21世纪，智能制造作为新一代信息技术与先进制造技术深度融合的新型生产方式，已然成为新一轮工业革命的核心驱动力。从自动化生产线到智能机器人，从大数据分析到物联网技术，从机器学习到人工智能的运用，智能制造正在不断推进传统制造业进入一个更加智能、高效、可持续的制造新时代。
2017-2023年，中国科协智能制造学会联合体（IMAC）连续开展“中国智能制造科技进展案例研究”，共遴选出70项“中国智能制造科技进展”案例。成果领域涵盖高档数控机床与基础制造装备、工业机器人、汽车、航空航天、新一代信息技术、纺织、轨道交通、船舶及海工装备、能源装备、工程机械、农业机械、纺织、建筑焊接等制造业重点领域；技术领域涉及工业物联网平台、大数据管理系统、人工智能技术在工厂应用、智能制造设备、柔性智能制造产线、云制造系统、智能工厂、大规模定制平台等。
近期，我们将展示智能制造的科技成果和创新应用，感受智能制造带给制造业的变革与创新。
水稻生产全程数字化管理与智能装备产业化
近年来传统农业生产的弊端越来越明显，当前水稻生产装备智能化水平低、生产环节数字化薄弱、农机农艺数据融合不足、无科学的决策依据，靠天吃饭，靠经验种田现象突出。信息化、数字化、智能化是解决这些问题的必然路径。
中联农业机械股份有限公司、中联智慧农业股份有限公司、国家农业智能装备工程技术研究中心等单位联合开发并实现：以水稻生产为对象，通过自动驾驶、无人作业、智能决策、精准管理等手段，耕、种、管、收、储五个环节全过程运用智能化农机装备和数字化过程管理，通过解决水稻生产智能化水平低、数字化管理缺失、农机农艺数据不融合等问题，使水稻生产从“靠天吃饭”，转变为依托智能装备，依靠科学决策依据进行全过程数字化管理的农业生产方式。减少了农业生产用工量，提升了作业质量和效率、减少了能耗和农资使用，同时为解决农机作业监管不到位、作业效率低及农业环境污染严重等问题提供了有效途径。通过数字化种植和智能农机双轮驱动，将智能农机和智能决策应用到整地、播种、施肥、灌溉、收获、烘干等作业环节中，对于提高农业生产的效率、质量和可持续性、节约资源、保护环境和促进农业经济发展具有重要意义。此外，农业数字化管理和智能农机技术还可以促进农业与信息技术的融合，提升农业现代化水平。
水稻生产全过程从耕地开始使用卫星激光平地技术，使土地平整度不超过3cm，为后期播种、灌溉、追肥提供了基础保障；种植过程采用无人化有序抛秧机抛秧技术，替代了人工并缩短了秧苗缓青期，实现增产；收获环节人工智能收割机根据作物姿态、土壤环境、天气情况等信息，实现自适应调节、低损收获；运输环节由无人运粮车与收获机完成自动卸粮后，转运至智能烘干中心，利用水稻水分烘干曲线控制技术，降低爆腰率、减少谷物内伤，从而增加水稻出米率，同时保障了粮食品质。生产过程中配合数字化管理平台，构建了土壤、病虫害、肥力等决策模型，90%以上的病虫草害和水分长势识别精度，实现精准喷药、变量追肥、智能灌溉和作物长势全程监控。该平台研究了土壤、病虫害、作物长势、肥力管理等模型，构建了水稻数字化管控系统，实现了水稻全过程的规范化、标准化管理。
耕种管收的全流程智能化技术可以帮助用户减少巡田、追肥、施药、收割等农事作业人工合计30%-40%左右，显著节约人工成本。
通过智能变量植保服务，采取以防为主的并制定针对性植保方案，显著减少农药投入成本约。通过精准施肥服务，可帮助用户根据土壤肥力及预期产量测算适宜的肥料投入，减少各类肥料成本约20-30元/亩。通过智能灌溉服务，可以帮助用户节水30%左右。
同时，将通过精准施肥、打药、灌溉等措施减少农药、化肥施用量以及灌溉水量，减少温室气体排放，改善土壤肥力，提升生态效益，并增加碳收益。按照国际自愿减排核证计划（VCS）和气候、社区和生物多样性标准（CCB）认证的方法学估测，在现有固碳减排技术管理下，每亩农田每年产生的碳汇量约1.8-2吨。按照国际碳交易市场成交价格（约每吨50元人民币）估测，每亩农田每年可产生90-100元碳汇收益。
自动驾驶系统为无人化技术的推进，创造产品规模化搭载的技术基础。目前辅助驾驶在拖拉机上覆盖率达到80%，自动驾驶在拖拉机上覆盖率约为10%，从经济效益来看，以无人驾驶钵苗体育秧水稻有序抛秧机为参考对象，该技术使用户显著减少使用成本同时实现增产，从而使用户实现每亩显著增收。
未来该项目将在安徽、湖南和吉林等多地扩大服务面积。另外成熟的技术也会扩展到新疆、黑龙江、河南、河北的水稻、小麦、玉米等大田作物生产，为农户提供的全程数字化管理和智能农机。
本项目成果所涉及的成熟技术和产品可以根据具体情况进行定制化的应用，推广到其他大田作物。应用传感器和无人机等技术可以收集准确的农田数据，并在不同地区提供个性化的农业管理建议，使用智能农机实现智能化作业，可以显著提高农业生产效率。通过实时监测农田状况和精确的决策支持，农民可以减少资源浪费并最大限度地利用可用资源。可增加农作物产量和品质，提高农产品市场竞争力和农民的收入水平。同时还可以降低农业生产成本，通过精确施肥、灌溉和病虫害管理等方式降低农药和化肥的使用，减少能源消耗和环境污染。智慧种植技术的推广应用可以促进农村社会的可持续发展。此外，使用智能农机可以改善农民工作条件和减轻劳动强度，提高农民的生活质量，提高农业生产效率，可以满足更多人口的食物需求，减少对天然资源的过度开发，农业技术的发展也将促进农村地区的技术创新和就业机会。
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