未来还有人愿意种地吗？我们为00后设计的种地场景，不仅不辛苦，还很酷
我觉得我有这样的责任和使命，
把更多的信息技术、智能技术
跟传统的装备制造业融合。
张玉成 · 中国科学院计算技术研究所正高级工程师
格致论道第94期 | 2023年5月5日 杭州
大家好，我叫张玉成，来自中国科学院计算技术研究所。不过今天我不讲计算机，给大家讲智能农业机械装备。
如果未来00后种地的时候，都能指挥着像图片上这样的农业机械装备，那种地一定是不苦的，而且会非常地酷。
从学计算机到造拖拉机
首先想声明一下，我原本不是搞农业机械装备的。我本科是无线通信，研究生是数据通信，到博士阶段做计算机体系结构。也有人跟我开玩笑，你当年选择信息专业，到最后还去研究拖拉机了，那还不如一开始就直接去做拖拉机。其实不是这样的，有了信息领域的这些经历，我们做出来的农机跟大家想象的是不一样的。
为什么我会从计算机专业转行到了农机行业呢？人生的轨迹变化总是非常神奇的。我进入农机行业的契机是2015年，当时我带着团队到了河南洛阳，开启了一段我定义叫“无心的旅行”。无心就是没有目的，我记得那时候还是8月，比较热，我们从北京到了河南洛阳。我们计算所是搞信息技术，河南洛阳属于老工业基地。当时领导安排的考察任务，就是我们的信息技术到底能不能跟传统的装备制造结合。
中国制造2025
我们国家当时在做“中国制造2025”，很多高校、科研院所都在做类似的事情。我们科研的目的，不是简单地写文章，而是要找到科研成果的应用出口，只有这样的科研成果才是有价值的。
其实那一天的会，我没有太多的收获。并且我有点中暑了，身体不舒服，就想回去了。但是那天晚上，跟几个地方从事农机行业的专家进行交流，他们提出了很多很多关于我们国家农机行业跟世界农机强国的差距，也提出了非常多的技术升级改造的期望。他们想要更好的技术，其实当时还是不容易的。
所以在这样的背景下，我觉得我有这样的责任和使命来做这事情，把更多的信息技术、智能技术跟传统的装备制造业融合。
“没有调研就没有发言权”，我们进行了大量的调研，深入地了解到我们国家和全球农机行业的现状。我们总结出3个方面的问题：第一个，就是技术到底行不行；第二个，我们的产业到底怎么样，第三个，做出智能农机能够解决什么样的社会问题。
针对第一个问题，我把我们国家的农机装备做了一个断代。因为我们搞信息出身，举个例子，大家用手机就是从“大哥大”开始，后来发展到3G、4G、5G，现在都开始做6G了。我觉得农机行业有各种断代的方法，就是没有一种按照技术体系断代的。所以我们经过调查研究，大致把我国的农机分成三代。
第一代是从苏联的哈尔科夫拖拉机厂引进的。一九五几年的时候，他们把一整套的“纯机械控制的履带式”技术体系引入中国。它一直坚持了30年左右。
到20世纪80年代，我们国家又从欧洲引进了一套叫“中大马力轮式”的农机的体系。简单说，引进体系就是人家把一整套图纸都给我们，我们就照着人家的图纸来研发拖拉机。到现在为止，我国都在做这一代的农机。
2018年左右，这种不带驾驶舱的智能农机就已经开始在西方出现，是纯智能化的。像麦克纳姆375马力这样一台农机，当然它还是用燃油的，我们认为它就属于第三代农机了。
我们第一代、第二代都引进，第三代还准备从美国人手里边去买吗？我觉得不应该这么做。我们发现，这个行业缺自主可控的农机技术体系，导致我们行业大而不强，缺少竞争力。
接下来再看产业，我们国家一年产业链上下游的这些企业加起来的产值，大概也就3800多亿。但是世界排名第一的龙头企业一家就能够做到3600多亿。也就是我们一个行业跟人家一个企业去竞争。其实类似的情况在很多行业都出现过，大家可能都有感受，包括之前我们的手机行业。
最后，我们去看农村。现在回农村一看，是不是空房子越来越多了，从事农业生产的基本上都是老人。在2000年左右，全国还有7.9亿农民，到2020年的时候只有2.8亿左右。所以，我们现在就需要智能农机帮农村、去开展农业生产。
我们应该学习现在在构建自主技术体系之上做的非常好的一些行业，比如说高铁现在运营里程占全球60%，北斗的用户超过20亿，5G的基站全球部署超过60%，这都已经成为中国制造业的名片。我们应该要树立这样的信心，把农机行业也做成中国制造业的名片。
化劣势为优势
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但我们还只是一个小团队，定了这样一个目标以后，注定了研发的路径肯定是不平坦的，没有那么容易的事情。
但我们的起点其实挺好。在河南洛阳有块叫中意研究院的地方，地方政府把它给我们，用来做新一代农机。这地方非常漂亮，人家原来是用来设计兰博基尼跑车的，后来他们不来了，我们就在这里边研发新一代的智能农机。我们一定得要做出这种高端品质来，就是所谓“筷子楼里边起步”。
起步总是有困难的，不是一帆风顺的。看得见的困难和挑战有很多，比如说没有资金。搞基础的信息技术研究的资金是有的，但做农机的资金是没有的，那怎么办？我们只好从原有的信息技术研究项目里边拿一些资金来做农机的开发，来验证技术。
其实我们一开始真没有想过去做整个农机，觉得去做里边的信息、芯片、数据、通信就行了。但这方面的创新总是受到一些阻碍，我们的技术得不到快速的验证，所以我们下定决心自己做农机，自己验证自己的技术，这样更快一些。
那没有制造团队怎么办？还好河南洛阳是一个制造业人才聚集的地方，我们就组建团队开展合作。没有车间，我们就在筷子楼下面的地下室做。全球很多好的东西都在地下室研制出来的，我就觉得这个地下室也挺好，夏天还很凉快。
这都是看得见的困难，看不见的困难基本上是无形的，但阻力也是最大的。我们受到来自于两个方面的质疑。一方面就来自于传统的农机产业，他们会说：你们研究计算机的一帮人，设计的这东西叫拖拉机吗？你们不懂农机，农机很复杂，比汽车还复杂。这事情干不成。
另一方面，我们从信息领域出来，信息领域也质疑：这东西有那么复杂吗？不就拖拉机嘛。科技含量不高，不够智能，估计还不如扫地机器人复杂。
这些都没有动摇我们决心，因为我们做的是跟别人不一样的梦。别人质疑我们的劣势是不懂农机，后来发现，我们的优势就在于因为不懂农机。所以我们想象是农机它就是农机，想象是拖拉机它就是拖拉机。
左：龙耕I号（2017年）
右：超级拖拉机I号（2018年）
我们在2017、2018年陆续设计了“龙耕1号”还有“超级拖拉机1号”，大家可以看到，这完全不是传统的农机会认可的概念。
2015-2023：鸿鹄农机家族
接下来一发不可收拾，我们就把50马力、70马力、200马力、400马力一系列都做出来了，越做越顺，越上瘾。而且我们没有像有些“PPT造车”然后再花很多钱那样，我们没有花太多的钱。
面向丘陵山区的集群履带式农机装备
大家可能会有刻板印象，认为拖拉机都是在北方大田里边用。我们还做了一些面向丘陵的小农机，比如在浙江、四川、云南，当地要的都是这种小马力、小型化的智能农机。
面向设施农业的智能农业机械设备
设施农业现在也是。谁愿意早上四五点钟到大棚里边去摘西红柿呢？我觉得00后肯定不会去干这个事情，所以都要用这种。以前这叫农机，现在叫农业机器人，其实它们都是智能农业机械装备，或者叫农业机器人。
下面要给大家重点推荐一个技术集大成的装备，他让我们的第三代农机体系技术攻关和装备的研制初见曙光。
我们给它取了个名字，叫“鸿鹄系列”，有两种解释。第一个“立鸿鹄志，做有为青年”，遇到阻力也得要坚持做下去。第二个，当时他们不是质疑我们，我们也不是很客气，“燕雀安知鸿鹄之志哉”。我们就一定要坚定信心，把中国人自主可控的技术体系做好。
上面这个是2022年9月份最新开发的鸿鹄T400，我们就举几个例子来说它到底攻克了哪些难关。
首先是智能。大家可能不知道，农机的挡位其实是很多的。在身边，连5个档的汽车，很多人考试都不一定能考得过，只要挡位挂得不准，要么冒黑烟、要么熄火。农机的话以220马力为例，它有48个前进档，41个后退档，有6个速度区间。你在不同的地形地貌、不同的土壤阻力下驾驶，肯定会手忙脚乱。得多么有经验，才能把挡位切到对应的，这对人来讲，是很复杂的，也就是对拖拉机驾驶员的要求会很高。
农机的无人驾驶
那么，我们能不能把这个事情交给计算机来做？方法就是给农机加装各种各样的传感器，让它感受地形地貌的变化，感受土壤阻力的变化，把原来很复杂的换挡工作交给计算机。这就是人工智能（AI）和农机结合的一个具体应用。这只是举一个例子，还不包括它的无人驾驶，无人作业。
第二个问题，就是我们的产业界一直做不出大马力的农机，一直做不到300、400马力以上。而国外比如德国、美国就有做大马力，600马力都是轻松的。
工业革命的结晶：变速箱
这当然不是因为中国的应用场景少。那原因是什么呢？大马力的农机是建立在工业革命基础上的，包括它的柴油发动机和变速箱。你想那么多的挡位，它的变速箱、电控得做得多么复杂，而我们一直做不出这种叫“无级变速”的变速箱。那是人家工业革命上百年的成果，不会轻易开放给我们。
通过分布式电机解决大马力问题
那我们就换一个路径，用电机来解决。电机很好，但是一个不够。所以我们用3个电机，把提升、液压、行走全部分散开来，缺多少我就配多少电机。每个电机要用的时候，再让它开启，不用就把它给关掉。我们把原来一个柴油机变速箱解决不了的问题，变成了几个电机协作的问题，这带来了复杂的控制问题，但这恰恰就是研究计算机编程人的擅长的地方。我们把机械的问题转化成了计算机的问题，就可以解决了。
农机排放带来的空气污染
第三个问题是关于环保。刚才说的麦克纳姆375马力，它也还是烧柴油的。大家可能有记忆，十多年前，每个城市里边都可以看到这种冒黑烟的小手扶拖拉机、小三轮，空气里边弥漫着烟味。我们希望我们国家农业领域的机械装备也能像现在新能源汽车一样，做到全部是清洁能源的，这样对环境更好。
我们设计将太阳能、风能给农机来用，我们给鸿鹄T400设计了一个电池组，这些电池组可以换，不需要在耕作的同时还要天天去充电。要是充10个小时电只能干4个小时，那就不划算了。我们给它做成标准的电池组，然后进行能源的替代。那将来可能还可以使用甲烷、氢能源，效果会越来越好。我觉得我们农机将来一定会凭借技术、借助我们国家清洁能源、新能源产业的基础实现全球范围的赶超，和我们的汽车行业一样。
那总结下来，大的创新就围绕着智能、大马力动力和清洁能源开展创新，这就是我们所谓的技术体系。我们就是按照这个思路来研制农机的。我觉得它不是一台传统的拖拉机，它更像一台电脑，一部手机了。
应用，才是王道
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农机造出来不是为了看，不能让大家觉着你做了一个大的玩具，我们都是要应用的。
大河湾农牧场
用在哪呢？我们正在东北开展黑土地保护，于是，我们来到东北呼伦贝尔农垦集团的大河湾农牧场，在这种规模化的现代农场里边开展试验。
小农机反复碾压
在那边，大马力带来的优势就是减少了土壤的压实。如果用那种小手扶去碾压，2000亩地需要被来回碾压700多次，如果用大马力148次就可以了。
无霜期非常短
同时，因为东北温度比较低、无霜期短，到90天以内可能作物就成熟了。因此一个星期就得把它种完，要不留给作物生长的时间就会比较短。我们的大马力智能农机在这样的一个试验场就带来了很多的好处。
以前一台拖拉机要两个驾驶员，一天能干8-10个小时就了不起了，还可能找不到人。现在一个人控制10台、20台都可以，一天除了换电休息时间，它可以干18个小时。要是用电的话，基本上不到2块钱就把一亩地耕作完了，以前烧柴油得要6块钱左右。有了效率的提升和成本的节约，那当然是有市场前景的。
这是我们的鸿鹄T400在真实场景里工作。这就是在呼伦贝尔农垦大河湾农牧场试验的情况。在大面积的耕地里边，它带着重犁耙平整土地。
这是我们200马力试验的情况，它带着后面的翻转犁，可以把地松一下。所有的这些都是自主作业。
这是70马力的。同时我们也能让多台协作。比如视频里这样两台协作，前面一台割草，后面一台负责搂草。这是我们在山东东营实现多台协作的一个情况。我觉得只有这样的场景，才能够代表农业的未来。
这是我们在大河湾农场的一个指挥中心。在指挥中心，我们就可以指挥农业生产，同时对整个集团的1000万亩草地、600万亩农场进行信息化建设，为我们三代农机的应用提供场景。
种地不苦，还能很酷
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上面就是我们现在实际测试和应用的一些情况。对于未来，我们也希望做一个展望。00后、10后将来都得要考虑，当父辈们都种不了，那这个地怎么种。
农业机械化：“耕地不用牛”
我们总结下来，其实很简单。以前农业机械化，《人民日报》当年发表了“我们第一台拖拉机出来了，代表着‘耕地不用牛’的时代到来了。”
农业智能化：“农场不见人”
那么，智能化时代的农场，将来应该是不见人的。谁愿意面朝黄土背朝天，就是给二代农机驾驶舱装了空调，你也觉得不舒服，颠簸、有噪音。为我们00后设计的种地的场景，一定是不苦的。他一定是在一个指挥中心里边，喝着咖啡，吹着空调，指挥着农业的大生产。这将是适合00后从事农业的状态。
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