先進制造技術在農機裝備制造中的應用

目前，各個國家都在加快推進先進制造技術在制造業(yè)領域的應用，以保持自己在制造業(yè)中的有利地位。先進制造技術在國內農機制造中得到了一定的應用，但是仍然存在一些較顯著的問題。

我國農機制造水平只有趕上世界領先水平，才能造出符合我國農業(yè)國情和地貌的好裝備，才能從根本上解決我國農業(yè)自動化應用范圍小的問題。目前農機制造業(yè)所應用的先進制造技術主要有成組技術(Group Technology)、敏捷制造(Agile Manufacturing)、并行工程(Concurrent Engineering)、快速成型技術(Rapid Prototyping Manufacturing)、虛擬制造技術(Virtual manufacturing Technology)和智能制造(Intelligent Manufacturing)等，這些技術的廣泛應用都能很好地提高我國農機裝備制造技術水平，達到高質量、低價格目標。

1  我國農機裝備制造現(xiàn)狀

在中央和地方財政繼續(xù)加大補貼力度，極大地調動農民購機的積極性，更多社會資金投入到農業(yè)機械化的環(huán)境下，形成了依法促進農機化發(fā)展的強大推動力和政策引導力，在此機遇下，開拓了更大的農機市場，帶動了農機制造者的積極性。在銷售市場良好的情況下，我國農機制造領域的業(yè)績一直保持蒸蒸日上。不少企業(yè)通過提高產(chǎn)品質量和市場競爭能力，抓住了自身發(fā)展的機遇。

21世紀初，我國農業(yè)裝備工業(yè)曾處于低谷狀態(tài)，生產(chǎn)銷售呈連續(xù)下滑態(tài)勢。從2009年開始，中國經(jīng)濟進入了新的增長期，國家對“三農”高度重視，惠農政策的落實使農機制造業(yè)開始爆發(fā)式快速發(fā)展。2010年農業(yè)裝備制造業(yè)總產(chǎn)值和產(chǎn)品銷售收入均超過1 000億元，比2009年翻一番，完成利潤總額41 143億元，比2009年增長84%。

農業(yè)裝備結構進一步優(yōu)化，高性能、大功率田間作業(yè)機械和配套機具增長勢頭強勁。其中，大中型拖拉機、聯(lián)合收獲機和水稻插秧機比“九五”期末增長 80%左右。在新產(chǎn)品開發(fā)方面，2010年農業(yè)裝備制造業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)值大幅增長，完成106 158億元，同比增長22%。

在規(guī)模方面，經(jīng)過50余年的發(fā)展，我國農機形成了10多個子行業(yè)、3 200多種農機產(chǎn)品的完整工業(yè)體系，包含拖拉機及配件、機械化農具及園藝機具、農副食品加工專用設備、飼料生產(chǎn)專用設備、畜牧機械、漁業(yè)機械和農牧漁業(yè)機械配件等行業(yè)。

據(jù)相關統(tǒng)計，農機制造業(yè)增速較快，2013年到2017年間，規(guī)模以上農機制造企業(yè)數(shù)量整體上呈逐漸增長趨勢，由2008年的191家增加至2017年的2 319家。農機工業(yè)總產(chǎn)值逐年増加，年均增長率達到8.78%，2015年上半年，規(guī)模以上企業(yè)資產(chǎn)總計1 855.55億元。

在農機主營業(yè)務收入方面，2016年達4 516.40億元，同比增加5.43%；制造業(yè)出口額110.87億美元，同比增加9.03%。

隨著國家一系列惠農政策的相繼出臺，特別是2004年《農業(yè)機械化促進法》頒布實施以來，我國的農機行業(yè)呈現(xiàn)出快速、健康的發(fā)展態(tài)勢。農機工業(yè)形成了以國資控股大型企業(yè)集團為主導、以民營企業(yè)為主體、以外資企業(yè)為補充的“三足鼎立”的格局，農機工業(yè)銷售額逐年提高。

但是，我國農業(yè)機械產(chǎn)品品種單一、水平低，是低附加值和低技術含量的發(fā)展，2017年，農機工業(yè)增加值增速7.7%，比2016年下降0.7%；全國規(guī)模以上農機企業(yè)主營業(yè)務總收入4 516.39億元，比2016年同期增長了5.8%；規(guī)模以上農機企業(yè)實現(xiàn)利潤總額255.24億元，比2016年增加了3.51億元，增幅為1.39%。

農機產(chǎn)品結構雖逐步改善，但中國農機工業(yè)以往那種“小型多，大型少；動力多，配套少；低檔次多，高檔次少”的產(chǎn)品結構并未得到根本改變。

2017年，農機工業(yè)收入和利潤增速均呈現(xiàn)乏力態(tài)勢，達到了10年來的谷底，價格競爭以及品牌混雜帶來的是農業(yè)機械的發(fā)展被嚴重制約。

2  先進制造技術在農機裝備制造中的應用現(xiàn)狀

2.1  成組技術

成組技術的應用核心就是成組工藝，是將結構、材料和工藝相近似的零件組成一個零件族，按零件族制定工藝進行加工，擴大批量、減少所需的生產(chǎn)步驟。有效地解決生產(chǎn)中由于品種多、產(chǎn)量小帶來的矛盾，縮短新產(chǎn)品設計周期和降低設計費用。按這種方法進行產(chǎn)品設計，約有75%的新產(chǎn)品零件圖可以重復利用老產(chǎn)品圖紙，僅有25%的零件需要重新設計。

2.2  敏捷制造

敏捷制造的技術核心是將熟練掌握生產(chǎn)技能、高素質的勞動者以及企業(yè)之間、企業(yè)內部靈活的管理有機地集成起來達到最優(yōu)化，用于應對目前快速變化的市場。

傳統(tǒng)的企業(yè)組織模式存在著不能及時應對市場變化的難題，導致許多農機行業(yè)不適應靈活多變的市場形勢，生產(chǎn)不了市場最需要的產(chǎn)品。調整機構，取消一部分中層管理機構，給技術人員更多的授權，使企業(yè)具有創(chuàng)新精神，提高企業(yè)的敏捷性。

企業(yè)經(jīng)濟的全球化使任何一家企業(yè)都無法壟斷中國市場，建立一個企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟，所有企業(yè)共同利用市場機遇，可以使企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)制造方面實現(xiàn)時間最短，成本、風險最低，收益最大。

2.3  并行工程

在傳統(tǒng)的工程設計順序中，首先通過市場調研進行需求分析，然后通過專業(yè)的工程團隊進行產(chǎn)品設計，再根據(jù)確認的設計圖進行生產(chǎn)制造，最后產(chǎn)品上市銷售。在這種設計方法中，信息單向傳遞，后續(xù)工作無法及時向前續(xù)工作進行反饋。

采用并行工程，則是將各個工程設計過程與其后續(xù)過程并行設計，兩個過程間的信息交流是雙向的。并行工程能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，加快產(chǎn)品更新速度，提高產(chǎn)品質量，使產(chǎn)品更具市場競爭力。

2.4  快速成型技術

快速成型技術是制造業(yè)的重要支柱技術之一，是將CAD技術、數(shù)控技術、材料技術和激光加工技術綜合利用，實現(xiàn)從最初零件的設計到三維實體原型制造一體化的系統(tǒng)技術，其核心就是采用軟件離散-材料堆積的原理來完成零件的成型過程。

對于國內農機制造業(yè)而言，目前主要是用于新產(chǎn)品開發(fā)的設計驗證和模擬樣品的試制上，部分過程包括產(chǎn)品的概念設計（或改型設計）、造型設計、結構設計、基本功能評估和模擬樣件試制。

2.5  虛擬制造技術

虛擬制造技術是以仿真技術為基礎，對產(chǎn)品的設計生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模，在計算機上對設計、加工、裝配、檢驗和使用整個生命周期過程進行仿真。虛擬制造技術可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大大降低生產(chǎn)成本。

2.6  智能制造

智能制造是由智能機器人和人類專家組成的人機一體化智能系統(tǒng)，其創(chuàng)新之處在于能自動分析、判斷、構思和決策。智能制造能代替人類專家完成一部分腦力勞動，把制造自動化的概念更新，并擴展到柔性化、智能化和集成化。目前應用智能制造技術的農機制造企業(yè)很少。

3  先進制造技術在農機裝備制造中存在的問題

3.1  先進制造技術覆蓋率低

目前，先進制造技術在我國農業(yè)領域覆蓋率很低，只有龍頭企業(yè)和極少數(shù)中小企業(yè)能夠引進先進技術和設備，而大部分中小企業(yè)還在使用落后的原始制造技術和設備。優(yōu)質、高效、低耗工藝的普及率不足10%，數(shù)控機床、精密設備不足5%，配有國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的中檔數(shù)控機床不超過25%，高檔數(shù)控機床90%以上依賴進口。

對一個國家來說中小制造企業(yè)是一個國家經(jīng)濟的重要組成部分，是勞動力就業(yè)的主要場所。

在美國，中小農機制造企業(yè)占美國總農機制造企業(yè)總數(shù)的82.3%，創(chuàng)造的產(chǎn)值超過美國農機制造業(yè)總產(chǎn)值的50％，吸納的就業(yè)人數(shù)達到制造業(yè)總人數(shù)的2/3；在日本，中小農機制造企業(yè)占制造企業(yè)總數(shù)的92.3%，從業(yè)人員占制造業(yè)總人數(shù)的80.6%，產(chǎn)值占制造業(yè)總產(chǎn)值的55.5%；在德國，絕大部分都是中小型企業(yè)。

3.2  引進的先進制造技術無法發(fā)揮全部功能

隨著我國經(jīng)濟實力的快速發(fā)展，大量的先進技術得以引進，但引進后的技術卻只使用了其50%不到的功能。如，因為PLC編程的問題以及相關技術問題，五軸聯(lián)動的數(shù)控機床只用了其中的三軸聯(lián)動；數(shù)控加工中心當作普通的三軸數(shù)控銑床使用[12]。使得收益總合遠小于投資總和，企業(yè)資金不足，發(fā)展困難。

3.3  CAD/CAM/CAE等成熟技術無法合理應用

企業(yè)技術人員不能熟練掌握CAD/CAM/CAE等技術，不能將這些技術合理地投入到實際生產(chǎn)中。目前，很多農機企業(yè)要對技術人員進行CAD/CAM/CAE等技術再培訓，不僅耽誤工廠的實際生產(chǎn)，也花費大量的培訓費用。

3.4  自動化程度低

先進制造技術與自動化設備是相輔相成的，沒有自動化設備，再先進的技術也無法發(fā)揮出優(yōu)勢。現(xiàn)今大多數(shù)企業(yè)無法裝備柔性制造系統(tǒng)等自動化設備，仍然依靠人工操作設備，既無法保證加工質量和精度，又耗時耗力。

4  問題存在的原因

4.1  產(chǎn)品技術落后

目前大部分農機制造企業(yè)無法根據(jù)市場需求制造相應的產(chǎn)品，只是一味地按照自己的套路生產(chǎn)產(chǎn)品。當需要轉換生產(chǎn)方向時，現(xiàn)有產(chǎn)品無法銷售，企業(yè)沒有充足的資金來轉換生產(chǎn)技術和裝備，造成產(chǎn)品落后，競爭力不強。目前機械產(chǎn)品價格昂貴、回收周期長，大部分土地規(guī)模小、分散等問題，影響對機械的投入。

國內實力較強的大企業(yè)和實力較弱的中小企業(yè)，都一味的追求產(chǎn)品低成本，導致產(chǎn)品外觀粗糙、質量差和精度低等問題。

先進制造技術是國際性、多元化技術，對相關人員的綜合要求較高，僅知道其功能、使用方法還不夠，還必須具有一定與時俱進的思維能力。如今的制造企業(yè)面臨著這樣的嚴重問題，大量從業(yè)人員知識陳舊、老化，已經(jīng)不符合經(jīng)濟國際化和制造現(xiàn)代化的要求。

4.2  先進制造技術壟斷性強

我國制造業(yè)起步晚，與發(fā)達國家差距較大。先進制造技術被國外掌握并壟斷，壟斷使得國內企業(yè)的引進成本大大增加，我國中小企業(yè)無能力引進，這也是先進制造技術無法普及的原因之一，此外，國內無法有相匹配的零件，導致引進的先進設備維修、保養(yǎng)費用較高。

4.3  政府投入強度不夠

中小企業(yè)只依靠自身引入和研究先進制造技術是遠遠不夠的，沒有國家強有力支持，永遠無法得到大規(guī)模的應用，然而國內對先進制造技術的投入和相關政策引導少，特別是對中小型企業(yè)。反觀世界制造強國卻形成了強烈對比，美國、德國、日本、英國和韓國5個工業(yè)發(fā)達國家對先進制造技術的投入，如表1所示。

表1 美國、德國、日本、英國和韓國對先進制造技術投入經(jīng)費

由表1可以看出，發(fā)達工業(yè)國家對先進制造技術的重視程度，而國內狀況是政府只提供小部分幫助，社會中大量的資金也不去投資制造業(yè)，導致大部分的資金都需要企業(yè)自己承擔，加大了企業(yè)運營難度。

5  推進對策

5.1  制定先進制造技術發(fā)展戰(zhàn)略

工業(yè)發(fā)達國家都通過指定一系列的規(guī)劃、管理、資助與協(xié)調，并投入大量的資金來推進先進制造技術的應用，在整個推廣過程中，還起到監(jiān)督、調控等作用。

5.2  大力扶持中小企業(yè)對先進制造技術的應用

目前我國農機制造業(yè)中大部分是中小企業(yè)，它們是支柱，能吸收大量的勞動力，所以對很多中小型企業(yè)的扶持是必須大力投入的。發(fā)達國家扶持中小企業(yè)先進制造技術的開發(fā)和應用情況如表2所示。

表2 發(fā)達國家扶持中小企業(yè)先進制造技術的開發(fā)和應用

國內可以參考發(fā)達國家的扶持戰(zhàn)略，先由企業(yè)內部管理及技術人員學習先進制造技術知識，并對其給予一定的幫助，然后資助一部分中小企業(yè)，將落后的生產(chǎn)技術更新為先進制造技術，然后逐步推進其余中小型企業(yè)。

5.3  大力培養(yǎng)先進制造技術方面的專業(yè)人才

沒有先進制造技術方面的人才，企業(yè)也無法將技術充分發(fā)揮，不僅不能幫助企業(yè)更好地調整生產(chǎn)，反而會耗費大量資金。因此應該在國內部分大學建立先進制造技術相關專業(yè)，以培養(yǎng)思維、知識等綜合能力都達到技術要求的學生，儲備培養(yǎng)將來的工程師或者科研人員。要同步在各大專科院校建立先進制造技術相關專業(yè)，以培養(yǎng)將來可供企業(yè)使用的操作及維修人員。

5.4  調整發(fā)展戰(zhàn)略，緊跟市場走向

針對目前市場的多元化要求，農機制造行業(yè)不能單一的、大批量制造一件產(chǎn)品，而應小批量、多品種的生產(chǎn)。企業(yè)必須派遣有關人員深入農村做好市場調查，明確市場定位，并快速的展開設計制造。

對于制定先進制造技術發(fā)展戰(zhàn)略和扶持中小制造企業(yè)對先進制造技術的開發(fā)和應用對策，主要是從政府部門來規(guī)劃，上述對策的制定者都是政府部門。

所以從制定戰(zhàn)略目標來說，可以采取先調研，后制定的方法，每個地區(qū)的相關部門先對本地區(qū)的每個農機制造廠的總體狀況做出分析，找出所存在的問題，再判斷市場走向，根據(jù)這兩個方面制定出適宜本地區(qū)的戰(zhàn)略發(fā)展路線。

大力扶持中小制造企業(yè)需要付出相應的經(jīng)濟支持，可以減免中小企業(yè)的賦稅，或者拿出一部分的資金對相應的領先中小型企業(yè)進行獎勵，鼓勵其發(fā)展。這部分資金是政府部門可以承受的，因此上述對策從政策和經(jīng)濟方面來說，都是可行的。

先進制造技術方面的人才對策來說，實行起來并不困難，只是需要時間發(fā)展，可以在全國高校相關工科專業(yè)中開設與先進制造技術相關的課程，然后再逐漸向直接設立先進制造技術專業(yè)這個方向發(fā)展，從經(jīng)濟方面來說也是學校完全可以承擔的，所以說也具有可行性。

6  結束語

目前，農機制造業(yè)存在先進制造技術覆蓋率低、引進的先進制造技術無法發(fā)揮全部功能、CAD/CAM/CAE等技術無法合理應用和自動化程度低等問題。如果不能很好解決這些問題，將嚴重制約我國農機制造業(yè)的發(fā)展。只要重視存在的問題，按照相應辦法提出可行措施，先進制造技術在農機裝備制造中的應用水平將會大幅增加。