《史记·孝文本纪》中写到，“农，天下之本，务莫大焉。”中国农耕文明源远流长，自古以来，重农固本始终是治国之要、安民之基。

  农业是社会稳定的基础，粮食是国家战略的基石。习曾做出重要指示，“必须牢牢把住粮食安全主动权，让中国人的饭碗牢牢端在自己手中。”2016年，国务院印发《全国农业现代化规划》中指出：“必须加快发展动力升级、发展方式转变、发展结构优化，推动农业现代化与新型工业化、信息化、城镇化同步发展。”

  目前，很多年轻人离开农村涌向城市，乡村出现“空心化”现象，农业装备创新设计关键技术、理论与方法研究薄弱，已成为制约我国农业转型升级的瓶颈，亟需借助生产方式和装备的创新设计让农业生产变得更高效。

  民以食为天，粮以地为本。我国可耕地面积1.282亿公顷，人均1.515亩，人均耕地严重不足，且丘陵山地农田面积比例偏大。怎么来实现农业装备产业自主创新，加快突破农机装备关键领域“卡脖子”难题，必须坚定基于创新设计理论的技术创新和工程创新的核心地位，构建基于我国农情创新体系。以下提出推广农业装备创新设计的几点建议：

  第一、通过农业装备创新设计，运用创新设计与使用的过程集成技术，促使农业装备趋于自动化和智能化的方向发展，并提高农业生产的整体效率，配合智能数据管理系统，智能化的农田数据采集、分析与应用，结合精准的植保方式，实现生产的全部过程的可量化、可追溯。

  第二、针对东部和部分中部地区，丘陵山区旱地面积比例大，耕作地形差异大等特点，建议运用创新设计定制化集成技术，创新设计个性化集成技术，借助最优化设计、生态仿生设计、虚拟仿真技术、人机工程技术，通过多样性和高度适应性产品模块化创新设计，形成全程智能化农业生产作业体系。

  第三、针对西部地区，地域广袤、降雨量少、土地沙漠化严重，土壤可持续生产能力较差等特点，建议运用绿色创新设计关键技术，包括全生命周期设计、生态和谐设计等技术，创建现代节水节肥的高效农业技术体系，在干旱沙漠地带打造出“农业绿洲”。

  第四、针对东部发达地区，有许多耕地由于过度耕种、过度施肥、过度植保，部分失去生产力的现状。建议在有条件地区，比如国家现代农业产业园建设“超级植物工厂”，运用创新设计理论研制开发中小型智能农业装备以及系统化生产线，对于提高生产能力、促进美丽乡村建设、提升农民收入水平均具备极其重大意义。

  尤为重要的是“超级植物工厂”建设，可以探索建成摩天大楼，建筑和种植培养面积将非常可观。“超级植物工厂”将吸纳大量农村劳动力，承担规模化经济作物生产，运用保温栽培技术和无土栽培技术，某些特定的程度上不用喷洒农药和过度使用化肥，保证作物的绿色属性。大规模构建植物工厂可以将大面积过度耕种土地退耕还林、还草，使土地实现长期的自我修复；同时还消化了建筑和钢铁行业的过剩产能，避免产业的资源浪费，可谓一举多得，真正的完成以国内经济大循环带动产业链内循环。

  我国农业生产方式应因地制宜，根据不同的地理、气候、土地和水资源等真实的情况，采取不同的生产方式的创新设计，应对各种复杂条件下的需求：

  第一，倡导现代农业主导的农业生产方式。在适度保持传统农业的基础上，大力推进农业机械化、精细化、智能化和信息化等现代农业生产方式，提高生产效率和农产品质量水平。

  第二，全地域积极推广生态农业。在尊重自然、保护生态的前提下，采用生物多样性保护、零污染、自循环利用等生产方式，生产有机农产品。生态农业有助于改善土壤质量，提高农产品质量和安全性，加大力度实现“三不、两零、一全”的绿色发展总体目标。

  第三，在农业资源有限的地区强化农业合作社建设。通过农业合作社将分散的小农户整合成大规模的生产组织，实现大型农业装备的共享机制，提高农业生产效率。

  第四，在自然资源丰富的地区发展休闲农业。将农业与旅游、休闲等产业融合，将农业生产作为一种休闲方式，提供农家乐、采摘、游园等服务项目。既能大大的提升农民收益，改善农民生活品质，同时更有助于保护传统乡村文化。

  第五，加强农业科学技术创新。推广优质农业育种技术、种植技术，增加农产品附加值，有利于提高农业适应气候平均状态随时间的变化的能力和农产品质量安全。

  2018年，济南大学机械工程学院智慧农业装备创新设计团队，在中国创新设计产业战略联盟指导下，在中国农业大学汪懋华院士的领导下，发起成立中国农业装备创新设计产业联盟，积极致力于创新设计理论在农业装备研发领域的推广；2021年成立济大长江节水装备技术探讨研究院，积极投身高效节水灌溉装备技术研究的推广工作。

  人工智能技术在未来农业生产领域的潜在价值越来越凸显。济南大学人工智能研究院积极地推进人工智能技术在各领域的融合推广工作。济南大学人工智能研究院智慧农机团队基于创新设计和人工智能理论，开展多功能模块化智能作物收获装备开发及其信息感知、决策智控、智能导航和模块化自组装等关键技术探讨研究；基于功能流模型理论，借助专利分析法和破坏性创新策略对农业装备功能参数来优化设计，构建装备生态参数与工程参数的转化法则，探索农业装备生态设计流程；依据情感化设计及感性工学原理，构建农业装备人机交互设计基本原则。

  产业化是检验科研成果价值的试金石，迄今为止，济南大学智慧农业装备创新设计团队开发助力农业现代化的产品有：高效渗灌节水装备研发技术、模块化背负式青贮装备研发技术与创新设计，植保机器人、大蒜收获机、手扶拖拉机、农用三轮车的创新设计等，均获得了良好的经济效益与社会效益。

  总而言之，开展农业装备创新设计探索，通过创新设计构建多样化、智慧化、共享化、集约化、模块化、生态化的农业生产方式，是推动我们国家农业高水平质量的发展、实现乡村振兴战略的有效手段，对于把握农业中长期科学合理地布局、确保粮食安全具备极其重大意义。

  吕冰，济南大学机械工程学院教授、济大长江节水装备技术研究院院长。兼任中国农业装备创新设计产业联盟常务副秘书长、中国机械工程学会工业设计分会常务理事、中国农业机械学会工业设计分会理事、中国发明协会发明方法研究会理事、中国好设计评委、《机械设计》杂志农机装备工业设计专栏特邀主编、山东省农业机械学会农业水利机械专委会副主任委员以及山东省农机装备科技服务团专家组成员。

  主要从事农业装备创新设计、医疗器械创新设计、儿童推车创新设计、创新设计及创新方法理论探索；其中农业装备创新研究侧重模块化多功能青贮收获装备、农用植保机械、高效节水灌溉装备等研发与设计。

  近年来主持水利部重大科学技术计划项目，包括山东省自然科学基金、山东省农机装备研发创新计划项目、山东省科技型中小企业创造新兴事物的能力提升工程建设项目等省部级科研项目等10多项，获得国家发明专利8项，实用新型专利12项。作为核心成员参加2021中国机械工程技术路线图机械设计章工业设计节的编纂工作。

  获第十一届中国技术市场协会金桥奖、入围光华龙腾奖中国设计业杰出青年百强、获中国好设计创意大奖、中国仿真技术最佳案例奖、装备中国创新设计大赛优秀奖、中国好设计年度贡献奖、山东省机械工业科学技术进步一等奖、获全国工业设计优秀毕业设计指导教师、全国三维数字化创新设计大赛优秀指导教师、2008-2021连续14年获山东省机电产品设计大赛优秀指导教师奖、获山东省机电产品设计大赛卓越指导教师荣誉称号。

  本文为澎湃号作者或机构在澎湃新闻上传并发布，仅代表该作者或机构观点，不代表澎湃新闻的观点或立场，澎湃新闻仅提供信息发布平台。申请澎湃号请用电脑访问。