以创新设计 助力农业装备发展——农业装备创新设计的默默耕耘者吕冰

务农重本，国之大纲。

农业是人类生存之基。乡村是具有自然、社会、经济特征的地域综合体；中国作为农业大国，视农业现代化为国之战略。

乡村振兴包含产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕5个要求；其中产业兴旺是重中之重。产业兴旺，又罗列了农业机械化、粮食生产水平、农业劳动生产率、农产品质量安全、农业用水效率等三级指标。由此可见，农业装备创新设计是通向产业兴旺的桥梁，是通向农业现代化的必由之路。无数中国创新设计的探索者，开拓创新，砥砺前行。济南大学机械工程学院吕冰教授，就是这样一位农业装备创新设计的默默耕耘者。

初心如磐

在喧嚣的世界里，专注是可贵的精神。吕冰教授跨越一个又一个专业壁垒，致力于创新设计理论在农业装备研发领域的推广工作，始终在农业装备创新设计第一线默默耕耘、初心如磐。

创新设计是一种具有创意的集成创新与创造活动，它面向知识网络时代，以产业为主要服务对象，以绿色低碳、网络智能、共创分享为时代特征，集科学技术、文化艺术、服务模式创新于一体，并涵盖工程设计、工业设计、服务设计等各类设计领域，是科技成果转化为现实生产力的关键环节，正有力支撑和引领新一轮产业革命。

不改初心，不变初衷，以梦为马，不负韶华。

由吕冰教授牵头的智慧农机创新设计团队，隶属于钟义信院士、陈月辉副校长领衔的济南大学人工智能研究院，基于创新设计和人工智能理论，结合第三代北斗导航技术，开展集多功能于一体的模块化智能作物收获装备开发及其信息感知、决策智控、智能导航和模块化组装等关键技术研究，研发适合农业复杂环境下基于北斗的多系统高精度定位、数据传输、机器视觉与多传感器组合的导航定位系统，提高了田间工作效率。

作为农业装备创新设计领域的探索者，创造性地提出因地制宜的农业生产方式。我国有7亿亩农田，丘陵山地约占耕地总面积的三分之一，受到地理条件、耕作方式、种植规模、道路交通条件等诸多因素的制约，适合丘陵山区的中小型模块化多功能背负式农业装备应运而生。

吕冰教授主持了山东省农业装备创新计划专项《模块化背负式作物收获青贮装备研究开发》，针对山东省秸秆饲料化农用机械的技术研发，研发的新型青贮装备集切割、粉碎、打捆、包膜多模块于一体，同时添加智能检测和控制功能，且具有明显的价格优势，为现代农业生产水平提升提供有效装备支撑。项目的实施有助于秸秆粉碎生成饲料，通过动物的消化实现秸秆过腹还田，促进农业生产良性循环，优化农业生态环境，具有较高的经济效益和社会效益。获得2023中国仿真技术应用优秀案例奖（全国20项）。

心存希冀，目有繁星；追光而遇，沐光而行。

展望未来，亟需转变农业发展方式，通过智慧农业工程科技来大幅提升水肥药等农业资源的利用率，地埋式渗灌技术应运而生。

济南大学与山东长江节水灌溉科技有限公司联合成立“济大长江节水装备技术研究院”，在院长吕冰教授的带领下，针对渗灌灌溉技术与装备，进行探索研究和创新设计。重点对外镶内嵌式水、肥、药、气一体化渗灌管进行关键技术的研发、攻关，将渗水管埋设在作物根区部位，直接向根区供水、供肥、供药、供气，具有良好的节水效果和灌溉效率。内嵌滴头滴水流量可以自动控制，保证了出水压力的均衡。采用聚乙烯和　EVA、塑料弹性体材料，用注塑法生产补偿片或补偿套，创造性的采用直流道渗灌流道，试验验证稳定性和补偿性较为优越，在地埋式渗灌管在成本低廉的前提下，材料耐久性与补偿性能已接近发达国家水平，通过下一步材料与流道结构的优化创新，在可铺设距离、抗堵塞水平以及均匀度等方面有望达到世界领先水平。

实践是最好的说明书。地埋式渗灌管部分产品已在全国推广近3万亩。在甘肃省果树地埋渗灌和地表滴管相比，滴管浇地一次用水8立方，地埋式渗灌浇地一次用水3立方，每亩节肥30千克；在河北省武强县玉米小麦用水初步测试每亩地是原来用水的三分之二，农业种植用地埋式渗灌节能环保，不污染空气、不污染水源、不污染土壤，产品已在袁隆平院士水稻种植中做试用，产品出口到俄罗斯、毛里塔尼亚、智利等国家。渗灌用于温室蔬菜大棚，减少蔬菜病虫害，打药少，减少果实药残，提高蔬菜质量；2021年，位于河北武强县的长江节水灌溉设备应用基地的小麦开镰收割，亩产1300斤，用水节约30％，用肥节约50％。一份份精准的数据，说明地埋式渗灌不仅可以节水节肥还可提高水源的利用率，随着它的进一步推广与应用，我国的水资源紧张问题也将得到有效缓解。

扬帆起航

人没有梦想，心就失去了栖息地。这个世界，总有一些事情值得去拼搏，去坚守。对吕冰教授而言，（中国）农业装备创新设计产业联盟是要坚守的“净土”。

农机联盟围绕中国农业装备创新设计产业发展，由“产、学、研、媒、用、金”在农业装备行业发挥特色作用的企事业单位及社会团体等自愿组成的平等互利、开放性交流协作平台。联盟整合了各农业装备企事业单位的资源，实现了农业装备领域产学研协作平台的国家级优势资源共享。以农业装备创新设计开发为出发点，以农业装备制造业及相关创新设计企事业单位的设计需求为导向、以提升农业装备创新设计能力为目标，强化农业装备行业的核心竞争力，促进农业装备民族品牌产业的振兴和区域经济的快速发展，根据我国实际农产品的地域差别，借鉴国际全新的创新理念和创新原则，实现我国农业装备的升级换代，构建从育种育苗、播种栽植、土壤整理、田间管理、收获贮藏、剩余物综合利用、加工，包括畜禽动物水产养殖、面源污染治理、设施农业等领域一条龙的全程生产机械化与智能化创新设计服务体系。

如何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，吕冰教授认为，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，构建基于我国农情的创新体系。通过农业装备创新设计，运用创新设计与使用过程集成技术，促使农业装备向自动化和智能化的方向发展，提高农业生产的效率，配合智能数据管理系统，智能化农田数据采集、分析与应用，结合精准植保方式，实现生产过程的可量化、可追溯。

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。

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”。

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有重要意义。尤其是“超级植物工厂”建设，可以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，保证作物的绿色属性，还可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，真正实现以国内经济大循环带动产业链内循环。

无论何时，农业都是社会稳定的基石。在有限的条件下，拼搏出无限的可能，这就是吕冰的初心，亦是他的星辰大海。随着乡村振兴战略的全面推进，他又为开启农业装备创新设计新征程，扬帆起航.......（文／张丽丽）

人物介绍

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联席秘书长，中国仿真技术产业联盟副秘书长，中国机械工业教育协会工业设计专业教学委员会副主任委员，中国机械工程学会工业设计分会常务委员，中国农业机械学会工业设计分会委员，中国发明协会发明方法研究会理事，中国好设计专家委员会委员，国际数字创意研究院专家委员会委员，《机械设计》杂志农机装备工业设计专栏特邀主编，山东省农机装备科技服务团专家组成员，山东农业机械学会农业水利机械专委会副主任委员，新疆喀什地区齐鲁工业设计研究院专家委员会委员，济南大学人工智能研究院智慧农机团队负责人。担任第三届中国仿真技术大会创新设计专题论坛主席，2021中国创新设计大会新工科新文科融合助力设计教育变革专题论坛主席。

主要从事农业装备创新设计、医疗器械创新设计、创新设计及创新方法理论探索；研究侧重模块化多功能青贮装备、农用植保机器人、渗灌节水装备、儿童推车等研发设计。

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2017中国好设计创意大奖，2023中国仿真技术优秀案例奖，中国仿真技术大会优秀报告奖，装备中国创新设计大赛优秀奖，中国好设计年度贡献奖，山东省机械工业科技进步一等奖。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，连续16届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。