1 引 言
中国是世界农机制造和使用大国。2017年，中国农机工业规模以上企业达2429家，主营业务收入4291亿元，农机总动力达9.88亿千瓦，全国农作物耕种收综合机械化率超过66%［5］。但中国农机行业整体大而不强［6］，农机总量高，但智能化水平低；农机作业量大，但智能作业量少。中国政府高度关注智能农机装备产业发展，出台了一系列政策促进产业升级。2016年，国务院明确提出提高技术装备和信息化水平的任务规划，重点提出推进信息化与农业深度融合，加快实施“互联网+”现代农业行动，加强物联网、智能装备的推广应用［7］。同年，国家重点研发计划“智能农机装备”专项启动，立足“智能、高效、环保”，按照“关键核心技术自主化，主导装备产品智能化，薄弱环节机械化”的发展思路，以38个项目为依托开展智能农机技术及装备研发，支撑农业全程全面机械化发展［8］。在政策和科研项目的支持下，中国农机装备正在逐步融合微电子、仪器与控制、信息处理等技术，从而向智能化方向发展。
产业发展，标准先行。将智能农机装备技术转化为生产力离不开相关标准的支撑。标准体系是一定领域内的标准按其内在联系形成的科学有机整体，可促进专业领域标准的组成趋于科学合理［9］。标准体系是保障智能农机装备产业安全、高效、环保的基础，只有在科学的标准体系下规范地生产和管理，智能农机装备产业才能形成完整、健康的产业链［10］。为满足当前智能农机装备产业快速发展，以及“中国制造”走向世界的迫切需要，2014年，“全国农业机械标准化技术委员会农业电子分技术委员会（TC201SC6）”成立，承担农业电子领域国家标准制修订工作。2015年，“自走式农机导航系统标准综合体”和“农机远程调度监管物联网标准综合体”两个智能农机装备领域标准综合体计划获批，标志着中国智能农机装备标准子体系建设迈出了第一步。但目前，中国智能农机装备标准化发展仍相对滞后，没有标准体系框架，在相关标准制修订、实施与服务的过程中缺乏系统性指导。
本研究基于中国智能农机装备技术和产业标准化现状，以及存在的问题进行分析，并构建智能农机装备标准体系框架，提出中国智能农机装备标准编制与研究建议，为中国智能农机装备标准的制修订、实施与服务提供系统性指导，引领中国智能农机装备产业快速发展。
2 智能农机装备标准化现状及存在问题
2.1 标准化现状
为对中国智能农机装备标准化进行摸底，依托农业机械标准化技术委员会农业电子分技术委员会标准制修订工作，总结了中国智能农机装备领域已发布实施和在研的国家标准（表1）。目前，已发布实施的智能农机装备国家标准18项，在研国家标准计划项目18项。发布的智能农机装备领域行业标准有28项，地方标准、团体标准、企业标准30余项。
表1 智能农机装备国家标准及计划项目
Table 1
| 标准号或计划号 | 标准名称 | 数量 |
|---|---|---|
| GB/T 37164-2018 | 自走式农业机械导航系统作业性能要求及评价方法 | 1 |
| GB/T 35381-2017 | 农林拖拉机和机械 串行控制和通信数据网络 第1-9部分、第11部分、第13部分 | 11 |
| GB/T 35383-2017 | 播种监测系统 | 1 |
| GB/T 35487-2017 | 变量施肥播种机控制系统 | 1 |
| GB/T 35838-2018 | 平移式喷灌机变量控制系统 | 1 |
| GB/T 35488-2017 | 联合收割机监测控制系统 | 1 |
| GB/T 20563-2006 | 动物射频识别 代码结构 | 1 |
| GB/T 22334-2008 | 动物射频识别 技术准则 | 1 |
| 20180173-T-604 | 农业拖拉机和机械 拖拉机和自走式机械的自动引导系统 安全要求 | 1 |
| 20180176~20180178-T-604 | 农林拖拉机和机械 串行控制和通信数据网络 第10部分、第12部分、第14部分 | 3 |
| 20161621~20161624-T-604 | 农林拖拉机和机械 控制系统与安全相关部件 第1-4部分 | 4 |
| 20130062-T-469 | 农业物联网应用服务标准 | 1 |
| 20130063-T-469 | 设施农业物联网传感设备基础规范 | 1 |
| 20130065-T-469 | 设施农业物联网感知数据传输技术标准 | 1 |
| 20130066-T-469 | 设施农业物联网感知数据描述标准 | 1 |
| 20130064-T-469 | 设施农业物联网调节、控制设备规范 | 1 |
| 20074287-T-604 | 农业固定设备 畜牧饲养的数据网络 | 1 |
| 20194021-T-604、20194018-T-604、20194019-T-604 | 动物射频识别 第1-3部分 | 3 |
| 20194020-T-604 | 动物射频识别 高级射频标签 第1部分空中接口 | 1 |
2.2 存在问题
（1）缺乏科学的标准体系指导。中国智能农机装备领域未形成科学的标准化体系，立项的标准综合体也仅是引言所述“自走式农机导航系统标准综合体”和“农机远程调度监管物联网标准综合体”2项智能农机装备共性通用技术。目前智能农机装备标准化工作中尚无战略规划和科学的标准体系框架指导，导致智能农机装备领域相关标准定位不清、标准间交叉重复、配套性差。因此急需建立一个科学、完整、统一、协调的智能农机装备标准体系，指导中国智能农机标准化工作。
（2）智能农机装备标准数量不足。国内目前归口全国农业机械标准化技术委员会发布的农业机械国家标准有324项、行业标准有288项。相比之下智能农机装备标准仅为其中的11%和10%，数量上远不能满足农机全产业链智能化转型的需求。发布实施的智能农机装备地方标准、团体标准、企业标准质量参差不齐。标准数量不足、质量缺乏保障导致智能农机装备生产没有统一规范、新产品研发无标可依、上下游产业无法配套衔接，急需制订大量、优质的智能农机装备标准。
（3）智能农机装备标准没有“走出去”。近年来，中国在对国际智能农机标准的转化方面做了大量的工作，目前发布和在研的智能农机装备国际标准中，86%为等同采用或修改采用ISO国际标准，且对口国际标准采用计划项目正在规划逐年立项。但尚未有中国制定的智能农机装备标准推荐为国际标准，中国国产标准国际化水平尚需加强。
3 标准体系框架构建目标、原则及维度分析
3.1 构建目标
构建中国智能农机装备标准体系框架的目标在于形成智能农机装备标准化顶层设计及总体规划：①依托标准体系框架，编制联系紧密、相互协调、层次分明、构成合理、相互支持、满足应用需求的智能农机装备标准体系表；②明确现有标准的缺口，有目标、有计划、有步骤地指导推进智能农机装备系列标准制修订，解决标准数量不足的问题；③为新产品研发提供依据，引导中国智能农机装备生产制造与应用服务产业链配套，进而提高中国智能农机装备行业整体水平，为标准“走出去”提供基础［5］。
3.2 构建原则
按照目标明确、全面成套、结构合理、动态开放、政策一致、国际接轨等原则构建智能农机装备标准体系框架。
（1）目标明确。标准体系框架的构建以智能农机装备产业转型升级、民生保障和改善、国际竞争力提升等国家重大需求为导向，立足具有前沿性、共性和重大的智能农业装备技术和产业领域标准化分析，明确标准化重点任务，作为中国国家、行业、地方、团体、企业标准制修订的统一规划和蓝图。
（2）全面成套。智能农机装备标准体系要能够涵盖智能农机装备所需的各项技术标准、规范，无论其直接或间接作用于目标的实现，均应纳入智能农机装备体系。智能农机装备标准化体系不是各个单项标准简单地集合，而是各个标准按照同一目的，根据一定规则形成的集合体。标准体系应力求完整、没有缺漏、尽量全面。
（3）结构合理。标准体系中各子体系、标准层次、数量比例、流程顺序和各类别之间具有一定的逻辑关系和内在联系。将智能农机装备相关标准按其内在联系分门别类地纳入相应子体系中，表现为各要素空间和时间排列组合的次序，形成标准体系的结构形式。
（4）动态开放。智能农机装备技术和产业是一个持续发展过程，随着产业推进和市场发展，相关标准体系需预留扩展、更新、细化、完善的空间，满足新技术诞生后快速定位于标准体系的需求，减少体系优化更新产生的混乱，保持智能农机装备标准体系畅通。
（5）政策一致。智能农机装备标准体系的建立要紧贴国家产业政策，与国家和行业现行的法律、法规及部门规章协调一致。《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》《中国制造2025》和《国家智能制造标准体系建设指南2015》，确定了智能农机装备标准体系涉及到重点领域、基本原则、服务对象和制定主体。《中华人民共和国农业机械化促进法》《中华人民共和国农民专业合作社法》和《非道路移动机械污染防治技术政策》等规定了相关行业及领域的技术、产业政策。《中华人民共和国标准化法》和《标准体系表编制原则和要求》等要求了标准体系的建立规范。
（6）国际接轨。为了降低国际贸易成本，促进中国智能农机装备产业“走出去”，标准体系框架的编制一方面要充分考虑对应ISO等国际标准化组织制定国际标准的等同、修改采用；另一方面要研制一批以中国为主导、具有自主核心技术的高水平标准，努力将中国制定的标准提升到国际水平，提升国际竞争力。
3.3 维度分析
维度是标准体系框架的必需组成部分。识别可用维度、选择合理维度是构建标准体系的必要步骤。智能农机装备涉及领域多、产业链长，其标准体系可用维度复杂。在标准方面存在级别、约束力、通用性、性质、对象、类别等维度；在专业领域方面存在参考模型、行业分类、产业环节等维度。级别分为国家标准、行业标准、地方标准、团体标准和企业标准［11］。约束力分为强制标准和推荐标准［11］。通用性分为通用标准和专用标准。标准性质分为基础标准、产品标准、方法标准和管理标准。标准对象分为管理标准、技术标准、作业标准和服务标准。标准类别分为安全、卫生、环保、基础、方法、管理、产品和其他。参考模型分为物理层、支撑层、管理层和应用层。行业分类为农副食品加工业、通用设备制造业、仪器仪表制造业［12］。产业环节分为作业动力、播施移栽、植保、收获、种子繁育精选、农产品保质运贮、设施农业、畜禽养殖和农产品加工［13,14］。
4 智能农机装备标准体系框架构建方法
多维框架结构可较全面地反映标准体系中的子体系或标准的属性，为后续体系中标准制修订提供多维度的指导。但多维框架结构中子体系或标准在体系全局中的位置不直观，体系的低维分解复杂，查阅不便。因此本研究构建了智能农机装备标准三维框架结构，并进行了二维体系分解。
4.1 三维框架结构
上文所述的9个维度中，级别直接决定标准的有效范围与归口单位；产业环节是针对智能农机装备技术领域进行的细分，有助于形成专业的团队构建标准体系表及开展标准制修订工作；通用性、性质、对象、类别几个维度在具体层次划分上存在交叉，其中类别维度为国家标准化业务管理平台中明确的维度，可更精准地指导标准计划立项。因此最终选用级别、类别、产业环节3个方面构建三维标准体系框架，如图1所示。
图1
图1
智能农机装备标准体系三维框架结构
Fig. 1
Three-dimensional framework of intelligent agricultural machinery standard system
4.2 三维框架结构的二维分解
将标准体系三维框架分解，构建如图2所示标准体系二维分解结构，分为基础层、共性通用层、应用领域层3层［18］。每层中包含若干单元，所含单元可以是具体标准，也可是涵盖系列标准的子体系。第一层基础包括标准体系基础层常见的安全、可靠性和术语［19］；同时针对非道路移动机械污染防治新要求，把环保引入基础层。第二层包含智能农机装备专业领域的一些共性通用技术，如信息感知、导航与定位、控制通讯、大数据分析、农业管控平台等，这些技术相关标准已发布实施、项目立项，或有立项计划［20-23］。同时，依据动态开放原则，共性通用层设置待扩展部分，随智能农机装备领域管理体制、方针政策、经济发展、科技水平、社会化、组织化程度等因素动态调整和更新。第三层应用领域包括作业动力、播施移栽、植保、收获、种子繁育精选、农产品保质运贮、畜禽养殖和农产品加工。图2构建的标准体系框架需要定期修订、更新、乃至废止。在实际标准制修订工作中，以体系框架要能否指导标准体系表的构建、是否具有动态包容前沿标准的能力来检验标准框架有效性。
图2
表1可见目前智能农机装备国标涉及共性通用标准21项，应用领域标准15，主要集中在共性通用层的定位与导航、控制通讯、管控平台，以及应用领域的播施移栽、植保、收获、设施农业、畜禽养殖等方面。目前中国发布的智能农机装备领域行业标准主要分布在农业（NY）、商业（SB）、水产（SC）行业，涉及共性通用层的农业管理平台、应用领域的畜禽养殖、农产品加工等方面。智能农机装备领域地方标准、团体标准、企业标准主要集中在应用领域层，多为各应用领域的相关产品标准。
5 结论与标准研制建议
5.1 结论
基于中国智能农机装备技术及产业标准化存在的智能农机装备行业无科学的标准体系、标准数量缺口大、低级别标准质量参差不齐、国产标准尚未“走出去”的问题，本研究识别了智能农业装备标准体系维度，包括级别、约束力、通用性、性质、对象、类别、参考模型、行业分类和产业环节。基于级别、类别、产业环节3个方面，最终构建了针对中国的智能农机装备标准体系三维框架结构，并将其进行二维分解为基础层、共性通用层和应用层等3层。
5.2 标准化工作研制建议
基于中国智能农机装备标准化现状，以标准体系框架为基础编制标准体系表。分批把体系表中标准列入标委会工作计划，以标委会为依托，组织成立标准起草工作组，开展标准制修订工作。强化农业智能装备标准的实施与服务力度，引领中国智能农机装备产业快速发展。具体建议如下。
（1）急用先行、成熟先上。量化子体系或具体标准制修订工作的优先级，对农业智能装备领域急用的术语和定义、安全要求等基础标准重点投入，先立先研；对国内外较为成熟的通信控制、农机导航、无线传感等智能农机装备共性通用技术标准，以战略性新兴产业标准综合体、系列标准等形式，优先集中发布实施。
（2）面向需求、注重实效。从国家智能农机装备产业需求和市场前景出发，面向农机物联网、无人机植保、智慧养殖设施等产业化应用快速扩张的领域，制修订产品、技术、检测等标准，同时加强对作业行为的规范，提升服务质量。
（4）加强采标，推广国际。标准制定相关人员应积极参与国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）等国际标准化活动。在紧密跟踪智能农机装备领域国际标准化动态、提高国际标准转化率的同时，借助“一带一路”倡议、“六廊六路多国多港”等国际战略，积极推进国产智能农机装备标准“走出去”。
（5）依托组织，广聚人才。智能农机装备标准化工作业务领域多、类型复杂，所需人才需熟悉专业领域技术及标准化工作。依托全国农业机械标准化技术委员会农业电子分技术委员会，注重专业技术与标准化技能复合型人才的引进与培养，壮大国内智能农机装备标准化工作人才队伍。
参考文献
互联网+"现代农业国内外应用现状与发展趋势
[J].
Application status and trend of internet plus modern agriculture in China and abroad
[J].
IoT and agriculture data analysis for smart farm
[J].
智慧农业发展现状及战略目标研究
[J].
State-of-the-art and recommended developmental strategic objectives of smart agriculture
[J].
2019 Precision agricultural dealership survey
[R].
提高农业机械化水平促进农业可持续发展
[J].
Improving agricultural mechanization level to promote agricultural sustainable development
[J].
把核心技术掌握在自己手中专访“智能农机装备”指南编写组组长方宪法
[J].
Take the core technology in your own hands. Interview with Fang Xianfa, the leader of the "Intelligent Agricultural Machinery and Equipment" guide writing group
[J].
Development of the standardization system in an organization
[J].
探析标准多维度分类方法
[J].
Research on multi-dimension classification method of standards
[J].
中国农业工程建设标准体系概述
[J].
Standard system for agricultural engineering construction in China: An overview
[J].
中国农业工程建设标准体系构架研究
[J].
Infrastructure of standard system for agricultural engineering construction in China
[J].
我国农机化标准体系框架研究
[D].
Study on the frame of China agricultural mechanization standard system
[D].
中国农业循环经济标准体系构建与对策
[J].
Construction and countermeasures of standard system for agricultural circular economy in China
[J].
传统村落保护专项标准体系构建研究
[D].
Establishment of the traditional villages' protection special standard system
[D].
现代农业智能装备标准引领农机智能制造工业转型
[C]//
Modern agricultural intelligent equipment standards lead the transformation of agricultural machinery intelligent manufacturing industry
[C]//
信息技术提升农业机械化水平
[J].
Enhancing agricultural mechanization level through information technology
[J].
Advances in agricultural machinery management: A review
[J].
Multilevel data fusion for the Internet of Things in smart agriculture
[J].
农业物联网研究与应用现状及发展对策研究
[J].
State-of-the-art and developing strategies of agricultural internet of things
[J].
