以人為本的現代化農業設備設計探索

陳冰茹

(安徽工業大學 藝術與設計學院，安徽 馬鞍山 243032)

農業現代化是將現代科學技術、現代工業和現代管理方法運用到農業生產活動中的過程，它代替了傳統的農業生產方式，達到建立現代農業體系的目的。從廣義上來看，農業現代化體系由硬件體系和軟件體系兩部分組成，硬件體系包括現代化農業機械、高科技技術設備、互聯網技術等;軟件體系包括農業教育、農業土地管理、科技推廣等。設計學作為實踐型學科，基于“以人為本”的設計準則，立足于我國農民在農業生產過程中的基本需求和根本痛點，并結合農業現代化體系中的硬件和軟件資源，在優化農業設備設計制造過程中發揮重要作用。

一、我國農業發展的背景

我國地域遼闊，自然環境復雜多樣，雖然部分地區實現了農業現代化的建設目標，但現代化農業在空間分布上卻呈現出發展不平衡的態勢。從總體上看，我國的東部地區、經濟發達地區和城市地區的農業現代化水平明顯超過西部地區、經濟欠發達地區和農村地區。可以說，我國正處于傳統農業和現代農業并存的狀態。

(一)自然和社會條件

耕地地塊分布零散是我國廣大農村地區農業現代化進程首要制約因素，并直接決定了我國農業的生產方式。從自然條件方面來看，我國地勢西高東低、“三級階梯狀分布”的地貌成為了農業現代化發展的自然屏障。以農業機械化為例，我國山區面積約占全國土地總面積的2/3，地形崎嶇，交通閉塞，耕地資源分布零散，起伏的地形限制了山區丘陵地帶機械化農業設備的使用，導致多數設備無法因地制宜發揮應有的功能和作用。從歷史文化背景方面來看，小農經濟和土地所有制度至今仍然影響著我國的農業制度。耕地資源零散和小規模農作方式使得我國廣大農村地區仍采用個體勞動生產方式，機械化農業設備難以普及，農業生產效率低。

(二)農業勞動力分析

我國農業的自然條件、社會條件和技術設備不僅對農業現代化的進程有重要影響，而且與農民的生理和心理狀況緊密關聯。在中西部地區，由于農業設備的普及率低和農民的受教育程度低，農民在農業生產過程中暴露出明顯的生理和心理上的問題。一方面，農民的身體狀況令人擔憂。農村青壯年勞動力的流失導致老人、婦女和兒童不得不承擔田間勞作的任務，長期的重復勞作動作對身體運動功能造成一定程度的損傷。另一方面，在傳統農業環境中，農民的心理狀況呈現出守舊、從眾、直觀的特征。農民習慣并依賴于過去的生產經驗，很難接受沒有經歷或嘗試過的事情，對于落后的農業生產方式持保留態度，求穩怕亂，因此，農民接受農業現代化的意愿不高。

通過上述分析可以得知，我國農民處在一種多層次的農業環境中，并且行為和心理特征具有一種“矛盾的狀態”。這種局面對設計學介入農業現代化設備生產提出了更專業的要求。因此，現代化農業設備設計需充分結合自然和社會的實際情況，切實從農民的認知水平以及農民的生理、心理需求出發。

二、我國農業設備設計的現狀

改革開放以來，我國農業技術的現代化水平得到了顯著的提升，但由于自然條件、社會條件和勞動力狀況的限制，我國中西部農村地區的農業設備發展仍面臨眾多困境。

(一)地區發展不平衡

東北和西北地區借助自然和政策優勢，形成了國營性質的商品谷物農業。它采用大規模機械化生產的方式，廣泛使用播種機、收割機和飛機等現代化機械設備進行農業生產加工。反觀中西部農村，零碎的耕地不能夠被聯合成大土地進行規模化生產，傳統的、小型化的、手動或半自動化的農業設備仍然是農民的主要生產工具。在貴州丘陵山區，農民使用鋤頭等手工農業工具或在畜力的支持下使用犁杖等工具進行耕作。這兩種工具未經過現代化設計的改良，人機工程學設計不合理，耗時費力，生產效率極低。在經濟條件較好的中東部地區，半自動化小型農機具的使用在一定程度上解放了勞動力，提高了生產效率，但仍需農民手動操作，并且設備的重量偏重、操作困難、維護復雜，不利于婦女和老人進行操作、控制和維護。

(二)功能結構發展不平衡

我國農業設備發展另一個突出問題是設備的功能結構不平衡。我國農產品種類豐富，農業生產的步驟繁多，包括耕地、播種、澆水、除草、施肥、采摘、收割、運輸等一系列活動。由于廣大農村地區農業機械設備種類單一，小型農機具只適用于糧食作物的耕種、收割和運輸等前端、末端工作，糧食作物的日常管理和蔬菜、水果等經濟作物的生產過程仍缺乏機械化的操作設備，農民的體力勞動強度仍然非常大。而發達國家的農業設備設計已經實現專業化和一體化的功能目標，設備操作簡單、自動化程度高。例如，圖1所示的蘋果采摘機器，可實現全方位的自動化采摘。

圖1 蘋果采摘機器

三、日本家庭現代化農業的借鑒

工業革命后，發達國家率先完成了從傳統農業向現代農業的過渡。從世界范圍來看，以日本為代表的現代化農業模式最具特點，它基于本國的自然條件和社會經濟條件，制定符合國情的現代化農業發展策略，成為了現代化農業發展的佼佼者。

日本農業屬于精細化農業，由于人多地少，在農業現代化的進程中同樣面臨耕地零碎和小農經濟的發展瓶頸。日本立足于國情，未直接改變小規模家庭經營的模式，從實際出發，設計適用于小塊土地、操作靈活、適用性強的小型機械化設備，不僅適用于水田、梯田等復雜耕地類型，而且覆蓋了農業生產的全過程。它分階段實行小規模農業機械化，提高了農業生產效率，緩解了小農經濟與農業生產的矛盾，在農業硬件設備方面實現了現代化。

日本農業機械化設備得以普及，不僅需要科學技術的支撐，而且與日本政府立足于“以人為本”的農業現代化指導思想和方針策略有關。日本非常重視農民的科技教育，形成了教育、科研、推廣三位一體的農業教育體系，加強農民的現代化教育與培訓，提高了農民的素質和業務水平，使農民能夠熟練地使用農業機械化設備，全面實現了農業的機械化。

從日本農業現代化道路可以看出，我國要實現全面的、均衡的農業現代化任重道遠。我國的發展優勢在于已經基本具備智能化農業設備生產的能力，但缺少符合廣大農村地區農民生產生活現狀的產品設計策略指導。同時，我國農民受教育程度普遍偏低，短期內農民的科學文化素養難以整體提升，農民對先進的、智能化的農業機械設備的操作無從入手。因此，我國的農業設備設計應立足于“以人為本”的指導思想，切實從我國農民的生存現狀出發，設計滿足農民農業生產需求的現代化農業設備，并且改良設備的交互界面和操作方式，優化農民的用戶體驗。

四、我國現代化農業設備設計準則

基于我國農業現代化進程中硬件和軟件方面的現實狀況，如何通過農業設備設計方案科學、系統地解決農業發展面臨的困難是全面實現農業現代化的關鍵。 “以人為本”的設計原則將在農業設備設計開發的過程中發揮重要作用，它既能從自然、社會層面關注到農民的切身利益，又能滿足農民的生理、心理需求，為建設農業現代化社會提供堅實的理論和實踐支撐。

(一)作業精準化

通過案例分析可以看出，日本設計的小型機械化設備發揮了農業生產精準化的作用，符合以家庭為單位、以零散耕地耕作為主的農業生產要求。可以借鑒日本的產品設計定位，從農民的現實狀況出發，考慮農民的耕地使用狀況以及他們的歷史觀、價值觀，在保留小規模家庭經營模式的基礎上，通過開發小型的精準化設備發展小規模現代農業，解決農村地區農業現代化率低的問題。小型精準化設備不僅可以在山地崎嶇、耕地零碎的廣大中西部地區靈活使用，也能充分發揮現代科技的作用，有效解決勞動力短缺和農業生產效率低的問題，緩解農民的生理和心理困境。例如，深圳市大疆創新公司研發生產的植保無人機(見圖2)可利用GPS、高精度定位數據等技術進行農藥噴灑、播種、農田信息監測以及地形勘測等工作，具有空間靈活、操作精確、成本低等特點，可以在復雜多樣的農業環境中使用；荷蘭Phenospex公司開發的多光譜植物三維掃描儀PlantEye(見圖3)可以對植物進行3D激光掃描，精準地從光譜指數數據中觀察和分析植物的生長狀況，實現對植物數據的智能監測，具有自動化、高精度和便攜的特點。

圖2 大疆植保無人機

圖3 PlantEye植物三維掃描儀

(二)操作簡單化

由于我國農民整體的科技文化素養較低，現代化設備繁瑣的操作系統嚴重制約了科技產品在農村地區的推廣，并降低農民使用科技產品的操作體驗，導致農民對現代化設備產生敬而遠之的保守心理。例如，大疆植保無人機雖然已在農業生產中投入使用，但它的界面交互系統較為復雜，無人機的操控只能依賴專業的技術人員，普通農民很難獨立地使用無人機完成農業生產任務。考慮到短期內難認提升農民整體綜合素質的現狀，現代化農業設備的設計應關注低教育程度的用戶使用高科技產品的需求，通過簡化產品的交互流程和層級，優化產品的用戶體驗，即為農民設計簡單易懂的產品操作系統界面。如圖4所示的老年人手機交互界面是操作系統簡單化的典型案例。該手機界面因考慮到老年人群不能便捷使用操作系統和有效處理復雜信息，所以采用簡潔的界面布局、易懂的圖標內容、突出的按鍵色彩和直接的界面層級幫助老年用戶一鍵完成目標任務。因此，現代化農業設備的交互界面設計也應考慮到我國農民文化素養并遵徇操作簡單化的設計法則，引導農民能夠一鍵完成相應功能的操作，一鍵選擇并執行播種、澆水、除草、施肥、插秧或采摘等工作任務。同時，當農民遇到技術困難時，也可以一鍵求助農業技術人員或者工程師，將復雜的信息處理、技術檢測等方面的工作交由后臺專業技術人員和科研人員應對。

圖4 老年人手機交互界面

(三)功能多樣化

現代科學技術的發展推動了農業設備的功能創新，多功能的農業設備解決了由勞動力嚴重短缺引發的生產效率低的問題。農村青壯年勞動力的流失使留守的女性、老人已無力同時應對多項農業生產任務。為了緩解這一境地，現代化農業設備設計不僅需要為農業生產提供強勁的動力，也要從單一功能轉變為多功能以應對多種農業活動。中國極飛科技設計的農業無人車是具有多樣化功能的設備，用戶使用手機即可實現智能化控制，完成噴灑、除草、果樹植保、智能巡田、農資運輸等工作。筆者設計的概念智能農業設備(見圖5)是一臺農業無人機設備，通過模塊化部件搭配、組合使用的方式實現設備的功能多樣化。此設備的主艙體可根據用戶需求安裝相應的功能部件，包括播種、澆水、除草、施肥、插秧以及采摘，實現多種功能的一體化運作，使無人機可以執行一項或同時執行多項任務，將單一的農業作業轉變為流水線式的流程作業，有效提高了農業生產效率，減輕農民的生理和精神壓力。

圖5 概念智能農業設備

五、結語

“以人為本”的現代化農業設備設計準則立足于我國農民的痛點，通過對農民的外部生存環境(自然條件、社會條件)和內部生存環境(生理因素、心理因素)的綜合考量，從農民的實際情況出發進行產品設計開發，用現代化的硬件設備滿足農民對農業設備的功能需求，同時通過優化人機交互界面和信息反饋渠道等軟件系統解決農民因受教育程度低造成的操作困擾，在現代化農業設備設計研究過程中具有理論和實踐意義。