摘要：我国丘陵地区农业机械化发展缓慢，众多因素限制了机械化的有效推广，尤其是在小块分散的丘陵地形中。针对这一现状，发展小型农业机械是解决丘陵地区农业机械化问题的可行策略。日本的小型模块化农机设计为我国提供了借鉴。通过结合人机工程学，改进农机驾驶视野、座椅舒适性以及操作便捷性，提高农机的作业效率，保障农民的安全和健康，推进我国农业现代化进程。

关键词：工业设计、小型农机、丘陵地区、人机工程学

1. 研究背景

1.2 丘陵地区农业机械化现状及形成原因

在我国，丘陵和山区等地的耕地分布较为分散，农业机械化应用受限。全国18个省的1429个丘陵地区，占据了34.62%的耕地和34.20%的播种面积，其中水稻和蔬菜的播种面积分别占全国的39.60%和37.29%。在我国农业机械的实际使用过程中，虽然通过实施乡村振兴战略，提升了农业生产的现代化水平，但在我国农村实行包产到户的政策，耕作面积比较小，较难实现大面积机械化耕作。[1]2021年，全国农作物耕种收综合机械化率为72.03%，丘陵地区不到50%，西南丘陵地区甚至低于30%，与全国平均水平相差较大。

丘陵地区农业机械化进展缓慢的主要原因包括：一是复杂地形和不良道路条件，地块狭小、分散，坡度大，基础设施不足，限制了机械化推广，增加了机械操作难度和安全隐患；二是农机与农艺的融合度不足，种植制度未能适应机械化需求；三是机械化技术模式多样，导致装备适配性差；四是信息化管理水平低，智能装备供给不足，这些因素都制约了农业机械化的推进。

1.3 丘陵地区农机机械化挑战与机遇

在丘陵地形区域，复杂地形和经济条件限制了重型农业机械的应用，因此开发适合小型、轻便农业机械成为当务之急。目前，除了微耕机外，尚未有专门针对丘陵地区的农业设备，这制约了机械装备的创新与进步，造成设备短缺。农村基础设施建设严重滞后，道路硬化基础设施、灌溉基础设施、农机维修服务等建设相对滞后，缺乏配套的机耕渠道，极大地限制了农机的作业范围、面积和效率。[2]

解决丘陵地区农业机械化问题的可行策略是发展小型农业机械，它们是大型农机的重要补充，具有深远意义。然而，长期以来，小型农机设计过于依赖经验，缺乏创新，导致零部件设计重复且资源共享性差，影响了其高效使用。尽管农业机械化程度提高，农机质量却未同步提升，存在设计粗糙、操作不便和不符合人体工学等问题，导致我国农机在国际市场竞争力不足。

2. 国内外研究现状

2.1 国外研究现状

2.1.1 欧美研究现状

在农机装备的设计实践中，国外发展较快。美国早在20世纪20年代便开始使用机械运输农产品，40年代启用大型农业机械如拖拉机和收割机，50-60年代机械化水平大幅提升。欧美一直处于农业机械化的领先地位，提出精准农业并生产了一系列大型农机或服务大型系统的小型农机。

在欧美，尤其是平原地区，农业机械化主要依赖大型高效机械。随着耕地面积减少和人力成本上升，欧美农机技术强调生产率、安全性和舒适性，推广高效、多功能的复合作业机具。尽管丘陵地区也有，但其机械化解决方案并未像日本那样侧重小型化和模块化，而是专注于提升大型机械的效率和适应性。欧美的农业机械发展模式更适合开阔地和高效物流系统，对于丘陵地区的小块分散耕地并不理想。因此，欧美的模式并不完全适合我国丘陵地区的特殊情况。

2.1.2 日本研究现状

在已实现农业现代化的约30个国家中，许多为丘陵或山地地区，如日本、韩国和台湾等，这些国家通过土地整治提升机械作业效率。日本丘陵山地多，资源匮乏，地理情况与中国南方丘陵地区相似。[3]在小型化和精细化农业机械化方面取得显著进展。日本的小型模块化农机设计适应地形和小面积作业需求，特别适合丘陵地区。面对人口稀少和劳动力短缺的问题，日本通过农协组织和小型农机经验成功应对耕地零碎化问题，为中国的小地块农业机械化提供了借鉴。

日本的小型农机具备人机工程学设计，并逐步实现多功能化，适应不同农田环境和作业需求。其“多功能一机”的设计理念非常契合小农户的家庭经营模式，同时满足多变的道路和农田环境需求。农业产业化为日本农业注入新动力，技术与实践结合使得机械设备更具创新性和实用性，推动了日本农业的持续发展。

2.2 国内研究现状

自上世纪80年代起，中国学者和设计师开始研究农机装备设计，随着农业机械化的发展，农机设计制造水平稳步提升，体现在农机产品数量增加、作业能力提高和生产方式机械化。娄底市农业机械化研究所和惠来宝公司分别在2015年和2014年启动了相关农机的研发工作，成功研制了模块化多用途丘陵山地拖拉机。然而，丘陵地区农机具的缺乏、作业安全问题和种植户操作困难等因素，制约了农业机械化的发展。此外，丘陵地区地形复杂，销售渠道不畅，也影响了小型收割机的推广。

3.小型农机驾驶系统的人机工程学设计

在小型农机的设计中，往往缺乏科学的设计环节，导致许多产品在人机工程学性能上存在不足，具体表现为功能利用率低、操作不便、舒适度差等问题。这不仅影响了农机的操作效率，也可能导致操作者在长期使用过程中出现健康问题，如白指病等。因此，必须重视人机工程学在农机设计中的应用。

3.1驾驶空间分析

驾驶空间起到掌握农机工作情况和确保行驶安全的作用。[4]为了改善驾驶视野，建议扩大门窗玻璃的尺寸，优化倒车镜的位置和角度，并增加驾驶室内的电子监控设备，确保在各种作业条件下获得清晰视野，减少盲区。

3.2驾驶位分析

驾驶位设计应考虑人体尺寸、操作需求和人体工学，确保操作者舒适。农机操作人员长时间工作，驾驶位需具备减震和支撑功能，靠背要支撑腰部和背部，坐垫要结实平坦以分散体压。材料选择应考虑震动舒适性和热环境影响，以提升舒适度和耐用性。

3.3操作台分析

农机的操作台设计不仅影响作业效率，更直接关系到操作者的安全性。仪表信息应尽可能布置在驾驶者的最佳视觉范围内，使得操作人员无需过多移动头部即可方便读取。仪表的排列顺序应以水平范围优于垂直范围，并按自左至右、自上而下顺时针方向排列。重要且使用频率高的仪表应优先布置在左上角，以便操作者及时关注。表盘上的字符应清晰易读，指针设计简单直观，适宜采用尖头、尾部平直的设计。此外，农机设计中逐渐增加了声音提示、数字显示和屏幕显示等辅助功能，确保机械运行状态能够及时、有效、直观地反映。

3.4操作部件分析

操作部件设计以人为中心，结合人体测量学数据，注重操作的便利性和人机匹配度。控制器应按照功能相关性和使用顺序就近布置，以减少操作复杂度，提高作业效率。此外，尽可能采用脚踏控制装置，减少手部疲劳。重要的操作部件应配有灯光或声音提示，以确保在作业过程中得到及时反馈，避免误操作和提高安全性。

4.总结

我国丘陵地区农业机械化面临地形复杂、基础设施落后等诸多挑战，需要有针对性地进行设计改进。小型化、模块化的农机设计是解决丘陵地形机械化难题的重要方向。通过改进农机的结构、提升驾驶视野和座椅的人机工程学设计，可以显著提高操作舒适性和安全性，减少劳动疲劳。工业设计应特别关注小型农机的多功能性及适应不同作业环境的灵活性，使其能够在狭小、分散的丘陵耕地高效作业。工业设计优化将提升农机的整体性能，助推丘陵地区农业的现代化和可持续发展。、

参考文献：

[1]李庆.浅析现代农业机械的发展应用趋势[J].河北农业，2023，（12）：35-36.

[2]Liu S. Development Status and Countermeasures of Agricultural Mechanization in Hilly Mountainous Areas of Yulin[J]. Journal of Innovation and Development， 2023， 3（3）： 89-93.

[3]黄晓财，宋广鹏，高翔，等.日本小型农机的现状与发展分析[J].现代农业装备，2023，44（06）：16-23+69.

[4]罗润民，王俊发，李生宝，等.人机工程学视角下的农机产品分析[J].艺术科技，2016，29（10）：53.