至日本生研中心研習新型農機研發方向及策略 - 農業知識入口網

我國農村人口老化及勞動力下降，缺工議題不時浮現，農業環境與我國相近的日本，亦正面臨相似考驗。透過適當的開發或引進農業機械，能有效疏緩農業勞動力的需求，但相對於歐美大陸，我國及日本的農地顯得迷你且破碎，農機的開發成本與市場需求比較難以取得平衡，因此我國和日本皆由政府挹注研發及補助經費，以支持農機產業的在地化，期望透過農機的操作減輕農事辛勞、提升單位農民的生產力、降低生產成本。

日本與我國的農機研發機構
日本農研機構（NARO）組織下的「生物系特定產業技術研究支援中心」（以下簡稱生研中心）即是以促進農業機械化發展為任的單位。日本以「農業機械化促進法」為依據，由農林水產省負責研究、制定有效的指導性政策，以及急需解決的項目（農業機械等緊急開發事業），然後以生研中心為平台，進行農機基礎研究或先進技術開發，並和製造商進行技術商品化及產業化。我國則有行政院農業委員會的農業試驗所農工組及各區農業改良場農機（生機）研究室，檢視轄內產業需求，向上爭取研究經費執行研究與開發，並負責技術移轉產業化和推廣工作。

高度連結的日本農機產業網絡
日本農林水產省自1993年起依據農業機械化促進法，開始實施「農業機械等緊急開發事業」。每年依「農作省力化及低成本化的農業機械」、「消費者需求及環境友善型農業機械」、「農作安全性提升機械」等三大類別，公開徵求需要緊急開發的農機機種。由生研中心為主體，向大學、民間機構、行政單位等單位提出共同研發招募，並依據提案計畫的緊急必要性、創新性、實用性及市場普及性進行審查，於期末公開執行成果與推廣情形。農林水產省在提出新的需求開發機種時，會勾勒出明確的產業藍圖，包括新機種的目標數量、使用面積及約略的售價等，因此研發者可針對方針和規格專注於技術突破工作。許多生研中心的成功案例，是由生研中心開發原型機（Prototype），再由農機廠商接力完成商品化工作。為了落實產業化目的，日本有名為「新農業機械實用化促進株式會社」的公司，負責支援研發成果的實用化，以及機械化栽培的標準化、零組件的通用等，並且有責任將產業化的機械情報提供給生產製造商。在整體農機研發產業鏈中，由上至下包括農林水產省、生研中心、農機實用化促進公司、農機製造商、農機行、地方政府、農會、農民消費者，關係密切，各司其職。

日本生研中心研發方向（電力化、機器人、安全）
生研中心固定編制四個研究室和一個測試部門，分別是「基礎技術研究部、生產系統研究部、園藝工學研究部、畜產工學研究部，以及評價試驗部」。另外，為因應前瞻技術發展，組成三個特別研究團隊，包括 分別針對能源議題（主要為農機電動化）、農用機器人及農機操作安全進行研究。生研中心在研究與開發方向採取的策略包含：開發省力裝置與機械、研發智慧農機、強化農機安全鑑定、友善環境技術研發，各分類的研發主題及其欲解決的問題與方法，整理如表一。其中，智慧農機的發展方向是為解決農業人口老齡化及勞動力不足，屬於前瞻研究，我國在農業4.0政策研擬可參考其解決標的及無人化概念；而農機的安全性則是我國較無涉獵的範疇，我國在此方面僅由農試所就農機性能進行測定，尚無針對提高農機操作安全與防範的注意措施。農機安全議題一直受到日本政府重視，據統計每年在田間進行農事死亡人數約400人，其中將近七成（約280人）是因農機操作不當造成，而因曳引機翻覆等事故死亡占整體4成以上（約110人）。由於老農比例偏高，農機的使用及操作安全更加重要。日方在此議題採取措施包括機械研發、安全鑑定及推廣教育等策略：在機械研發上強化農機動力部緊急停止設計、設計緊急安全停止鈕等技術；在制度上則設計「農機安全鑑定基準」，安全性通過一定水準以上的機械，發給安全鑑定標章；推廣教育方面則透過學校製作影片及動畫等教材，希望提高農民對農機操作安全的知識。

適用我國的農業機械－－旱田及水田除草機
近年來我國農委會推動活化農地計畫，雜糧與地區農特產種植面積不斷增加，而花蓮更是多了有機耕作的特色，在此契機下，各式農機具的需求將逐漸浮現。其中在有機栽培中，雜草防除是相當困難的技術缺口，為此行前特別請生研中心介紹有關除草機械之研發成果。在旱田除草作業的部分，日方介紹二種乘坐式除草機：其一是拖曳犁具式的耕犁型式，其二是以動力分導（Power Take Off, PTO）帶動旋轉耕刀的細碎型式。前者的作業速度快，且無需動力分導，僅需單純拖曳動力；後者作業細緻，可在除草之餘兼進行鬆土作業，並且適用於黏質土壤或過濕環境。在水田除草作業方面，主要是應用於乘坐式的有機水稻除草作業。目前在有機水稻的耕作中，廣泛被使用的是三行式水田中耕除草機，其原理是以汽油引擎經減速機帶動除草爪在水稻行間旋轉，刮除行間雜草，農民操作時必須行走在田間，兩手操控除草機並維持平衡，避免機械在移動中損傷秧苗，其高度耗費體力情形可想而知。研發乘坐式水田除草機不僅可提高操作的舒適性，更可大幅提高作業效率。其動力型式相似插秧機，將引擎動力透過PTO輸出至除草部，除草部除了有旋轉除草爪進行行間除草，在株間也設計了搖臂以進行類似挲草的防除動作，最後在機組後方掛上金屬鍊，行走時擾動具泥漿性的水田，達到防治雜草萌芽的效果。新型除草機的設計概念，特別將乘坐者位置向後方移動，除草部設計在前後輪之間，如此操作者能在操作時檢視機械作動情形，仔細控制方向盤，避免誤傷秧苗。

適用我國的農業機械－－小型電動農機
生研中心在電動農機的研發成果－－小型電動農機，採用鋰電池為動力源，除了減少排碳量，更可在設施內操作時避免廢氣污染。實際操作電動中耕機及電動割草機時，可明顯感受到機械的輕量化，以及震動減少的優勢。機械另外設計了保險啟動開關以及緊急停止按鈕，前者可避免誤觸啟動，後者可應對緊急意外。

2015國際農業資材展
2015國際農業資材展中，有關前瞻技術產業化的應用情形，已有至少兩家廠商推出無人機（多軸飛行器）應用於農藥施用的產品，載藥量10公升，可作業約10分鐘。由生研中心研發商轉的水田除草機器人也在展場中出現，每小時可作業約4公頃，單次充飽電力可作業3小時，目前尚未發行，預估售價30~50萬日元。與我國推動農業4.0政策之相關議題，則有應用感測器將田間資訊（環境溫濕度及土壤狀況）透過田間伺服器傳上雲端或管理者手機的產品，可協助農場管理工作。另外，在植物工廠領域則有每坪3.6萬的低成本方案推出。
展場中可發現，為因應人口老化問題，以省力化或無人化為設計概念的產品盛行。如MORITA公司開發穿在身上可降低腰及腿部負擔的輔助衣，現場試用民眾絡繹不絕。另一個農機產業的發展趨勢，是低成本化（Low-Cost）以因應如個體農戶之小規模生產者的需求。由於此族群生產規模未達經濟規模，投入主流設備將不易回收成本，因此有低價施肥車與半自動穴盤播種機之問市。

結語
在參訪日本生研中心後，筆者深感日本在農機研發制度、安全風險觀念，以及產業串聯工作，皆值得效法與學習。我國在農機推動策略上也可依產業規模及缺工情形，先了解潛在市場後再選定符合效益之議題，將有助於方案的成形；結合本會試驗研究單位、學校及業界的研發能量，配合政策投入經費統合推動；商品化的機械透過平台積極推廣，促進生產、研發與使用者的多方收益。

（本文轉載自國際農業科技新知第71期）

文圖/張光華　花蓮區農業改良場