摘要：文章基于人性化设计方法，研究“三农”政策背景下设计农田灌溉车的必要性。从功能、外观、使用体验以及人性化等角度，设计出适用于农田以及村庄环境的农田灌溉车，以人性化设计原则为指导，展开农田灌溉车的方案设计。

关键词：“三农”政策;农田灌溉车;人性化设计;产品设计

中图分类号：S277.94 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）22-00-03

随着城市的快速建设和迅猛发展，农田开发力度越来越小，农田也被越盖越高的楼房取代[1]，农村居民涌入城市，造成了就业压力大等各种社会问题，而农村也出现了粮食匮乏等问题。因此国家对农业、农村、农民进行大力改革，提高对农业农机农具的补贴，实现“强农惠农”。但是农村机具相对落后，效率较低，因此大型作业机械的设计与生产受到了国家的高度关注。文章重点研究大型灌溉车。目前很多专家、产品设计师以及机械工具技术人员对农田灌溉车的灌溉技术与灌溉原理进行了归纳分析与整理。如许友谊等人对轻小型灌溉机的喷射范围与节能效果进行研究，将轻小型灌溉机额定流量范围作为中心议题，衡量灌溉机配套是否合理，从主要结构、工作原理、技术参数等角度入手，分析灌溉机的优缺点。但是基本没有大型农田灌溉车的设计与应用资料，缺乏重工大型农田灌溉车的设计案例。

1 大型灌溉车概述

大型灌溉车是大型农作物机具种类的一种，兼具全自动化智能的特点，并且灌溉面积大、效率高。目前国外关于大型机械车积累了部分发展经验，但国内的研究仍相对匮乏。我国对农机农具的扶持与补贴为农业发展，尤其是为大型农田喷灌车的发展提供了较大的机遇，深入研究国内外大型喷灌车的发展历程，掌握目前我国大型农田喷灌车的生产能力和水平，对提高农业机械化水平具有一定的促进作用。

2 现有大型农田灌溉车的优缺点

调研发现，市面现有的灌溉车适应地形能力尚可[2]，能够降低人工成本，一个人或两个人就可操控一台灌溉机进行大面积作业，在喷灌作业时不用人工看管。大型农田灌溉车对水质的要求不高，灌溉效果好。但是事物具有两面性，目前大型灌溉车利用率不高，很容易出现漏与缺的地方，而且机械车的引喷头在田间工作会对农作物造成伤害与破坏。且不具备节能灌溉模式，会造成水资源浪费，因此对大型农田灌溉车在操作方式、外观、功能方面进行合乎其理的设计将产生良好的使用效果。

3 国内外大型灌溉车的发展状态及使用方式

1920年前后，国外地广人稀，农业作业繁重，常因为人手不够而无法提高农作物种植效率，为减轻劳动人民负担，美国和俄国首先发明了灌溉车。在1950年前后，美国对机械车进行改进升级，最早主要以水力和液压装置进行驱动，后期美国出现电力控制的灌溉车，在欧洲各国得到认同并广泛使用。

国内大力发展灌溉车为20世纪80到90年代，创新生产发展为20世纪90年代至今。哈尔滨大型灌溉机械负责人员刘冰等人在全国多个城市调研，发现国内农田灌溉车处于最基础的设计阶段，自动化农田灌溉操作处于最初始阶段，最初没有全自动化、全方位、多角度的灌溉体系和地形适应体系，仍然采用半自动化混合操作，这种半自动化操作方式也会造成人工的浪费。

4 农田灌溉车不能合理使用的原因

通过与30名农田灌溉车驾驶人员的对话与调查研究发现，现有一些农田灌溉车的设计形态单一[3]，排除一些不爱护农机具的特殊情况之外，市面现有农田灌溉车设计不合理也是很大的问题。

第一，农田灌溉车的灌溉方式不合理。农民在灌溉过程中会追求更省心、更高效并且更节水的工作方式。目前的灌溉车仍使用原始的统一平均灌溉形式，这样的平均灌溉会使农田的灌溉量过多或者不足，造成水资源的极大浪费，对农田肥料的渗透也不足，很容易出现土地的分流和内部排漏，严重污染农田的生态环境。灌溉的不均造成严重的水土流失和积蓄养分流失等土地问题，更增加了人工管控的难度。

第二，农田灌溉车不具备多角度灌溉的功能，仍然是不能自己转换灌溉角度和调整灌溉量的半自动化人工机械车。工作人员在驾驶灌溉时，要自行掰动控制灌溉量的出口以及转动灌溉角度转换轨道，机械车操作问题繁多，极易造成灌溉效率低下的问题。

第三，未合理设计农田机械车。在驾驶过程中，即使工作人员调整了灌溉轨道与灌溉量[4]，但是智能控制、全自动化、多角度灌溉、变量灌溉等问题都没有得到解决。要想改变现在机械车操作半自动化、操作费力的窘境，就应重新设计灌溉喷头，优化灌溉喷头配置。实现驾驶操控全自动化智能控制，根据农作物智能调整灌溉量，以及对灌溉地形、作物分布进行信息化整合，以便均匀灌溉。针对灌溉角度过于单一的问题，设计多角度全方位灌溉喷口，车头安装圆形滚轮旋转喷口，配置360°旋转装置，车顶配置360°旋转装置，安装减速减震滚轮装置，车内安装轴转动旋转水涡轮循环系统，车尾安装大型灌溉喷头，进行多角度高效率灌溉。

5 “三农”政策背景下农田机械车的人性化产品设计原则

人性化设计主要是指以人的需求为设计中心，设计师应重点关注产品的易用性。纵观国外灌溉车的发展历程，探究其科学技术与操作应用模式，可对现在的设计改进提供帮助，因此要以农民使用操作方式、农田情况、周边环境作为切入点，结合当前最急切的用户需求，从功能、操作方式、安全性、用户体验与智能化这几个角度出发，分析农田灌溉车的改进思路，并以此为农田灌溉车方案改进设计的出发点，为农田灌溉车设计研究提供分析角度与设计原则。

5.1 易用性原则

保证产品的易用性是改良产品操作的关键。由于农田灌溉车的体积与灌溉角度和灌溉量灵活性的要求，要对在不同地段都能攀爬的特殊性要求进行分析。

农田机械车有三种特点。一是体积大，笨重，但是灌溉需要的部件必须足够灵活。二是农田灌溉车部件的精密度要求较高，如果設计的部件参数不人性化，就会影响用户的使用体验和操作方式。三是农田灌溉车的自动化情况直接影响农作物的质量[5]，针对上述特点，可以增强农田灌溉车的易用性，采取同时操作水和肥料的方式。针对灌溉车笨重的特点，可以增加九个喷水口装置，在车头前增加四个涡轮旋转出水口，车尾增加两个，车顶一个大喷水口，旁边各设计一个小的喷口，从而自动调整灌溉量，并为灵活调整灌溉角度打好基础。要完善灌溉车的机械部件，喷头、进水管的选择和管径、车臂和控制系统都须谨慎管控。可用PMW技术检验，设计一款遥控装置，操控部件的启动、停止以及轨道上的工作状态。针对工作效率不高的问题，应用自动操控技术，与无线控制技术相连，从而实现对农田灌溉车的智能操作控制。

5.2 形态美原则

农田机械车在满足高效灌溉、均匀浇灌、一车多用、多角度灌溉等功能的同时，必须在外观形态上具有美感[6]。大型农田灌溉车的色彩选择要和环境相契合，并运用黑色和其他颜色点缀。多角度农田灌溉车的车体构造复杂，但也应尽量规整，车子耐磨性非常重要，必须给使用人员带来安全感和舒服感。

5.3 产品应用人性化原则

人性化设计的理念主要表现在产品改良设计的过程中，人性化设计的具体表现有以下几点：一是不再只考虑产品的功能，主要以用户的感受体验为主;二是从注重技术转变为注重人的感受;三是从前期注重产品的运用技术到后期转向注重使用者的体验和需求表达;四是由注重功能性、作用性转变为注重不同使用者需求的多样性与差异性。

6 农田灌溉车的人性化设计考虑因素

第一，全自动化因素。信息技术快速发展，农田灌溉车的全自动化技术与目前大力发展粮食的“三农”政策相辅相成，可以减少劳动力的耗费，将更多的精力投入粮食生产扩张版图上面。增加高科技功能，可以不用亲自驾驶就能控制车辆，将传接器、GPS等技术与灌溉车相结合，运用手机或电脑就能够控制，从而提高农田灌溉车精准灌溉、定量灌溉、定角度灌溉的效率。

第二，符合人机配置因素。在驾驶灌溉车时，驾驶座椅与控制面板的距离、与操控盘的距离、与驾驶手柄的距离以及座椅的舒服度都与人机工程的知识有关系。车子高度、体积、外观规整度、构造是否方便灌溉车进入农田，灌溉车的材质是否坚硬，是否能应对外界影响，灌溉车的细节构造是否好打理都与人机因素密切相关。

第三，全面性因素。纵观目前技术的发展和生产创新的能力，经过文献调研发现，几乎没有能够全方位、多角度灌溉的大型机械车。可以在车头设计四个涡轮增压旋转灌溉系统，在车顶设计一个大的灌溉出水口，两边分别设计一个小的出水口，这样可以降低调节出水量的难度。在车尾设计一个可伸缩的出水口，可以根据中枢面板的控制和农作物的需要调节出水口的大小，从而控制灌溉量。

第四，用户体验因素。要设计合理可行的农田灌溉车，就必须做好用户调研，重视灌溉车驾驶者的真实体验和需求。用Delphi法进行用户调研，对灌溉车驾驶人员共发放50份问卷，收到有效问卷46份，用KJ法整理，总结发现，大多数灌溉车驾驶人员希望车子自动化系数更高，希望车子灌溉出水口更多，灌溉效率高，希望车子操作控制简易省心。通过用户需求分析才能设计出合理的人性化产品。

7 “三农”政策背景下的农田灌溉车使用措施的设计构想

文章根据农田灌溉车的特性和使用方式，从多角度灌溉[7]、全自动化设计和人性化设计的角度出发对农田灌溉车进行改进设计。

第一，农田灌溉车的多角度灌溉。烦琐的灌溉工程仅用一台普通的灌溉车肯定不够，增加几辆会增加额外的成本和劳动力，并且几辆车同时运行会破坏农作物，会造成农田道路拥堵，影响他人出行。因此最科学省力的方法是在车头、车身、车顶都安装喷水头，在喷水头处配合转动装置，在机械车上安装转动支架，包括转动电机、控制开关和读写器，用电机控制支架进行360°的转动，再进行灌溉操作。开关和读写器负责瞄准灌溉农田的准确位置，到达一定角度后，驾驶室控制按钮，使电机转动一定的角度，增加多喷水头和轴转动装置，做到真正的节省劳动力。

第二，农田灌溉车全自动化设计。随着无人驾驶技术的迅猛发展，全自动化无人驾驶控制车辆变成可能，用PLC控制系统对智能启动车辆以及自动调整灌溉角度进行自动控制，输入自动控制的驾驶路线信息、灌溉信息、农作物需求信息，操作控制APP，可设置驾驶速度、灌溉轴转动角度等，在APP中实现真正的人机交流。

第三，人性化设计。农田灌溉车采用简约的造型、圆润的形态，富有科技美感，黄色与黑色的搭配给人以机械科技的力量之美，车身选用合金或者表面镀金属的高分子材料，其优点是防腐、耐高低温又便于清洁。灌溉车车身前中后配备9个灌溉喷头，依靠电冲力泵控制喷射程度，实现灌溉角度灵活，灌溉水力强劲，从而提高灌溉效率。车前的4个涡轮增加灌溉转轴系统，同时兼具灌溉和探测路况危机程度的功能，安装GPS危险探测器，即可提前预知不能走的农田道路，实现提前变道，可在崎岖路段提前发出信号警报，也可选择其余可通行道路，在道路突然出现动物的情况下还能够自动刹车，实现行走驾驶的安全性和智能化。在车内安装CSDF感应警报系统，此方案中的农田灌溉机械车的设计应用还在最初设计阶段[8]，该设计主要对大型灌溉车进行调研分析，并对比以往的机械车，从设计的人性化原则及具体的设计改进措施角度入手，解决当前设计使用难题，然而机械车内部构造的设计点还有所欠缺，需要进一步思考。希望文章在此能起到抛砖引玉的作用，为相关设计提供灵感和新的设计出发点。下图为文章农田灌溉车产品的设计方案。

8 结语

对于农田灌溉机械车来说，增加多角度灌溉喷头是重要的改进基础，智能化多角度的灌溉会大大提高工作者的工作效率，省时又省力。因此想要大力推广农田多角度灌溉车，就需要政府在实行“三农”政策为农田机械车大力拨款的基础上，招纳更多的机械车设计人才，从而推进机械车的投入使用生产，提高灌溉效率，使农田机械车真正做到科技化、智能化与便利化。

参考文献：

[1] 代蕾.人性化视角下城市公共设施设计[J].包装工程，2020（6）：47-48.

[2] 严海军.大型喷灌机在中国的发展与应用[J].灌排机械专题，2020（6）：256.

[3] 李军泉. JP75-300型卷盘式灌溉机在农田灌溉中的应用优势[J].学术交流，2020（11）：78-80.

[4] 沈立新，藤淑霞.小型喷灌机设计与实现方法[J].学术研究，2020（11）：134-137.

[5] 藤佳華，董芸.垃圾分类背景下厨余垃圾回收箱的设计探讨[J].美术大观，2020（3）：124-126.

[6] 陈池.国内外喷灌系统研究简史与发展趋势[J].排灌机械，1999（2）：99-101.

[7] 莫锦秋，黄小林，李文涛，等.基于PWM的大型变量喷灌机整机水力性能研究及优化[J].农业工程学报，2020（10）：65-67.

[8] 马强，陈亦仁，高伟.便携式交通工具造型设计[J].包装工程，2017（8）：34-37.

作者简介：郭皓月（1996—），女，山东青岛人，硕士在读，研究方向：产品设计。

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