邵友晨

（景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

農(nóng)業(yè)從古至今都是一個國家發(fā)展的基礎(chǔ)和重中之重，新中國成立70多年來，我國農(nóng)業(yè)機械化從無到有，從小到大，取得了巨大成就，但還存在著區(qū)域、產(chǎn)業(yè)、品種、環(huán)節(jié)等發(fā)展不平衡不充分的問題。丘陵地區(qū)耕地面積占我國耕地面積的34.62%[1]，卻因為地形復(fù)雜，普通農(nóng)機難以適用，導(dǎo)致機械化進度滯后。丘陵地形現(xiàn)有的一些適用的農(nóng)機產(chǎn)品普遍存在著人機關(guān)系差、安全環(huán)保性不夠、產(chǎn)品利用率低等問題，加大了農(nóng)機普及難度。城市化進程帶來的農(nóng)業(yè)弱質(zhì)性問題進一步放大了機械化程度低帶來的負(fù)面影響，使得丘陵地區(qū)的農(nóng)民生產(chǎn)力難以從繁重的農(nóng)務(wù)中解放。

可持續(xù)設(shè)計理論是現(xiàn)代產(chǎn)品理論中的重要部分，通過細致的可持續(xù)系統(tǒng)設(shè)計能夠從農(nóng)民的具體需求出發(fā)，切實解決當(dāng)前丘陵農(nóng)機的缺陷問題，改善農(nóng)民的農(nóng)務(wù)勞作條件，提高農(nóng)民生活水平，從而構(gòu)建人、產(chǎn)品、環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系，助力社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 研究背景

1.1 丘陵農(nóng)業(yè)

1.1.1 丘陵農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀

丘陵耕地由于地形條件差、地塊細碎凌亂、坡路多、田埂多、形狀雜亂、垂直分布散等問題，農(nóng)業(yè)機械化水平低于平原地區(qū)。適合丘陵地區(qū)的小型農(nóng)機由于規(guī)模小、研發(fā)利潤低等問題，在技術(shù)水平上也明顯落后于平原地區(qū)開發(fā)的大農(nóng)機。據(jù)統(tǒng)計，我國有7 000萬以上的農(nóng)民長期在這種條件下務(wù)農(nóng)，主要依靠畜力、人力和一些簡單的小農(nóng)機工作，從事人力密集型產(chǎn)業(yè)。隨著城鎮(zhèn)化進程的持續(xù)推進，農(nóng)村青壯年勞動力外出務(wù)工就業(yè)收益遠大于務(wù)農(nóng)，導(dǎo)致大量農(nóng)村勞動力被城市吸納，農(nóng)業(yè)勞動力水平下降，呈現(xiàn)出老齡化和女性化等弱質(zhì)化特點[2]，而青壯年勞動力的外流十分不利于地方發(fā)展機械化程度高、耕種效率高的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。

在我國實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的條件下，過去主要是青壯勞動力從事體力勞動，而隨著勞動力轉(zhuǎn)移，一些老人和婦女因為城市用工市場對于技能學(xué)習(xí)能力和體力的篩選被迫留在農(nóng)村從事農(nóng)業(yè)，婦女和老人需要承擔(dān)起務(wù)農(nóng)重?fù)?dān)，但這不利于發(fā)展機械化程度高、耕種效率高的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，也不利于推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。

1.1.2 國家政策解讀

當(dāng)前，國家出臺了大量推進農(nóng)業(yè)機械化全面發(fā)展的政策，在購機優(yōu)惠和相關(guān)農(nóng)機開發(fā)上予以傾斜，要求研發(fā)更多適合國情、符合農(nóng)民需要、先進適用的各類農(nóng)機產(chǎn)品，對于丘陵山區(qū)等薄弱地區(qū)，應(yīng)加快補齊短板，以期更好地推進鄉(xiāng)村振興，加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化進程[3]?？偟膩碚f，目前國家十分重視解決農(nóng)業(yè)機械化地區(qū)不平衡、結(jié)構(gòu)種類不平衡等問題，有利于丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展。

1.2 丘陵農(nóng)機

丘陵農(nóng)機指的是適宜在丘陵山地進行作業(yè)的農(nóng)用機械產(chǎn)品，特指那些體量小、質(zhì)量輕、適合個人操作、擁有自主動力而不必懸掛在其他動力設(shè)施上的微小型農(nóng)用作業(yè)機具[4]。由于丘陵山地主要表現(xiàn)為梯田，地面平整性、通過性低，且因為家庭承包的特點，各家農(nóng)田分散，大型農(nóng)機進入工作區(qū)域時較為煩瑣困難，所以主要使用小型化的農(nóng)機。小型農(nóng)機在運輸和適應(yīng)性方面較大型農(nóng)機有明顯優(yōu)勢，又能解放一定生產(chǎn)力，在適用區(qū)域發(fā)展小型農(nóng)機是丘陵農(nóng)機發(fā)展的一條重要思路。

1.2.1 丘陵農(nóng)機的種類與功能

種類上主要有收割機、播種機、插秧機、松土機、追肥機、脫粒機、烘干機、微耕機、抽水機、卷簾機等；功能上主要有收獲、脫粒、灌溉、除草、松土、開墾、插秧、施肥施藥等。類型方面還可以根據(jù)工作原理大致分為牽引類、機械模擬動作類、泵類、拖拽農(nóng)具類等。

1.2.2 丘陵農(nóng)機發(fā)展現(xiàn)狀

小型農(nóng)機普及率低，我國以家庭為單位的農(nóng)戶很少購置專用農(nóng)機，當(dāng)前小型農(nóng)機設(shè)備特點可以歸納總結(jié)為：功能繁多、設(shè)備專業(yè)性強、小批量生產(chǎn)難以實現(xiàn)。功能繁多導(dǎo)致農(nóng)民很難為少數(shù)幾樣農(nóng)務(wù)購買一種農(nóng)機；設(shè)備專業(yè)性強導(dǎo)致農(nóng)民學(xué)習(xí)成本增加；小批量生產(chǎn)導(dǎo)致成本無法通過規(guī)?；档?，性價比低。綜上所述，農(nóng)民在國家優(yōu)惠政策下對于個人購置農(nóng)機仍會存在疑慮，主要考慮到學(xué)習(xí)成本、維護成本、性價比等因素。

2 研究方法

2.1 可持續(xù)設(shè)計理論

可持續(xù)設(shè)計理論是一種在滿足經(jīng)濟增長需求的同時提升生態(tài)效益和社會福祉的設(shè)計理論，其核心就是要立足于系統(tǒng)設(shè)計，找到產(chǎn)品、人、環(huán)境等相關(guān)產(chǎn)品系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)平衡的關(guān)系[5]。而系統(tǒng)的可持續(xù)設(shè)計需要以可持續(xù)設(shè)計理論為指導(dǎo)，充分運用多種設(shè)計方法，從用戶需求出發(fā)，切實解決現(xiàn)有產(chǎn)品或類似產(chǎn)品的缺陷。改善人們的生產(chǎn)生活水平，提供更好的、更便利的生活，最終達到環(huán)境、社會、個體的可持續(xù)發(fā)展。基于本文對于丘陵農(nóng)機的設(shè)計目標(biāo)，解放丘陵地區(qū)勞動力的一種可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計策略具體如圖1所示。通過對現(xiàn)有社會的科學(xué)文化發(fā)展成果進行歸整，指出提升農(nóng)民生活質(zhì)量和我國農(nóng)業(yè)機械化水平的新方向，發(fā)掘解決丘陵地區(qū)耕種困難的可持續(xù)發(fā)展策略。

圖1 可持續(xù)設(shè)計策略圖示

2.2 主要設(shè)計方法

丘陵農(nóng)機可以從產(chǎn)品的材料和能源入手進行綠色設(shè)計，然后由局部逐漸擴大到整體的生命周期設(shè)計，再進一步發(fā)展為可持續(xù)的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計，最后實現(xiàn)提升農(nóng)民福祉和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的社會可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。這一過程被形容為設(shè)計對象的拓寬[6]，如圖2所示，可以主要概括為四種設(shè)計理念[7]。

圖2 設(shè)計對象的拓寬圖示

1）“源頭干預(yù)”理念：通過在設(shè)計階段就確定好使用可持續(xù)的設(shè)計理念對農(nóng)機產(chǎn)品進行設(shè)計，并在加工過程、材料選擇、報廢計劃上做好再生、清潔、低污染的設(shè)想，在后續(xù)從生產(chǎn)到運輸最后從農(nóng)戶手中淘汰回收的一系列過程中都堅持可持續(xù)原則，減少排放和污染。這便是在源頭上對產(chǎn)品進行可持續(xù)的干預(yù)。

2）“末端治理”理念：通過拆解、置換、組合等手段提升產(chǎn)品的可持續(xù)性。這種通過將產(chǎn)品分部件設(shè)計的手段是模塊化設(shè)計的一部分，用靈活的拆分組合延長產(chǎn)品的使用壽命、增加功能性，因為最終過程發(fā)生在用戶手中，所以是一種依靠末端治理的可持續(xù)設(shè)計手段。在農(nóng)機這類機械產(chǎn)品設(shè)計中較為適用。

3）“共享服務(wù)”理念：通過提倡讓人人都能夠享受到農(nóng)業(yè)機械提供的便利和服務(wù)，以農(nóng)機產(chǎn)品為基礎(chǔ)，通過完備的共享服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計，創(chuàng)造出企業(yè)、環(huán)境、用戶、社會等多方健康發(fā)展的共贏局面，也就是讓可持續(xù)的過程變得可持續(xù)化。

4）“消費公平”理念：解決世界上絕大多數(shù)人的需求，而不是專注于對小部分富人的需求不斷地進行消費設(shè)計，也就是通過“消費公平”的設(shè)計方法，關(guān)注那些在生活中遇到困難的大部分人，解決丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)人員的訴求，讓他們實現(xiàn)自由發(fā)展，才能夠推動整體社會的可持續(xù)發(fā)展[8]。

3 調(diào)研與問題分析

3.1 用戶群體調(diào)研

丘陵農(nóng)機的用戶群體面向的是丘陵農(nóng)作環(huán)境中的農(nóng)機操作人員，對于農(nóng)機的操作性包容應(yīng)該包括所有從事農(nóng)業(yè)、具有完全勞動能力的人群。而據(jù)社科調(diào)研結(jié)果，隨著農(nóng)村勞動力不斷向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移[9]，青壯年極少留在農(nóng)村從事農(nóng)業(yè)，因此小型農(nóng)機的用戶模型應(yīng)該偏向留守的老年人和婦女，針對用戶進行特征優(yōu)化。對于用戶的個體特征的認(rèn)知，主要可以從工作經(jīng)歷、教育程度、年齡及經(jīng)驗入手，可持續(xù)設(shè)計理論中的公平理念要求我們預(yù)測其在使用該農(nóng)機時遇到的問題和學(xué)習(xí)的困難性，然后對操作的復(fù)雜性做出限制。農(nóng)村小型農(nóng)機用戶特征如下：

1）生理特征。我國實行的家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制決定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動以青壯年為主，老人和婦孺從事較為輕松的輔助勞動，但是隨著城市對青壯年的吸納，老年人和婦女開始承擔(dān)重體力勞動，但其生產(chǎn)體力往往較弱，老人的外感知能力如視力和聽覺等也在衰退。

2）心理特征。老年人在勞動上的心理特征主要表現(xiàn)為勞動經(jīng)驗豐富，但是認(rèn)知能力下降。婦女對勞動的認(rèn)知更為敏感，但是要考慮到農(nóng)村地區(qū)的平均教育水平較低，其在機器操作學(xué)習(xí)上可能會比較弱勢。

3）行為模式。小型農(nóng)機在丘陵地區(qū)的使用主要可以分解為：①啟動農(nóng)機，將農(nóng)機移動至農(nóng)田；②操作農(nóng)機在農(nóng)田進行來回移動；③進行相關(guān)農(nóng)業(yè)具體操作；④將農(nóng)機移回存放處，進行簡單維護和清理。

3.2 現(xiàn)有產(chǎn)品調(diào)研

當(dāng)前，針對丘陵農(nóng)機的專門研發(fā)較少，主要集中在更大范疇的小型農(nóng)機，丘陵農(nóng)戶使用最廣泛的農(nóng)機為微耕機，微耕機是一種通過發(fā)動機帶動輪胎前進，依靠人力掌控方向進行簡單作業(yè)的小型農(nóng)機。例如，重慶地區(qū)就是典型的丘陵農(nóng)業(yè)區(qū)，2015年重慶市近70萬臺農(nóng)機中就有微耕機66萬臺，占到全部農(nóng)機數(shù)量的90%以上；微耕機的受歡迎是由它廣泛的功能性決定的，可以通過一種農(nóng)機更換幾種刀具或器械進行多種簡單的農(nóng)務(wù)，在小型農(nóng)機中非常具有代表性。但微耕機也存在以下三個代表性的缺點：

1）操作費力。微耕機由于操作模式的限制，其工作狀態(tài)需要一直有人雙手把持，實際使用十分費力，且極有可能會使操作人員患上白指病。重慶市農(nóng)機辦副主任秦明山曾這樣形容微耕機：“解放了牛，累死了人?！奔词故且粋€青壯勞動力一天最多也只能使用4 h~5 h的微耕機。

2）危險性高。小型農(nóng)機為了減輕成本和方便檢修，在設(shè)計上大多缺乏保護措施，大量的齒輪、傳送帶和其他高速運作部件暴露在外，使用中被絞傷割傷導(dǎo)致殘疾的案例眾多。

3）故障率高。大多數(shù)農(nóng)用機械使用的是化石燃料發(fā)動機，發(fā)動機因為需要在混合空氣燃燒燃料的同時進行通風(fēng)冷卻，所以由機械結(jié)構(gòu)的潤滑油和大量的田間污物混合成的油泥十分容易造成機體故障。

3.3 問題分析

農(nóng)機存在的操作費力問題主要歸結(jié)于機器振動幅度過大、使用者操作姿態(tài)不合理；而安全性低主要是因為機器設(shè)計缺少保護措施，機械結(jié)構(gòu)無外殼保護，且環(huán)境隔絕不到位導(dǎo)致塵土等污物混入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，提高了故障率。這些問題在認(rèn)知、感知、體力均落后于青壯年勞動力的弱勞動力使用中會進一步放大，因此對農(nóng)機設(shè)計提出基本設(shè)計要求對其進行約束，如表1所示。

表1 基本設(shè)計要求

4 可持續(xù)設(shè)計理論在丘陵農(nóng)機中的具體應(yīng)用

基于對丘陵用小型農(nóng)機的調(diào)研以及用戶群體對于丘陵用農(nóng)機的需求，應(yīng)用可持續(xù)設(shè)計理論解決丘陵農(nóng)機當(dāng)前的設(shè)計缺陷（安全性問題、操作性問題、可靠性問題）以及產(chǎn)品性價比不夠、利用率低、材料和能源的環(huán)保程度低等問題，在可持續(xù)設(shè)計方法的支撐下，進行設(shè)計對象的拓寬。

4.1 源頭干預(yù)和末端治理

通過運用模塊化的設(shè)計方式提高農(nóng)機的用途多樣性是促進農(nóng)戶購買農(nóng)機的可行方向。模塊化設(shè)計是通過全面分析產(chǎn)品，對產(chǎn)品進行有規(guī)律的劃分，將劃分出的模塊進行規(guī)整組合從而實現(xiàn)功能的更換與擴展。這種設(shè)計模式與可持續(xù)發(fā)展理論中的末端治理和源頭干預(yù)高度重合，即提前規(guī)劃產(chǎn)品的生命周期，再在用戶手中通過裝配拆卸改變功能。模塊化設(shè)計使丘陵農(nóng)機產(chǎn)品具有以下優(yōu)點：

1）擴大單一農(nóng)機的功能面。農(nóng)民只需要購置一臺農(nóng)機，通過更換模塊化設(shè)計的作業(yè)功能模塊，保留功能性相通的行走通過部件和能源及動力部件，就可以實現(xiàn)功能的切換，不僅使農(nóng)民避免了購買過多功能重復(fù)的部件，又減少了材料使用成本，在環(huán)境和用戶兩方面都實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。

2）縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。前文提到農(nóng)機產(chǎn)品難以發(fā)展的一個重要原因便是生產(chǎn)量小、生產(chǎn)批次多，利潤遠低于大型農(nóng)機生產(chǎn)研發(fā)。而模塊化的研發(fā)生產(chǎn)模式可以很好地適應(yīng)這種情況，同時還能促進新產(chǎn)品開發(fā)和更新迭代，適應(yīng)不斷變化的市場需求；于企業(yè)而言也能夠降低其研發(fā)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升競爭能力。農(nóng)民對于農(nóng)機的使用是根據(jù)農(nóng)作物的生長規(guī)律進行的，非農(nóng)忙時期的農(nóng)民從事副產(chǎn)，這一時段的農(nóng)機是閑置的，可以開發(fā)用于副產(chǎn)或生活的農(nóng)機模塊來擴展產(chǎn)品功能。

4.2 消費公平

根據(jù)丘陵農(nóng)業(yè)的勞動力現(xiàn)狀，丘陵農(nóng)機產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計中的用戶群體包括了身體機能相對于青壯年較弱的婦女和老人，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該向下包容這一群體，基于以人為本的設(shè)計需要，從心理和生理兩個方面出發(fā)。丘陵農(nóng)機產(chǎn)品對人的危害和阻礙主要體現(xiàn)在使用時因為身體機能的不足導(dǎo)致的危險和職業(yè)病危害以及在使用前對農(nóng)機操作學(xué)習(xí)時遇到的困難，應(yīng)該對產(chǎn)品進行人機交互、勞動保障、安全、舒適性、可維修性等方面的優(yōu)化。

4.3 共享服務(wù)

運用開源化的平臺進行服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計，“開源”一詞來源于電腦軟件領(lǐng)域，開源指的是開發(fā)者通過開放自己的工程，與其他人進行合作，從而共同搭建某項工程，一個產(chǎn)品的任何設(shè)計資料都可以被公眾自由使用，且任何基于原始設(shè)計資料的修改設(shè)計資料都必須繼續(xù)保持開放狀態(tài)[10]。這一概念在丘陵農(nóng)機設(shè)計開發(fā)中可以通過開放模塊設(shè)計平臺和開放農(nóng)機模塊的設(shè)計參數(shù)實現(xiàn)，主要有以下幾個優(yōu)點：

1）集思廣益。丘陵農(nóng)業(yè)需要的功能龐雜，加上還要考慮農(nóng)民的副產(chǎn)，讓有意愿、有能力的人加入到功能模塊的開發(fā)，能夠更快地補齊一些偏門農(nóng)務(wù)的功能模塊，多個學(xué)科背景的參與者合作也可以避免設(shè)計的局限性。

2）資源活用?，F(xiàn)實中的生產(chǎn)資源能夠被最大限度地利用起來，還能夠讓設(shè)計資源都被調(diào)動起來，造福農(nóng)民，讓勞動成果共享。設(shè)計上的開源還與產(chǎn)品中的模塊化高度重合，提供機械接口的數(shù)據(jù)和設(shè)計指標(biāo)后，模塊的開發(fā)將會更加高質(zhì)高效。

開源設(shè)計在計算機領(lǐng)域已經(jīng)得到了成功，如建模軟件Blender就是基于開源開發(fā)的，其最初功能簡陋，經(jīng)過全球3D愛好者的開發(fā)，現(xiàn)在已經(jīng)成為最強大的3D圖形設(shè)計程序之一，Blender的成功經(jīng)驗可以為模塊化丘陵用農(nóng)機的開源設(shè)計所學(xué)習(xí)。

5 總結(jié)

可持續(xù)設(shè)計理論作為一種成熟的產(chǎn)品設(shè)計方法理論，在產(chǎn)品設(shè)計中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。將可持續(xù)設(shè)計理論的主要理念應(yīng)用到丘陵用農(nóng)機設(shè)計中，可以系統(tǒng)性地解決產(chǎn)品本身的問題（安全性問題、操作性問題、可靠性問題等）、產(chǎn)品的可持續(xù)問題等。通過具體的模塊化設(shè)計、開源化設(shè)計等方法進一步解決產(chǎn)品與人、人與社會、社會與環(huán)境的發(fā)展問題，在可持續(xù)化走進農(nóng)業(yè)的同時，兼顧農(nóng)民的生產(chǎn)勞動保障，滿足丘陵農(nóng)業(yè)對于優(yōu)質(zhì)農(nóng)機的需求。