荷兰温室盆花自动化生产装备系统的发展现状

1、精选优质文档-倾情为你奉上荷兰温室盆花自动化生产装备系统的发展现状0引言荷兰温室面积占世界温室总面积的1/4以上，其温室园艺生产技术水平和温室土地利用率堪称世界第一，但在温室园艺生产规模不断扩大、劳动力成本日益增加和市场竞争日益激烈的形势下，荷兰温室园艺生产也面临着巨大挑战3-8。荷兰温室园艺生产中，劳动力费用占总成本的比例最大，其中蔬菜生产为34%，切花和盆花生产分别为27%和28%，并且还在呈现日益增长的趋势7-8。为减少温室盆花生产劳动力成本，追求温室土地利用率的最大化，保证产品快速适应市场变化，提高种植企业竞争力，荷兰温室园艺生产借助欧洲先进的工业自动化技术，以提升自动化生产水平为核心

2、，大力发展温室内部自动化生产装备，并有机地集成各作业环节生产装备构成自动化生产线，建立温室盆花高效生产体系，实现了盆花的高效规模化生产。荷兰温室园艺自动化生产装备系统中广泛采用现代工业自动化技术，内部物流技术、电子技术、计算机管理技术、信息技术、生物技术等，栽培生产实现了工厂化自动作业和计算机信息化管理，由于摆脱了自然气候的影响，有效提高了温室土地利用率16-19。荷兰温室内部自动化生产装备系统可实现盆花生产的基质装盆、种苗移植、盆花搬运、灌溉、疏盆、盆花分级、成品包装等一系列自动化作业，大大节省了劳动力，提高了作业生产率和产品品质20-23。针对温室园艺自动化生产的市场需求，一批荷兰企业基于

3、现代先进工业技术和生物技术，开发出各类温室园艺栽培管理专家系统和大量园艺自动化生产装备，大大推动了荷兰温室园艺生产自动化水平的提高与温室内部物流化自动生产系统的发展。PRIVA有限公司是荷兰温室自动化控制领域的巨头，20世纪70年代中期，该公司开发出第一套专门用于花卉园艺行业的栽培管理专家系统，目前主要开发、生产温室内灌溉控制系统、环境控制系统和能量控制系统方面的相关产品24-25。VISSER国际贸易与工程公司开发、生产各类园艺自动生产装备，针对全球温室园艺生产的市场需求，始终领导创新装备的设计、开发和生产，在世界温室园艺自动化装备生产领域占据重要的地位。CODEMA集团公司是开发、生产温室

4、内部物流化自动生产线的先驱之一，包括HAWE，WEVAB和SDF 3个子公司。HAWE公司运用最新_工业自动化先进成熟技术，开发、研制温室内部物流化自动生产线系统；WEVAB公司生产荷兰式苗床组件和栽培用排水槽系统：SDF公司是著名的园艺生产管理软件供应商，产品包括园艺生产管理系统，物流化自动生产线和机器视觉分选系统控制软件等。WPS园艺系统公司是一家开发、生产温室物流化自动生产系统装备与控制软件的中等规模企业，该公司追求将先进t业技术与电子新技术引入温室自动化生产装备系统中，是荷兰开发、生产盆花自动化生产装备的核心企业之。JAVO有限公司是一家致力于开发、生产花盆与穴盘基质填充等园艺自动化生

5、产装备的企业，已具有40多年的历史，产品行销世界各地。中国温室冈艺设施发展迅速，2010年园艺设施面积超过了350万hm2，但针对园艺设施的研究和技术推广主要集中在温室结构、环境控制和水肥管理等方面，对设施内自动化生产装备的触及不多。因此，为了借鉴国外相关先进技术，笔者根据近年参观荷兰Horti Fair国际园艺展览会和考察荷兰温室盆花种植企业的经历，介绍荷兰温室盆花自动化生产装备系统的发展现状。1荷兰温室盆花自动化生产装备系统的现状1.1温室盆花生产工艺流程荷兰温室盆花生产中，种苗一般由专业种苗公司生产，之后供给盆花种植企业。盆花种植一般分2个阶段，第一阶段是小苗培育，第二阶段是大、中苗培育

6、，两个种植阶段的具体栽培生产工艺流程包括：种苗装盆、盆花搬运、温室小苗培育、盆花搬运、培育苗分级、疏盆、盆花搬运、温室大中苗培育、盆花搬运、成品分级、成晶包装，直至成晶花出售（图1）。盆花培育在温室中进行，其他作业环节在与温室相邻的作业车间中完成。荷兰温室盆花种植的主要作业环节均已实现了自动化生产。1.2温室盆花自动化生产装备下面将图1所示盆花生产工艺流程中相似作业环节合并，以种苗装盆作业环节、盆花搬入（搬H）温室作业环节、分级作业环节、疏盆作业环节、包装作业环节和系统控制与管理为单元，介绍荷兰温室盆花自动化生产装备系统。1.2.1种苗装盆作业盆花种植企业购得种苗后，首先需将种苗移植到钵盆中，

7、其作业包括基质填充和种苗移植2个过程。种苗装盆作业一般有3种形式，一是通过输送带连接基质填充机(potting machine)与种苗移植机(seedlings transplanter)的作业方式，首先基质填充机向钵盆填充基质（图2a），然后，利用输送带将钵盆送至种苗移植机作业区，移植机将购买的穴盘种苗移植到钵盆中（钵盆也可放入钵盆托盘内（图2b），此种方式比较灵活，对基质填充机和种苗移植机相互之间的兼容性要求不高：二是基质填充机与种苗移植机相互对接的作业方式，作业时二者相互对接在一起，基质填充机直接将填充好基质的钵盆送至种苗移植机的移植作业位置（图2c），不需输送带传递钵盆，作业效率较高，

8、但是要求基质填充机与种苗移植机之问相互对接尺寸必须兼容：三是基质填充机与人丁移植配合作业的方式，首先，基质填充机自动完成上盆、基质填充、作穴等劳动强度较大的作业，然后，人T在基质填充机上将种苗移植入钵往内（图2d）。前两种方式均采用种苗移植机进行自动移植，移植作业生产率较高，多用于小种苗装盆作业，第三种方式适合于中、大种苗装盆作业。日前盆花种植企业广泛应用的是荷兰JAVO有限公司生产的基质填充机，其产品规格多，适合不同规模种植企业，基质填充生产率最高可达4000盆/h。VISSER国际贸易与工程公司是最早开发种苗移植机的冈艺自动化牛产装备生产厂家之一，其产品机型齐全，可实现穴盘种苗向钵盆移植或

9、穴盘种苗向穴盘移植等多种作业模式，具有30个移植机械手的PC-16型移植机生产率可达30000株h，存储有100种移植作业模式。1.2.2盆花搬运作业种苗在作业车问完成装盆作业后，将被送入温室进行培育，温室盆花自动化搬运主要有3种方式。第一种是利用苗床( bench)搬运(图3a)，种苗装盆后，通过盆花装床机(pot robot)的拾盆叉将等距摆放输送带输送来的等距排列的盆花装入苗床（图3b），苗床装满盆花后通过苗床输送轨道（图3c、d、e、f、g）或苗床搬运车自动搬运至温室内指定位置（图3h），苗床输送轨道可以对苗床进行横向或纵向输送（图39）。利用苗床搬运盆花作业效率较高，适合于大型种植企

10、业，但全面铺设苗床输送轨道投资较大。采用苗床搬运车在作业车间和温室之间运送苗床可留出行走通道，能减少局部轨道的铺设量，并简化苗床搬运机构。荷兰生产苗床自动搬运装备的公司很多，如VISSER国际贸易与工程公司、CODEMA集团公司、KG系统公rd、WPS冈艺系统公司、Van Zaal公司和Logiqs Agro公司等，其中CODEMA集团公司苗床搬运系统的形式多样，技术较为全面，不仅在荷兰广为使用，德国、英国、芬兰、波兰、美国、日本、韩国等国家的种植企业也采用了该公司的相关技术和装备，中国天津滨海国际花卉科技同区股份有限公司也引入了CODEMA集团公司的温室盆花苗床物流化自动搬运装备系统。第二种

11、是通过输送带直接将盆花送入温室(图3i、i)。采用输送带搬运盆花的作业方式较简单，仪依靠输送带就可将盆花自动地直接输送到温室内指定栽培区域，但该种作业方式需在温室内整个盆花培育区域安置输送带，控制节点非常多，对输送带作业控制器件的质量与作业可靠性要求非常高。在这方面，WPS园艺系统公司的技术独占鳌头，其单个电机驱动的输送带长度可达100 m。第三种是利用叉车搬运盆花，首先由输送带将盆花送入盆花阵列装置(pot place unit)，阵列装置为一宽幅输送带(collecting/buffer belt)，可根据要求设定阵列间距和阵列形式（隔行错位或不错位）（图3k），然后叉车（图31）将阵列装

12、置上的阵列盆花搬运至温室内指定地点。叉车上装有搬运义(pot spacing fork)，搬运叉的间距与阵列装置上盆花的阵列间距一致。叉车搬运盆花投资较小，但自动化程度较低，搬运时需人工驾驶叉车频繁往返于温室培育区域和作业车间之间。V|SSER国际贸易与工程公司生产的盆花搬运叉车规格和形式较多，采用叉车搬运盆花的种植企业大多选用该公司生产的搬运叉车。盆花由温室搬出，可通过以上3种搬运方式逆向作业来完成。1.2.3盆花分级作业根据图1作业流程，在完成盆花小苗培育和成品花培育后，需对盆花进行分级，人工分级作业生产率低，评判标准难以统一，荷兰盆花种植企业规模化生产一般均采用视觉分级系统( visio

13、n pot plant grading system)对盆花分级，主要通过检测盆花的冠径、株高、花朵数、花形、花色等参数进行分级。盆花分级作业时，待分级盆花利用输送带送入视觉分级系统（图4a），盆花在水平面上相向运动的两条输送带构成的旋盆机构作用下（图4b），于数字相机前进行边旋转边行进的运动，这样可获得盆花多个方向的图像，以利于进行全面的综合打分评级，图4c为视觉分级系统的操作界面。分级后的盆花按级别通过输送带自动分道进入不同区域分区管理或进行分级后包装（图4d）。荷兰盆花视觉分级系统主要由VISSER国际贸易与工程公司、CODEMA集团的SDF公司、WPS同艺系统公司和Terra Inte

14、rnational公司等提供。1.2.4盆花疏盆作业盆花经过一段时期培育后，原有盆花间距不能满足其进一步生长的需求，需对盆花进行疏盆作业，增加盆花的生长空间。根据盆花种植作业流程，一般疏盆作业之前需先进行分级，再对盆花进行疏盆处理，然后送回温室，疏盆作业安排在盆花搬入温室的过程中进行，即在盆花输送过程中调整盆花的摆放问距。疏盆作业有叉车疏盆、盆花装床机疏盆和输送带疏盆3种形式。叉车疏盆是根据疏盆间距要求调节叉车上挂接的搬运叉（图31）的齿间距（图5a），在温室内摆盆时再配合调整搬运叉的卸钵间距(图5b)，从而实现对盆花的疏盆摆放；盆花装床机疏盆是通过调整等距摆盆输送带的卡位间距（图5c）、更换

15、与卡位间距对应的拾盆又（图5d），同时调整盆花装床机装床时苗床的行间步进距离，从两个方向上实现对盆花的疏盆；输送带疏盆相对比较简单，通过改变盆花的输送间隔即可实现疏盆的目的。1.2.5盆花包装作业成品盆花包装是盆花生产的最后一个作业环节，荷兰盆花包装作业有人工包装，也有机械包装。人工包装作业一般利用电动转盘包装，包装人员根据订单要求对各类盆花装袋，然后放置于电动转盘上的托盘内（图6a），电动转盘定位间歇转动，包装人员可定点作业，这减少了包装作业过程中的搬运作业，减轻了劳动强度，提高了作业效率。机械包装依靠盆花包装机( potted flower sleeving machine)进行，盆花包装

16、机自动完成瓮花套袋和盆花装盘（图6b-6e）等作业环节，有些包装设备还l叮完成以托盘为单位的盆花自动装箱作业(图6f)。人工包装作业投资少、作业灵活，但作业生产率低；机械包装作业生产率高，用工人数少，劳动强度低，但投资较高，且作业灵活性差，难以实现不同品种搭配包装。荷兰生产盆花包装没备的企业主要包括VISSER公司、Crea-Tech公司和Terra International公司，其中VISSER公司生产的包装机生产率可达1000l 200盆h。1.2.6系统控制与管理荷兰温室盆花自动化生产系统采用计算机自动控制生产作业，生产管理人员可通过计算机控制软件对系统实时监控。图7a为CODEMA集

17、团SDF公司为荷兰OVATA盆花种植公司设计的温室盆花自动化生产控制系统的操作界面，可对HAWE公司生产的笳花自动生产装备进行作业控制，生产中计算机以苗床为单位进行搬运控制，每个苗床上贴有二维认证识别(ID)码（图7b），图7a中操作界面上每个单元块各代表一个苗床，在操作界面上，操作人员可通过鼠标将苗床移至温室或作业车间内设定的目标位置，苗床搬运系统自动执行苗床运送作业，操作界面上各苗床单元的颜色表示凿床中盆花的生长期与栽培处理等信息。控制系统通过盆花栽培管理专家系统，根据盆花的长势对其进行温室光照、温度、营养液配比、潮汐灌溉等栽培处理的自动化管理作业，控制系统数据库记录盆花生产期间的环境参数

18、、生长参数和栽培处理信息，可随时调阅查询。另外，生产管理人员还可利用手机通过互联网向自动控制系统发布控制指令，实施生产装备作业远程控制（图7c）。图7d足WPS同艺系统公司为荷兰Teer Laak兰花种植公司开发的温室盆花自动生产系统所用的花盆底座，兰花输送时，每盆兰花都被放置j_一个花盆底座上进入输送带搬运系统，花盆底座内嵌有Tagsys公司生产的无源无线识别(RFID)标签，通过RFID阅读器识读标签上的信息，将数据传输给WPS植物生长控制系统(plant order system)，控制系统分析利用视觉系统获取得的兰花冠茎、株高、花数、花形及颜色等相关数据，判断兰花的长势，白动调控肥水的

19、施入量。RFID标签内的数据可清除，重复用于下轮盆栽兰花栽培使用。1.2.7其他辅助装备除上述作业环节的关键乍产装备外，盆花生产中还应用到图8所示的一些辅助生产装备。在使用苗床搬运盆花的情况下，需要在作业车间配置苗床搬运天车，采用天车搬运苗床能简化地面轨道布置，可完成苗床码垛堆放、轨道问跳线搬运茁床等作业(图8a)。天车作业也由控制系统自动控制，无需操作人员手动操控。图8b是苗床提升设备，对于采用双层苗床运送结构（图3c）和双层曲床培育结构的大型种植中心，需要提升设备实现丌i同层间苗床的输送。图8c足苗床清洗设备，苗床经过一轮栽培使用后，通过该设备对其进行清洗和消毒处理，作业过程也由控制系统自

20、动完成。图8d为盆花成品搬运车，这类搬运车的规格和尺寸均是统一的，运输时直接搬l：货运长车，进入拍卖市场和销售市场，在种植企业和销售市场之问循环使用。2荷兰温室盆花自动化生产装备系统的特点荷兰温室瓮花生产以减少劳动力使用量、降低牛产成本、提高作业生产率为目的，火力发展温室自动化生产装备系统，其发展模式具有以下几方面特点：2.1栽培管理专家系统进行自动栽培管理盆花生产中，盆花栽培管理专家系统通过视觉系统、环境传感器自动监测盆花的生长状况和环境状况，分析各类相关数据，判断盆花的长势，并自动调控肥水的施入量、补光、通风等作业，掌控盆花的生产过程，操作人员只是进行监视管理。温室栽培环境、盆花生长状态及

21、栽培处理等均自动记录在自动控制系统的数据库中。2.2生产作业自动化、信息化、智能化荷兰温室盆花生产为了降低人工成本，广泛采用了现代先进工业技术，如视觉技术、计算机专家系统、精密传动技术、各类传感器技术、计算机数据传输技术、机器人技术等，大部分作业环节达到了如同工厂自动化生产线模式的作业形式，盆花生产时不仅各生产作业环节点采用自动化装备作业，各自动化装备作业环节点均由输送带、自动搬运轨道、苗床搬运天车和搬运叉车等输送设备有机地连接起来，构成了温室内部物流生产体系，大大提高了生产效率，减轻了人工作业的劳动强度。自动化生产装备控制系统智能化控制和管理自动装备的生产作业，优化温室内苗床输送和布局方式，并记录作业信息以备查询和后期分析，实现了盆花自动化、智能化、信息化生产。2.3温室高利用率周年生产由于实现了计算机栽培生产自动管理和自动化装备生产，降低了外