荷兰温室盆花自动化生产装备系统的发展现状.docx
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荷兰温室盆花自动化生产装备系统的发展现状
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,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、生产温室内部物流化自动生产线的先驱之一,包括 HAWE,WEVA
B 和 SDF3 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,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,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,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 10
0 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、VanZaal 公司和 LogiqsAgro
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 sp
acing 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( vision 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 International 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
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