Апстракт: Во последниве години, со континуирано истражување на модерната земјоделска технологија, индустријата за фабрика за растенија исто така брзо се разви. Овој труд воведува статус кво, постојни проблеми и развојни контрамерки на фабричката технологија и развој на фабриката за растенија и со нетрпение го очекува трендот на развој и перспективата на фабриките за растенија во иднина.

1. Тековен статус на развој на технологија во фабрики за растенија во Кина и во странство

1.1 Статус кво на развој на странска технологија

Од 21 век, истражувањето на фабриките за растенија главно се фокусираше на подобрување на ефикасноста на светлината, создавање на повеќеслојна тродимензионална опрема за култивирање на системот и истражување и развој на интелигентно управување и контрола. Во 21 век, иновацијата на земјоделските извори на светлина на LED постигна напредок, обезбедувајќи важна техничка поддршка за примена на LED извори на светлина за заштеда на енергија во фабриките за растенија. Универзитетот Чиба во Јапонија направи голем број иновации во високо-ефикасни извори на светлина, контрола на животната средина за заштеда на енергија и техники на култивирање. Универзитетот Вагининген во Холандија користи симулација на животната средина и технологија за динамична оптимизација за да развие интелигентен систем за опрема за фабрики за растенија, што во голема мерка ги намалува оперативните трошоци и значително ја подобрува продуктивноста на трудот.

Во последниве години, фабриките за растенија постепено ја реализираа полуавтоматиката на производните процеси од сеење, одгледување расад, трансплантација и берба. Јапонија, Холандија и Соединетите држави се во првите редови, со висок степен на механизација, автоматизација и интелигенција и се развиваат во насока на вертикално земјоделство и беспилотно работење.

1.2 Статус на развој на технологија во Кина

1.2.1 Специјализиран LED LED извор на светлина и опрема за заштеда на енергија за вештачка светлина во фабриката за растенија

Специјални црвени и сини LED извори на светлина за производство на разни растителни видови во фабрики за растенија се развиени еден по друг. Енергијата се движи од 30 до 300 W, а интензитетот на светло за зрачење е 80 до 500 μmol/(m2 • s), што може да обезбеди интензитет на светлина со соодветен опсег на прагот, параметри за квалитет на светлина, за да се постигне ефектот на висока ефикасност Заштеда на енергија и прилагодување на потребите на раст и осветлување на растенијата. Во однос на управувањето со дисипацијата на топлина на изворот на светлина, воведен е активен дизајн на дисипација на топлина на вентилаторот на изворот на светлина, со што се намалува стапката на распаѓање на светлината на изворот на светлина и го обезбедува животот на изворот на светлина. Покрај тоа, се предлага метод за намалување на топлината на LED извор на светлина преку хранлив раствор или циркулација на вода. Во однос на управувањето со просторот на изворот на светлина, според законот за еволуција со големина на растенијата во фаза на расад и подоцнежна фаза, преку вертикалното управување со вселенското движење на LED извор на светлина, растителната крошна може да се осветли наблиску и целта за заштеда на енергија е постигнато. Во моментов, потрошувачката на енергија на вештачки фабрички фабрички фабрички извор на светлина може да претставува 50% до 60% од вкупната потрошувачка на оперативна енергија во фабриката за растенија. Иако ЛЕР може да заштеди 50% енергија во споредба со флуоресцентни ламби, сепак постои потенцијал и потреба од истражување за заштеда на енергија и намалување на потрошувачката.

1.2.2 Мулти-слојно тродимензионална технологија и опрема за одгледување

Јазот на слојот на повеќеслојното тродимензионално одгледување е намален затоа што ЛЕР ја заменува флуоресцентната ламба, што ја подобрува тродимензионалната ефикасност на искористување на просторот на одгледувањето на растенијата. Постојат многу студии за дизајнирање на дното на креветот за култивирање. Подигнатите ленти се дизајнирани да генерираат турбулентен проток, што може да им помогне на засадите корени да ги апсорбираат хранливите материи во хранливиот раствор рамномерно и да ја зголемат концентрацијата на растворен кислород. Користејќи ја таблата за колонизација, постојат два методи на колонизација, односно пластичните чаши за колонизација со различни големини или режимот на колонизација на периметар на периметар на сунѓер. Се појави лизгачки систем за кревети за култивирање, а таблата за садење и растенијата на неа можат рачно да се туркаат од едниот до другиот крај, реализирајќи го начинот на производство на садење на едниот крај на креветот за култивирање и бербата на другиот крај. Во моментов, развиена е разновидност на тродимензионална мулти-слојна технологија за култура на култура заснована врз технологија за хранливи течни филмови и технологија на длабоки течни проток, а технологијата и опремата за култивирање на подлогата на јагоди, аеросол одгледување на лиснат зеленчук и цвеќиња се појавија. Споменатата технологија се разви брзо.

1.2.3 Технологија и опрема за циркулација на хранливи материи

Откако хранливиот раствор се користи за одреден временски период, неопходно е да се додадат вода и минерални елементи. Општо, количината на ново подготвениот хранлив раствор и количината на раствор на киселина-базен се одредуваат со мерење на EC и PH. Големите честички на талог или ексфолијација на коренот во хранливиот раствор треба да се отстранат со филтер. Ексудатите на коренот во хранливиот раствор може да се отстранат со фотокоталитички методи за да се избегнат континуирани пречки за сечење во хидропоника, но има одредени ризици при достапноста на хранливите материи.

1.2.4 Технологија и опрема за контрола на животната средина

Чистотата на воздухот на производниот простор е еден од важните показатели за квалитетот на воздухот на фабриката за растенија. Чистотата на воздухот (индикатори за суспендирани честички и населени бактерии) во производниот простор на фабриката за растенија под динамични услови треба да се контролира на ниво над 100.000. Влез за дезинфекција на материјалот, третман на влезен персонал за туширање на воздухот и систем за прочистување на воздухот за циркулација на свеж воздух (систем за филтрирање на воздухот) се сите основни заштитни мерки. Температурата и влажноста, концентрацијата на CO2 и брзината на протокот на воздух на воздухот во производниот простор се уште една важна содржина на контрола на квалитетот на воздухот. Според извештаите, поставување опрема како што се кутии за мешање на воздухот, воздушни канали, влезови на воздухот и воздушни места може рамномерно да ја контролираат температурата и влажноста, концентрацијата на CO2 и брзината на протокот на воздух во производниот простор, за да се постигне висока просторна униформност и да се задоволат потребите на растенијата и На различни просторни локации. Системот за контрола на концентрацијата на температурата, влажноста и CO2 и системот за свеж воздух се органски интегрирани во циркулирачкиот воздушен систем. Трите системи треба да го споделат воздушниот канал, влезот на воздухот и излезот на воздухот и да обезбедат моќност преку вентилаторот за да ја реализираат циркулацијата на протокот на воздух, филтрацијата и дезинфекцијата и да се ажурираат и униформноста на квалитетот на воздухот. Обезбедува дека производството на растенија во фабриката за растенија е ослободено од штетници и болести и не е потребна апликација за пестициди. Во исто време, униформноста на температурата, влажноста, протокот на воздух и концентрацијата на CO2 на елементите на околината за раст во крошна е загарантирана за да ги задоволи потребите на растот на растенијата.

2. Развој на статус на фабриката за фабрика за растенија

2.1 Статус кво на фабриката за фабрика за странски растенија

Во Јапонија, истражувањето и развојот и индустријализацијата на вештачките фабрики за растенија се релативно брзи, и тие се на водечко ниво. Во 2010 година, јапонската влада започна 50 милијарди јени за поддршка на технолошко истражување и развој и индустриска демонстрација. Учествуваа осум институции, вклучително и Здружението за фабрика за фабрики за фабрика за растенија Чиба. Идната компанија во Јапонија го презеде и управуваше првиот проект за демонстрација на индустријализација на фабриката за растенија со дневно производство од 3.000 постројки. Во 2012 година, трошоците за производство на фабриката за растенија беше 700 јени/кг. Во 2014 година, беше завршена модерната фабрика фабрика фабрика во замокот Тага, префектурата Мијаги, станувајќи прва светска фабрика за растенија во светот со дневно производство од 10,000 растенија. Од 2016 година, фабриките за ЛЕР растенија влегоа во брзата лента за индустријализација во Јапонија, а пробиените или профитабилните претпријатија се појавија еден по друг. Во 2018 година, големи фабрики за растенија со дневен производствен капацитет од 50.000 до 100.000 растенија се појавија еден по друг, а глобалните фабрики за растенија се развиваа кон големи, професионални и интелигентни развој. Во исто време, електричната енергија во Токио, електричната енергија Окинава и другите полиња почнаа да инвестираат во фабрики за растенија. Во 2020 година, уделот на пазарот на зелена салата произведена од јапонски фабрики за растенија ќе учествува со околу 10% од целиот пазар на зелена салата. Меѓу повеќе од 250 вештачки фабрики за растенија од типот на светлина кои моментно се во функција, 20% се во фаза на загуба, 50% се на ниво на пауза, а 30% се во профитабилна фаза, кои вклучуваат култивирани растителни видови како што се зелена салата, билки и садници.

Холандија е лидер во реалниот свет во областа на комбинираната технологија за примена на соларна светлина и вештачка светлина за фабриката за растенија, со висок степен на механизација, автоматизација, интелигенција и беспилотноста и сега извезува целосен пакет технологии и опрема како силна Производи на Блискиот исток, Африка, Кина и други земји. Американската фарма Аерофармс се наоѓа во Newуарк, Newу Jerseyерси, САД, со површина од 6500 м2. Главно расте зеленчук и зачини, а излезот е околу 900 t/година.

Вертикално земјоделство во аерофарми

Вертикалната фабрика за растенија за земјоделство на многу компанија во Соединетите држави усвојува LED осветлување и вертикална рамка за садење со висина од 6 m. Растенијата растат од страните на жардинерите. Потпирајќи се на наводнување на гравитација, овој метод на садење не бара дополнителни пумпи и е поефикасно од водно од конвенционалното земјоделство. Многу тврди дека неговата фарма произведува 350 пати повеќе од производството на конвенционална фарма додека користи само 1% од водата.

Вертикална фабрика за растенија за земјоделство, многу компанија

2.2 Индустрија за фабрика за растенија за статус во Кина

Во 2009 г. Областа на зградата е 200 м2, а факторите на животната средина, како што се температурата, влажноста, светлината, СО2 и концентрацијата на хранливи материи на фабриката за растенија, можат автоматски да се следат во реално време за да се реализира интелигентно управување.

Во 2010 година, фабриката за растенија во Тонгжу, изградена во Пекинг. Главната структура усвојува единечна структура на лесен челик со вкупна градежна површина од 1289 м2. Тој е во облик на носач на авиони, симболизирајќи го кинеското земјоделство, преземајќи водство во поставувањето на најнапредната технологија на современото земјоделство. Развиена е автоматска опрема за некои операции на производство на лиснат зеленчук, што го подобри нивото на автоматизација на производството и ефикасноста на производството на фабриката за растенија. Фабриката за растенија усвојува систем на топлинска пумпа за извор на земја и систем за производство на соларна енергија, кој подобро го решава проблемот со високите оперативни трошоци за фабриката за растенија.

Внатре и надворешен поглед на фабриката за растенија во Тонгжу

Во 2013 година, многу компании за земјоделска технологија беа основани во земјоделската зона за демонстрација на високо-технологијата Јанглинг, провинцијата Шанкси. Повеќето од фабричките проекти во фабриката во изградба и работење се наоѓаат во земјоделски високо-технолошки демонстративни паркови, кои главно се користат за популарни научни демонстрации и разгледување на слободно време. Поради нивните функционални ограничувања, тешко е за овие популарни фабрики за научни растенија да го постигнат високиот принос и високата ефикасност што ја бараат индустријализацијата и ќе биде тешко за нив да станат главна форма на индустријализација во иднина.

Во 2015 година, главен производител на LED чипови во Кина соработуваше со Институтот за ботаника на Кинеската академија на науките за заедничко иницирање воспоставување на фабрика за фабрика за растенија. Премина од оптоелектронската индустрија во „фотобиолошката“ индустрија и стана преседан за кинеските производители на ЛЕР да инвестираат во изградба на фабрики за растенија во индустријализацијата. Неговата фабрика за растенија е посветена на правење индустриски инвестиции во новите фотобиологија, која интегрира научно истражување, производство, демонстрација, инкубација и други функции, со регистриран капитал од 100 милиони јуани. Во јуни 2016 година, оваа фабрика за растенија со 3-катна зграда која опфаќа површина од 3.000 м2 и површина за одгледување од повеќе од 10,000 м2 беше завршена и ставена во функција. До мај 2017 година, дневната скала за производство ќе биде 1.500 кг лиснат зеленчук, што е еквивалентно на 15,000 растенија од зелена салата на ден.

Прегледи на оваа компанија

3. Проблеми и контрамерки со кои се соочува развојот на фабриките за растенија

3.1 Проблеми

3.1.1 Високи трошоци за градба

Фабриките за растенија треба да произведат култури во затворено опкружување. Затоа, неопходно е да се изградат поддршка на проекти и опрема, вклучувајќи структури за надворешни одржување, системи за климатизација, вештачки извори на светлина, повеќеслојни системи за култивирање, циркулација на хранливи материи и системи за контрола на компјутер. Цената на изградбата е релативно висока.

3.1.2 Трошоци за висока работа

Повеќето извори на светлина што ги бараат фабриките за растенија потекнуваат од LED светла, кои трошат многу електрична енергија, додека обезбедуваат соодветни спектар за раст на различни култури. Опремата како што се климатизација, вентилација и пумпи за вода во производниот процес на фабриките за растенија, исто така, трошат електрична енергија, така што сметките за електрична енергија се огромен трошок. Според статистиката, меѓу трошоците за производство на фабриките за растенија, трошоците за електрична енергија учествуваат со 29%, трошоците за работна сила сочинуваат 26%, а амортизацијата на фиксни средства учествува со 23%, пакувањето и транспортот учествуваат со 12%, а производните материјали учествуваат со 10%.

Пробивање на трошоците за производство за фабриката за растенија

3.1.3 Ниско ниво на автоматизација

Тековно применетата фабрика за растенија има ниско ниво на автоматизација, а процесите како што се расад, трансплантација, садење на терен и берба сè уште бараат рачно работење, што резултира во високи трошоци за работна сила.

3.1.4 Ограничени сорти на култури што можат да се одгледуваат

Во моментов, видовите култури погодни за фабриките за растенија се многу ограничени, главно зелен лиснат зеленчук што растат брзо, лесно прифаќаат вештачки извори на светлина и имаат мала крошна. Големо садење не може да се изврши за сложени барања за садење (како што се култури што треба да се опрашуваат, итн.).

3.2 Стратегија за развој

Со оглед на проблемите со кои се соочуваат фабриката за фабрика за растенија, неопходно е да се спроведат истражување од различни аспекти, како што се технологијата и работењето. Како одговор на тековните проблеми, контрамерките се како што следува.

(1) Зајакнување на истражувањето за интелигентна технологија на фабриките за растенија и подобрување на нивото на интензивно и рафинирано управување. Развојот на интелигентен систем за управување и контрола помага да се постигне интензивно и рафинирано управување со фабриките за растенија, што може во голема мерка да ги намали трошоците за работна сила и да заштеди работна сила.

(2) Развивање интензивна и ефикасна фабрика за фабрики за растенија за да се постигне годишна високо-квалитетна и високо-принос. Развојот на високо-ефикасни објекти за одгледување и опрема, технологија за заштеда на енергија и опрема за осветлување, итн., За подобрување на интелигентното ниво на фабриките за растенија, е погодно за реализација на годишно производство на високо-ефикасност.

(3) Изведете истражување за технологијата за индустриско култивирање за растенија со голема додадена вредност, како што се лековити растенија, здравствени постројки и ретки зеленчуци, да ги зголемите видовите култури што се одгледуваат во фабриките за растенија, прошируваат профитни канали и подобрување на почетната точка на профитот .

(4) спроведува истражување за фабрики за растенија за домаќинства и комерцијална употреба, збогатете ги видовите фабрики за растенија и постигнете континуирана профитабилност со различни функции.

4 Тренд за развој и перспектива на фабриката за растенија

4.1 Тренд за развој на технологија

4.1.1 Интелектуализација со целосен процес

Врз основа на механизмот за спречување на фузија и губење на системот за земјоделски култури, со голема брзина флексибилно и не-деструктивно садење и берење крајни ефектори, дистрибуирани мулти-димензионални простории точни позиции и мулти-модални мулти-машини методи за контрола на колаборација, методи за контрола на соработка, и беспилотно, ефикасно и не-деструктивно сеење во фабрики за растителни фабрики-Интелигентни роботи и опрема за поддршка, како што е Треба да се создаде пакување за собирање на садење, со што се реализира беспилотно работење на целиот процес.

4.1.2 Направете ја контролата на производството попаметна

Врз основа на механизмот за одговор на раст на земјоделските култури и развој на светло зрачење, температура, влажност, концентрација на CO2, концентрација на хранливи материи на хранливи материи и ЕК, треба да се конструира квантитативен модел на повратни информации од животната средина. Треба да се воспостави стратешки модел на јадро за динамично анализирање на лисја од зеленчук за живот и параметри на животната средина. Исто така, треба да се воспостави и систем за дијагностицирање на динамична идентификација и контрола на животната средина. Треба да се создаде мулти-машински колаборативен систем за вештачка интелигенција за целиот процес на производство на вертикална земјоделска фабрика со голем обем.

4.1.3 Ниско производство на јаглерод и заштеда на енергија

Воспоставување систем за управување со енергија кој користи обновливи извори на енергија, како што се соларни и ветер, за да се заврши преносот на електрична енергија и контролирање на потрошувачката на енергија за да се постигнат оптимални цели за управување со енергија. Фаќање и повторна употреба на емисиите на CO2 за да се помогне во производството на земјоделски култури.

4.1.3 Висока вредност на премиум сорти

Треба да се преземат изводливи стратегии за да се одгледуваат различни сорти со висока додадена вредност за садење експерименти, изградба на база на податоци за експерти за технологија за култивирање, спроведување на истражување за технологија за култивирање, избор на густина, аранжман на никулци, разновидност и прилагодливост на опрема и стандардни технички спецификации за култивирање.

4.2 Изгледи за развој на индустријата

Фабриките за растенија можат да се ослободат од ограничувањата на ресурсите и животната средина, да го реализираат индустријализираното производство на земјоделство и да ја привлечат новата генерација на работна сила за да се вклучат во земјоделското производство. Клучната технолошка иновација и индустријализацијата на фабриките за растенија во Кина станува светски лидер. Со забрзана примена на LED извор на светлина, дигитализација, автоматизација и интелигентни технологии од областа на фабриките за растенија, фабриките за растенија ќе привлечат повеќе капитални инвестиции, собирање таленти и употреба на повеќе нови енергија, нови материјали и нова опрема. На овој начин, може да се реализира длабинска интеграција на информатичката технологија и објекти и опрема, може да се подобри интелигентното и беспилотно ниво на објекти и опрема, континуирано намалување на потрошувачката на енергија и трошоците за работа преку континуирана иновација и постепено Одгледување на специјализирани пазари, интелигентни фабрики за растенија ќе придонесат во златниот период на развој.

Според извештаите за истражување на пазарот, големината на пазарот на вертикални земјоделски производи во 2020 година е само 2,9 милијарди американски долари, а се очекува дека до 2025 година, глобалната големина на пазарот на вертикални земјоделски производи ќе достигне 30 милијарди американски долари. Накратко, фабриките за растенија имаат широки изгледи за примена и простор за развој.

Автор: Зенчан ouоу, Вајдонг, итн

Информации за цитирање:Тековната состојба и изгледите за развој на фабриката за фабрички растенија [J]. Технологија на земјоделско инженерство, 2022, 42 (1): 18-23.Од Зенгчан ouоу, Веи Донг, Ксиганг Ли, и др.