第 44 卷第 1 期 202 3 年 1 月 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) Journal of Chinese Agricultural Mechanization Vol 44 No 0 Jan 2023 DOI 00 03733 j jcam issn 2095 5553 2023 01 018 國內(nèi) 外 設(shè)施 蔬菜 機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀分析及對 策 王江 2 李浩 1 2 馬志偉 3 郝建軍 12 劉文科 4 1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 河北保定 71001 2 河北省智 慧 農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)創(chuàng)新中心 河北保定 71001 3 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)村發(fā)展學(xué)院 河北保定 71001 4 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 北京市 00081 摘要 隨著我 國 設(shè)施蔬 菜 產(chǎn)業(yè)的 不 斷 發(fā)展以及人 們 對 設(shè)施蔬 菜 的 需求 日益增加 實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 智能 化作業(yè)生產(chǎn)成為了 設(shè)施 蔬 菜 產(chǎn)業(yè)現(xiàn) 代 化進(jìn)程中的 必 要 環(huán)節(jié) 雖然我 國 設(shè)施蔬 菜 面 積 產(chǎn) 量以及產(chǎn) 值不 斷擴(kuò) 大 但 與 歐 美 等 設(shè)施 農(nóng)業(yè)發(fā) 達(dá) 國家 仍 有很 大的 差距 為提高 設(shè)施我 國 設(shè)施 產(chǎn)業(yè)機(jī)械化 水平 研制 可靠 的機(jī)械作業(yè) 裝備 綜述 分析 美 國 日本 荷 蘭 等國家現(xiàn) 代 化 設(shè)施蔬 菜 作業(yè)機(jī)械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展 動(dòng) 態(tài) 總結(jié) 歸納 我 國 設(shè)施蔬 菜 作業(yè)機(jī)械的類型以及 優(yōu)缺 點(diǎn) 指出 我 國 設(shè)施蔬 菜 生 產(chǎn)過程中 存在 機(jī)械化 自 動(dòng) 化程度不 高 機(jī)具適應(yīng)性 差 農(nóng)業(yè)機(jī) 器 人應(yīng)用 相 對 落 后 等 問題 結(jié)合 我 國國情提出要加 強(qiáng) 研發(fā) 智能 化 信息 化 設(shè)施 農(nóng)業(yè) 裝備 推 進(jìn) 新 材 料 及農(nóng)業(yè)機(jī) 器 人 新 技術(shù)的應(yīng)用等提 升設(shè)施蔬 菜 機(jī)械化 水平 的對 策 為我 國 設(shè)施蔬 菜 機(jī)械化的發(fā)展指明方向和提 供參考 關(guān)鍵詞 設(shè)施蔬 菜 機(jī)械化 智能 化 信 息 化 農(nóng)業(yè)機(jī) 器 人 中圖分類號 S233 4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095 5553 2023 01 0124 07 王江 李 浩 馬 志偉 郝建 軍 劉文 科 2 Technology Innovation Center of Intelligent Agricultural Equipment Hebei Provincial Baoding 071001 China 3 School of Rural Development Hebei Agricultural University Baoding 071001 China 4 Institute of Agricultural Environment and Sustainable Development Chinese Academy ofAgricultural Sciencss Beijing 100081 China Abstract With the continuous development offacilities vegetableindustry and theincreasing demand for facilities vegetable the realization of mechanization and intelligent operation production has become the necessary link in the modernizationprocessoffacilitiesvegetableindustry研究方向?yàn)闄C(jī)械裝 備 性能與 智 能控制 E mail hjjpaper 163 com 第 1 期 王江等 國內(nèi)外設(shè)施 蔬菜 機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀分析及對 策 125 strengthen research and development of intellectualized facilities informationized facilities agricultural equipment and promote the application of new materials and new agricultural robot technology which will point out the direction and provide reference for the development of Chinese facilities vegetable mechanization Keywords facility vegetables mechanization intelligentize information agricultural robot 0引言 蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚闹匾称?我 國幅員遼闊 人口眾多 對蔬菜需求量很大 為解決我 國蔬菜供給不均衡 消費(fèi)者對反季蔬菜高需求的問題 需要在不適宜露地種植蔬菜的季節(jié) 利用日光溫室 塑 料拱棚 遮陽棚 網(wǎng)棚等設(shè)施 創(chuàng)造適宜蔬菜生長的環(huán) 境條件 進(jìn)行設(shè)施蔬菜生產(chǎn) 2020 年全國溫室設(shè)施大棚栽培面積達(dá) 3 700 khm2 其中連棟溫室面積達(dá)到 1 000 khm2 設(shè)施栽培總面積 已突破 4 000 khm2 設(shè)施蔬菜種植面積在不斷擴(kuò)大 門 2022 年 1 月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布的 十四五 全國農(nóng)業(yè)機(jī) 械化發(fā)展規(guī)劃 明確指出 加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化全程 全面和高質(zhì)量發(fā)展 到 2025 年設(shè)施農(nóng)業(yè) 畜牧養(yǎng)殖 水 產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)產(chǎn)品初加工機(jī)械化率總體達(dá)到 50 以上 2035 年實(shí)現(xiàn)設(shè)施種植 農(nóng)產(chǎn)品初加工機(jī)械化促進(jìn)農(nóng)產(chǎn) 品增值能力顯著增強(qiáng) 機(jī)械化 信息化 智能化全面 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理 作業(yè)監(jiān)測與服務(wù) 隨著人們 對設(shè)施蔬菜的需求日益增加 設(shè)施蔬菜種植面積與日 俱增 但設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)化程度仍處于較低的發(fā)展水平 設(shè)施蔬菜產(chǎn)量供不應(yīng)求 蔬菜品質(zhì)得不到保障 設(shè)施 裝備和機(jī)械化生產(chǎn)是設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要 支撐 目前我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)大部分仍處于人工作業(yè) 模式 遠(yuǎn)達(dá)不到機(jī)械化標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)要求 為實(shí)現(xiàn)設(shè)施蔬菜 產(chǎn)業(yè)高水平快速發(fā)展 我國設(shè)施蔬菜機(jī)械化 自動(dòng)化水 平較低的問題亟需解決 為此 通過分析目前國內(nèi)外 設(shè)施蔬菜機(jī)械化發(fā)展的現(xiàn)狀與特點(diǎn) 為我國設(shè)施蔬菜 發(fā)展方向提供參考 1 國 外 設(shè)施 蔬菜 機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀 1 1美國設(shè)施蔬菜機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀 美國的市場經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá) 設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于世界領(lǐng) 先水平 實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化 規(guī)模化生產(chǎn) 美國的設(shè)施蔬菜 生產(chǎn)區(qū)域呈現(xiàn)集中化 布局專業(yè)化和服務(wù)社會化的特 點(diǎn) 設(shè)施蔬菜機(jī)械化水平高 從選種 耕整地 播種 收 獲到運(yùn)輸加工都已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè) 如圖 1 所示 農(nóng)業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于作業(yè)生產(chǎn)過程中 顯著增加了 工作效率與質(zhì)量 2 佛羅里達(dá)大學(xué)開發(fā)了用于人 一 機(jī) 器人協(xié)作的隨機(jī)優(yōu)化模型 使用風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避框架來確定 最優(yōu)的服務(wù)策略 最小化經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn) 3 美國某 公司研制的自動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行多種農(nóng)業(yè)功能 通過機(jī)器 學(xué)習(xí)模型 計(jì)算機(jī)視覺和高精度機(jī)械工具 干凈地采摘 雜草 同時(shí)消除有害的化學(xué)物質(zhì)輸入 圖 2 所示為美國設(shè)施蔬菜內(nèi)部布局 美國有發(fā)達(dá) 的設(shè)施栽培技術(shù) 綜合環(huán)境技術(shù)水平高 設(shè)施向連棟化 方向發(fā)展 美國設(shè)施蔬菜機(jī)械趨向多功能化 智能化 發(fā)展 可選用的機(jī)具種類多 機(jī)具質(zhì)量穩(wěn)定可靠 使用 壽命長 標(biāo)準(zhǔn)化 系列化 通用化程度高 售后服務(wù)便 利 作業(yè)機(jī)械通過與物聯(lián)網(wǎng) 計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合 對設(shè)施 的空氣濃度 溫度 濕度 水分等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與監(jiān)控 并與大數(shù)據(jù)相耦合 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化調(diào)控 極大地提高 了生產(chǎn)效率 在保證產(chǎn)量的同時(shí)還提高了品質(zhì) 有效增 加了設(shè)施蔬菜的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)囚 納米材料在作物加工設(shè) 備上得到應(yīng)用 太陽能作物烘干機(jī) 作物剝皮和打包機(jī) 械上都有納米材料的應(yīng)用 a 采 摘 機(jī)器人 b 運(yùn)輸 機(jī)器人 圖 1 機(jī)器 人 作業(yè) 過 程 Fig 1 Working process of robot 圖 2美 國設(shè)施 蔬菜 內(nèi)部 布 局 Fig 2 Internal layout of facility vegetables in the United States 126 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2023 年 1 2日本設(shè)施蔬菜機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀 日本國土面積小 約 75 屬山地丘陵地帶 極大 限制了日本農(nóng)業(yè)的發(fā)展 據(jù)日本農(nóng)林水產(chǎn)省的最新統(tǒng) 計(jì) 日本設(shè)施農(nóng)業(yè)面積達(dá)到 421 643 km2 其中約有 67 種植蔬菜 11 種植果樹 其他則種植水稻育苗 花卉以及養(yǎng)殖畜禽等 日本設(shè)施農(nóng)業(yè)總量不大 但特色 鮮明 機(jī)器朝著小型化 輕便化方向發(fā)展 日本設(shè)施 蔬菜生產(chǎn)采用先進(jìn)的栽培技術(shù) 機(jī)械化程度高 農(nóng)機(jī)農(nóng) 藝有效融合 除部分果菜類的采收環(huán)節(jié)尚未實(shí)現(xiàn)機(jī)械 化外 蔬菜生產(chǎn)基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化囚 日本山岡大學(xué) 開發(fā)了菜用大豆分選設(shè)備 分選效率達(dá)到 75 kg h 是 人工分選的 7 倍日本富士集團(tuán)聯(lián)合九州大學(xué) 發(fā) 揮各自的優(yōu)勢 加快人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的應(yīng) 用 0 日本還建造了世界上最為先進(jìn)的植物工廠 采 用完全封閉生產(chǎn) 人工補(bǔ)充光照 全部由計(jì)算機(jī)控制 近年來日本還研制了一種遙感溫室環(huán)境控制系統(tǒng) 將 分散的溫度群與計(jì)算機(jī)控制中心連接 從而實(shí)現(xiàn)更大 范圍的溫室自動(dòng)化管理 11 日本設(shè)施蔬菜機(jī)械相比于歐美等國家偏小 也適 用于我國設(shè)施蔬菜機(jī)械作業(yè) 但價(jià)格比較昂貴 日本 設(shè)施蔬菜移栽機(jī) 蔬菜栽培機(jī)械向高性能 低油耗 自 動(dòng)化和智能化方向發(fā)展 耕作質(zhì)量效果較高 滿足農(nóng)藝 要求 采用精準(zhǔn)的溫濕度檢測調(diào)節(jié)設(shè)備對設(shè)施進(jìn)行通 風(fēng)降溫 保溫和加溫 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化調(diào)控 并配備先進(jìn) 的運(yùn)輸設(shè)備 智能化采摘及后加工處理系統(tǒng) 精準(zhǔn)的水 肥監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)施生產(chǎn)的智能化管理 實(shí)現(xiàn)園藝作 物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目標(biāo) 2 18 荷蘭設(shè)施蔬菜機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀 荷蘭農(nóng)業(yè)發(fā)展處于領(lǐng)先水平 其蔬菜產(chǎn)量穩(wěn)居世 界前列 目前 荷蘭的溫室設(shè)施面積為 110 khm2 占 世界玻璃溫室面積的 1 4 主要用來種植蔬菜和花 卉 3 荷蘭制定了相關(guān)計(jì)劃并加大了研究力度 荷蘭 設(shè)施農(nóng)業(yè)采用規(guī)?；a(chǎn)方式 設(shè)施蔬菜實(shí)現(xiàn)了從機(jī) 械化 裝備化 自動(dòng)化 物流化到智能化的生產(chǎn) 荷蘭 公司發(fā)的水培蔬菜工廠化生產(chǎn)系統(tǒng)代表了水培蔬菜的 世界先進(jìn)水平 整個(gè)生產(chǎn)過程全部在智能溫室系統(tǒng)中 進(jìn)行 4 圖 3 為荷蘭生產(chǎn)的 ISO plant sampler 可自 動(dòng)收集種子 DNA材料 5 圖 4 所示為荷蘭設(shè)施蔬菜 機(jī)械化收獲作業(yè)過程 控制技術(shù)與配套裝備在設(shè)施園 藝中廣泛使用 具有動(dòng)力平臺專用化 生產(chǎn)全程機(jī)械化 和生產(chǎn)管理智能化的特點(diǎn) 代表了世界領(lǐng)先水平 620 以黃瓜 番茄這兩種常見的蔬菜為例 在設(shè)施生產(chǎn)中 廣泛采用生產(chǎn)率較高的自動(dòng)化生產(chǎn)線 例如 精量播種 自動(dòng)化生產(chǎn)線 蔬菜嫁接作業(yè)生產(chǎn)線以及蔬菜巖棉塊 種苗生產(chǎn)線等 荷蘭研發(fā)了自動(dòng)化裝備較完善的蔬菜 巖棉塊種苗生產(chǎn)線 并在多家蔬菜育苗企業(yè)中應(yīng)用 減 少了各個(gè)環(huán)節(jié)之間的作業(yè)時(shí)間 降低了作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度 大大提高了總體作業(yè)生產(chǎn)率 21 圖 3 ISO植 物 取樣器 Fig 3 ISO plant sampler 圖 4荷蘭設(shè)施蔬 菜 收獲作業(yè) 過 程 Fig 4 Vegetables harvesting operation process in Holland 1 4以色列設(shè)施蔬菜機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀 以色列位于中東地區(qū) 全年降水稀少 雨熱不同 期 是世界上淡水資源十分匱乏的國家之一 其國土干 旱半干旱地區(qū)面積約占總面積的 75 以上 沙化嚴(yán) 重 這些不利氣候條件對以色列國內(nèi)農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到 了限制作用 高效的灌溉體系是以色列設(shè)施園藝最顯 著的特征 以色列專注于水肥技術(shù) 在節(jié)水灌溉方面處 于世界前列 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大力發(fā)展滴灌 噴灌和微 噴灌等技術(shù) 圖 5 所示為以色列設(shè)施蔬菜灌溉設(shè)備 在 節(jié)水灌溉裝備方面 現(xiàn)代化的滴灌和噴灌系統(tǒng)都配備 溫度 濕度 二氧化碳濃度等環(huán)境因子的電子傳感器 利用計(jì)算機(jī)技術(shù)測定水肥含量并進(jìn)行線性規(guī)劃 施肥 和灌溉同時(shí)進(jìn)行 封閉的輸水和配水灌溉系統(tǒng)極大地 減少了灌溉過程中的滲漏和蒸發(fā)損失 有效克服了不 利的自然環(huán)境與氣候?qū)κ卟水a(chǎn)量的影響 提高了蔬菜 的產(chǎn)量 以色列注重設(shè)施機(jī)械裝備產(chǎn)品的研究與開發(fā) 創(chuàng) 新研制的現(xiàn)代薄膜可抗除蟲劑中硫化物的腐蝕 還能 抵擋陽光中對植物有害的光譜 2 圖 6 為以色列某 公司開發(fā)的 GROW的多用途機(jī)器人 可以在溫室內(nèi)執(zhí) 行勞動(dòng)密集型任務(wù) 還設(shè)計(jì)溫室番茄自動(dòng)收割機(jī) 減少 采摘過程中對產(chǎn)品的損害 并提高效率 3 第 期 王江等 國內(nèi)外設(shè)施 蔬 菜機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀分析及對策 127 機(jī)具 名稱 電動(dòng) 微耕 機(jī) 圖 5 以色列設(shè)施蔬菜灌溉設(shè)備 Fig 5 Israel facility vegetable irrigation equipment 圖 6 GROW機(jī)器人 Fig 6 GROW robot 2國內(nèi)設(shè)施 蔬菜 機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過 30 多年的發(fā)展 我國設(shè)施 蔬 菜產(chǎn)業(yè)取得了巨 大成就 形成了低碳 節(jié)能 低成本的獨(dú)具特色的發(fā)展 道路 我國設(shè)施 蔬 菜規(guī)模逐年增加 同時(shí)也存在著土壤 連作障礙嚴(yán)重 蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化水平低 勞動(dòng)強(qiáng)度大 生產(chǎn)效率低等問題 對我國設(shè)施 蔬 菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到 了一定的制約作用 28 設(shè)施 蔬 菜耕整地機(jī)械化發(fā)展 蔬 菜是典型的精耕細(xì)作生產(chǎn)方式 主要包括土地 耕整 直播 育苗 移栽 田間管理和收獲等生產(chǎn)環(huán) 節(jié) 426 在 蔬 菜生產(chǎn)過程中 耕整地 開溝起壟 覆 膜 等已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè) 極大地減少了人工強(qiáng)度 但我國對于設(shè)施 蔬 菜專用機(jī)械研究起步較晚 用于設(shè) 施 蔬 菜作業(yè)的耕整地機(jī)械大多用大田機(jī)械 替 代 或者 將大田作業(yè)機(jī)具經(jīng)過簡單的改裝來進(jìn)行耕整地作業(yè) 表 1 為我國研發(fā)的幾種耕整地機(jī)械 由于微耕機(jī)尺寸 較小 適用于溫室機(jī)械作業(yè) 但目前研制的微耕機(jī)自動(dòng) 化程度不夠 不能實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用 造成人力物力資源 浪 費(fèi) 未來應(yīng)加強(qiáng)關(guān)于設(shè)施 蔬 菜耕整地機(jī)械小型化 輕 量化及智能化的研究 加強(qiáng)以電力等清潔能源為動(dòng)力 的作業(yè)機(jī)械的研發(fā) 減少污染 緩解資源短缺 與此同 時(shí) 結(jié)合不同種類設(shè)施 蔬 菜對于土地耕作要求不同 將 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相結(jié)合 增加作業(yè)機(jī)械的種類 滿足不同作物 對于不同作業(yè)要求的需求 提高作業(yè)機(jī)械的耕作質(zhì)量 與效率 表 1 整地機(jī)械 Tab 1 Land preparation machinery 機(jī)具相關(guān)參數(shù) 大 棚 電動(dòng) 微耕 機(jī) 微耕機(jī)的耕幅 60 cm 最 大耕深 15 cm 作業(yè)效率 為 330 m2 h 耗電量為 18 kW h hm2 耕深為 117 9 mm 實(shí)際 耕作幅寬為 801 9 mm 正常工作時(shí)旋耕刀轉(zhuǎn)速 為 143 13 r min 正常工 作時(shí)功耗為 1 727 86 W 生產(chǎn)率為 786 67 m2 h 續(xù)航時(shí)間為 0 883 h 工作優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 尺寸較小 適用于設(shè) 施 狹 窄的環(huán)境下作業(yè) 以 電力為動(dòng)力進(jìn)行作業(yè) 不 會對溫室環(huán)境造成污染 缺點(diǎn) 不能實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用 作業(yè)生產(chǎn)時(shí) 往往 需要搭配 多種農(nóng)業(yè)機(jī)械同時(shí)使用 增加了生產(chǎn)成本 需要提 高機(jī)械智能化水平 實(shí)現(xiàn) 精準(zhǔn)化作業(yè) 28 設(shè)施 蔬 菜播種機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀 在 蔬 菜種子播種機(jī)械方面 按照大 棚蔬 菜播種機(jī) 的動(dòng)力源可以分為人力手扶式播種機(jī) 汽 油機(jī)動(dòng)力播 種機(jī)以及電動(dòng)播種機(jī) 3 種類型 表 2 為我國研發(fā)的 蔬 菜播種機(jī) 7 播種時(shí)對 蔬 菜種子造成損傷較少 少播 漏播和重播等現(xiàn)象出現(xiàn)較少 但目前設(shè)施 蔬 菜播種機(jī) 械種類較少 可選用機(jī)型不多 進(jìn)行不同類型作物種子 播種時(shí) 需要更換排種器 機(jī)器通用性較低 增加了作 業(yè)時(shí)間 成本花費(fèi)與勞動(dòng)強(qiáng)度 未來應(yīng)加強(qiáng)自動(dòng)化技 術(shù)在播種機(jī)器上的應(yīng)用 加強(qiáng)研發(fā)適用于日光溫室的 播種機(jī)械開發(fā) 設(shè)計(jì)智能監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊等實(shí)現(xiàn)精 密播種 提高設(shè)施 蔬 菜播種機(jī)的智能化水平 減少人工 強(qiáng)度 提高播種效率 表 2 蔬菜播種機(jī) Tab 2 Vegetable planter 機(jī)具 名稱 機(jī)具相關(guān)參數(shù) 電控 錐 盤式 蔬 菜播種 機(jī) 播種機(jī)尺寸為 800 mm X 1 000 mm X 500 mm 播深 0 20 mm 株距 30 300 mm 前漏播指數(shù) 5 重播指數(shù) 5 播種 合格指數(shù) 90 小型氣 力式 蔬 菜精量 播種機(jī) 整機(jī)質(zhì)量 200 kg 外形尺寸 1 500 mm X 1 000 mm X 1 000 mm 配套動(dòng)力 7 5 kW 播種深度 0 50 mm 播種 株距 20 100 mm 漏播率 5 重播率 5 種子 機(jī)械破損率 1 播深一 致性合格率 90 工作優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊 性能穩(wěn)定 播種精 度較高 重播 漏 播現(xiàn)象較少 尺寸 適用于溫室大 棚 播種 符合國家標(biāo) 準(zhǔn)且滿足 蔬 菜種 植的農(nóng)藝要求 缺點(diǎn) 自動(dòng)化程度 不高 機(jī)器通用性 較低 增加了作業(yè) 時(shí)間 成本花費(fèi)與 勞動(dòng)強(qiáng)度 28 設(shè)施 蔬 菜收獲機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀 按照收取 蔬 菜部位不同 可分為根菜類收獲機(jī) 果 128 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2023 年 菜類收獲機(jī) 葉菜類收獲機(jī)等類型 821 由于蔬菜的 果實(shí) 枝葉相對脆弱 因此在研究設(shè)施蔬菜收獲機(jī)械 時(shí) 應(yīng)先考慮蔬菜的幾何形狀 物理特性 盡可能減少 采摘過程中對蔬菜的損傷 保證蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì) 目前 我國設(shè)施蔬菜的采收大多采用人工進(jìn)行 損傷率 較低 但人工作業(yè)強(qiáng)度大 耗時(shí)長 成本高 我國研發(fā)的蔬菜采摘機(jī)械如表 3 所示 目前對于 大 蒜 甘藍(lán)等露天大規(guī)模種植蔬菜的收獲機(jī)研究比較 成熟 機(jī)器作業(yè)效率較高 但對設(shè)施蔬菜收獲機(jī)的研究 比較 匱 乏 雖然我國展開了設(shè)施蔬菜收獲機(jī)械的相關(guān) 研究 但研發(fā)的作業(yè)機(jī)械成熟度不夠 關(guān)鍵技術(shù)尚未解 決 存在工作效率低 蔬菜損傷率大等問題 目前運(yùn)用 于實(shí)際生產(chǎn)中的不多 相較于歐美等發(fā)達(dá)國家 設(shè)施 蔬菜收獲機(jī)械的發(fā)展還處于比較落后的地位 我們應(yīng) 該針對設(shè)施蔬菜的物理特性 研發(fā)適宜生產(chǎn)的蔬菜收 獲機(jī) 同時(shí)加強(qiáng)采摘機(jī)器人和新能源動(dòng)力設(shè)施蔬菜收 獲機(jī)的研究 借助機(jī)器視覺 傳感器等自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn) 設(shè)施蔬菜收獲機(jī)械智能化發(fā)展 提高蔬菜采摘的質(zhì)量 與效率 減少人工作業(yè)強(qiáng)度 表 3 蔬 菜采 摘機(jī)械 Tab 3 Vegetable picking machinery 機(jī)具名稱 機(jī)具相關(guān)參數(shù) 工作優(yōu)缺點(diǎn) 整機(jī)質(zhì)量 1 500 kg 外形尺寸 4GYZ 1200 甘藍(lán) 收 獲機(jī) 4VYF 120 型 手扶式 葉 菜 收 獲機(jī) 2 500 mm X 1 200 mm X 1 300 mm 配套動(dòng)力 18 kW 適應(yīng)行距 500 mm 行走速度 0 5 m s 當(dāng)機(jī)具前進(jìn)速度為 0 4 m s時(shí) 樣機(jī)收獲效果最 佳 拔取成功率 93 輸送成 功率 92 5 切根合格率 919 整機(jī)重 170 kg 作業(yè)幅寬 1 200 mm 外形尺寸 2 550 mmX 1 550 mmX 1 200 mm 最小離 地間隙 210 mm 生產(chǎn)率 0 15 0 3 hm2 h 葉 菜 損失 率為 3 4 平均殘茬高度為 優(yōu)點(diǎn) 收獲機(jī)收 獲時(shí)對作物損 失率較小 采收 時(shí)成功率較高 缺點(diǎn) 機(jī)器尺寸 較大 不適用于 溫室 大 棚 機(jī)械 化作業(yè) 調(diào)頭 難 且機(jī)器通 用性較小 針對 不同的作物需 要更換不同的 作業(yè)機(jī)械 15 8 mm 生產(chǎn)率為 0 26 hm2 h 3 我國設(shè)施 蔬菜 機(jī)械化存 在的問題 由于各地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不同 設(shè)施蔬菜產(chǎn) 業(yè)發(fā)展存在一定的差異 難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化種植 模式 設(shè)施蔬菜生長處于較復(fù)雜的環(huán)境 在作業(yè)過程 中對機(jī)械設(shè)備要求較高 隨著設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 我國也不斷加強(qiáng)設(shè)施蔬菜機(jī)械裝備研發(fā)的重視程度 我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中各作業(yè)環(huán)節(jié)的機(jī)械裝備都處于快 速發(fā)展的階段 但設(shè)施蔬菜裝備關(guān)鍵技術(shù)并沒有得到 改善 技術(shù)水平尚不成熟 就目前現(xiàn)有的發(fā)展情況來 看 仍存在著一些問題 38 機(jī)械化程度 水平總 體 低 下 目前我國設(shè)施蔬菜機(jī)械化水平不足 25 遠(yuǎn)低于 國際水平 還處于初始的生產(chǎn)機(jī)械化階段 南北地區(qū)機(jī) 械化作業(yè)也因自然條件 社會經(jīng)濟(jì)條件等因素存在明 顯的差異 雖然部分作業(yè)環(huán)節(jié)的機(jī)械化水平較高 但整 體作業(yè)水平較低 目前對于設(shè)施蔬菜機(jī)械化裝備研究 主要集中在耕整地和植保等作業(yè)環(huán)節(jié) 在栽培 收獲 灌溉施肥 初加工等環(huán)節(jié)機(jī)械化裝備研究不多 主要表 現(xiàn)在機(jī)具種類少 生產(chǎn)效率低 智能精準(zhǔn)化作業(yè)水平不 高等方面 3 2專用機(jī)械與 通 用機(jī)械 缺乏 目前 專用于設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的機(jī)械種類單一 可選 用機(jī)型較少 用于設(shè)施蔬菜的機(jī)械一般是在大田作業(yè) 機(jī)械上改進(jìn)而成 生產(chǎn)率較低 作業(yè)質(zhì)量差 有些大田 機(jī)械并不能適用于設(shè)施 狹 窄的空間進(jìn)行工作 設(shè)施蔬 菜專用機(jī)械的缺乏導(dǎo)致作業(yè)效果滿足不了農(nóng)藝要求 尤其是在蔬菜采收時(shí) 蔬菜易被損壞 影響設(shè)施蔬菜的 產(chǎn)量與品質(zhì) 設(shè)施蔬菜的通用機(jī)械缺乏主要體現(xiàn)在在播種機(jī)械 上 受到種子形狀 大小及含水率等特征的影響 播種 不同作物時(shí)需要更換不同類型的排種器 降低了生產(chǎn) 效率 提高了作業(yè)成本 還增加了勞動(dòng)強(qiáng)度 對采摘運(yùn) 輸及后加工等環(huán)節(jié)的作業(yè)機(jī)具研究已經(jīng)逐步進(jìn)行 目 前并沒有特別適宜的機(jī)具運(yùn)用實(shí)際生產(chǎn) 3 3農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合程度 低 設(shè)施蔬菜采用精耕細(xì)作生產(chǎn)方式 農(nóng)機(jī)既要滿足 耕作的要求 還要滿足作物生長農(nóng)藝要求 在作業(yè)時(shí) 易岀現(xiàn)耕深不夠 耕深不一致 重耕漏耕 土壤細(xì)碎度 不一致 破碎度不夠等問題 農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量往往達(dá)不到 作物生長最適宜的條件 作物的品質(zhì)與產(chǎn)量得不到有 效保證 種植農(nóng)藝與機(jī)械化生產(chǎn)方式的集成度 系統(tǒng) 性不夠 使得設(shè)施蔬菜的經(jīng)濟(jì)效益大大降低 4 設(shè)施 蔬菜 機(jī)械化發(fā)展對 策 隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的不斷 擴(kuò)大 為保證設(shè)施蔬菜產(chǎn)品保質(zhì)保量的生產(chǎn) 有必要推 行設(shè)施蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化種植模式 推進(jìn)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水 平 雖然我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)機(jī)械化發(fā)展處于起步階 段 但已開始加強(qiáng)對設(shè)施蔬菜機(jī)械裝備研發(fā) 并取得了 一系列的突破與進(jìn)展 未來我國設(shè)施蔬菜機(jī)械裝備發(fā) 展應(yīng)注重以下方面 第 1 期 王江等 國內(nèi)外設(shè)施蔬菜機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀分析及對策 129 4 1 加強(qiáng)自主創(chuàng)新意識 推進(jìn)科技創(chuàng)新 因地制宜 我國地域遼闊 自然環(huán)境存在明顯的差異 我們應(yīng) 因地制宜 推廣標(biāo)準(zhǔn)化溫室設(shè)施 北方以節(jié)能日光溫室 為主 南方以塑料大 棚 為主 研究適宜的設(shè)施機(jī)械 重 點(diǎn)解決設(shè)施 蔬 菜栽培 收獲 運(yùn)輸及后加工等環(huán)節(jié)機(jī)械 化程度低的問題 增加自主創(chuàng)新能力 研發(fā)適合我國設(shè) 施蔬 菜生產(chǎn)的機(jī)具 樹立和落實(shí)新的發(fā)展理念 在設(shè) 施蔬 菜機(jī)械化發(fā)展過程中 加大對基礎(chǔ)設(shè)施與關(guān)鍵技 術(shù)裝備的研發(fā)的投入 加快無人駕駛 圖 像 識別 柔性 夾持等技術(shù)在設(shè)施 蔬 菜生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 降低勞動(dòng) 強(qiáng)度 減少作業(yè)損失 4 2推進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)機(jī)械化 智能化 加快新材料以及 農(nóng)業(yè)機(jī)器人新技術(shù)的應(yīng)用 目前 我國設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大 但總體來說 機(jī)械化水平仍舊低下 各地應(yīng)該充分吸收國內(nèi)外先進(jìn) 的技術(shù)成果與經(jīng)驗(yàn) 形成自己的品牌效應(yīng) 讓更多的 壽光 模式岀現(xiàn) 加大創(chuàng)新投入力度 突破作業(yè)產(chǎn)前 產(chǎn)中及產(chǎn)后關(guān)鍵環(huán)節(jié)裝備短缺的短板 推動(dòng)設(shè)施設(shè)備 與溫室結(jié)構(gòu)集成配套 加強(qiáng)生產(chǎn)作業(yè)各環(huán)節(jié)設(shè)備之間 的協(xié)調(diào)配套 讓機(jī)具工作穩(wěn)定可靠 增強(qiáng)生產(chǎn)效率 推動(dòng)信息化和機(jī)械化融合 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng) 新材料 計(jì)算 機(jī) 大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù) 實(shí)現(xiàn)設(shè)施 蔬 菜光 溫 水 肥及 空氣的檢測 形成自動(dòng)化生產(chǎn) 突破關(guān)鍵技術(shù)裝備的研 發(fā)與應(yīng)用 4 3提高研產(chǎn)率 提升科技支撐能力 推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn) 我國對于設(shè)施 蔬 菜相關(guān)機(jī)具研究很多 也取得了 一定的成果 但還不能夠很好地運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中 創(chuàng)新力度不夠 沒能夠形成自己的系列標(biāo)準(zhǔn) 產(chǎn)岀率較 低 使得成本增加 各科研院所 學(xué)校及公司研發(fā)部門 等應(yīng)加強(qiáng)最新技術(shù)與信息交流與合作 加大科研力度 提高機(jī)械化水平 加強(qiáng)設(shè)施 蔬 菜機(jī)械作業(yè)要求與農(nóng)藝 要求相匹配 提高機(jī)械競爭力水平 提高作業(yè)質(zhì)量 加 大設(shè)施 蔬 菜生產(chǎn)機(jī)械化作業(yè) 智能化控制 產(chǎn)品后加工 處理 產(chǎn)前預(yù)處理等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與投入 加快科技 成果轉(zhuǎn)化與推廣 4 4完善社會服務(wù)體系 加強(qiáng)公共服務(wù) 政府部門應(yīng)加大對設(shè)施 蔬 菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持力 度 岀臺相關(guān)的政策發(fā)揮積極的引導(dǎo)作用 建立信息共 享 平臺 實(shí)現(xiàn)信息的共 享 推進(jìn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的機(jī)械 化生產(chǎn)模式 提高生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 組織開展生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)制定 質(zhì)量檢測 技術(shù)推廣等服務(wù) 加強(qiáng)安全管理與監(jiān) 督 加 強(qiáng)對操作人員機(jī)械操作及農(nóng)藝要求的培訓(xùn) 加強(qiáng)機(jī)械 售后服務(wù) 開展設(shè)施種植機(jī)械化發(fā)展情況動(dòng)態(tài)監(jiān)測 加 強(qiáng)發(fā)展指導(dǎo) 為設(shè)施 蔬 菜機(jī)械化發(fā)展提供保障 5 結(jié)語 綜上所述 我國設(shè)施 蔬 菜機(jī)械化 智能化以及標(biāo)準(zhǔn) 化研究和推廣使用的任務(wù)還很 艱 巨 道路還很漫長 面對我國對設(shè)施 蔬 菜需求量的增加問題 更加高效 保 質(zhì)保量的生產(chǎn)是當(dāng)務(wù)之急 設(shè)施蔬 菜機(jī)械化 智能化生 產(chǎn)是主要的發(fā)展方向 未來我們應(yīng)該按照設(shè)施 蔬 菜特 定的環(huán)境以及設(shè)施 蔬 菜對特定生長環(huán)境的需求 加大 對設(shè)施 蔬 菜各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)機(jī)具的開發(fā) 與現(xiàn)代信息技 術(shù)相結(jié)合 小型化 輕量化的同時(shí)提高機(jī)器自動(dòng)化 智 能化水平 提高作業(yè)質(zhì)量與效率 設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)施 蔬 菜機(jī)械關(guān)鍵部件 借鑒國外的研究 設(shè)計(jì)適合于我國使 用的設(shè)施 蔬 菜機(jī)械 參考文獻(xiàn) 孫 錦 高洪波 田嬪 等 我國設(shè)施 園 藝發(fā)展現(xiàn)狀與趨 勢 J 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2019 42 4 594 604 Sun Jin Gao Hongbo Tian Jing et al Development status and trends of protected horticulture in China J Journal of Nanjing Agricultural University 2019 42 4 594 604 2 Navas E Fernandez R Sepulveda D et al Soft grippers for automatic crop harvesting A review J Sensors 2021 21 8 2689 Rysz M Mehta S A risk averse optimization approach to human robot collaboration in robotic fruit harvesting J Computers and Electronics in Agriculture 2021 182 106018 中國機(jī)器人網(wǎng) 國外 13家農(nóng)業(yè)領(lǐng)域機(jī)器人公司盤點(diǎn) EB OL http www ygscgc com index php m content c indexla showlcatid 21 lid 4487 2019 11 22 王甜甜 中國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展研究 D 武漢 長江大 學(xué) 2017 6 Ndukwu M Ikechukwu edeh C Nwakuba N et al Nanomaterialsapplicationin greenhouse structures crop processing machinery packaging materials and agro biomass conversion J Materials Science for Energy Technologies 2020 3 690 699 陳春良 荷蘭 日本 以色列設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)與政策啟 示 政策瞭望 2016 165 9 47 50 廖禺 潘松 黃俊寶 等 蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā) 展研究 糧食科技與經(jīng)濟(jì) 2018 43 10 99 101 Kaminaga S Takahashi F Katahira M et al Development forvegetable soybean edamame sorting machineto use imageprocessing C Asabe 2015 1 0 齊飛 李愷 李邵 等 世界設(shè)施 園 藝 智 能化裝備發(fā)展對 中國的啟示研究 齊飛 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2019 35 2 183 195 Qi Fei Li Kai Li Shao et al Development of intelligent equipment for protected horticulture in world and 130 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2023 年 enlightenment to China J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2019 35 2 183 195 1 陳袁華 發(fā)達(dá)國家設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展現(xiàn)狀 趨向和啟 示 E OL http www zwxynWy com mobile study show php itemid 51 2020 10 19 2 日本的水肥一體化技術(shù) 農(nóng)村新技術(shù) 2018 459 11 37 3 李云樂 黃國俊 張文菲 荷蘭設(shè)施蔬菜生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對國內(nèi) 蔬菜生產(chǎn)的啟示 蔬菜 2020 359 11 59 61 4 溫室園藝 考察筆記 丨 荷蘭設(shè)施園藝智能化生產(chǎn)技術(shù)裝 備考察及啟示 E OL http www 360doc com content 21 0622 16 75901660 983202658 shtml 2021 06 22 15 ISO plant sampler E OL https www iso group nl en machines iso plantsampler 2021 07 20 6 徐振興 儀坤秀 李斯華 等 荷蘭蔬菜機(jī)械化發(fā)展的啟 示與思考 農(nóng)機(jī)科技推廣 2018 194 12 49 53 7 尹義蕾 陳永生 程瑞鋒 等 荷蘭設(shè)施園藝智能化生產(chǎn) 技術(shù)裝備考察及啟示 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2018 38 34 75 81 8 上海市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 淺析國內(nèi)外果蔬采摘機(jī)器人研 究現(xiàn)狀及水平 EB OL http www sjbgy com njzs 20191016 3094 html 2019 10 16 9 Urbinati Urbinati LAV 10 Traywasher EB OL https www urbinati com it prodotto lavaseminiere serre vivai 2021 07 19 20 Urbinati IRRIGATION Irrigation boom for greenhouses and nurseries EB OL htps www urbinati com en applications irigation greenhouses nurseries 2021 07 16 1 辜 松 楊艷麗 張躍峰 等 荷蘭蔬菜種苗生產(chǎn)裝備系統(tǒng) 發(fā)展現(xiàn)狀及對中國的啟示 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2013 29 14 185 194 Gu Song Yang Yanli Zhang Yuefeng et al Development status of automated equipment systems for greenhouse vegetable seedlings production in Netherlands and its inspirationforChina J TransactionsoftheChineseSociety ofAgriculturalEngineering 2013 29 14 185 194 2 唐麗 劉毅 以色列現(xiàn)代農(nóng)業(yè)考察紀(jì)實(shí)及思考 EB OL http www wohuizhong com m article html qid 721296064 2017 04 14 23 Grow Grow Metomotion EB OL https www metomotion com grow 2021 06 30 4 陳鴻 陳娟 我國蔬菜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析與發(fā)展對策 長 江蔬菜 2018 448 2 81 84 5 王磊 陳建 胡陳君 等 電動(dòng)微耕機(jī)的研究現(xiàn)狀及分 析 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2020 41 1 229 236 Wang Lei Chen Jian Hu Chenjun et al Research status andanalysisofelectricmini tiler J JournalofChinese AgriculturalMechanization 2020 41 1 229 236 6 胡陳君 電動(dòng)微耕機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及振動(dòng)分析 D 重慶 西南大學(xué) 2018 HuChenjun Structuraloptimizationdesignandvibration analysis of electric micro cultivator D Chongqing SouthwestUniversity 2018 7 王方艷 孫光全 張欽 電控錐盤式蔬菜播種機(jī)設(shè)計(jì)與試 驗(yàn) 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2021 52 4 70 79 Wang Fangyan Sun Guangquan Zhang Qin Design and experimentofelectriccontrolconetypevegetableseeder J Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery 2021 52 4 70 79 8 丁宏斌 對蔬菜收獲機(jī)械化技術(shù)的探析 當(dāng)代農(nóng)機(jī) 2020 362 9 54 56 9 魏國俊 夏利利 劉 穎 4VYF 120型手扶式葉菜收獲 機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 江蘇農(nóng)機(jī)化 2020 201 6 9 12