智能自動(dòng)化植物工廠的工作原理
作者: 時(shí)間: 2025-08-30
智能自動(dòng)化植物工廠是一種通過集成物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī)器人技術(shù)和環(huán)境控制科學(xué)，實(shí)現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。其核心工作原理基于對(duì)植物生長(zhǎng)環(huán)境的全閉環(huán)精準(zhǔn)調(diào)控與無人化作業(yè)，具體可分為以下五大系統(tǒng)模塊：
一、環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控系統(tǒng)
多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
通過分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)（溫度、濕度、CO?濃度、光照強(qiáng)度、營(yíng)養(yǎng)液pH/EC值等）實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，傳輸至中央控制系統(tǒng)。例如，單廠部署超400個(gè)傳感器，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)數(shù)據(jù)更新。
AI動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制
采用“感知-判斷-執(zhí)行-反饋”循環(huán)機(jī)制：AI算法基于預(yù)設(shè)模型（如生菜最佳生長(zhǎng)溫度18–25℃、濕度60–80%）自動(dòng)調(diào)整空調(diào)、加濕器、CO?發(fā)生器、LED光源等設(shè)備參數(shù)。例如，強(qiáng)光時(shí)段同步提升CO?至1200ppm，光合效率提高50%。
環(huán)境隔離與穩(wěn)定性
全密閉空間隔絕外部干擾（如病蟲害、極端天氣），結(jié)合高保溫材料（傳熱系數(shù)0.1–0.2 W/m²·K）維持環(huán)境恒定，確保周年連續(xù)生產(chǎn)。
二、人工光系統(tǒng)與光配方技術(shù)
可調(diào)光譜LED光源
光譜定制：根據(jù)作物類型及生長(zhǎng)階段動(dòng)態(tài)調(diào)整紅藍(lán)光比例（如生菜苗期藍(lán)光70%促葉片分化，生長(zhǎng)期紅光80%加速物質(zhì)積累），支持350余種光譜組合。
光強(qiáng)與周期控制：光照強(qiáng)度100–1000μmol/m²·s，每日補(bǔ)光12–16小時(shí)，縮短生菜周期至15–20天（傳統(tǒng)種植需60天）。
節(jié)能與熱管理
LED余熱經(jīng)鈦合金盤管回收，用于加熱營(yíng)養(yǎng)液（19–23℃），降低空調(diào)能耗56%。
分時(shí)供電（夜間利用低谷電價(jià)）結(jié)合光伏儲(chǔ)能，綜合能耗降低40–60%。
三、自動(dòng)化種植與物流系統(tǒng)
全流程無人化作業(yè)
播種與移栽：氣吸式精量播種機(jī)（誤差<3%）+六軸機(jī)器人完成移栽，效率提升90%。
采收與分揀：AI視覺識(shí)別成熟作物，機(jī)械臂切割采收（800株/小時(shí)），PDA系統(tǒng)自動(dòng)分揀包裝。
智能物流調(diào)度
AGV運(yùn)輸車+超高層提升機(jī)協(xié)同搬運(yùn)物料，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化路徑，減少人工干預(yù)85%。
四、智能決策中樞與AI管理
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策
整合歷史生長(zhǎng)模型與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，AI預(yù)測(cè)產(chǎn)量、病蟲害風(fēng)險(xiǎn)，并自動(dòng)生成調(diào)控策略（如調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液EC值）。例如，濕度>87%時(shí)觸發(fā)臭氧消殺，預(yù)防霉菌。
遠(yuǎn)程與自動(dòng)化控制
支持云端平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“一鍵啟動(dòng)”標(biāo)準(zhǔn)化流程。數(shù)字孿生技術(shù)預(yù)演設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化資源調(diào)度。
五、資源循環(huán)與立體空間利用
水肥閉環(huán)系統(tǒng)
NFT（營(yíng)養(yǎng)液膜）或氣霧培技術(shù)實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)液95%回收率，UV殺菌替代化學(xué)消毒，節(jié)水率達(dá)90%以上。
立體栽培與模塊化設(shè)計(jì)
32層垂直種植架提升空間利用率120倍，單位面積產(chǎn)量達(dá)露天農(nóng)田的50–100倍。
模塊化架構(gòu)支持快速組裝，集裝箱式工廠可部署于城市屋頂、荒漠、極地等極端環(huán)境。
文章來源：葉菜俠科技
一、環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控系統(tǒng)
多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
通過分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)（溫度、濕度、CO?濃度、光照強(qiáng)度、營(yíng)養(yǎng)液pH/EC值等）實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，傳輸至中央控制系統(tǒng)。例如，單廠部署超400個(gè)傳感器，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)數(shù)據(jù)更新。
AI動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制
采用“感知-判斷-執(zhí)行-反饋”循環(huán)機(jī)制：AI算法基于預(yù)設(shè)模型（如生菜最佳生長(zhǎng)溫度18–25℃、濕度60–80%）自動(dòng)調(diào)整空調(diào)、加濕器、CO?發(fā)生器、LED光源等設(shè)備參數(shù)。例如，強(qiáng)光時(shí)段同步提升CO?至1200ppm，光合效率提高50%。
環(huán)境隔離與穩(wěn)定性
全密閉空間隔絕外部干擾（如病蟲害、極端天氣），結(jié)合高保溫材料（傳熱系數(shù)0.1–0.2 W/m²·K）維持環(huán)境恒定，確保周年連續(xù)生產(chǎn)。
二、人工光系統(tǒng)與光配方技術(shù)
可調(diào)光譜LED光源
光譜定制：根據(jù)作物類型及生長(zhǎng)階段動(dòng)態(tài)調(diào)整紅藍(lán)光比例（如生菜苗期藍(lán)光70%促葉片分化，生長(zhǎng)期紅光80%加速物質(zhì)積累），支持350余種光譜組合。
光強(qiáng)與周期控制：光照強(qiáng)度100–1000μmol/m²·s，每日補(bǔ)光12–16小時(shí)，縮短生菜周期至15–20天（傳統(tǒng)種植需60天）。
節(jié)能與熱管理
LED余熱經(jīng)鈦合金盤管回收，用于加熱營(yíng)養(yǎng)液（19–23℃），降低空調(diào)能耗56%。
分時(shí)供電（夜間利用低谷電價(jià)）結(jié)合光伏儲(chǔ)能，綜合能耗降低40–60%。
三、自動(dòng)化種植與物流系統(tǒng)
全流程無人化作業(yè)
播種與移栽：氣吸式精量播種機(jī)（誤差<3%）+六軸機(jī)器人完成移栽，效率提升90%。
采收與分揀：AI視覺識(shí)別成熟作物，機(jī)械臂切割采收（800株/小時(shí)），PDA系統(tǒng)自動(dòng)分揀包裝。
智能物流調(diào)度
AGV運(yùn)輸車+超高層提升機(jī)協(xié)同搬運(yùn)物料，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化路徑，減少人工干預(yù)85%。
四、智能決策中樞與AI管理
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策
整合歷史生長(zhǎng)模型與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，AI預(yù)測(cè)產(chǎn)量、病蟲害風(fēng)險(xiǎn)，并自動(dòng)生成調(diào)控策略（如調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液EC值）。例如，濕度>87%時(shí)觸發(fā)臭氧消殺，預(yù)防霉菌。
遠(yuǎn)程與自動(dòng)化控制
支持云端平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“一鍵啟動(dòng)”標(biāo)準(zhǔn)化流程。數(shù)字孿生技術(shù)預(yù)演設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化資源調(diào)度。
五、資源循環(huán)與立體空間利用
水肥閉環(huán)系統(tǒng)
NFT（營(yíng)養(yǎng)液膜）或氣霧培技術(shù)實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)液95%回收率，UV殺菌替代化學(xué)消毒，節(jié)水率達(dá)90%以上。
立體栽培與模塊化設(shè)計(jì)
32層垂直種植架提升空間利用率120倍，單位面積產(chǎn)量達(dá)露天農(nóng)田的50–100倍。
模塊化架構(gòu)支持快速組裝，集裝箱式工廠可部署于城市屋頂、荒漠、極地等極端環(huán)境。
文章來源：葉菜俠科技