中药材穴盘苗生产分外性
种子质量差异大
穴盘育苗具有标准化管理、轻便可移动，便于实现机器化等特点，在蔬菜、花卉领域运用已经非常成熟。而大多数中药材以根、茎为紧张收成工具，种苗繁育须要足够的生根空间，侧根成长和缠绕直接影响药材品质。此外，中药材育种技能较为掉队，优质种质资源普遍匮乏，种子质量差异较大，萌芽率低、萌芽韶光长等问题普遍存在，导致种苗生产过程中挑苗、补苗、间苗等作业环节频繁，种苗须要在温室不同区域之间不断周转，耗费大量人工。
须要特制穴盘
穴盘的选择既要考虑穴孔大小对根系成长发育的影响，还需综合评估穴盘与基质花费本钱、以及与自动作业设备的匹配度。针对山西中药材集团太谷基地生产的党参、黄芪、丹参、黄芩、酸枣仁、苍术等6种道地药材种苗成长特性，在不同成长阶段设计定制了不同的育苗容器（图1）。播种萌芽阶段，利用较密株距、较少基质容量的200孔穴盘。设计的200孔穴盘规格为：形状尺寸为长540 mm，宽280 mm；单孔上口径30 mm，底径13 mm，高度40 mm，单孔容量12 mL。在根系基本成形后，再移栽到50孔穴盘。设计的50孔穴盘规格为形状尺寸长540 mm，宽280 mm；单孔上口径46 mm，底径16 mm，高度110 mm，单孔容量100 mL。在200孔穴盘与50孔穴盘的穴孔内均设计有纵向棱条，用于减少侧根盘绕，同时可以增强穴盘抗拉强度，有利于机器化作业。
图1 50孔穴穴盘（左）与200孔穴穴盘（右）
01
工艺路径须要优化
生产工艺是举动步伐装备布局的直接依据，工艺路径直接影响生产效率与产品品质。在中药材种苗举动步伐生产项目当中，基于多种品类进行了全面剖析，优化筛选出标准化工艺流程（图2）。温室按照功能分为作业区和栽培区，在作业区可以完成穴盘苗的播种、催芽、补苗、移栽、输出等人机作业环节，在栽培区可以完玉成程环境调控以及灌溉与植保作业。根据不同作物的成长特性，对过程节点之间以及温室区域之间的往来来往概率和路径进行研究，以效率优先原则形成高兼容性点位布局，构建出作物移动、作物定点高效柔性流水线路径模型。
图2 标准化工艺流程
立体运输系统
在举动步伐生产中，运输贯穿着全体生产环节，为办理运输路径中作业设备避让与效率兼顾问题，在借鉴欧洲前辈技能根本上，承接并吸取海内工业领域生产管理与调度技能，设计开拓了立体运输系统，即采取以地面轨道式运输为主，空中天车轨道运输为辅，自动入床机及传送带等赞助设备衔接，实现穴盘苗批量运输的立体办理方案。
地面轨道运输系统紧张包含栽培床、气动升降系统、纵向轨道、主驱动系统以及其他支撑构造（图3）。栽培床的框架构造由铝合金边框与铝合金支撑梁组成，承载面是经由高温冲孔、拉伸而得的网片状构造，该设计紧张防止因中药材育苗基质较重而导致轨道承载力不足的问题，通过静力学打算与有限元剖析软件分别进行受力变形剖析，根据不同条件下承载构造的变形情形进行综合剖析，明确横撑数量、形成栽培床构造整体设计方案。栽培床设计的极限承载力为500 kg，当栽培床横向运送时，支撑点为支撑滚轮，最大变形量为5.12 mm，当栽培床纵向运送时，支撑点为铝合金围边，最大变形量为3.81 mm(图4)，符合设计哀求。气动升降系统是栽培床实现横向运送与纵向运送切换的机构，每个横向运输工位包含2套托杆架与4套升降气缸。本设计改变了海内研究报告中提到的直流电机带动四杆机构的办法，改进了电流弱、传动力差等不敷，使得稳定性更强、承载能力更大、实用性更好。纵向轨道是与横向轮式轨道垂直方向的支撑构造，栽培床在这部分上的活动由推拉电机与推动装置完成。主驱动系统核心是主动电机，电机与主动轮构成了栽培床在横向轮式轨道上的驱动系统。栽培床体横向运动范围9~14 m/min，纵向运行速率范围2~3 m/min，栽培床综合均匀运送效率可达80张/h，是人工效率的6.9倍。
图3 地面轨道运输系统
图4 栽培床ANSYS载重变形量剖析/mm
空中运输系统紧张采取可实现高下抓取并进行空中运送的天车系统（图5）。天车作为栽培床搬运和堆垛的紧张设备，根据载重量不同、功能不同分为轻载天车与重载天车，最大载重量可达800 kg。此外，空中运行还需考虑安全问题，由此设计了旋转保护机构，通过设置主动机构调控从动机构，使旋转电机通过主动旋转座、连杆及从动旋转座调度旋转固定组件，使设置该天车旋转保护构造的天车在运送货色时能够通过旋转固定组件进行限位，大幅提升了天车运行时的安全性和稳定性，避免了栽培床掉落的风险。
图5 空中运输系统
自动入床设备是立体运输系统的起始端，将穴盘推送过渡板与栽培床置后搭接，穴盘入床机推送机构将穴盘沿皮带运送机构的长度方向的一端运送至皮带运送机构的另一端，当该皮带运送机构上布满整排的穴盘后，通过翻转机构驱动皮带运送机构翻转至与穴盘推送机构位于同一斜面内时，穴盘推送机构动作，将整排穴盘向栽培床上推送，同机遇器上的驱动轮以相应速率将栽培床向前运送，直至穴盘被完备推送至栽培床上。（图6）
基于射频识别技能的调度管理
调度管理软件（图7）运用于种苗生产的全过程，紧张包括两部分，一是各设备之间的折衷运行，是生产工艺实现的手段，紧张由智能种苗工厂驾驶舱、空中与地面运输PLC系统、其他园艺设备链接，采取多线程技能与立体PLC同步。二是对生产产品的信息采集、显示、追溯管理。在自动入床设备所处路线位置末端放置射频识别设备（图8），将射频卡（每张卡信息独立）固定在栽培床侧面位置，栽培床通过时，自动读取栽培床信息并存储在地面轨道运输系统做事器中，栽培床信息存储位置随栽培床运送时位置改变而变革，并实时反馈给调度系统。调度管理软件通过任务的建立，将工艺信息、种苗信息和栽培床信息进行关联，再加以统计、处理，在生产调度系统界面通过栽培床信息搜索或现场识别栽培床射频标签，即可获得当前栽培床作物信息、工艺信息等。为便于设备之间的调度管理，在布线办法上，设计采取总线形式布线，办理调度间隔远、传感器分布散等问题，差异于传统的PLC直连布线形式，运用开放式网络，将传动模块内传感器按一定区域划分接入从站，再以总线形式将各从站接入主站内。这样设计可以实现快速多点通信，实现所有从站的数据实时通信。设计布线办法采取并联布线构造，可增减节点布线，单独增减从站，扩展功能模块，不影响其他从站正常事情和利用。
图7 调度管理软件
图8 射频识别系统
运用效果与推广潜力
山西中药材集团太谷基地项目基于工厂化作业模式的路径优化，以立体运输办法搭建种苗作业流水线，形成在生产调度系统集中掌握下的PLC末端实行掌握体系，利用通信技能、数字技能进行种苗生产管理，从而形成适宜中药材种苗工厂化生产的新模式。经运行测试，各项指标均符合设计哀求，个中栽培床均匀载重量363 kg，均匀变形量1.1 mm，最大变形量1.5 mm；栽培床横向运行速率13 m/min，纵向运输速率3 m/min，均匀运送效率80张/h；天车运行效率1 m/s。利用该系统，运输效率可以达到人工效率的6倍，节约80%的劳动力，而且可均匀缩短育苗周期30%，育苗成活率提高25%。随着海内对地皮产出率、农业劳动生产率、资源利用率的急迫发展需求，传统的固定式栽培模式制约着生产效率的提升，越来越多的举动步伐栽种企业把工业领域流水作业的办法运用到农业生产当中，以提升企业自身竞争力。立体物流运输系统是一种以栽培床为运输单元的流水线作业模式，不仅适用于中药材种苗生产，还可以推广运用于花卉、蔬菜、水稻、林木、浆果等更多领域，全面提升举动步伐农业综合生产能力、实现举动步伐农业可盈利、可持续发展。
