pf key technology · 2012/1/16 7 metbroker 應用 允許應用微氣候資料進行...
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2012/1/16
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台灣大學生物產業機電工程學系教授
生物產業自動化教學及研究中心主任
2012/01/17 1
智慧聯網感知節能技術講座 主辦單位：財團法人資訊工業策進會、中華物聯網聯盟
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大綱
• 5S 在農業的應用 • 植物工廠簡介
• 植物工廠的經營模式
• 物聯網在植物工廠的應用
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5S在農業應用
• 結合GPS於田間管理
• 結合Web GIS於田間管理
• Field server = VS + DS
– 結合IP Camera + Video Server (VS) 瞭解田間作業
– 結合Sensors + data server (DS)瞭解田間微氣候
Traceability
生產履歷
結合RS瞭解田間病蟲害、肥力與收穫狀況
使用GPS與PDA方便資料輸入
GPS: 全球定位系統
是一個龐大複雜的”衛星導航、授時、定位系統”
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全部採點選方式，不需輸入文字 使用GIS 做圖像式管理
圖像式管理與生產履歷結合 Field server Network
Field Servers Internet Station
SOHO
Greenhouse
Greenhouse
Greenhouse
Weather station
home/office
Internet provider
- Gigabit Network
ADSL,CATV
Weather station
Mountain
Weather station
i-Space
Hirafuji, 2003
Field Server Engine in FPAA Type
FPAA
Field
Programmable
Analog
Array
20 OP-AMP Resistor Capacitor Cross-bar Switch
Multiplier Soil-moisture sensor
EC sensor
Plant moisture sensor
Humidity sensor
pH，Pressure，Acceleration
Infrared-Visible LED/LD
Visible-Ultraviolet sensor
Microphone/Vibration sensor
Speaker/Ultrasonic emitter
RF antenna
Hirafuji, 2003 12
Field Server
Field Server
Field Server Engine
Farmer's
Market
Green House
Home
Broadband Circuit
Such as FTTH and
ADSL
，
Field Server
Restaurant
山
Hot spot Relay path by
Field Server
Farm
Field or Forest
Park
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Field Server ＝ DS ＋ VS
Hirafuji, 2003 14
Sensor Network : WiFi
• WiFi: Wireless Fidelity
• IEEE 802.11b,g
• Field Server
– PICNIC card
– DDS Type
– FPAA Type
Field Server • 開放式的組成架構，系統性能可隨著市場零組件功能進步而發展，FS製作可以相當經濟
• 容易結合IPv4 與web介面，架設與使
用容易
• 改變了傳統量測儀器之架構，前端只提供感測器原始量測之數位訊號
• 開放式架構可彈性適用不同環境需求，
在農業有很大的應用發展潛能
• 體積相對較大
• 功能之發揮依賴後端各類型應用軟體之開發
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Field Server Engine-PICNIC
PICNIC
(Programmable Interface Controller with Network Interface Card)
• 10cm x 7cm
• 內含10bits 解析度A/D轉換的單晶片微電腦
PIC16F877，4點0-5V之間類比訊號輸入，輸出電壓範圍符合的感測器模組可直接連結，如溫度、濕度、日照、導電度、葉面濕度等
• 4點的5V輸出、4點5V輸入
• 乙太網路控制晶片RTL8019AS
• RS-232及RJ-45接頭，支援TCP、UDP等網路傳
輸協定，內可設定一組IP，並提供WEB網頁介面，因此接上網路即可使用
• 對於一般農業生產管理與環境量測大致足夠
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Engine
DDS-type
PICNIC
Ver.1.0
FPAA-type 24 bit
10 bit
24 bit
Ver.2.0 Ver.3.0
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Specification of DDS-Type
1. Web server
2. DDS (1 Hz – 70 MHz)
3. 24bit-AD converter (8 ch)
4. 10bit AD converter (8 ch)
5. 10bit DA converter (1 ch)
6. Power photo MOS relay(2 ch)
7. Serial I/O (RS-232C)
8. DC-DC converter
(in: 4-34 V, out: 5 V)
DDS: Direct Digital Synthesizer
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FPAA
Field
Programmable
Analog
Array
20 OP-AMP Resistor Capacitor Cross-bar Switch
Field Server Engine – FPAA型
Multiplier Soil-moisture sensor
EC sensor
Plant moisture sensor
Humidity sensor
pH，Pressure，Acceleration
Infrared-Visible LED/LD
Photo sensor
Microphone sensor
Speaker emitter
RF antenna
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Inside of the Field Server
20
Light Sensor
PICNIC / Wireless LAN device
CCD
LED/Fan
Humidity & Temperature sensors
Field Server
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Field Server 架構
1. Accurate Measurement
Air-temperature
Humidity
2. Sampling
Gas (CO2, NOx, SOx)
Insects
Microbes
Virus
Dusts
3. Cooling
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Real-time data
Database Live Camera
Monitoring results created by Agent System
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Sample XML file and agent action
XML configuration file
get raw data
exchange data
zoom & snapshot
Agent Program
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Data Collecting Method
PC-Cluster
Data gathering agent （Web crawler）
Internet
ADSL
CATV
Mobile
Global IP
Global IP
Private IP
FSG
FSG
Firewall Firewall Private network of FieldServers
Provider
VPN
FSG: Field Server Gateway
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Hirafuji, 2005
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Light Sensor
PICNIC / Wireless LAN device
CCD
LED/Fan
Humidity & Temperature sensors
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Hirafuji, 2005
28 Hirafuji, 2005
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UV, CO2 and Leaf-wetness sensors
FS = VS + DS
環境感測器 田間影像
田間資訊收集與提供查詢
Hirafuji, 2003
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Field Image real time transfer
Crop Management Technology
Weather station in the field ET (Penman) Radiation Wind Rain T & H Soil temp Leaf wetness
Enable use of the actual/historical data to plan irrigation strategy for future situations
田間監測數據收集
•對小地區而言
–小區域的微氣候資料庫比廣域的氣象資料更具代表性
Model based的分散式協調系統
氣象資訊仲介軟體(MetBroker)的應用
A
B
C
D
梨子的生長預測
蟲害發生預測
MetBroker
稻熱病病害發生預測 各地區
不同型式的
氣象資料庫
各不同單位發展的
氣象資訊相關預測程式
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MetBroker 應用
允許應用微氣候資料進行
葉面濕潤程度預測
蟲害預測
疫病預測
蟲害疫病危害前的防治
蒸氣壓差：VPD (Vapor Pressure Deficit)
Fungal pathogens prefer VPD < 0.43 kPa (0.062 Psi)
Disease infection is most damaging when VPD < 0.2 kPa (0.03 Psi)
Relative humidity thresholds
for disease prevention
T RH@VPD
=0.2kPa
RH@VPD
=0.43kPa
10 oC 83.0% 65.0%
16 oC 89.0% 76.0%
20 oC 91.5% 81.5%
30 oC 95.5% 89.8%
38 oC 97.0% 93.5%
由葉面濕潤預測發病度與感染強度
區域內黑星病感染強度預測
Plant Disease Models
Apple / Pear Includes models for Apple Scab, Fire Blight, and Sooty
Blotch / Fire Spec.
Turf Includes models for Brown Patch, Pythium, and Dollar Spot.
Potatoes Includes models for Early Blight and Late Blight.
Grape Includes models for Powdery Mildew, Black Rot, Downey
Mildew, and Botrytis.
Tomatoes Includes model for Tomcast
Cherries Includes model for Leaf Spot.
Insect Model Improve your IPM decisions.
設施內由葉面濕潤程度 控制通風系統
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MetBroker 應用
允許應用氣象資料庫進行
果實生長預測
水稻收成預測
稻田水溫預測……等
大綱
• 5S 在農業的應用
•植物工廠簡介 • 植物工廠的經營模式
• 物聯網在植物工廠的應用
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人們對於以下社會情勢的關心
帶動貣植物工廠的蓬勃發展
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類別 社會情勢
與食物相關
消費者對於蔬果安心、安全、無農藥之要求，市場對於穩定提供食品之要求，LCA (Life Cycle Assessment/Analysis)，產地直銷、食物里程 (Food mileage)，GAP (Good Agricultural Practice)
與環境相關 溫室效應、減少二氧化碳排放量、氣象異常、環境保護等地球課題
與資源相關 石油價格上漲、節省能源、水資源匱乏
Food & Feed
農糧與飼料
Reforestation, Desert Rehabilitation &
Urban Green Spaces
造林、減緩沙漠化與都市綠化
Industrial products,
Bio-fuel & Biomass
工業製品與生質燃料
Medicinal & Horticultural Plants for
Mental & Physical Health/Care
醫藥植物用於心理及
生理之保健治療
要解決環境/食物/飼料/能源/醫療等問題 需要數以億計的植物種苗
植物工廠
1. 太陽光利用型 （精密溫室）
綜合型 (人工光源 + 太陽光)
2. 完全控制型 (人工光源)
環境可控制且允許全年穩態量產植物的設施
21世紀生產型農業的核心價值
• 高效
• 節能、節水、節地
• 在地生產、在地消費
• 人土不二
• 健康、安全
• 糧食自給
• 還地於山林
• 環保、永續
• 生態循環
美國
荷蘭
日本
植物工廠分兩型：1.太陽光併用型
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太陽光為主 人工光為輔
玻璃溫室為主 膠膜溫室為輔
特徵
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植物工廠分兩型：2.人工光型
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特徵
兩型植物工廠之比較
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幾乎不受天災影響，產能擴大之後，田間栽培的農損補貼可逐年降低
在農村年輕人力流失的現況，可為提高農村就業率做貢獻為縮小城鄉
差距作貢獻
可以帶動相關農工商業的發展，發揮綜合效益
可以更少的資源產出更多的蔬菜和糧食
植物工廠
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植物工廠是魅力產業
• 生產模式的最大魅力在於作物的安全性，由於在屋內採水耕培育，沒有蟲害問題，完全不需噴灑農藥，更不需擔心重金屬污染。
• 消費者即使不清洗也能直接食用。
• 消費者可在百貨公司、高級超市的蔬菜區和高級餐廳都能買到標榜「不需清洗即可食用」、「安全、安心」、「耐存放」的產品。
安全食品
–技術層次高，工作環境佳
–留得住年輕人，可吸引年輕人回流
–在日本已經成為農學院畢業生爭取就業的時髦產業
–工作不費力，老年人/婦女/輕度殘障者均可勝任。
輕勞動力
吸引年輕人 吸引消費者
超越了工農業的新產業
• 人工光利用型植物工廠採用了製造業生產的光源、空調、測量控制、節電、隔熱及資訊等相關技術。從這一意義上來說，植物工廠具有
“工業性”。
• 而植物培育本身又是一種生命現象，需要採用農業和農學相關的栽培技術及經驗，所以又具
有“農業性”。
• 不僅二者缺一不可，而且可以說是一種超越了工農業的新產業領域。
具更寬廣的格局
• 植物工廠涉及製造業、服務業以及包含福利及保健在內的健康產業
• 植物工廠是可滿足多樣性需求的產業
• 植物工廠是可以同時綜合解決環保問題、糧食問題、能源資源問題、高齡化及貧富差距問題的基礎技術之一
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植物工廠 -- 農工商融合的新產業
農工商融合
• 軟體系統的整合 • 各類作物的標準化栽培法
– 播種、育苗、育成
• 新產品的開發 • 葉菜、香料 • 中草藥、小型果菜、小型觀賞作物 • 芽菜、苗菜、嫩葉 • 特色作物
– 富營養：高鈣 (小松菜)、高Vit.A, Vit.C (嫩葉)、(冰花) – 防癌養生：(花椰菜苗) – 特殊風味：芝麻菜
• 新應用市場的開發：以苗菜作為飼料 • 相關資材的開發
農工商融合_農業區塊
• 硬體系統的整合
– 多層式栽培床架 • 浮板
• 循環灌溉系統
– 室內滅菌系統 • 空氣環境
• 水體環境
– 氣體環境監控系統
– 水體環境監控系統
– 人工光源
– 隔熱庫板資材
– 資通訊技術的結合
– 自動化技術的整合 • 播種機、收穫機
• 水帄輸送裝置
• 上下架輸送裝置
• 家電型 • 貨櫃型 • 家具型 • 研究型 • 量產型 • 環境監控單元 • 影像監控單元 • 電力系統 • 變電系統 • 穩壓系統
農工商融合_工業區塊
• 硬體的行銷與授權使用
• 相關資材的銷售
• 軟體的行銷與授權使用
• 蔬果產品行銷通路的擴建
• 異業結盟商機的擴展 – 餐廳/超市/店鋪：示範、小規模量產
– 建築：家庭農場、社區農場
– 加工、生技醫療、飼料產業等
農工商融合_商業區塊
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植物工廠
露地栽培
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消費面 生產面
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技術面
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Light 風
光
水 養
氣
SD
產品
環境
系統運作
系統運作
產品品質
經營 行銷
系統設計
處處是關鍵/陷阱/機會/商機
如何成功營運
• 系統運作 (HW, SW) 正常
• 產品品質 (QC) 特優/極優/優
• 高效經營 (Managing)
• 市場行銷 (Marketing) 多元、高調、品牌
• 系統設計 (System Design) 最關鍵 (慎始)
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先要有高品質才能談品牌
Ubiquitous Plant Factory
• 多種形式：量產型、研究型、嗜好型、家用型、 社區型、貨櫃型、示範型、…
• 多種地方：地下室、廢棄教室/廠辦、畸零地、 市區、鄉村、工/農/商業用地、住宅、大樓、餐廳、賣場、…
• 多種天候：沙漠 ~ 極地 (有水有電就可) • 多種人力：老中青、男女、輕度殘障 • 多種系統：水耕、噴霧耕、介質耕 • 多層層架：2 ~ 10層或更多 • 多種作物：葉菜、種苗、香料、藥草、…
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植物工廠的投資報酬
工程經濟分析
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數量：50 家 完全使用人工光
源 34家
人工光源與太陽光並用 16家
迄2009/4
迄2010/4
數量：80 家 完全使用人工光
源 64家
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局部資料 彙整
廠名
總面積
(栽培面積) m2
層數
產能
株/日
單位面積年產能 *
kg/m2/yr
造價
¥ 造價 萬¥ /株
造價 萬¥/m2
Green Flavor (66) 7 300 (166) 2178萬 7.26 33
OoToya (160) 7 350 (80) 5280萬 15 33
Urban Farm 546 (400) 9 1200 67 (91) 1.2億 10 (30)
Ozu (500) 7 1500 (110) 1.65億 11 33
Mirai (規劃) 1000 10 4000 146 3.3億 8.25 33
Fairy Angle 2870 10 8000 102 15億 18.7 51.9
Mirai (規劃) 3000 10 10000 122 9.9億 9.9 33
* 假設每株 100 g，全年 365 天連續量產
每株成本 20 年收穫天數 350
每株售價 36 單株均重 120 g 設廠成本 1.4 萬NT$/株
年營業額 年淨利 投資金額
株/日 kg/日 萬株/年 噸/年 萬 萬 萬 2 年 3 年 4 年 5年
300 36 10.5 12.6 378 168 420 -14% 10% 22% 29%
400 48 14 16.8 504 224 560 -14% 10% 22% 29%
500 60 17.5 21 630 280 700 -14% 10% 22% 29%
600 72 21 25.2 756 336 840 -14% 10% 22% 29%
700 84 24.5 29.4 882 392 980 -14% 10% 22% 29%
800 96 28 33.6 1008 448 1120 -14% 10% 22% 29%
900 108 31.5 37.8 1134 504 1260 -14% 10% 22% 29%
1000 120 35 42 1260 560 1400 -14% 10% 22% 29%
1500 180 52.5 63 1890 840 2100 -14% 10% 22% 29%
2000 240 70 84 2520 1120 2800 -14% 10% 22% 29%
年產量日產量 投資報酬 IRR
PF 工程經濟分析
日本的設廠投資為 7~18 萬日圓/株，約 2.8~7.2 萬台幣/株
33 萬日圓/m2，約 13.2 萬台幣/m2
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售價： 0.3 NT$/g
設廠成本 1 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
300 8% 31% 42% 48%
400 8% 31% 42% 48%
500 8% 31% 42% 48%
600 8% 31% 42% 48%
700 8% 31% 42% 48%
800 8% 31% 42% 48%
900 8% 31% 42% 48%
1000 8% 31% 42% 48%
1500 8% 31% 42% 48%
2000 8% 31% 42% 48%
投資報酬 IRR
設廠成本 1.1 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
330 1% 25% 36% 42%
440 1% 25% 36% 42%
550 1% 25% 36% 42%
660 1% 25% 36% 42%
770 1% 25% 36% 42%
880 1% 25% 36% 42%
990 1% 25% 36% 42%
1100 1% 25% 36% 42%
1650 1% 25% 36% 42%
2200 1% 25% 36% 42%
投資報酬 IRR
設廠成本 1.2 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
360 -4% 19% 31% 37%
480 -4% 19% 31% 37%
600 -4% 19% 31% 37%
720 -4% 19% 31% 37%
840 -4% 19% 31% 37%
960 -4% 19% 31% 37%
1080 -4% 19% 31% 37%
1200 -4% 19% 31% 37%
1800 -4% 19% 31% 37%
2400 -4% 19% 31% 37%
投資報酬 IRR
設廠成本 1.3 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
390 -9% 14% 26% 33%
520 -9% 14% 26% 33%
650 -9% 14% 26% 33%
780 -9% 14% 26% 33%
910 -9% 14% 26% 33%
1040 -9% 14% 26% 33%
1170 -9% 14% 26% 33%
1300 -9% 14% 26% 33%
1950 -9% 14% 26% 33%
2600 -9% 14% 26% 33%
投資報酬 IRR
設廠成本 1.5 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
450 -17% 6% 18% 25%
600 -17% 6% 18% 25%
750 -17% 6% 18% 25%
900 -17% 6% 18% 25%
1050 -17% 6% 18% 25%
1200 -17% 6% 18% 25%
1350 -17% 6% 18% 25%
1500 -17% 6% 18% 25%
2250 -17% 6% 18% 25%
3000 -17% 6% 18% 25%
投資報酬 IRR
設廠成本 2 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
600 -31% -8% 5% 12%
800 -31% -8% 5% 12%
1000 -31% -8% 5% 12%
1200 -31% -8% 5% 12%
1400 -31% -8% 5% 12%
1600 -31% -8% 5% 12%
1800 -31% -8% 5% 12%
2000 -31% -8% 5% 12%
3000 -31% -8% 5% 12%
4000 -31% -8% 5% 12%
投資報酬 IRR
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售價：0.3 NT$/g
每株成本 20 年收穫天數 350
每株售價 60 單株均重 120 g 設廠成本 2 萬NT$/株
年營業額 年淨利 投資金額
株/日 kg/日 萬株/年 噸/年 萬 萬 萬 2 年 3 年 4 年 5年
300 36 10.5 12.6 630 420 600 26% 49% 59% 64%
400 48 14 16.8 840 560 800 26% 49% 59% 64%
500 60 17.5 21 1050 700 1000 26% 49% 59% 64%
600 72 21 25.2 1260 840 1200 26% 49% 59% 64%
700 84 24.5 29.4 1470 980 1400 26% 49% 59% 64%
800 96 28 33.6 1680 1120 1600 26% 49% 59% 64%
900 108 31.5 37.8 1890 1260 1800 26% 49% 59% 64%
1000 120 35 42 2100 1400 2000 26% 49% 59% 64%
1500 180 52.5 63 3150 2100 3000 26% 49% 59% 64%
2000 240 70 84 4200 2800 4000 26% 49% 59% 64%
年產量日產量 投資報酬 IRR
PF 工程經濟分析
70
售價：0.5 NT$/g
每株成本 20 年收穫天數 350
每株售價 60 單株均重 120 g
設廠成本 3 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
900 -4% 19% 31% 37%
1200 -4% 19% 31% 37%
1500 -4% 19% 31% 37%
1800 -4% 19% 31% 37%
2100 -4% 19% 31% 37%
2400 -4% 19% 31% 37%
2700 -4% 19% 31% 37%
3000 -4% 19% 31% 37%
4500 -4% 19% 31% 37%
6000 -4% 19% 31% 37%
投資報酬 IRR
設廠成本 2.5 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
750 8% 31% 42% 48%
1000 8% 31% 42% 48%
1250 8% 31% 42% 48%
1500 8% 31% 42% 48%
1750 8% 31% 42% 48%
2000 8% 31% 42% 48%
2250 8% 31% 42% 48%
2500 8% 31% 42% 48%
3750 8% 31% 42% 48%
5000 8% 31% 42% 48%
投資報酬 IRR
設廠成本 4 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
1200 -21% 2% 15% 22%
1600 -21% 2% 15% 22%
2000 -21% 2% 15% 22%
2400 -21% 2% 15% 22%
2800 -21% 2% 15% 22%
3200 -21% 2% 15% 22%
3600 -21% 2% 15% 22%
4000 -21% 2% 15% 22%
6000 -21% 2% 15% 22%
8000 -21% 2% 15% 22%
投資報酬 IRR
設廠成本 1.5 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
450 54% 76% 85% 90%
600 54% 76% 85% 90%
750 54% 76% 85% 90%
900 54% 76% 85% 90%
1050 54% 76% 85% 90%
1200 54% 76% 85% 90%
1350 54% 76% 85% 90%
1500 54% 76% 85% 90%
2250 54% 76% 85% 90%
3000 54% 76% 85% 90%
投資報酬 IRR
設廠成本 1 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
300 107% 128% 135% 138%
400 107% 128% 135% 138%
500 107% 128% 135% 138%
600 107% 128% 135% 138%
700 107% 128% 135% 138%
800 107% 128% 135% 138%
900 107% 128% 135% 138%
1000 107% 128% 135% 138%
1500 107% 128% 135% 138%
2000 107% 128% 135% 138%
投資報酬 IRR設廠成本 1.75 萬NT$/株
投資金額
萬 2 年 3 年 4 年 5年
525 38% 61% 71% 75%
700 38% 61% 71% 75%
875 38% 61% 71% 75%
1050 38% 61% 71% 75%
1225 38% 61% 71% 75%
1400 38% 61% 71% 75%
1575 38% 61% 71% 75%
1750 38% 61% 71% 75%
2625 38% 61% 71% 75%
3500 38% 61% 71% 75%
投資報酬 IRR
71
售價：0.5 NT$/g
¥360 for 120 g (1.2 NT$/g) ¥198 for 60 g (1.32 NT$/g)
72
70 NT$ for 50 g (1.4 NT$/g)
199~249 NT$ for 142 g (1.4~1.75 NT$/g)
台(美國進口)日韓(植物工廠量產)生鮮萵苣產品超市售價
2012/1/16
13
LED vs. T5
栽培天數 21 天 LED單價 700 NT$
每禮拜收穫 120 株 T5單價 333 NT$
電費 3 NT LED總價 18900 NT$/層
硬體 500000 NT$/間 T5總價 6993 NT$/層 每株電費
LED一層 27 支(20W) LED電費 77.76 NT$/Day 4.54
T5一層 21 支(28W) T5電費 95.26 NT$/Day 5.56
層架層數 3 層
人力 2150 NT$/月 工人月薪3萬，每次移植需花費1人2hrs (1/4 天)，每周收成兩次每月收成8.6次
20呎貨櫃式植物工廠
73
成本：20 元/株
LED vs. T5
燈管 4.54 NT$/head 電費 6.12 燈管 5.56 NT$/head 電費 7.40
冷氣(COP4) 1.13 NT$/head 氣體 0.48 冷氣(COP4) 1.39 NT$/head 氣體 0.48
風扇 0.41 NT$/head 資材 1.2 風扇 0.41 NT$/head 資材 1.2
氣泵 0.01 NT$/head 養液 1.314 氣泵 0.01 NT$/head 養液 1.314
水泵 0.03 NT$/head 折舊 9.80 水泵 0.03 NT$/head 折舊 9.67
二氧化碳 0.48 NT$/head 人力 4.18 二氧化碳 0.48 NT$/head 人力 4.18
種子 1 NT$/head 種子 1 NT$/head
海綿 0.2 NT$/head 海綿 0.2 NT$/head
養液 1.31 NT$/head 養液 1.31 NT$/head
水 0.004 NT$/head 水 0.004 NT$/head
硬體折舊(10年) 7.99 NT$/head 硬體折舊(10年) 7.99 NT$/head
LED折舊(5年) 1.81 NT$/head T5折舊(2年) 1.68 NT$/head
人力 4.18 NT$/head 人力 4.18 NT$/head
總和 23.10 NT$/head 總和 24.24 NT$/head
收成重量 148.3 g/head 收成重量 72.8 g/head
每100g成本 15.58 NT$ 每100g成本 33.29 NT$
LED燈管 T5燈管
74
成本：20 元/株
大綱
• 5S 在農業的應用
• 植物工廠簡介
•植物工廠的經營模式 • 物聯網在植物工廠的應用
75
植物工廠產品
1.硬體
2.軟體
3.設備
4.資材
76
5. 系統
6. 子系統
7. 生鮮產品
8. 加工品
植物工廠經營模式
資源再利用：三源共構
農漁結合
農牧結合
農漁牧結合
設備銷售
花博展出
與建築營造業的結合
最短食品里程/碳足跡最小化
店產店銷型態
與餐飲業的結合
77
生鮮品
整株、散葉Baby leaf
芽、苗菜、沙拉包
加工品
與醫療保健結合
與寵物飼料結合
整廠輸出
資源再利用：三源共構的PF系統
硝酸鹽廢物利用 (水產養殖場)
78
植物工廠
氮源系統
碳源系統
能源系統
二氧化碳再利用
(養菇場、火力發電廠排煙) 低溫冷能再利用
養菇場、低溫物流廠
2012/1/16
14
農漁結合
水產養殖 Aquaculture (NO3 是廢棄物)
+ 養液水耕 Hydroponic (NO3 是養分)
||
複合養殖 Aquaponic
79
農牧結合
芽苗菜生產
提供動物飼料：牛、羊、馬、豬、鵝等
動物糞便 --> 有機堆肥 田間/果園施用
80
Seed to feed in 6 days. 牛、羊、馬、雞、豬、兔
農漁牧結合
81
植物工廠
農/園藝用種苗/飼料用芽
苗菜
魚塭 硝酸鹽補充氮肥
畜產 堆肥
農藝作物施肥，魚塭養藻
農/園藝
植物工廠經營模式
資源再利用：三源共構
農漁結合
農牧結合
農漁牧結合
設備銷售
花博展出
與建築營造業的結合
最短食品里程/碳足跡最小化
店產店銷型態
與餐飲業的結合
82
生鮮品
整株、散葉Baby leaf
芽、苗菜、沙拉包
加工品
與醫療保健結合
與寵物飼料結合
整廠輸出
2010~2011 台北花博爭豔館展出
83
Future garden
Future Living room
Future kitchen
Home appliance style
84
2012/1/16
15
Furniture style
85
2010~2011 台北花博未來館展出
86
87 88
Cargo container style with PV on top
89 90
2012/1/16
16
91
1st layer for seedling production (70 plts)
2nd layer (15 plts)
Shelf style (18 plts/layer x 3 layer = 54 plts)
92
PF at home
93 94
Risk free Vege. production
95
PF in the Community
96
2012/1/16
17
97
Indoor Green Wall
98
Bio-Wall =
Green wall
+ Auto irrigation
+ New growth media
+ Design …
+ LED light
99 100
植物工廠經營模式
資源再利用：三源共構
農漁結合
農牧結合
農漁牧結合
設備銷售
花博展出
與建築營造業的結合
最短食品里程/碳足跡最小化
店產店銷型態
與餐飲業的結合
101
生鮮品
整株、散葉Baby leaf
芽、苗菜、沙拉包
加工品
與醫療保健結合
與寵物飼料結合
整廠輸出
輸送與銷售相關 碳足跡之最小化
2012/1/16
18
Mirai 公司的 Green Flavor
野菜生産と店舗販売とを一体化させた生鮮野菜の製造小売店
JAPAN SHOP SYSTEM AWARDS 2007
優秀賞 第一名
展示架
觀景窗內部為 生產區
相關數字 用地：66 m2
產能：300 株/日
樓層高：2.7 m
栽培層數： 7 層
栽培期：30 天
重量：100 g/株
2012/1/16
19
地下室附設植物工廠
110
植物工廠經營模式
資源再利用：三源共構
農漁結合
農牧結合
農漁牧結合
設備銷售
花博展出
與建築營造業的結合
最短食品里程/碳足跡最小化
店產店銷型態
與餐飲業的結合
113
生鮮品
整株、散葉Baby leaf
芽、苗菜、沙拉包
加工品
與醫療保健結合
與寵物飼料結合
整廠輸出
生鮮短期葉菜類 (免洗、方便煮) Ready To Cook
(免洗、可立食) Ready To Eat
2012/1/16
20
產品的多元化
Mix Baby Leaf (組合包)
生鮮、免洗、立即可食 Ready To Eat
116
產品的多元化
Mix Salad (組合沙拉包)
生鮮、免洗、立即可食 RTE
49元 36元
42元 55元 65元
45元
產品的多元化
芽菜、苗菜
譬如：小麥草 for 養生，大麥草當飼料
生鮮品、烘乾品
119 120
2012/1/16
21
與寵物飼料業的結合
121
與寵物飼料業的結合
122
與寵物飼料業的結合
123
產品的多元化 – 加工品
芽菜、苗菜之加工產品
易開罐小麥草汁
小麥草粉
膠囊
與保健產品業的合作
植物工廠的整廠輸出商機
125
俄羅斯
提高產量、穩定栽培、降低食品里程、減少輸送碳足跡。
各地理區域有各自的主要需求與個別需求， 需客製化
對應於整廠輸出商機的技術需求
126
2012/1/16
22
大綱
5S 在農業的應用
植物工廠簡介
植物工廠的經營模式
物聯網在植物工廠的應用
127
物聯網在植物工廠的應用
128
生產面
設備面
管理面
栽培knowhow
的建立
栽培knowhow
的整合
現場/市場資訊 的整合
UECS
EC
CT IT
IT: Information Technology CT: Communication Technology EC: Environmental Control
Ubiquitous
Environment
Control
System
•節點： –配有嵌入式電腦的設備 (感測器、驅動器等)。
–具有作業獨立性，可透過區域網路與電腦連接。
130
UECS 的基本單元
節點組成
Device MPU
Node
電腦網路
• 量測數據 • 操作訊號 • 遠端控制 • …
• 加熱器 • 環境感測器 • …
數位化以及 標準化的訊息
可主動量測以及控制設施
並透過網路與其他設備連接
管理面 (資訊化應用)
• 現場管理 – 資訊整合
– 影像管理
– 警報訊息
• 庫存管理 – 種子、海綿、肥料、其他資材
– 燈管、燈具
– 檢驗試劑、藥品
– 包裝袋、貼紙
132
• 品質檢測
–生菌數
–硝酸鹽
–其他
• 生產履歷 • 生產過程追蹤
• 資材使用追蹤
• 產品品質公開
2012/1/16
23
生產面 (物聯網應用)
133
風
光
水 養
氣 地上部 地下部 環境
日間/夜間空氣溫度、濕度、流速、分布
均勻度
光量 光質 (光譜) 光週期 分布均勻度
營養配方 營養液濃度 pH、EC、DO
二氧化碳濃度
生產面 (物聯網應用)
134
風
光
水 養
氣 植物體
葉片溫度
葉綠素含量 多光譜影像
葉片硝酸鹽含量營養成分
氣孔導度
葉片/介質含水率
設備面 (物聯網應用)
135
光量
光週期
養液
CO2控制閥
影像
光質
依據植物種類由雲端下載栽培knowhow
循環馬達 濃縮液蠕動馬達 酸鹼液蠕動馬達
立體栽培架 植物生長箱
RGB
驅動器的無線化
遮陰網
風扇
加溫機/鍋爐
人工光源
養液控制
天窗控制
UECS 應用於 (日本)太陽光利用型
植物工廠
空氣環境(地上部)監測與控制
水體 (地下部)環境監測與控制
感測器與驅動器
137
感測訊號線 控制訊號線 動力線+動力訊號線
集中型環境控制系統
動力盤
溫室電腦
網路線 動力線 節點
簡易控制台節點
網際網路
UECS
(http://www.uecs.jp/index.html)
傳統方式
UECS
線路簡化
節點設備
中小規模節點
量測節點
大規模節點
(Hortplan)
2012/1/16
24
139 140
UECS補光
(東海大學) UECS節點
142
UECS 應用於 (台灣)完全人工光控制型
植物工廠
環境監測與養液控制
144
2012/1/16
25
145
群組式系統架構
設備群組A 設備群組C
設備群組B …
146
目前運行環境
3間實驗型 (台大生機) 1 間量產型植物工廠
1間量產型植物工廠(宜蘭)
2間量產型植物工廠 (台大生農學院)
運行於電腦之Internet Explorer
147
主畫面
也能運行於行動裝置上
148
即時狀態
頁面每10秒自動更新一次
149
Chart
Drawing Area
150
Report
2012/1/16
26
151
系統運作
連續紀錄溫度變化狀況
控制CO2於1200±50 ppm
152
系統運作
控制濕度前濕度變化狀況
控制濕度後濕度變化狀況
< 60 %
70 ~ 90 %
• 手動調控至1 mS/cm，並由系統微調至1.2 mS/cm
• pH會因為原液添加而快速下降
• 系統可在EC調整完後使pH逐漸降低
153
養液調控
6
6.2
6.4
6.6
6.8
7
7.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
2011/4/6 14:24 2011/4/6 19:12
mS/
cm
EC
pH
154
即時影像
155
結論
無線化 / 微小化 / 節能 /
自有動力 / 智慧型 /
的感測器與感測網路
已經實現
以人為本的應用介面
結合 硬體與軟體 HW and SW
將智慧 KW 內嵌 (Know why/when/what/where)
以技術 KH 落實 (Know how)
156
物聯網的應用潛力無窮 但也唯有整合者才能成為解答者
謝謝聆聽，敬請指教