现场运营管理技术

植物工厂的种植计划偏差,不是精度问题

现场管理者文章列表

种植计划的排期表。将出货、栽培、人手整合为一体的计划象征

“按满产能来排计划,出货和人员跟着调整就行”——你是否也这样设计种植计划?这样排下去,每周都会在某个环节出现账面对不上的情况。出货侧产生剩余,人员侧抱怨不断,疲于善后。你以为是工序表精度不够,于是拆得更细、排得更密。但无论排得多细,偏差就是消不掉。既然如此,或许根本就怀疑错了地方。

我长期在人工光型的植物工厂从事生菜等叶菜的生产与创业,计划运转失灵的场景,很多时候不是出在工序表的精细度上,而是出在把几件速度各异的事情硬绑成一条线的那一刻。

计划偏差是三个时钟的问题,不是精度问题

工序表排好了却跑不顺,这种情形有很多。仔细观察会发现,偏差的方式并不止一种。出货的多退少补,是以周为单位的细密波动;而栽培本身要慢得多——就算调整了定植节奏,结果要好几周之后才会显现。人手的忙闲高峰,又是另一个节拍。同一份”计划”里,混入了速度截然不同的事情——你是否也有过这样的感觉?

这不是某个人特有的感受。就我所见,计划失灵的大多数情形,都从这里开始。我们用”种植计划”一词一概而论,但其中至少有三个不同的时钟。出货受需求牵引,以周为单位细密波动。栽培是生物的周期,采取行动之后,回应要好几周后才显现。叶菜生菜从播种到采收约需35天,即便介入,效果出现在货架上也要等下一个周期。人手的忙闲高峰,与这两者都不同,走的是另一条节拍。

问题就在于,把这些速度各异的事情放在同一张工序表的同一刻度上。迁就快波动,栽培侧就被拖着跑;迁就慢周期,出货就漏单。所以偏差不是工序表精度的问题,而是把本该各自运转的三件事强行同步的结构问题。

“试图用一条线来把握就会偏”——在研究侧,同样的形式也出现过。预测植物工厂生菜采收时的重量,若只用某一时点的外观大小来判断,相关系数最高只有0.45。但一旦加入跨越时间的变化特征,比如叶片运动,就能升至0.74(参考: 1)。叶片运动本身也具有与明暗周期联动的周期性(参考: 1)。不看某一时刻的静止画面,而看时间的流动——即周期——现实才能看得更清。计划也一样:只盯着某一周的出货数量采取措施就会偏;把它看成波动、看成周期,现实才开始读得懂。

让三轴各自运转的缓冲配置方式

听到有三个时钟,也许豁然开朗。但这里还剩一个疙瘩。说应该各自运转,现实中这三者却互相牵扯。想回应出货的波动,就想动定植节奏;采收高峰一来,人手也被拖着走。具体来说,各自运转该如何保持距离?不捆成一条线,那靠什么来咬合三者?

作为速度各异的时钟象征的沙漏

出货、栽培、人手各自运转,意思是在三者之间刻意设置”缓冲”。直接相连,快波动就会原封不动地震动慢周期。正因如此,才在中间插入缓冲,让一侧的震动不直接传到另一侧。具体来说,出货侧可以设置的缓冲,是货架上等待采收的适期幅度、可出货规格的上下浮动范围,以及合同数量的调整余地。栽培侧可以设置的是定植间隔的宽度,人手侧可以设置的是余力。这里插入一个现场的前提说明:生鲜叶菜保鲜期短,能作为库存积压好几天的余地十分有限。所以出货侧的缓冲,与其说是”多囤库存”,不如说是靠货架上的采收适期能前后摆动多少、哪些规格可以纳入出货来维持。另外,缓冲的设置方式不止于此。准确地说,每个轴都有更细的持有方式,但为了便于理解,这里只列举每个轴最具代表性的一种。

咬合三者的线索,不在于工序表本身,而在于那个缓冲现在还剩多少、是否在减少。出货的波动用采收适期幅度和规格浮动范围来承接,当这个余地快要耗尽时,再对栽培侧的定植节奏动手。采收高峰用人的余力来承接。不是把三者同步在同一刻度上,而是看各自之间的缓冲余量,只对快到极限的那个进行调整。

这里需要注意的是,栽培侧的应对如果等到”缓冲耗尽之后”就来不及了。承接出货的缓冲耗尽之后才增加定植,那批苗上架要35天左右。这是板上钉钉的被动应对。所以唯独栽培轴,不等缓冲耗尽,提前一个采收前置期的时间量来调整设定。看缓冲减少的斜率,在触底之前出手。出货侧的监视看”现在有多少”,栽培侧看的是”照此下去,前置期之后够不够”——这是两者的区别。

不是用一条线把后面全部定死,而是让三个时钟各按自己的速度运转,只监视边界处的缓冲。这就是保持距离的方式。

人手是独立于生产之外的一个轴,从经营数据侧也可以得到印证。针对设施园艺(番茄)太阳光型的行业调查显示,每6,000至8,000平方米附近出现收益性峰值,并且报告指出,持续稳定运营的主要课题是”稳定生产与劳动力的调配”(2017年,参考: 2)。这是果菜、太阳光型的调查,与我在现场实际接触的人工光型、叶菜类型不同,但人手不是单纯从属于生产工序的变量这一论点,跨越类型同样成立。盈亏在很大程度上取决于如何同时维系生产与劳动力,而非将生产能力用到极致。我认为人手是应当独立设置、主动去对齐的一个轴。

选择作为基准的轴

想按出货计划或人员安排来调整栽培,生长节奏却不那么容易弯曲——有过这种经历吗?三个时钟中,只有栽培的周期大体由光照和温度决定,不像出货或人手那样可以自由调整。于是现实中,自然会出现”以最难动的轴为基准,让可动的轴向它对齐”的顺序。反之,以接单为最优先的设施,也可以将出货设为基准。以什么为基准周期,计划的组织方式本身就会不同。

播种作业。通过错开时机来在栽培侧创造缓冲

三者中,栽培周期是最难调整的轴。光照、温度,乃至到采收为止的节奏,都无法因人员或订单的便利而改变。因此将栽培作为”基准时钟”,让出货和人手在其上对齐,是最少勉强的做法。

这里重要的一点是,无论以什么为基准,基准本身并不直接驱动其他轴。即便以栽培为根基,出货的波动也是用采收适期幅度来承接,人手的高峰用余力来承接。前一章所说的缓冲配置方式在这里同样不变。

以接单为优先的设施将出货设为基准时也是一样。这时要在栽培侧设置厚实的缓冲——定植的宽度——来吸收波动。想要平准化用工的设施,则以人手可动用的量为基准,让出货和栽培向它靠拢。受订主导、生产主导、人员主导,选哪个为基准,道理都一样。改变基准,就是重新选择固定哪个时钟、加厚哪个缓冲。以最难动的轴为基准,把缓冲的垫子放到可动轴一侧。顺序永远如此。

不过,在合同销售占比较大的设施里,这种不对称有时会反转。当出货数量基本被合同锁定时,出货反而成为最稳定的轴,波动的是生产侧——良品率和生长差异。这时要在生产侧保持厚实的缓冲,让栽培向合同这个稳定轴对齐。自己设施中什么最稳定、什么最易波动,会随合同构成而变。

另外,即便将栽培周期设为基准时钟,这个基准也并非完全刚性。生菜的生长随光照强度而上下浮动,但最优点会随光周期与营养液浓度的组合而移动,并不存在”唯一最优”的单一值(参考: 3, 4)。即便是设为基准的轴,内部仍然留有可选择的幅度。难以调整,并不等于完全无法调整。

在最难动的栽培轴上创造余量

说到以出货为基准的设施要在栽培侧加厚缓冲,你是否觉得有点费解?栽培周期由光照和温度决定,本是三轴中最难动的。然而偏偏要在这个最难动的轴上,设置定植宽度这一缓冲。有点奇怪。在难以动弹的事物上创造缓冲,究竟是什么意思?最刚硬的轴,难道反而是最能追加垫子的地方?

贮液罐与设备。缓冲无法吸收的固定费用与外部成本的象征

直接说结论:正是如此。越难动的轴,越能追加缓冲。栽培周期本身——也就是一株从播种到采收需要几周——确实无法改变。但”何时播”和”分几次播”是可以改变的。将这些分散开来,就是定植的宽度

一次大量播种,采收也集中在一点,无法配合出货的波动。但若错开时机、少量分批播种,货架上就会阶梯状排列着”即将进入采收期的苗”和”再等一会儿就能上的苗”。出货增多的周提前采收,可能出现剩余的周稍作等待,这样的宽度就产生了。这直接体现在现场的播种设计上。比如合同是日产5,000株,不是同一天全部播种,而是分成几天播,使每天采收量基本持平。多段培育的工厂,将货架分为育苗、初期、中期、后期,在各阶段始终备有几天量的苗。这样一来,出货膨胀的周可以从后期货架提前,想压缩的周则稍加等待,调整就能实现。若是一天一批集中播,这种宽度根本不存在。

刚硬的是每株苗自身的周期,柔软的是如何在时间轴上分散那些苗。把无法移动的单元错开叠放,整体就成为缓冲。最刚硬的轴反而是最能追加缓冲的地方,正是因为刚硬与配置是两回事。

这个判断——刚硬的是每株苗的周期,柔软的是时间轴上的配置——在光照分配的研究中也能看到近似的形式。这里是不同领域的例子,不是关于播种分配本身,但”不改变总量、改变分配方式就能改变结果”的结构是共通的。例如在温室中补光栽培的’Little Gem’生菜,与其用短时间强光照射,不如把同等总量的光延长时间弱光分配,生物量更多,光能转化效率也更高(参考: 5)。不过这是太阳光型温室加补光的条件,同一研究也报告了质量上的权衡:光周期延伸过度会增加叶尖灼伤(tipburn)。延长不等于越长越好,并非那么简单。即便在人工光型的封闭环境中,也有研究结果表明,按电价波动调整一天中的光照强度,只要总量不变,在不降低产量的情况下可将照明成本削减约12%(参考: 6);同一研究还发现,与保持光照恒定相比,采用逐步递增的分配方式,即便总量相同,干物重也增加了约12%(参考: 6)。也有研究专门探讨了按需求和价格错峰用电的方法(参考: 7)。类型和对象各有不同,但”有时分配方式比总量更重要”这一点,可作为佐证。

根据波动速度改变复盘缓冲的节奏

通过观察缓冲余量来进行调整,这个思路应该不难理解。但这里有个问题:那个余量应该在什么时候、以多高频率去看?出货以周为单位细密波动,栽培的回应要好几周后才来,人手又有另一座峰。三者都用同样的间隔去看,感觉不对;但若频率各异,又担心遗漏。缓冲的复盘节奏,是否应该因缓冲而异?

复盘的频率,由那个缓冲所承接的波动速度决定。承接快波动的缓冲间隔越短,而且只看余量。承接出货的采收适期幅度,每天或每隔几天确认一次”货架上现在有多少苗可以前后摆动、是否在减少”。此时不做调整基准的判断,只是确认余量现在处于何处。

承接慢周期的缓冲,长间隔即可。但看的内容不同。承接定植宽度的栽培侧,每周测量也得不到回应,因此每隔数周检查一次”现在的定植节奏间隔本身是否合适”。不是确认余量,而是审视设定。而且这个审视要在缓冲耗尽之前——提前一个前置期的时间量——进行。唯独栽培侧,事后补救是来不及的。

也就是说,同样是”看”,也分两个层次。快缓冲频繁看余量,慢缓冲长间隔看设定。一旦把间隔拉平,快的那个就会遗漏,慢的那个则会被无谓地震动。每个缓冲的复盘节奏,可以根据它所承接的波动来改变。

缓冲的减少方式,直接指向”哪个轴的设定过于宽松”。采收适期幅度总是越来越窄,说明栽培侧的定植间隔跟不上出货的波动。人的余力总是捉襟见肘,说明人员侧的估算吸收不了采收高峰。出货漏单持续,说明出货侧设置的缓冲本身就偏薄。不把偏差笼统归为”计划不够严密”,而是从哪个缓冲开始崩溃来切分原因所在的轴——这是我感受到的三轴视角最大的实用价值。

话虽如此,每次都从零开始追踪缓冲余量、从交货日倒推、细分播种时机、按阶段分配株数,确实相当费工夫。我在现场使用的种植计划模板已经在本站公开,可以作为理解计算公式构成的切入点。但不能直接照用,因为株数、周转率、良品率因工厂而异,实际运营时必须按照自己的环境改造。先作为学习参考,从这里下载查看内容。

三轴无法吸收的偏差,以及最初应有的心态

到这里,三个时钟以及观察缓冲的方式都已整理清楚。最后画一条线。此前的讨论是”通过缓冲的配置方式和复盘节奏,在三轴运转范围内吸收偏差”的框架。但无论缓冲设置得多厚,也有无法承接的偏差类型。比如需求本身持续结构性萎缩,或者固定费用水平已超出周期调整所能触及的范围。这类偏差不是计划组织方式的问题,而是重新审视销路与合同条件、乃至设备规模本身的话题,属于另一个维度。这是”咬合三轴”这个框架之外的问题。

这条边界线——缓冲无法吸收的偏差类型——在观察盈亏敏感度时会看得很清楚。生菜植物工厂的盈亏对销售价格极为敏感。据某项测算,销售价格仅从当前下降一定比例,达到损益平衡所需的规模就会急剧跃升,跌幅一旦扩大,就会膨胀到不现实的规模(以先进栽培技术与现行成本结构为前提,参考: 8)。价格略微下调就导致所需规模大幅变动的敏感度本身,对制定计划的一方是一道压力。这已经不是定植间隔或货架上采收适期所能吸收的幅度。这是价格、需求这一不同周期发生结构性偏移时的话题。

成本侧也存在缓冲之外的外部周期。人工光型植物工厂中影响最大的是电力。行业调查显示,人工光型成本中电费占比从2021年度的19%升至24%,该电费的构成为照明58%、空调系统31%。电费成本与上年同期相比,2022年度甚至达到131%(令和7年度调查,参考: 9)。一旦外部电价大幅变动,定植间隔无力吸收。同样是”外部价格冲击”这一周期,在太阳光型温室中不是电力而是燃料油侧发生。也有观点指出,原油价格上涨和日元贬值可能将设施园艺的燃料费推至历史高位(参考: 10);来源不同,但价格从外部被推高的周期跨越类型普遍存在。人工光型的读者,我认为首先应当把自身主要成本——电力——的外部波动,作为这个缓冲之外的话题来看待。一旦走到这一步,就进入了不是重新审视计划组织方式,而是重新审视销路、规模、采购本身的领域。

对于刚开始创业的人来说,从一开始就具备三轴思维,会有什么不同?变化最大的是”出现偏差时怀疑什么”。不了解三轴,每次出现偏差就想提升工序表精度,把一条线拆得越来越细。但那是把速度各异的事情强行捆成一条的方向,通常会陷入僵局。从一开始就知道有三个时钟,在创业阶段就能把”把缓冲放在哪里”设计进去。货架上的采收适期幅度、定植的间隔、人的余力——事后补充很难,但在最初就能自然嵌入。能否将计划视为”不断承受波动、持续运转的机制”而非”一条排到底的线”——这个切入点的转变,意义重大。有了这样的心态,第一次出现偏差也能平静以待——不是失败,而是三轴开始运转的信号。

提升植物工厂盈利能力的172条实用技巧

336页、19章、172个主题。这是一套基于10年以上的现场经验整理而成的实战经验集,汇总了其他地方很难获得的植物工厂“现场级知识”。

了解更多

免费工具

参考文献

  1. Shogo Nagano, Shogo Moriyuki, Kazumasa Wakamori, Hiroshi Mineno, Hirokazu Fukuda(2019) Leaf-Movement-Based Growth Prediction Model Using Optical Flow Analysis and Machine Learning in Plant Factory. Frontiers in Plant Science
  2. (2017) 日本政策金融公庫・農林水産事業 情報戦略レポート 6,000~8,000m²に収益性ピーク 課題は安定生産と労働力の調達配分 : 施設園芸(トマト)経営に関する調査. AFCフォーラム = AFC Forum : agriculture, forestry, fisheries, food business and consumers
  3. Jeong Hwa Kang, Sugumaran KrishnaKumar, Sarah Louise Sua Atulba, Byoung Ryong Jeong, Seung Jae Hwang(2013) Light intensity and photoperiod influence the growth and development of hydroponically grown leaf lettuce in a closed-type plant factory system. Horticulture Environment and Biotechnology
続きを表示 (7) ▾
  1. Jiali Song, Hui Huang, Yanwei Hao, Shiwei Song, Yiting Zhang, Wei Su, Houcheng Liu(2020) Nutritional quality, mineral and antioxidant content in lettuce affected by interaction of light intensity and nutrient solution concentration. Scientific Reports
  2. Geoffrey M. Weaver, Marc W. van Iersel(2020) Longer Photoperiods with Adaptive Lighting Control Can Improve Growth of Greenhouse-grown ‘Little Gem’ Lettuce (Lactuca sativa). HortScience
  3. Elias Kaiser, Paul Kusuma, Silvère Vialet‐Chabrand, Kevin M. Folta, Ying Liu, Hendrik Poorter, Nik Woning, Samikshya Shrestha, Aitor Ciarreta, Jordan van Brenk, Margarethe Karpe, Yongran Ji, Stephan David, Cristina Zepeda, Xin-Guang Zhu, Katharina Huntenburg, Julian C. Verdonk, Ernst J. Woltering, Paul P. G. Gauthier, Sarah Courbier, Gail Taylor, L.F.M. Marcelis(2024) Vertical farming goes dynamic: optimizing resource use efficiency, product quality, and energy costs. Frontiers in Science
  4. Dafni Despoina Avgoustaki, George Xydis(2021) Energy cost reduction by shifting electricity demand in indoor vertical farms with artificial lighting. Biosystems Engineering
  5. Yunfei Zhuang, Na Lü, Shigeharu Shimamura, Atsushi Maruyama, Masao Kikuchi, Michiko Takagaki(2022) Economies of scale in constructing plant factories with artificial lighting and the economic viability of crop production. Frontiers in Plant Science
  6. 一般社団法人日本施設園芸協会(2026) 令和7年度 大規模施設園芸・植物工場実態調査・事例調査. 農林水産省 補助事業
  7. 矢野 佑樹, 中村 哲也, 丸山 敦史(2015) 原油価格と為替レートが施設園芸農業に与える影響. 農業経営研究