雙匯是中國最大的肉類加工基地，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化國家重點(diǎn)龍頭企業(yè)，總部在河南省漯河市。雙匯在全國18個省（市）建有30個現(xiàn)代化肉類加工基地和配套產(chǎn)業(yè)，形成了養(yǎng)殖、飼料、屠宰、肉制品加工、新材料包裝、冷鏈物流、連鎖商業(yè)等完善的產(chǎn)業(yè)鏈，年產(chǎn)銷肉類產(chǎn)品近400萬噸，擁有100多萬個銷售終端。雙匯品牌價值619.46億元，連續(xù)多年居中國肉類行業(yè)第一位。

作為肉制品行業(yè)的龍頭企業(yè)，雙匯集團(tuán)早在10多年前就敏銳地認(rèn)識到產(chǎn)品的質(zhì)量與食品安全對于企業(yè)的信譽(yù)起到至關(guān)重要的作用，委托中科院沈陽自動化所研發(fā)火腿腸智能挑揀機(jī)。在沒有任何國內(nèi)外同類設(shè)備參照的情況下，沈自所憑著在其它行業(yè)自動化技術(shù)和智能檢測技術(shù)的積累，和對火腿腸生產(chǎn)特性的逐漸深入理解，原始創(chuàng)新，從初始的原理樣機(jī)開始，逐步完善改進(jìn)，不斷探索，精益求精，形成了用戶滿意的國際首創(chuàng)的批產(chǎn)設(shè)備，填補(bǔ)了國內(nèi)外肉制品行業(yè)相關(guān)檢測技術(shù)與裝備的空白。火腿腸挑揀機(jī)項(xiàng)目于2008年啟動，歷經(jīng)兩年技術(shù)攻關(guān)，2010年完成原理樣機(jī)開發(fā)，并于2011年成功實(shí)現(xiàn)設(shè)備批產(chǎn)，截至2019年累計(jì)推廣應(yīng)用110余套。

中國科學(xué)院沈陽自動化研究所馬鉞

自動挑揀機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化檢測

針對火腿腸生產(chǎn)具有產(chǎn)量大、速度快和品種規(guī)格多樣化、檢測準(zhǔn)確率要求高等特點(diǎn)，自動挑揀機(jī)的設(shè)計(jì)要充分滿足火腿腸生產(chǎn)的規(guī)范要求。提高勞動生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保檢測率高，具有快速處理能力，產(chǎn)品的兼容性高，并保證生產(chǎn)均衡性。設(shè)備需滿足每天24小時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證設(shè)備的可靠性，還要避免火腿腸在檢測過程中造成損傷。并且在有限的布局空間情況下，盡可能縮小設(shè)備體積，達(dá)到檢測要求。綜合各方面因素制定出完善的解決方案。

為了保證每根火腿腸都能被全方位的檢測，首先要做到火腿腸從雜亂無章狀態(tài)到整齊排列。火腿腸產(chǎn)品規(guī)格很多，機(jī)械結(jié)構(gòu)的精巧，關(guān)鍵靈動部位的設(shè)置，同步控制的精準(zhǔn)，都需要精心設(shè)計(jì)。能夠兼容各種規(guī)格產(chǎn)品，并按產(chǎn)品的規(guī)格自適應(yīng)調(diào)節(jié)檢測和控制參數(shù)，減少更換品種造成的停頓，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)能夠提高檢測精度。另外，我們憑借對高溫火腿腸特性的長期摸索和試驗(yàn)，解決了由于高溫火腿腸產(chǎn)量大、速度快、規(guī)格多，灌裝肉制品一致性差，采用類似并聯(lián)機(jī)械手機(jī)器人抓取等方式難以解決的排序難題。我們在研制過程中深入掌握了火腿腸的群體和個體運(yùn)動姿態(tài)及生產(chǎn)流轉(zhuǎn)特征，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了滿足產(chǎn)品智能檢測要求的高效率梳理排序方式，發(fā)明了火腿腸從雜亂無章堆積狀態(tài)到整齊排列的柔性排序整理機(jī)構(gòu)。

針對產(chǎn)品存在劃破、微孔漏氣等密封不嚴(yán)問題，通過研究火腿腸的外包裝腸衣溫濕度和材質(zhì)等物理特性、電介質(zhì)特性、腸體內(nèi)部電荷運(yùn)動漂移分析、在線感知環(huán)境變化，結(jié)合數(shù)字信號處理技術(shù)，研發(fā)出了高頻高壓針孔檢測裝置，準(zhǔn)確率達(dá)到99.95%以上，針孔泄露的檢測精度達(dá)0.1mm。

針對包裝外觀缺陷，基于機(jī)器視覺、深度學(xué)習(xí)和3D測量技術(shù)，融合可見光與近紅外光的成像檢測模型，建立綜合技術(shù)智能檢測平臺，通過對火腿腸姿態(tài)的全方位精確控制，實(shí)現(xiàn)了火腿腸生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的多達(dá)11種外觀質(zhì)量問題的自動識別，準(zhǔn)確率可達(dá)99.5%。

火腿腸挑揀機(jī)解決了長期困擾肉制品生產(chǎn)企業(yè)高溫產(chǎn)品包裝工序的檢測精度低、市場反饋率居高不下等痛點(diǎn)問題，填補(bǔ)了高溫肉制品行業(yè)專業(yè)檢測設(shè)備的空白，已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)部形成示范效應(yīng)，累計(jì)推廣應(yīng)用110余套，遍及全國14個省市。

根據(jù)火腿腸的不同規(guī)格品種尺寸、不同裝箱支數(shù)，創(chuàng)新研發(fā)了符合火腿腸產(chǎn)量要求的高速、精確的火腿腸自動裝箱機(jī)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)了精確整理機(jī)構(gòu)，結(jié)合智能視覺姿態(tài)檢測和多伺服電機(jī)協(xié)同控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單支火腿腸的高速、有序裝箱。形成了從整理排序、智能檢測、缺陷剔除、精確計(jì)數(shù)到整齊裝箱的一體化解決方案。單支自動裝箱機(jī)解決了物料緩沖整理、單層整齊排序、傾斜智能視覺檢測、高速運(yùn)動計(jì)數(shù)、多伺服協(xié)同控制、產(chǎn)品規(guī)格自動調(diào)整以及紙箱規(guī)格自動調(diào)整等關(guān)鍵問題。減少了工人的勞動強(qiáng)度，增加了裝箱的準(zhǔn)確率，提高了生產(chǎn)過程的自動化水平。

火腿腸自動檢測與裝箱設(shè)備克服了品種規(guī)格和外觀花色繁多，并且在生產(chǎn)過程中頻繁切換品種的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)械間隙、檢測和控制參數(shù)的智能系統(tǒng)。可以進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，遠(yuǎn)程故障診斷，為生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理提供實(shí)時數(shù)據(jù)。不僅大幅降低了企業(yè)的人力資源成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，還顯著降低了威脅食品安全的風(fēng)險，減少了市場投訴率，提高了企業(yè)的信譽(yù)。智能檢測與包裝工序節(jié)省人力減員比例達(dá)70%，為企業(yè)減少了因人工二次污染造成的額外資源消耗。每年覆蓋雙匯集團(tuán)高溫肉制品營業(yè)收入中約100億元的產(chǎn)品，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。進(jìn)一步推進(jìn)了我國高溫肉制品生產(chǎn)的技術(shù)提升和高水準(zhǔn)自動化裝備產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，對于大幅提升中國肉類食品加工制造業(yè)的自動化水平和食品安全水平具有重大意義。

食品飲料行業(yè)自動化前景可期

“民以食為天”，人們對食品多樣化、多層次需求的不斷提高，必將為食品行業(yè)自動化提供良好的發(fā)展機(jī)遇和空間。隨著勞動力成本的上漲，以及各能源的缺乏，食品加工行業(yè)在降低成本、提高效率、保證質(zhì)量方面的要求不斷提升，對自動化生產(chǎn)需求比較其它行業(yè)更有突出的增長趨勢。近幾年國內(nèi)自動化廠商也在積極跟進(jìn)，國內(nèi)食品飲料自動化設(shè)備發(fā)展速度很快，從功能和工藝等各方面都已經(jīng)逐漸趕超了國外同類產(chǎn)品。但是，我國食品和包裝機(jī)械行業(yè)整體還存在著諸多不足，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量的差距、科技水平的差距、標(biāo)準(zhǔn)化的差距、管理水平的差距等，這些無疑是制約我國食品裝備行業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。從整體食品行業(yè)來看，只有啤酒、飲料、乳制品行業(yè)的自動化程度比較高，成為行業(yè)高端自動化產(chǎn)品應(yīng)用的代表。其它很多食品行業(yè)諸如肉制品，諸多生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較落后，雖然有些環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動化和機(jī)器人裝備，也僅局限于單機(jī)作業(yè)沒有形成完整的聯(lián)機(jī)生產(chǎn)線，工序轉(zhuǎn)接處于人工調(diào)度狀態(tài)，對于產(chǎn)品的質(zhì)量缺少有效的智能檢測手段，沒有實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的運(yùn)營模式。

此外，食品飲料行業(yè)自動化的特點(diǎn)是對于產(chǎn)品的質(zhì)量要求更高，這是智能檢測設(shè)備遇到的難度和挑戰(zhàn)。食品安全是一項(xiàng)關(guān)系國際民生的“民心工程”，直接關(guān)系到廣大人民群眾的身體健康和生命安全，關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定。食品等肉制品具有易變質(zhì)的特質(zhì)，發(fā)霉、變質(zhì)的產(chǎn)品流入市場，會造成很大的不良影響，食品安全對于產(chǎn)品的質(zhì)量檢測技術(shù)提出更高的要求。

食品生產(chǎn)的品種多樣化也是行業(yè)特點(diǎn)之一，為滿足用戶的口味和喜好，食品類產(chǎn)品的種類規(guī)格繁多，包裝的花色、尺寸體積千變?nèi)f化，所有包裝檢測工藝都必須嚴(yán)格根據(jù)產(chǎn)品的形狀、特性進(jìn)行定制，在絕大多數(shù)情況下，難以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化流程。

所以，包含滿足速度快、產(chǎn)量高，最大可能兼容各種產(chǎn)品規(guī)格的智能檢測自動化設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)從食品原料加工、食品加工到倉儲物流，貫穿生產(chǎn)過程的自動化生產(chǎn)線整體解決方案是食品行業(yè)迫切的需求。

摘自《自動化博覽》2020年4月刊