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　　國內(nèi)畜禽加工裝備與發(fā)達(dá)國家差距較大，如何提高智能化水平？

目前我國是世界上肉類生產(chǎn)與消費(fèi)的第一大國，肉類工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)十分重要的地位。國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2017年我國肉類總產(chǎn)量達(dá)8654.43萬t，約占全世界的1/4。

但我國畜禽肉類生產(chǎn)成本較高，屠宰行業(yè)分散，集中度不高，發(fā)展水平相對較低，小型、半機(jī)械化加工方式占大多數(shù)，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本升高。

智能化裝備可在生產(chǎn)過程中降低人工成本、加快生產(chǎn)效率、保證肉質(zhì)安全和提高肉品品質(zhì)能，且成套性強(qiáng)，可對加工過程有序化排列、連續(xù)性生產(chǎn)，保證每個環(huán)節(jié)等對產(chǎn)品信息可追溯的實(shí)現(xiàn)。

在這方面，歐美企業(yè)具有先進(jìn)的技術(shù)并得以產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，而我國在畜禽加工過程中使用智能裝備還相對較少。隨著國家工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，畜禽加工智能裝備產(chǎn)業(yè)也將進(jìn)入創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的時期。

本文綜述了當(dāng)前智能化裝備在畜禽屠宰、分割和分級等加工過程中的研發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)智能裝備研發(fā)產(chǎn)業(yè)化情況，為畜禽加工智能化裝備研究提供參考。

智能化屠宰設(shè)備

智能屠宰裝備是針對畜禽屠宰過程中的工序而設(shè)計(jì)研發(fā)的。當(dāng)前智能化屠宰設(shè)備主要由丹麥、德國、荷蘭、澳大利亞和新西蘭等國家生產(chǎn)。

1. 畜禽屠宰擊暈方式

在畜禽屠宰擊暈的方式上，主要有機(jī)械電擊暈和二氧化碳窒暈兩種。

20世紀(jì)70年代，荷蘭研發(fā)了手動電擊暈棍，但擊暈方式效率較低，目前主要作為輔助配套設(shè)備應(yīng)用。由荷蘭STORK公司生產(chǎn)的米達(dá)斯型全自動低壓高頻電擊暈機(jī)比較先進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)3點(diǎn)式自動擊暈。德國BANSS公司BRT設(shè)備上的伺服驅(qū)動線性導(dǎo)向系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)系統(tǒng)和機(jī)運(yùn)裝置完全同步進(jìn)行。

STORK米達(dá)斯

70年代中期，丹麥了研發(fā)二氧化碳致暈系統(tǒng)，但存在成本高、耗時長等缺點(diǎn)，目前，SFK公司生產(chǎn)的Frontmatec二氧化碳窒暈系統(tǒng)可與自動傳送帶結(jié)合使用，在保證實(shí)現(xiàn)生豬快速窒暈同時，可有效避免應(yīng)激反應(yīng)的情況出現(xiàn)。

2. 屠宰脫毛設(shè)備

荷蘭MPS公司生產(chǎn)了生豬去毛工序設(shè)備：Q-線蒸汽燙毛隧道和Q-線Tarzan打毛機(jī)。Q-線蒸汽燙毛隧道通過溫度控制系統(tǒng)及熱交換器，通過調(diào)整時間、溫度等參數(shù)來取得最佳效果，打毛效率可達(dá)200～1600頭/h，但主要采用的是人工輔助半自動化生產(chǎn)線。

BANSS公司設(shè)計(jì)的DDM240-2-2型設(shè)備可實(shí)現(xiàn)豬體打毛達(dá)240頭/h，并且可實(shí)現(xiàn)燙毛到打毛之間全封閉轉(zhuǎn)移，其針對牛、馬剝皮的BE系列設(shè)備，適合安裝到連續(xù)、間歇式的屠宰設(shè)備中。SFK公司研制的APE4機(jī)器人可在脫毛工序后完成自動化切腹、去除內(nèi)臟。但其加工范圍有限（1.5～2.1 m），不能滿足體型差異化較大的胴體加工。

3. 羊胴體自動化加工設(shè)備 

羊胴體自動化加工主要集中在澳大利亞和新西蘭，西澳大利亞大學(xué)研發(fā)的魔法剪羊毛機(jī)器人，通過仿生機(jī)械手和電容傳感器，使得加工效果要優(yōu)于人工加工。新西蘭研發(fā)了一種從致暈到胴體分割的半自動化生產(chǎn)線，需人工配合做切割之前的準(zhǔn)備工作。

智能化分割設(shè)備

1. 畜胴體分割設(shè)備

濟(jì)寧興隆TZ-ZPB160

在畜胴體分割方面，丹麥SFK公司研制包括自動生豬切背（APF7）、劈半（APS65）設(shè)備的胴體分割生產(chǎn)線?？裳丶棺捣蛛x鰭狀骨實(shí)現(xiàn)切背，其使用的腹腔內(nèi)導(dǎo)向、背部滾輪，可為自動剔骨等后續(xù)工序保證精度質(zhì)量。

Attec公司研發(fā)的分割機(jī)器人可將豬胴體分割成前、中、后3段。丹麥SKF研發(fā)的豬自動切割線，生產(chǎn)能力可達(dá)100～15000頭/h，并且可處理體型偏差較大的胴體。

GUIRE Gregory 提出了自動化牛胴體切割機(jī)器人，自動化程度高但加工速度慢，并且具有較高的設(shè)備成本，CSRO實(shí)驗(yàn)室通過引入機(jī)器視覺與改進(jìn)刀具的切割方式，實(shí)現(xiàn)了頭部肉類分割。

ALITAVILI M提出利用高壓水槍切割肉類，在利用高壓水槍切開肉的同時向切口處攝入壓縮空氣，以保證肉切口處的潔凈。

我國濟(jì)寧興隆食品機(jī)械制造有限公司自主研發(fā)的TZ-ZPB160豬體自動劈半機(jī)，采用數(shù)控、機(jī)電儀一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整個作業(yè)過程的自動化，在一定程度上填補(bǔ)了國內(nèi)技術(shù)空白。

2. 家禽胴體分割設(shè)備 

Meyn Flex plus

家禽胴體分割方面，目前國外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全自動化聯(lián)合作業(yè)，如荷蘭Meyn研發(fā)的Vent自動掏膛取內(nèi)臟系統(tǒng)，以及STORK公司研發(fā)的Nu-Tech Nuova自動取內(nèi)臟系統(tǒng)。Meyn隨后研發(fā)的Flex plus切割生產(chǎn)線可基于視覺與在線技術(shù)稱量、可適用多品種在線分級，提供了更高的生產(chǎn)靈活性。

國內(nèi)近些年部分單位開展了自動凈膛設(shè)備的研發(fā)。企業(yè)與研究人員對此尤為重視，吉林艾克斯公司研發(fā)了一種以空間凸輪為控制機(jī)構(gòu)，同時具備夾取式與挖取式的自動掏膛機(jī)，并于2012年成功研制我國第1條L-10000型智能化家禽自動掏膛生產(chǎn)線。此外，扒取式家禽自動去內(nèi)臟機(jī)、三指三關(guān)節(jié)家禽自動凈膛末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)等也有一定研究。

智能化分級設(shè)備

肉類分級系統(tǒng)是指將不同畜禽肉類按品質(zhì)進(jìn)行劃分和判定，通過肉類分級可規(guī)范生產(chǎn)和引導(dǎo)消費(fèi)，可保證優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的市場規(guī)律，有利于肉類產(chǎn)品向高質(zhì)量的方向發(fā)展。

FOSS公司開發(fā)了一種名為FOODScan的分析儀，它使用近紅外技術(shù)來確定肉類的幾個參數(shù)，如水分、蛋白質(zhì)和脂肪含量。但該分析儀使用的方法是破壞性的，需在檢測前將肉粉碎。

Fat-O-Meater（FOM）

1. 豬胴體分級設(shè)備

研究發(fā)現(xiàn)，對于豬肉分級，豬胴體背膘厚度、眼肌肉的厚度和豬胴體的整體瘦肉具備一定的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上丹麥SFK公司開發(fā)的Meater Fat Automatic（MFA）和Fat-O-Meater（FOM）可進(jìn)行自動檢測并對背膘厚度相同體重不同的豬進(jìn)行區(qū)分。

加拿大Destron公司研發(fā)的PG-100瘦肉率測定儀通過脂肪與瘦肉光反射率差異測量出豬胴體的肌肉和脂肪層厚度，以此來預(yù)測瘦肉率，但測試發(fā)現(xiàn)MFA探針在惡略環(huán)境易損壞且不利于更換。

新西蘭Hennessy公司研發(fā)的Hennessy Grading Probe（HGP）與FOM原理相同，但HGP具有更高的測量精準(zhǔn)度，同時還突破了顏色識別的問題，從而檢測出PSE肉。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)OM和HGP測定的瘦肉率預(yù)測模型存入計(jì)算機(jī)，在后續(xù)測量過程中可直接快速獲取豬胴體瘦肉率，世界各國也基于FOM和HGP發(fā)布本國的豬胴體等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。

中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院開發(fā)了包括信號采集、傳輸、執(zhí)行的適合中小型企業(yè)的家畜胴體自動分級系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于家畜加工生產(chǎn)線。

隨著超聲波技術(shù)的應(yīng)用，日本的Tokyo KeiKi公司研制了LS-1000、CS-3000設(shè)備，可在線對脂肪含量進(jìn)行測量，并測量大理石紋理。

20世紀(jì)90年代，丹麥SFK公司設(shè)計(jì)了名為AUTOFOM的自動超聲波掃描設(shè)備，利用脈沖超聲波讀取數(shù)據(jù)，通過掃描豬的背部，能對每頭豬胴體的3200個點(diǎn)的背膘厚度和肌肉厚度進(jìn)行快速測量，過程快速且結(jié)果精準(zhǔn)，速度可達(dá)1150頭/h，其對背膘厚度和肌肉厚度預(yù)測的精確度要高于PG-100。

CSB-IMAGE-MEATER

2003年，德國CSB公司Kasel在機(jī)器視覺的基礎(chǔ)上生產(chǎn)了CSB-IMAGE-MEATER生豬影像分級儀，運(yùn)用醫(yī)用高清攝像頭對屠宰胴體取樣，通過數(shù)字圖像處理識別動物型體結(jié)構(gòu)，運(yùn)算出所含肉量與其他數(shù)據(jù)指標(biāo)，基本實(shí)現(xiàn)了高準(zhǔn)確性、快速性和無接觸性的分級要求。

近年來，研究人員在便攜式無損檢測設(shè)備儀器方面取得了新的研究進(jìn)展，德國Key根據(jù)紅色光譜范圍非常合適肉質(zhì)拉曼光譜的激發(fā)，設(shè)計(jì)了基于移動計(jì)算機(jī)的手持拉曼系統(tǒng)，可檢測出肉質(zhì)的腐壞程度，可將微生物數(shù)據(jù)與實(shí)測拉曼光譜進(jìn)行關(guān)聯(lián)同時分析，但其設(shè)備的可便攜程度不高。目前也有不少有關(guān)便攜式檢測設(shè)備的研發(fā)。

2. 牛胴體分級設(shè)備

牛胴體自動化分級的主流技術(shù)主要基于機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)。

德國生產(chǎn)的CSB-Fuzzy Meater基于機(jī)器視覺技術(shù)通過對肉色、脂肪色、大理石花紋的識別可有效測量牛分割肉質(zhì)量和背膘厚度，但該設(shè)備無法在多種指標(biāo)的基礎(chǔ)上判定牛肉綜合品質(zhì)。加拿大生產(chǎn)的CVS牛肉影像分級設(shè)備可判定牛分割肉眼肌切面大理石花紋等級和預(yù)測牛分割肉產(chǎn)量，但無法識別肉色和脂肪色。

由美國科羅拉多州立大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的Beefcam設(shè)備，可通過檢測眼肌顏色來判定牛肉嫩度，但其所檢測牛肉嫩度的指標(biāo)并不全面，以致影響分級評判精度。美國農(nóng)業(yè)部RMS公司開發(fā)的VIAScan可滿足大型生產(chǎn)線加工需求，但其在食用品質(zhì)與口感預(yù)測方面仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

丹麥SFK研發(fā)的BCC在線牛胴體分級系統(tǒng)，基于多視圖立體成像（完整的3D圖像）分析脂肪覆蓋率，將牛胴體加工智能化提升至新的高度。

3. 羊胴體分級設(shè)備

20世紀(jì)80年代，相繼研發(fā)出了許多可同時側(cè)量背膘厚度與眼肌厚度并能自動記錄數(shù)據(jù)的儀器，可用于羊胴體自動分級的電子探針儀器主要有Hennesy Grading Probe、AUS-Meat Sheep Probe、Sweden FTC Lamb Probe和RuakuraGR lamb Probe，可對羊胴體進(jìn)行客觀的質(zhì)量分級。

相比歐美成熟的自動化分級裝備，我國的羊胴體分級產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還處于空白。中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院采用氣動道岔、撥輪裝置、傳感器系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了氣動式自動分級系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在線分級并能滿足1000~2000只/班的加工生產(chǎn)線要求。

4. 禽胴體分級設(shè)備

在當(dāng)前肉品生產(chǎn)加工企業(yè)，為追求生產(chǎn)效率與成本，胴體在線自動化加工勢在必行，荷蘭Meyn公司生產(chǎn)的家禽視覺分級設(shè)備，可與分割生產(chǎn)線或去骨生產(chǎn)線集成使用，實(shí)現(xiàn)全線自動化作業(yè)。該公司生產(chǎn)的家禽分級系統(tǒng)基于機(jī)器視覺技術(shù)，通過對比家禽腹部和背部顏色可同時實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和重量的分級。

Linco視覺分級

丹麥Linco公司生產(chǎn)的質(zhì)量分級系統(tǒng)通過對禽體四周進(jìn)行圖像采集，在分級的同時可以統(tǒng)計(jì)羽毛殘留、表皮破損等缺陷。

國內(nèi)青島興儀電子設(shè)備有限公司研發(fā)的家禽稱重分級裝備，可根據(jù)檢測裝置檢測的重量進(jìn)行自動分級擺放，無需人工參與，可應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化。吉林艾克斯公司開發(fā)了4種稱重分級生產(chǎn)線，可實(shí)現(xiàn)多級別、智能化的在線分級，生產(chǎn)效率可達(dá)1萬只/h。

生產(chǎn)過程智能化系統(tǒng)平臺

通過在生產(chǎn)車間設(shè)備、環(huán)節(jié)植入數(shù)據(jù)采集芯片、傳感器，對設(shè)備、工藝、生產(chǎn)參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集、監(jiān)控、分析、統(tǒng)計(jì)、診斷和保養(yǎng)等，可實(shí)現(xiàn)ERP（Enterprise Resource Planning）管理。

目前吉林艾克斯公司已經(jīng)可以將數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程控制方式進(jìn)行云儲存、云計(jì)算，在監(jiān)控中在線進(jìn)行遠(yuǎn)程分析與診斷，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程培訓(xùn)指導(dǎo)設(shè)備操作與維修。

除此之外，還有基于分級管理報(bào)送數(shù)據(jù)的生豬屠宰監(jiān)管技術(shù)系統(tǒng)，與ZigBee網(wǎng)絡(luò)相融合的無線射頻識別系統(tǒng)，肉雞產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系生產(chǎn)監(jiān)測與產(chǎn)品質(zhì)量可追溯平臺等。

發(fā)展趨勢

目前，隨著信息化、智能化技術(shù)的發(fā)展和滲透應(yīng)用，對于畜禽加工行業(yè)將是一次變革性創(chuàng)新，其不僅會促進(jìn)畜禽加工領(lǐng)域的發(fā)展，更會實(shí)現(xiàn)畜禽產(chǎn)業(yè)的全面進(jìn)步。

1. 設(shè)備類型標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化

在當(dāng)前的畜禽加工過程中，生產(chǎn)設(shè)備之間不同標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)全過程自動化、智能化作業(yè)的主要原因之一，在未來的研發(fā)過程中，應(yīng)根據(jù)畜禽加工過程工序進(jìn)行設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的制定，達(dá)成工藝與裝備配套，以實(shí)現(xiàn)有序化排列連續(xù)性生產(chǎn)。

面對不同應(yīng)用場合與肉類本身的差異化問題，需要生產(chǎn)設(shè)備具備相當(dāng)?shù)闹悄芎腿嵝陨a(chǎn)能力，以適應(yīng)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境。因此，開發(fā)多樣化的設(shè)備尤為重要。將穩(wěn)定成熟的技術(shù)與設(shè)計(jì)應(yīng)用于多環(huán)境、多對象的多樣化設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)人工便攜使用，又可在線穩(wěn)定使用。

2. 設(shè)備智能集成化水平提高

當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用在畜禽加工產(chǎn)業(yè)的智能設(shè)備主要解決單一環(huán)節(jié)智能作業(yè)需求，未來應(yīng)朝向智能加工生產(chǎn)線應(yīng)用發(fā)展。當(dāng)前畜禽生產(chǎn)加工過程中設(shè)備的種類、智能化程度的不同制約著生產(chǎn)效率與衛(wèi)生安全。

為實(shí)現(xiàn)畜禽屠宰加工規(guī)?；a(chǎn)、智能化過程管理，提高設(shè)備的智能集成化水平十分重要。通過在生產(chǎn)車間設(shè)備、環(huán)節(jié)植入數(shù)據(jù)采集芯片、傳感器，對設(shè)備、工藝和生產(chǎn)參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集、監(jiān)控等，可實(shí)現(xiàn)建立生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，對畜禽生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時管理。實(shí)現(xiàn)裝備與管理智能化，更利于全程品質(zhì)及安全管控。

文章來源：2019年7期《農(nóng)業(yè)工程》（中國科技核心期刊）

原標(biāo)題：面向畜禽加工的智能化裝備與技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

作者：楊璐，劉佳琦，周海波，潘滿，吳海華