摘要：食品加工制造业的先进性, 在一定程度上, 体现了一个国家科技发展水平及人民生活水准。我国粮油、水果等产量均居世界前列, 但深加工程度较低。目前, 大部分食品加工生产还处于小规模分散化阶段, 且整体加工工艺落后, 设备陈旧, 其卫生与安全也很难得到保证, 对于产品的口味、营养等方面的追求就更加难以企及。在食品安全及人们的需求日益提高的今天, 食品加工产业升级的需求越来越迫切。
关键词：新工业化,食品加工,装备
1 食品加工行业产业升级的三个原则
在食品加工行业产业升级的过程中, 需要认清以下几点原则: (1) 改造提升传统产业的重点是装备制造业的革新升级。新型工业化道路要以制造业为支撑, 特别是振兴装备制造业, 这既是改造、提升传统产业的工作重点, 又是加快实现工业现代化的强大基础。 (2) 创新是技术进步的必由之路, 是实现跨越式发展的基础。将更先进的技术引入食品加工行业, 坚持技术进步推动原则, 是未来行业发展革新的源泉。 (3) 坚持可持续发展原则是新工业化时代发展的根本要求。作为一个发展中国家, 在完成新型工业化的过程中要特别注意可持续发展战略, 尊重自然规律和经济发展规律, 使当前发展和未来可持续发展衔接和统一起来, 走可持续发展之路, 实现人与自然的和谐发展。
2 食品智能制造装备的革新要点
2.1 自动化程度
目前食品加工行业已经步入自动化、规模化加工时代, 但即使是自动化程度比较高的生产线上, 在部分环节, 仍然需要人为干预, 甚至全人工操作。在这些方面, 有的是由于传统生产中不确定性较高;有的是由于按照行业内的传统技术, 自动化过程较难实现;有的甚至仅仅是由于沿袭传统的做法, 没有深入探究。以面条生产线为例, 轧辊面皮厚度的调节、烘房的温湿度调节、干湿碎头的回收和处理及回杆等都主要依靠手动完成[1]。
半自动甚至手动环节, 有可能影响生产效率、生产稳定性、食品安全。所以, 如何提高生产线的自动化程度, 是装备生产厂家现阶段的主要研究课题。目前, 行业内的有识之士已意识到设备全自动化是大势所趋, 因此, 各大设备厂家陆续投入了人力、物力对此进行研究, 开启了向全自动化升级改造的过程。
食品加工生产线全自动化有以下几个主要途径: (1) 全新的结构设计。例如面条生产线中轧辊间隙自动调节机构, 就是将新的传动结构和反馈电控系统结合起来实现的。 (2) 工业机器人的引入。如烘房的回杆, 可用机械手臂替代手动回杆, 实现自动回杆。以及在食品的后期包装中, 也可采用工业机器人进行码垛包装等工作。 (3) 各种精密传感器的引入。我国的食品加工设备的精度较低, 精密传感器在这个行业中很少用到。而在全自动化升级的过程中, 其的广泛应用将起到非常重要的作用。精密传感器可为机器加上“眼睛”, 实现闭环控制, 替代人工控制。 (4) 软、硬件方面的研究创新。软、硬件的控制作为整个生产线的大脑, 其创新的重要作用不言而喻。如何使整个系统运行更流畅、操作更便捷、控制更智能, 都是需要持续改进的一个过程。
2.2 产品良品率的控制
传统的产品良品率统计机制, 有着以下不足之处: (1) 只有成品良品率这一个质量指标。良品率只体现在最后的成品阶段, 而当出现问题时, 无法及时发现及修正。 (2) 良品率的统计不够准确。以挂面生产为例, 在良品率的统计中, 无法区分原面和回收面头两者的差别, 从而造成最终统计出来的良品率不是实际的一次成形良品率。而且, 良品率统计不准确, 有可能误导生产管理者。 (3) 难以知道具体的问题环节。当出现不良时, 需要逐个环节排查。
针对以上问题, 革新改造的主要目标是实现分段精细化管控, 即:在实际生产中, 将生产线分为多个工序段。在每个工序段, 都对产品的性能指标提出要求, 并进行检测, 且设有良率指标。当所有的工序段都达到预定的良率指标时, 最终的产品自然达到“良品”这一标准。
当监测到某个工序段的数据不正常时, 可根据其监测数据, 迅速排查问题、调整参数。而当最终的良品率出现问题时, 可以通过各个阶段的监测数据, 排查出问题环节, 实时自动调整, 迅速解决问题。
2.3 数据的采集、分析与应用
目前在国内的食品生产设备上, 在数据采集分析及应用方面, 存在的问题主要有以下方面: (1) 开环自动控制状态。采集的数据无法应用于生产。 (2) 刚性生产系统。对于不同品质和成分的原材料, 所采取的都是同样一组控制参数。 (3) 分散的生产管理。对于现场数据, 无法远程监控。
在数据采集、分析与应用方面, 自动化生产线的发展趋势有以下方向: (1) 开环自动化向闭环自动化转变。改变目前系统的开环控制状态, 通过各种精密传感器的引入, 做到实时监控、实时反馈、实时调整, 实现生产线的全闭环控制。 (2) 刚性生产系统向柔性生产系统转变。在生产中关注各个环节产品的成分和特性, 并据此实时自动调整工艺参数, 针对不同来料, 实现自动化生产线的柔性自适应。 (3) 分散的生产管理向集中化生产管理转变。各条生产线的现场数据联网, 并汇总至监控中心的主屏幕上, 使工作人员无需亲临车间, 就可了解各条生产线的状况。
以挂面生产线中每个阶段的含水量和温度为例, 采集分析原料面粉、进压延前面团、二次熟化时面皮阶段的数据。在其他方面, 数据采集及分析也可为闭环系统的调整提供依据, 例如:轧延面皮的厚度、烘房内的温湿度及风速等等。如果不对以上过程数据进行检测、相关工艺参数进行调整, 则加工出的面条的品质必然会千差万别。消除各批次、不同来料的产品之间的差异性, 是柔性自适应自动化生产的最终目标[2]。
2.4 单位能源消耗比
如前所述, 可持续发展原则是新工业时代的根本要求。因此, 符合未来发展趋势的产品, 其节能减排理念必须贯穿整个研发、加工、生产过程。
目前, 在食品自动化生产装备领域, 很多是粗放式研发设计过程, 仅凭经验数据、没有理论基础和数据支撑, 从而使整个生产线所用材料浪费、能耗浪费、厂房利用率低且单位能耗比大。这些问题, 都亟待改善。
在食品加工自动化生产线中, 可通过把好研发设计关来降低单位能源消耗比, 具体可在以下方面做出努力, 从而实现向精细化设计转变。
(1) 设计部件的力学分析。即以最优的结构, 较少的材料实现更佳的力学性能。 (2) 电机选型的模拟计算。选配输出功率最合理的电机, 减少能耗, 杜绝凭经验随意选择。 (3) 经验数据的采集和积累。通过以往产品的数据采集, 不断完善之后的新产品。 (4) 厂房利用率的优化。用同样占地面积的厂房, 使其输出更大产能。 (5) 能源的回收和再利用。如高效率回收和再利用挂面线烘房排放的热源等。
食品加工生产线工序繁多, 线体庞大。因此, 长久以来, 基本上都存在着多个厂家各管一段的状况。对于客户而言, 当生产线出现故障时, 可能会出现多方推诿责任的现象, 低效甚至无法根本解决问题。至于全自动、全闭环控制更是无从谈起。
要真正完成顺应以上发展趋势的革新升级, 必须由技术能力更强、适应能力更广的装备制造商承担起全套全自动生产线的研发、生产、安装及服务工作。即实现“交钥匙工程”。如何充分发掘自身的研发能力, 整合行业内资源, 为客户提供更专业、优质、放心的服务, 这是食品加工装备制造商应该努力的方向。
参考文献
[1]徐鹏.工业化生产级超高压食品加工装备若干问题探讨[J].包装与食品机械, 2010, 28 (6) :54-58.
[2]李里特.食品加工业与传统主食品工业化[J].中国食品工业, 2000 (9) :4-6.
