食品自動(dòng)化加工也面臨著(zhù)不同于其它行業(yè)的挑戰：自動(dòng)化制造需要有可預見(jiàn)的環(huán)境、大量均一產(chǎn)品以及簡(jiǎn)單的可重復動(dòng)作，獲得自動(dòng)化制造成功的必需前提是產(chǎn)品的多樣化范圍要小于自動(dòng)化制造系統的能力控制范圍。與日用品及汽車(chē)制造相比，食品常常缺乏規則的形狀以及有著(zhù)不均一的尺寸及多變的**結構，這是食品自動(dòng)化加工所具有的獨特挑戰。



食品包裝行業(yè)：自動(dòng)化發(fā)展模式趨于成熟

本文回顧了食品自動(dòng)化加工的發(fā)展歷程，并重點(diǎn)介紹了自動(dòng)化在食品加工中的獨特優(yōu)勢和所面臨的挑戰。

從某種意義上講，人是世界上**靈活的“設備”，人可以快速分辨周?chē)h(huán)境與情況的變化，然后進(jìn)行迅速地調整；然而，人也是這個(gè)世界上**無(wú)法信賴(lài)的“設備”，人會(huì )疲勞、會(huì )喪失注意力，結果會(huì )導致產(chǎn)品不合乎規格、產(chǎn)量不足及質(zhì)量不達標，但是真正的設備則不會(huì )。

雖然設備在簡(jiǎn)單可重復運動(dòng)的自動(dòng)化應用中是值得信賴(lài)的，但是在不可預知環(huán)境中或者多變的操作環(huán)境中卻無(wú)法很好地適應。大產(chǎn)量、可重復的加工制造任務(wù)更傾向于自動(dòng)化，食品加工業(yè)亦是如此，盡管食品加工的自動(dòng)化在帶來(lái)優(yōu)勢的同時(shí)也面臨一些挑戰。

起源于食品加工的工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展歷史

盡管諸如汽車(chē)、電子、日用產(chǎn)品等非食品行業(yè)會(huì )更多地使用自動(dòng)化，但歷史上***個(gè)實(shí)現自動(dòng)化的工廠(chǎng)是由奧利弗?伊凡斯在1787年發(fā)明的面粉廠(chǎng)。伊凡斯是工業(yè)**早期的一個(gè)多產(chǎn)的發(fā)明家，他曾經(jīng)以水力輪機作為動(dòng)力驅動(dòng)了許多生產(chǎn)設備。

在二十世紀早期，芝加哥地區的肉制品包裝工業(yè)被認為是美國***條流水組裝（或拆裝）生產(chǎn)線(xiàn)。食品加工業(yè)的這種自動(dòng)化激發(fā)了亨利?福特對汽車(chē)流水線(xiàn)的靈感，流水線(xiàn)裝配的概念正是來(lái)源于亨利?福特對肉制品加工流水線(xiàn)的觀(guān)察：工人們站在固定位置上，而滑車(chē)系統將待加工的肉運至每個(gè)工人的面前。

自動(dòng)化設備可以***提高生產(chǎn)效率，無(wú)論是通過(guò)減少人工還是通過(guò)增加產(chǎn)量。

在二十世紀后半段，工業(yè)電子傳感器、控制系統與動(dòng)力系統的技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)了生產(chǎn)與工藝的新高度，超越了過(guò)去工業(yè)**中那些僵化的機械設備與工藝。到了二十世紀末期，靈活的機器人系統就可以通過(guò)編程來(lái)完成眾多任務(wù)，在大多數加工業(yè)中普遍取代了人工和過(guò)去的機械設備。

食品加工自動(dòng)化的發(fā)展歷程

食品加工自動(dòng)化的發(fā)展歷程要比其他日用產(chǎn)品及耐用消費品加工業(yè)更緩慢?！凹幢闶?**，食品生產(chǎn)依然主要靠手工，這種情況在中小企業(yè)中特別典型?！?

直到二十世紀末期，大部分食品還是以生鮮形式被出售，簡(jiǎn)易的本地化供應鏈無(wú)法聚集產(chǎn)能，從而導致經(jīng)濟效益無(wú)法對更高自動(dòng)化水平和設備進(jìn)行投資。

直到冷藏及速凍技術(shù)的發(fā)明以及可以將食品運輸到生產(chǎn)地的基礎設施的出現，才導致了大規模的食品加工生產(chǎn)，投資與自動(dòng)化也得以可行。

以熱狗和香腸為例，如果其彎曲度超出了自動(dòng)化設備的處理范圍，就會(huì )導致一系列問(wèn)題。

“起初食品加工自動(dòng)化聚焦于生產(chǎn)線(xiàn)的末端（如電腦編程的自動(dòng)裝袋機械）并得以勝任，但是食品加工自動(dòng)化更需要速度快和敏捷的設備，用于組成高等自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)并實(shí)現在單個(gè)食品上快速‘抓取-擺放’?！?

自動(dòng)化的優(yōu)勢

無(wú)論是使用機械機構還是編程機器的自動(dòng)化加工都可以更加精確和準確地處理可重復動(dòng)作，自動(dòng)化設備與加工過(guò)程在這樣的簡(jiǎn)單、可重復的動(dòng)作上比人工更加可靠。自動(dòng)化設備可以***提高生產(chǎn)效率，無(wú)論是通過(guò)減少人工還是通過(guò)增加產(chǎn)量。在食品加工業(yè)中，自動(dòng)化還可以帶來(lái)其他優(yōu)勢，包括：

1）提高食品質(zhì)量：在需要低溫下進(jìn)行生產(chǎn)以保證食品安全的情況下，自動(dòng)化機械可以輕松應對。自動(dòng)化機械還可以在其他多種嚴酷的環(huán)境中進(jìn)行工作，甚至是非常冷的環(huán)境中。

2）增強產(chǎn)品的均一性：使用自動(dòng)化機械可以減少食品生產(chǎn)中的浪費，提高總體出品率。自動(dòng)化的切割更具備均一性，據估計精確的自動(dòng)化切割可以幫助肉類(lèi)生產(chǎn)商提高將近3%的可銷(xiāo)售產(chǎn)品。

3）增加生產(chǎn)功能：自動(dòng)化機械可以進(jìn)行超越人工操作技能的調整。自動(dòng)化機械不**可以在無(wú)菌環(huán)境中生產(chǎn)，還可以在生產(chǎn)中進(jìn)行精確的計數，使得產(chǎn)品的可追溯性成為可能。

4）增強工作安全性：自動(dòng)化可以取代那些涉及到員工人身安全的操作任務(wù)，如切割等，創(chuàng )造更安全的工作環(huán)境。

5）增強食品安全：引發(fā)食品安全的污染物會(huì )通過(guò)操作者進(jìn)行傳播，但是使用自動(dòng)化機械可以消除這種從操作者到食品的污染途徑。

自動(dòng)化的基本元素

以下是任意一種自動(dòng)化設備的基本組成元素：傳感子系統，運動(dòng)子系統和控制子系統。

在任何動(dòng)作進(jìn)行之前，待處理的產(chǎn)品都需要被定位或者定向。以人的活動(dòng)為例，當打開(kāi)啤酒瓶蓋時(shí)，我們使用眼睛來(lái)定位起子和瓶蓋，然后我們使用手來(lái)撬動(dòng)起子打開(kāi)瓶蓋。在自動(dòng)化過(guò)程中，待處理的產(chǎn)品可以通過(guò)一系列的方式來(lái)實(shí)現定位或定向，比如整合了視覺(jué)傳感系統的機器人可以使用末端機械臂等功能部件來(lái)實(shí)現定位、定向及處理物品。

完成定位的下一步是處理動(dòng)作，還是以人的活動(dòng)為例，將要進(jìn)行的動(dòng)作就是開(kāi)啟瓶蓋這一動(dòng)作本身。在生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)化可以完成諸如搬運物品、組裝物品以及包裝等諸多動(dòng)作。自動(dòng)化焊接也越來(lái)越成為自動(dòng)化設備制造的通用技術(shù)，因為自動(dòng)化焊接更加精細和可靠。

控制是第三個(gè)基本要素。人類(lèi)通過(guò)眼睛和手的感覺(jué)來(lái)控制手進(jìn)行動(dòng)作，決定動(dòng)作的速度和方向，感受開(kāi)啟瓶蓋時(shí)的壓力反饋，甚至瓶子破碎后的應激反應。在自動(dòng)化機械設備中，一旦產(chǎn)品的定位和定向完成，控制系統將會(huì )執行和控制預定的動(dòng)作任務(wù)，并可以在某些不可接受的情況下以及不合格的產(chǎn)品產(chǎn)生時(shí)停止生產(chǎn)過(guò)程。

自動(dòng)化得以成功的條件

正如我們之前提及的，人才是這個(gè)世界上*****的“機械”，可以處理許多情況，根據不同的環(huán)境迅速做出細微的調整。以廚房操作為例，人可以迅速地從處理水果切換到拿起易碎的杯子，然后再拿起一把金屬勺子，這種多樣化地處理物品的能力和動(dòng)作需要觸覺(jué)的感應，以精確的壓力來(lái)控制拿放的壓力，人所具備的能力可以輕易且**地識別環(huán)境并做出反應。

自動(dòng)化設備則對物品的多樣化、操作環(huán)境以及輸出期望不是那么敏感，其處理范圍必須要能涵蓋這種多樣性、環(huán)境及輸出期望。

待處理產(chǎn)品的范圍超出自動(dòng)化加工設備能力范圍的自動(dòng)化必定是失敗的。使待處理產(chǎn)品的差異性**小化尤為重要。

◆形狀與尺寸

以熱狗和香腸為例，如果其彎曲度超出了自動(dòng)化設備的處理范圍，則會(huì )導致一系列問(wèn)題。而當尺寸超出自動(dòng)化設備的預制處理尺寸之后，會(huì )因不匹配而導致低產(chǎn)出及高次品率。

◆產(chǎn)品質(zhì)構

產(chǎn)品的質(zhì)構也同樣重要的，重量、軟硬以及表面的質(zhì)感都需要被著(zhù)重考慮，為100克產(chǎn)品設計的自動(dòng)化設備模具在處理更重的產(chǎn)品時(shí)就會(huì )有問(wèn)題。產(chǎn)品表面的結構因為要接觸自動(dòng)化設備也顯得比較重要，如果產(chǎn)品的表面是粘性的，很可能產(chǎn)品就會(huì )無(wú)法脫離設備，除非使用其他補救方法。

結論

盡管食品加工業(yè)實(shí)施自動(dòng)化的益處是***的，但是食品加工業(yè)的自動(dòng)化潛力還沒(méi)有被完全開(kāi)發(fā)出來(lái)，不**是成本節省、增加產(chǎn)量，也包括了清潔衛生。但是食品工業(yè)中產(chǎn)品尺寸、形狀的差異以及質(zhì)構上的固有特性，使得自動(dòng)化面臨著(zhù)特殊挑戰。自動(dòng)化設備工程師不但需要對產(chǎn)品的特性有著(zhù)更清晰的認識，還需要清楚特定目的的自動(dòng)化并**終使兩者統一。***，還需再次強調的是，自動(dòng)化得以成功的***關(guān)鍵就是：自動(dòng)化設備處理的范圍要大于產(chǎn)品的范圍。