1　行业背景及用户需求

1.1 项目的研发符合国家产业政策及发展要求

2020年9月，国务院办公厅印发的《关于新业务新模式引领新型消费加快发展的意见》中指出，创新无接触式消费模式，探索发展智慧超市、智慧餐厅等新零售业态；发展个性化定制、柔性化生产，加快传统业态数字化改造和转型升级。“在线制造”是现代工业化发展的革命性创新，也是顺应历史潮流的必然产物、满足了大家对个性化、就近化、快速化、低成本的需求共性，同时为现代制造业数字化转型提供了良好的解决方案。

1.2 餐饮行业迎来智慧升级

餐饮行业属于传统服务业，长期以来的运营方式主要依赖于人工。一方面随着社保入税政策的实施，餐饮用工成本提高，而且随着人口老龄化的加速，劳动力不断减少；另一方面劳动力价值意识的提升，让重复、没有技术含量的工作越来越不受青睐，人力成本逐年增长、人员流动性增大、服务人员加速流失等棘手问题成为餐饮行业发展的最大困扰。传统依赖人工的服务模式已然成为餐饮行业的发展阻力，行业转型升级刻不容缓。近年来“无人餐厅”、“智慧餐厅”等的出现和兴起，表明无人化、智能化正成为餐饮行业升级发展的重要方向。

1.3 未来餐饮制作智能装备发展前景广阔

当前，国内餐饮机器人正面临着政策、资本、市场三方面的发展机遇。《中国制造2025》、《机器人产业发展规划》、《智能制造发展规划》等政策的发布，给产业发展营造了良好的政策环境，同时也加大了对研发的补贴，带动资本市场的关注和支持。而餐饮市场和智能装备（机器人）市场的双重需求驱动，更是带动了餐饮智能装备市场的快速繁荣。在这样的机遇背景下，未来餐饮智能装备的发展前景大好、潜力无限。

1.4 餐厅智能化制作、服务成为营销法宝

传统开店模式很难实现规模化，而餐饮制作智能装备不仅能为传统手工减负，还能在很大程度上提高出品质量和效率，也是很多餐馆用于吸睛的法宝。从原材料到成品，某种程度上实现自动化、工业化、标准化生产。点餐、下单、送菜实现自动化，并完成电子交付，对吸引顾客、提高营销效果很有益处。可以预见，餐厅的智能化制作、服务将会更广泛地普及。

2　基于在线制造模式下智慧餐饮解决方案

2.1 研究思路

食为天机器人（重庆）有限公司致力于基于在线制造模式下餐饮智能装备的研究与应用，为餐饮制作工艺自动化提供完整的解决方案和技术支持，以达到下列功能需求：

（1）全自动餐饮智能装备，即可以完成从食材到熟食所有工艺流程的加工制作，全程不需要人工操作。

（2）运用“互联网+”思维、智能制造技术，形成集厂家、店铺、消费者为一体的生活、社交圈，打造一种方便、快捷且完整的智慧餐饮系统。

2.2 技术路径

以在线制造的设计思路自主研发机器人面条工坊、机器人饺子工坊、机器人早餐工坊、机器人米饭工坊等系列智能化餐饮制作装备，实现面条、饺子、米饭等食品从点餐——现场制作——出餐全过程无人化。

为表达更具体，本文以机器人面条工坊为例展开详述。

2.2.1　硬件系统

机器人面条工坊是一款通过自主研发的嵌入式智慧餐饮控制器结合视觉来完成和面、压面、煮面、加菜、出面、加臊子等制造过程，实现从面粉到一碗面条成品的一体化智能设备。客人只需要在App上选择所需要的面条种类、份量，然后下单支付，机器人面条工坊就会在收到信息后按照下单的先后顺序开始制作面条。制作过程不需要工作人员参与，制作好后会提示顾客去取餐口领取自己的面条。

（1）产品性能参数

（2）产品功能参数

2.2.2　软件系统

软件系统由接口系统、商家系统、用户系统三部分组成。系统采用B/S结构。以点餐设备通信为中心、用户为核心，接口系统提供数据、服务支撑，其软件架构具有分层化、平台化、模块化、智能化等特点。

2.2.3　控制器

适用于在线制造模式的控制系统，主要特点有：

（1）实现IPC主控单元与运动控制单元，及远程服务器之间的信息交互。基于X86平台的IPC主控单元，搭建嵌入式软硬件主控平台，利用X86处理器的丰富计算资源、快速的处理速度以及良好的外围扩展能力，引入高性能控制系统，形成一个方便小巧的嵌入式系统应用软件开发平台。满足软件、硬件均可裁剪，能适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

（2）基于STM32F407系列单片机，通过脉冲式、总线式控制方式，实现多轴混合式直流电机、步进电机的精准运动控制，准确完成餐饮智能装备要求的加工工艺流程。

（3）使用德国TRINAMIC的高性能、静音电机驱动方案，优化散热、ESD、EMC和可靠性设计，根据餐饮智能装备加工流程的功能需求，实现30轴以上的复杂多轴机构的集成式H桥电机驱动。

3　应用创新性、难点问题及解决思路

3.1　应用创新性

运用“互联网+” 思维、智能制造技术打破餐饮行业规则，升级面条制作设备，并应用于无人餐厅、智能餐厅，真正实现每一碗面条、每一碗饺子都是由面粉现加工而成。带消费者体验到从点餐、制作到出餐全过流程化、无人化的在线制造，真正让消费者自己从口味、口感、面条厚度及形状等自定义个性化面条，让经营者摆脱餐饮行业对厨师的依赖，让经营变得更简单。

3.2　应用中的难点问题及解决思路

基于在线制造模式下智慧餐饮解决方案，让设计系统高度集中化（线上），制造系统高度分散化（线下），实现制造和交付的最快和最低成本。以在线制造这种制造新模式满足人民个性化、就近化、快速化以及低成本的需求，推动现代制造业智能装备的发展及应用。

3.2.1　“在线制造”概念

· 在一个连续流程中完成从原材料到最终包装形态的制造过程，且这个过程可以实现全工艺流程的定制化；

· 该制造过程符合诸如个性化、就近化、快速化、低成本化等诸多方面的需求；

· 交易、制造、服务、社交在一个流程中可跨越时空全部完成。

3.2.2　“在线制造”特点

“在线制造”实现设计系统高度集中化（线上），制造系统高度分散化（线下），实现制造和交付的最快和最低成本。

· 制造系统支持在一定范围内实现运营和消费两个层面的个性化工艺流程产品级定制；

· 全制造过程透明化并且可追溯；

· 全交易制造过程智能化、无人化；

· 消费者按照个性化需求定制产品；

· 系统实现低成本个性化制造；

· 系统实现“线上设计、线下制造”的C2M2C模式。

3.2.3 “在线制造”技术支撑（如图1~图3所示）

图1 在线制造系统结构图

图2 在线制造软件架构图

图3 在线制造“可重构”思维导图

4　效益分析

目前市场上餐饮机器人主要有送餐机器人、迎宾机器人、点餐机器人、炒菜机器人、刀削面机器人、下水饺面条机器人等，其特点主要为功能单一、可操作性差。随着市场需求的变化，在一些展会上出现了智慧产业社区的无人面馆体验机，但未正式向市场进行推广。

市场上现在出现的机器人食堂，大部份采取的是食品级的工业机器人（机械臂）。整个流程用一两台单臂和一台两臂机械手，其特点一是占用空间面积大，二是设备投入成本高，很难面向市场进行推广。

基于在线制造模式下智慧餐饮解决方案，可实现低成本的个性化定制、全交易制造过程透明化、可追溯、智能化、无人化。且智能装备整个布局更为紧凑，占用面积小、投入成本低，可面向市场推广普及，提升智能装备，尤其是智能型餐饮制作设备的整体水平。

我们以一家传统面馆来分析。用基于在线制造模式下机器人面条工坊建设智慧餐厅，设备出餐效率为50碗/小时，每天累计工作时间平均为4小时，一年按350天计算，可节省人工数量为3人。假设人工月平均工资为2800元，每年可节省人工成本为10.08万元，经测算每碗面条平均利润为2.5元，即每年设备盈利额为17.5万元。

5　案例意义

（1）低成本、个性化、柔性的在线制造是未来制造业的大趋势，人们选择就餐无外乎关注它的方便快捷、低成本、个性化和味道。基于在线制造模式下智慧餐饮解决方案正是沿着在线制造的思路去设计，它的制作过程实现了流程化。

（2）打破餐饮行业规则，升级小面餐饮标准，真正做到口感统一、安全卫生，彻底打破餐饮行业对厨师的依赖，让经营变得更简单。

（3）基于在线制造模式下智慧餐饮解决方案，采用“硬件+后台控制系统”，其核心部件为智慧餐饮制作装备、点餐系统、商家管理系统，填补了市场上餐饮自动化一体机的空白，改变了人在快餐中的状态和方式，同时也为向用户提供一个社交平台打造了一种生态系统，这将成为餐饮史上的一次重大变革。

摘自《自动化博览》2021年9月刊