火腿肠智能挑拣机助力食品安全

厂商:中国科学院沈阳自动化研究所
作者:马钺
  点击数:1059  发布时间:2020-05-08 13:18
双汇是中国最大的肉类加工基地,农业产业化国家重点龙头企业,总部在河南省漯河市。双汇在全国18个省(市)建有30个现代化肉类加工基地和配套产业,形成了养殖、饲料、屠宰、肉制品加工、新材料包装、冷链物流、连锁商业等完善的产业链,年产销肉类产品近400万吨,拥有100多万个销售终端。双汇品牌价值619.46亿元,连续多年居中国肉类行业第一位。
关键词:智能检测设备 ,中科院沈阳自动化所 ,食品饮料

双汇是中国最大的肉类加工基地,农业产业化国家重点龙头企业,总部在河南省漯河市。双汇在全国18个省(市)建有30个现代化肉类加工基地和配套产业,形成了养殖、饲料、屠宰、肉制品加工、新材料包装、冷链物流、连锁商业等完善的产业链,年产销肉类产品近400万吨,拥有100多万个销售终端。双汇品牌价值619.46亿元,连续多年居中国肉类行业第一位。

作为肉制品行业的龙头企业,双汇集团早在10多年前就敏锐地认识到产品的质量与食品安全对于企业的信誉起到至关重要的作用,委托中科院沈阳自动化所研发火腿肠智能挑拣机。在没有任何国内外同类设备参照的情况下,沈自所凭着在其它行业自动化技术和智能检测技术的积累,和对火腿肠生产特性的逐渐深入理解,原始创新,从初始的原理样机开始,逐步完善改进,不断探索,精益求精,形成了用户满意的国际首创的批产设备,填补了国内外肉制品行业相关检测技术与装备的空白。火腿肠挑拣机项目于2008年启动,历经两年技术攻关,2010年完成原理样机开发,并于2011年成功实现设备批产,截至2019年累计推广应用110余套。

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中国科学院沈阳自动化研究所马钺

自动挑拣机实现智能化检测

针对火腿肠生产具有产量大、速度快和品种规格多样化、检测准确率要求高等特点,自动挑拣机的设计要充分满足火腿肠生产的规范要求。提高劳动生产率,提高产品质量,确保检测率高,具有快速处理能力,产品的兼容性高,并保证生产均衡性。设备需满足每天24小时连续运转,保证设备的可靠性,还要避免火腿肠在检测过程中造成损伤。并且在有限的布局空间情况下,尽可能缩小设备体积,达到检测要求。综合各方面因素制定出完善的解决方案。

为了保证每根火腿肠都能被全方位的检测,首先要做到火腿肠从杂乱无章状态到整齐排列。火腿肠产品规格很多,机械结构的精巧,关键灵动部位的设置,同步控制的精准,都需要精心设计。能够兼容各种规格产品,并按产品的规格自适应调节检测和控制参数,减少更换品种造成的停顿,精准调节能够提高检测精度。另外,我们凭借对高温火腿肠特性的长期摸索和试验,解决了由于高温火腿肠产量大、速度快、规格多,灌装肉制品一致性差,采用类似并联机械手机器人抓取等方式难以解决的排序难题。我们在研制过程中深入掌握了火腿肠的群体和个体运动姿态及生产流转特征,创新设计了满足产品智能检测要求的高效率梳理排序方式,发明了火腿肠从杂乱无章堆积状态到整齐排列的柔性排序整理机构。

针对产品存在划破、微孔漏气等密封不严问题,通过研究火腿肠的外包装肠衣温湿度和材质等物理特性、电介质特性、肠体内部电荷运动漂移分析、在线感知环境变化,结合数字信号处理技术,研发出了高频高压针孔检测装置,准确率达到99.95%以上,针孔泄露的检测精度达0.1mm。

针对包装外观缺陷,基于机器视觉、深度学习和3D测量技术,融合可见光与近红外光的成像检测模型,建立综合技术智能检测平台,通过对火腿肠姿态的全方位精确控制,实现了火腿肠生产过程中出现的多达11种外观质量问题的自动识别,准确率可达99.5%。

火腿肠挑拣机解决了长期困扰肉制品生产企业高温产品包装工序的检测精度低、市场反馈率居高不下等痛点问题,填补了高温肉制品行业专业检测设备的空白,已经在行业内部形成示范效应,累计推广应用110余套,遍及全国14个省市。

根据火腿肠的不同规格品种尺寸、不同装箱支数,创新研发了符合火腿肠产量要求的高速、精确的火腿肠自动装箱机。创新设计了精确整理机构,结合智能视觉姿态检测和多伺服电机协同控制技术,实现了单支火腿肠的高速、有序装箱。形成了从整理排序、智能检测、缺陷剔除、精确计数到整齐装箱的一体化解决方案。单支自动装箱机解决了物料缓冲整理、单层整齐排序、倾斜智能视觉检测、高速运动计数、多伺服协同控制、产品规格自动调整以及纸箱规格自动调整等关键问题。减少了工人的劳动强度,增加了装箱的准确率,提高了生产过程的自动化水平。

火腿肠自动检测与装箱设备克服了品种规格和外观花色繁多,并且在生产过程中频繁切换品种的难点,实现自适应调节机械间隙、检测和控制参数的智能系统。可以进行远程设备的运行状态监控,远程故障诊断,为生产过程的数字化管理提供实时数据。不仅大幅降低了企业的人力资源成本,提高了产品质量,还显著降低了威胁食品安全的风险,减少了市场投诉率,提高了企业的信誉。智能检测与包装工序节省人力减员比例达70%,为企业减少了因人工二次污染造成的额外资源消耗。每年覆盖双汇集团高温肉制品营业收入中约100亿元的产品,取得了显著的经济效益和社会效益。进一步推进了我国高温肉制品生产的技术提升和高水准自动化装备产业的形成与发展,对于大幅提升中国肉类食品加工制造业的自动化水平和食品安全水平具有重大意义。

食品饮料行业自动化前景可期

“民以食为天”,人们对食品多样化、多层次需求的不断提高,必将为食品行业自动化提供良好的发展机遇和空间。随着劳动力成本的上涨,以及各能源的缺乏,食品加工行业在降低成本、提高效率、保证质量方面的要求不断提升,对自动化生产需求比较其它行业更有突出的增长趋势。近几年国内自动化厂商也在积极跟进,国内食品饮料自动化设备发展速度很快,从功能和工艺等各方面都已经逐渐赶超了国外同类产品。但是,我国食品和包装机械行业整体还存在着诸多不足,主要体现在产品质量的差距、科技水平的差距、标准化的差距、管理水平的差距等,这些无疑是制约我国食品装备行业发展的主要瓶颈。从整体食品行业来看,只有啤酒、饮料、乳制品行业的自动化程度比较高,成为行业高端自动化产品应用的代表。其它很多食品行业诸如肉制品,诸多生产环节比较落后,虽然有些环节已经实现了机械化、自动化和机器人装备,也仅局限于单机作业没有形成完整的联机生产线,工序转接处于人工调度状态,对于产品的质量缺少有效的智能检测手段,没有实现智能化、数字化、网络化的运营模式。

此外,食品饮料行业自动化的特点是对于产品的质量要求更高,这是智能检测设备遇到的难度和挑战。食品安全是一项关系国际民生的“民心工程”,直接关系到广大人民群众的身体健康和生命安全,关系到经济发展和社会稳定。食品等肉制品具有易变质的特质,发霉、变质的产品流入市场,会造成很大的不良影响,食品安全对于产品的质量检测技术提出更高的要求。

食品生产的品种多样化也是行业特点之一,为满足用户的口味和喜好,食品类产品的种类规格繁多,包装的花色、尺寸体积千变万化,所有包装检测工艺都必须严格根据产品的形状、特性进行定制,在绝大多数情况下,难以实现标准化流程。

所以,包含满足速度快、产量高,最大可能兼容各种产品规格的智能检测自动化设备,最终实现从食品原料加工、食品加工到仓储物流,贯穿生产过程的自动化生产线整体解决方案是食品行业迫切的需求。

摘自《自动化博览》2020年4月刊

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