機(jī)器人在家禽加工中的應(yīng)用趨勢

張 寧

（吉林省艾斯克機(jī)電集團(tuán)有限公司 吉林 四平 136000）

《中國青年報》的一篇文章評論：國際金融危機(jī)爆發(fā)之后，發(fā)達(dá)國家掀起了“新工業(yè)革命”熱潮，開始從“去工業(yè)化”向“再工業(yè)化”轉(zhuǎn)變?！霸俟I(yè)化”有人稱之為 “機(jī)器人革命”，就是用機(jī)器人替代人。美歐力圖重新拿回那些“低利潤環(huán)節(jié)的制造業(yè)”，并通過政治、經(jīng)濟(jì)、外交、軍事、貿(mào)易等手段的綜合運(yùn)用，打組合拳，搶占國際市場。美歐的“再工業(yè)化”以及智能機(jī)器人的應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)出信號，新一輪科技革命正處于大爆發(fā)的前夜[1]。

目前，機(jī)器人主要應(yīng)用在汽車制造行業(yè)[1]，正逐步向其它行業(yè)滲透，如服裝行業(yè)，包裝行業(yè)[2]，豬肉加工項(xiàng)目[3]等。家禽加工屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，目前，整個家禽業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到了“微利”時代[4]，員工費(fèi)用是對總體生產(chǎn)成本影響最大的因素之一[5，6]，歐美發(fā)達(dá)國家在肉雞屠宰加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，已經(jīng)應(yīng)用了機(jī)器人智能化系統(tǒng)[7，8，9]，我國的家禽加工業(yè)也將掀起“再工業(yè)化”以及應(yīng)用智能機(jī)器人的熱潮。

1 家禽加工工藝

家禽屠宰加工是一個系統(tǒng)工程，涉及到種禽、孵化、飼養(yǎng)、環(huán)保等諸多方面，運(yùn)轉(zhuǎn)鏈條長，各環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)度高，一環(huán)扣一環(huán)，一個環(huán)節(jié)的變化將對后續(xù)的環(huán)節(jié)產(chǎn)生很大影響[10]。

家禽屠宰加工工藝初步分為：活禽卸載、宰殺瀝血、浸燙脫毛、掏膛、內(nèi)臟及副產(chǎn)品加工、預(yù)冷、分割、包裝、速凍、換裝、冷藏等工藝區(qū)段[11]。

2 應(yīng)用機(jī)器人的必要性

2.1 減少基礎(chǔ)設(shè)施投入

由于家禽加工屬于操作技巧性行業(yè)，雇傭員工多，培訓(xùn)時間長。為了保障大量員工的正常工作，企業(yè)需要提供良好的基礎(chǔ)設(shè)施，包括車間的生活區(qū)、員工宿舍、食堂、娛樂場所、交通工具等。這些設(shè)施必須依照法規(guī)進(jìn)行布局和設(shè)計，輔助工程項(xiàng)目增加，占地面積增大，往往總體工程項(xiàng)目需要幾年才能達(dá)到生產(chǎn)規(guī)模[5，6，11]。應(yīng)用機(jī)器人將大大減少員工數(shù)量，縮短工程項(xiàng)目建設(shè)周期和投資回收期，相應(yīng)減少了投資費(fèi)用。

2.2 員工安全有保障

在家禽加工車間內(nèi)，輸送設(shè)備遍布于每一個工段[11]，輸送設(shè)備將操作人員分割在各個工作區(qū)，由于人多，遇有火災(zāi)等緊急情況時，撤離困難，每年都有人員傷亡的事件發(fā)生。采用機(jī)器人，車間人員減少，人流、物流通暢，有助于人員迅速撤離。

家禽加工的工人，刀不離手，疲勞工作容易發(fā)生自傷情況，時刻危及員工安全。手工操作變成機(jī)械操作，工人只需要進(jìn)行一些輔助性工作，實(shí)現(xiàn)人機(jī)良好配合，降低了勞動強(qiáng)度和危險系數(shù)；同時，自動化設(shè)備的采用，對于改善加工車間環(huán)境也有顯著效果，能夠有效保護(hù)勞動者的健康不受環(huán)境的影響[12]。

2.2 提高食品安全性

大量的勞務(wù)人員來自于不同地區(qū)，多數(shù)來自于落后地區(qū)，甚至來自于落后國家。人員流動性大，健康狀況復(fù)雜，健康檢查控制困難。

員工遍布于各個工區(qū)，每天進(jìn)入車間時需要消毒，工作時需要定時消毒和衛(wèi)生清理，去衛(wèi)生間后需要消毒，員工的服裝、鞋帽都需要清洗和消毒，這些不但影響工作，而且使危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)（HACCP）和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)操作程序（SSOP）控制難度加大[9，13]。

應(yīng)用機(jī)器人將上述控制變?yōu)楹唵危梢詫⑸a(chǎn)車間的溫度降至更低，提高食品安全性。

2.3 機(jī)器人更適合惡劣環(huán)境

家禽加工車間，勞動環(huán)境差，溫度低，濕度大，對工人的要求嚴(yán)格[5，6]：

⑴站立作業(yè)時間長；

⑵對噪音不能太敏感；

⑶不能有幽閉恐懼癥；

⑷對人工光照不能太敏感；

⑸不能暈血，能接受處理羽毛、脂肪、膽汁和糞便的工作；

⑹能接受地面濕滑、地板可能殘留油脂和血液的工作環(huán)境；

⑺能熟練使用剪刀、刀子和研磨工具等。

在條件惡劣的環(huán)境中，工人工作時會感到不適和倦怠，這將影響他們的工作效率，降低每位工人在單位時間內(nèi)的加工數(shù)量。解決辦法是確保工作區(qū)域的所有方面都考慮周全，包括高度、照明、噪音和污染[5，6]。應(yīng)用機(jī)器人，只需考慮局部人員操作位置，使工藝設(shè)備布局更加合理流暢，更重要的是解決了招工難問題。

2.4 降低運(yùn)行成本

按照國家法律，必須保障員工的福利和公民權(quán)利。這需要為員工支付大筆費(fèi)用，這些費(fèi)用包括：⑴工資、保險、培訓(xùn)費(fèi)和輔助時間消耗的損失費(fèi)等；⑵每年消耗的操作器具：如刀具，砧板等工具；⑶勞動保護(hù)：比如防護(hù)眼鏡、面罩、帽子、靴子和圍裙等；⑷配套設(shè)施的用水、燃料和管理人員費(fèi)用等；⑸為了保障員工的工作熱情，除了為他們提供必須的物質(zhì)條件之外，還要滿足他們的精神需要，如進(jìn)行一系列的宣傳活動和文化活動[5，6]。

采用自動化設(shè)備能夠?qū)趧恿s減至原先的一半左右，大大降低了勞動成本的支出。以一個1 萬只/小時的肉雞加工廠為例，員工從1300名可以減少至400名，同時，占地面積、土建投資等費(fèi)用也能得到有效縮減[12]。

2.5 減少“自動化孤島”

由于受工藝、技術(shù)、設(shè)備等諸多因素的影響，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，各區(qū)段設(shè)備之間銜接不順暢，存在不同程度的 “自動化孤島”問題，自動化設(shè)備僅僅是在局部提高了生產(chǎn)效率，而不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的全程自動化，如果在這些節(jié)點(diǎn)應(yīng)用機(jī)器人，將改善家禽加工的“自動化孤島”問題，真正實(shí)現(xiàn)各區(qū)段流水線之間的信息化傳遞[4，12，14]。

3 機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例

機(jī)器人在家禽加工方面的關(guān)鍵環(huán)節(jié)已經(jīng)得到應(yīng)用。荷蘭的Stork 公司、Meyn 公司和丹麥的Linco 等公司在家禽加工方面都具有先進(jìn)的技術(shù)[12]。

幾年前，美國喬治亞州立大學(xué)和農(nóng)業(yè)研究服務(wù)署的研究組，以及Vendee Concept公司的研究人員，在活雞傳輸、肉品分份、包裝裝載、清洗等方面進(jìn)行了一系列研究，取得了可喜成果。他們采用計算機(jī)可視、智能抓取、自動懸掛等先進(jìn)技術(shù)，大大提高了生產(chǎn)效率，并且改善了產(chǎn)品質(zhì)量。其中Delta Calibra robot分份機(jī)，分份數(shù)量可以達(dá)到每分鐘110 份[4，15]。

近幾年，美國的禽肉加工企業(yè)在設(shè)備方面加大了投資力度，特別在分割加工設(shè)備上的投資尤為明顯，希望通過設(shè)備投入提高生產(chǎn)效率，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上增加更多的效益。如Yield Plus 公司的自動化計量和分配系統(tǒng)， Rapid HQ 公司的自動胸骨剔除機(jī)，使生產(chǎn)工人操作更容易，生產(chǎn)效率更高[14]。

目前，機(jī)器人開發(fā)的熱點(diǎn)集中在智能剔骨方面。

Stork 公司廣泛宣傳其FHF-XB /Sensor-X 智能切片解決方案。這套系統(tǒng)采用了X 光掃描技術(shù)和智能切片技術(shù)。FHF-XB 自動剔骨系統(tǒng)將禽胴體剔骨后進(jìn)行切片，切片產(chǎn)品皮朝上并排放入兩個單道輸送帶上，切片被Sensor-X掃描，自動校正擺放位置，將大于2mm 的帶骨切片分離并返回重新修正，然后再次Sensor-X掃描。這套設(shè)備優(yōu)勢：產(chǎn)品厚度一致，高產(chǎn)量、高品質(zhì)，高出成率，占地空間小，操作簡單，維護(hù)成本低。雙軌型產(chǎn)量可達(dá)每分鐘150 片蝴蝶胸[16，17]。

Meyn 公司也在大力宣傳其去骨機(jī)[18]。

美國喬治亞州研究院(GTRI)的研究人員在自動去骨工藝上做了大量的研究工作。研制出“智能切割和剔骨系統(tǒng)”機(jī)器人。該系統(tǒng)由一個2 軸切割機(jī)械臂和一個6 軸雞胴體固定機(jī)械臂組成。視頻系統(tǒng)對雞胴體進(jìn)行探測，固定臂將雞送到切割臂的位置。運(yùn)用3D 成像技術(shù)，將信息反饋到傳感器，然后自動調(diào)整刀鋒位置，精確地去除雞胴體上的骨頭。他們對雞的形體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，基于3D 分析系統(tǒng)，根據(jù)雞胴體的形態(tài)特征進(jìn)行統(tǒng)計計算分析，通過外部測量得到的數(shù)據(jù)，能夠很好地匹配雞胴體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)理想的切割路徑，不論雞胴體的體積大小都能夠進(jìn)行精準(zhǔn)分割，同時很大程度地減少了碎骨殘留在成品肉的概率[19]。

繼GTRI 之后，日本Maye kawa 公司也推出了去骨機(jī)器人，每小時可處理1000 只雞，相當(dāng)于替代4 個工人操作[19]。

隨著美國“泰森”、“嘉吉”等國際著名公司進(jìn)入中國，推動了中國家禽加工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，肉雞屠宰加工能力已經(jīng)達(dá)到13500只/h，先后引進(jìn)了30條自動掏膛生產(chǎn)線，有3 條自動分割生產(chǎn)線也投入了使用。國內(nèi)的“艾斯克”公司也不甘示弱，也推出了自主品牌的自動掏膛生產(chǎn)線。在這些自動生產(chǎn)線中，機(jī)器人扮演著重要的角色。

4 機(jī)器人應(yīng)用前景

當(dāng)前惡劣的全球經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，很多企業(yè)對新設(shè)備的投資持謹(jǐn)慎態(tài)度，只有機(jī)器人行業(yè)例外，與其它行業(yè)呈現(xiàn)出低迷狀況恰恰相反，在機(jī)器人行業(yè)，新設(shè)備的投資前景樂觀，經(jīng)濟(jì)低迷的確放大了企業(yè)生產(chǎn)效率的重要性。企業(yè)興奮的發(fā)現(xiàn)尋求成本最低化，機(jī)器人已經(jīng)成為提高效率，減少勞動成本最快捷的途徑之一[20]。2010 年美國機(jī)器人銷售勢頭強(qiáng)勁，共銷售13174 臺[21]。2010 年我國進(jìn)口機(jī)器人2.34 萬臺，同比增長130%；2011 年進(jìn)口機(jī)器人3.8 萬臺，同比增長62%。預(yù)計“十二五”期間，中國市場對工業(yè)機(jī)器人的需求將有一個井噴式的發(fā)展，需求量每年將以15%~20%的速度增長[1]。

在《肉類工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，明確提出 “著力提高我國肉類加工裝備國產(chǎn)化率和整體發(fā)展水平，改變自主創(chuàng)新能力弱、技術(shù)裝備水平低、成套性和穩(wěn)定性差等現(xiàn)狀”，“重點(diǎn)開發(fā)高效成套屠宰設(shè)備”。

機(jī)器人非常適合勞動密集、環(huán)境惡劣的家禽加工行業(yè)，它將大幅度提升家禽加工產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，將給家禽加工這個微利行業(yè)帶來新的生機(jī)。自動化設(shè)備及機(jī)器人的應(yīng)用，將為我國禽肉加工企業(yè)減少1 /3 的土地占用面積、減少1 /3 的土建投資、節(jié)省50%的人員，一個大型工廠每年可以節(jié)約幾百萬的運(yùn)行費(fèi)用[10]。

目前，ABB、FANUC、KUKA 等公司的機(jī)器人，已經(jīng)進(jìn)入了家禽加工領(lǐng)域[19，22，23]，這些機(jī)器人供應(yīng)商同家禽加工企業(yè)合作，運(yùn)用一系列先進(jìn)技術(shù)和手段，如超聲波、耐熱、可視、3D、激光及生物技術(shù)[14，24]，使機(jī)器人得到更加廣泛的應(yīng)用[4]。

智能自動化系統(tǒng)在家禽加工行業(yè)是一次變革性創(chuàng)新[14]，一場系統(tǒng)化、智能化的技術(shù)革命浪潮正席卷而來，這場發(fā)生在家禽業(yè)的變革不僅會促進(jìn)家禽業(yè)的發(fā)展，更重要的是實(shí)現(xiàn)家禽加工業(yè)的全面進(jìn)步[4]。

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