人工智能在胡椒機(jī)械加工裝備技術(shù)升級(jí)中的研究進(jìn)展

張 園，李明福※，李玉林，葛 暢，李 明，2，羅文楊，余國(guó)艷，譚光宇

（1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湛江 524091；2.農(nóng)業(yè)部熱帶作物機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，湛江 524091；3.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，湛江 524091；4.廣東海洋大學(xué)，湛江 524088 ）

人工智能在胡椒機(jī)械加工裝備技術(shù)升級(jí)中的研究進(jìn)展

張 園1，李明福1※，李玉林1，葛 暢1，李 明1，2，羅文楊3，余國(guó)艷4，譚光宇4

（1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湛江 524091；2.農(nóng)業(yè)部熱帶作物機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，湛江 524091；3.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，湛江 524091；4.廣東海洋大學(xué)，湛江 524088 ）

本文結(jié)合胡椒生產(chǎn)裝備的工藝流程，從胡椒采收、脫粒、清洗、分級(jí)、脫皮及分選等工藝上闡述了人工智能在胡椒加工與生產(chǎn)機(jī)械裝備技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)展情況，總結(jié)分析了人工智能在胡椒機(jī)械加工技術(shù)升級(jí)中的不足及難點(diǎn)，并依據(jù)以上情況對(duì)人工智能在胡椒機(jī)械加工技術(shù)升級(jí)應(yīng)用中的趨勢(shì)進(jìn)行了分析，提出了胡椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的美好藍(lán)圖。

胡椒 裝備升級(jí) 人工智能 趨勢(shì)

0 引言

20世紀(jì)80年代，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所開始胡椒初加工技術(shù)的研究，制定了農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《胡椒》 （NY/T 455—2001）和《胡椒初加工機(jī)械通用技術(shù)條件》 （NY/T 736—2003）指導(dǎo)胡椒的生產(chǎn)，提出了白胡椒初加工工藝流程：脫粒（機(jī)械法）→去梗（機(jī)械法）→青熟果分選→浸泡（池泡）→洗滌（機(jī)械法）→曬干→除雜（機(jī)械法）→分級(jí)（機(jī)械法）。目前胡椒初加工機(jī)械裝備的研發(fā)與技術(shù)升級(jí)主要圍繞以上流程展開。

人工智能引入到胡椒機(jī)械加工裝備技術(shù)升級(jí)中的形式表現(xiàn)在，通過(guò)部分技術(shù)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)械的部分功能智能化，并運(yùn)用智能技術(shù)解決各種實(shí)際問(wèn)題，從而使得升級(jí)后的裝備更靈活、更好用、更精準(zhǔn)和高效，最終通過(guò)技術(shù)延伸，實(shí)現(xiàn)整個(gè)加工工藝智能化[1，2]。

智能化是胡椒生產(chǎn)加工和椒農(nóng)生活中的又一個(gè)特征，是胡椒機(jī)械加工行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)代胡椒加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已離不開信息技術(shù)的支持，人工智能可貫穿于胡椒機(jī)械生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)提升產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，具體表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)智能化動(dòng)態(tài)管理、在惡劣環(huán)境中持續(xù)生產(chǎn)、精準(zhǔn)控制與檢測(cè)以及進(jìn)一步提高勞動(dòng)效率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等[3-12]。

1 人工智能在胡椒機(jī)械加工與生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)展

1.1 胡椒采收

胡椒智能化采收是產(chǎn)前階段的重要工作之一，是實(shí)現(xiàn)適時(shí)、適量及效益估算的重要前提。在采收環(huán)節(jié)中應(yīng)用傳感器及機(jī)械視覺(jué)技術(shù)，能夠有效地把握采收的時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)采摘以減少浪費(fèi)。機(jī)器人替代人工收獲亦可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和改善工作環(huán)境，甚至對(duì)胡椒品種鑒別及種類評(píng)估發(fā)揮指導(dǎo)作用。人工智能在此環(huán)節(jié)的應(yīng)用將顯著提升胡椒機(jī)械加工技術(shù)升級(jí)的影響力。

1.2 胡椒脫粒

為解決人工分離胡椒果與果梗增加勞動(dòng)力成分，效率低，損害部分胡椒果，且雜質(zhì)必須經(jīng)過(guò)二次清潔等問(wèn)題，印度芒格洛爾圣約瑟夫工程學(xué)院的Binu利用摩擦盤式結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)提供脫粒過(guò)程中所需的速度以實(shí)現(xiàn)減少對(duì)胡椒果的損害；泰米爾納德邦農(nóng)業(yè)大學(xué)的學(xué)者通過(guò)保持進(jìn)料速度和精準(zhǔn)控制脫粒機(jī)構(gòu)間隙，解決了二次加工和提升脫粒質(zhì)量等問(wèn)題；中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所和海南大學(xué)的研究人員分別通過(guò)喂料量與脫離速度和振動(dòng)速度聯(lián)動(dòng)解決因脫粒機(jī)堵塞損傷胡椒果的問(wèn)題。

1.3 胡椒清洗

智能監(jiān)測(cè)技術(shù)用于清洗經(jīng)浸泡處理后的白胡椒，通過(guò)控制水流量在磨檫圓筒中的的摩擦力大小和實(shí)現(xiàn)多次流量的重復(fù)使用，以減少環(huán)境污染和使白胡椒被沒(méi)有任何物理傷害的清洗出來(lái)。

1.4 胡椒分級(jí)

脫粒后的胡椒果中會(huì)混有果梗、石頭和土壤顆粒等雜質(zhì)。清洗和分級(jí)是提高農(nóng)產(chǎn)品價(jià)值和幫助實(shí)現(xiàn)更高回報(bào)的基本操作。戈?duì)柖」こ坦就ㄟ^(guò)精準(zhǔn)尺寸測(cè)量和密度識(shí)別技術(shù)，去除灰塵、秸稈、果梗以及石頭等雜質(zhì)以達(dá)到分級(jí)效果。國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)通過(guò)定量控制帶有氣旋和風(fēng)扇的前后抽風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)工作以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分級(jí)。

1.5 胡椒脫皮

越南Vina Nha Trang工程公司在軟黑胡椒脫皮機(jī)螺旋運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)智能溫控噴淋系統(tǒng)，以達(dá)到濕法脫皮的效果。印度泰米爾納德邦農(nóng)業(yè)大學(xué)的V.thirupathi教授通過(guò)智能檢測(cè)技術(shù)與精準(zhǔn)控制聯(lián)動(dòng)，在胡椒果粒成熟度不同、種類及外形尺寸有差異時(shí)改變刀片與外側(cè)帶孔圓筒之間的間隙，解決了胡椒果損傷率較大等問(wèn)題。中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所和海南大學(xué)等研究人員亦在積極探索精準(zhǔn)力學(xué)控制和智能驅(qū)動(dòng)在脫皮機(jī)中的應(yīng)用，并取得了一定的研究進(jìn)展。

1.6 胡椒分選與包裝

農(nóng)業(yè)科研人員把人工智能中的系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到分選與包裝技術(shù)中，它可以替代相關(guān)的工藝設(shè)計(jì)者，模擬分選思維和給出恰當(dāng)?shù)臎Q策，通過(guò)相關(guān)系統(tǒng)指令的設(shè)定，以完成根據(jù)不同的消費(fèi)者習(xí)性對(duì)胡椒果種類、成熟度、數(shù)量及色澤等進(jìn)行區(qū)分并包裝成不同的模式。人工智能系統(tǒng)的應(yīng)用將直接針對(duì)消費(fèi)者個(gè)體，更好的指導(dǎo)胡椒消費(fèi)市場(chǎng)的行為。

1.7 胡椒機(jī)械裝備可靠性

隨著加工制造技術(shù)從自動(dòng)化向智能化趨勢(shì)的發(fā)展，機(jī)械精準(zhǔn)控制、機(jī)械視覺(jué)技術(shù)、智能控制系統(tǒng)、故障診斷及處理、質(zhì)量可靠性評(píng)估等智能化技術(shù)必將逐步應(yīng)用于胡椒機(jī)械裝備技術(shù)升級(jí)中。相應(yīng)的推理與知識(shí)獲取技術(shù)、智能控制、功能模擬等人工智能技術(shù)亦將更好地指導(dǎo)胡椒加工機(jī)械裝備繼續(xù)升級(jí)。

2 人工智能在胡椒機(jī)械加工技術(shù)升級(jí)中的不足及難點(diǎn)分析

人工智能應(yīng)用于胡椒機(jī)械加工裝備技術(shù)升級(jí)中，將會(huì)提高生產(chǎn)的效益，將胡椒生產(chǎn)及加工產(chǎn)業(yè)帶入數(shù)字和信息化時(shí)代，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的必然發(fā)展方向。但在智能化歷程還不夠遠(yuǎn)的今天，面臨胡椒加工機(jī)械裝備技術(shù)自動(dòng)化程度還不夠高的現(xiàn)實(shí)，智能化離我們期待的目標(biāo)還有一定的距離[13-17]。

與此同時(shí)，隨著各項(xiàng)研究工作的不斷深入，人工智能與胡椒機(jī)械加工裝備技術(shù)矛盾也被逐步暴露出來(lái)。首先，人工智能的技術(shù)還不夠完善，還不能廣泛地應(yīng)用于胡椒機(jī)械加工裝備技術(shù)中，例如：人工智能可應(yīng)用于胡椒機(jī)械加工裝備技術(shù)中的程度還較低，目前，只能機(jī)械性地代替人工做一些簡(jiǎn)單的工作，要替代人工進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)尚需相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。其次，胡椒生產(chǎn)及加工工藝的整個(gè)周期較

長(zhǎng)、知識(shí)獲取涉及因素多，而相關(guān)智能軟件系統(tǒng)的研制，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐和應(yīng)用，從成功解決某些專門領(lǐng)域的問(wèn)題到解決系統(tǒng)的問(wèn)題耗時(shí)較長(zhǎng)，理論體系的發(fā)展成熟也需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐的長(zhǎng)期檢驗(yàn)。再次，胡椒產(chǎn)業(yè)較其他大宗作物產(chǎn)業(yè)而言，所能投入的人、財(cái)、物等各項(xiàng)條件有限，加之，社會(huì)關(guān)注度還較低，想要人工智能更好地應(yīng)用于胡椒產(chǎn)業(yè)，而脫離硬件設(shè)施投入一切將成為空談。

3 人工智能在胡椒機(jī)械加工技術(shù)升級(jí)應(yīng)用中的趨勢(shì)分析

縱觀人工智能在傳感、通訊、計(jì)算、控制等技術(shù)領(lǐng)域取得的長(zhǎng)足進(jìn)步，我們可以預(yù)見，經(jīng)過(guò)相關(guān)科研人員的長(zhǎng)期涉入，其在胡椒機(jī)械加工技術(shù)升級(jí)中發(fā)揮的作用也將日益顯著[18]。

目前人工智能技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的研究工作大多從應(yīng)用的觀點(diǎn)先行出發(fā)，這種專一的、有針對(duì)性的研究工作，在某些方面已經(jīng)完成了不少的工作。借鑒于人工智能所發(fā)揮的良好研究進(jìn)展趨勢(shì)，相信胡椒機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展也必將經(jīng)歷從單一智能到整體智能，從局部智能到系統(tǒng)智能的一個(gè)過(guò)程，詳見圖1。

圖2 人工智能在胡椒機(jī)械加工技術(shù)升級(jí)中的應(yīng)用模式

4 結(jié)語(yǔ)

人工智能技術(shù)的研究者們，他們正在通過(guò)努力，完成一個(gè)有一個(gè)出色的智能化動(dòng)作，我們可以相信人工智能在胡椒機(jī)械加工技術(shù)升級(jí)中的未來(lái)是十分美好的。它能夠更好地服務(wù)和改善椒農(nóng)生活，帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。在它的引領(lǐng)下，胡椒生產(chǎn)與加工產(chǎn)業(yè)將邁向數(shù)字和信息化的嶄新時(shí)代。借助其技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)提高胡椒生產(chǎn)與加工的經(jīng)濟(jì)效益，是全面實(shí)現(xiàn)胡椒產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、智能化、信息化的必由之路。

[1]李秋實(shí)，王家忠，弋景剛，等.海灣扇貝閉殼肌剝離設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（10）：198-201.

[2]辛睿德，鄭勇，鄒明宏，等.沼氣發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（2）：182-184.

[3]劉現(xiàn)，鄭回勇，施能強(qiáng)，等.人工智能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，28（6）：609-613.

[4]朱明東.基于人工智能的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用探析[J].神州（上旬刊），2013（5）：67.

[5]鐘義信.人工智能的突破與科學(xué)方法的創(chuàng)新[J].模式識(shí)別與人工智能，2012，25（3）：456-461.

[6]張勉.人工智能的應(yīng)用研究[J].華人時(shí)刊（中旬刊），2013（5）：158.

[7]劉樹安.人工智能研究領(lǐng)域及其社會(huì)影響[J].合作經(jīng)濟(jì)與科技，2012（19）：126-128.

[8]高磊.人工智能在電氣自動(dòng)中應(yīng)用的發(fā)展[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013（8）：124.

[9]王一平.人工智能在計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2012（4）：90-92.

[10]尹強(qiáng)，高全杰，曾艷紅，等.人工智能在特種機(jī)器人中應(yīng)用的研究探討[J].機(jī)床與液壓，2012，40（2）：126-129.

[11]張偉.人工智能在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2012，31（32）：217-218.

[12]丁瑩.研究人工智能的一條新途徑[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22（3）：133-136+140.

[13]徐勇.淺議人工智能在電氣自動(dòng)化控制中應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2011（14)）：43+86.

[14]牛美英，渠基磊，吳志鵬.人工智能在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2013（23）：27-28.

[15]劉志昌，林政文，容庭，等.自動(dòng)血凝檢測(cè)及管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（4）：157-160. [16]張飛云.基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能豬舍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（15）：185-187.

[17]張馨月，張燕，李朋偉，等.椰殼自動(dòng)粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)與 ANSYS分析[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（7）：175-177.

[18]孫曄，吳飛揚(yáng).人工智能的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].價(jià)值工程，2013（28）：5-7.

Research Progress of Artificial Intelligence in Pepper Processing Equipment Upgrading

Zhang Yuan1，Li Mingfu1※，Li Yulin1，Ge Chang1，Li Ming1，2，Luo Wenyang3，Yu Guoyan4,Tan Guangyu4
(1.Tropical Agricultural Machinery Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Zhanjiang 524091,China;2.The Center of Quality Supervision and Testing for Tropical Agriculture Machinerye,Zhanjiang 524091,China;3.South Subtropical Craps Research Institute Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Zhanjiang 524091,China;4.Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088,China)

This paper expatiated on research progress of artificial intelligence in pepper processing equipment upgrading from harvesting， threshing， cleaning， grading， peeling and sorting， summarized the deficiency and difficulty， and according to the above， analyzed the trend.

pepper;equipment upgrading;artificial intelligence;trend.

中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院院本級(jí)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（1630062014024）；海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（312044）

張園（1984-），男，助理研究員，主要研究方向：熱帶農(nóng)業(yè)裝備與工程，E-mail：agrizy@gmail.com

※通訊作者：李明福（1966-），男，副研究員，主要研究方向?yàn)闊釒мr(nóng)產(chǎn)品加工裝備與工程，E-mail：limingfu378@163.com