機械自動化技術在茶葉生產(chǎn)加工方面的應用研究

王 亮

（河南機電職業(yè)學院，河南 鄭州 451191）

茶葉的飲用在我國已有近萬年的歷史，茶葉作為一種綠色純天然、有益健康的飲品已深入人心，被世界各國人民所喜愛與推崇。我國作為茶葉的原產(chǎn)地，隨著國家進一步對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，我國原先大部分地區(qū)以人力進行茶葉生產(chǎn)的傳統(tǒng)方式將逐步被現(xiàn)代機械自動化技術所取代，從而提高茶葉生產(chǎn)效率，促進我國茶葉產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

1 機械自動化技術在國外茶葉生產(chǎn)加工中的應用

國外最先把機械自動化技術應用于茶葉生產(chǎn)加工的國家是日本。1910年，日本已開始將大剪刀應用于茶樹栽培。日本分別在1955、1976年研發(fā)出小型采茶機和大型自走式采茶機。20世紀70年代，日本根據(jù)茶葉的不同采摘方式研制出多種形式的采茶機械。日本所研制的滾筒殺青機、滾筒炒干機、連續(xù)性發(fā)酵機等以其自動化程度高、應用范圍廣等優(yōu)點而被大量應用于茶葉生產(chǎn)。近些年，日本逐步優(yōu)化茶葉生產(chǎn)加工機械的規(guī)格和效能，已成為目前世界上茶葉連續(xù)生產(chǎn)自動化程度最高的國家[1]。

1929年，蘇聯(lián)首先從日本進口了大型采茶剪刀。1930年，蘇聯(lián)研制出三輪型采茶機。蘇聯(lián)分別在1965年和1970年研制出折斷式采茶機和切斷式采茶機。隨著近些年的發(fā)展，蘇聯(lián)也實現(xiàn)了采茶機械化作業(yè)。

世界上除中國外的其他幾大茶葉原產(chǎn)國，如斯里蘭卡、法國、土耳其、印度等，也都進行了茶葉生產(chǎn)加工機械的相關研發(fā)。隨著茶葉生產(chǎn)加工機械的普及，這些國家也大多實現(xiàn)了茶葉生產(chǎn)加工的機械自動化。

2 機械自動化技術在國內(nèi)茶葉生產(chǎn)加工中的應用

自20世紀初期，國外茶葉生產(chǎn)加工機械化興起，我國開始外派相關茶葉生產(chǎn)加工技術人員到相關國家進行學習考察。并于20世紀40年代初期，開始對國外的茶葉生產(chǎn)加工機械進行仿制，制造出了抖篩機、圓篩機等茶葉生產(chǎn)加工機械。我國茶葉生產(chǎn)加工機械的研制正式起步于20世紀50年代初期，當時新成立的中國茶葉總公司提出利用茶葉生產(chǎn)加工機械，提高茶葉生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，促進貿(mào)易發(fā)展的設想。由此根據(jù)國家撥付的相關資金，安排濟南、無錫、上海等地的機械廠首先仿制，而后大規(guī)模生產(chǎn)出茶葉烘干機、揉捻機、篩分機等茶葉機械設備。20世紀70年代，我國開展大型茶葉采摘機械研制工作[2]。1980年，我國開始引進外資聯(lián)合研制生產(chǎn)采茶機械和茶葉修剪機械設備。20世紀90年代初期，國內(nèi)茶葉生產(chǎn)加工機械實用化、自動化程度進一步提高，國內(nèi)企業(yè)先后研制出具有國際先進水平的炒青機、速包機、烘焙機等。近年來，我國茶葉機械融合更多高新技術，先后研制出微波遠紅外加熱烘干殺青技術、蒸汽熱風殺青機。并把計算機檢測和自動控制技術嵌入茶葉生產(chǎn)加工機械設備當中，形成完整的茶葉生產(chǎn)加工全檢測控制的自動生產(chǎn)線。經(jīng)過近50年的發(fā)展，我國茶葉生產(chǎn)機械制作業(yè)已發(fā)展成為多品種、多系列、全覆蓋，集茶葉生產(chǎn)、采摘、加工、包裝等一體化的完善的先進行業(yè)。

3 機械自動化技術在國內(nèi)茶葉生產(chǎn)加工中應用存在的問題

雖然我國茶葉生產(chǎn)加工機械設備的研制已取得不俗的成績，但是與西方發(fā)達國家相比，還存在不小的差距，主要表現(xiàn)如下。

3.1 茶葉生產(chǎn)加工機械質(zhì)量水平差

傳統(tǒng)意義上，我國把茶葉生產(chǎn)加工劃歸為農(nóng)副產(chǎn)品加工系列，所以自然而然地把茶葉生產(chǎn)加工機械也劃歸為農(nóng)副產(chǎn)品機械。這就導致茶葉生產(chǎn)加工機械本身設計制造起點低于食品生產(chǎn)加工機械，使得茶葉生產(chǎn)加工機械普遍技術含量低、質(zhì)量水平差。相關機械制造廠商設計制造茶葉生產(chǎn)加工機械只單純以落后的機械產(chǎn)品進行簡單的仿制疊加，不考慮先進技術如數(shù)字控制、機電一體化等技術的使用，使制造出的茶葉生產(chǎn)加工機械外形笨重、噪聲大、能耗超標、使用效率大打折扣[3]。同時，國內(nèi)相關茶葉機械設備制造廠商存在重復生產(chǎn)的問題，使得茶葉生產(chǎn)加工機械型號系列單一，缺乏完整統(tǒng)一的系列規(guī)格，進而造成茶葉生產(chǎn)加工機械人機協(xié)調(diào)性差、操作復雜。

3.2 茶葉生產(chǎn)加工機械智能化、自動化程度較低

第三次工業(yè)革命將機械行業(yè)發(fā)展階段劃分為3個階段，分別是第一階段人力和半機械化、第二階段機械化和第三階段智能化、自動化。目前，國外西方發(fā)達國家茶葉生產(chǎn)加工機械已發(fā)展為第三階段。我國的茶葉生產(chǎn)加工機械大多還處于第二階段發(fā)展過程中?，F(xiàn)今我國的茶葉生產(chǎn)加工大多還停留在單機作坊式生產(chǎn)模式中。企業(yè)制造出的茶葉機械缺乏相應智能化、自動化技術的應用。例如，揉捻機的緊實只能依靠操作人員手工控制；理條機的溫度控制只是單純的程序控制開關，具體的檢測還要依靠相關技術人員實現(xiàn)；茶葉機械設備材料多選用碳鋼或鑄鐵材料，造成生產(chǎn)效率低下，難以形成規(guī)模生產(chǎn)。

3.3 茶葉生產(chǎn)加工機械廠商規(guī)模小，自主創(chuàng)新不足

目前，國內(nèi)茶葉生產(chǎn)加工機械廠普遍規(guī)模較小。截至2017年的統(tǒng)計資料顯示，國內(nèi)茶葉機械相關企業(yè)從業(yè)人員為6 176人，其中50人以下的企業(yè)占企業(yè)總數(shù)的81.2%。同時，企業(yè)注冊資金在500萬元以上的有6家，其中注冊資金在100萬元以下的企業(yè)占企業(yè)總數(shù)的76.6%。大多數(shù)茶葉機械企業(yè)依靠傳統(tǒng)的家庭作坊式方式進行生產(chǎn)制造。所制造出的茶葉機械產(chǎn)品由于自身設計能力薄弱、加工工藝落后而缺乏市場競爭力。同時，大多數(shù)茶葉機械企業(yè)自主創(chuàng)新能力不足，生產(chǎn)的產(chǎn)品多數(shù)依靠仿制，缺乏核心關鍵技術。最終造成我國茶葉機械相關產(chǎn)品一直處于廉價、低效的狀態(tài)，嚴重影響了茶葉相關機械產(chǎn)品的發(fā)展。

3.4 茶葉生產(chǎn)加工機械廠商人才、資金缺乏

現(xiàn)代茶葉生產(chǎn)加工機械是集計算機技術、自動控制技術、智能化于一體的高新技術行業(yè)。相關機械企業(yè)缺乏掌握上述技術且熟悉茶葉相關生產(chǎn)加工操作的復合型人才。這就導致茶葉機械產(chǎn)品設計制造不能完全契合實際生產(chǎn)要求，對產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)也只能以機械產(chǎn)品為基礎，缺乏以茶葉生產(chǎn)加工為特點的切入點。同時，茶葉生產(chǎn)加工機械屬于技術密集型產(chǎn)品，相關機械產(chǎn)品的設計、研發(fā)、制造、試驗到最終量產(chǎn)投入市場需要很長的時間周期。其中，產(chǎn)品的設計、研發(fā)過程涉及機械、物理、自動化、計算機等多個學科，需要企業(yè)在相關學科技術上投入大量人力、時間和資金進行研發(fā)。而現(xiàn)今的茶葉生產(chǎn)加工企業(yè)大多缺乏資金，影響了茶葉生產(chǎn)加工機械的技術革新。

4 機械自動化技術在茶葉生產(chǎn)加工中應用的趨勢

4.1 綠色發(fā)展

綠色、節(jié)能、環(huán)保是當今世界發(fā)展的主流，人們越來越重視綠色節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念，這種理念已經(jīng)深入各個發(fā)展領域，在茶葉機械發(fā)展中也不例外。首先，在茶葉生產(chǎn)加工機械的設計研發(fā)過程中，將越來越多地考慮節(jié)能環(huán)保。降低茶葉生產(chǎn)加工機械的能耗，提高其效率將是未來茶葉機械發(fā)展的首要目標。其次，在當前我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級、淘汰落后產(chǎn)能的大背景下，設計研發(fā)綠色、節(jié)能、環(huán)保的產(chǎn)品設備既符合當前建設節(jié)約型社會的發(fā)展精神，又可以達到節(jié)能、環(huán)保的目的，利國利民，意義深遠。

4.2 智能高新技術的應用

21世紀是智能化、信息化高速發(fā)展的時期，越來越多的高精尖技術將運用到生產(chǎn)生活當中。原有的傳統(tǒng)茶葉加工生產(chǎn)方式將發(fā)生革命性的變革。例如，遠紅外烘干技術、微波殺青技術等一批高新技術將在茶葉的生產(chǎn)加工中得到了應用。另外，光伏技術、光機電一體化技術、智能控制與制造、機器人技術等也將逐步引入并應用到茶葉的生產(chǎn)加工機械設備中。可以預見，不久的將來，隨著越來越多的智能高新技術應用到茶葉生產(chǎn)加工機械設備中，將會形成一條集茶葉種植、采摘、生產(chǎn)、包裝于一體的標準化、多系列的自動化生產(chǎn)線。同時，也會大大提高茶葉的產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)茶葉行業(yè)快速發(fā)展。

4.3 朝著清潔與安全的方向發(fā)展

社會對食品安全的重視程度越來越高，作為人們的常見飲品，茶葉的清潔與安全也同樣受到關注。所以，對于茶葉生產(chǎn)加工機械的清潔與安全的要求也備受關注?，F(xiàn)如今，從茶葉的單機化生產(chǎn)到自動化流水線生產(chǎn)都建立了完善的清潔與安全保障。從茶葉原產(chǎn)品選取、生產(chǎn)技術工藝改進、執(zhí)行更嚴格的清潔安全標準等多方面保證了茶葉的衛(wèi)生與安全性。在將來的發(fā)展過程中，茶葉的清潔與安全是茶葉站穩(wěn)市場的首要先決條件，所以茶葉的生產(chǎn)加工機械將朝著清潔與安全的方向發(fā)展，以此來保證茶葉產(chǎn)品的清潔與安全性。

5 機械自動化技術在茶葉生產(chǎn)加工中應用的對策

5.1 強化茶葉生產(chǎn)加工機械研發(fā)能力

目前，我國茶葉生產(chǎn)加工機械裝備技術落后，是制約茶葉行業(yè)快速發(fā)展的一大弊端。要想研發(fā)新型適應市場需求的茶葉生產(chǎn)加工機械，需要在了解茶葉生產(chǎn)加工技術理論的前提下才能實現(xiàn)。而目前我國對茶葉生產(chǎn)加工技術理論的相關研究相對滯后，并且對于相關茶葉生產(chǎn)加工的機械裝備研發(fā)投入有限，造成茶葉生產(chǎn)加工機械研發(fā)能力薄弱，相關機械裝備技術落后。所以，政府和茶葉相關行業(yè)協(xié)會應加大對茶葉生產(chǎn)加工機械的研發(fā)投入，強化茶葉生產(chǎn)加工機械的研發(fā)能力。自我創(chuàng)新，根據(jù)實際市場需求，研發(fā)既包含茶葉生產(chǎn)加工技術理論又包含最新技術的相關機械設備，實現(xiàn)茶葉生產(chǎn)加工與機械設備完美結(jié)合。并引入新技術、新材料、新工藝，提高茶葉生產(chǎn)加工機械的質(zhì)量穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)效率，降低能耗。同時，進一步完善相關機械設備產(chǎn)品的標準，建立模塊化機械裝備，降低茶葉機械的制造維護成本，提高茶葉機械的通用性。

5.2 強化茶葉生產(chǎn)加工機械人才培養(yǎng)

充分發(fā)揮產(chǎn)學研一體化優(yōu)勢，建立校企合作人才培養(yǎng)模式。首先，茶葉生產(chǎn)制造機械相關企業(yè)可以借助高校的科研平臺，聘請高校專家、教授參與企業(yè)相關產(chǎn)品的研發(fā)，為新產(chǎn)品的研發(fā)提供技術支持。同時，開設有茶葉相關專業(yè)的高?？梢云刚埐枞~種植、采摘、銷售和茶葉機械研發(fā)的行業(yè)專家為學生授課，開設講座。使學生理論結(jié)合實際，充分掌握茶葉的相關專業(yè)知識，使學生成為既掌握理論知識又熟悉相關實踐經(jīng)驗的茶葉行業(yè)復合型高素質(zhì)人才。

6 結(jié)語

隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整升級，政府對農(nóng)業(yè)機械自動化裝備的重視度越來越高。機械制造企業(yè)應緊抓這個發(fā)展契機，在引進國外茶葉機械先進生產(chǎn)技術的同時，堅持自主創(chuàng)新研發(fā)，構(gòu)建產(chǎn)學研一體的發(fā)展模式，研發(fā)適合我國茶葉生產(chǎn)加工的相關自動化機械設備，改變我國茶葉機械落后的局面，提高國際競爭力。