糧倉機械未來發(fā)展方向的思考*

董德良 李曉亮 余鵬彪 王 躍 王 松 張圃滋 李 月

(1 中儲糧成都儲藏研究院有限公司 610091)(2 中國儲備糧管理集團(tuán)公司 100039)

目前，我國糧倉機械行業(yè)快速發(fā)展，裝備總量快速增加，糧食進(jìn)出倉效率有一定提高，但是裝備整體制造水平參差不齊，自動化、智能化水平仍然較低。未來的發(fā)展方向中，在自動化、智能化作業(yè)的需求契機下，為實現(xiàn)糧倉機械領(lǐng)域“信息感知、定量決策、智能控制”的目標(biāo)，將重點開展基于先進(jìn)制造、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的高效進(jìn)出倉作業(yè)等突出任務(wù)，整體提升糧食倉儲行業(yè)糧倉機械科技水平。

1 糧倉機械科技創(chuàng)新應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 目前糧倉機械科技研發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀

糧倉機械是轉(zhuǎn)變糧食儲運方式、提高生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)。目前我國糧倉機械科技研發(fā)和制造水平穩(wěn)步發(fā)展，設(shè)備機械化、自動化比例持續(xù)提高，高效環(huán)保和自動化趨勢在糧倉機械領(lǐng)域逐漸顯現(xiàn)，各類型號、各種功能的糧倉機械廣泛地應(yīng)用于糧食進(jìn)出倉的各個環(huán)節(jié)，行業(yè)整體呈現(xiàn)類型規(guī)格多樣、市場欣欣向榮的態(tài)勢。同時，國家在糧倉機械領(lǐng)域的投入逐年加大，并積極引導(dǎo)行業(yè)從業(yè)人員推進(jìn)科技創(chuàng)新活動，糧倉機械高效化、自動化設(shè)計理念得到了一定發(fā)展，糧倉機械市場也出現(xiàn)了從單一功能到組合設(shè)備，從手動化設(shè)備到自動化機器的升級改造，加快了行業(yè)自主創(chuàng)新的步伐[1]。

但另一方面，由于糧倉機械行業(yè)整體起步晚、技術(shù)水平落后，糧倉機械生產(chǎn)仍然存在傻大笨粗、功能單一、標(biāo)準(zhǔn)參差不齊、信息化智能化程度低、粉塵和噪音污染大等問題，并且還有一些倉儲作業(yè)環(huán)節(jié)如包糧裝卸、平倉、倉房清掃等需要大量的人工。因此，提高糧倉機械自動化、智能化、環(huán)保化水平成為推動我國糧倉機械產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必經(jīng)之路。

1.2 國外相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展情況

在工業(yè)4.0浪潮帶動下，智能化、可視化相互融合的研發(fā)理念已經(jīng)是國外先進(jìn)糧機制造企業(yè)生產(chǎn)和管理的發(fā)展方向。

1.2.1 國外產(chǎn)品已形成規(guī)模大型化產(chǎn)業(yè) 大產(chǎn)量、大功率、可移動性強的輸送裝備已經(jīng)是市場主流[2]，例如國外的吸糧倉機械單機產(chǎn)量最大已達(dá)到1000 t/h，帶式輸送機最大運量已達(dá)5500 t/h。

1.2.2 國外對產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)嚴(yán)、產(chǎn)品可靠性高 國外企業(yè)產(chǎn)品著重可靠性、壽命等方面研究，在輸送帶抗拉強度、接頭強度等方面優(yōu)勢明顯，托輥和減速器等關(guān)鍵部件壽命較長。

1.2.3 國外產(chǎn)品充分考慮安全性等技術(shù)要求 大多糧倉機械均設(shè)計有成熟的輸送保護(hù)與檢測方案，產(chǎn)品的安全性、人性化設(shè)計受到足夠重視，多項安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為行業(yè)的硬性規(guī)定。

1.2.4 新型復(fù)合材料、新結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、新外觀設(shè)計理念完全滲透于產(chǎn)品生產(chǎn)制造和運用的各個環(huán)節(jié) 例如高分子材料和新型復(fù)合材料廣泛用于產(chǎn)品覆蓋件，整體外觀設(shè)計感更強；在設(shè)計方法中增加動態(tài)分析與監(jiān)測等技術(shù)，控制系統(tǒng)更加完善。

1.3 我國糧倉機械科技創(chuàng)新情況

近年來我國糧倉機械的產(chǎn)品自主研發(fā)能力得到了一定的增強，面對國內(nèi)糧食在收儲方面遇到的難題，雖然一些科研機構(gòu)開展了相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新研究，但是糧倉機械自主創(chuàng)新主要依靠企業(yè)，在我國，除少數(shù)龍頭糧倉機械企業(yè)有自主研發(fā)團(tuán)隊并具有一定的研發(fā)能力外，大部分企業(yè)普遍存在生產(chǎn)規(guī)模小、研發(fā)能力弱、核心競爭力缺乏等問題，行業(yè)整體自主創(chuàng)新能力嚴(yán)重不足。

同時，雖然一些企業(yè)通過技術(shù)改造能自主提升機械制造水平，但是大多數(shù)企業(yè)仍停留在相互仿制層面，加之普遍存在資金匱乏、裝備落后、缺乏嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等問題，我國糧倉機械在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化方面的研究仍然不夠，這些都影響著我國整體科研水平的提高。

2 糧倉機械未來發(fā)展趨勢

2.1 糧倉機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

目前，我國基層糧食收儲企業(yè)裝備現(xiàn)代化程度不高，收儲現(xiàn)場粉塵飛揚、噪音大，對環(huán)境不友好，社會人口老齡化加劇，在人力資源日益緊張、糧源日趨復(fù)雜的情況下，產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到明顯束縛。面對此形勢，在下一階段的科技創(chuàng)新中，我國糧倉機械產(chǎn)業(yè)的需求趨勢主要體現(xiàn)在三個方面。

2.1.1 自動化、智能化等先進(jìn)技術(shù)需求增加 隨著新技術(shù)研究需求增加，在生產(chǎn)作業(yè)自動逐步代替人工的趨勢下，關(guān)鍵收儲機械生產(chǎn)工藝會更加精進(jìn)，自動化設(shè)備、智能化機器人的研究與應(yīng)用需求會更加旺盛，糧倉機械設(shè)備安全性、環(huán)保性、可靠性方面的考慮會更加體現(xiàn)。

2.1.2 配套倉儲裝備與技術(shù)需求增加 隨著技術(shù)升級需求增大，面向未來人們消費升級與消費多元化，優(yōu)質(zhì)原糧、中高端初加工糧油產(chǎn)品將逐步加大市場占比，也迫切需要配套相關(guān)倉儲裝備與技術(shù)升級。

2.1.3 龍頭企業(yè)、研發(fā)平臺、相關(guān)人才需求增加 市場急需一批有品牌、有規(guī)模、有影響的示范標(biāo)桿企業(yè)，同時糧食行業(yè)應(yīng)成立大型糧倉設(shè)備研發(fā)平臺、精良設(shè)備制造平臺、對口銷售平臺，積極培養(yǎng)糧食機械設(shè)備設(shè)計、制造人才。

2.2 糧倉機械科技創(chuàng)新的需求趨勢

在糧食產(chǎn)業(yè)朝著綠色環(huán)保、可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展的趨勢下，糧倉機械在未來會向著“產(chǎn)量大型化、功能集成化、裝備標(biāo)準(zhǔn)化、作業(yè)自動化、信息數(shù)字化、管理智能化”的方向邁進(jìn)。

2.2.1 產(chǎn)量大型化 近年來，由于超高大平房倉越來越普遍，大產(chǎn)量的進(jìn)出倉設(shè)備需求越來越大。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了輸送量300 t/h的移動帶式輸送機和作業(yè)量200 t/h的移動式液壓翻板卸糧裝備，大型機械對減輕勞動強度、降低人工成本具有重要推動作用，是今后糧倉機械規(guī)?；l(fā)展的必然趨勢。

2.2.2 功能集成化 糧倉機械的功能集成主要體現(xiàn)在軟硬件、多功能的融合，甚至需要考慮與其他學(xué)科的集成，實現(xiàn)裝備一機多用，做到技術(shù)集成、系統(tǒng)集成。

2.2.3 裝備標(biāo)準(zhǔn)化 包括設(shè)備參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和操作流程標(biāo)準(zhǔn)化。在設(shè)備上研發(fā)適應(yīng)發(fā)展需要的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)計、制造和零配件三統(tǒng)一，逐步解決糧倉設(shè)備種類規(guī)格多、配件和數(shù)據(jù)接口不統(tǒng)一、工藝參數(shù)參差不齊等問題。在操作流程上制定統(tǒng)一的工藝標(biāo)準(zhǔn)，做到作業(yè)流程合理、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2.4 作業(yè)自動化 依托先進(jìn)的自動化技術(shù)，在糧倉機械的設(shè)備開發(fā)上，開發(fā)一系列代替人工的自動化進(jìn)出倉設(shè)備，在裝卸車轉(zhuǎn)運、糧食清理除雜、進(jìn)出糧倉等關(guān)鍵環(huán)節(jié)實現(xiàn)全自動化。

2.2.5 信息數(shù)字化 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、傳感器等技術(shù)支撐下，實現(xiàn)進(jìn)出倉作業(yè)線的設(shè)備互聯(lián)互通，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息和作業(yè)信息的全自動檢測，讓設(shè)備管理全程可追溯。

2.2.6 管理智能化 實現(xiàn)設(shè)備智能化和設(shè)備管理智能化。實現(xiàn)設(shè)備智能進(jìn)出倉作業(yè)，實現(xiàn)設(shè)備維護(hù)管理主動化。

2.3 糧倉機械科研及組織發(fā)展趨勢

2.3.1 糧倉機械研究基地將會逐步建立 依托高校、科研院所、龍頭企業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域合作機構(gòu)等，結(jié)合機械制造、人工智能、糧食儲運等多學(xué)科專業(yè)特點，建立一批對糧食儲運行業(yè)的科技進(jìn)步具有明顯推動作用的研究基地，提升糧倉機械整體工程化能力。

2.3.2 糧倉機械相關(guān)科技信息平臺將會逐步搭建 結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)，整合國內(nèi)外糧倉機械行業(yè)關(guān)鍵科技信息，包括研究成果、最新產(chǎn)品和相關(guān)論文專利等，將平臺建立成信息溝通、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的支持體，推動行業(yè)的科技信息進(jìn)步。

2.3.3 與糧倉機械產(chǎn)業(yè)相關(guān)的創(chuàng)新聯(lián)盟和孵化器等將會加快發(fā)展 推動龍頭糧倉機械企業(yè)與高等院校和科研院所共同組建產(chǎn)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新聯(lián)盟，推動優(yōu)秀糧倉機械企業(yè)自主建立研發(fā)機構(gòu)，加快行業(yè)技術(shù)孵化。

3 糧倉機械未來研究重點

3.1 糧倉機械基礎(chǔ)研究重點

3.1.1 糧倉機械相關(guān)的先進(jìn)傳感器運用基礎(chǔ)研究 糧倉機械的智能化主要依靠先進(jìn)的傳感器技術(shù)，在傳統(tǒng)糧食機械機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，運用先進(jìn)傳感、智能控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，使傳統(tǒng)糧倉機械具備一定的作業(yè)環(huán)境現(xiàn)場感知、作業(yè)狀態(tài)實時監(jiān)測、作業(yè)過程自適應(yīng)調(diào)控、能夠自動導(dǎo)航、按需精準(zhǔn)變量作業(yè)和遠(yuǎn)程運維能力，使傳感技術(shù)在糧流大小、糧食水分在線檢測、物料狀態(tài)、風(fēng)選風(fēng)速、設(shè)備轉(zhuǎn)速、原糧雜質(zhì)等方面取得突破。

3.1.2 基于先進(jìn)制造的糧倉機械先進(jìn)制造方法研究 將先進(jìn)設(shè)計、制造技術(shù)和方法運用于糧倉機械制造，運用Solidworks、Creo、ANSYS、ADAMS等先進(jìn)設(shè)計工具，構(gòu)建一套完善的數(shù)字虛擬設(shè)計、動態(tài)分析與仿真、標(biāo)準(zhǔn)程序加工裝配、調(diào)試與完善的產(chǎn)品開發(fā)線，規(guī)范從樣機到產(chǎn)品的管理方法，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方法和標(biāo)準(zhǔn)零部件庫等。

3.1.3 糧倉機械標(biāo)準(zhǔn)體系研究 制修訂與糧倉機械設(shè)計制造、維護(hù)管理等密切相關(guān)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)。一是基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，包括制定糧倉機械領(lǐng)域術(shù)語、水平評價和機械匹配標(biāo)準(zhǔn)，二是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定制造工藝、能耗、運維等標(biāo)準(zhǔn)；三是安全管理等管理標(biāo)準(zhǔn)。通過一系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，基本建立起符合行業(yè)實際的糧倉機械標(biāo)準(zhǔn)體系，滿足行業(yè)發(fā)展需要。

3.1.4 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的糧倉機械數(shù)據(jù)通訊和存儲標(biāo)準(zhǔn)研究 按照智能化糧倉機械建設(shè)思路，為防止出現(xiàn)各設(shè)備“數(shù)據(jù)”雜亂、大量數(shù)據(jù)浪費、可追溯性差等問題，按照標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)理念，將進(jìn)出倉關(guān)鍵機械的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一布局，開展制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)存儲等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)研究，實現(xiàn)信息整合與共享，打破信息孤島，將已有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升到國家標(biāo)準(zhǔn)，通過打造檢驗檢測云平臺、互聯(lián)網(wǎng)+和傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)合的手段實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)追溯和質(zhì)量控制，以高起點研發(fā)新型智能化糧倉機械設(shè)備。

3.2 糧倉機械應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新研究重點

3.2.1 綠色高效平房倉進(jìn)出倉的技術(shù)創(chuàng)新研究 基于高效、可靠、環(huán)保、擴展性高的輸送技術(shù)研究。重點針對影響進(jìn)出倉關(guān)鍵作業(yè)的大型機械，如裝倉機、補倉機、輸送機和扒谷機等。在工業(yè)4.0的全球化背景契機下，充分發(fā)揮智能制造優(yōu)勢，結(jié)合糧倉機械行業(yè)的實際情況，以平房倉進(jìn)出倉高效作業(yè)為目標(biāo)，利用先進(jìn)的自動化技術(shù)，開展糧食在進(jìn)出倉環(huán)節(jié)自動化的探索，將運動學(xué)及動力學(xué)、工業(yè)機器控制、工業(yè)機器人環(huán)境感知技術(shù)、工業(yè)機器人的編程語言等技術(shù)手段與糧食作業(yè)特點結(jié)合，研發(fā)糧食儲運領(lǐng)域各適應(yīng)環(huán)節(jié)的自動化裝備。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，實現(xiàn)高效轉(zhuǎn)運和自動化進(jìn)出倉，實現(xiàn)真正的無人化進(jìn)出倉作業(yè)。

3.2.2 淺圓倉進(jìn)出倉裝備綠色智能化升級 研發(fā)淺圓倉糧食進(jìn)倉多點智能分級設(shè)備、數(shù)控均勻布糧設(shè)備、機械化安全清倉設(shè)備等，研究淺圓倉粉塵爆炸綜合防范與治理技術(shù)，提升整體淺圓倉進(jìn)出倉裝備綠色升級。

3.2.3 綠色高效智能清理裝備研發(fā) 積極開展粉塵濃度傳感器技術(shù)等相關(guān)研究，探索智能噴霧降塵等技術(shù)，研發(fā)智能粉塵在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能環(huán)保清理篩等智能清理裝備，對糧庫進(jìn)出倉作業(yè)各塵源點的粉塵濃度實時在線監(jiān)測，加強糧庫勞動保護(hù)，提高整體智能化清理水平。

3.2.4 綠色高效智能烘干裝備研發(fā) 開展綠色高效智能烘干技術(shù)研究和裝備研發(fā)，研究熱質(zhì)傳遞規(guī)律，建立有效的熱傳導(dǎo)模型，開展糧食干燥設(shè)備數(shù)字化、信息化、智能化新技術(shù)研究，提高設(shè)備干燥質(zhì)量和效率，增強干燥設(shè)備穩(wěn)定性、可靠性和安全性，降低故障率。

3.2.5 糧倉機器人的開發(fā) 開展平倉、登高、輸送、翻糧、清掃、空倉消毒、熏蒸投藥、扦樣、巡航等環(huán)節(jié)機器人的探索，跨行業(yè)跨領(lǐng)域整合糧食機器人研發(fā)技術(shù)，將運動學(xué)及動力學(xué)，工業(yè)機器控制，工業(yè)機器人環(huán)境感知技術(shù)，工業(yè)機器人的編程語言等技術(shù)手段與糧食作業(yè)特點結(jié)合，研發(fā)糧食儲運領(lǐng)域各適應(yīng)環(huán)節(jié)的機器人裝備。

3.2.6 糧倉機械作業(yè)監(jiān)控平臺開發(fā) 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在設(shè)備巡檢和作業(yè)管控中的技術(shù)創(chuàng)新研究。依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點，結(jié)合5G通信、云存儲和高性能計算機，實現(xiàn)各個糧倉機械設(shè)備狀態(tài)巡檢和設(shè)施作業(yè)管控，讓作業(yè)場景做到數(shù)據(jù)化、信息化、智能化，提高糧食進(jìn)出倉場景中的工作效率，降低成本。在設(shè)備維護(hù)方面，通過糧倉設(shè)備間互聯(lián)互通，獲取設(shè)備數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動監(jiān)控各設(shè)備運行狀態(tài)，確保進(jìn)出倉作業(yè)安全，保證質(zhì)量和效率最大化。在作業(yè)管控方面，利用可視化技術(shù)，智能檢測分析作業(yè)是否符合安全規(guī)范，提升作業(yè)規(guī)范性。

3.2.7 優(yōu)質(zhì)包裝糧油倉儲裝備的研發(fā) 開展優(yōu)質(zhì)包裝糧油相關(guān)的倉儲技術(shù)及設(shè)備研發(fā)，重點展開裝卸、搬運、堆垛自動化和智能識別等研究，提高包裝糧進(jìn)出倉效率，降低物流成本。同時，推動糧油包裝規(guī)格尺寸統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使之與各環(huán)節(jié)物流設(shè)施設(shè)備相匹配，提高包裝糧油倉儲整體標(biāo)準(zhǔn)化水平。

4 相關(guān)支撐措施

一是強化政策協(xié)調(diào)指導(dǎo)，完善相關(guān)支撐政策。二是加強金融政策的扶持，提高宏觀調(diào)控能力。三是完善長效合作機制，推動龍頭企業(yè)與高校、科研院所開展各種形式的合作，形成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，加快相關(guān)成果轉(zhuǎn)化。四是加強人才和平臺建設(shè)，鼓勵高質(zhì)量人才向企業(yè)聚集，探索高效靈活的人才引進(jìn)、培養(yǎng)政策，培養(yǎng)在糧倉機械領(lǐng)域的先進(jìn)制造、人工智能等應(yīng)用型人才。