紫菜采收設(shè)備技術(shù)發(fā)展與展望

倪 尚

（大連海洋大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，遼寧 大連 116000）

紫菜是海中互生藻類的統(tǒng)稱，屬于紅藻綱，紫菜有著十分豐富的藻蛋白質(zhì)，同時也有豐富的維生素和無機(jī)鹽等，其目前主要生長在我國沿海潮間帶。在紫菜的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中，需要以市場導(dǎo)向?yàn)榍疤釋?shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)有效的發(fā)展，同時對紫菜采收等相關(guān)方面也要高度關(guān)注，在技術(shù)匹配和實(shí)施設(shè)備優(yōu)化方面要體現(xiàn)出根本性價值，這樣才能充分適應(yīng)當(dāng)前我國紫菜采收的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展需求[1]。

1 紫菜采收設(shè)備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和有效推動背景下，對于紫菜采收設(shè)備和技術(shù)研發(fā)而言，需要在優(yōu)化創(chuàng)新方面進(jìn)行有效加強(qiáng)，要充分結(jié)合紫菜的采收特點(diǎn)，有效選擇和落實(shí)相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)[2]。同時，要結(jié)合具體海域的特殊條件，不斷改進(jìn)和完善相關(guān)設(shè)備采收方式，并且在對其進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)上體現(xiàn)出應(yīng)有的采收效果。

1.1 國外紫菜采收設(shè)備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1）泵吸式紫菜采收裝備技術(shù)。在20 世紀(jì)60 年代，日本、韓國等國家在紫菜采收的過程中就已經(jīng)應(yīng)用了機(jī)械化操作模式，也以此推動了紫菜采收機(jī)械化發(fā)展。在設(shè)施設(shè)備方面，最早是針對泵吸式采收設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用，把船作為載體。在應(yīng)用的過程中主要是利用泵吸力對于刀具轉(zhuǎn)子進(jìn)行有效驅(qū)動，這樣可以使紫菜得到有效截斷，同時確保紫菜和海水被納入到網(wǎng)兜之中，并依次進(jìn)行相對應(yīng)的有效分離，在對其進(jìn)行分離之后會將紫菜運(yùn)送到船艙內(nèi)部。在后續(xù)的發(fā)展過程中，學(xué)界對于這種泵吸式采收裝備不斷地進(jìn)行改進(jìn)和完善[3]。池田真美深入研究了該類裝備，剖析了切斷機(jī)構(gòu)，優(yōu)化了切割模式，通過采取多類切割手段，同時形成圓弧形，體現(xiàn)了更加良好的切割效果，同時可以有效避免紫菜被切斷。牧里六等以該類裝置為基礎(chǔ)，在創(chuàng)新改進(jìn)的背景之下設(shè)計外掛泵吸式采收裝置，通過該類裝置可以在水下進(jìn)行采收，有效降低了勞動強(qiáng)度。但在水下對裝置進(jìn)行外掛有較大的劣勢，對船體也會造成很大阻力。因此后來對其進(jìn)行改進(jìn)，轉(zhuǎn)變成為可升降的泵吸式裝置，把外掛安裝在船體中部，并在船底匹配與之契合的孔，在此情況下通過孔和水面網(wǎng)聯(lián)的接觸，可以針對紫菜進(jìn)行采收，這樣可以有效優(yōu)化其性能。但是在裝置作業(yè)的過程中，會在很大程度上磨損吸入泵，而且效率相對較低，同時容易導(dǎo)致紫菜被切成很多段，進(jìn)而造成很高的細(xì)胞損傷率。

2）剪切式紫菜采收裝備技術(shù)。在該裝備技術(shù)的應(yīng)用過程中，主要是通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，確保刀具可以保持在往復(fù)運(yùn)動的狀態(tài)，依次進(jìn)行紫菜切割。在切割的過程中，其機(jī)構(gòu)主要是由動刀片和定刀片一起組成的，動刀片通過滑塊的帶動進(jìn)行直線運(yùn)動，同時和定刀片融合，進(jìn)而進(jìn)行更有效的剪切。應(yīng)用該采收裝備進(jìn)行作業(yè)的優(yōu)勢比較明顯，效率也更高，工作更加穩(wěn)定，同時操作相對簡單。在整機(jī)裝備中，涉及的結(jié)構(gòu)主要包括剪切結(jié)構(gòu)、分離結(jié)構(gòu)、收集結(jié)構(gòu)和牽引結(jié)構(gòu)，在具體操作環(huán)節(jié)可以有效實(shí)現(xiàn)采收一體化操作。目前，日本和韓國在紫菜采收作業(yè)時，通常應(yīng)用該類剪切式采收裝備，與此同時，進(jìn)一步匹配拖拉機(jī)進(jìn)行融合應(yīng)用，這樣可以在淺灘或者退潮后的干沙灘上進(jìn)行有效作業(yè)。但需要注意的是，這種設(shè)備在作業(yè)環(huán)境方面有比較嚴(yán)格的要求，因此在此方面有一定的局限性。

3）打采式紫菜采收裝備技術(shù)。在機(jī)械搭載技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，機(jī)械化逐步替代了手工采收紫菜模式。在打采紫菜采收的過程中，主要利用旋轉(zhuǎn)的滾刀確保紫菜可以得到有效切割，并且扯斷。該類裝備操作需要匹配相對應(yīng)的動力源和護(hù)欄、刀架、滾刀等，同時要不斷對其進(jìn)行優(yōu)化，通過調(diào)整使其可以充分應(yīng)用在全浮動閥以及支柱式栽培紫菜方面，這樣可以有效解決紫菜采收環(huán)節(jié)效率低、費(fèi)時費(fèi)力的問題[4]。石田昌次郎對于船載滾刀式紫菜收割機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)，該類裝備主要包括網(wǎng)聯(lián)支架、滾刀和船體，在滾刀打采紫菜之后可以直接放入到船艙內(nèi)部，然后起升網(wǎng)簾，這樣可以實(shí)現(xiàn)起升打采與收集的一體化操作，效率較高。

1.2 我國紫菜采收設(shè)備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1）有效應(yīng)用泵吸式紫菜采收裝備技術(shù)。20 世紀(jì)70 年代，我國紫菜栽培有了比較明顯的進(jìn)步，因此對于紫菜采收機(jī)械設(shè)備也有了更多的需求。最開始我國也有效應(yīng)用了泵吸式紫菜采收裝備技術(shù)，但我國在紫菜質(zhì)量以及刀具質(zhì)量方面與國外相比還有很大差距，因此該裝備與我國紫菜栽培模式和應(yīng)用需求無法充分吻合。

2）有效應(yīng)用剪切式紫菜采收裝備技術(shù)。該裝備技術(shù)主要是自行設(shè)計的，其中比較具有代表性的發(fā)明人是朱日超等，其結(jié)合相對應(yīng)的生產(chǎn)實(shí)踐和采購需求，設(shè)計了可以半浮動的伐，并且該類紫菜收割機(jī)可以應(yīng)用在退潮淺灘作業(yè)中。該收割機(jī)的組成部分主要涉及傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動設(shè)備、防護(hù)機(jī)構(gòu)和剪切收割機(jī)，同時在操作環(huán)節(jié)可以對紫菜留茬長度進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于有效改進(jìn)了該類設(shè)備，因此在性能和應(yīng)用范圍方面也得到了有效改善，作業(yè)效率是人工的10 倍左右，極大地提升了紫菜的采收效率。

3）有效應(yīng)用打采式紫菜采收裝備技術(shù)。我國在打采式采收裝備方面的研究和應(yīng)用起步較晚，但在實(shí)際發(fā)展過程中，通過針對性地吸收和借鑒國外的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，再融入我國的實(shí)際采收需求和發(fā)展實(shí)際，不斷地對裝備進(jìn)行改進(jìn)和完善，因此也取得了非常好的應(yīng)用效果。在該類采收裝備設(shè)計和應(yīng)用的過程中，需要結(jié)合不同地區(qū)的紫菜栽培特點(diǎn)和漲潮特點(diǎn)對其進(jìn)行改進(jìn)，使其能有效安置在采收船上。同時，也要確保各類裝置能在拖拉機(jī)等牽引工具上進(jìn)行有效應(yīng)用，在退潮的情況下可以在干沙灘上進(jìn)行操作，從而降低勞動強(qiáng)度。

此外，張里吉等相關(guān)研究人員有效設(shè)計了紫菜收割船，該船體主要是利用鏈?zhǔn)礁畹秾ψ喜诉M(jìn)行切斷，同時可以對網(wǎng)簾進(jìn)行保護(hù)，使紫菜可以得到有效采收，并且相對來說其損傷程度較小。但需要注意的是，該項(xiàng)裝備技術(shù)還處于開發(fā)試驗(yàn)階段，并沒有進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)運(yùn)行和應(yīng)用，具體實(shí)踐效果還需要進(jìn)一步跟蹤檢測。

通過國內(nèi)外紫菜采收裝備技術(shù)的對比和深入分析，可以看到在當(dāng)前的紫菜采收裝備的運(yùn)用過程中主要包括三種類別，分別是泵吸式、剪切式和打采式[5]。具體比對可知，國外在該類采收裝備技術(shù)方面比較先進(jìn)，起步較早，研發(fā)力度更大，應(yīng)用范圍更廣，我國在該類采收裝備技術(shù)理論研究方面還不夠成熟完善，雖然有一定程度的研究成果，但是對于整體設(shè)備技術(shù)研發(fā)和技術(shù)探索仍然存在不同程度的問題。因此，需要在后續(xù)的發(fā)展過程中不斷優(yōu)化和完善，采用更切實(shí)可行的裝備，并匹配對應(yīng)的配套設(shè)施，這樣才能趨向于一體化發(fā)展，同時在自動化的網(wǎng)簾升起和采收運(yùn)輸消毒處理等方面有待進(jìn)一步加強(qiáng)，通過優(yōu)化采收機(jī)械設(shè)備的功能，為采收質(zhì)量和效率的提升提供必要條件。

2 紫菜采收設(shè)備技術(shù)發(fā)展展望

2.1 著重研究紫菜生物力學(xué)特性

在未來的發(fā)展過程中，紫菜采收裝備技術(shù)還需進(jìn)一步加強(qiáng)，并以此為切入點(diǎn)，進(jìn)一步深入研究紫菜的生物力學(xué)和相關(guān)特性，把握紫菜的具體厚度、長度、體積、質(zhì)量等。在生物分析的背景下，明確紫菜的采收結(jié)構(gòu)以及相對應(yīng)的指標(biāo)系數(shù)[6]。同時，對于不同部位、品系、生產(chǎn)及生長周期等都要進(jìn)行深入分析和研究，為采收裝備技術(shù)的研發(fā)提供有效的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

2.2 深化研究采收裝備的理論體系

對于采收裝備和相關(guān)技術(shù)的理論體系，需要進(jìn)一步優(yōu)化和深入研究，并且結(jié)合信息化技術(shù)和虛擬樣機(jī)技術(shù)有效利用離散元法和有限元法，對切割結(jié)構(gòu)和紫菜的內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行深入研究和有效探索[7]。此外，對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建紫菜和刀具的剛?cè)狁詈夏Ｐ?，對前人運(yùn)動軌跡進(jìn)行分析和仿真研究，以此解決采收環(huán)節(jié)破損率高、效率低下等問題，確保紫菜的采收實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、機(jī)械化操作，切實(shí)提升采收效率。同時，也可以更好地防控可能出現(xiàn)的紫菜損失率過大和細(xì)胞損傷嚴(yán)重等問題。

2.3 推動采收設(shè)施設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化發(fā)展

在信息化技術(shù)和人工智能技術(shù)發(fā)展和推進(jìn)的過程中，紫菜采收設(shè)備和相關(guān)技術(shù)的研發(fā)也要充分融入監(jiān)控技術(shù)和相關(guān)信息化體系，使整個采購系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化、自動化操作，并且確保電控技術(shù)在其中得到有效應(yīng)用，使相關(guān)采收設(shè)備和機(jī)械實(shí)現(xiàn)液壓控制和系統(tǒng)控制，進(jìn)而為推動紫菜采收裝備智能化和自動化發(fā)展提供必要保障[8]。我國在紫菜采收設(shè)備的發(fā)展過程中，需要進(jìn)一步充分融入國外的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計理念，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、視覺機(jī)器、傳感器技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)更為顯著的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展效果。同時，要有效采集互聯(lián)網(wǎng)信息，融入人工智能技術(shù)，通過智能辨識品質(zhì)等相關(guān)系統(tǒng)提升紫菜采收裝備的自動化運(yùn)營效果，為采收裝備實(shí)現(xiàn)自動化操作奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

2.4 切實(shí)提升采收設(shè)備和系統(tǒng)的集約化水平

在紫菜采收、輸送和消毒等各方面實(shí)現(xiàn)集約化和一體化是未來的發(fā)展趨勢。因此，在設(shè)備優(yōu)化和動態(tài)調(diào)整方面要切實(shí)體現(xiàn)出應(yīng)有的價值和研究效果[9]。可以針對環(huán)保酸化液進(jìn)行研發(fā)，以此進(jìn)行精準(zhǔn)計算，進(jìn)一步提升船載工具空間利用率，充分體現(xiàn)其綜合應(yīng)用效能。在采集、受理、消毒等方面實(shí)現(xiàn)集成化和系統(tǒng)化操作，可以有效降低采收成本，同時為用工質(zhì)量和員工效率的提升提供必要前提。在采收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、集成化操作的過程中，要確保紫菜可以得到更加健康高效的栽培，并最大程度地減少栽培過程中對生態(tài)環(huán)境造成的破壞和污染。

2.5 有效打造紫菜全過程機(jī)械化栽培模式

在未來的發(fā)展過程中，需要以相應(yīng)的栽培手段創(chuàng)新和栽培模式改進(jìn)為切入點(diǎn)，進(jìn)一步體現(xiàn)出全過程機(jī)械化栽培效果，以此為設(shè)備和采收技術(shù)的優(yōu)化創(chuàng)新以及切實(shí)改進(jìn)提供必要支持[10]。在當(dāng)前我國的紫菜栽培中，相關(guān)設(shè)置往往存在較大的結(jié)構(gòu)差異，在栽培工藝方面也缺乏創(chuàng)新性和精準(zhǔn)性，各個地區(qū)的工藝往往不夠統(tǒng)一，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。因此，需要在紫菜栽培中實(shí)現(xiàn)全過程、全方位的栽培管理。不斷整合完善栽培標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使行為標(biāo)準(zhǔn)符合紫菜全過程機(jī)械化、智能化的采收要求；有效統(tǒng)一掛苗間距以及設(shè)施結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化發(fā)展；切實(shí)優(yōu)化網(wǎng)簾的尺寸，從根本上體現(xiàn)相關(guān)設(shè)施設(shè)備和采收技術(shù)設(shè)備的適用性和通用效果；有效融合栽培工藝和采收工藝，實(shí)現(xiàn)順利銜接，在育苗、栽培、掛苗采收等方面體現(xiàn)設(shè)備的可用性和精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)全過程機(jī)械化。在全過程機(jī)械化栽培模式的推動下，切實(shí)提升紫菜的生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效益，推動紫菜的產(chǎn)業(yè)化、智能化發(fā)展。

3 結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前我國的紫菜采收設(shè)備技術(shù)發(fā)展過程中仍然存在一定問題，與發(fā)達(dá)國家相比還存在不小的差距。因此，在未來的發(fā)展過程中需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善，從多個方面協(xié)同推進(jìn)，有效做好設(shè)備和技術(shù)的改進(jìn)創(chuàng)新工作，在栽培模式方面進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，為紫菜的產(chǎn)業(yè)化、智能化、機(jī)械化發(fā)展提供必要條件。