機(jī)械自動化在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用

摘 要：食品包裝是食品加工生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其直接關(guān)系到食品品質(zhì)與營銷工作。機(jī)械自動化技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)手工包裝的局面，為食品包裝的全面升級提供了技術(shù)支持，越來越多的機(jī)械自動化技術(shù)在食品包裝領(lǐng)域得到運用，推動了食品包裝行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。本文闡述了食品包裝領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)械自動化技術(shù)的意義，并從自動化食品包裝生產(chǎn)線、包裝缺陷圖像識別檢測、包裝遠(yuǎn)程控制3個方面分析了機(jī)械自動化在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用，最后提出了機(jī)械自動化在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展策略，希望為食品包裝領(lǐng)域的發(fā)展提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)械自動化；食品包裝；技術(shù)研發(fā)

The Application of Mechanical Automation in the Field of Food Packaging

CHEN Chunguang， CAO Erwen

（Pingdingshan Institute of Technology， Pingdingshan 467000， China）

Abstract： Food packaging is an important link in food processing and production， which directly affects food quality and marketing work. The emergence of mechanical automation technology has changed the situation of traditional manual packaging and provided technical support for the comprehensive upgrade of food packaging. More and more mechanical automation technologies are being applied in the field of food packaging， promoting the modernization development of the food packaging industry. This article first elaborates on the significance of applying mechanical automation technology in the field of food packaging， and then analyzes the application of mechanical automation in the field of food packaging from three aspects： automated food packaging production lines， packaging defect image recognition and detection， and remote control of packaging. Finally， the article proposes development strategies for the application of mechanical automation in the field of food packaging， hoping to provide assistance for the development of the food packaging industry.

Keywords： mechanical automation; food packaging; technical research and development

我國食品包裝工業(yè)在近年來實現(xiàn)了長足的發(fā)展，無論是在生產(chǎn)效率、包裝質(zhì)量還是食品安全性上，都獲得了顯著提升。而在機(jī)械自動化技術(shù)出現(xiàn)之后，食品包裝領(lǐng)域取得了進(jìn)一步發(fā)展，但仍存在對機(jī)械自動化技術(shù)的應(yīng)用研究尚不深入，技術(shù)層面相對薄弱等問題。因此，更需要持續(xù)深入研究機(jī)械自動化技術(shù)在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用，進(jìn)而推動食品包裝行業(yè)的發(fā)展。

1 食品包裝領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)械自動化技術(shù)的意義

機(jī)械自動化包裝設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)大批量、高速度的包裝作業(yè)，進(jìn)而提升食品包裝領(lǐng)域乃至食品加工業(yè)的生產(chǎn)效率。這有助于食品生產(chǎn)迅速響應(yīng)市場需求，滿足日益多樣化的食品包裝發(fā)展要求[1]。

機(jī)械自動化包裝設(shè)備的應(yīng)用也降低了食品包裝領(lǐng)域?qū)θ斯さ囊蕾囆?，能夠顯著降低勞動力成本。而在做好基礎(chǔ)性維護(hù)及保養(yǎng)的前提下，機(jī)械自動化包裝設(shè)備也能夠維持長時間的高效運行，其故障率在得到有效控制之后，設(shè)備的維護(hù)成本和停機(jī)時間也隨之減少，能為食品加工業(yè)提供更理想的盈利空間，并顯著提升企業(yè)市場競爭力[2]。

機(jī)械自動化包裝設(shè)備大多配備了先進(jìn)的傳感器與控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對包裝重量、尺寸、封口位置的精確控制，以確保產(chǎn)品包裝符合相應(yīng)要求，由于減少了人為接觸，能夠降低食品被污染的風(fēng)險，提升了食品的衛(wèi)生程度與安全性，對乳制品、冷凍食品等衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求極高的食品尤為重要。

2 機(jī)械自動化在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 自動化食品包裝生產(chǎn)線應(yīng)用

自動化食品包裝生產(chǎn)線是一種典型的機(jī)械自動化技術(shù)，其通過機(jī)械方式對傳統(tǒng)手工包裝進(jìn)行替代，以包裝流水作業(yè)和自動化包裝實現(xiàn)食品的高質(zhì)高效包裝。盡管食品包裝機(jī)械有多種類型，但其基本構(gòu)成大同小異，此處以袋裝水果食品包裝生產(chǎn)線為例，對其應(yīng)用進(jìn)行分析[3]。

食品包裝生產(chǎn)線的工藝流程包括供料、清洗、烘干、整料、裹包、分級、儲存入庫。以帶式輸送機(jī)進(jìn)行供料，然后通過清洗設(shè)備進(jìn)行清洗，去除表面雜質(zhì)；完成清洗后的食品表面存在水分，需干燥處理，借助高頻疊加電場進(jìn)行加熱實現(xiàn)干燥；為了更好地開展統(tǒng)一包裝，包裝前要進(jìn)行整料處理，結(jié)合食品形態(tài)特征通過特殊的機(jī)械裝置讓其呈現(xiàn)統(tǒng)一狀態(tài)；送袋裝置將袋子送到指定位置，并由開口裝置將袋子打開；推料裝置將食品推到袋子中，扎口裝置將袋口及時扎緊，推料裝置將包裝好的食品推到下個單元，并推入新的食品，依次循環(huán)；完成包裝的食品通過貼商標(biāo)機(jī)進(jìn)行商標(biāo)貼附、自動上漿、熱風(fēng)吹干，完成包裝[4]。

2.2 包裝缺陷圖像識別檢測應(yīng)用

包裝缺陷圖像識別檢測主要是借助圖像采集分析儀器或者裝置先獲取檢測對象的圖像，后通過圖像識別處理系統(tǒng)對所獲取圖像的特征進(jìn)行提取與分析，判斷其是否有缺陷。此技術(shù)能夠有效實現(xiàn)生產(chǎn)檢測自動化水平的提升，且檢測結(jié)果具有很高的準(zhǔn)確性[5]。①在某食品塑料包裝袋缺陷圖像識別檢測系統(tǒng)中，通過傳感器對食品包裝袋的圖像特征（包裝袋寬、長、面積等）進(jìn)行采集和獲取，然后對圖像進(jìn)行灰度化處理，通過圖像信息中各像素的灰度值和閾值間的關(guān)聯(lián)性，對檢測目標(biāo)區(qū)域?qū)嵤┓指疃ㄎ惶幚聿⒑蜆?biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對比，實現(xiàn)對包裝袋完整性的檢測，能夠有效發(fā)現(xiàn)包裝袋各類缺陷類型，包括連袋、表面異物和外形不符等。②在某食品紙質(zhì)袋缺陷圖像識別檢測系統(tǒng)中，借助硬件對紙質(zhì)包裝的圖像特征進(jìn)行獲取，然后對圖像信息特征部分以及背景部分實施分割，借助Roberts算子邊緣檢測技術(shù)準(zhǔn)確獲取目標(biāo)區(qū)域，從而有效檢測出紙質(zhì)包裝袋的破損、倒置、變形和斜置等情況，檢測速度及準(zhǔn)確率均較高[6]。

2.3 包裝遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用

包裝遠(yuǎn)程控制技術(shù)可以實現(xiàn)食品包裝過程的現(xiàn)場無人化和自動化。在食品包裝過程中，借助遠(yuǎn)程控制技術(shù)，以手機(jī)或者平板客戶端和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)上位機(jī)實現(xiàn)連接，通過以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行接入，能夠?qū)Πb機(jī)器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時下載和獲取，并結(jié)合實際工作情況進(jìn)行包裝工序的控制與調(diào)整，達(dá)到對食品包裝過程的監(jiān)控。以某紙箱包裝遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為例，其主要構(gòu)成包括Android平臺、單片機(jī)傳感模塊、遠(yuǎn)程服務(wù)模塊，通過單片機(jī)傳感模塊對食品包裝作業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如工作參數(shù)（材料余量、工作速率、實時進(jìn)度等）、實時畫面等，之后把所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到機(jī)載的Android控制端并上傳至服務(wù)器，此時借助Android客戶端平臺就能夠遠(yuǎn)程對食品包裝機(jī)器環(huán)節(jié)的紙箱型號（不同物品對應(yīng)不同規(guī)格的紙箱）、材料充填、工序參數(shù)等實現(xiàn)遠(yuǎn)程化操作，還能夠?qū)ぷ鬟\行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)整。為了確保自動化控制的安全性，Android控制平臺設(shè)有2個界面，分別為用戶登錄、主控制界面[7]。

3 機(jī)械自動化在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展策略

3.1 加強(qiáng)機(jī)械自動化技術(shù)的研發(fā)

食品企業(yè)在進(jìn)行食品包裝時需要高度重視技術(shù)研發(fā)投入，通過建立專門的研發(fā)團(tuán)隊，或是與一線機(jī)械自動化技術(shù)開發(fā)企業(yè)合作，專注于食品自動化包裝技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新[8]。同時要重視與高校、科研機(jī)構(gòu)建立緊密的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，共同進(jìn)行自動化包裝技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，通過資源共享及優(yōu)勢互補(bǔ)，加速技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用。還應(yīng)當(dāng)積極引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的自動化包裝技術(shù)與設(shè)備，深入分析這些技術(shù)、設(shè)備并進(jìn)行創(chuàng)新，通過探索模塊化設(shè)計理念在食品包裝機(jī)械自動化上的應(yīng)用，為設(shè)備提供擴(kuò)展升級的可能，以使設(shè)備能夠適應(yīng)不同的食品包裝需求。還要開發(fā)智能控制系統(tǒng)，使自動化食品包裝設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自我診斷、自我調(diào)整及遠(yuǎn)程監(jiān)控，以提升設(shè)備的適應(yīng)性及靈活性[9]。

3.2 完善人員技能培訓(xùn)及人才培養(yǎng)

在食品包裝領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)械自動化技術(shù)時，為了更好地實現(xiàn)技術(shù)的深入應(yīng)用，企業(yè)需要做好人員技能培訓(xùn)與人才培養(yǎng)，提升他們的技術(shù)素養(yǎng)。企業(yè)應(yīng)當(dāng)明確培訓(xùn)目標(biāo)，結(jié)合企業(yè)機(jī)械自動化食品包裝設(shè)備的配置情況，擬定培訓(xùn)目標(biāo)及內(nèi)容，以保證人員培訓(xùn)的針對性與實效性[10]。在此基礎(chǔ)上針對不同工作層級的員工制訂不同的培訓(xùn)計劃，如基層操作人員需要重點培訓(xùn)設(shè)備操作、日常維護(hù)及簡單故障排除等技能；技術(shù)人員及管理人員則需要強(qiáng)化自動化理論、系統(tǒng)集成、高級故障處理等方面的培訓(xùn)[11]。整個培訓(xùn)過程應(yīng)充分重視理論與實踐的結(jié)合，通過模擬操作、案例分析等方式，提升員工的實際操作能力和問題解決能力。除了針對現(xiàn)有員工開展培訓(xùn)教育之外，食品包裝企業(yè)還需要建立技能認(rèn)證與激勵機(jī)制，對能夠正確操作食品包裝生產(chǎn)線、長時間無故障生產(chǎn)的員工予以獎勵，同時為培訓(xùn)過程中表現(xiàn)優(yōu)秀的員工頒發(fā)對應(yīng)的技能合格證書，確保人員技能的有效提升[12]。

4 食品包裝機(jī)械自動化實踐案例

某復(fù)合調(diào)味品領(lǐng)軍企業(yè)為提升食品包裝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)質(zhì)量及效率，決定引入自動化包裝設(shè)備及機(jī)器視覺設(shè)備，對食品包裝生產(chǎn)線進(jìn)行升級改造[13]。在升級改造過程中，該企業(yè)通過使用ABB公司生產(chǎn)的機(jī)器人和人工智能+3D視覺技術(shù)，實現(xiàn)了食品包裝生產(chǎn)線的自動化升級[14]。依靠梅卡曼德提供的3D視覺系統(tǒng)，該企業(yè)食品包裝生產(chǎn)線能夠準(zhǔn)確識別定位周轉(zhuǎn)箱，引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行精準(zhǔn)抓取、拆垛等操作，并將產(chǎn)品倒至上料口實現(xiàn)自動化投料。而在應(yīng)用了Mech-Eye工業(yè)級3D相機(jī)之后，食品自動化包裝生產(chǎn)線獲得了高精度、大視野的點云數(shù)據(jù)，能夠在多種復(fù)雜環(huán)境下實現(xiàn)精準(zhǔn)識別及操作，從而落實了智能拆垛、投料、碼垛的全流程自動化。經(jīng)過此次升級之后，該企業(yè)食品包裝生產(chǎn)線單線產(chǎn)能提升了117%，人均效能在600%以上，單件包裝成本下降了37.9%，同時也大幅減少了二次包裝環(huán)節(jié)的人力消耗，節(jié)約成本近46.6%。通過引入先進(jìn)的自動化設(shè)備和機(jī)器視覺技術(shù)，該企業(yè)不僅實現(xiàn)了生產(chǎn)效率的大幅提升和成本的降低，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線的靈活性[15]。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械自動化在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用具有顯著的現(xiàn)實意義，不僅可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，還有力地推動了行業(yè)的現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展，滿足了市場的多樣化需求，同時提升了食品包裝企業(yè)的競爭力。隨著科技的不斷進(jìn)步和市場環(huán)境的不斷變化，機(jī)械自動化在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。

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作者簡介：陳春光（1988—），男，河南平頂山人，本科，講師。研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。