國內畜禽加工裝備與發(fā)達國家差距較大，如何提高智能化水平？

目前我國是世界上肉類生產與消費的第一大國，肉類工業(yè)在國民經濟中占據十分重要的地位。國家統(tǒng)計局數(shù)據顯示，2017年我國肉類總產量達8654.43萬t，約占全世界的1/4。

但我國畜禽肉類生產成本較高，屠宰行業(yè)分散，集中度不高，發(fā)展水平相對較低，小型、半機械化加工方式占大多數(shù)，生產效率低，生產成本升高。

智能化裝備可在生產過程中降低人工成本、加快生產效率、保證肉質安全和提高肉品品質能，且成套性強，可對加工過程有序化排列、連續(xù)性生產，保證每個環(huán)節(jié)等對產品信息可追溯的實現(xiàn)。

在這方面，歐美企業(yè)具有先進的技術并得以產業(yè)化應用，而我國在畜禽加工過程中使用智能裝備還相對較少。隨著國家工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農業(yè)現(xiàn)代化的推進，畜禽加工智能裝備產業(yè)也將進入創(chuàng)新驅動發(fā)展的時期。

本文綜述了當前智能化裝備在畜禽屠宰、分割和分級等加工過程中的研發(fā)與應用現(xiàn)狀，介紹了國內外相關企業(yè)智能裝備研發(fā)產業(yè)化情況，為畜禽加工智能化裝備研究提供參考。

智能化屠宰設備

智能屠宰裝備是針對畜禽屠宰過程中的工序而設計研發(fā)的。當前智能化屠宰設備主要由丹麥、德國、荷蘭、澳大利亞和新西蘭等國家生產。

1. 畜禽屠宰擊暈方式

在畜禽屠宰擊暈的方式上，主要有機械電擊暈和二氧化碳窒暈兩種。

20世紀70年代，荷蘭研發(fā)了手動電擊暈棍，但擊暈方式效率較低，目前主要作為輔助配套設備應用。由荷蘭STORK公司生產的米達斯型全自動低壓高頻電擊暈機比較先進，可實現(xiàn)3點式自動擊暈。德國BANSS公司BRT設備上的伺服驅動線性導向系統(tǒng)可實現(xiàn)輸送機系統(tǒng)和機運裝置完全同步進行。

STORK米達斯

70年代中期，丹麥了研發(fā)二氧化碳致暈系統(tǒng)，但存在成本高、耗時長等缺點，目前，SFK公司生產的Frontmatec二氧化碳窒暈系統(tǒng)可與自動傳送帶結合使用，在保證實現(xiàn)生豬快速窒暈同時，可有效避免應激反應的情況出現(xiàn)。

2. 屠宰脫毛設備

荷蘭MPS公司生產了生豬去毛工序設備：Q-線蒸汽燙毛隧道和Q-線Tarzan打毛機。Q-線蒸汽燙毛隧道通過溫度控制系統(tǒng)及熱交換器，通過調整時間、溫度等參數(shù)來取得最佳效果，打毛效率可達200～1600頭/h，但主要采用的是人工輔助半自動化生產線。

BANSS公司設計的DDM240-2-2型設備可實現(xiàn)豬體打毛達240頭/h，并且可實現(xiàn)燙毛到打毛之間全封閉轉移，其針對牛、馬剝皮的BE系列設備，適合安裝到連續(xù)、間歇式的屠宰設備中。SFK公司研制的APE4機器人可在脫毛工序后完成自動化切腹、去除內臟。但其加工范圍有限（1.5～2.1 m），不能滿足體型差異化較大的胴體加工。

3. 羊胴體自動化加工設備 

羊胴體自動化加工主要集中在澳大利亞和新西蘭，西澳大利亞大學研發(fā)的魔法剪羊毛機器人，通過仿生機械手和電容傳感器，使得加工效果要優(yōu)于人工加工。新西蘭研發(fā)了一種從致暈到胴體分割的半自動化生產線，需人工配合做切割之前的準備工作。

智能化分割設備

1. 畜胴體分割設備

濟寧興隆TZ-ZPB160

在畜胴體分割方面，丹麥SFK公司研制包括自動生豬切背（APF7）、劈半（APS65）設備的胴體分割生產線。可沿脊椎分離鰭狀骨實現(xiàn)切背，其使用的腹腔內導向、背部滾輪，可為自動剔骨等后續(xù)工序保證精度質量。

Attec公司研發(fā)的分割機器人可將豬胴體分割成前、中、后3段。丹麥SKF研發(fā)的豬自動切割線，生產能力可達100～15000頭/h，并且可處理體型偏差較大的胴體。

GUIRE Gregory 提出了自動化牛胴體切割機器人，自動化程度高但加工速度慢，并且具有較高的設備成本，CSRO實驗室通過引入機器視覺與改進刀具的切割方式，實現(xiàn)了頭部肉類分割。

ALITAVILI M提出利用高壓水槍切割肉類，在利用高壓水槍切開肉的同時向切口處攝入壓縮空氣，以保證肉切口處的潔凈。

我國濟寧興隆食品機械制造有限公司自主研發(fā)的TZ-ZPB160豬體自動劈半機，采用數(shù)控、機電儀一體化技術，實現(xiàn)了整個作業(yè)過程的自動化，在一定程度上填補了國內技術空白。

2. 家禽胴體分割設備 

Meyn Flex plus

家禽胴體分割方面，目前國外已經實現(xiàn)全自動化聯(lián)合作業(yè)，如荷蘭Meyn研發(fā)的Vent自動掏膛取內臟系統(tǒng)，以及STORK公司研發(fā)的Nu-Tech Nuova自動取內臟系統(tǒng)。Meyn隨后研發(fā)的Flex plus切割生產線可基于視覺與在線技術稱量、可適用多品種在線分級，提供了更高的生產靈活性。

國內近些年部分單位開展了自動凈膛設備的研發(fā)。企業(yè)與研究人員對此尤為重視，吉林艾克斯公司研發(fā)了一種以空間凸輪為控制機構，同時具備夾取式與挖取式的自動掏膛機，并于2012年成功研制我國第1條L-10000型智能化家禽自動掏膛生產線。此外，扒取式家禽自動去內臟機、三指三關節(jié)家禽自動凈膛末端執(zhí)行器機構等也有一定研究。

智能化分級設備

肉類分級系統(tǒng)是指將不同畜禽肉類按品質進行劃分和判定，通過肉類分級可規(guī)范生產和引導消費，可保證優(yōu)質優(yōu)價的市場規(guī)律，有利于肉類產品向高質量的方向發(fā)展。

FOSS公司開發(fā)了一種名為FOODScan的分析儀，它使用近紅外技術來確定肉類的幾個參數(shù)，如水分、蛋白質和脂肪含量。但該分析儀使用的方法是破壞性的，需在檢測前將肉粉碎。

Fat-O-Meater（FOM）

1. 豬胴體分級設備

研究發(fā)現(xiàn)，對于豬肉分級，豬胴體背膘厚度、眼肌肉的厚度和豬胴體的整體瘦肉具備一定的相關性，在此基礎上丹麥SFK公司開發(fā)的Meater Fat Automatic（MFA）和Fat-O-Meater（FOM）可進行自動檢測并對背膘厚度相同體重不同的豬進行區(qū)分。

加拿大Destron公司研發(fā)的PG-100瘦肉率測定儀通過脂肪與瘦肉光反射率差異測量出豬胴體的肌肉和脂肪層厚度，以此來預測瘦肉率，但測試發(fā)現(xiàn)MFA探針在惡略環(huán)境易損壞且不利于更換。

新西蘭Hennessy公司研發(fā)的Hennessy Grading Probe（HGP）與FOM原理相同，但HGP具有更高的測量精準度，同時還突破了顏色識別的問題，從而檢測出PSE肉。隨著計算機技術的發(fā)展，F(xiàn)OM和HGP測定的瘦肉率預測模型存入計算機，在后續(xù)測量過程中可直接快速獲取豬胴體瘦肉率，世界各國也基于FOM和HGP發(fā)布本國的豬胴體等級劃分標準。

中國農業(yè)機械化科學研究院開發(fā)了包括信號采集、傳輸、執(zhí)行的適合中小型企業(yè)的家畜胴體自動分級系統(tǒng)，并成功應用于家畜加工生產線。

隨著超聲波技術的應用，日本的Tokyo KeiKi公司研制了LS-1000、CS-3000設備，可在線對脂肪含量進行測量，并測量大理石紋理。

20世紀90年代，丹麥SFK公司設計了名為AUTOFOM的自動超聲波掃描設備，利用脈沖超聲波讀取數(shù)據，通過掃描豬的背部，能對每頭豬胴體的3200個點的背膘厚度和肌肉厚度進行快速測量，過程快速且結果精準，速度可達1150頭/h，其對背膘厚度和肌肉厚度預測的精確度要高于PG-100。

CSB-IMAGE-MEATER

2003年，德國CSB公司Kasel在機器視覺的基礎上生產了CSB-IMAGE-MEATER生豬影像分級儀，運用醫(yī)用高清攝像頭對屠宰胴體取樣，通過數(shù)字圖像處理識別動物型體結構，運算出所含肉量與其他數(shù)據指標，基本實現(xiàn)了高準確性、快速性和無接觸性的分級要求。

近年來，研究人員在便攜式無損檢測設備儀器方面取得了新的研究進展，德國Key根據紅色光譜范圍非常合適肉質拉曼光譜的激發(fā)，設計了基于移動計算機的手持拉曼系統(tǒng)，可檢測出肉質的腐壞程度，可將微生物數(shù)據與實測拉曼光譜進行關聯(lián)同時分析，但其設備的可便攜程度不高。目前也有不少有關便攜式檢測設備的研發(fā)。

2. 牛胴體分級設備

牛胴體自動化分級的主流技術主要基于機器視覺和圖像處理技術。

德國生產的CSB-Fuzzy Meater基于機器視覺技術通過對肉色、脂肪色、大理石花紋的識別可有效測量牛分割肉質量和背膘厚度，但該設備無法在多種指標的基礎上判定牛肉綜合品質。加拿大生產的CVS牛肉影像分級設備可判定牛分割肉眼肌切面大理石花紋等級和預測牛分割肉產量，但無法識別肉色和脂肪色。

由美國科羅拉多州立大學聯(lián)合開發(fā)的Beefcam設備，可通過檢測眼肌顏色來判定牛肉嫩度，但其所檢測牛肉嫩度的指標并不全面，以致影響分級評判精度。美國農業(yè)部RMS公司開發(fā)的VIAScan可滿足大型生產線加工需求，但其在食用品質與口感預測方面仍需進一步加強。

丹麥SFK研發(fā)的BCC在線牛胴體分級系統(tǒng)，基于多視圖立體成像（完整的3D圖像）分析脂肪覆蓋率，將牛胴體加工智能化提升至新的高度。

3. 羊胴體分級設備

20世紀80年代，相繼研發(fā)出了許多可同時側量背膘厚度與眼肌厚度并能自動記錄數(shù)據的儀器，可用于羊胴體自動分級的電子探針儀器主要有Hennesy Grading Probe、AUS-Meat Sheep Probe、Sweden FTC Lamb Probe和RuakuraGR lamb Probe，可對羊胴體進行客觀的質量分級。

相比歐美成熟的自動化分級裝備，我國的羊胴體分級產業(yè)化應用還處于空白。中國農業(yè)機械化科學研究院采用氣動道岔、撥輪裝置、傳感器系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)設計了氣動式自動分級系統(tǒng)，可實現(xiàn)在線分級并能滿足1000~2000只/班的加工生產線要求。

4. 禽胴體分級設備

在當前肉品生產加工企業(yè)，為追求生產效率與成本，胴體在線自動化加工勢在必行，荷蘭Meyn公司生產的家禽視覺分級設備，可與分割生產線或去骨生產線集成使用，實現(xiàn)全線自動化作業(yè)。該公司生產的家禽分級系統(tǒng)基于機器視覺技術，通過對比家禽腹部和背部顏色可同時實現(xiàn)質量和重量的分級。

Linco視覺分級

丹麥Linco公司生產的質量分級系統(tǒng)通過對禽體四周進行圖像采集，在分級的同時可以統(tǒng)計羽毛殘留、表皮破損等缺陷。

國內青島興儀電子設備有限公司研發(fā)的家禽稱重分級裝備，可根據檢測裝置檢測的重量進行自動分級擺放，無需人工參與，可應用于產業(yè)化。吉林艾克斯公司開發(fā)了4種稱重分級生產線，可實現(xiàn)多級別、智能化的在線分級，生產效率可達1萬只/h。

生產過程智能化系統(tǒng)平臺

通過在生產車間設備、環(huán)節(jié)植入數(shù)據采集芯片、傳感器，對設備、工藝、生產參數(shù)等數(shù)據進行實時采集、監(jiān)控、分析、統(tǒng)計、診斷和保養(yǎng)等，可實現(xiàn)ERP（Enterprise Resource Planning）管理。

目前吉林艾克斯公司已經可以將數(shù)據通過遠程控制方式進行云儲存、云計算，在監(jiān)控中在線進行遠程分析與診斷，還可以進行遠程培訓指導設備操作與維修。

除此之外，還有基于分級管理報送數(shù)據的生豬屠宰監(jiān)管技術系統(tǒng)，與ZigBee網絡相融合的無線射頻識別系統(tǒng)，肉雞產業(yè)技術體系生產監(jiān)測與產品質量可追溯平臺等。

發(fā)展趨勢

目前，隨著信息化、智能化技術的發(fā)展和滲透應用，對于畜禽加工行業(yè)將是一次變革性創(chuàng)新，其不僅會促進畜禽加工領域的發(fā)展，更會實現(xiàn)畜禽產業(yè)的全面進步。

1. 設備類型標準化、多樣化

在當前的畜禽加工過程中，生產設備之間不同標準，是當前設備不能實現(xiàn)全過程自動化、智能化作業(yè)的主要原因之一，在未來的研發(fā)過程中，應根據畜禽加工過程工序進行設備標準的制定，達成工藝與裝備配套，以實現(xiàn)有序化排列連續(xù)性生產。

面對不同應用場合與肉類本身的差異化問題，需要生產設備具備相當?shù)闹悄芎腿嵝陨a能力，以適應復雜的非結構環(huán)境。因此，開發(fā)多樣化的設備尤為重要。將穩(wěn)定成熟的技術與設計應用于多環(huán)境、多對象的多樣化設備，可實現(xiàn)人工便攜使用，又可在線穩(wěn)定使用。

2. 設備智能集成化水平提高

當前國內外應用在畜禽加工產業(yè)的智能設備主要解決單一環(huán)節(jié)智能作業(yè)需求，未來應朝向智能加工生產線應用發(fā)展。當前畜禽生產加工過程中設備的種類、智能化程度的不同制約著生產效率與衛(wèi)生安全。

為實現(xiàn)畜禽屠宰加工規(guī)?；a、智能化過程管理，提高設備的智能集成化水平十分重要。通過在生產車間設備、環(huán)節(jié)植入數(shù)據采集芯片、傳感器，對設備、工藝和生產參數(shù)等數(shù)據進行實時采集、監(jiān)控等，可實現(xiàn)建立生產信息管理系統(tǒng)，對畜禽生產加工環(huán)節(jié)進行實時管理。實現(xiàn)裝備與管理智能化，更利于全程品質及安全管控。

文章來源：2019年7期《農業(yè)工程》（中國科技核心期刊）

原標題：面向畜禽加工的智能化裝備與技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

作者：楊璐，劉佳琦，周海波，潘滿，吳海華