機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在茶葉生產(chǎn)中的應(yīng)用

李桂艷

(濰坊科技學(xué)院,山東壽光 262700)

茶葉是中國(guó)特色飲品之一。古往今來(lái),中國(guó)人愛(ài)喝茶、更愛(ài)品茶,對(duì)茶葉的質(zhì)量也有著極高的要求。隨著對(duì)外貿(mào)易的發(fā)展,茶的出口額也逐年上漲,茶葉生產(chǎn)的數(shù)量、規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。另外,機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)逐步引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn),在節(jié)省人力資源、提高生產(chǎn)效率等方面具有一定優(yōu)勢(shì)。因此,科學(xué)家們提出了“以機(jī)械化代替人力勞動(dòng)”。除此之外,把機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于茶葉生產(chǎn)是大勢(shì)所趨。研究發(fā)現(xiàn),上世紀(jì)60年代開始,我國(guó)茶葉就開始嘗試機(jī)械化生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展歷程,機(jī)械化在改善茶葉生產(chǎn)方面具有一定經(jīng)驗(yàn),但是仍存在一些問(wèn)題。另外,如何在茶葉生產(chǎn)領(lǐng)域結(jié)合機(jī)電自動(dòng)化技術(shù),成為當(dāng)下重要的研究?jī)?nèi)容,目的是促進(jìn)茶葉產(chǎn)業(yè)化長(zhǎng)足發(fā)展。

1 機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)概括

1.1 機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)

目前,機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用廣泛。比如,機(jī)械制造行業(yè)、煤炭開采行業(yè)、水力發(fā)電行業(yè)等等,尤其是重工業(yè)、電力行業(yè),在茶葉行業(yè)應(yīng)用較少。機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)主要依賴于計(jì)算機(jī)、電子信息、光學(xué)、微電子、感應(yīng)技術(shù)等?？萍驾o助從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化的技術(shù)發(fā)展產(chǎn)物。機(jī)電自動(dòng)化程序設(shè)計(jì),主要是撰寫流程代碼和邏輯語(yǔ)言,并根據(jù)實(shí)踐的生產(chǎn)流程作出適當(dāng)調(diào)整。另外,機(jī)電自動(dòng)化的難點(diǎn)是對(duì)數(shù)字信息的處理。

1.2 機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)

第一,機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的自動(dòng)、智能化。機(jī)電自動(dòng)化的產(chǎn)生是為了取代人力勞動(dòng),因此融入了電子科技,使機(jī)械設(shè)備能夠按照實(shí)現(xiàn)設(shè)定的編程代碼,完成機(jī)械操作；第二,機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的精確性優(yōu)勢(shì)。預(yù)先設(shè)定的編程代碼能夠使得機(jī)器設(shè)備,按照代碼要求分毫不差的完成固定操作,高效率完成工作,而且產(chǎn)品質(zhì)量有保證,減少產(chǎn)品在操作過(guò)程中失誤率。第三,機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠在產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)中,將生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的廢品、廢氣科學(xué)回收,從而減少排放,對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善具有重要作用；第四,機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的安全性優(yōu)勢(shì)。大規(guī)模的生產(chǎn)中可能對(duì)工作人員造成一定人身傷害,以機(jī)械取代人力,能夠有效避免這些傷害,保障工作人員的安全。

2 茶葉生產(chǎn)的傳統(tǒng)方法

2.1 茶葉生產(chǎn)具體環(huán)節(jié)

2.1.1 新鮮茶葉驗(yàn)收環(huán)節(jié)

茶葉驗(yàn)收環(huán)節(jié)是決定茶葉品質(zhì)好壞初始環(huán)節(jié),也是茶葉生產(chǎn)的第一步。新鮮茶葉又稱茶青。對(duì)于新鮮茶葉來(lái)說(shuō),嫩度、勻度、凈度以及新鮮度是茶青的四大選取標(biāo)準(zhǔn)。第一,嫩度是指根據(jù)茶葉采摘的時(shí)辰,對(duì)茶葉新鮮程度的做出的評(píng)價(jià)；第二,勻度是指同一批采摘的茶葉必須均勻,這是影響茶葉口感的重要因素；第三,凈度是指茶青不含雜質(zhì)的清潔程度；第四,新鮮度是指茶葉被采摘后沒(méi)有發(fā)生顏色等的變化。

2.1.2 茶葉殺青環(huán)節(jié)

鍋溫、投葉量、殺青時(shí)間以及工藝是茶葉殺青的環(huán)節(jié)的四大評(píng)價(jià)指標(biāo)。鍋溫控制一般為270℃-330℃,在此溫度范圍之內(nèi),茶葉不會(huì)發(fā)生焦黃,也不至紅梗。另外,投葉量要受到鍋溫、茶葉鮮嫩程度以及殺青設(shè)備影響。殺青時(shí)間要根據(jù)鍋溫和投葉量而定。一般來(lái)說(shuō),殺青方法現(xiàn)今應(yīng)用最廣的滾筒式殺青機(jī),與傳統(tǒng)人工殺青相比,滾筒式殺青機(jī)效率高、節(jié)約成本。

2.1.3 茶葉烘干環(huán)節(jié)

烘干環(huán)節(jié)分為了三個(gè)主要過(guò)程,包含了二青、三青和熏干。烘干技術(shù)主要有全炒法、全滾法、滾炒法、炒滾法、烘炒以及滾法等,其中滾法應(yīng)用較廣泛。通過(guò)烘干來(lái)使茶葉中的水分蒸發(fā)、便于保存,還能夠起到增加茶香的效果。

2.1.4 茶葉揀剔環(huán)節(jié)

茶葉揀剔是指完成茶葉初級(jí)加工之后的深加工環(huán)節(jié),目的是為挑選出粗加工茶葉中,老梗、焦黃等質(zhì)量不過(guò)關(guān)的茶葉。以確保茶葉的質(zhì)量,并對(duì)茶葉進(jìn)行等級(jí)劃分,根據(jù)不同等級(jí)確定售價(jià)。

2.2 茶葉機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)缺陷

2.2.1 茶葉浪費(fèi)嚴(yán)重,質(zhì)量不高

茶葉機(jī)械化生產(chǎn)中,由于機(jī)械誤差使機(jī)械生產(chǎn)出的茶葉報(bào)廢率高,營(yíng)養(yǎng)成分流失嚴(yán)重,造成資源的浪費(fèi)。這一點(diǎn)在殺青環(huán)節(jié)中體現(xiàn)最明顯。例如,傳統(tǒng)茶葉小作坊生產(chǎn)過(guò)程中茶葉,常出現(xiàn)焦糊、紅梗等問(wèn)題,這對(duì)茶葉質(zhì)量也造成嚴(yán)重影響。

2.2.2 茶葉生產(chǎn)機(jī)械老化,自動(dòng)化水平較低

傳統(tǒng)茶葉生產(chǎn)并沒(méi)有形成一定的規(guī)模體系,小作坊生產(chǎn)較為常見。這樣的弊端就是小作坊中茶葉生產(chǎn)設(shè)備較簡(jiǎn)單,技術(shù)含量不高,設(shè)備老化使得耗能較高。調(diào)查表明,當(dāng)前市場(chǎng)上茶葉生產(chǎn)熱能利用效率在45%-55%。

2.2.3 茶葉生產(chǎn)設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求

茶葉的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)極為嚴(yán)格,但是茶葉生產(chǎn)設(shè)備卻沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),有一些對(duì)人身體危害較大的重金屬,也能夠在機(jī)械生產(chǎn)的過(guò)程中進(jìn)入人體,對(duì)人體健康造成不良影響。此外,茶葉生產(chǎn)設(shè)備的型號(hào)分類也沒(méi)有明確標(biāo)準(zhǔn)。

3 機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在茶葉生產(chǎn)中的應(yīng)用策略

3.1 在茶葉生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用

茶葉生產(chǎn)系統(tǒng)包括以下三個(gè)方面：首先,生產(chǎn)系統(tǒng)平臺(tái)的選取,其中又包括兩個(gè)部分,一部分是軟件編程的編寫以及調(diào)用,另一部分是硬件資源如微處理器、內(nèi)存等的高效運(yùn)行；其次,機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的集成開發(fā),主要是指DSP處理器、存儲(chǔ)設(shè)備、以及ARM核的組合,并以此建立標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)庫(kù)；最后,機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)備構(gòu)成,包括自動(dòng)化生產(chǎn)的開發(fā)工具套件、自動(dòng)化生產(chǎn)軟件、自動(dòng)化處理器系統(tǒng)以及生產(chǎn)技術(shù)支持。機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,不利于機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,此類問(wèn)題須得到解決,以便利用機(jī)電自動(dòng)化對(duì)信息數(shù)據(jù)收集、處理功能,對(duì)茶葉生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè),確保數(shù)據(jù)在合理范圍之內(nèi)。另外,機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)要與茶葉廠的實(shí)際情況相結(jié)合,根據(jù)茶葉生產(chǎn)的數(shù)量、規(guī)模進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì),要根據(jù)茶廠的年生產(chǎn)量以及生產(chǎn)種類進(jìn)行科學(xué)計(jì)算,以確定在各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)設(shè)備的類型,只有這樣才能實(shí)現(xiàn)效益最大化。

3.2 機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在茶葉生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

3.2.1 新鮮茶葉驗(yàn)收環(huán)節(jié)應(yīng)用

機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)遙感技術(shù),對(duì)茶葉生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),通過(guò)電腦圖像處理可以對(duì)茶葉進(jìn)行等級(jí)分類。茶青的驗(yàn)收主要是通過(guò)自動(dòng)流水線采集茶葉圖像,根據(jù)量化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估,從而進(jìn)行等級(jí)劃分。量化參數(shù)值主要是RGBL差異。這在很大程度上,可以避免了由人工篩選造成的主觀失誤,使得茶青在驗(yàn)收環(huán)節(jié)就能保證品質(zhì)。

3.2.2 茶葉殺青環(huán)節(jié)應(yīng)用

機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)還可以在殺青過(guò)程中,對(duì)茶葉烘烤溫度進(jìn)行智能化處理,從而使茶葉質(zhì)量都得不到保證。主要是對(duì)投葉量、茶青以及初試溫度的數(shù)據(jù)收集后,在系統(tǒng)中自動(dòng)計(jì)算出殺青時(shí)間并且嚴(yán)格控制鍋溫。對(duì)溫度變化情況實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),并可以形成曲線變化圖。每一次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中,供技術(shù)人員隨時(shí)調(diào)取以參考。

3.2.3 茶葉烘干環(huán)節(jié)應(yīng)用

在烘干環(huán)節(jié)中,耗能情況最為嚴(yán)重。機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在此環(huán)節(jié)中的應(yīng)用,主要是通過(guò)依賴于BASIK編程的數(shù)學(xué)模型,對(duì)環(huán)節(jié)中的熱系數(shù)預(yù)先設(shè)定。對(duì)葉片溫度以及烘干溫度采取模糊控制功能,處理數(shù)據(jù)并反饋到系統(tǒng)中,隨后進(jìn)行溫度調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)茶葉烘干溫度、濕度的穩(wěn)定性,減少能源消耗。

3.2.4 茶葉揀剔環(huán)節(jié)應(yīng)用

茶葉生產(chǎn)在經(jīng)過(guò)茶青驗(yàn)收、殺青、烘干的粗級(jí)加工后,還要進(jìn)行揀剔環(huán)節(jié)的深加工,目的是為了將茶葉挑揀進(jìn)行挑揀,實(shí)現(xiàn)茶葉產(chǎn)品的等級(jí)分類。機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在揀剔環(huán)節(jié),就是通過(guò)電腦圖像采集功能,對(duì)茶葉顏色、形態(tài)以及重量的量化分析,降低人工揀剔中工作效率低、失誤等問(wèn)題發(fā)生的概率。揀剔環(huán)節(jié)中,要預(yù)先設(shè)定揀剔標(biāo)準(zhǔn)以及檢測(cè)變量,可以忽視溫度、濕度等因素。此外,該環(huán)節(jié)還要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題就是除塵。

4 結(jié)論

綜上所述,茶葉生產(chǎn)的數(shù)量和規(guī)模在不斷的擴(kuò)大,現(xiàn)有的生產(chǎn)模式不能實(shí)現(xiàn)最大化效益,而機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在茶葉生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用,能夠有效解決這一問(wèn)題?；诖?利用機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)、微電子技術(shù)等,建立機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)茶葉生產(chǎn)的環(huán)節(jié)進(jìn)行量化設(shè)定。不僅能夠提高茶葉生產(chǎn)效率,而且還能減少資源、能源的浪費(fèi)和消耗。除此之外,在實(shí)際應(yīng)用中,還需解決如何提高茶葉生產(chǎn)質(zhì)量,如何使自動(dòng)化生產(chǎn)應(yīng)用于小型茶廠等。這些問(wèn)題仍需要不斷探索,并找到解決方案。

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