《中國青年報》的一篇文章評論:國際金融危機爆發之后,發達國家掀起了“新工業革命”熱潮,開始從“去工業化”向“再工業化”轉變。“再工業化”有人稱之為“機器人革命”,就是用機器人替代人。美歐力圖重新拿回那些“低利潤環節的制造業”,并通過政治、經濟、外交、軍事、貿易等手段的綜合運用,打組合拳,搶占國際市場。美歐的“再工業化”以及智能機器人的應用,已經發出信號,新一輪科技革命正處于大爆發的前夜。
目前,機器人主要應用在汽車制造行業,正逐步向其它行業滲透,如服裝行業,包裝行業,豬肉加工項目等。家禽加工屬于勞動密集型產業,目前,整個家禽業已經進入到了“微利”時代,員工費用是對總體生產成本影響最大的因素之一,歐美發達國家在肉雞屠宰加工的關鍵環節,已經應用了機器人智能化系統,我國的家禽加工業也將掀起“再工業化”以及應用智能機器人的熱潮。
1家禽加工工藝
家禽屠宰加工是一個系統工程,涉及到種禽、孵化、飼養、環保等諸多方面,運轉鏈條長,各環節關聯度高,一環扣一環,一個環節的變化將對后續的環節產生很大影響。
家禽屠宰加工工藝初步分為:活禽卸載、宰殺瀝血、浸燙脫毛、掏膛、內臟及副產品加工、預冷、分割、包裝、速凍、換裝、冷藏等工藝區段。
2應用機器人的必要性
2.1減少基礎設施投入
由于家禽加工屬于操作技巧性行業,雇傭員工多,培訓時間長。為了保障大量員工的正常工作,企業需要提供良好的基礎設施,包括車間的生活區、員工宿舍、食堂、娛樂場所、交通工具等。這些設施必須依照法規進行布局和設計,輔助工程項目增加,占地面積增大,往往總體工程項目需要幾年才能達到生產規模。應用機器人將大大減少員工數量,縮短工程項目建設周期和投資回收期,相應減少了投資費用。
2.2員工安全有保障
在家禽加工車間內,輸送設備遍布于每一個工段,輸送設備將操作人員分割在各個工作區,由于人多,遇有火災等緊急情況時,撤離困難,每年都有人員傷亡的事件發生。采用機器人,車間人員減少,人流、物流通暢,有助于人員迅速撤離。
家禽加工的工人,刀不離手,疲勞工作容易發生自傷情況,時刻危及員工安全。手工操作變成機械操作,工人只需要進行一些輔助性工作,實現人機良好配合,降低了勞動強度和危險系數;同時,自動化設備的采用,對于改善加工車間環境也有顯著效果,能夠有效保護勞動者的健康不受環境的影響。
2.2提高食品安全性
大量的勞務人員來自于不同地區,多數來自于落后地區,甚至來自于落后國家。人員流動性大,健康狀況復雜,健康檢查控制困難。
員工遍布于各個工區,每天進入車間時需要消毒,工作時需要定時消毒和衛生清理,去衛生間后需要消毒,員工的服裝、鞋帽都需要清洗和消毒,這些不但影響工作,而且使危害分析和關鍵控制點(HACCP)和衛生標準操作程序(SSOP)控制難度加大。
應用機器人將上述控制變為簡單,可以將生產車間的溫度降至更低,提高食品安全性。
2.3機器人更適合惡劣環境
家禽加工車間,勞動環境差,溫度低,濕度大,對工人的要求嚴格:
(1)站立作業時間長;
(2)對噪音不能太敏感;
(3)不能有幽閉恐懼癥;
(4)對人工光照不能太敏感;
(5)不能暈血,能接受處理羽毛、脂肪、膽汁和糞便的工作;
(6)能接受地面濕滑、地板可能殘留油脂和血液的工作環境;
(7)能熟練使用剪刀、刀子和研磨工具等。
在條件惡劣的環境中,工人工作時會感到不適和倦怠,這將影響他們的工作效率,降低每位工人在單位時間內的加工數量。解決辦法是確保工作區域的所有方面都考慮周全,包括高度、照明、噪音和污染。應用機器人,只需考慮局部人員操作位置,使工藝設備布局更加合理流暢,更重要的是解決了招工難問題。
2.4降低運行成本
按照國家法律,必須保障員工的福利和公民權利。這需要為員工支付大筆費用,這些費用包括:(1)工資、保險、培訓費和輔助時間消耗的損失費等;(2)每年消耗的操作器具:如刀具,砧板等工具;(3)勞動保護:比如防護眼鏡、面罩、帽子、靴子和圍裙等;(4)配套設施的用水、燃料和管理人員費用等;(5)為了保障員工的工作熱情,除了為他們提供必須的物質條件之外,還要滿足他們的精神需要,如進行一系列的宣傳活動和文化活動。
采用自動化設備能夠將勞動力縮減至原先的一半左右,大大降低了勞動成本的支出。以一個1萬只/小時的肉雞加工廠為例,員工從1300名可以減少至400名,同時,占地面積、土建投資等費用也能得到有效縮減。
2.5減少“自動化孤島”
由于受工藝、技術、設備等諸多因素的影響,在相當長的一段時間內,各區段設備之間銜接不順暢,存在不同程度的“自動化孤島”問題,自動化設備僅僅是在局部提高了生產效率,而不能實現真正意義上的全程自動化,如果在這些節點應用機器人,將改善家禽加工的“自動化孤島”問題,真正實現各區段流水線之間的信息化傳遞。
3機器人應用實例
機器人在家禽加工方面的關鍵環節已經得到應用。荷蘭的Stork公司、Meyn公司和丹麥的Linco等公司在家禽加工方面都具有先進的技術。
幾年前,美國喬治亞州立大學和農業研究服務署的研究組,以及VendeeConcept公司的研究人員,在活雞傳輸、肉品分份、包裝裝載、清洗等方面進行了一系列研究,取得了可喜成果。他們采用計算機可視、智能抓取、自動懸掛等先進技術,大大提高了生產效率,并且改善了產品質量。其中DeltaCalibrarobot分份機,分份數量可以達到每分鐘110份。
近幾年,美國的禽肉加工企業在設備方面加大了投資力度,特別在分割加工設備上的投資尤為明顯,希望通過設備投入提高生產效率,在現有的基礎上增加更多的效益。如Yield Plus公司的自動化計量和分配系統,Rapid HQ公司的自動胸骨剔除機,使生產工人操作更容易,生產效率更高。
目前,機器人開發的熱點集中在智能剔骨方面。
Stork公司廣泛宣傳其FHF-XB/Sensor-X智能切片解決方案。這套系統采用了X光掃描技術和智能切片技術。FHF-XB自動剔骨系統將禽胴體剔骨后進行切片,切片產品皮朝上并排放入兩個單道輸送帶上,切片被Sensor-X掃描,自動校正擺放位置,將大于2mm的帶骨切片分離并返回重新修正,然后再次Sensor-X掃描。這套設備優勢:產品厚度一致,高產量、高品質,高出成率,占地空間小,操作簡單,維護成本低。雙軌型產量可達每分鐘150片蝴蝶胸。
Meyn公司也在大力宣傳其去骨機。
美國喬治亞州研究院(GTRI)的研究人員在自動去骨工藝上做了大量的研究工作。研制出“智能切割和剔骨系統”機器人。該系統由一個2軸切割機械臂和一個6軸雞胴體固定機械臂組成。視頻系統對雞胴體進行探測,固定臂將雞送到切割臂的位置。運用3D成像技術,將信息反饋到傳感器,然后自動調整刀鋒位置,精確地去除雞胴體上的骨頭。他們對雞的形體結構進行了深入研究,基于3D分析系統,根據雞胴體的形態特征進行統計計算分析,通過外部測量得到的數據,能夠很好地匹配雞胴體的內部結構,因此能夠實現理想的切割路徑,不論雞胴體的體積大小都能夠進行精準分割,同時很大程度地減少了碎骨殘留在成品肉的概率。
繼GTRI之后,日本Mayekawa公司也推出了去骨機器人,每小時可處理1000只雞,相當于替代4個工人操作。
隨著美國“泰森”、“嘉吉”等國際著名公司進入中國,推動了中國家禽加工業的技術進步,肉雞屠宰加工能力已經達到13500只/h,先后引進了30條自動掏膛生產線,有3條自動分割生產線也投入了使用。國內的“艾斯克”公司也不甘示弱,也推出了自主品牌的自動掏膛生產線。在這些自動生產線中,機器人扮演著重要的角色。
4機器人應用前景
當前惡劣的全球經濟環境下,很多企業對新設備的投資持謹慎態度,只有機器人行業例外,與其它行業呈現出低迷狀況恰恰相反,在機器人行業,新設備的投資前景樂觀,經濟低迷的確放大了企業生產效率的重要性。企業興奮的發現尋求成本最低化,機器人已經成為提高效率,減少勞動成本最快捷的途徑之一。2010年美國機器人銷售勢頭強勁,共銷售13174臺。2010年我國進口機器人2.34萬臺,同比增長130%;2011年進口機器人3.8萬臺,同比增長62%。預計“十二五”期間,中國市場對工業機器人的需求將有一個井噴式的發展,需求量每年將以15%~20%的速度增長。
在《肉類工業“十二五”發展規劃》中,明確提出“著力提高我國肉類加工裝備國產化率和整體發展水平,改變自主創新能力弱、技術裝備水平低、成套性和穩定性差等現狀”,“重點開發高效成套屠宰設備”。
機器人非常適合勞動密集、環境惡劣的家禽加工行業,它將大幅度提升家禽加工產品質量和工作效率,將給家禽加工這個微利行業帶來新的生機。自動化設備及機器人的應用,將為我國禽肉加工企業減少1/3的土地占用面積、減少1/3的土建投資、節省50%的人員,一個大型工廠每年可以節約幾百萬的運行費用。
目前,ABB、FANUC、KUKA等公司的機器人,已經進入了家禽加工領域,這些機器人供應商同家禽加工企業合作,運用一系列先進技術和手段,如超聲波、耐熱、可視、3D、激光及生物技術,使機器人得到更加廣泛的應用。
智能自動化系統在家禽加工行業是一次變革性創新,一場系統化、智能化的技術革命浪潮正席卷而來,這場發生在家禽業的變革不僅會促進家禽業的發展,更重要的是實現家禽加工業的全面進步。