自(zi)(zi)動(dong)化加(jia)工也面臨著(zhu)不同于(yu)其它行業的(de)挑戰(zhan)：自(zi)(zi)動(dong)化制(zhi)造需(xu)要(yao)有可(ke)預見(jian)的(de)環境、大量(liang)均(jun)一產品以及(ji)簡單的(de)可(ke)重(zhong)復動(dong)作，獲得(de)自(zi)(zi)動(dong)化制(zhi)造成功的(de)必(bi)需(xu)前提是產品的(de)多樣化范圍(wei)要(yao)小于(yu)自(zi)(zi)動(dong)化制(zhi)造系統的(de)能力控制(zhi)范圍(wei)。與日用品及(ji)汽車(che)制(zhi)造相(xiang)比，食品常常缺乏規則的(de)形狀以及(ji)有著(zhu)不均(jun)一的(de)尺寸及(ji)多變的(de)組織結構，這(zhe)是食品自(zi)(zi)動(dong)化加(jia)工所具有的(de)獨特挑戰(zhan)。
本文回顧了食品(pin)自(zi)動化加(jia)工(gong)的發展歷程(cheng)，并重點介(jie)紹(shao)了自(zi)動化在食品(pin)加(jia)工(gong)中的獨特優(you)勢和所(suo)面臨的挑戰(zhan)。
從某種(zhong)意義上(shang)(shang)講，人(ren)是世界上(shang)(shang)最靈活(huo)的(de)“設(she)備”，人(ren)可以(yi)快(kuai)速分(fen)辨周圍環境(jing)與情況的(de)變化，然后進行迅速地調整(zheng)；然而，人(ren)也是這個世界上(shang)(shang)最無法信(xin)賴(lai)的(de)“設(she)備”，人(ren)會(hui)疲勞、會(hui)喪(sang)失注意力，結果會(hui)導(dao)致(zhi)產(chan)品不合(he)乎規(gui)格、產(chan)量不足及質(zhi)量不達(da)標，但是真正的(de)設(she)備則不會(hui)。
雖(sui)然設備在簡單可重復運(yun)動(dong)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)(hua)應(ying)用中是(shi)值得信賴(lai)的(de)，但是(shi)在不(bu)可預(yu)知環境(jing)中或者多變的(de)操作環境(jing)中卻(que)無法很好地適應(ying)。大產量、可重復的(de)加工(gong)(gong)制造(zao)任務(wu)更(geng)傾(qing)向于自(zi)動(dong)化(hua)(hua)，食品(pin)加工(gong)(gong)業亦是(shi)如此，盡管食品(pin)加工(gong)(gong)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)(hua)在帶來(lai)優勢的(de)同(tong)時也面臨一些(xie)挑戰。
起源于食(shi)品加工(gong)的工(gong)業(ye)自動化發展(zhan)歷(li)史(shi)
盡管諸如汽(qi)車、電(dian)子、日用(yong)產(chan)品等(deng)非食(shi)品行業會更多地使(shi)用(yong)自動(dong)(dong)化，但歷史上第一個實現自動(dong)(dong)化的工廠是由奧(ao)利弗？伊凡斯在1787年(nian)發(fa)明的面粉廠。伊凡斯是工業革命早期的一個多產(chan)的發(fa)明家(jia)，他曾經以水(shui)力(li)輪(lun)機作為動(dong)(dong)力(li)驅動(dong)(dong)了許(xu)多生產(chan)設(she)備。
在二十世紀(ji)早期，芝(zhi)加(jia)(jia)哥地區的肉制(zhi)品包(bao)裝工(gong)業被認為是(shi)美國第一條流(liu)水(shui)組裝（或拆裝）生產(chan)線(xian)。食品加(jia)(jia)工(gong)業的這種(zhong)自動化激(ji)發了亨(heng)利？福特對汽(qi)車(che)流(liu)水(shui)線(xian)的靈感(gan)，流(liu)水(shui)線(xian)裝配的概念正是(shi)來源于亨(heng)利？福特對肉制(zhi)品加(jia)(jia)工(gong)流(liu)水(shui)線(xian)的觀察：工(gong)人們(men)站在固定位置上(shang)，而滑車(che)系(xi)統(tong)將待(dai)加(jia)(jia)工(gong)的肉運(yun)至每個工(gong)人的面(mian)前。
自動化設備可以顯著(zhu)提高生產效(xiao)率，無論是(shi)通(tong)過減(jian)少人工還是(shi)通(tong)過增加(jia)產量。
在二(er)十(shi)世紀后(hou)半(ban)段，工(gong)(gong)業(ye)電(dian)子傳感器、控制系統(tong)與(yu)(yu)動力系統(tong)的(de)技(ji)術進步(bu)帶來了生產與(yu)(yu)工(gong)(gong)藝的(de)新高度，超越了過去(qu)工(gong)(gong)業(ye)革命中那些僵化的(de)機(ji)械(xie)設(she)備與(yu)(yu)工(gong)(gong)藝。到了二(er)十(shi)世紀末期，靈活的(de)機(ji)器人系統(tong)就可以通過編程來完成(cheng)眾多(duo)任務，在大多(duo)數加工(gong)(gong)業(ye)中普遍取(qu)代了人工(gong)(gong)和過去(qu)的(de)機(ji)械(xie)設(she)備。
食品加工自動(dong)化的發展歷(li)程
食(shi)品(pin)加工(gong)自動化的(de)發展歷(li)程要比(bi)其他日(ri)用(yong)(yong)產品(pin)及耐(nai)用(yong)(yong)消費品(pin)加工(gong)業更緩(huan)慢。“即便是今天(tian)，食(shi)品(pin)生(sheng)產依然主要靠(kao)手工(gong)，這種(zhong)情況在中小企業中特別(bie)典型。”
直到二十(shi)世紀末期，大部分食品還(huan)是以(yi)生(sheng)鮮(xian)形式被出售(shou)，簡易的本地化供應鏈無法聚集產能，從而導致經濟效益無法對(dui)更高自動化水平和設備(bei)進(jin)行投(tou)資。
直到冷藏及速凍(dong)技術的(de)發(fa)明以及可以將食品運(yun)輸到生(sheng)產地(di)的(de)基礎設施的(de)出現(xian)，才導致(zhi)了大(da)規模(mo)的(de)食品加工(gong)生(sheng)產，投(tou)資與自(zi)動化也(ye)得以可行(xing)。
以熱狗和香腸為例(li)，如果其(qi)彎曲(qu)度超出(chu)了自動化設備的處理范圍(wei)，就會導致一(yi)系列問題。
“起初食品加工自(zi)動(dong)化(hua)(hua)聚(ju)焦于生產線的(de)末(mo)端（如電腦(nao)編程的(de)自(zi)動(dong)裝袋機械）并(bing)得以勝任(ren)，但是食品加工自(zi)動(dong)化(hua)(hua)更需要(yao)速度快(kuai)(kuai)和敏捷的(de)設備，用(yong)于組(zu)成高級自(zi)動(dong)化(hua)(hua)生產線并(bing)實現在單個食品上快(kuai)(kuai)速‘抓取-擺放(fang)’。”
自動化(hua)的優勢
無論(lun)是使用機械機構還是編程機器的自(zi)動化加工(gong)(gong)都可(ke)以更加精確(que)和準確(que)地處(chu)理可(ke)重復動作，自(zi)動化設備與加工(gong)(gong)過程在(zai)(zai)這樣(yang)的簡單(dan)、可(ke)重復的動作上比人工(gong)(gong)更加可(ke)靠。自(zi)動化設備可(ke)以顯著提高生產效率，無論(lun)是通(tong)過減少人工(gong)(gong)還是通(tong)過增加產量。在(zai)(zai)食品加工(gong)(gong)業中，自(zi)動化還可(ke)以帶來其他優勢，包(bao)括：
1）提高食品質(zhi)量(liang)：在需要低溫下進行(xing)生產(chan)以保證食品安全的(de)情(qing)況下，自動化機(ji)械可(ke)以輕松應(ying)對。自動化機(ji)械還可(ke)以在其他多種嚴酷(ku)的(de)環境(jing)中(zhong)進行(xing)工作，甚(shen)至是非(fei)常冷的(de)環境(jing)中(zhong)。
2）增強產(chan)(chan)品(pin)的均一性：使(shi)用自動(dong)(dong)化機械(xie)可(ke)以減少食品(pin)生(sheng)產(chan)(chan)中的浪費，提(ti)(ti)高(gao)總(zong)體出品(pin)率(lv)。自動(dong)(dong)化的切(qie)(qie)割更具(ju)備均一性，據(ju)估計精確(que)的自動(dong)(dong)化切(qie)(qie)割可(ke)以幫助(zhu)肉(rou)類(lei)生(sheng)產(chan)(chan)商提(ti)(ti)高(gao)將近3%的可(ke)銷(xiao)售產(chan)(chan)品(pin)。
3）增加生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)功能(neng)：自動化(hua)機械可(ke)以進行(xing)超(chao)越人(ren)工(gong)操作技能(neng)的(de)調整。自動化(hua)機械不僅僅可(ke)以在無菌環境中生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)，還可(ke)以在生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)中進行(xing)精(jing)確的(de)計數，使得產(chan)品(pin)的(de)可(ke)追溯性成為可(ke)能(neng)。
4）增強工(gong)作(zuo)安(an)全性：自(zi)動化可(ke)以(yi)取(qu)代那些涉及(ji)到員(yuan)工(gong)人身安(an)全的(de)操(cao)作(zuo)任務，如切割等，創造更安(an)全的(de)工(gong)作(zuo)環境。
5）增強(qiang)食品安(an)全：引發食品安(an)全的(de)污染(ran)物會通(tong)過(guo)操作(zuo)(zuo)者(zhe)進(jin)行傳播(bo)，但是使用自(zi)動化機械可以消除這種從操作(zuo)(zuo)者(zhe)到食品的(de)污染(ran)途徑。
自動化的(de)基本(ben)元素
以下是任意一種(zhong)自動(dong)(dong)化設備的基本組成元(yuan)素：傳感(gan)子系統，運動(dong)(dong)子系統和控制子系統。
在任何動(dong)(dong)作進行(xing)之(zhi)前，待處理的產品都需要被定(ding)(ding)位(wei)(wei)或者定(ding)(ding)向(xiang)。以(yi)人的活動(dong)(dong)為例，當(dang)打(da)開啤酒瓶蓋時(shi)，我們使用眼睛來(lai)定(ding)(ding)位(wei)(wei)起(qi)子和瓶蓋，然后我們使用手來(lai)撬動(dong)(dong)起(qi)子打(da)開瓶蓋。在自(zi)動(dong)(dong)化過(guo)程中(zhong)，待處理的產品可以(yi)通過(guo)一(yi)系列的方式來(lai)實現(xian)定(ding)(ding)位(wei)(wei)或定(ding)(ding)向(xiang)，比如整合了視覺傳(chuan)感系統的機器人可以(yi)使用末端機械臂(bei)等功(gong)能(neng)部件來(lai)實現(xian)定(ding)(ding)位(wei)(wei)、定(ding)(ding)向(xiang)及(ji)處理物品。
完成(cheng)定位(wei)的下一步是處(chu)理動(dong)作，還(huan)是以(yi)人(ren)的活動(dong)為(wei)例，將要進(jin)行(xing)的動(dong)作就(jiu)是開啟瓶蓋這一動(dong)作本身。在生產(chan)過程中，自(zi)動(dong)化(hua)可以(yi)完成(cheng)諸如搬運(yun)物品、組裝(zhuang)物品以(yi)及包裝(zhuang)等諸多動(dong)作。自(zi)動(dong)化(hua)焊(han)接也越來越成(cheng)為(wei)自(zi)動(dong)化(hua)設(she)備制造(zao)的通(tong)用技(ji)術，因為(wei)自(zi)動(dong)化(hua)焊(han)接更加精(jing)準和可靠。
控(kong)制(zhi)是第三個基本要素。人(ren)類(lei)通過(guo)眼睛和手的(de)(de)感覺(jue)來控(kong)制(zhi)手進行(xing)動(dong)作(zuo)，決定動(dong)作(zuo)的(de)(de)速度和方向，感受開(kai)啟瓶蓋時的(de)(de)壓(ya)力反(fan)饋，甚至瓶子破碎后的(de)(de)應(ying)激反(fan)應(ying)。在自(zi)動(dong)化機(ji)械設備中，一旦產(chan)品(pin)的(de)(de)定位和定向完成，控(kong)制(zhi)系統將會執行(xing)和控(kong)制(zhi)預(yu)定的(de)(de)動(dong)作(zuo)任務，并可以在某些不(bu)可接受的(de)(de)情(qing)況下以及(ji)不(bu)合格的(de)(de)產(chan)品(pin)產(chan)生時停(ting)止生產(chan)過(guo)程。
自動化得以成(cheng)功的(de)條(tiao)件
正如我們之前(qian)提及的(de)，人(ren)才是這(zhe)個世界上最萬能的(de)“機械”，可以處理許多情況，根(gen)據不同的(de)環(huan)境迅速做出細微的(de)調整(zheng)。以廚房操作為例，人(ren)可以迅速地從處理水果切(qie)換到拿(na)起易碎的(de)杯子，然后(hou)再拿(na)起一(yi)把金屬勺(shao)子，這(zhe)種多樣化地處理物品的(de)能力(li)和動作需要觸(chu)覺的(de)感(gan)應，以精確(que)的(de)壓力(li)來控制拿(na)放(fang)的(de)壓力(li)，人(ren)所具備(bei)的(de)能力(li)可以輕易且(qie)高效地識(shi)別環(huan)境并做出反應。
自動(dong)化設(she)備則對物品的多(duo)樣(yang)化、操作(zuo)環境以及(ji)輸出(chu)期望(wang)不是(shi)那么敏感，其(qi)處理范圍必須要(yao)能涵蓋這種多(duo)樣(yang)性、環境及(ji)輸出(chu)期望(wang)。
