自動化(hua)加工(gong)也面臨著不(bu)同于(yu)其它行業的(de)(de)(de)挑戰：自動化(hua)制(zhi)造(zao)(zao)需(xu)要(yao)有(you)可預見的(de)(de)(de)環境、大量(liang)均(jun)一(yi)產(chan)品(pin)以及(ji)簡單的(de)(de)(de)可重復動作，獲得自動化(hua)制(zhi)造(zao)(zao)成功(gong)的(de)(de)(de)必需(xu)前(qian)提是(shi)產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)多(duo)樣化(hua)范圍(wei)要(yao)小于(yu)自動化(hua)制(zhi)造(zao)(zao)系統(tong)的(de)(de)(de)能力(li)控制(zhi)范圍(wei)。與日用品(pin)及(ji)汽車制(zhi)造(zao)(zao)相(xiang)比(bi)，食品(pin)常(chang)常(chang)缺乏規則的(de)(de)(de)形狀以及(ji)有(you)著不(bu)均(jun)一(yi)的(de)(de)(de)尺寸及(ji)多(duo)變的(de)(de)(de)組織結構(gou)，這是(shi)食品(pin)自動化(hua)加工(gong)所具有(you)的(de)(de)(de)獨特挑戰。
本文回顧了(le)食品(pin)自(zi)動(dong)化(hua)加工的(de)發展歷(li)程(cheng)，并重點介紹了(le)自(zi)動(dong)化(hua)在食品(pin)加工中的(de)獨特優(you)勢和所面(mian)臨的(de)挑戰。
從(cong)某(mou)種(zhong)意(yi)義上(shang)講(jiang)，人(ren)是(shi)世(shi)界上(shang)最(zui)靈(ling)活的(de)“設(she)備(bei)”，人(ren)可以快(kuai)速分辨周圍環境與(yu)情況(kuang)的(de)變化，然(ran)后(hou)進行迅(xun)速地調(diao)整；然(ran)而，人(ren)也是(shi)這個世(shi)界上(shang)最(zui)無法信賴的(de)“設(she)備(bei)”，人(ren)會(hui)疲勞、會(hui)喪(sang)失注意(yi)力，結果(guo)會(hui)導致產(chan)(chan)品不合乎(hu)規(gui)格、產(chan)(chan)量不足及質量不達標，但是(shi)真正的(de)設(she)備(bei)則不會(hui)。
雖然設備在簡(jian)單可重復(fu)(fu)運動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)自(zi)動(dong)(dong)(dong)化應用中(zhong)是值(zhi)得信(xin)賴的(de)(de)(de)(de)，但是在不可預知環境中(zhong)或者多變的(de)(de)(de)(de)操作環境中(zhong)卻(que)無法很(hen)好地適應。大產(chan)量、可重復(fu)(fu)的(de)(de)(de)(de)加工制造任務(wu)更傾向于自(zi)動(dong)(dong)(dong)化，食品(pin)加工業亦是如此，盡管食品(pin)加工的(de)(de)(de)(de)自(zi)動(dong)(dong)(dong)化在帶來優勢的(de)(de)(de)(de)同時也(ye)面臨一些挑戰。
起源于食品加(jia)工的工業自動化(hua)發展歷(li)史(shi)
盡管諸如汽車、電子(zi)、日用(yong)產品(pin)等非食(shi)品(pin)行業會更多(duo)地使用(yong)自動(dong)化(hua)，但歷史上第(di)一個實(shi)現(xian)自動(dong)化(hua)的工廠是由奧利弗？伊(yi)(yi)凡(fan)斯(si)在1787年發(fa)明(ming)的面粉廠。伊(yi)(yi)凡(fan)斯(si)是工業革命(ming)早期(qi)的一個多(duo)產的發(fa)明(ming)家(jia)，他曾經(jing)以水力輪機作(zuo)為動(dong)力驅動(dong)了許多(duo)生(sheng)產設備。
在二十(shi)世紀早期，芝加哥地區(qu)的(de)肉制品包(bao)裝工(gong)業被認(ren)為(wei)是(shi)美國第(di)一條流水(shui)(shui)組裝（或拆裝）生產線(xian)(xian)。食品加工(gong)業的(de)這種自動化激發了亨(heng)(heng)利(li)？福特對(dui)汽車(che)流水(shui)(shui)線(xian)(xian)的(de)靈感，流水(shui)(shui)線(xian)(xian)裝配的(de)概(gai)念正是(shi)來源(yuan)于亨(heng)(heng)利(li)？福特對(dui)肉制品加工(gong)流水(shui)(shui)線(xian)(xian)的(de)觀(guan)察(cha)：工(gong)人們站在固定位置上(shang)，而滑車(che)系(xi)統將(jiang)待加工(gong)的(de)肉運至每個工(gong)人的(de)面前。
自動化設備(bei)可以顯著提高生(sheng)產效率，無論是通過減少人工還是通過增加產量。
在二十世紀(ji)后半段，工業電子傳感器(qi)、控制系統與動力(li)系統的(de)技術進步帶來(lai)了(le)(le)生產與工藝的(de)新高度，超越了(le)(le)過去工業革命中那些僵(jiang)化的(de)機(ji)(ji)械設備與工藝。到了(le)(le)二十世紀(ji)末(mo)期，靈活的(de)機(ji)(ji)器(qi)人系統就(jiu)可(ke)以通過編程來(lai)完成(cheng)眾多(duo)任務，在大(da)多(duo)數加工業中普遍(bian)取代了(le)(le)人工和過去的(de)機(ji)(ji)械設備。
食(shi)品加工自(zi)動化的發展歷程
食(shi)品(pin)加(jia)工(gong)自動(dong)化的(de)發展(zhan)歷程要(yao)比其他(ta)日用產(chan)品(pin)及耐(nai)用消費品(pin)加(jia)工(gong)業(ye)更緩慢。“即(ji)便是今天，食(shi)品(pin)生產(chan)依然主(zhu)要(yao)靠手工(gong)，這種情況在(zai)中小企業(ye)中特別典型。”
直到二十世紀末期(qi)，大(da)部分食品(pin)還是以生鮮形式(shi)被(bei)出售，簡(jian)易(yi)的本地化(hua)供應鏈(lian)無法聚集產能，從而導致經濟效益無法對更(geng)高自動化(hua)水平和設備進(jin)行投(tou)資。
直到(dao)冷(leng)藏及速凍(dong)技術的發明以及可以將食品運輸到(dao)生(sheng)產地的基礎設施的出現(xian)，才導致了大規模的食品加工生(sheng)產，投資與自(zi)動化也得以可行。
以熱狗和香(xiang)腸為例，如果(guo)其(qi)彎曲(qu)度超出了自動化設備(bei)的(de)處(chu)理范圍，就會導致一系列(lie)問題。
“起初食品加工自動(dong)(dong)化(hua)(hua)聚焦于生產線的末端（如電腦編程的自動(dong)(dong)裝袋機械）并得以(yi)勝任(ren)，但(dan)是食品加工自動(dong)(dong)化(hua)(hua)更需(xu)要(yao)速(su)度快和敏捷(jie)的設(she)備，用于組成高級自動(dong)(dong)化(hua)(hua)生產線并實現在單個(ge)食品上快速(su)‘抓取-擺放’。”
自動化的優勢
無論是(shi)使用(yong)機械(xie)機構還(huan)(huan)是(shi)編程機器(qi)的(de)自(zi)(zi)動化加(jia)(jia)工(gong)都可(ke)(ke)以(yi)更加(jia)(jia)精確和準確地(di)處理可(ke)(ke)重復動作，自(zi)(zi)動化設備與加(jia)(jia)工(gong)過(guo)程在(zai)這樣的(de)簡單、可(ke)(ke)重復的(de)動作上比(bi)人工(gong)更加(jia)(jia)可(ke)(ke)靠。自(zi)(zi)動化設備可(ke)(ke)以(yi)顯著提(ti)高生產效率，無論是(shi)通過(guo)減少人工(gong)還(huan)(huan)是(shi)通過(guo)增(zeng)加(jia)(jia)產量。在(zai)食品加(jia)(jia)工(gong)業(ye)中，自(zi)(zi)動化還(huan)(huan)可(ke)(ke)以(yi)帶來其他優勢，包括：
1）提高食(shi)品(pin)質量：在(zai)需(xu)要低溫下進行(xing)生產以(yi)保證食(shi)品(pin)安全(quan)的情況下，自動(dong)化機械(xie)可以(yi)輕松應對。自動(dong)化機械(xie)還可以(yi)在(zai)其他多種嚴酷的環境(jing)中(zhong)進行(xing)工(gong)作(zuo)，甚至是非常(chang)冷的環境(jing)中(zhong)。
2）增強產品(pin)的均一(yi)性(xing)：使用(yong)自(zi)動化(hua)(hua)機(ji)械可以減少食品(pin)生(sheng)產中的浪費，提高(gao)總體(ti)出品(pin)率(lv)。自(zi)動化(hua)(hua)的切割更(geng)具(ju)備(bei)均一(yi)性(xing)，據估計(ji)精確(que)的自(zi)動化(hua)(hua)切割可以幫助肉類生(sheng)產商提高(gao)將(jiang)近3%的可銷售(shou)產品(pin)。
3）增加生產(chan)功能：自動(dong)化機械(xie)可以進行(xing)超越(yue)人工(gong)操作技能的調整(zheng)。自動(dong)化機械(xie)不(bu)僅僅可以在無(wu)菌(jun)環境中(zhong)生產(chan)，還可以在生產(chan)中(zhong)進行(xing)精確(que)的計數，使得產(chan)品的可追溯性成為可能。
4）增強(qiang)工(gong)作(zuo)安(an)全(quan)性：自動化可以取代(dai)那些涉及到員工(gong)人身(shen)安(an)全(quan)的操作(zuo)任務，如(ru)切割等，創造(zao)更安(an)全(quan)的工(gong)作(zuo)環(huan)境。
5）增強(qiang)食(shi)品(pin)安(an)全：引發食(shi)品(pin)安(an)全的(de)污染(ran)物會通過操作者(zhe)進行傳播，但(dan)是使用自動化機械可(ke)以消除這種(zhong)從操作者(zhe)到食(shi)品(pin)的(de)污染(ran)途徑(jing)。
自動化的基本元素(su)
以下是任意一(yi)種自動(dong)化(hua)設備的基本組成元素(su)：傳感子(zi)系統，運(yun)動(dong)子(zi)系統和控制子(zi)系統。
在任何(he)動(dong)(dong)作進行之(zhi)前(qian)，待處(chu)理(li)的(de)產(chan)品(pin)都需(xu)要被定位(wei)(wei)或(huo)者定向。以人的(de)活(huo)動(dong)(dong)為例，當打開啤(pi)酒瓶(ping)蓋時(shi)，我們(men)使用眼睛來(lai)定位(wei)(wei)起子和瓶(ping)蓋，然后我們(men)使用手來(lai)撬動(dong)(dong)起子打開瓶(ping)蓋。在自動(dong)(dong)化過程(cheng)中，待處(chu)理(li)的(de)產(chan)品(pin)可以通過一系(xi)列的(de)方式(shi)來(lai)實(shi)(shi)現定位(wei)(wei)或(huo)定向，比如整合了(le)視覺傳(chuan)感系(xi)統(tong)的(de)機器(qi)人可以使用末(mo)端機械臂等功能部(bu)件來(lai)實(shi)(shi)現定位(wei)(wei)、定向及(ji)處(chu)理(li)物品(pin)。
完成定位的下一(yi)步是(shi)處理動作(zuo)，還是(shi)以(yi)人的活動為例，將要(yao)進行的動作(zuo)就是(shi)開(kai)啟瓶蓋這(zhe)一(yi)動作(zuo)本(ben)身(shen)。在生(sheng)產過程中，自動化(hua)(hua)可以(yi)完成諸(zhu)如搬(ban)運(yun)物品、組(zu)裝(zhuang)物品以(yi)及(ji)包(bao)裝(zhuang)等(deng)諸(zhu)多動作(zuo)。自動化(hua)(hua)焊(han)接(jie)也越來越成為自動化(hua)(hua)設備制造(zao)的通用技術，因為自動化(hua)(hua)焊(han)接(jie)更加(jia)精(jing)準和(he)可靠。
控(kong)制是第三個基(ji)本要素。人類通(tong)過眼睛和(he)手的(de)(de)感(gan)覺來控(kong)制手進行動(dong)(dong)作(zuo)，決定(ding)動(dong)(dong)作(zuo)的(de)(de)速度和(he)方向，感(gan)受開啟瓶(ping)(ping)蓋時的(de)(de)壓(ya)力反(fan)(fan)饋，甚至瓶(ping)(ping)子破碎后的(de)(de)應(ying)(ying)激反(fan)(fan)應(ying)(ying)。在(zai)自(zi)動(dong)(dong)化機械設備(bei)中(zhong)，一旦(dan)產品的(de)(de)定(ding)位和(he)定(ding)向完成(cheng)，控(kong)制系統將會執行和(he)控(kong)制預定(ding)的(de)(de)動(dong)(dong)作(zuo)任(ren)務(wu)，并可(ke)以在(zai)某些(xie)不可(ke)接受的(de)(de)情況下以及不合格的(de)(de)產品產生時停止生產過程。自(zi)動(dong)(dong)化得以成(cheng)功(gong)的(de)(de)條件(jian)
正如我們之前提及的(de)，人才(cai)是這(zhe)個世界(jie)上(shang)最萬能的(de)“機械”，可(ke)以(yi)處(chu)理(li)許多情況，根(gen)據(ju)不同(tong)的(de)環境迅速做(zuo)出(chu)細(xi)微的(de)調整。以(yi)廚(chu)房操作為(wei)例，人可(ke)以(yi)迅速地從處(chu)理(li)水果(guo)切換到拿起易(yi)碎的(de)杯子，然后再拿起一把(ba)金屬(shu)勺(shao)子，這(zhe)種多樣化地處(chu)理(li)物品的(de)能力和動(dong)作需要觸覺的(de)感應，以(yi)精確的(de)壓力來(lai)控制拿放的(de)壓力，人所(suo)具備的(de)能力可(ke)以(yi)輕易(yi)且高(gao)效地識別環境并做(zuo)出(chu)反應。
自動化設備則對(dui)物(wu)品的多樣化、操(cao)作環(huan)境以及輸出(chu)期(qi)望不是那(nei)么敏(min)感，其處理范圍必(bi)須要能涵蓋這(zhe)種多樣性、環(huan)境及輸出(chu)期(qi)望。
