【中國包裝網訊】食品自動化加工也面臨著不同于其它行業的挑戰：自動化制造需要有可預見的環境、大量均一產品以及簡單的可重復動作，獲得自動化制造成功的必需前提是產品的多樣化范圍要小于自動化制造系統的能力控制范圍。與日用品及汽車制造相比，食品常常缺乏規則的形狀以及有著不均一的尺寸及多變的組織結構，這是食品自動化加工所具有的獨特挑戰。

本文回顧了食品自動化加工的發展歷程，并重點介紹了自動化在食品加工中的獨特優勢和所面臨的挑戰。

從某種意義上講，人是世界上最靈活的“設備”，人可以快速分辨周圍環境與情況的變化，然后進行迅速地調整；然而，人也是這個世界上最無法信賴的“設備”，人會疲勞、會喪失注意力，結果會導致產品不合乎規格、產量不足及質量不達標，但是真正的設備則不會。

雖然設備在簡單可重復運動的自動化應用中是值得信賴的，但是在不可預知環境中或者多變的操作環境中卻無法很好地適應。大產量、可重復的加工制造任務更傾向于自動化，食品加工業亦是如此，盡管食品加工的自動化在帶來優勢的同時也面臨一些挑戰。

起源于食品加工的工業自動化發展歷史

盡管諸如汽車、電子、日用產品等非食品行業會更多地使用自動化，但歷史上第一個實現自動化的工廠是由奧利弗? 伊凡斯在1787 年發明的面粉廠。伊凡斯是工業革命早期的一個多產的發明家，他曾經以水力輪機作為動力驅動了許多生產設備。

在二十世紀早期，芝加哥地區的肉制品包裝工業被認為是美國第一條流水組裝（或拆裝）生產線。食品加工業的這種自動化激發了亨利? 福特對汽車流水線的靈感，流水線裝配的概念正是來源于亨利? 福特對肉制品加工流水線的觀察：工人們站在固定位置上，而滑車系統將待加工的肉運至每個工人的面前。

自動化設備可以顯著提高生產效率，無論是通過減少人工還是通過增加產量。

在二十世紀后半段，工業電子傳感器、控制系統與動力系統的技術進步帶來了生產與工藝的新高度，超越了過去工業革命中那些僵化的機械設備與工藝。到了二十世紀末期，靈活的機器人系統就可以通過編程來完成眾多任務，在大多數加工業中普遍取代了人工和過去的機械設備。

食品加工自動化的發展歷程

食品加工自動化的發展歷程要比其他日用產品及耐用消費品加工業更緩慢。“即便是今天，食品生產依然主要靠手工，這種情況在中小企業中特別典型。”

直到二十世紀末期，大部分食品還是以生鮮形式被出售，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更高自動化水平和設備進行投資。

直到冷藏及速凍技術的發明以及可以將食品運輸到生產地的基礎設施的出現，才導致了大規模的食品加工生產，投資與自動化也得以可行。

以熱狗和香腸為例，如果其彎曲度超出了自動化設備的處理范圍，就會導致一系列問題。

“起初食品加工自動化聚焦于生產線的末端（如電腦編程的自動裝袋機械）并得以勝任，但是食品加工自動化更需要速度快和敏捷的設備，用于組成高級自動化生產線并實現在單個食品上快速‘抓取- 擺放’?！?/span>

自動化的優勢

無論是使用機械機構還是編程機器的自動化加工都可以更加精確和準確地處理可重復動作，自動化設備與加工過程在這樣的簡單、可重復的動作上比人工更加可靠。自動化設備可以顯著提高生產效率，無論是通過減少人工還是通過增加產量。在食品加工業中，自動化還可以帶來其他優勢，包括：

1）提高食品質量：在需要低溫下進行生產以保證食品安全的情況下，自動化機械可以輕松應對。自動化機械還可以在其他多種嚴酷的環境中進行工作，甚至是非常冷的環境中。

2）增強產品的均一性：使用自動化機械可以減少食品生產中的浪費，提高總體出品率。自動化的切割更具備均一性，據估計精確的自動化切割可以幫助肉類生產商提高將近3% 的可銷售產品。

3）增加生產功能：自動化機械可以進行超越人工操作技能的調整。自動化機械不僅僅可以在無菌環境中生產，還可以在生產中進行精確的計數，使得產品的可追溯性成為可能。

4）增強工作安全性：自動化可以取代那些涉及到員工人身安全的操作任務，如切割等，創造更安全的工作環境。

5）增強食品安全：引發食品安全的污染物會通過操作者進行傳播，但是使用自動化機械可以消除這種從操作者到食品的污染途徑。

自動化的基本元素

以下是任意一種自動化設備的基本組成元素：傳感子系統，運動子系統和控制子系統。

在任何動作進行之前，待處理的產品都需要被定位或者定向。以人的活動為例，當打開啤酒瓶蓋時，我們使用眼睛來定位起子和瓶蓋，然后我們使用手來撬動起子打開瓶蓋。在自動化過程中，待處理的產品可以通過一系列的方式來實現定位或定向，比如整合了視覺傳感系統的機器人可以使用末端機械臂等功能部件來實現定位、定向及處理物品。

完成定位的下一步是處理動作，還是以人的活動為例，將要進行的動作就是開啟瓶蓋這一動作本身。在生產過程中，自動化可以完成諸如搬運物品、組裝物品以及包裝等諸多動作。自動化焊接也越來越成為自動化設備制造的通用技術，因為自動化焊接更加精準和可靠。

控制是第三個基本要素。人類通過眼睛和手的感覺來控制手進行動作，決定動作的速度和方向，感受開啟瓶蓋時的壓力反饋，甚至瓶子破碎后的應激反應。在自動化機械設備中，一旦產品的定位和定向完成，控制系統將會執行和控制預定的動作任務，并可以在某些不可接受的情況下以及不合格的產品產生時停止生產過程。

自動化得以成功的條件

正如我們之前提及的，人才是這個世界上最萬能的“機械”，可以處理許多情況，根據不同的環境迅速做出細微的調整。以廚房操作為例，人可以迅速地從處理水果切換到拿起易碎的杯子，然后再拿起一把金屬勺子，這種多樣化地處理物品的能力和動作需要觸覺的感應，以精確的壓力來控制拿放的壓力，人所具備的能力可以輕易且高效地識別環境并做出反應。

自動化設備則對物品的多樣化、操作環境以及輸出期望不是那么敏感，其處理范圍必須要能涵蓋這種多樣性、環境及輸出期望。

待處理產品的范圍超出自動化加工設備能力范圍的自動化必定是失敗的。使待處理產品的差異性最小化尤為重要。

◆ 形狀與尺寸

以熱狗和香腸為例，如果其彎曲度超出了自動化設備的處理范圍，則會導致一系列問題。而當尺寸超出自動化設備的預制處理尺寸之后，會因不匹配而導致低產出及高次品率。

◆ 產品質構

產品的質構也同樣重要的，重量、軟硬以及表面的質感都需要被著重考慮，為100克產品設計的自動化設備模具在處理更重的產品時就會有問題。產品表面的結構因為要接觸自動化設備也顯得比較重要，如果產品的表面是粘性的，很可能產品就會無法脫離設備，除非使用其他補救方法。

結論

盡管食品加工業實施自動化的益處是顯著的，但是食品加工業的自動化潛力還沒有被完全開發出來，不僅僅是成本節省、增加產量，也包括了清潔衛生。但是食品工業中產品尺寸、形狀的差異以及質構上的固有特性，使得自動化面臨著特殊挑戰。自動化設備工程師不但需要對產品的特性有著更清晰的認識，還需要清楚特定目的的自動化并最終使兩者統一。最后，還需再次強調的是，自動化得以成功的唯一關鍵就是：自動化設備處理的范圍要大于產品的范圍。