當(dāng)今世界正處于百年未有之大變局中，各行各業(yè)也正面臨前所未有的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，競爭日趨激烈，甚至白熱化。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字化賦能效果日顯突出，主要表現(xiàn)在連接、智能和分析三種能力的快速提升，即產(chǎn)品能以數(shù)字化的形式呈現(xiàn)(如一品一碼)，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)跨越了線上線下的障礙;通過利用信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)制定智能化措施，提高了資源配置的科學(xué)性效率;利用大智云移(大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng))等為企業(yè)生產(chǎn)加工、產(chǎn)品推廣銷售等提供計(jì)算分析支持。
數(shù)字化農(nóng)業(yè)正在快速走來，茶業(yè)是農(nóng)業(yè)的組成部分，在邁進(jìn)數(shù)字化茶業(yè)的進(jìn)程中，茶業(yè)裝備數(shù)字化是全產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的重要一環(huán)，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
01
茶機(jī)裝備數(shù)字化的目標(biāo)與任務(wù)
· 數(shù)字化亦稱數(shù)據(jù)化，包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、計(jì)算和應(yīng)用，是指將各類復(fù)雜多變的信息，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)據(jù)，并加以處理和應(yīng)用的過程。
· 數(shù)字農(nóng)業(yè)是用數(shù)字化技術(shù)，按人們需要的目標(biāo)，對農(nóng)業(yè)所涉及的對象和全過程進(jìn)行數(shù)字化和可視化的表達(dá)、設(shè)計(jì)、控制和管理。
· 數(shù)字化茶業(yè)是對茶產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈及全過程進(jìn)行數(shù)字化和可視化的表達(dá)、設(shè)計(jì)、控制和管理，為充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)茶產(chǎn)業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型創(chuàng)造基本條件，從而實(shí)現(xiàn)賦能增效，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
茶機(jī)裝備涉及整個(gè)茶產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，其技術(shù)和裝備水平在很大程度上代表了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的水平。所以茶機(jī)裝備數(shù)字化水平基本決定了茶業(yè)數(shù)字化水平。茶機(jī)裝備數(shù)字化的目標(biāo)是為茶產(chǎn)業(yè)數(shù)字化服務(wù)，為茶葉一二三產(chǎn)賦予更現(xiàn)代化的手段，進(jìn)一步拓展茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間，引領(lǐng)市場，為更多的消費(fèi)者創(chuàng)造全新的需求價(jià)值和全新的服務(wù)感受。
茶機(jī)裝備數(shù)字化的任務(wù)是逐步做到全產(chǎn)業(yè)鏈(茶園管理、加工、銷售、服務(wù)、管理)中涉及的全部茶機(jī)生產(chǎn)設(shè)備儀器的軟硬件各類相關(guān)聯(lián)信息數(shù)字化，并對數(shù)據(jù)的權(quán)屬、應(yīng)用和再開發(fā)、創(chuàng)新進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，建立行業(yè)自律規(guī)則。
02
茶機(jī)裝備數(shù)字化狀況分析
1、茶機(jī)裝備整體概況
茶機(jī)裝備本質(zhì)上看包含硬件和軟件兩大部分，硬件是技術(shù)的載體，技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)其特定作業(yè)功能的核心。我國茶機(jī)裝備整體上是歸屬農(nóng)業(yè)機(jī)械，大致可分為茶園管理作業(yè)機(jī)械和加工機(jī)械。
在茶園管理方面，對茶園土壤養(yǎng)分水平與開采期的數(shù)字化預(yù)測進(jìn)行了研究，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧茶園管理系統(tǒng)能夠有效提高茶園的管理效率，具有一定的可推廣性。
目前茶葉加工正逐步過度到食品加工范疇，茶葉加工機(jī)械更靠近食品加工機(jī)械。參照食品加工機(jī)械，機(jī)械化水平可分為機(jī)械化階段、初級自動(dòng)化階段、自動(dòng)控制階段、數(shù)據(jù)化階段、智能化階段。我國現(xiàn)有茶機(jī)裝備總體上尚處于初級自動(dòng)化階段和自動(dòng)控制階段，個(gè)別單機(jī)、機(jī)組及少部分企業(yè)的生產(chǎn)線處于自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)化階段，全面數(shù)據(jù)化和智能化尚在研發(fā)起步階段。
2、茶機(jī)裝備相關(guān)技術(shù)取得長足進(jìn)步
茶機(jī)裝備技術(shù)的發(fā)展是茶機(jī)裝備研發(fā)和創(chuàng)新的基礎(chǔ)。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，近五年來茶葉加工領(lǐng)域發(fā)表論文近1200余篇，其中SCI 400余篇;取得國家發(fā)明專利185項(xiàng);獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，包括2020年安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)的“綠茶自動(dòng)化加工與數(shù)字化品控關(guān)鍵技術(shù)裝備及應(yīng)用”項(xiàng)目。
(1)數(shù)字化茶園管理技術(shù)初有成效
浙江大學(xué)王銀茂搭建了數(shù)字化茶園檢測系統(tǒng)，采集并記錄易于獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立了土壤養(yǎng)分水平與土壤電導(dǎo)率模型與白葉一號春茶開采期預(yù)測模型，建立了土壤氮素轉(zhuǎn)化模型。曲阜師范大學(xué)陳玉結(jié)合智慧茶園管理的實(shí)際需求，開發(fā)了基于Spring Cloud智慧茶園云管理平臺，搭建了系統(tǒng)的測試環(huán)境，針對系統(tǒng)環(huán)境信息采集精度、病蟲害圖像識別準(zhǔn)確度、智慧茶園云管理平臺的正常運(yùn)行三個(gè)主要問題，對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真測試，結(jié)果表明基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧茶園管理系統(tǒng)能夠有效提高茶園的管理效率，具有一定的可推廣性。
(2)加工裝備技術(shù)取得新進(jìn)展
新型萎凋(攤青)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)溫濕度空間分布更均勻;利用隧道式增溫加濕系統(tǒng)研制的發(fā)酵機(jī)環(huán)境溫度偏差≤1.5 ℃，濕度偏差≤5%;利用電磁與微波復(fù)合技術(shù)研制出組合式烏龍茶殺青裝備，能實(shí)現(xiàn)效率和品質(zhì)的雙提升;利用熱泵干燥技術(shù)研制出黑茶發(fā)花干燥設(shè)備，發(fā)花干燥時(shí)間可縮短6 d。發(fā)明熱傳導(dǎo)—熱對流耦合殺青、控濕遠(yuǎn)紅外提香等新技術(shù)，所制綠茶的色澤綠潤度、滋味鮮醇度、香氣馥郁度等明顯提升。同時(shí)，新技術(shù)、新能源不斷應(yīng)用于茶葉加工裝備上，高溫汽熱、電磁加熱等技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于殺青、干燥工序，促使茶葉加工向綠色、節(jié)能、安全、清潔方向發(fā)展。茶葉加工裝備技術(shù)的更新與發(fā)展，加快了茶葉裝備數(shù)字化的進(jìn)程。
(3)茶葉品質(zhì)即時(shí)測控技術(shù)有新的突破
品質(zhì)即時(shí)測控技術(shù)及裝備是現(xiàn)代茶機(jī)裝備的重要組成部分，亦是實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的“看茶做茶”到科學(xué)做茶的前置條件，是茶機(jī)裝備數(shù)字化的基礎(chǔ)。2021年5月，中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院唐小林團(tuán)隊(duì)完成了浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“便攜式多用途茶葉品質(zhì)快速檢測儀研發(fā)”，基于近紅外光譜、計(jì)算機(jī)視覺和電子鼻等技術(shù)，通過研究不同品種和不同等級鮮葉原料、茶葉加工過程關(guān)鍵控制點(diǎn)(綠茶殺青、紅茶發(fā)酵)的在制品以及不同等級成品茶(綠茶和紅茶)的品質(zhì)成分、色澤、外觀及香氣的變化，完成了近紅外茶葉品質(zhì)快速檢測模型建立，研制了便攜式茶葉品質(zhì)成分、特征香氣、色澤和形態(tài)圖像等三模塊快速檢測儀器，集成了茶葉品質(zhì)多模塊綜合決策系統(tǒng)和多用途快速檢測儀器，實(shí)現(xiàn)了茶葉檢測裝備的小型化、智能化和信息化。
江蘇大學(xué)陳全勝團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用NIRS技術(shù)接合非線性分析Si-ELM-AdaBoost混合指數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了對紅茶的發(fā)酵過程進(jìn)行在線檢測。以自動(dòng)化生產(chǎn)線機(jī)制的針芽形綠茶為研究對象，基于茶葉品質(zhì)、形成工藝和視覺形態(tài)等內(nèi)外因素，利用計(jì)算機(jī)圖像采集系統(tǒng)，構(gòu)建了外形品質(zhì)的智能感官評價(jià)方法。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)張正竹團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用近紅外光譜IS-NIR技術(shù)，結(jié)合GA-BP-ANN(遺傳算法—后向傳播算法—人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))算法實(shí)現(xiàn)了對127個(gè)國內(nèi)外紅茶湯色的智能評估。
3、茶葉裝備有所創(chuàng)新
由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)主持的“茶葉數(shù)字化品控關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備開發(fā)”課題，開發(fā)出茶鮮葉原料質(zhì)量分析儀、近紅外光譜無損檢測裝備等，可進(jìn)行鮮葉質(zhì)量登記、茶葉色香味形品質(zhì)的綜合評判，推動(dòng)了茶葉數(shù)字化品控和裝備的提升。過去幾年間，智能萎凋機(jī)、數(shù)控發(fā)酵機(jī)、電磁滾烘機(jī)等新設(shè)備被研制開發(fā)。開發(fā)自動(dòng)化做青機(jī)及智能控制系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了做青溫度、濕度、時(shí)間等精準(zhǔn)控制，以及自動(dòng)化作業(yè)，解決了勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題。將計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代儀器分析檢測技術(shù)、芯片技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用于茶機(jī)制造，使其操作可控、可視，逐步實(shí)現(xiàn)茶葉機(jī)械的自動(dòng)化、智能化。利用遠(yuǎn)紅外、高光譜成像技術(shù)再結(jié)合非線性建模方法可為綠茶的智能化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。在紅茶加工方面，對發(fā)酵機(jī)結(jié)構(gòu)、翻動(dòng)裝置和加熱部件等關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，研發(fā)了一體化全自動(dòng)發(fā)酵機(jī)、可視化富氧發(fā)酵機(jī)，解決了發(fā)酵溫濕度不穩(wěn)定、翻拌難、缺氧、發(fā)酵不均勻等問題。
安徽捷訊光電技術(shù)有限公司研發(fā)了一種云智能茶葉色選機(jī)，該色選機(jī)利用光譜分析技術(shù)聯(lián)用鷹眼技術(shù)、云技術(shù)相機(jī)、云圖像采集處理技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，可深度識別普通色選機(jī)不能識別的微小雜質(zhì)，并且能對茶葉的條形大小、長短、粗細(xì)及嫩度等精細(xì)分級。在物流倉儲環(huán)節(jié)，利用射頻識別(RFID)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)閱讀器與產(chǎn)品標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)通信，追溯茶葉生產(chǎn)信息以優(yōu)化供應(yīng)鏈管理。
4、自動(dòng)化生產(chǎn)線有了新的進(jìn)展
集成攤放、殺青、做形、干燥等高新設(shè)備，研建條形、芽形、扁形、卷曲形等綠茶精準(zhǔn)數(shù)控的自動(dòng)化加工生產(chǎn)線。自動(dòng)化生產(chǎn)線大幅提升了我國綠茶加工水平，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率顯著提升，所制綠茶的穩(wěn)定性和風(fēng)味品質(zhì)顯著提升。組建黑茶自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)黑茶加工的連續(xù)化、自動(dòng)化，產(chǎn)品穩(wěn)定性好、勞動(dòng)力需求少。研發(fā)白茶自動(dòng)萎凋和茶餅壓制等新裝備，集成白茶一體化生產(chǎn)線。
上述這些數(shù)字化新技術(shù)、新裝備的研發(fā)大多還只是小樣本和實(shí)驗(yàn)室階段，離產(chǎn)業(yè)化尚待時(shí)日。
03
茶機(jī)裝備數(shù)字化存在的問題
數(shù)字化農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，茶機(jī)裝備數(shù)據(jù)化是直接影響茶產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的關(guān)鍵，其迫切性尤為突出。然而從產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀看，存在制約茶機(jī)裝備數(shù)字化的瓶頸，還有一些問題亟待解決。
1、茶機(jī)與工藝融合低
近年來，茶機(jī)的原始創(chuàng)新少，茶葉品質(zhì)化學(xué)及加工工藝?yán)碚摰然A(chǔ)學(xué)科缺乏深入研究，學(xué)科之間缺乏交叉融合，能直接應(yīng)用于茶機(jī)新產(chǎn)品研發(fā)的科研成果不多。茶葉加工在線品質(zhì)感知、檢測及控制技術(shù)還處于研發(fā)階段，嚴(yán)重缺少可供生產(chǎn)應(yīng)用的在線即時(shí)檢測儀器、控制傳感器等，機(jī)械設(shè)備與工藝技術(shù)融合度不高。
2、設(shè)備運(yùn)行不夠精準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量低
茶園管理機(jī)械種類不齊全，有待研發(fā)。加工設(shè)備粗放，工藝參數(shù)受控度低，常規(guī)的一些技術(shù)參數(shù)如重量、溫度、濕度、風(fēng)量、風(fēng)壓等都很難做到精準(zhǔn)測量和控制，加之茶葉原料來源差異大，現(xiàn)有加工設(shè)備適應(yīng)范圍受限，不能做到自動(dòng)識別和自動(dòng)調(diào)節(jié)，操作設(shè)備時(shí)工藝參數(shù)調(diào)控基本還停留在憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)置層次。目前雖然有不少單機(jī)配置了PLC操作屏，但操作界面不夠友好，實(shí)際操作時(shí)大多數(shù)情況下要靠“猜謎”，調(diào)控費(fèi)時(shí)費(fèi)力。多數(shù)茶機(jī)設(shè)備沒有安全、科學(xué)、簡明、實(shí)用的使用說明書。
3、茶葉加工裝備數(shù)字化程度低
單機(jī)基本未實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制技術(shù)，對于工藝參數(shù)的調(diào)整主要靠操作人員知識與經(jīng)驗(yàn)儲備，缺乏對工藝參數(shù)的自動(dòng)化精準(zhǔn)控制，以及與光、電、氣等技術(shù)的高度融合。生產(chǎn)線整體處于初級自動(dòng)化和自動(dòng)化控制階段，柔性化程度低、投資大、設(shè)備利用率低，不能做到一機(jī)多用和一線多用，茶產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性有待提高。
4、茶機(jī)裝備的標(biāo)準(zhǔn)化程度低
目前，茶葉加工機(jī)械尚未建立完整的標(biāo)準(zhǔn)體系。茶機(jī)數(shù)量多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)2019年全國100個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)茶縣，共有茶機(jī)生產(chǎn)企業(yè)561家，其中有企業(yè)獨(dú)家生產(chǎn)的不同型號茶機(jī)多達(dá)200余種，但絕大多數(shù)茶機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度都很低。我國目前尚缺真正的標(biāo)準(zhǔn)化茶葉加工生產(chǎn)線，也沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本蒸青茶生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)水平。我國很多常用茶機(jī)的通用件基本不通用，更談不上標(biāo)準(zhǔn)化，茶機(jī)生產(chǎn)和維護(hù)成本居高不下。
04
推動(dòng)茶機(jī)裝備數(shù)字化之路徑
茶產(chǎn)業(yè)數(shù)字化是新時(shí)代的呼喚，茶業(yè)裝備數(shù)字化是手段，為加速實(shí)現(xiàn)茶機(jī)裝備數(shù)字化可通過如下路徑并采取相應(yīng)對策。
(1)把握新時(shí)代的歷史機(jī)遇，做好我國茶機(jī)裝備數(shù)字化發(fā)展頂層設(shè)計(jì)。全國性行業(yè)協(xié)會或各級政府主管部門應(yīng)首先做好行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，強(qiáng)化政策引導(dǎo)(如補(bǔ)貼政策、示范效應(yīng)等);其次有條件的茶區(qū)或省份要搭建好數(shù)字化公共平臺，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍;其三要倡導(dǎo)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化宣傳中，開展數(shù)據(jù)確權(quán)和數(shù)字化管理政策引導(dǎo)，提高數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識;要采取鼓勵(lì)政策，加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，引導(dǎo)生產(chǎn)方式的改變。
(2)加強(qiáng)關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)研究，夯實(shí)數(shù)字化基礎(chǔ)?？蒲性核c規(guī)模較大有實(shí)力的企業(yè)深度聯(lián)合，加強(qiáng)學(xué)科應(yīng)用基礎(chǔ)研究，提升原始創(chuàng)新能力;加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)突破。
(3)加快建立和完善我國茶機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系。標(biāo)準(zhǔn)化是數(shù)字化的重要基礎(chǔ)條件之一，要對我國現(xiàn)有茶機(jī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面梳理，有計(jì)劃有步驟建立和完善茶機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系，對一些成熟、通用性強(qiáng)的茶機(jī)要加快制定國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，要積極嘗試制定針對不同茶類加工的生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)，為茶機(jī)數(shù)字化創(chuàng)造條件。
(4)突出企業(yè)的主體地位，做好示范效應(yīng)。在茶機(jī)裝備數(shù)字化進(jìn)程中，要突出企業(yè)的主體地位，有實(shí)力的企業(yè)應(yīng)主動(dòng)謀劃好核心裝備或生產(chǎn)線的數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)研究和產(chǎn)品的原始創(chuàng)新。要建好示范基地，示范的重點(diǎn)要突出效果和效能，真正展現(xiàn)賦能增效。
(5)系統(tǒng)開展茶葉生產(chǎn)、加工全程數(shù)字化、智能化關(guān)鍵技術(shù)裝備研究，構(gòu)建茶園、茶葉、加工品質(zhì)和機(jī)械裝備的協(xié)同智能制造體系，減少對勞動(dòng)力的過度依賴，提高我國茶葉生產(chǎn)效能和數(shù)字化、智能化水平。
(6)加強(qiáng)專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)。當(dāng)前具有數(shù)字化專業(yè)知識的人才極其缺乏，也是困擾著眾多企業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的重要原因之一。企業(yè)要采取積極有效措施引進(jìn)和吸引高技能人才，要同科研院所聯(lián)手加大自身人才培養(yǎng)力度，加強(qiáng)數(shù)字化專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)，穩(wěn)定持續(xù)推進(jìn)茶業(yè)裝備數(shù)字化，進(jìn)而向茶產(chǎn)業(yè)數(shù)字化邁進(jìn)。
唐小林
中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究所黨委委員、紀(jì)委書記，正高級工程師，國家一級茶葉加工技師、一級評茶師，研究方向?yàn)椴枞~加工工藝及裝備。國家科技專家?guī)鞂＜遥憬C(jī)械制茶團(tuán)隊(duì)特派員首席專家，獲科技部通報(bào)表揚(yáng);中國茶葉學(xué)會茶機(jī)委員，浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會副主任委員。主持完成 “十二五”國家科技支撐計(jì)劃課題等省部級以上科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，主持完成國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)、獲國家發(fā)明專利12項(xiàng)、科技成果12項(xiàng)，多次獲浙江省委政府農(nóng)業(yè)科技先進(jìn)工作者、省科技進(jìn)步獎(jiǎng)、省農(nóng)機(jī)科技獎(jiǎng)等榮譽(yù)。
來源:中國茶葉加工
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