<nav id="aa4ea"><nav id="aa4ea"></nav></nav>
  • <td id="aa4ea"><option id="aa4ea"></option></td>
  • <option id="aa4ea"><kbd id="aa4ea"></kbd></option>
  • <td id="aa4ea"><kbd id="aa4ea"></kbd></td>
    網站地圖網站地圖 在線留言在線留言 返回首頁返回首頁 歡迎光臨山東鑫誠智能工程有限公司官方網站!
    山東鑫誠智能工程有限公司官方

    全國服務熱線:

    15376567296
    行業動態

    食品智能制造技術研究進展

      智能制造是制造技術與數字化技術、智能技術及新一代信息技術的交叉融合,是未來食品制造的必然發展趨勢。作者從食品智能設計與優化、食品生產智能管控、食品制造裝備智能化等方面綜述并展望了智能制造技術在食品工業中的現狀及發展趨勢,以期為食品智能制造在食品工業發揮更大的作用,引領食品工業跨入智能發展新階段提供參考。

      智能制造(Intelligent Manufacturing,IM)是指由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統,它在制造過程中能進行諸如分析、推理、判斷、構思和決策等智能活動?!肮I4.0”的提出及隨之各國的“再工業化”國家戰略核心都是通過建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式,重點發展以智能制造技術為核心的先進制造業,為此以智能制造為代表的先進食品制造技術也必然成為是未來食品產業的發展方向。

      食品智能制造即圍繞智能制造的感知、決策、控制及執行一體化特征,結合食品制造特點及技術瓶頸,以食品制造數據服務為中心,從食品智能設計、生產智能管控、制造裝備智能化等方面全面突破食品智能制造技術的研究與應用,從而實現管控全面信息化、作業高度自動化、決策智能化(見圖1)。通過智能制造組織改進的食品生產將實現3方面優化,即:(1)信息流優化,包括在線檢測、工業互聯、數據集成、數字模型、優化設定和精準控制,實現質量全流程管控、一體化計劃調度等;(2)能量流優化,包括余熱余能高效回收利用、多能源介質之間高效轉化、物質能量協同優化等;(3)物質流優化, 包括食品加工工序及全流程物流網絡優化等,從而實現最優化和最高效食品生產,應對人口日益增長、資源不斷緊缺和勞動力成本持續上升的食品產業挑戰。


      1、食品數字化設計和工藝優化設計

      產品研發設計是食品制造的基礎,工藝技術的研發和優化是智能制造產業鏈設計和加工過程控制的關鍵環節。近年來,數字化技術已廣泛應用于工業領域的產品和工藝設計中,但針對復雜食品體系以及多環交互的食品加工過程,數字化設計和優化技術的應用尚處于起步階段。

      食品數字化設計即根據食品加工過程的物理、化學和生物變化的基本理論,建立復雜食品體系或者加工過程中組分、結構、品質與加工工藝參量之間相互關聯的模型,主要包括食品品質和食品結構的表達模型、食品加工過程的模擬仿真及優化等。食品數字化設計可以將加工過程的熱量、動量、能量平衡等工藝參數與食品從微觀到宏觀的結構、產品質構和理化特性相互連通,從而更精準地表征食品品質和加工變化的過程,為食品加工過程的精準控制提供基礎。從食品的結構層面看,大多數食品為復雜多組分、多結構、多界面體系,其分子運動在宏觀上呈現出晶態、玻璃態、高彈態、粘流態等多相態特征。食品物理結構和機械性能方面的品質變化通??梢杂肳illiams -Landel -Ferry(WLF)、Einstein、Eilers等動力學方程數值擬合建模。近年來的研究表明,基于無網格的3D粒子空間架構在模擬結構變形、多相現象和復雜物理性質方面的優越性,如Rathnayaka等運用其更真實地預測了3D細胞結構形態變化(見圖2)。Wijerathne等提出一種新的粒度多尺度數值模型,用于預測干燥過程中食用植物組織的體積水平(宏觀尺度)變形。同時有限元等也不斷地應用于食品的表征中,如Karunasena等使用光滑粒子流體動力學(SPH)和離散元法(DEM)建模,通過將其近似為不可壓縮的牛頓流體來模擬黏性細胞原生質(細胞液)。但由于食品的多元性和復雜性,目前仍沒有較好的模型來揭示組分間的分子鏈聚集態與聚集組裝行為,以及從食品組分微結構變化函數映射到整體品質變化的方法。從食品的加工過程分析,主要是基于“三傳一反”理論,將復雜的加工過程簡化為最基本的動量、能量、質量傳遞和化學反應,目前常采用COMSOL、ANSYS等商用有限元軟件進行模擬仿真,能解決很多實驗手段受到限制情況下的參數(如全場速度、溫度、濃度等)分析,以及粒子追蹤等常規實驗無法解決的問題;除此之外,通過模擬仿真可以相較于實驗手段經濟、快速、便捷地確定各種最優參數,從而指導制造過程的優化,達到品質最優、能耗最低、效率最高等多種目的。熱殺菌一直是食品加工過程中能耗水耗較大,且對食品最終品質影響較大的一個工序。劉東紅等模擬了液態食品、金槍魚罐頭等對象的靜置、傾斜、旋轉等運動形式熱殺菌過程,揭示了液態罐頭食品溫度冷點與F值位置有所差異,開發了仿真平臺對罐頭食品熱殺菌過程進行工藝優化。啤酒發酵是一個高度復雜的化學反應,Rodman等開發了一種模擬退火(SA)算法,目標函數以乙醇的最大化以及批次時間的最小化,明確限制二乙?;鸵宜嵋阴舛?,在溫度控制在預期范圍內時,可將批處理時間減少15h。

      隨著數字化技術的發展,數字孿生(Digital Twin,DT) 技術作為綜合利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據,集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射的數字化手段,已在汽車、輪船、航空航天、精密裝備制造等領域開展原型設計、工藝設計、工程設計等方面的數字化設計實踐(見圖3)。未來在食品制造領域,利用數字孿生技術打造映射物理空間的虛擬食品車間、食品數字工廠,推動物理實體與數字虛體之間數據雙向動態交互,根據賽博空間的變化及時調整食品加工制造工藝、優化生產參數,提高生產效率。


      2、食品生產智能管控

      生產智能管控是指對產品生產流程進行集成管理和控制,實現生產過程高度自動化,主要包括:智能單元排產及調度、生產過程智能管控、實時監控、智能數據采集等關鍵技術,集中表現就是具有自感知、自組織、自決策的智能控制系統。

      整體設備效能(Overall Equipment Effectiveness,OEE)可用于評估制造業運行的效能,即可用性、性能和質量效率,現發展為衡量制造業生產力的黃金標準。目前,OEE已成為半導體制造中的必需定量工具。鑒于其優勢,其他行業也紛紛采用OEE來提高資產利用率,并定制適合其特定行業特征和要求的程序。Zennaro針對一家行業領先飲料企業的飲料裝瓶生產線進行了研究,從公司的需求出發,確定生產線的關鍵控制點并評估其對OEE的影響。通過應用成本績效指數(Cost Performance Indicator,CPI)進行飲料行業詳細微觀停機時間數據收集和統計分析,并將其用于構建支持改進活動的模擬模型。該研究揭示了自動化生產系統中減少停機時間對減低OEE的重要性,其所開發的統計分析方法還可用于進一步研究特定機器的可靠性與整個生產線的可靠性之間的關系。Rodrigues 和Cabral針對一些預算和人力資源有限、無法安裝和運行復雜自動化數據收集和計算系統的食品企業,介紹了一種適用于改進食品加工行業連續性的方法。該研究使用從包裝生產線收集的數據來模擬整個裝置的效率,提出了一種基于OEE幾何特性的啟發式方法,以定義應針對哪些參數來制定改進計劃。此外,研究還顯示了OEE與收益之間的關系,從而可以計算出改進連續性流程的商業影響。研究表明:對在商業食品加工單元中收集的數據分析使得通過評估包裝設備的性能來確定效率損失的主要原因成為可能,并可確定將OEE從53.9%提高到74.1%的改進策略;通過實施這種策略,預計可使凈收入增加88%。


      3、食品制造裝備智能化

      智能制造裝備是指具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備,它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。

      基于工業物聯網(Industrial Internet of Thing,IIOT)技術可以實現在裝備中融入具有感知、監控能力的傳感器和控制器,繼而實時采集數據,并智能分析、移動通信以實現裝備的智能化轉變。DESAI等人設計發明了一種基于IIOT技術的智能加熱系統,包含加工、通信和其他信息技術組件,可遠程監視和控制以及各種增值功能和服務。Krones公司的ReadyKit系統采用自身傳感器,可將與控制系統無關的包裝生產線無損連接到IIOT中。北美的Rockwell公司幫助乳制品加工企業Agropur 實施了一個集成的控制和信息系統,可訪問實時生產數據,從而消除了手動數據收集并改善了設備綜合效率。

      未來隨著仿生技術、傳感技術、微電子技術、人工智能技術等發展,多技術集成,且具有自我運動規劃、多軸聯動、自主動作執行的新一代食品柔性制造系統值得進一步探索。此外,通過自主感測以及可伸縮的納米導電材料,創制柔軟、可伸縮、可隨意變形、可感知外在環境因子、肌肉運動等優勢的柔性化機器人, 更能適應食品加工不同工序的需要。


      4、展望

      當前在各種新型檢測和加工技術、智能制造技術和數據分析技術等的支持下,食品產業正逐漸向智能化轉型。隨著物聯網、大數據、云計算、工業機器人等技術在食品工業中的應用,構建高效節能、綠色環保、柔性精準的智慧工廠將是未來食品智能制造的終極目標。


    來源:中國肉類機械網

    [返回]   
    上一篇:沒有了!
    国产综合网,欧美色综合|午夜精品久久久久久|国产精品大胸女上在线观看|久久久久久精品无码专区
    <nav id="aa4ea"><nav id="aa4ea"></nav></nav>
  • <td id="aa4ea"><option id="aa4ea"></option></td>
  • <option id="aa4ea"><kbd id="aa4ea"></kbd></option>
  • <td id="aa4ea"><kbd id="aa4ea"></kbd></td>