机器人在家禽加工中的应用趋势

张 宁

（吉林省艾斯克机电集团有限公司 吉林 四平 136000）

《中国青年报》的一篇文章评论：国际金融危机爆发之后，发达国家掀起了“新工业革命”热潮，开始从“去工业化”向“再工业化”转变。“再工业化”有人称之为 “机器人革命”，就是用机器人替代人。美欧力图重新拿回那些“低利润环节的制造业”，并通过政治、经济、外交、军事、贸易等手段的综合运用，打组合拳，抢占国际市场。美欧的“再工业化”以及智能机器人的应用，已经发出信号，新一轮科技革命正处于大爆发的前夜[1]。

目前，机器人主要应用在汽车制造行业[1]，正逐步向其它行业渗透，如服装行业，包装行业[2]，猪肉加工项目[3]等。家禽加工属于劳动密集型产业，目前，整个家禽业已经进入到了“微利”时代[4]，员工费用是对总体生产成本影响最大的因素之一[5，6]，欧美发达国家在肉鸡屠宰加工的关键环节，已经应用了机器人智能化系统[7，8，9]，我国的家禽加工业也将掀起“再工业化”以及应用智能机器人的热潮。

1 家禽加工工艺

家禽屠宰加工是一个系统工程，涉及到种禽、孵化、饲养、环保等诸多方面，运转链条长，各环节关联度高，一环扣一环，一个环节的变化将对后续的环节产生很大影响[10]。

家禽屠宰加工工艺初步分为：活禽卸载、宰杀沥血、浸烫脱毛、掏膛、内脏及副产品加工、预冷、分割、包装、速冻、换装、冷藏等工艺区段[11]。

2 应用机器人的必要性

2.1 减少基础设施投入

由于家禽加工属于操作技巧性行业，雇佣员工多，培训时间长。为了保障大量员工的正常工作，企业需要提供良好的基础设施，包括车间的生活区、员工宿舍、食堂、娱乐场所、交通工具等。这些设施必须依照法规进行布局和设计，辅助工程项目增加，占地面积增大，往往总体工程项目需要几年才能达到生产规模[5，6，11]。应用机器人将大大减少员工数量，缩短工程项目建设周期和投资回收期，相应减少了投资费用。

2.2 员工安全有保障

在家禽加工车间内，输送设备遍布于每一个工段[11]，输送设备将操作人员分割在各个工作区，由于人多，遇有火灾等紧急情况时，撤离困难，每年都有人员伤亡的事件发生。采用机器人，车间人员减少，人流、物流通畅，有助于人员迅速撤离。

家禽加工的工人，刀不离手，疲劳工作容易发生自伤情况，时刻危及员工安全。手工操作变成机械操作，工人只需要进行一些辅助性工作，实现人机良好配合，降低了劳动强度和危险系数；同时，自动化设备的采用，对于改善加工车间环境也有显著效果，能够有效保护劳动者的健康不受环境的影响[12]。

2.2 提高食品安全性

大量的劳务人员来自于不同地区，多数来自于落后地区，甚至来自于落后国家。人员流动性大，健康状况复杂，健康检查控制困难。

员工遍布于各个工区，每天进入车间时需要消毒，工作时需要定时消毒和卫生清理，去卫生间后需要消毒，员工的服装、鞋帽都需要清洗和消毒，这些不但影响工作，而且使危害分析和关键控制点（HACCP）和卫生标准操作程序（SSOP）控制难度加大[9，13]。

应用机器人将上述控制变为简单，可以将生产车间的温度降至更低，提高食品安全性。

2.3 机器人更适合恶劣环境

家禽加工车间，劳动环境差，温度低，湿度大，对工人的要求严格[5，6]：

⑴站立作业时间长；

⑵对噪音不能太敏感；

⑶不能有幽闭恐惧症；

⑷对人工光照不能太敏感；

⑸不能晕血，能接受处理羽毛、脂肪、胆汁和粪便的工作；

⑹能接受地面湿滑、地板可能残留油脂和血液的工作环境；

⑺能熟练使用剪刀、刀子和研磨工具等。

在条件恶劣的环境中，工人工作时会感到不适和倦怠，这将影响他们的工作效率，降低每位工人在单位时间内的加工数量。解决办法是确保工作区域的所有方面都考虑周全，包括高度、照明、噪音和污染[5，6]。应用机器人，只需考虑局部人员操作位置，使工艺设备布局更加合理流畅，更重要的是解决了招工难问题。

2.4 降低运行成本

按照国家法律，必须保障员工的福利和公民权利。这需要为员工支付大笔费用，这些费用包括：⑴工资、保险、培训费和辅助时间消耗的损失费等；⑵每年消耗的操作器具：如刀具，砧板等工具；⑶劳动保护：比如防护眼镜、面罩、帽子、靴子和围裙等；⑷配套设施的用水、燃料和管理人员费用等；⑸为了保障员工的工作热情，除了为他们提供必须的物质条件之外，还要满足他们的精神需要，如进行一系列的宣传活动和文化活动[5，6]。

采用自动化设备能够将劳动力缩减至原先的一半左右，大大降低了劳动成本的支出。以一个1 万只/小时的肉鸡加工厂为例，员工从1300名可以减少至400名，同时，占地面积、土建投资等费用也能得到有效缩减[12]。

2.5 减少“自动化孤岛”

由于受工艺、技术、设备等诸多因素的影响，在相当长的一段时间内，各区段设备之间衔接不顺畅，存在不同程度的 “自动化孤岛”问题，自动化设备仅仅是在局部提高了生产效率，而不能实现真正意义上的全程自动化，如果在这些节点应用机器人，将改善家禽加工的“自动化孤岛”问题，真正实现各区段流水线之间的信息化传递[4，12，14]。

3 机器人应用实例

机器人在家禽加工方面的关键环节已经得到应用。荷兰的Stork 公司、Meyn 公司和丹麦的Linco 等公司在家禽加工方面都具有先进的技术[12]。

几年前，美国乔治亚州立大学和农业研究服务署的研究组，以及Vendee Concept公司的研究人员，在活鸡传输、肉品分份、包装装载、清洗等方面进行了一系列研究，取得了可喜成果。他们采用计算机可视、智能抓取、自动悬挂等先进技术，大大提高了生产效率，并且改善了产品质量。其中Delta Calibra robot分份机，分份数量可以达到每分钟110 份[4，15]。

近几年，美国的禽肉加工企业在设备方面加大了投资力度，特别在分割加工设备上的投资尤为明显，希望通过设备投入提高生产效率，在现有的基础上增加更多的效益。如Yield Plus 公司的自动化计量和分配系统， Rapid HQ 公司的自动胸骨剔除机，使生产工人操作更容易，生产效率更高[14]。

目前，机器人开发的热点集中在智能剔骨方面。

Stork 公司广泛宣传其FHF-XB /Sensor-X 智能切片解决方案。这套系统采用了X 光扫描技术和智能切片技术。FHF-XB 自动剔骨系统将禽胴体剔骨后进行切片，切片产品皮朝上并排放入两个单道输送带上，切片被Sensor-X扫描，自动校正摆放位置，将大于2mm 的带骨切片分离并返回重新修正，然后再次Sensor-X扫描。这套设备优势：产品厚度一致，高产量、高品质，高出成率，占地空间小，操作简单，维护成本低。双轨型产量可达每分钟150 片蝴蝶胸[16，17]。

Meyn 公司也在大力宣传其去骨机[18]。

美国乔治亚州研究院(GTRI)的研究人员在自动去骨工艺上做了大量的研究工作。研制出“智能切割和剔骨系统”机器人。该系统由一个2 轴切割机械臂和一个6 轴鸡胴体固定机械臂组成。视频系统对鸡胴体进行探测，固定臂将鸡送到切割臂的位置。运用3D 成像技术，将信息反馈到传感器，然后自动调整刀锋位置，精确地去除鸡胴体上的骨头。他们对鸡的形体结构进行了深入研究，基于3D 分析系统，根据鸡胴体的形态特征进行统计计算分析，通过外部测量得到的数据，能够很好地匹配鸡胴体的内部结构，因此能够实现理想的切割路径，不论鸡胴体的体积大小都能够进行精准分割，同时很大程度地减少了碎骨残留在成品肉的概率[19]。

继GTRI 之后，日本Maye kawa 公司也推出了去骨机器人，每小时可处理1000 只鸡，相当于替代4 个工人操作[19]。

随着美国“泰森”、“嘉吉”等国际著名公司进入中国，推动了中国家禽加工业的技术进步，肉鸡屠宰加工能力已经达到13500只/h，先后引进了30条自动掏膛生产线，有3 条自动分割生产线也投入了使用。国内的“艾斯克”公司也不甘示弱，也推出了自主品牌的自动掏膛生产线。在这些自动生产线中，机器人扮演着重要的角色。

4 机器人应用前景

当前恶劣的全球经济环境下，很多企业对新设备的投资持谨慎态度，只有机器人行业例外，与其它行业呈现出低迷状况恰恰相反，在机器人行业，新设备的投资前景乐观，经济低迷的确放大了企业生产效率的重要性。企业兴奋的发现寻求成本最低化，机器人已经成为提高效率，减少劳动成本最快捷的途径之一[20]。2010 年美国机器人销售势头强劲，共销售13174 台[21]。2010 年我国进口机器人2.34 万台，同比增长130%；2011 年进口机器人3.8 万台，同比增长62%。预计“十二五”期间，中国市场对工业机器人的需求将有一个井喷式的发展，需求量每年将以15%~20%的速度增长[1]。

在《肉类工业“十二五”发展规划》中，明确提出 “着力提高我国肉类加工装备国产化率和整体发展水平，改变自主创新能力弱、技术装备水平低、成套性和稳定性差等现状”，“重点开发高效成套屠宰设备”。

机器人非常适合劳动密集、环境恶劣的家禽加工行业，它将大幅度提升家禽加工产品质量和工作效率，将给家禽加工这个微利行业带来新的生机。自动化设备及机器人的应用，将为我国禽肉加工企业减少1 /3 的土地占用面积、减少1 /3 的土建投资、节省50%的人员，一个大型工厂每年可以节约几百万的运行费用[10]。

目前，ABB、FANUC、KUKA 等公司的机器人，已经进入了家禽加工领域[19，22，23]，这些机器人供应商同家禽加工企业合作，运用一系列先进技术和手段，如超声波、耐热、可视、3D、激光及生物技术[14，24]，使机器人得到更加广泛的应用[4]。

智能自动化系统在家禽加工行业是一次变革性创新[14]，一场系统化、智能化的技术革命浪潮正席卷而来，这场发生在家禽业的变革不仅会促进家禽业的发展，更重要的是实现家禽加工业的全面进步[4]。

[1] 众石.机器人会杀死中国制造？[N] .中国青年报，北京： 2012-07-10.

[2] 童上高. 机器人在无人化包装方案中的重要角色[J].现代制造-现代物流，2012，2：14.

[3] Norman Dunn.机器人主导世界顶级的猪肉工厂[J].国际肉食，2003，9：23-25.

[4] 吕玲. 禽产品自动化加工技术发展趋势 [J]. 中国家禽，2008，30，5：29-33.

[5] Eduardo Cervantes Lopez. Poultry processing-attention to detail and cost control [J]. Poultry International，2012，51 6：30-33.

[6] Eduardo Cervantes Lopez. Poultry processing and the importance of staff performance [J]. Poultry International，2012，51 （7）：42-45

[7] 徐幸莲，王虎虎.我国肉鸡加工业科技现状及发展趋势分析[J]. 食品科学，2010，31 （7）：1-5.

[8] 自动化降低成本[J]. 国际食品加工及包装商情，2002，4：12-14.

[9] 满足禽肉加工商需求[J]. 国际食品加工及包装商情，2002，4：14-16.

[10] 张奎彪.中国家禽屠宰加工技术及装备在“十二五”期间的发展目标［J］.肉类工业，2011，2：8-10.

[11] 张宁. 变频调速技术在家禽加工输送设备上的应用[J].包装与食品机械，2013，1：31-33.

[12] 孙卉.中国禽肉加工的自动化问题[J].国际家禽，2012，1/2：14-18.

[13] 严燕，史卫军. 浅谈HACCP 在出口冷鲜禽肉屠宰加工中的应用[J].现代预防医学，2010，37（23）：4428-4430.

[14] Gary Thornton. Intelligent automation to offer processing safety, safety efficiency [J].Watt Poultry USA，2010，11 （11）：8-10.

[15] Vendee Concept. Vendee Concept Delta Calibra robot[J]. Poultry International，2012，51 （8）：38.

[16] Stork.Integrate your process[J].World Poultry，2011，27 （6）：51.

[17] Marel Stork Processing. FHF-XB /Sensor-X 智能解决方案 [J].Insight-Stork Poultry Processing，2011，5：10-13.

[18] Meyn. Meyn Rapid HQ deboner[J]. Poultry International，2008，47 （12）：25.

[19] LYNN PETRAK. At the speed of automation [J]. Meat&Poultry，2012，58（11）：6-69.

[20] 机器人革命[J].现代包装，2010，1，1/2：40-42.

[21] 机器人技术大展拳脚[J].工业机器人，2012，6：12-13.

[22] Peter Best. Washable robots for poultry processing[J]. Poultry International，2008，10：20-24.

[23] 安全高效的包装诞生于自动化设备[J].现代包装，2010，8：44-45.

[24] 顾硕.智能化是工业机器人的发展方向[J].自动化博览，2012，9：82-85.