人工智能在胡椒机械加工装备技术升级中的研究进展

张 园，李明福※，李玉林，葛 畅，李 明，2，罗文杨，余国艳，谭光宇

（1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.农业部热带作物机械质量监督检验测试中心，湛江 524091；3.中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，湛江 524091；4.广东海洋大学，湛江 524088 ）

人工智能在胡椒机械加工装备技术升级中的研究进展

张 园1，李明福1※，李玉林1，葛 畅1，李 明1，2，罗文杨3，余国艳4，谭光宇4

（1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.农业部热带作物机械质量监督检验测试中心，湛江 524091；3.中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，湛江 524091；4.广东海洋大学，湛江 524088 ）

本文结合胡椒生产装备的工艺流程，从胡椒采收、脱粒、清洗、分级、脱皮及分选等工艺上阐述了人工智能在胡椒加工与生产机械装备技术中的应用进展情况，总结分析了人工智能在胡椒机械加工技术升级中的不足及难点，并依据以上情况对人工智能在胡椒机械加工技术升级应用中的趋势进行了分析，提出了胡椒产业发展的美好蓝图。

胡椒 装备升级 人工智能 趋势

0 引言

20世纪80年代，中国热带农业科学院农业机械研究所开始胡椒初加工技术的研究，制定了农业行业标准《胡椒》 （NY/T 455—2001）和《胡椒初加工机械通用技术条件》 （NY/T 736—2003）指导胡椒的生产，提出了白胡椒初加工工艺流程：脱粒（机械法）→去梗（机械法）→青熟果分选→浸泡（池泡）→洗涤（机械法）→晒干→除杂（机械法）→分级（机械法）。目前胡椒初加工机械装备的研发与技术升级主要围绕以上流程展开。

人工智能引入到胡椒机械加工装备技术升级中的形式表现在，通过部分技术升级改造，实现加工机械的部分功能智能化，并运用智能技术解决各种实际问题，从而使得升级后的装备更灵活、更好用、更精准和高效，最终通过技术延伸，实现整个加工工艺智能化[1，2]。

智能化是胡椒生产加工和椒农生活中的又一个特征，是胡椒机械加工行业发展的必然趋势。现代胡椒加工产业的发展已离不开信息技术的支持，人工智能可贯穿于胡椒机械生产的各个环节，并以其独特的技术优势提升产业的技术水平，具体表现在实现智能化动态管理、在恶劣环境中持续生产、精准控制与检测以及进一步提高劳动效率和减轻劳动强度等[3-12]。

1 人工智能在胡椒机械加工与生产中的应用进展

1.1 胡椒采收

胡椒智能化采收是产前阶段的重要工作之一，是实现适时、适量及效益估算的重要前提。在采收环节中应用传感器及机械视觉技术，能够有效地把握采收的时机，实现精准采摘以减少浪费。机器人替代人工收获亦可减轻劳动强度和改善工作环境，甚至对胡椒品种鉴别及种类评估发挥指导作用。人工智能在此环节的应用将显著提升胡椒机械加工技术升级的影响力。

1.2 胡椒脱粒

为解决人工分离胡椒果与果梗增加劳动力成分，效率低，损害部分胡椒果，且杂质必须经过二次清洁等问题，印度芒格洛尔圣约瑟夫工程学院的Binu利用摩擦盘式结构，精准提供脱粒过程中所需的速度以实现减少对胡椒果的损害；泰米尔纳德邦农业大学的学者通过保持进料速度和精准控制脱粒机构间隙，解决了二次加工和提升脱粒质量等问题；中国热带农业科学院农业机械研究所和海南大学的研究人员分别通过喂料量与脱离速度和振动速度联动解决因脱粒机堵塞损伤胡椒果的问题。

1.3 胡椒清洗

智能监测技术用于清洗经浸泡处理后的白胡椒，通过控制水流量在磨檫圆筒中的的摩擦力大小和实现多次流量的重复使用，以减少环境污染和使白胡椒被没有任何物理伤害的清洗出来。

1.4 胡椒分级

脱粒后的胡椒果中会混有果梗、石头和土壤颗粒等杂质。清洗和分级是提高农产品价值和帮助实现更高回报的基本操作。戈尔丁工程公司通过精准尺寸测量和密度识别技术，去除灰尘、秸秆、果梗以及石头等杂质以达到分级效果。国内的相关研究机构通过定量控制带有气旋和风扇的前后抽风系统循环工作以实现精准分级。

1.5 胡椒脱皮

越南Vina Nha Trang工程公司在软黑胡椒脱皮机螺旋运输系统内通过智能温控喷淋系统，以达到湿法脱皮的效果。印度泰米尔纳德邦农业大学的V.thirupathi教授通过智能检测技术与精准控制联动，在胡椒果粒成熟度不同、种类及外形尺寸有差异时改变刀片与外侧带孔圆筒之间的间隙，解决了胡椒果损伤率较大等问题。中国热带农业科学院农业机械研究所和海南大学等研究人员亦在积极探索精准力学控制和智能驱动在脱皮机中的应用，并取得了一定的研究进展。

1.6 胡椒分选与包装

农业科研人员把人工智能中的系统技术应用到分选与包装技术中，它可以替代相关的工艺设计者，模拟分选思维和给出恰当的决策，通过相关系统指令的设定，以完成根据不同的消费者习性对胡椒果种类、成熟度、数量及色泽等进行区分并包装成不同的模式。人工智能系统的应用将直接针对消费者个体，更好的指导胡椒消费市场的行为。

1.7 胡椒机械装备可靠性

随着加工制造技术从自动化向智能化趋势的发展，机械精准控制、机械视觉技术、智能控制系统、故障诊断及处理、质量可靠性评估等智能化技术必将逐步应用于胡椒机械装备技术升级中。相应的推理与知识获取技术、智能控制、功能模拟等人工智能技术亦将更好地指导胡椒加工机械装备继续升级。

2 人工智能在胡椒机械加工技术升级中的不足及难点分析

人工智能应用于胡椒机械加工装备技术升级中，将会提高生产的效益，将胡椒生产及加工产业带入数字和信息化时代，是现代农业产业的必然发展方向。但在智能化历程还不够远的今天，面临胡椒加工机械装备技术自动化程度还不够高的现实，智能化离我们期待的目标还有一定的距离[13-17]。

与此同时，随着各项研究工作的不断深入，人工智能与胡椒机械加工装备技术矛盾也被逐步暴露出来。首先，人工智能的技术还不够完善，还不能广泛地应用于胡椒机械加工装备技术中，例如：人工智能可应用于胡椒机械加工装备技术中的程度还较低，目前，只能机械性地代替人工做一些简单的工作，要替代人工进行实际的生产尚需相当长的一段时间。其次，胡椒生产及加工工艺的整个周期较

长、知识获取涉及因素多，而相关智能软件系统的研制，需要经过长期的实践和应用，从成功解决某些专门领域的问题到解决系统的问题耗时较长，理论体系的发展成熟也需要经过实践的长期检验。再次，胡椒产业较其他大宗作物产业而言，所能投入的人、财、物等各项条件有限，加之，社会关注度还较低，想要人工智能更好地应用于胡椒产业，而脱离硬件设施投入一切将成为空谈。

3 人工智能在胡椒机械加工技术升级应用中的趋势分析

纵观人工智能在传感、通讯、计算、控制等技术领域取得的长足进步，我们可以预见，经过相关科研人员的长期涉入，其在胡椒机械加工技术升级中发挥的作用也将日益显著[18]。

目前人工智能技术在相关领域的研究工作大多从应用的观点先行出发，这种专一的、有针对性的研究工作，在某些方面已经完成了不少的工作。借鉴于人工智能所发挥的良好研究进展趋势，相信胡椒机械加工技术的发展也必将经历从单一智能到整体智能，从局部智能到系统智能的一个过程，详见图1。

图2 人工智能在胡椒机械加工技术升级中的应用模式

4 结语

人工智能技术的研究者们，他们正在通过努力，完成一个有一个出色的智能化动作，我们可以相信人工智能在胡椒机械加工技术升级中的未来是十分美好的。它能够更好地服务和改善椒农生活，带来巨大的社会经济效益。在它的引领下，胡椒生产与加工产业将迈向数字和信息化的崭新时代。借助其技术优势来提高胡椒生产与加工的经济效益，是全面实现胡椒产业现代化、智能化、信息化的必由之路。

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Research Progress of Artificial Intelligence in Pepper Processing Equipment Upgrading

Zhang Yuan1，Li Mingfu1※，Li Yulin1，Ge Chang1，Li Ming1，2，Luo Wenyang3，Yu Guoyan4,Tan Guangyu4
(1.Tropical Agricultural Machinery Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Zhanjiang 524091,China;2.The Center of Quality Supervision and Testing for Tropical Agriculture Machinerye,Zhanjiang 524091,China;3.South Subtropical Craps Research Institute Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Zhanjiang 524091,China;4.Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088,China)

This paper expatiated on research progress of artificial intelligence in pepper processing equipment upgrading from harvesting， threshing， cleaning， grading， peeling and sorting， summarized the deficiency and difficulty， and according to the above， analyzed the trend.

pepper;equipment upgrading;artificial intelligence;trend.

中国热带农业科学院院本级基本科研业务费专项资金（1630062014024）；海南省自然科学基金项目（312044）

张园（1984-），男，助理研究员，主要研究方向：热带农业装备与工程，E-mail：agrizy@gmail.com

※通讯作者：李明福（1966-），男，副研究员，主要研究方向为热带农产品加工装备与工程，E-mail：limingfu378@163.com