机电自动化技术在茶叶生产中的应用

李桂艳

(潍坊科技学院,山东寿光 262700)

茶叶是中国特色饮品之一。古往今来,中国人爱喝茶、更爱品茶,对茶叶的质量也有着极高的要求。随着对外贸易的发展,茶的出口额也逐年上涨,茶叶生产的数量、规模也在不断扩大。另外,机电自动化技术逐步引入农业生产,在节省人力资源、提高生产效率等方面具有一定优势。因此,科学家们提出了“以机械化代替人力劳动”。除此之外,把机电自动化技术应用于茶叶生产是大势所趋。研究发现,上世纪60年代开始,我国茶叶就开始尝试机械化生产。经过50余年的发展历程,机械化在改善茶叶生产方面具有一定经验,但是仍存在一些问题。另外,如何在茶叶生产领域结合机电自动化技术,成为当下重要的研究内容,目的是促进茶叶产业化长足发展。

1 机电自动化技术概括

1.1 机电自动化技术

目前,机电自动化技术应用广泛。比如,机械制造行业、煤炭开采行业、水力发电行业等等,尤其是重工业、电力行业,在茶叶行业应用较少。机电自动化技术主要依赖于计算机、电子信息、光学、微电子、感应技术等。科技辅助从而实现生产自动化、智能化的技术发展产物。机电自动化程序设计,主要是撰写流程代码和逻辑语言,并根据实践的生产流程作出适当调整。另外,机电自动化的难点是对数字信息的处理。

1.2 机电自动化技术优势

第一,机电自动化技术的自动、智能化。机电自动化的产生是为了取代人力劳动,因此融入了电子科技,使机械设备能够按照实现设定的编程代码,完成机械操作；第二,机电自动化技术的精确性优势。预先设定的编程代码能够使得机器设备,按照代码要求分毫不差的完成固定操作,高效率完成工作,而且产品质量有保证,减少产品在操作过程中失误率。第三,机电自动化技术的绿色环保的优势。机械自动化技术的应用能够在产品生产系统中,将生产环节中产生的废品、废气科学回收,从而减少排放,对生态环境的改善具有重要作用；第四,机电自动化技术的安全性优势。大规模的生产中可能对工作人员造成一定人身伤害,以机械取代人力,能够有效避免这些伤害,保障工作人员的安全。

2 茶叶生产的传统方法

2.1 茶叶生产具体环节

2.1.1 新鲜茶叶验收环节

茶叶验收环节是决定茶叶品质好坏初始环节,也是茶叶生产的第一步。新鲜茶叶又称茶青。对于新鲜茶叶来说,嫩度、匀度、净度以及新鲜度是茶青的四大选取标准。第一,嫩度是指根据茶叶采摘的时辰,对茶叶新鲜程度的做出的评价；第二,匀度是指同一批采摘的茶叶必须均匀,这是影响茶叶口感的重要因素；第三,净度是指茶青不含杂质的清洁程度；第四,新鲜度是指茶叶被采摘后没有发生颜色等的变化。

2.1.2 茶叶杀青环节

锅温、投叶量、杀青时间以及工艺是茶叶杀青的环节的四大评价指标。锅温控制一般为270℃-330℃,在此温度范围之内,茶叶不会发生焦黄,也不至红梗。另外,投叶量要受到锅温、茶叶鲜嫩程度以及杀青设备影响。杀青时间要根据锅温和投叶量而定。一般来说,杀青方法现今应用最广的滚筒式杀青机,与传统人工杀青相比,滚筒式杀青机效率高、节约成本。

2.1.3 茶叶烘干环节

烘干环节分为了三个主要过程,包含了二青、三青和熏干。烘干技术主要有全炒法、全滚法、滚炒法、炒滚法、烘炒以及滚法等,其中滚法应用较广泛。通过烘干来使茶叶中的水分蒸发、便于保存,还能够起到增加茶香的效果。

2.1.4 茶叶拣剔环节

茶叶拣剔是指完成茶叶初级加工之后的深加工环节,目的是为挑选出粗加工茶叶中,老梗、焦黄等质量不过关的茶叶。以确保茶叶的质量,并对茶叶进行等级划分,根据不同等级确定售价。

2.2 茶叶机械化生产技术缺陷

2.2.1 茶叶浪费严重,质量不高

茶叶机械化生产中,由于机械误差使机械生产出的茶叶报废率高,营养成分流失严重,造成资源的浪费。这一点在杀青环节中体现最明显。例如,传统茶叶小作坊生产过程中茶叶,常出现焦糊、红梗等问题,这对茶叶质量也造成严重影响。

2.2.2 茶叶生产机械老化,自动化水平较低

传统茶叶生产并没有形成一定的规模体系,小作坊生产较为常见。这样的弊端就是小作坊中茶叶生产设备较简单,技术含量不高,设备老化使得耗能较高。调查表明,当前市场上茶叶生产热能利用效率在45%-55%。

2.2.3 茶叶生产设备没有统一标准要求

茶叶的等级标准极为严格,但是茶叶生产设备却没有统一标准,有一些对人身体危害较大的重金属,也能够在机械生产的过程中进入人体,对人体健康造成不良影响。此外,茶叶生产设备的型号分类也没有明确标准。

3 机电自动化技术在茶叶生产中的应用策略

3.1 在茶叶生产系统的应用

茶叶生产系统包括以下三个方面：首先,生产系统平台的选取,其中又包括两个部分,一部分是软件编程的编写以及调用,另一部分是硬件资源如微处理器、内存等的高效运行；其次,机电自动化技术的集成开发,主要是指DSP处理器、存储设备、以及ARM核的组合,并以此建立标准化函数库；最后,机电自动化技术的设备构成,包括自动化生产的开发工具套件、自动化生产软件、自动化处理器系统以及生产技术支持。机械标准不统一,不利于机电自动化技术的应用,此类问题须得到解决,以便利用机电自动化对信息数据收集、处理功能,对茶叶生产设备进行联网监测,确保数据在合理范围之内。另外,机电自动化技术要与茶叶厂的实际情况相结合,根据茶叶生产的数量、规模进行网络信息系统设计,要根据茶厂的年生产量以及生产种类进行科学计算,以确定在各个环节的生产设备的类型,只有这样才能实现效益最大化。

3.2 机电自动化技术在茶叶生产环节中的应用

3.2.1 新鲜茶叶验收环节应用

机电自动化技术通过遥感技术,对茶叶生长过程进行动态监测,通过电脑图像处理可以对茶叶进行等级分类。茶青的验收主要是通过自动流水线采集茶叶图像,根据量化标准进行科学评估,从而进行等级划分。量化参数值主要是RGBL差异。这在很大程度上,可以避免了由人工筛选造成的主观失误,使得茶青在验收环节就能保证品质。

3.2.2 茶叶杀青环节应用

机电自动化技术还可以在杀青过程中,对茶叶烘烤温度进行智能化处理,从而使茶叶质量都得不到保证。主要是对投叶量、茶青以及初试温度的数据收集后,在系统中自动计算出杀青时间并且严格控制锅温。对温度变化情况实现动态监测,并可以形成曲线变化图。每一次的生产数据都可以存储于数据库中,供技术人员随时调取以参考。

3.2.3 茶叶烘干环节应用

在烘干环节中,耗能情况最为严重。机电自动化技术在此环节中的应用,主要是通过依赖于BASIK编程的数学模型,对环节中的热系数预先设定。对叶片温度以及烘干温度采取模糊控制功能,处理数据并反馈到系统中,随后进行温度调节,实现茶叶烘干温度、湿度的稳定性,减少能源消耗。

3.2.4 茶叶拣剔环节应用

茶叶生产在经过茶青验收、杀青、烘干的粗级加工后,还要进行拣剔环节的深加工,目的是为了将茶叶挑拣进行挑拣,实现茶叶产品的等级分类。机电自动化技术应用在拣剔环节,就是通过电脑图像采集功能,对茶叶颜色、形态以及重量的量化分析,降低人工拣剔中工作效率低、失误等问题发生的概率。拣剔环节中,要预先设定拣剔标准以及检测变量,可以忽视温度、湿度等因素。此外,该环节还要重点关注的问题就是除尘。

4 结论

综上所述,茶叶生产的数量和规模在不断的扩大,现有的生产模式不能实现最大化效益,而机电自动化技术在茶叶生产领域的应用,能够有效解决这一问题。基于此,利用机电自动化技术、微电子技术等,建立机电自动化系统的数学模型,对茶叶生产的环节进行量化设定。不仅能够提高茶叶生产效率,而且还能减少资源、能源的浪费和消耗。除此之外,在实际应用中,还需解决如何提高茶叶生产质量,如何使自动化生产应用于小型茶厂等。这些问题仍需要不断探索,并找到解决方案。

[1]李德全.茶叶加工机械标准化建设的现状和对策[J].农业装备技术,2007（ 33）:13-15.

[2]谢日星,胡蓉珍.计算机智能化平台在茶叶生产全过程中的应用分析[J].福建茶业,2015（ 6）:34-35.

[3]王增盛,刘仲华,施兆鹏.计算机模式识别法在茶叶品质评定中的应用[J].几计算机与应用化学,2012(1):35-40.