粮仓机械未来发展方向的思考*

董德良 李晓亮 余鹏彪 王 跃 王 松 张圃滋 李 月

(1 中储粮成都储藏研究院有限公司 610091)(2 中国储备粮管理集团公司 100039)

目前，我国粮仓机械行业快速发展，装备总量快速增加，粮食进出仓效率有一定提高，但是装备整体制造水平参差不齐，自动化、智能化水平仍然较低。未来的发展方向中，在自动化、智能化作业的需求契机下，为实现粮仓机械领域“信息感知、定量决策、智能控制”的目标，将重点开展基于先进制造、人工智能、工业互联网等技术的高效进出仓作业等突出任务，整体提升粮食仓储行业粮仓机械科技水平。

1 粮仓机械科技创新应用现状

1.1 目前粮仓机械科技研发及应用现状

粮仓机械是转变粮食储运方式、提高生产力的重要基础。目前我国粮仓机械科技研发和制造水平稳步发展，设备机械化、自动化比例持续提高，高效环保和自动化趋势在粮仓机械领域逐渐显现，各类型号、各种功能的粮仓机械广泛地应用于粮食进出仓的各个环节，行业整体呈现类型规格多样、市场欣欣向荣的态势。同时，国家在粮仓机械领域的投入逐年加大，并积极引导行业从业人员推进科技创新活动，粮仓机械高效化、自动化设计理念得到了一定发展，粮仓机械市场也出现了从单一功能到组合设备，从手动化设备到自动化机器的升级改造，加快了行业自主创新的步伐[1]。

但另一方面，由于粮仓机械行业整体起步晚、技术水平落后，粮仓机械生产仍然存在傻大笨粗、功能单一、标准参差不齐、信息化智能化程度低、粉尘和噪音污染大等问题，并且还有一些仓储作业环节如包粮装卸、平仓、仓房清扫等需要大量的人工。因此，提高粮仓机械自动化、智能化、环保化水平成为推动我国粮仓机械产业高质量发展的必经之路。

1.2 国外相关领域技术发展情况

在工业4.0浪潮带动下，智能化、可视化相互融合的研发理念已经是国外先进粮机制造企业生产和管理的发展方向。

1.2.1 国外产品已形成规模大型化产业 大产量、大功率、可移动性强的输送装备已经是市场主流[2]，例如国外的吸粮仓机械单机产量最大已达到1000 t/h，带式输送机最大运量已达5500 t/h。

1.2.2 国外对产品质量把关严、产品可靠性高 国外企业产品着重可靠性、寿命等方面研究，在输送带抗拉强度、接头强度等方面优势明显，托辊和减速器等关键部件寿命较长。

1.2.3 国外产品充分考虑安全性等技术要求 大多粮仓机械均设计有成熟的输送保护与检测方案，产品的安全性、人性化设计受到足够重视，多项安全设计标准已经成为行业的硬性规定。

1.2.4 新型复合材料、新结构设计方法、新外观设计理念完全渗透于产品生产制造和运用的各个环节 例如高分子材料和新型复合材料广泛用于产品覆盖件，整体外观设计感更强；在设计方法中增加动态分析与监测等技术，控制系统更加完善。

1.3 我国粮仓机械科技创新情况

近年来我国粮仓机械的产品自主研发能力得到了一定的增强，面对国内粮食在收储方面遇到的难题，虽然一些科研机构开展了相关的技术创新研究，但是粮仓机械自主创新主要依靠企业，在我国，除少数龙头粮仓机械企业有自主研发团队并具有一定的研发能力外，大部分企业普遍存在生产规模小、研发能力弱、核心竞争力缺乏等问题，行业整体自主创新能力严重不足。

同时，虽然一些企业通过技术改造能自主提升机械制造水平，但是大多数企业仍停留在相互仿制层面，加之普遍存在资金匮乏、装备落后、缺乏严格标准规范等问题，我国粮仓机械在基础理论、关键核心技术创新、设备标准化方面的研究仍然不够，这些都影响着我国整体科研水平的提高。

2 粮仓机械未来发展趋势

2.1 粮仓机械产业发展趋势

目前，我国基层粮食收储企业装备现代化程度不高，收储现场粉尘飞扬、噪音大，对环境不友好，社会人口老龄化加剧，在人力资源日益紧张、粮源日趋复杂的情况下，产业发展受到明显束缚。面对此形势，在下一阶段的科技创新中，我国粮仓机械产业的需求趋势主要体现在三个方面。

2.1.1 自动化、智能化等先进技术需求增加 随着新技术研究需求增加，在生产作业自动逐步代替人工的趋势下，关键收储机械生产工艺会更加精进，自动化设备、智能化机器人的研究与应用需求会更加旺盛，粮仓机械设备安全性、环保性、可靠性方面的考虑会更加体现。

2.1.2 配套仓储装备与技术需求增加 随着技术升级需求增大，面向未来人们消费升级与消费多元化，优质原粮、中高端初加工粮油产品将逐步加大市场占比，也迫切需要配套相关仓储装备与技术升级。

2.1.3 龙头企业、研发平台、相关人才需求增加 市场急需一批有品牌、有规模、有影响的示范标杆企业，同时粮食行业应成立大型粮仓设备研发平台、精良设备制造平台、对口销售平台，积极培养粮食机械设备设计、制造人才。

2.2 粮仓机械科技创新的需求趋势

在粮食产业朝着绿色环保、可持续、高质量发展的趋势下，粮仓机械在未来会向着“产量大型化、功能集成化、装备标准化、作业自动化、信息数字化、管理智能化”的方向迈进。

2.2.1 产量大型化 近年来，由于超高大平房仓越来越普遍，大产量的进出仓设备需求越来越大。目前市场上已经出现了输送量300 t/h的移动带式输送机和作业量200 t/h的移动式液压翻板卸粮装备，大型机械对减轻劳动强度、降低人工成本具有重要推动作用，是今后粮仓机械规模化发展的必然趋势。

2.2.2 功能集成化 粮仓机械的功能集成主要体现在软硬件、多功能的融合，甚至需要考虑与其他学科的集成，实现装备一机多用，做到技术集成、系统集成。

2.2.3 装备标准化 包括设备参数标准化和操作流程标准化。在设备上研发适应发展需要的标准化设备，实现设计、制造和零配件三统一，逐步解决粮仓设备种类规格多、配件和数据接口不统一、工艺参数参差不齐等问题。在操作流程上制定统一的工艺标准，做到作业流程合理、规范、标准化。

2.2.4 作业自动化 依托先进的自动化技术，在粮仓机械的设备开发上，开发一系列代替人工的自动化进出仓设备，在装卸车转运、粮食清理除杂、进出粮仓等关键环节实现全自动化。

2.2.5 信息数字化 在工业互联网、5G、传感器等技术支撑下，实现进出仓作业线的设备互联互通，实现设备状态信息和作业信息的全自动检测，让设备管理全程可追溯。

2.2.6 管理智能化 实现设备智能化和设备管理智能化。实现设备智能进出仓作业，实现设备维护管理主动化。

2.3 粮仓机械科研及组织发展趋势

2.3.1 粮仓机械研究基地将会逐步建立 依托高校、科研院所、龙头企业和相关领域合作机构等，结合机械制造、人工智能、粮食储运等多学科专业特点，建立一批对粮食储运行业的科技进步具有明显推动作用的研究基地，提升粮仓机械整体工程化能力。

2.3.2 粮仓机械相关科技信息平台将会逐步搭建 结合互联网技术和大数据，整合国内外粮仓机械行业关键科技信息，包括研究成果、最新产品和相关论文专利等，将平台建立成信息沟通、产业转化的支持体，推动行业的科技信息进步。

2.3.3 与粮仓机械产业相关的创新联盟和孵化器等将会加快发展 推动龙头粮仓机械企业与高等院校和科研院所共同组建产业技术的创新联盟，推动优秀粮仓机械企业自主建立研发机构，加快行业技术孵化。

3 粮仓机械未来研究重点

3.1 粮仓机械基础研究重点

3.1.1 粮仓机械相关的先进传感器运用基础研究 粮仓机械的智能化主要依靠先进的传感器技术，在传统粮食机械机电一体化技术的基础上，运用先进传感、智能控制、工业互联网等信息技术，使传统粮仓机械具备一定的作业环境现场感知、作业状态实时监测、作业过程自适应调控、能够自动导航、按需精准变量作业和远程运维能力，使传感技术在粮流大小、粮食水分在线检测、物料状态、风选风速、设备转速、原粮杂质等方面取得突破。

3.1.2 基于先进制造的粮仓机械先进制造方法研究 将先进设计、制造技术和方法运用于粮仓机械制造，运用Solidworks、Creo、ANSYS、ADAMS等先进设计工具，构建一套完善的数字虚拟设计、动态分析与仿真、标准程序加工装配、调试与完善的产品开发线，规范从样机到产品的管理方法，构建标准设计方法和标准零部件库等。

3.1.3 粮仓机械标准体系研究 制修订与粮仓机械设计制造、维护管理等密切相关的基础标准、技术标准和管理标准。一是基础标准，包括制定粮仓机械领域术语、水平评价和机械匹配标准，二是技术标准，制定制造工艺、能耗、运维等标准；三是安全管理等管理标准。通过一系列标准的制定，基本建立起符合行业实际的粮仓机械标准体系，满足行业发展需要。

3.1.4 基于工业互联网的粮仓机械数据通讯和存储标准研究 按照智能化粮仓机械建设思路，为防止出现各设备“数据”杂乱、大量数据浪费、可追溯性差等问题，按照标准化的建设理念，将进出仓关键机械的数据信息统一布局，开展制定统一的数据通讯协议和数据存储等标准的基础研究，实现信息整合与共享，打破信息孤岛，将已有企业标准上升到国家标准，通过打造检验检测云平台、互联网+和传统制造业结合的手段实现各类数据追溯和质量控制，以高起点研发新型智能化粮仓机械设备。

3.2 粮仓机械应用技术创新研究重点

3.2.1 绿色高效平房仓进出仓的技术创新研究 基于高效、可靠、环保、扩展性高的输送技术研究。重点针对影响进出仓关键作业的大型机械，如装仓机、补仓机、输送机和扒谷机等。在工业4.0的全球化背景契机下，充分发挥智能制造优势，结合粮仓机械行业的实际情况，以平房仓进出仓高效作业为目标，利用先进的自动化技术，开展粮食在进出仓环节自动化的探索，将运动学及动力学、工业机器控制、工业机器人环境感知技术、工业机器人的编程语言等技术手段与粮食作业特点结合，研发粮食储运领域各适应环节的自动化装备。利用神经网络和深度学习等人工智能技术，实现高效转运和自动化进出仓，实现真正的无人化进出仓作业。

3.2.2 浅圆仓进出仓装备绿色智能化升级 研发浅圆仓粮食进仓多点智能分级设备、数控均匀布粮设备、机械化安全清仓设备等，研究浅圆仓粉尘爆炸综合防范与治理技术，提升整体浅圆仓进出仓装备绿色升级。

3.2.3 绿色高效智能清理装备研发 积极开展粉尘浓度传感器技术等相关研究，探索智能喷雾降尘等技术，研发智能粉尘在线监测系统、智能环保清理筛等智能清理装备，对粮库进出仓作业各尘源点的粉尘浓度实时在线监测，加强粮库劳动保护，提高整体智能化清理水平。

3.2.4 绿色高效智能烘干装备研发 开展绿色高效智能烘干技术研究和装备研发，研究热质传递规律，建立有效的热传导模型，开展粮食干燥设备数字化、信息化、智能化新技术研究，提高设备干燥质量和效率，增强干燥设备稳定性、可靠性和安全性，降低故障率。

3.2.5 粮仓机器人的开发 开展平仓、登高、输送、翻粮、清扫、空仓消毒、熏蒸投药、扦样、巡航等环节机器人的探索，跨行业跨领域整合粮食机器人研发技术，将运动学及动力学，工业机器控制，工业机器人环境感知技术，工业机器人的编程语言等技术手段与粮食作业特点结合，研发粮食储运领域各适应环节的机器人装备。

3.2.6 粮仓机械作业监控平台开发 工业互联网在设备巡检和作业管控中的技术创新研究。依托工业互联网技术特点，结合5G通信、云存储和高性能计算机，实现各个粮仓机械设备状态巡检和设施作业管控，让作业场景做到数据化、信息化、智能化，提高粮食进出仓场景中的工作效率，降低成本。在设备维护方面，通过粮仓设备间互联互通，获取设备数据，实现自动监控各设备运行状态，确保进出仓作业安全，保证质量和效率最大化。在作业管控方面，利用可视化技术，智能检测分析作业是否符合安全规范，提升作业规范性。

3.2.7 优质包装粮油仓储装备的研发 开展优质包装粮油相关的仓储技术及设备研发，重点展开装卸、搬运、堆垛自动化和智能识别等研究，提高包装粮进出仓效率，降低物流成本。同时，推动粮油包装规格尺寸统一标准，使之与各环节物流设施设备相匹配，提高包装粮油仓储整体标准化水平。

4 相关支撑措施

一是强化政策协调指导，完善相关支撑政策。二是加强金融政策的扶持，提高宏观调控能力。三是完善长效合作机制，推动龙头企业与高校、科研院所开展各种形式的合作，形成产学研联盟，加快相关成果转化。四是加强人才和平台建设，鼓励高质量人才向企业聚集，探索高效灵活的人才引进、培养政策，培养在粮仓机械领域的先进制造、人工智能等应用型人才。