當(dāng)今世界正處于百年未有之大變局中，各行各業(yè)也正面臨前所未有的挑戰(zhàn)和機遇，競爭日趨激烈，甚至白熱化。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字化賦能效果日顯突出，主要表現(xiàn)在連接、智能和分析三種能力的快速提升，即產(chǎn)品能以數(shù)字化的形式呈現(xiàn)(如一品一碼)，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)跨越了線上線下的障礙;通過利用信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)制定智能化措施，提高了資源配置的科學(xué)性效率;利用大智云移(大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng))等為企業(yè)生產(chǎn)加工、產(chǎn)品推廣銷售等提供計算分析支持。
數(shù)字化農(nóng)業(yè)正在快速走來，茶業(yè)是農(nóng)業(yè)的組成部分，在邁進(jìn)數(shù)字化茶業(yè)的進(jìn)程中，茶業(yè)裝備數(shù)字化是全產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的重要一環(huán)，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
01
茶機裝備數(shù)字化的目標(biāo)與任務(wù)
· 數(shù)字化亦稱數(shù)據(jù)化，包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、計算和應(yīng)用，是指將各類復(fù)雜多變的信息，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)據(jù)，并加以處理和應(yīng)用的過程。
· 數(shù)字農(nóng)業(yè)是用數(shù)字化技術(shù)，按人們需要的目標(biāo)，對農(nóng)業(yè)所涉及的對象和全過程進(jìn)行數(shù)字化和可視化的表達(dá)、設(shè)計、控制和管理。
· 數(shù)字化茶業(yè)是對茶產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈及全過程進(jìn)行數(shù)字化和可視化的表達(dá)、設(shè)計、控制和管理，為充分運用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，實現(xiàn)茶產(chǎn)業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型創(chuàng)造基本條件，從而實現(xiàn)賦能增效，推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
茶機裝備涉及整個茶產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，其技術(shù)和裝備水平在很大程度上代表了整個產(chǎn)業(yè)的水平。所以茶機裝備數(shù)字化水平基本決定了茶業(yè)數(shù)字化水平。茶機裝備數(shù)字化的目標(biāo)是為茶產(chǎn)業(yè)數(shù)字化服務(wù)，為茶葉一二三產(chǎn)賦予更現(xiàn)代化的手段，進(jìn)一步拓展茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間，引領(lǐng)市場，為更多的消費者創(chuàng)造全新的需求價值和全新的服務(wù)感受。
茶機裝備數(shù)字化的任務(wù)是逐步做到全產(chǎn)業(yè)鏈(茶園管理、加工、銷售、服務(wù)、管理)中涉及的全部茶機生產(chǎn)設(shè)備儀器的軟硬件各類相關(guān)聯(lián)信息數(shù)字化，并對數(shù)據(jù)的權(quán)屬、應(yīng)用和再開發(fā)、創(chuàng)新進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，建立行業(yè)自律規(guī)則。
02
茶機裝備數(shù)字化狀況分析
1、茶機裝備整體概況
茶機裝備本質(zhì)上看包含硬件和軟件兩大部分，硬件是技術(shù)的載體，技術(shù)則是實現(xiàn)其特定作業(yè)功能的核心。我國茶機裝備整體上是歸屬農(nóng)業(yè)機械，大致可分為茶園管理作業(yè)機械和加工機械。
在茶園管理方面，對茶園土壤養(yǎng)分水平與開采期的數(shù)字化預(yù)測進(jìn)行了研究，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧茶園管理系統(tǒng)能夠有效提高茶園的管理效率，具有一定的可推廣性。
目前茶葉加工正逐步過度到食品加工范疇，茶葉加工機械更靠近食品加工機械。參照食品加工機械，機械化水平可分為機械化階段、初級自動化階段、自動控制階段、數(shù)據(jù)化階段、智能化階段。我國現(xiàn)有茶機裝備總體上尚處于初級自動化階段和自動控制階段，個別單機、機組及少部分企業(yè)的生產(chǎn)線處于自動控制和數(shù)據(jù)化階段，全面數(shù)據(jù)化和智能化尚在研發(fā)起步階段。
2、茶機裝備相關(guān)技術(shù)取得長足進(jìn)步
茶機裝備技術(shù)的發(fā)展是茶機裝備研發(fā)和創(chuàng)新的基礎(chǔ)。據(jù)初步統(tǒng)計，近五年來茶葉加工領(lǐng)域發(fā)表論文近1200余篇，其中SCI 400余篇;取得國家發(fā)明專利185項;獲國家科技進(jìn)步二等獎2項，省部級科技獎一等獎2項，包括2020年安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)的“綠茶自動化加工與數(shù)字化品控關(guān)鍵技術(shù)裝備及應(yīng)用”項目。
(1)數(shù)字化茶園管理技術(shù)初有成效
浙江大學(xué)王銀茂搭建了數(shù)字化茶園檢測系統(tǒng)，采集并記錄易于獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立了土壤養(yǎng)分水平與土壤電導(dǎo)率模型與白葉一號春茶開采期預(yù)測模型，建立了土壤氮素轉(zhuǎn)化模型。曲阜師范大學(xué)陳玉結(jié)合智慧茶園管理的實際需求，開發(fā)了基于Spring Cloud智慧茶園云管理平臺，搭建了系統(tǒng)的測試環(huán)境，針對系統(tǒng)環(huán)境信息采集精度、病蟲害圖像識別準(zhǔn)確度、智慧茶園云管理平臺的正常運行三個主要問題，對系統(tǒng)進(jìn)行實驗和仿真測試，結(jié)果表明基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧茶園管理系統(tǒng)能夠有效提高茶園的管理效率，具有一定的可推廣性。
(2)加工裝備技術(shù)取得新進(jìn)展
新型萎凋(攤青)技術(shù)可實現(xiàn)溫濕度空間分布更均勻;利用隧道式增溫加濕系統(tǒng)研制的發(fā)酵機環(huán)境溫度偏差≤1.5 ℃，濕度偏差≤5%;利用電磁與微波復(fù)合技術(shù)研制出組合式烏龍茶殺青裝備，能實現(xiàn)效率和品質(zhì)的雙提升;利用熱泵干燥技術(shù)研制出黑茶發(fā)花干燥設(shè)備，發(fā)花干燥時間可縮短6 d。發(fā)明熱傳導(dǎo)—熱對流耦合殺青、控濕遠(yuǎn)紅外提香等新技術(shù)，所制綠茶的色澤綠潤度、滋味鮮醇度、香氣馥郁度等明顯提升。同時，新技術(shù)、新能源不斷應(yīng)用于茶葉加工裝備上，高溫汽熱、電磁加熱等技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于殺青、干燥工序，促使茶葉加工向綠色、節(jié)能、安全、清潔方向發(fā)展。茶葉加工裝備技術(shù)的更新與發(fā)展，加快了茶葉裝備數(shù)字化的進(jìn)程。
(3)茶葉品質(zhì)即時測控技術(shù)有新的突破
品質(zhì)即時測控技術(shù)及裝備是現(xiàn)代茶機裝備的重要組成部分，亦是實現(xiàn)從傳統(tǒng)的“看茶做茶”到科學(xué)做茶的前置條件，是茶機裝備數(shù)字化的基礎(chǔ)。2021年5月，中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院唐小林團隊完成了浙江省重點研發(fā)計劃項目“便攜式多用途茶葉品質(zhì)快速檢測儀研發(fā)”，基于近紅外光譜、計算機視覺和電子鼻等技術(shù)，通過研究不同品種和不同等級鮮葉原料、茶葉加工過程關(guān)鍵控制點(綠茶殺青、紅茶發(fā)酵)的在制品以及不同等級成品茶(綠茶和紅茶)的品質(zhì)成分、色澤、外觀及香氣的變化，完成了近紅外茶葉品質(zhì)快速檢測模型建立，研制了便攜式茶葉品質(zhì)成分、特征香氣、色澤和形態(tài)圖像等三模塊快速檢測儀器，集成了茶葉品質(zhì)多模塊綜合決策系統(tǒng)和多用途快速檢測儀器，實現(xiàn)了茶葉檢測裝備的小型化、智能化和信息化。
江蘇大學(xué)陳全勝團隊?wèi)?yīng)用NIRS技術(shù)接合非線性分析Si-ELM-AdaBoost混合指數(shù)，成功實現(xiàn)了對紅茶的發(fā)酵過程進(jìn)行在線檢測。以自動化生產(chǎn)線機制的針芽形綠茶為研究對象，基于茶葉品質(zhì)、形成工藝和視覺形態(tài)等內(nèi)外因素，利用計算機圖像采集系統(tǒng)，構(gòu)建了外形品質(zhì)的智能感官評價方法。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)張正竹團隊?wèi)?yīng)用近紅外光譜IS-NIR技術(shù)，結(jié)合GA-BP-ANN(遺傳算法—后向傳播算法—人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))算法實現(xiàn)了對127個國內(nèi)外紅茶湯色的智能評估。
3、茶葉裝備有所創(chuàng)新
由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)主持的“茶葉數(shù)字化品控關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備開發(fā)”課題，開發(fā)出茶鮮葉原料質(zhì)量分析儀、近紅外光譜無損檢測裝備等，可進(jìn)行鮮葉質(zhì)量登記、茶葉色香味形品質(zhì)的綜合評判，推動了茶葉數(shù)字化品控和裝備的提升。過去幾年間，智能萎凋機、數(shù)控發(fā)酵機、電磁滾烘機等新設(shè)備被研制開發(fā)。開發(fā)自動化做青機及智能控制系統(tǒng)等，實現(xiàn)了做青溫度、濕度、時間等精準(zhǔn)控制，以及自動化作業(yè)，解決了勞動強度大的問題。將計算機技術(shù)、現(xiàn)代儀器分析檢測技術(shù)、芯片技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用于茶機制造，使其操作可控、可視，逐步實現(xiàn)茶葉機械的自動化、智能化。利用遠(yuǎn)紅外、高光譜成像技術(shù)再結(jié)合非線性建模方法可為綠茶的智能化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。在紅茶加工方面，對發(fā)酵機結(jié)構(gòu)、翻動裝置和加熱部件等關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計，研發(fā)了一體化全自動發(fā)酵機、可視化富氧發(fā)酵機，解決了發(fā)酵溫濕度不穩(wěn)定、翻拌難、缺氧、發(fā)酵不均勻等問題。
安徽捷訊光電技術(shù)有限公司研發(fā)了一種云智能茶葉色選機，該色選機利用光譜分析技術(shù)聯(lián)用鷹眼技術(shù)、云技術(shù)相機、云圖像采集處理技術(shù)等多項技術(shù)，可深度識別普通色選機不能識別的微小雜質(zhì)，并且能對茶葉的條形大小、長短、粗細(xì)及嫩度等精細(xì)分級。在物流倉儲環(huán)節(jié)，利用射頻識別(RFID)技術(shù)可實現(xiàn)閱讀器與產(chǎn)品標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)通信，追溯茶葉生產(chǎn)信息以優(yōu)化供應(yīng)鏈管理。
4、自動化生產(chǎn)線有了新的進(jìn)展
集成攤放、殺青、做形、干燥等高新設(shè)備，研建條形、芽形、扁形、卷曲形等綠茶精準(zhǔn)數(shù)控的自動化加工生產(chǎn)線。自動化生產(chǎn)線大幅提升了我國綠茶加工水平，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率顯著提升，所制綠茶的穩(wěn)定性和風(fēng)味品質(zhì)顯著提升。組建黑茶自動化生產(chǎn)線，實現(xiàn)黑茶加工的連續(xù)化、自動化，產(chǎn)品穩(wěn)定性好、勞動力需求少。研發(fā)白茶自動萎凋和茶餅壓制等新裝備，集成白茶一體化生產(chǎn)線。
上述這些數(shù)字化新技術(shù)、新裝備的研發(fā)大多還只是小樣本和實驗室階段，離產(chǎn)業(yè)化尚待時日。
03
茶機裝備數(shù)字化存在的問題
數(shù)字化農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，茶機裝備數(shù)據(jù)化是直接影響茶產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的關(guān)鍵，其迫切性尤為突出。然而從產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀看，存在制約茶機裝備數(shù)字化的瓶頸，還有一些問題亟待解決。
1、茶機與工藝融合低
近年來，茶機的原始創(chuàng)新少，茶葉品質(zhì)化學(xué)及加工工藝?yán)碚摰然A(chǔ)學(xué)科缺乏深入研究，學(xué)科之間缺乏交叉融合，能直接應(yīng)用于茶機新產(chǎn)品研發(fā)的科研成果不多。茶葉加工在線品質(zhì)感知、檢測及控制技術(shù)還處于研發(fā)階段，嚴(yán)重缺少可供生產(chǎn)應(yīng)用的在線即時檢測儀器、控制傳感器等，機械設(shè)備與工藝技術(shù)融合度不高。
2、設(shè)備運行不夠精準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量低
茶園管理機械種類不齊全，有待研發(fā)。加工設(shè)備粗放，工藝參數(shù)受控度低，常規(guī)的一些技術(shù)參數(shù)如重量、溫度、濕度、風(fēng)量、風(fēng)壓等都很難做到精準(zhǔn)測量和控制，加之茶葉原料來源差異大，現(xiàn)有加工設(shè)備適應(yīng)范圍受限，不能做到自動識別和自動調(diào)節(jié)，操作設(shè)備時工藝參數(shù)調(diào)控基本還停留在憑經(jīng)驗設(shè)置層次。目前雖然有不少單機配置了PLC操作屏，但操作界面不夠友好，實際操作時大多數(shù)情況下要靠“猜謎”，調(diào)控費時費力。多數(shù)茶機設(shè)備沒有安全、科學(xué)、簡明、實用的使用說明書。
3、茶葉加工裝備數(shù)字化程度低
單機基本未實現(xiàn)數(shù)字化控制技術(shù)，對于工藝參數(shù)的調(diào)整主要靠操作人員知識與經(jīng)驗儲備，缺乏對工藝參數(shù)的自動化精準(zhǔn)控制，以及與光、電、氣等技術(shù)的高度融合。生產(chǎn)線整體處于初級自動化和自動化控制階段，柔性化程度低、投資大、設(shè)備利用率低，不能做到一機多用和一線多用，茶產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性有待提高。
4、茶機裝備的標(biāo)準(zhǔn)化程度低
目前，茶葉加工機械尚未建立完整的標(biāo)準(zhǔn)體系。茶機數(shù)量多，據(jù)不完全統(tǒng)計2019年全國100個重點產(chǎn)茶縣，共有茶機生產(chǎn)企業(yè)561家，其中有企業(yè)獨家生產(chǎn)的不同型號茶機多達(dá)200余種，但絕大多數(shù)茶機企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度都很低。我國目前尚缺真正的標(biāo)準(zhǔn)化茶葉加工生產(chǎn)線，也沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本蒸青茶生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)水平。我國很多常用茶機的通用件基本不通用，更談不上標(biāo)準(zhǔn)化，茶機生產(chǎn)和維護(hù)成本居高不下。
04
推動茶機裝備數(shù)字化之路徑
茶產(chǎn)業(yè)數(shù)字化是新時代的呼喚，茶業(yè)裝備數(shù)字化是手段，為加速實現(xiàn)茶機裝備數(shù)字化可通過如下路徑并采取相應(yīng)對策。
(1)把握新時代的歷史機遇，做好我國茶機裝備數(shù)字化發(fā)展頂層設(shè)計。全國性行業(yè)協(xié)會或各級政府主管部門應(yīng)首先做好行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，強化政策引導(dǎo)(如補貼政策、示范效應(yīng)等);其次有條件的茶區(qū)或省份要搭建好數(shù)字化公共平臺，逐步擴大應(yīng)用范圍;其三要倡導(dǎo)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化宣傳中，開展數(shù)據(jù)確權(quán)和數(shù)字化管理政策引導(dǎo)，提高數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識;要采取鼓勵政策，加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，引導(dǎo)生產(chǎn)方式的改變。
(2)加強關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)研究，夯實數(shù)字化基礎(chǔ)。科研院所要與規(guī)模較大有實力的企業(yè)深度聯(lián)合，加強學(xué)科應(yīng)用基礎(chǔ)研究，提升原始創(chuàng)新能力;加強協(xié)同創(chuàng)新，實現(xiàn)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)突破。
(3)加快建立和完善我國茶機標(biāo)準(zhǔn)體系。標(biāo)準(zhǔn)化是數(shù)字化的重要基礎(chǔ)條件之一，要對我國現(xiàn)有茶機標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面梳理，有計劃有步驟建立和完善茶機標(biāo)準(zhǔn)體系，對一些成熟、通用性強的茶機要加快制定國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，要積極嘗試制定針對不同茶類加工的生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)，為茶機數(shù)字化創(chuàng)造條件。
(4)突出企業(yè)的主體地位，做好示范效應(yīng)。在茶機裝備數(shù)字化進(jìn)程中，要突出企業(yè)的主體地位，有實力的企業(yè)應(yīng)主動謀劃好核心裝備或生產(chǎn)線的數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)研究和產(chǎn)品的原始創(chuàng)新。要建好示范基地，示范的重點要突出效果和效能，真正展現(xiàn)賦能增效。
(5)系統(tǒng)開展茶葉生產(chǎn)、加工全程數(shù)字化、智能化關(guān)鍵技術(shù)裝備研究，構(gòu)建茶園、茶葉、加工品質(zhì)和機械裝備的協(xié)同智能制造體系，減少對勞動力的過度依賴，提高我國茶葉生產(chǎn)效能和數(shù)字化、智能化水平。
(6)加強專業(yè)人才隊伍建設(shè)。當(dāng)前具有數(shù)字化專業(yè)知識的人才極其缺乏，也是困擾著眾多企業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的重要原因之一。企業(yè)要采取積極有效措施引進(jìn)和吸引高技能人才，要同科研院所聯(lián)手加大自身人才培養(yǎng)力度，加強數(shù)字化專業(yè)人才隊伍建設(shè)，穩(wěn)定持續(xù)推進(jìn)茶業(yè)裝備數(shù)字化，進(jìn)而向茶產(chǎn)業(yè)數(shù)字化邁進(jìn)。
唐小林
中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究所黨委委員、紀(jì)委書記，正高級工程師，國家一級茶葉加工技師、一級評茶師，研究方向為茶葉加工工藝及裝備。國家科技專家?guī)鞂＜?，浙江省機械制茶團隊特派員首席專家，獲科技部通報表揚;中國茶葉學(xué)會茶機委員，浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點實驗室學(xué)術(shù)委員會副主任委員。主持完成 “十二五”國家科技支撐計劃課題等省部級以上科研項目10余項，主持完成國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項、獲國家發(fā)明專利12項、科技成果12項，多次獲浙江省委政府農(nóng)業(yè)科技先進(jìn)工作者、省科技進(jìn)步獎、省農(nóng)機科技獎等榮譽。
來源:中國茶葉加工
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