乡村振兴背景下茶叶加工装备智能化发展研究

乡村振兴背景下茶叶加工装备智能化发展研究

邝金凤

浙江工业职业技术学院

乡村产业振兴是在传统农业发展的基础上，注重促进农业现代化、产业升级、农旅融合等方面的发展,推进农业产业与旅游产业的融合发展，构建乡村产业新业态、新模式、新体系。我国乡村振兴战略迈向了新的步伐，在这个过程中，茶叶作为我国乡村振兴当中的重要产业，既面临着难得的机遇，也存在诸多挑战。茶叶加工是茶叶品质形成的重要阶段，对茶叶品质等级起决定作用。我国茶叶加工技术装备正处于快速升级转型中，加工装备智能化是产业发展的趋势。

一、乡村振兴背景下茶叶加工装备智能化问题

1、茶叶加工装备未实现数字化

我国茶机的最高自动化水平为生产线中央控制系统，初步实现了监控设备运行状态，线路故障与否、设备运行的实时显示和统计，仍缺乏在制品品质性状的在线数字化感知，以及品质的智能化定向调控技术，支撑产业发展面临众多挑战。品质的在线感知是茶叶数字化、智能化加工的基础。在传统加工工艺中，鲜叶原料经过摊青、萎凋、杀青和干燥等关键工序后，茶叶的水分、颜色、香气和纹理等物理特征及物料基本属性都会发生改变，这些指标都与最终的成茶品质密切相关。由于对品质缺乏快速检验、感知和监控技术等方面的应用和把控，控制生产线上的茶叶加工只能依靠个人经验，如“一看二闻三摸”或基于时间、温度等工艺简单参数的过程进行控制，这样生产出的茶叶远没有自动化生产效率高、品质好。

2、茶叶加工自动化水平不高

部分茶叶加工企业还是沿用传统的制作方式，制作过程比较复杂。部分差异生产企业缺乏自动化、连续化控制加工的设备，使得茶叶不能实现自动化生产。如果企业不提高对茶叶加工的管理以及生产加工清洁化的意识，就会导致茶叶加工效率低、茶叶生产品质差的问题出现，更不能实现标准化生产。因此，要更新加工设备、制定完善的茶叶加工管理制度，严格把控茶叶生产的质量问题，从而实现茶叶的标准化生产。

3、茶叶加工技术与工艺标准化不足

装备的可靠性是工艺标准化的基础。茶叶加工机械设备粗陋，设备结构、传感器型号、精度、用工用料、布控安装位置、设备安装人员、采集点以及布设方法均不统一，同一茶机性能相去甚远，对应的工艺参数也无法推广。设定参数与实际参数误差较大，机器制茶仍需工人经验把握，做茶“省力，不省心”，与工业领域的自动化标准相去甚远。茶叶加工装备与工艺需求的匹配性，决定了制茶品质、工业化和标准化程度。由于茶叶加工工序及品质形成的复杂性，通用加工设备在使用中并不理想。以工夫红茶萎凋为例，在热风和抽湿萎凋中，由于热空气密度较小，无论热空气或抽湿气流从萎凋室的任何部位接入，热空气都会迅速向上部运动，造成萎凋室上部空间温度较高，下部空间温度较低。同时，萎凋叶挥发水分逐层传递积累升高，使不同层的茶鲜叶温度、湿度出现差异，失水速率不同，从而导致鲜叶萎凋不均匀，易产生红叶、焦叶或萎凋不足等现象，影响了鲜叶萎凋质量。此外，现有发酵设备的设计理念也参照了萎凋、干燥设备，多为箱式结构、框架式多层结构设计，上下层间温湿度有一定差异，同时各层摊放厚度不均，且不具备适时翻叶功能，致使发酵叶酶促氧化程度不统一。

二、乡村振兴背景下茶叶加工装备智能化发展建议

1、提升茶叶生产流程标准化程度

现代化茶叶加工正逐步走向规模化、定制化、自动化生产，制定规范的标准流程是首要任务。制订茶机材料、检测和控制系统的行业标准，构建茶叶标准化工艺技术体系，促进茶叶的现代化发展。针对现有绿茶、红茶的茶机及生产线的控制单元，开展传感器的性能评估、筛选、布控优化研究，建立规范统一的传感器、茶机材料（热力学性能、厚度、规格）使用标准，以获取茶叶加工中全面可靠的控制信号信息，是茶产业智能化进程中首要解决的问题。严格按照规定的流程执行，不仅可以使生产过程更加清晰，还可降低交流成本，进而提高产品的产量与质量。建立监测检验平台，推动茶叶产品相关认证，通过这种方式来控制茶叶品质，进而提高经济效益，建设茶叶品牌。

2、促进茶叶加工自动化生产

现代化茶叶生产的主要目的是减少人力、物力，加大茶资源的利用效率，进而生产出品质更高、经济效益更好的茶品。因此，需要通过人性化的设置，提高技术研究和设备生产中的机械化水平，改变传统茶叶生产耗能高、效能低的现象，进而实现现代化生产的目标。可利用物联网技术，通过各种信息传感设备实时采集需要监控、连接、互动的物体或过程等各种信息，与互联网形成一个巨大的网络。借助物联网技术的应用，可通过远程监控和信息采集等方式，实现对茶园土壤、环境及病虫害情况的分析，在实现智能化管理的基础上使茶农能够轻松种植茶树、管理茶园。

3、提升茶叶加工装备数字化水平

突破更宽范围的在制品性状信号的数字化，实现茶叶装备向更高阶段发展。控制的根本在于控制信号的数字化和反馈控制，但现有茶叶生产中，除温度、湿度、时间、转速、流量和重量等设备基础参数外，和茶叶品质息息相关的嫩度、含水率、生化成分等原料特性，光、电、力、摩擦、弹性、塑形、质感、手感等物料物理及质构特性、pH、介电、电导等化学特性，以及色、香、味、形等感官特性等信息尚未实现数字化。因此，通过现代茶叶智能检测技术，建立相关品质信息的智能感知技术，形成工艺控制的专家决策数据库，是突破茶叶智能化加工技术瓶颈的必要理论基础和有效途径。

4、强化工艺装备融合推动智能制茶设备创新

通过仿生学、虚拟样机、有限元、计算流体力学等现代机械设计方法，结合工艺性能实验，研究关键装备的温度场、湿度场、流场时空分布规律和多体动力学特性，对茶机进行原始创新和集成优化设计。随着技术的进步和信息获取速度的加快，现代化生产激励多种融合技术发展以创造更多革新技术，茶叶加工方式也有了很大的变化。一批茶叶加工装备，如杀青机、揉捻机、萎凋机、茶叶理条机、烘干机、风选机、色选机、匀堆装箱机、运输机械以及茶尘处理设备等应运而生。提升摊青、萎凋、杀青、发酵和干燥等关键装备的结构、供热方式、通风方式和控制算法，优化相关机械结构、传动方式及运动学参数，形成茶叶专用，以适应自动化、智能化生产的硬件要求。

5、推动茶叶加工智能化平台的优化应用

应以智能化平台为基础不断加强对茶叶生产过程监测。同时针对不同嫩度的鲜叶上表现出的各级别色泽存在较大的区别性，实施计算机智能化平台应用中也应针对其色泽进行量化的过程筛选，使整个过程具备较强的可行性。现代茶叶的烘干技术相比于传统的烘干技术可实现进一步的高效精准，利用计算机智能化平台对茶叶生产流程加以有效控制，通过集成化的烘干设备可有效地保证茶叶温度、控制茶叶加工含水量的变化，有效地为企业节约大量的能耗。智能化平台更加具备人性化的生产控制功能，通过控制局部模块实现整体功效。根据需求规划出最为合理的炒制方案，从而在整个过程中实现良好有效地控制并完成自动炒制，最终产出高效高质的茶叶。

三、结语

乡村振兴背景下，茶产业供给侧结构性改革和市场需求升级，我国茶叶加工技术装备正处于快速更新、升级转型中，机械化、连续化、自动化、数字化是产业发展的趋势。茶产业的发展将更加依赖于科技进步和科技创新，现代食品工程、机械电子、信息工程和人工智能等更多交叉学科的新技术、新理念，将传播、渗透到传统茶叶加工业，促进现有茶机及茶技智能化升级，进一步提升茶产品质量和产量，促使茶产业发展更加稳定和高效。

作者简介：邝金凤（198504—），性别：女，民族：汉，籍贯：湖南永州，教师/讲师，学历：研究生，单位：浙江工业职业技术学院，研究方向：艺术设计、企业咨询研究

基金项目：2023年度浙江省高等学校访问工程师校企合作项目，课题名称为乡村振兴背景下茶叶加工装备智能化发展研究，课题编号为FG2023180，访问单位为浙江丰凯机械股份有限公司