酒醅上甑機(jī)器人在醬香型白酒釀造生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

◎李 琳，李 毅，詹必勝，劉祥喜，程 剛

（1.貴州省白酒制造業(yè)創(chuàng)新中心，貴州 遵義 563000；2.武漢奮進(jìn)智能機(jī)器有限公司，湖北 武漢 430200）

醬香型白酒釀造工序十分復(fù)雜，不同工序要求各不相同，過(guò)去主要是根據(jù)釀酒師傅的能力以及長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行釀造，雖然這樣可以保證白酒釀造的產(chǎn)量和質(zhì)量，但是對(duì)釀酒師傅的能力要求較高，上甑釀造勞動(dòng)強(qiáng)度較大，工作環(huán)境不是很好，極易受各類因素的影響和限制，導(dǎo)致生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量受到影響，如今，醬香型白酒被越來(lái)越多的人追捧，但是此類釀造模式仍存在一定的缺陷，因此，需要不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，并結(jié)合醬香型白酒特征以及實(shí)際釀造工藝，科學(xué)合理引入酒醅上甑機(jī)器人，通過(guò)該機(jī)器人有機(jī)整合各類現(xiàn)代化智能技術(shù)，包括紅外探熱技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等，使醬香型白酒釀造的安全性以及規(guī)范性不斷得到提升。

1 酒醅上甑機(jī)器人概述

1.1 結(jié)構(gòu)特征

白酒上甑機(jī)器整體按照食品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，便于黏連物料的清理。其一般由大臂部、小臂部、底座、加高底座部、布料板鏈部以及紅外探熱系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等共同組成，其中底座部、大臂部、小臂部和布料板鏈部是主要的組成部分。底座部與大臂部及地基連接，作為上甑機(jī)器人的支撐，同時(shí)機(jī)器人的控制系統(tǒng)也與底座部結(jié)合為一體；大臂部主要由大臂皮帶機(jī)、電動(dòng)滾珠推桿機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等共同構(gòu)成，大臂皮帶機(jī)進(jìn)料端中有專屬的進(jìn)料斗，小臂主軸則與落料斗相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料出料一體化，電動(dòng)滾珠推桿的伸縮帶動(dòng)大臂皮帶機(jī)俯仰，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)電機(jī)與RV減速機(jī)，實(shí)現(xiàn)大臂部整體左右旋轉(zhuǎn)；小臂部則包含小臂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、落料斗、小臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分[1]。其中小臂連接座可以依托旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接小臂，包含皮帶輪組、旋轉(zhuǎn)電機(jī)減速機(jī)組，小臂主軸是空心軸，下端利用小臂擺動(dòng)機(jī)與落料斗連接；布料板鏈部與小臂落料斗連接，將酒醅均勻地鋪撒在酒甑內(nèi)。上甑機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)及布料機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2 所示。

圖1 上甑機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 布料機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

酒醅機(jī)器人上甑過(guò)程中，①可依托大臂部的俯仰調(diào)節(jié)布料高度，使機(jī)器人與蒸餾甑作業(yè)需求相符合，小臂部中存在的激光測(cè)距系統(tǒng)、熱源感知系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)甑內(nèi)溫度狀態(tài)，結(jié)合預(yù)先界定的數(shù)值迅速、精準(zhǔn)地對(duì)溫度較高的區(qū)域進(jìn)行界定[2]。②大臂存在的旋轉(zhuǎn)機(jī)可以驅(qū)動(dòng)大臂有效旋轉(zhuǎn)，讓大臂與落料區(qū)結(jié)合，同時(shí)小臂中的自動(dòng)化旋轉(zhuǎn)機(jī)則有效地驅(qū)動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步調(diào)整和改進(jìn)落料方向，之后小臂擺動(dòng)機(jī)帶動(dòng)落料斗快速擺動(dòng)，使布料均勻，如此循環(huán)工作[3]。③皮帶輸送機(jī)可科學(xué)合理地把酒醅向甑口輸送，進(jìn)一步模仿人工運(yùn)送酒醅，并利用抖動(dòng)設(shè)施以及布料頭在酒甑內(nèi)部均勻鋪撒酒醅，此時(shí)探測(cè)工作面智能化系統(tǒng)結(jié)合熱感應(yīng)系統(tǒng)、智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，收集酒醅鋪撒厚度、均勻程度以及蒸汽分布情況，指導(dǎo)、支持布料頭在即將穿汽的區(qū)域準(zhǔn)確鋪撒酒醅，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全面替代傳統(tǒng)的人工操作模式，實(shí)現(xiàn)了“見(jiàn)氣壓醅”的目標(biāo)。

上甄機(jī)器人內(nèi)部設(shè)置的熱成像是被探測(cè)系統(tǒng)，如果發(fā)現(xiàn)料面溫差較大，可有效實(shí)施布料并改善，將傳統(tǒng)“探氣上甑”升級(jí)為“探溫上甑”，避免酒精在空氣中大量散失，增強(qiáng)出酒效果。同時(shí)，上甑機(jī)器人內(nèi)部還配置控制機(jī)械、軟件、識(shí)別監(jiān)測(cè)、探索系統(tǒng)、布料自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等，安裝了紅外傳感器、激光測(cè)距傳感器械，可以向中央控制器實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，由控制器針對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)展開(kāi)實(shí)時(shí)計(jì)算，明確掌握熱源存在的坐標(biāo)，適當(dāng)屏蔽罐體內(nèi)壁余溫，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)酒醅上甑內(nèi)部溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[4]。

2 酒醅上甑機(jī)器人在醬香型白酒釀造生產(chǎn)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代科技影響下，上甑機(jī)器人越來(lái)越成熟，選擇標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)式機(jī)器人，將其與末端布料機(jī)深入整合，增強(qiáng)了布料鋪撒的均勻性和合理性，不足之處在于每次布料過(guò)程中需要對(duì)酒醅料斗預(yù)先接滿，再運(yùn)動(dòng)到甑內(nèi)鋪撒，該方式不可避免地導(dǎo)致酒醅外撒，造成酒醅污染或浪費(fèi)，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)機(jī)器人工作范圍大，存在一定的人身安全隱患。而專用的酒醅上甑機(jī)器人，占地面積小，運(yùn)行安全可靠，通過(guò)改善操作模式、軟件配置可以更加符合上甑傳統(tǒng)工藝，降低用工成本，使釀酒具備自動(dòng)化、機(jī)械化優(yōu)勢(shì)，持續(xù)增強(qiáng)出酒效率與安全程度。

2.1 操作模式改善

過(guò)去釀造醬香型白酒時(shí)，在重要的釀造環(huán)節(jié)，如發(fā)酵、蒸餾等環(huán)節(jié)，對(duì)釀造人員的經(jīng)驗(yàn)和水準(zhǔn)要求較高，需要憑借過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)，做到“勻、準(zhǔn)、散、輕、松、薄”等，以增強(qiáng)產(chǎn)酒效率和質(zhì)量，但是，往往難以真正保證上甑效果。而使用酒醅上甑機(jī)器人后，生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)特征十分顯著，可以有效改善操作模式，主要表現(xiàn)在6 個(gè)方面：①可做到有效旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人中的旋轉(zhuǎn)機(jī)可以支持大臂向不同方向旋轉(zhuǎn)和切換。②大臂部靈活程度比較高，能夠結(jié)合酒醅布料的上升而提升，做出仰俯動(dòng)作。③自動(dòng)化鋪料，在設(shè)計(jì)機(jī)器人小臂時(shí)，充分借鑒釀酒師傅經(jīng)驗(yàn)，小臂可以展開(kāi)±720°旋轉(zhuǎn)，并能在-20°～35°擺動(dòng)，而布料口出口區(qū)域則安裝相應(yīng)的布料板鏈機(jī)，通過(guò)此類模仿人工操作的模式實(shí)現(xiàn)酒醅水平鋪撒。④可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上甑，機(jī)器人具備優(yōu)異的管理能力，不需要借助人工，就可對(duì)多個(gè)復(fù)雜酒甑進(jìn)行管理，布料頭能夠大幅度擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并且與出料口深入貼服，防止發(fā)生布料過(guò)程中出現(xiàn)起團(tuán)或堆積等問(wèn)題。⑤利用專業(yè)的輸送系統(tǒng)可以滿足連續(xù)供料需求，依據(jù)酒醅釀造要求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)管理上甑時(shí)間，一般可在20～40 min 的速度范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。⑥選擇熱源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蒸汽分布狀態(tài)，通過(guò)系統(tǒng)下達(dá)指令，引導(dǎo)布料頭在需要穿汽區(qū)域合理布撒酒醅，可以實(shí)現(xiàn)酒甑、蒸汽、甑鍋大小的自動(dòng)化管理，展開(kāi)手動(dòng)管理控制，讓蒸汽控制可以聯(lián)合機(jī)器人布料動(dòng)作展開(kāi)運(yùn)行[5]。

2.2 軟件配置優(yōu)化

在酒醅上甑機(jī)器人應(yīng)用過(guò)程中，醬香型白酒不同釀造環(huán)節(jié)涉及的軟件設(shè)備各不相同，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)需求，科學(xué)合理選取不同的軟件設(shè)備，可以使酒醅上甑效率和質(zhì)量持續(xù)提升，使釀酒過(guò)程具備連續(xù)化和系統(tǒng)化優(yōu)勢(shì)。

（1）物料輸送軟件設(shè)備，主要涉及斗式提升機(jī)、管道泵輸送機(jī)、輸送機(jī)等集中設(shè)施，以螺旋、皮帶、鏈?zhǔn)交蛘呗窆伟宓容斔托问綖橹?，結(jié)合醬香型白酒不同釀造環(huán)節(jié)或者物料生產(chǎn)性質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)界定，可以使白酒釀造合理性不斷提升。同時(shí)，在白酒開(kāi)始逐步發(fā)酵過(guò)程中，一般會(huì)采取槽車實(shí)施發(fā)酵操作，使用叉車進(jìn)行輸送較為方便有效。而若是要在窖池內(nèi)進(jìn)行白酒發(fā)酵操作，涉及的設(shè)施較多，包括抓斗、行車、吊斗等，需要不同設(shè)施互相配合，讓瓦窯、入池環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化以及機(jī)械化目標(biāo)[6]。

（2）蒸糧工序，一般涉及初蒸、泡糧、復(fù)蒸、燜水等工序，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作時(shí)間長(zhǎng)以及工作能力要求高等特征。在新時(shí)期，可以選擇蒸糧泡釀機(jī)械完成該項(xiàng)工藝，其將泡糧桶與帶壓蒸煮有機(jī)結(jié)合，整個(gè)過(guò)程對(duì)于人工操作要求不高，可以適當(dāng)縮短蒸煮時(shí)間[7]。同時(shí)，也可適當(dāng)改善釀酒空間環(huán)境，獲取優(yōu)良效果，對(duì)原酒出酒率提升有著促進(jìn)功能。

（3）糧醅攤晾操作，糧醅攤晾是白酒釀造時(shí)最核心的工序，傳統(tǒng)、常規(guī)攤晾模式主要是依托自然通風(fēng)、人工翻版以及機(jī)械通風(fēng)等不同模式，保證糧醅可以迅速降低，現(xiàn)階段大多使用食品級(jí)、經(jīng)過(guò)專業(yè)認(rèn)證的晾攤機(jī)械，機(jī)械主體一般由翻拌設(shè)施、疏松設(shè)施以及降溫設(shè)施等多個(gè)部分共同組成，可以系統(tǒng)化、自主化地實(shí)施低溫晾攤、加水、加曲、混合酵母等各種操作步驟，還可利用溫度傳感機(jī)械自動(dòng)化調(diào)節(jié)管控風(fēng)量，滿足醬香型白酒釀造工藝自動(dòng)化攤晾操作要求。

2.3 衛(wèi)生安全管理

一方面，機(jī)械設(shè)施在布料時(shí)期，能夠在規(guī)定的酒甑直徑范圍內(nèi)展開(kāi)運(yùn)動(dòng)，但卻難以有效超出甑體范圍，各類設(shè)備活動(dòng)范圍有專門的警示標(biāo)志，配套有電氣安全防護(hù)、機(jī)械安全防護(hù)等，所有與原料直接接觸的機(jī)械都是經(jīng)過(guò)專業(yè)認(rèn)證的食品級(jí)材料，有顯著的防腐、防潮以及防酸等各種優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行十分安全、衛(wèi)生。另一方面，設(shè)備清洗簡(jiǎn)潔，有自動(dòng)化、系統(tǒng)化清潔功能，可以完成設(shè)備80%的清潔操作，省時(shí)、省力。此外，酒醅上甑機(jī)器人組織展開(kāi)上甑過(guò)程中，小臂中存在的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及熱源感知系統(tǒng)可以迅速監(jiān)測(cè)甑內(nèi)溫度，明確掌握溫度坐標(biāo)位置，進(jìn)一步調(diào)整和改進(jìn)落料方向，驅(qū)動(dòng)落料斗有效擺動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效、均勻的布料操作。因?yàn)榘惭b專屬的紅外成像設(shè)施，在酒甑內(nèi)部溫度出現(xiàn)明顯改變，酒醅下雖然有蒸汽，但是在沒(méi)有全面冒出的情況下，布料機(jī)將會(huì)勻速并且高效地鋪料，循環(huán)往復(fù)展開(kāi)相應(yīng)工作。因?yàn)槿潭际菣C(jī)器人操作，人工介入操作不多，可以最大限度提升酒醅上甑處理的衛(wèi)生質(zhì)量和安全性，持續(xù)提高出酒效率和質(zhì)量。

3 結(jié)論

綜上所述，近年來(lái)，由于酒醅上甑機(jī)器人技術(shù)先進(jìn)化、現(xiàn)代化程度不斷提升，以及在白酒釀造領(lǐng)域的科學(xué)合理應(yīng)用，使釀酒行業(yè)招工難度較高、工作環(huán)境較差等狀況得到改善，并持續(xù)增強(qiáng)了釀造效率，改善了釀酒行業(yè)生產(chǎn)工藝。但是精細(xì)化輔料、精準(zhǔn)系統(tǒng)化探氣控制難度較高，特別是在某些物料黏性比較大的香型白酒釀造過(guò)程中較難控制。因此，今后還要對(duì)上甑機(jī)器人進(jìn)行改良，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化輔料、探氣，適當(dāng)解決與處理漏氣等各類問(wèn)題，這也是提升上甑質(zhì)量的重要手段，有助于推動(dòng)醬香型白酒釀造行業(yè)系統(tǒng)化、精細(xì)化以及機(jī)械化發(fā)展，為產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展提供良好動(dòng)力。