蘋果分選線柔性化配置

王忠財

（邁夫諾達機械設備（煙臺）有限公司，山東 煙臺 264000）

中國的蘋果產(chǎn)量自2011年起，一直以超過50%的全球產(chǎn)量占有率成為世界上最大的蘋果生產(chǎn)國。中國蘋果在國際市場上的產(chǎn)品檔次并不高，不占據(jù)優(yōu)勢，尤其是核心的內(nèi)部瑕疵檢測質(zhì)量評定水平較低，導致中國蘋果的出口占比卻比較低，高端蘋果的國際市場占有率更低。導致這種差距的原因主要是中國蘋果采摘后的商品化處理技術水平較低，產(chǎn)后附加值較低，核心分選指標亟須提升。

在中國，最常見的蘋果品種就是富士蘋果、國光蘋果、金帥蘋果、嘎拉蘋果、紅將軍蘋果、花牛蘋果等。其中以富士產(chǎn)量最多，占據(jù)中國蘋果種植面積和產(chǎn)量的半壁江山。中國幅員遼闊，蘋果產(chǎn)區(qū)分布廣泛。主要有黃土高原、渤海灣、黃河沿岸和西南冷涼高地四大產(chǎn)區(qū)，根據(jù)氣候和生態(tài)適宜標準，西北黃土高原產(chǎn)區(qū)和渤海灣產(chǎn)區(qū)又是中國最適蘋果發(fā)展產(chǎn)區(qū)。黃河沿岸產(chǎn)區(qū)屬于蘋果生產(chǎn)的次適宜區(qū)。西南冷涼高地蘋果生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)業(yè)基礎差，無法滿足蘋果生產(chǎn)優(yōu)勢區(qū)域的要求。但是最近幾年，隨著過國內(nèi)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，國家精準扶貧政策的大力推廣，讓越來越多的特色蘋果走出大山，走進了都市[1]。

近年來，我國的蘋果產(chǎn)業(yè)整體上得到了快速的發(fā)展，但是同樣存在著顯著的問題。由于蘋果品種繁多，產(chǎn)地及緯度不同，導致蘋果產(chǎn)區(qū)分布跨度大，為蘋果制定統(tǒng)一的質(zhì)量標準增加了難度。蘋果采摘后商品化程度低，采后分選技術水平不高，無法形成真正的品牌化，從而無法大幅提高蘋果的采收附加值。為讓果農(nóng)增收，更重要的是提高蘋果的品質(zhì)，將蘋果進行精細分級，按質(zhì)論價，統(tǒng)一質(zhì)量標準，打造真正的品牌化，這樣才能提高果農(nóng)的總體收入。

如何合理利用蘋果精細分級指標特性；如何配置蘋果分選線；如何把蘋果采后分選標準化流程建立起來；如何讓采摘后的蘋果和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)科技結合起來，是推動蘋果產(chǎn)業(yè)向高質(zhì)量水平發(fā)展急需解決的問題。

目前，蘋果采摘后分選分級檢測的主要行業(yè)指標特性包括以下5項：1.單個蘋果的重量；2.外觀、顏色檢測；3.外部瑕疵檢測；4.內(nèi)部瑕疵檢測；5.內(nèi)部糖酸度檢測。配置蘋果分選線的考慮因素主要有以下4點：1.單日分選產(chǎn)能；2.上料方式；3.出料包裝方式；4.出料口的數(shù)量。需要將分選分級檢測5項指標與分選線配置4點因素按統(tǒng)計學進行優(yōu)化排列組合，這時就必須合理應用柔性化配置，在現(xiàn)代工業(yè)制造體系中發(fā)揮非標化的優(yōu)勢[2]。

一、逐一分析分選分級檢測5項指標以及對應的檢測方法

1.單個蘋果的重量

這是一個蘋果采摘后分選最基礎的指標，利用成熟的在線連續(xù)式稱重傳感器可以順利完成。通過對每一個果杯中的蘋果進行數(shù)據(jù)編碼，被數(shù)據(jù)編碼的蘋果在經(jīng)過稱重傳感器時將會得到一個重量數(shù)據(jù)信號，至此，一個蘋果的在線單果重量就被記錄，物理編碼加上重量信號復合輸出，等待后期分選程序按重量分選要求輸送到指定的分選出口處理即可。

2.外觀、顏色檢測

這是蘋果外觀分選的基礎指標，一般主要檢測蘋果果型及蘋果顏色。利用設置在蘋果正上方的一臺高速攝像機將旋轉(zhuǎn)的蘋果動態(tài)成像處理，一般一顆蘋果成像約8-10張圖像，通過分選系統(tǒng)圖像信息處理的算法，來判定蘋果的顏色是全紅色、條紅色、偏黃色等相關顏色數(shù)據(jù)，以及判定蘋果是偏長的、偏圓形的或者畸形的，同時，此外觀顏色數(shù)據(jù)也可以加持到被數(shù)據(jù)物理編碼的蘋果上，待后期數(shù)據(jù)處理。

3.外部瑕疵檢測

這是蘋果外觀分選的進階指標，一般瑕疵包含干疤、花斑、腐爛和破損等。檢測原理與外觀顏色檢測類似，用設置在蘋果左上方和蘋果右上方的兩臺高速攝像機對稱斜向成像，通過讓蘋果在攝像時同步旋轉(zhuǎn)，拍攝得到更全面的、360°全視野蘋果表面數(shù)據(jù)，利用分選處理大數(shù)據(jù)，可以有效識別果花和果柄等部位，避免誤判，真正剔除具有外部瑕疵參數(shù)的蘋果，從而提升蘋果的商品果質(zhì)量等級。

4.內(nèi)部瑕疵檢測

主要檢測蘋果霉心病和褐變等內(nèi)部瑕疵。是基于傅里葉近紅外光譜技術（Fourier transform near infrared spectroscopy，F(xiàn)T-NIRS）的檢測方法，利用對比健康蘋果和內(nèi)部有瑕疵的蘋果的透過光譜來分析得到結果。這種方法的優(yōu)點是對蘋果沒有任何損傷，可在線直接將內(nèi)部瑕疵果分選出來。但是對比測試的光譜模型需要前期找到若干的內(nèi)部瑕疵蘋果建模，建立模型過程中的數(shù)據(jù)越多，后期分選精度就越高。霉心病果和褐變果都是需要獨立建模，因為透過光譜特性不同，所以不能混合建模。

5.內(nèi)部糖酸度檢測

這是一個提升蘋果內(nèi)在品質(zhì)的重要指標。蘋果甜不甜，酸不酸，通過檢測數(shù)據(jù)，做到有“心”中有“數(shù)”。 檢測原理與內(nèi)部瑕疵檢測類似，但是糖酸度的檢測需要將用于建模的水果先記錄光譜數(shù)據(jù)，在用手持糖度儀測定真實糖酸度數(shù)據(jù)，將光譜數(shù)據(jù)與糖酸度數(shù)據(jù)關聯(lián)起來[3]。

二、詳細解釋一下配置蘋果分選線的考慮4因素

1.單日分選產(chǎn)能

這是配置蘋果分選的基礎要求。是按照年出貨總量平均到每一天的量，一般單位是：頓/天，因為設備的產(chǎn)能是根據(jù)通道數(shù)量設計的，一般一個通道的產(chǎn)能是2.5～3頓/小時，按8小時計算，一天的產(chǎn)能約為20—24頓/天。

2.上料方式

一般包括：人工手工上料，人工周轉(zhuǎn)筐上料，機械自動化周轉(zhuǎn)筐上料，人工大框上料，機械自動化大框上料等。如果需求的單日分選產(chǎn)能低，一般的人工上料方式可以滿足，而產(chǎn)能高于60頓/天時，一般建議配置自動化上料方式。

3.出料包裝方式

一般包括：人工手工包裝，單層半自動化包裝，吸盤機械手自動包裝，預分選大框包裝，機械自動化碼垛包裝等。由于蘋果屬于易損水果，針對國內(nèi)市場的包裝現(xiàn)狀，一般都需要手工套網(wǎng)套來保證蘋果的品質(zhì)，所以一般建議采用人工手工包裝，降低設備的采購成本。

4.出料口的數(shù)量

取決于分選指標和客戶的分級規(guī)格。實例一，新疆阿克蘇地區(qū)蘋果，因蘋果一般不套紙袋，光照強，蘋果甜度高，會形成冰糖心，而且蘋果外觀著色分布極度不均勻（一般是一大半紅，一小半黃），客戶預計日出貨能力40頓。這時建議分選指標選擇：1.單個蘋果重量3.外部瑕疵檢測5.內(nèi)部糖酸度檢測，再結合配置蘋果分選線的考慮4因素，經(jīng)優(yōu)化分析柔性化配置的結果如下。配置2通道分選主機，上料和包裝均建議采用人工方式，配置外部瑕疵檢測處理系統(tǒng)和糖度檢測系統(tǒng)（主要優(yōu)化冰糖心的檢測模型），結合3個分選指標和市場一般分級規(guī)格，建議配置12—14個出口即可。實例二，陜西高原地區(qū)蘋果，因蘋果一般都套紙袋，光照強度較強，蘋果甜度較高，成熟后需摘套進行著色，蘋果外觀著色分布均勻，客戶預計日出貨能力80頓。這時建議分選指標選擇：1.單個蘋果重量、3.外部瑕疵檢測、4.內(nèi)部瑕疵檢測、5.內(nèi)部糖酸度檢測，再結合配置蘋果分選線的考慮4因素，經(jīng)優(yōu)化分析柔性化配置的結果如下：配置4通道分選主機，采用機械自動化周轉(zhuǎn)筐上料，包裝建議采用人工方式，配置外部瑕疵檢測處理系統(tǒng)、內(nèi)部瑕疵檢測系統(tǒng)（主要優(yōu)化霉心病的檢測模型）和糖度檢測系統(tǒng)（主要優(yōu)化糖酸度比值的檢測模型），結合4個分選指標和市場一般分級規(guī)格，建議配置16—20個出口即可。

以上兩個實例，只是對當前行業(yè)配置的定制化分選分級的柔性化配置的典型設計，可以顯著提升蘋果的質(zhì)量等級。針對分選分級檢測指標4.內(nèi)部瑕疵檢測和5.內(nèi)部糖酸度檢測，是讓蘋果質(zhì)量等級走向高端、頂點的關鍵指標，是區(qū)別蘋果分選外部檢測和內(nèi)部檢測的關鍵[4]。目前，內(nèi)部無損檢測的方法主要有低頻磁共振法、CT 成像法、生物阻抗特性法、計算機視覺法、高光譜法。但這些技術存在費時、檢測成本高、需要專業(yè)人員操作等不足，導致無法成熟地應用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，無法保證出售水果的高端質(zhì)量[5]。因此，邁夫諾達機械設備（煙臺）有限公司開發(fā)出基于傅里葉近紅外光譜技術的檢測方法的成熟應用設備INSIGHT IIT 和 IDD4 V8，結合先進的大數(shù)據(jù)分析處理光譜信號，分別成熟應用于蘋果內(nèi)部糖酸度、霉心病及褐變等內(nèi)部檢測，反饋出最優(yōu)的內(nèi)部檢測結果，已經(jīng)廣泛應用中國的蘋果產(chǎn)區(qū)。

最后，結合分級檢測5項指標與分選線配置4點因素綜合分析，合理應用現(xiàn)代工業(yè)的柔性線意義，精準施策，選擇搭配出最適合企業(yè)需求的蘋果分選線，結合高端分選分級的內(nèi)部檢測指標，打造屬于中國蘋果分選企業(yè)獨有的分選體系，建立專屬的分選質(zhì)量標準，提升自身品牌影響力，進一步提升蘋果的采后附加值，讓純天然的蘋果配上智能化分選的翅膀，越飛越高。