当今世界正处于百年未有之大变局中，各行各业也正面临前所未有的挑战和机遇，竞争日趋激烈，甚至白热化。随着数字技术的不断进步，数字化赋能效果日显突出，主要表现在连接、智能和分析三种能力的快速提升，即产品能以数字化的形式呈现(如一品一码)，通过互联网、物联网跨越了线上线下的障碍;通过利用信息化数据处理技术
当今世界正处于百年未有之大变局中，各行各业也正面临前所未有的挑战和机遇，竞争日趋激烈，甚至白热化。随着数字技术的不断进步，数字化赋能效果日显突出，主要表现在连接、智能和分析三种能力的快速提升，即产品能以数字化的形式呈现(如一品一码)，通过互联网、物联网跨越了线上线下的障碍;通过利用信息化数据处理技术制定智能化措施，提高了资源配置的科学性效率;利用大智云移(大数据、人工智能、云计算、移动互联网)等为企业生产加工、产品推广销售等提供计算分析支持。
数字化农业正在快速走来，茶业是农业的组成部分，在迈进数字化茶业的进程中，茶业装备数字化是全产业链中不可或缺的重要一环，是产业发展的关键。
01
茶机装备数字化的目标与任务
· 数字化亦称数据化，包括数据采集、传输、存储、计算和应用，是指将各类复杂多变的信息，转变为可以度量的数据，并加以处理和应用的过程。
· 数字农业是用数字化技术，按人们需要的目标，对农业所涉及的对象和全过程进行数字化和可视化的表达、设计、控制和管理。
· 数字化茶业是对茶产业全产业链及全过程进行数字化和可视化的表达、设计、控制和管理，为充分运用互联网、物联网、区块链、人工智能、大数据、云计算等现代信息技术，实现茶产业的升级和转型创造基本条件，从而实现赋能增效，推动产业高质量发展。
茶机装备涉及整个茶产业链的各个环节，其技术和装备水平在很大程度上代表了整个产业的水平。所以茶机装备数字化水平基本决定了茶业数字化水平。茶机装备数字化的目标是为茶产业数字化服务，为茶叶一二三产赋予更现代化的手段，进一步拓展茶产业发展空间，引领市场，为更多的消费者创造全新的需求价值和全新的服务感受。
茶机装备数字化的任务是逐步做到全产业链(茶园管理、加工、销售、服务、管理)中涉及的全部茶机生产设备仪器的软硬件各类相关联信息数字化，并对数据的权属、应用和再开发、创新进行规范化、标准化，建立行业自律规则。
02
茶机装备数字化状况分析
1、茶机装备整体概况
茶机装备本质上看包含硬件和软件两大部分，硬件是技术的载体，技术则是实现其特定作业功能的核心。我国茶机装备整体上是归属农业机械，大致可分为茶园管理作业机械和加工机械。
在茶园管理方面，对茶园土壤养分水平与开采期的数字化预测进行了研究，基于物联网技术的智慧茶园管理系统能够有效提高茶园的管理效率，具有一定的可推广性。
目前茶叶加工正逐步过度到食品加工范畴，茶叶加工机械更靠近食品加工机械。参照食品加工机械，机械化水平可分为机械化阶段、初级自动化阶段、自动控制阶段、数据化阶段、智能化阶段。我国现有茶机装备总体上尚处于初级自动化阶段和自动控制阶段，个别单机、机组及少部分企业的生产线处于自动控制和数据化阶段，全面数据化和智能化尚在研发起步阶段。
2、茶机装备相关技术取得长足进步
茶机装备技术的发展是茶机装备研发和创新的基础。据初步统计，近五年来茶叶加工领域发表论文近1200余篇，其中SCI 400余篇;取得国家发明专利185项;获国家科技进步二等奖2项，省部级科技奖一等奖2项，包括2020年安徽农业大学的“绿茶自动化加工与数字化品控关键技术装备及应用”项目。
(1)数字化茶园管理技术初有成效
浙江大学王银茂搭建了数字化茶园检测系统，采集并记录易于获得的基础数据，建立了土壤养分水平与土壤电导率模型与白叶一号春茶开采期预测模型，建立了土壤氮素转化模型。曲阜师范大学陈玉结合智慧茶园管理的实际需求，开发了基于Spring Cloud智慧茶园云管理平台，搭建了系统的测试环境，针对系统环境信息采集精度、病虫害图像识别准确度、智慧茶园云管理平台的正常运行三个主要问题，对系统进行实验和仿真测试，结果表明基于物联网技术的智慧茶园管理系统能够有效提高茶园的管理效率，具有一定的可推广性。
(2)加工装备技术取得新进展
新型萎凋(摊青)技术可实现温湿度空间分布更均匀;利用隧道式增温加湿系统研制的发酵机环境温度偏差≤1.5 ℃，湿度偏差≤5%;利用电磁与微波复合技术研制出组合式乌龙茶杀青装备，能实现效率和品质的双提升;利用热泵干燥技术研制出黑茶发花干燥设备，发花干燥时间可缩短6 d。发明热传导—热对流耦合杀青、控湿远红外提香等新技术，所制绿茶的色泽绿润度、滋味鲜醇度、香气馥郁度等明显提升。同时，新技术、新能源不断应用于茶叶加工装备上，高温汽热、电磁加热等技术更广泛地应用于杀青、干燥工序，促使茶叶加工向绿色、节能、安全、清洁方向发展。茶叶加工装备技术的更新与发展，加快了茶叶装备数字化的进程。
(3)茶叶品质即时测控技术有新的突破
品质即时测控技术及装备是现代茶机装备的重要组成部分，亦是实现从传统的“看茶做茶”到科学做茶的前置条件，是茶机装备数字化的基础。2021年5月，中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院唐小林团队完成了浙江省重点研发计划项目“便携式多用途茶叶品质快速检测仪研发”，基于近红外光谱、计算机视觉和电子鼻等技术，通过研究不同品种和不同等级鲜叶原料、茶叶加工过程关键控制点(绿茶杀青、红茶发酵)的在制品以及不同等级成品茶(绿茶和红茶)的品质成分、色泽、外观及香气的变化，完成了近红外茶叶品质快速检测模型建立，研制了便携式茶叶品质成分、特征香气、色泽和形态图像等三模块快速检测仪器，集成了茶叶品质多模块综合决策系统和多用途快速检测仪器，实现了茶叶检测装备的小型化、智能化和信息化。
江苏大学陈全胜团队应用NIRS技术接合非线性分析Si-ELM-AdaBoost混合指数，成功实现了对红茶的发酵过程进行在线检测。以自动化生产线机制的针芽形绿茶为研究对象，基于茶叶品质、形成工艺和视觉形态等内外因素，利用计算机图像采集系统，构建了外形品质的智能感官评价方法。安徽农业大学张正竹团队应用近红外光谱IS-NIR技术，结合GA-BP-ANN(遗传算法—后向传播算法—人工神经网络)算法实现了对127个国内外红茶汤色的智能评估。
3、茶叶装备有所创新
由安徽农业大学主持的“茶叶数字化品控关键技术研究与装备开发”课题，开发出茶鲜叶原料质量分析仪、近红外光谱无损检测装备等，可进行鲜叶质量登记、茶叶色香味形品质的综合评判，推动了茶叶数字化品控和装备的提升。过去几年间，智能萎凋机、数控发酵机、电磁滚烘机等新设备被研制开发。开发自动化做青机及智能控制系统等，实现了做青温度、湿度、时间等精准控制，以及自动化作业，解决了劳动强度大的问题。将计算机技术、现代仪器分析检测技术、芯片技术等高新技术应用于茶机制造，使其操作可控、可视，逐步实现茶叶机械的自动化、智能化。利用远红外、高光谱成像技术再结合非线性建模方法可为绿茶的智能化生产提供理论依据和数据支撑。在红茶加工方面，对发酵机结构、翻动装置和加热部件等关键部件进行设计，研发了一体化全自动发酵机、可视化富氧发酵机，解决了发酵温湿度不稳定、翻拌难、缺氧、发酵不均匀等问题。
安徽捷讯光电技术有限公司研发了一种云智能茶叶色选机，该色选机利用光谱分析技术联用鹰眼技术、云技术相机、云图像采集处理技术等多项技术，可深度识别普通色选机不能识别的微小杂质，并且能对茶叶的条形大小、长短、粗细及嫩度等精细分级。在物流仓储环节，利用射频识别(RFID)技术可实现阅读器与产品标签之间的数据通信，追溯茶叶生产信息以优化供应链管理。
4、自动化生产线有了新的进展
集成摊放、杀青、做形、干燥等高新设备，研建条形、芽形、扁形、卷曲形等绿茶精准数控的自动化加工生产线。自动化生产线大幅提升了我国绿茶加工水平，生产成本显著降低，生产效率显著提升，所制绿茶的稳定性和风味品质显著提升。组建黑茶自动化生产线，实现黑茶加工的连续化、自动化，产品稳定性好、劳动力需求少。研发白茶自动萎凋和茶饼压制等新装备，集成白茶一体化生产线。
上述这些数字化新技术、新装备的研发大多还只是小样本和实验室阶段，离产业化尚待时日。
03
茶机装备数字化存在的问题
数字化农业发展迅速，茶机装备数据化是直接影响茶产业数字化的关键，其迫切性尤为突出。然而从产业现状看，存在制约茶机装备数字化的瓶颈，还有一些问题亟待解决。
1、茶机与工艺融合低
近年来，茶机的原始创新少，茶叶品质化学及加工工艺理论等基础学科缺乏深入研究，学科之间缺乏交叉融合，能直接应用于茶机新产品研发的科研成果不多。茶叶加工在线品质感知、检测及控制技术还处于研发阶段，严重缺少可供生产应用的在线即时检测仪器、控制传感器等，机械设备与工艺技术融合度不高。
2、设备运行不够精准，产品质量低
茶园管理机械种类不齐全，有待研发。加工设备粗放，工艺参数受控度低，常规的一些技术参数如重量、温度、湿度、风量、风压等都很难做到精准测量和控制，加之茶叶原料来源差异大，现有加工设备适应范围受限，不能做到自动识别和自动调节，操作设备时工艺参数调控基本还停留在凭经验设置层次。目前虽然有不少单机配置了PLC操作屏，但操作界面不够友好，实际操作时大多数情况下要靠“猜谜”，调控费时费力。多数茶机设备没有安全、科学、简明、实用的使用说明书。
3、茶叶加工装备数字化程度低
单机基本未实现数字化控制技术，对于工艺参数的调整主要靠操作人员知识与经验储备，缺乏对工艺参数的自动化精准控制，以及与光、电、气等技术的高度融合。生产线整体处于初级自动化和自动化控制阶段，柔性化程度低、投资大、设备利用率低，不能做到一机多用和一线多用，茶产品质量的稳定性有待提高。
4、茶机装备的标准化程度低
目前，茶叶加工机械尚未建立完整的标准体系。茶机数量多，据不完全统计2019年全国100个重点产茶县，共有茶机生产企业561家，其中有企业独家生产的不同型号茶机多达200余种，但绝大多数茶机企业标准化程度都很低。我国目前尚缺真正的标准化茶叶加工生产线，也没有相应的标准，远远落后于日本蒸青茶生产线的标准水平。我国很多常用茶机的通用件基本不通用，更谈不上标准化，茶机生产和维护成本居高不下。
04
推动茶机装备数字化之路径
茶产业数字化是新时代的呼唤，茶业装备数字化是手段，为加速实现茶机装备数字化可通过如下路径并采取相应对策。
(1)把握新时代的历史机遇，做好我国茶机装备数字化发展顶层设计。全国性行业协会或各级政府主管部门应首先做好行业发展规划，强化政策引导(如补贴政策、示范效应等);其次有条件的茶区或省份要搭建好数字化公共平台，逐步扩大应用范围;其三要倡导产业数字化宣传中，开展数据确权和数字化管理政策引导，提高数据产权保护意识;要采取鼓励政策，加速产业转型升级，引导生产方式的改变。
(2)加强关键生产技术研究，夯实数字化基础。科研院所要与规模较大有实力的企业深度联合，加强学科应用基础研究，提升原始创新能力;加强协同创新，实现基础理论和关键技术突破。
(3)加快建立和完善我国茶机标准体系。标准化是数字化的重要基础条件之一，要对我国现有茶机标准进行全面梳理，有计划有步骤建立和完善茶机标准体系，对一些成熟、通用性强的茶机要加快制定国家标准或行业标准，要积极尝试制定针对不同茶类加工的生产线标准，为茶机数字化创造条件。
(4)突出企业的主体地位，做好示范效应。在茶机装备数字化进程中，要突出企业的主体地位，有实力的企业应主动谋划好核心装备或生产线的数字化关键技术研究和产品的原始创新。要建好示范基地，示范的重点要突出效果和效能，真正展现赋能增效。
(5)系统开展茶叶生产、加工全程数字化、智能化关键技术装备研究，构建茶园、茶叶、加工品质和机械装备的协同智能制造体系，减少对劳动力的过度依赖，提高我国茶叶生产效能和数字化、智能化水平。
(6)加强专业人才队伍建设。当前具有数字化专业知识的人才极其缺乏，也是困扰着众多企业产业数字化的重要原因之一。企业要采取积极有效措施引进和吸引高技能人才，要同科研院所联手加大自身人才培养力度，加强数字化专业人才队伍建设，稳定持续推进茶业装备数字化，进而向茶产业数字化迈进。
唐小林
中华全国供销合作总社杭州茶叶研究所党委委员、纪委书记，正高级工程师，国家一级茶叶加工技师、一级评茶师，研究方向为茶叶加工工艺及装备。国家科技专家库专家，浙江省机械制茶团队特派员首席专家，获科技部通报表扬;中国茶叶学会茶机委员，浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室学术委员会副主任委员。主持完成 “十二五”国家科技支撑计划课题等省部级以上科研项目10余项，主持完成国家和行业标准3项、获国家发明专利12项、科技成果12项，多次获浙江省委政府农业科技先进工作者、省科技进步奖、省农机科技奖等荣誉。
来源:中国茶叶加工
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