（黎明職業(yè)大學(xué) 智能制造工程學(xué)院，福建 泉州 362000）

茶文化是我國傳統(tǒng)文化中不可或缺的一部分，茶物質(zhì)及其含有的價(jià)值在神農(nóng)時(shí)期便被飲用，伴隨著春秋時(shí)期、秦漢時(shí)期、隋唐、明清到現(xiàn)代社會的發(fā)展，茶文化逐漸形成一種體系，深度滲透在人們的日常交際與生活中?，F(xiàn)代社會中，通過茶文化體系，可進(jìn)一步提高人們之間的溝通性，通過情感的交流與表達(dá)，解析出不同層面的含義。從茶葉供給角度來看，種植、采摘到銷售所經(jīng)歷的時(shí)間較長，且茶葉種類本身具有多樣性特點(diǎn)，其反映到市場中將產(chǎn)生供不應(yīng)求的現(xiàn)象。從茶葉制備工藝來講，我國傳統(tǒng)制作茶藝是以人工揉捻作業(yè)模式為主，通過手動(dòng)處理，實(shí)現(xiàn)對原料的成條及表型塑造，為保證揉捻的質(zhì)量性，一般茶葉在高溫殺青之后，便應(yīng)立即進(jìn)行揉捻，保證在合適的溫度上令茶葉迅速成型。與此同時(shí)，不同茶葉所呈現(xiàn)的屬性，令整個(gè)茶葉制備工序也具有一定的差異性，此類繁雜的手工作業(yè)模式，要求操控人員具備扎實(shí)的基本功，但在市場供需模式的轉(zhuǎn)變下，傳統(tǒng)人工揉捻所生產(chǎn)出的茶葉，雖然品質(zhì)較高，但在數(shù)量上難以達(dá)到市場需求。揉捻機(jī)器設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用，則在一定程度上，簡化茶葉加工工序，機(jī)器設(shè)備具有的一體化功能，可以提高茶葉產(chǎn)能，且可實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)作，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收益。本文則是對茶葉揉捻機(jī)器設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向進(jìn)行探討，僅供參考。

1 茶葉的人工揉捻

茶葉加工具有復(fù)雜性特點(diǎn)，針對不同的茶葉品種，需要制定相對應(yīng)的揉捻工藝確保茶葉本身的屬性不會遭到破壞，提高茶葉營養(yǎng)價(jià)值的固存度。從古至今，茶葉揉捻一般是以人工作業(yè)為主，其將殺青后的茶葉置于寬凳或者竹片編織體上進(jìn)行形變處理，此過程需要制作人員用腳掌進(jìn)行工作。因?yàn)槭止ぷ鳂I(yè)本身存在一定的弊端，是因?yàn)椴枞~在高溫殺青以后，通過“揉”工藝，使茶葉成條，然后通過“捻”工藝擠破茶葉細(xì)胞，排除水分，對茶葉進(jìn)行塑形處理。此過程對于力度要求較高，長時(shí)間的手工揉捻，隨著體力的不斷下降，茶葉“捻”工藝質(zhì)量也將隨之下降，而通過腳關(guān)節(jié)則可節(jié)約大部分體力，保證揉捻工序的持續(xù)性。在科學(xué)技術(shù)體系尚未成型的古代來講，勞作人們均是通過人工作業(yè)的形式對茶葉進(jìn)行加工，從而了解到不同茶葉在加工過程中應(yīng)當(dāng)遵循的工藝步驟。正是上述手工操作所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，才為茶葉揉捻機(jī)器設(shè)備的研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而通過科學(xué)技術(shù)驅(qū)動(dòng)著茶葉生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。

2 茶葉揉捻設(shè)備的研發(fā)初始

我國茶葉物種及相關(guān)種植技術(shù)在18世紀(jì)初期引入國外，國外在最開始對茶葉進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，沿用的是我國傳統(tǒng)的人工揉捻工藝。但國外在分析茶葉制備工藝后，認(rèn)為人工揉捻工藝較為復(fù)雜，且產(chǎn)生的實(shí)際加工效率較低，經(jīng)過不斷的設(shè)計(jì)實(shí)踐，最初將兩個(gè)桌子面倒貼在一起，讓工人扶住上邊的桌子進(jìn)行揉搓加工，但從實(shí)際效果來看，茶葉無法成條，且茶葉極易分散。于是研究者將茶葉填充在一個(gè)長型的布條之中，并將兩端封住，加大上層的壓力進(jìn)行操作。此時(shí)發(fā)現(xiàn)加工效果顯著提升，改善了加工條件，且增加整個(gè)加工產(chǎn)量。在此類原理下，英國工程師提出揉捻設(shè)備的制作理念，類似于我國的石磨碾設(shè)施，其是由兩個(gè)木盤所組成，下方的木盤處于固定狀態(tài)，上層的木盤則可進(jìn)行平面位移，兩個(gè)木盤之間刻劃溝紋，此時(shí)在偏心轉(zhuǎn)動(dòng)的作用下，可加快揉捻效率。最后，其他工程師對此類工藝進(jìn)行改進(jìn)，采用彈簧及汽動(dòng)裝置增加聯(lián)動(dòng)性能，令其具備揉捻調(diào)節(jié)力，這也是自動(dòng)化茶葉揉捻設(shè)備的制作雛形。

3 我國茶葉揉捻機(jī)的研發(fā)

我國作為茶文化的起源地，無論是在生產(chǎn)還是加工方面都具有一定的話語權(quán)，但是此類發(fā)展模式受到清末時(shí)期閉關(guān)鎖國的影響，先進(jìn)技術(shù)無法引入，造成我國茶葉自動(dòng)化發(fā)展存在斷層問題。但是茶文化在民眾體系中的根深蒂固，部分業(yè)界人員仍然致力于茶葉生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的戰(zhàn)略中。在1915年，安徽籍人員自主研發(fā)小型揉捻機(jī)，在一定程度上推動(dòng)地區(qū)茶葉生產(chǎn)質(zhì)量，并為茶葉界樹立正確的發(fā)展方向。伴隨著茶葉產(chǎn)商引進(jìn)高新技術(shù)與設(shè)備，茶葉加工也步入機(jī)械化行業(yè)，但受限于不同品種的制作影響，設(shè)備只是單獨(dú)的對應(yīng)某一類品種，而我國茶葉品類較多，茶葉產(chǎn)商開始研究引進(jìn)設(shè)備的工作特點(diǎn)，并進(jìn)行仿制，在一定程度上，加快我國茶葉制備體系機(jī)械化轉(zhuǎn)型效率。在新中國成立以后，茶葉所具備的營養(yǎng)價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，逐漸被政府部門重視，國家也開始加大技術(shù)資源、經(jīng)濟(jì)資源的投入力度，以工業(yè)化為基礎(chǔ)，將茶葉揉捻設(shè)備的生產(chǎn)制造納入到國家重點(diǎn)項(xiàng)目體系中。但茶葉種植環(huán)境多集中于南方區(qū)域，而工業(yè)生產(chǎn)多集中于北方區(qū)域，其在一定程度上加大設(shè)備的研究難度。但秉承著工匠精神，我國研發(fā)人員克服人力資源、工業(yè)資源的阻力，在1960年研發(fā)出綠茶初制設(shè)備，并投入量產(chǎn)，經(jīng)過設(shè)計(jì)工藝與制作工藝的共享，在一定程度上推動(dòng)著我國茶葉揉捻制備工藝機(jī)械化的轉(zhuǎn)型速率。

4 揉捻機(jī)器的自動(dòng)化研究進(jìn)展

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，我國茶葉揉捻設(shè)備的機(jī)械自動(dòng)化體系逐步完善，基本實(shí)現(xiàn)了茶葉投放、自動(dòng)溫控、揉捻等一系列的操控。與此同時(shí)，在人工調(diào)節(jié)程序下，自動(dòng)化系統(tǒng)所具備的集成功能，可有效保證不同操控模式下，系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)可依據(jù)程序調(diào)節(jié)，滿足不同原材料的加工需求。在實(shí)際操控過程中，不同茶葉物質(zhì)對揉捻力度具有差異性，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)差異化運(yùn)行，基于PLC控制系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)功能，則可對實(shí)際供給壓力值進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。在不同操控視域下，依托于可編程邏輯控制，結(jié)合外設(shè)組件，可確保壓力值的輸入及運(yùn)行狀態(tài)，反饋到主系統(tǒng)中，這對于整個(gè)操控系統(tǒng)而言，則可進(jìn)一步強(qiáng)化操控行為之間的對接性。伴隨著PLC 技術(shù)的不斷成熟，國內(nèi)茶葉產(chǎn)業(yè)采用可視化操控系統(tǒng)，將傳感器與壓力信號傳輸裝置相對接，以形成壓力檢測系統(tǒng)，這樣便可確保壓力信息在傳感的同時(shí)，主系統(tǒng)通過雙向反饋功能，對整個(gè)操控工藝進(jìn)行驅(qū)動(dòng)處理，以提高實(shí)際處理精度。此類由PLC為平臺的處理模式與傳統(tǒng)的壓力調(diào)控方案相比，通過數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸所產(chǎn)生的時(shí)間差，可進(jìn)一步縮減實(shí)際緩沖值，這對于系統(tǒng)本身所具備的操控屬性來講，則可通過壓力值映射出固定操控模式與動(dòng)態(tài)操控模式所產(chǎn)生的差異系數(shù)。從實(shí)際操作效果來看，依托于機(jī)器設(shè)備的柔性化操控，其可有效節(jié)約能源，且柔性化揉捻工藝，在破壞茶葉細(xì)胞時(shí)可產(chǎn)生一個(gè)滲透效果，提高細(xì)胞破碎效率，且對茶葉表面的破壞效果較低，提高茶葉制備質(zhì)量。在實(shí)際操作中，柔性壓力的參數(shù)值，是由PLC程序參數(shù)所決定的，通過參數(shù)與執(zhí)行指令之間的對接，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，此類操控現(xiàn)象映射到壓力裝置中，則是以壓力蓋升降狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。

我國技術(shù)人員還設(shè)計(jì)一種基于智能化平臺來實(shí)現(xiàn)的茶葉揉捻工藝體系，在信息化技術(shù)、智能操控技術(shù)的支持下，可以有效針對整個(gè)智能操控程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來保證茶葉揉捻工藝運(yùn)行的精準(zhǔn)性與質(zhì)量性。此類茶葉加工體系是以多個(gè)揉捻機(jī)器而組成，然后在不同揉捻機(jī)器之間設(shè)定獨(dú)立的上料帶，此類上料袋可以實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，確保上料過程中可以精準(zhǔn)的將料體補(bǔ)給到目標(biāo)處。與此同時(shí)，在揉捻機(jī)器的主程序中設(shè)定監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)所具備的功能是全過程作用到整個(gè)熔點(diǎn)操控體系中，通過對控制箱及變速箱的調(diào)節(jié)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對茶葉原料的多元化操控，例如加料控制、壓力控制、揉捻順序控制等。通過智能化功率的實(shí)現(xiàn)可以進(jìn)一步提高實(shí)際揉捻效率，為我國茶葉生產(chǎn)制造體系提供數(shù)據(jù)支撐。

除此之外，部分技術(shù)人員針對揉捻過程中所呈現(xiàn)出的工藝特性，設(shè)定相對應(yīng)的自動(dòng)化控制體系，體系設(shè)定的原理是針對原有的熔點(diǎn)設(shè)備原料供應(yīng)機(jī)制，界定出基于壓力控制平衡系統(tǒng)的一種自動(dòng)填充工藝。其是氣缸裝置、皮帶裝置、電磁閥門裝置以及步進(jìn)電機(jī)傳感器等，制定出具有一體功能的控制體系，且外部顯示系統(tǒng)可以針對此類技術(shù)參數(shù)進(jìn)行映射，工作人員通過屏幕所顯示的參數(shù)，便可對當(dāng)前熔點(diǎn)機(jī)器的運(yùn)行工況進(jìn)行分析，以此來查證出不同操控模式下設(shè)備本身所具備的性能，或者是在某一段時(shí)間節(jié)點(diǎn)下設(shè)備所呈現(xiàn)出的故障趨勢，這樣便可進(jìn)一步為整個(gè)智能生產(chǎn)體系的持續(xù)化運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

伴隨著自動(dòng)一體化技術(shù)的深入落實(shí)，傳統(tǒng)茶葉揉捻設(shè)備在運(yùn)行過程中其并不是單一的對茶葉物質(zhì)進(jìn)行揉搓加工，而是通過自動(dòng)上調(diào)自動(dòng)整合的形式，令茶葉加工形成智能化操作，以解放傳統(tǒng)的人力資源，這樣才可進(jìn)一步企業(yè)帶來長期穩(wěn)定的收益。除此之外，自動(dòng)化操控模式通過 PLC內(nèi)部傳感器以及相關(guān)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可以確保各類指令參數(shù)下達(dá)的精準(zhǔn)性并予以及時(shí)響應(yīng)，這樣可以有效提高實(shí)際加工精度，以避免人工操作所造成的誤差問題。例如通過傳感器測定茶葉物質(zhì)的數(shù)量，然后依據(jù)茶葉種類設(shè)定好茶葉輸送的數(shù)值，并通過測力傳感器對整個(gè)茶葉在運(yùn)輸過程中所呈現(xiàn)出的數(shù)值，通過彈性形變機(jī)構(gòu)傳遞到主系統(tǒng)中，這樣在主系統(tǒng)指令下達(dá)下可以有效控制電機(jī)及變頻器。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的改變，確保送茶速度及壓力參數(shù)的修正，進(jìn)一步提高茶葉制作質(zhì)量。與人工操作模式相比，茶葉揉捻設(shè)備的建設(shè)，無論是在成長還是在殺青等方面，其所具備的工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工操作，且整體技術(shù)成本使用較低，對于企業(yè)的持續(xù)化發(fā)展具有較高的促進(jìn)作用。

5 茶葉揉捻機(jī)的發(fā)展趨勢

茶葉揉捻機(jī)器的研發(fā)與應(yīng)用可以進(jìn)一步提高制茶效率，替代原有的人工操作模式，真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益的持續(xù)性增長。這對于企業(yè)來講，成本低投入可以令企業(yè)將技術(shù)及管理機(jī)制做到最優(yōu)，反饋到整個(gè)制茶體系中，進(jìn)而在市場中獲取更多的經(jīng)濟(jì)利潤。然而，從我國目前揉捻機(jī)器的應(yīng)用模式來看，其仍存在下列問題。首先，熔點(diǎn)機(jī)器設(shè)備在使用過程中不同操控機(jī)構(gòu)本身所呈現(xiàn)出的工藝參數(shù)難以做到真正的量化，特別是對于部分操縱性能繁雜的組件來講，如果單一的參數(shù)無法被系統(tǒng)進(jìn)行衡量，這必然造成在實(shí)際加工過程中產(chǎn)生基于數(shù)據(jù)冗余問題操控，這也是傳統(tǒng)揉捻機(jī)器結(jié)構(gòu)，在自動(dòng)化智能化發(fā)展體系中呈現(xiàn)出滯后性的主要原因。其次，我國揉捻機(jī)設(shè)備智能應(yīng)用程度不足，其無法依據(jù)茶葉本身所呈現(xiàn)出的鮮嫩度采取智能化操控，多數(shù)智能設(shè)備對于茶葉只是進(jìn)行種類數(shù)量上的核定，其并不能以茶葉物質(zhì)本身的屬性來界定出相關(guān)操控方法，且此過程需要人工進(jìn)行操作修改，在一定程度上加大系統(tǒng)運(yùn)行的繁瑣性。此外，在揉捻過程中主要是對茶葉物質(zhì)內(nèi)部的細(xì)胞進(jìn)行破碎以達(dá)到成型目的，但是目前熔點(diǎn)機(jī)器在操作過程中，其內(nèi)部傳感機(jī)構(gòu)只是單純的對茶葉外表特征進(jìn)行查驗(yàn)，其并不能對茶葉本身所呈現(xiàn)出的氣泡破碎度進(jìn)行精準(zhǔn)分析，這也就造成在碾壓過程中壓力調(diào)控值無法實(shí)時(shí)更新。為此，我國茶葉揉捻機(jī)器在未來發(fā)展過程中，必須加強(qiáng)機(jī)械技術(shù)及相關(guān)理論的應(yīng)用，真正設(shè)計(jì)出可以對茶葉內(nèi)部細(xì)胞破損度檢測的智能傳感體系，只有這樣，才可進(jìn)一步提高茶葉物質(zhì)在揉捻過程中呈現(xiàn)出的各類屬性狀態(tài)，然后通過傳感器保證主系統(tǒng)所下達(dá)的指令，滿足當(dāng)前茶葉揉捻工藝需求，進(jìn)一步提高實(shí)際揉捻質(zhì)量，為我國茶葉智能化生產(chǎn)體系的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

綜上所述，茶葉揉捻機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)茶葉加工的一體化。通過自動(dòng)化、智能化的加工模式，替代傳統(tǒng)人工作業(yè)，進(jìn)一步強(qiáng)化茶葉制備效率與質(zhì)量。期待在未來發(fā)展過程中，技術(shù)人員可對揉捻機(jī)器進(jìn)行深度解析，強(qiáng)化機(jī)械設(shè)備功能。