科创中国

问题描述：

我国在茶叶加工技术方面，国内大多数茶叶企业仍沿用传统加工工艺，技术创新的深度不够，费时费工耗能，生产成本较高，效率低下。现在的制茶仅仅依靠一些具有丰富经验的加工技师凭经验对茶叶品质进行经验式管控，茶叶产品质量受人为因素影响较大，品质稳定性不够，质量很难得到保证。

目前国内制茶企业的茶叶加工机械的标准化、自动化、智能化程度还较低，加工技术的智能化、定向化调控欠缺，茶机技术含量不高，新型智能茶机的研发力量相对薄弱，茶机设备粗加工多；制茶设备的性能不能够严格按工艺的执行，保障不了精确运行多种多变的制茶工艺。因此，如何精准生产出茶叶产品，不仅是当下的研究重点、难点，亦是大宗茶叶加工的未来趋势。

问题背景：

首先，茶叶工艺过程包括杀青、揉捻、渥堆、干燥、灭菌和成型等各个方面，各工艺过程中影响因素众多、参数复杂、工艺重现性差，容易造成产品质量不稳定。目前，制茶企业生产工艺多数仍在沿用一些传统技术，工艺粗放、效率低、能耗高；生产过程中对工艺参数的优化主要根据经验进行调整，缺乏理论指导。目前对工艺过程的研究多重于参数优化，而对工艺过程原理、过程控制和规范化以及对工艺与产品的适宜性研究相对较少，无法解决茶叶产业发展存在的共性问题。

其次，目前生产中有许多工艺关键控制点要想完全实现自动化、智能化，需要做些更深入的适应性研究，目前虽然各类传感器品类已经比较多，但茶叶工艺本身有其品类繁杂，环境变化大等各种影响因素，均能对传感器的应用带来一定的不利影响。如部分生产环节中人工经验转化为智能识别还存在困难；不同工序实现无缝对接连续化生产，需要开发各工序之间的智能化无缝对接程序等。所以，如何建立符合茶叶智能制造业全流程需求的信息融合技术体系已成为亟需解决的关键工程技术难题。

另外，茶叶行业现有装备严重滞后，不仅工艺粗放、能耗高效率低、装备水平和自动化程度落后，缺乏有效的质控手段。大部分工厂生产的茶叶机械是相互模仿的低水平重复产品，而且制造过程以落后的单元操作为主，远未实现整个制造技术装备的集成与优化，先进的技术与装备尚未形成主导。

还有，茶叶制造过程的数据建模、虚拟仿真与信息化技术严重滞后。在茶叶现代装备的研究过程，急需加强以数据建模、虚拟仿真、传感器为代表的技术研发。当前，随着人工智能与大数据时代的到来，工业物联网、区块链技术等当代前沿技术将在各个行业的未来发展中发挥至关重要的作用。现代化的茶叶加工业必须加强现代信息技术的融合应用。

传承精华，守正创新。在研究制茶过程中的茶叶特征成分生物合成和转化机理的基础上，结合制茶设备及控制系统，进行各个方面技术整合。突破点是数字化可准确描述制茶工艺的规律，帮助将规律总结和提炼，加快工艺持续改进速度，增加技术生命力和延续性。制茶工艺的数字化改变制茶生产工艺的不标准、无规范的现状，有利于茶叶的加工质量持续提高，对促进茶产业升级和提质增效具有重要意义。

最新进展：

孟州市远弘干燥设备研发公司组建的孟州远弘茶叶加工研发团队以中国农业科学院茶叶研究所江用文、董春旺、袁海波为依托；组织了黑龙江省农副产品加工所袁长胜，上海翰韬机械公司何星，天津商业大学陶永清，青岛农业大学代爱昵，江南大学宋春芳等涵盖传热学、热管理、食品学、机械制造、过程控制、云控制、工业APP等专业的几十位专家。

2019～2021年三年来，孟州远弘茶叶加工研发团队以茶叶精益化加工研究为导向，根据制茶工艺的过程精确控制的要求，孟州远弘协助中国农业科学院茶叶研究所的首席科学家江用文研究员的茶叶精准加工团队在茶叶过热蒸汽杀青机的茶叶过热蒸汽杀青技术探讨、设备设计方案论证，并结合去制茶企业做问题调研，双方共同协商确定出有产业化前景的过热蒸汽杀青机等多款新型制茶设备，共同开发出一系列制茶设备专利技术,申请了CN211651038U，CN111692858A,CN211552297U等五十个制茶设备和茶叶加工工艺的专利。

制茶设备是制茶的工具和载体，工艺和控制是其灵魂。新型制茶设备既是一种新的制造系统，也是一种新的技术体系，是有效解决智能制茶各种问题的一种新的普适性方案，其内涵可以从系统、技术和愿景等多个视角进行描述。

近年来，基于新型制茶设备的定向设计和精准加工研究主要集中在如下三个方面，亦取得了一定的进展。

软件定义制茶：通过对多级干燥模式与多种质热传递机理的优化组合，实现优质、低耗和绿色的茶叶干燥加工。以软件为工具和载体，通过对茶叶制作中的大数据分析及聚焦，人工智能技术已经完全可以将知识、经验和能力这些工艺过程的必备要素借助终端实现智能化控制或推送。把多年积累的制造原理、工艺、方法形成的领域知识以标准和规范的方式表达出来，改变制茶生产工艺的不标准、无规范的现状。

智能制茶设备：改变了制茶经验的依赖性，其需越来越多的嵌入式系统和工业软件，人智转机智体现了新应用、新价值、新模式。随着机械制造水平的提升，新型制茶机械逐渐实现了工艺参数的精准调控，真空干燥，过热蒸汽干燥等新技术在加工设备上得到应用，热能利用率提高了25～60%，温度浮动范围可控制在±3℃之内，使得制茶更为清洁、低碳、高效，有效解决了制茶标准化程度低等问题。

茶叶加工物联网云控制平台：结合制茶装备、制茶工艺及控制系统等各个方面技术整合，开发研制适合产地应用的一机多能的制茶设备的制茶工业APP。借助茶叶加工物联网云控制平台，可实现茶叶在线显示参量，在状态感知、实时分析、自主决策、精确执行的智能加工基础上，能够实现制茶设备的运维管理，生产过程的监控和分析，茶叶加工工艺的优化及标准化，新型制茶设备的持续改进等一系列全新的功能。

面临的关键难点与挑战:

1、大家喜欢用成熟的技术及设备来完成所谓新型制茶设备的创新设计，给茶叶加工生产技术水平发展带来很大障碍。

2、新型制茶设备的结构设计,加工工艺的创新需要系统性的渐进开展，难以一蹴而就式的一步实现设备、工艺和控制的完全融合。

重要意义：

工欲善其事，必先利其器。茶叶智能化加工已成为当下及未来发展的主流，加速茶叶加工由目前的半机械化向自动化、智能化的转变进程。用制茶工业APP作为工具和载体，将制茶工艺复杂问题简单化，改变制茶的经验依赖，提高茶叶质量，促进茶农增收。

项目完成后，能实现茶产加工的精准控制，必将大大提高我国茶叶生产的现代化水平，从而缩短与国际先进茶叶生产水平的差距。进行茶叶加工全过程的生产工艺技术的标准化研究，通过标准化、规范化生产，有效提高茶产品的科技含量和附加值，必将大大地提升茶叶产业的经济效益和社会效益，从而为在国际茶叶市场中获得足够的竞争力奠定基础。