苹果分选线柔性化配置

王忠财

（迈夫诺达机械设备（烟台）有限公司，山东 烟台 264000）

中国的苹果产量自2011年起，一直以超过50%的全球产量占有率成为世界上最大的苹果生产国。中国苹果在国际市场上的产品档次并不高，不占据优势，尤其是核心的内部瑕疵检测质量评定水平较低，导致中国苹果的出口占比却比较低，高端苹果的国际市场占有率更低。导致这种差距的原因主要是中国苹果采摘后的商品化处理技术水平较低，产后附加值较低，核心分选指标亟须提升。

在中国，最常见的苹果品种就是富士苹果、国光苹果、金帅苹果、嘎拉苹果、红将军苹果、花牛苹果等。其中以富士产量最多，占据中国苹果种植面积和产量的半壁江山。中国幅员辽阔，苹果产区分布广泛。主要有黄土高原、渤海湾、黄河沿岸和西南冷凉高地四大产区，根据气候和生态适宜标准，西北黄土高原产区和渤海湾产区又是中国最适苹果发展产区。黄河沿岸产区属于苹果生产的次适宜区。西南冷凉高地苹果生产规模小、产业基础差，无法满足苹果生产优势区域的要求。但是最近几年，随着过国内现代化农业的大力发展，国家精准扶贫政策的大力推广，让越来越多的特色苹果走出大山，走进了都市[1]。

近年来，我国的苹果产业整体上得到了快速的发展，但是同样存在着显著的问题。由于苹果品种繁多，产地及纬度不同，导致苹果产区分布跨度大，为苹果制定统一的质量标准增加了难度。苹果采摘后商品化程度低，采后分选技术水平不高，无法形成真正的品牌化，从而无法大幅提高苹果的采收附加值。为让果农增收，更重要的是提高苹果的品质，将苹果进行精细分级，按质论价，统一质量标准，打造真正的品牌化，这样才能提高果农的总体收入。

如何合理利用苹果精细分级指标特性；如何配置苹果分选线；如何把苹果采后分选标准化流程建立起来；如何让采摘后的苹果和现代化农业科技结合起来，是推动苹果产业向高质量水平发展急需解决的问题。

目前，苹果采摘后分选分级检测的主要行业指标特性包括以下5项：1.单个苹果的重量；2.外观、颜色检测；3.外部瑕疵检测；4.内部瑕疵检测；5.内部糖酸度检测。配置苹果分选线的考虑因素主要有以下4点：1.单日分选产能；2.上料方式；3.出料包装方式；4.出料口的数量。需要将分选分级检测5项指标与分选线配置4点因素按统计学进行优化排列组合，这时就必须合理应用柔性化配置，在现代工业制造体系中发挥非标化的优势[2]。

一、逐一分析分选分级检测5项指标以及对应的检测方法

1.单个苹果的重量

这是一个苹果采摘后分选最基础的指标，利用成熟的在线连续式称重传感器可以顺利完成。通过对每一个果杯中的苹果进行数据编码，被数据编码的苹果在经过称重传感器时将会得到一个重量数据信号，至此，一个苹果的在线单果重量就被记录，物理编码加上重量信号复合输出，等待后期分选程序按重量分选要求输送到指定的分选出口处理即可。

2.外观、颜色检测

这是苹果外观分选的基础指标，一般主要检测苹果果型及苹果颜色。利用设置在苹果正上方的一台高速摄像机将旋转的苹果动态成像处理，一般一颗苹果成像约8-10张图像，通过分选系统图像信息处理的算法，来判定苹果的颜色是全红色、条红色、偏黄色等相关颜色数据，以及判定苹果是偏长的、偏圆形的或者畸形的，同时，此外观颜色数据也可以加持到被数据物理编码的苹果上，待后期数据处理。

3.外部瑕疵检测

这是苹果外观分选的进阶指标，一般瑕疵包含干疤、花斑、腐烂和破损等。检测原理与外观颜色检测类似，用设置在苹果左上方和苹果右上方的两台高速摄像机对称斜向成像，通过让苹果在摄像时同步旋转，拍摄得到更全面的、360°全视野苹果表面数据，利用分选处理大数据，可以有效识别果花和果柄等部位，避免误判，真正剔除具有外部瑕疵参数的苹果，从而提升苹果的商品果质量等级。

4.内部瑕疵检测

主要检测苹果霉心病和褐变等内部瑕疵。是基于傅里叶近红外光谱技术（Fourier transform near infrared spectroscopy，FT-NIRS）的检测方法，利用对比健康苹果和内部有瑕疵的苹果的透过光谱来分析得到结果。这种方法的优点是对苹果没有任何损伤，可在线直接将内部瑕疵果分选出来。但是对比测试的光谱模型需要前期找到若干的内部瑕疵苹果建模，建立模型过程中的数据越多，后期分选精度就越高。霉心病果和褐变果都是需要独立建模，因为透过光谱特性不同，所以不能混合建模。

5.内部糖酸度检测

这是一个提升苹果内在品质的重要指标。苹果甜不甜，酸不酸，通过检测数据，做到有“心”中有“数”。 检测原理与内部瑕疵检测类似，但是糖酸度的检测需要将用于建模的水果先记录光谱数据，在用手持糖度仪测定真实糖酸度数据，将光谱数据与糖酸度数据关联起来[3]。

二、详细解释一下配置苹果分选线的考虑4因素

1.单日分选产能

这是配置苹果分选的基础要求。是按照年出货总量平均到每一天的量，一般单位是：顿/天，因为设备的产能是根据通道数量设计的，一般一个通道的产能是2.5～3顿/小时，按8小时计算，一天的产能约为20—24顿/天。

2.上料方式

一般包括：人工手工上料，人工周转筐上料，机械自动化周转筐上料，人工大框上料，机械自动化大框上料等。如果需求的单日分选产能低，一般的人工上料方式可以满足，而产能高于60顿/天时，一般建议配置自动化上料方式。

3.出料包装方式

一般包括：人工手工包装，单层半自动化包装，吸盘机械手自动包装，预分选大框包装，机械自动化码垛包装等。由于苹果属于易损水果，针对国内市场的包装现状，一般都需要手工套网套来保证苹果的品质，所以一般建议采用人工手工包装，降低设备的采购成本。

4.出料口的数量

取决于分选指标和客户的分级规格。实例一，新疆阿克苏地区苹果，因苹果一般不套纸袋，光照强，苹果甜度高，会形成冰糖心，而且苹果外观着色分布极度不均匀（一般是一大半红，一小半黄），客户预计日出货能力40顿。这时建议分选指标选择：1.单个苹果重量3.外部瑕疵检测5.内部糖酸度检测，再结合配置苹果分选线的考虑4因素，经优化分析柔性化配置的结果如下。配置2通道分选主机，上料和包装均建议采用人工方式，配置外部瑕疵检测处理系统和糖度检测系统（主要优化冰糖心的检测模型），结合3个分选指标和市场一般分级规格，建议配置12—14个出口即可。实例二，陕西高原地区苹果，因苹果一般都套纸袋，光照强度较强，苹果甜度较高，成熟后需摘套进行着色，苹果外观着色分布均匀，客户预计日出货能力80顿。这时建议分选指标选择：1.单个苹果重量、3.外部瑕疵检测、4.内部瑕疵检测、5.内部糖酸度检测，再结合配置苹果分选线的考虑4因素，经优化分析柔性化配置的结果如下：配置4通道分选主机，采用机械自动化周转筐上料，包装建议采用人工方式，配置外部瑕疵检测处理系统、内部瑕疵检测系统（主要优化霉心病的检测模型）和糖度检测系统（主要优化糖酸度比值的检测模型），结合4个分选指标和市场一般分级规格，建议配置16—20个出口即可。

以上两个实例，只是对当前行业配置的定制化分选分级的柔性化配置的典型设计，可以显著提升苹果的质量等级。针对分选分级检测指标4.内部瑕疵检测和5.内部糖酸度检测，是让苹果质量等级走向高端、顶点的关键指标，是区别苹果分选外部检测和内部检测的关键[4]。目前，内部无损检测的方法主要有低频磁共振法、CT 成像法、生物阻抗特性法、计算机视觉法、高光谱法。但这些技术存在费时、检测成本高、需要专业人员操作等不足，导致无法成熟地应用于工业化规模生产，无法保证出售水果的高端质量[5]。因此，迈夫诺达机械设备（烟台）有限公司开发出基于傅里叶近红外光谱技术的检测方法的成熟应用设备INSIGHT IIT 和 IDD4 V8，结合先进的大数据分析处理光谱信号，分别成熟应用于苹果内部糖酸度、霉心病及褐变等内部检测，反馈出最优的内部检测结果，已经广泛应用中国的苹果产区。

最后，结合分级检测5项指标与分选线配置4点因素综合分析，合理应用现代工业的柔性线意义，精准施策，选择搭配出最适合企业需求的苹果分选线，结合高端分选分级的内部检测指标，打造属于中国苹果分选企业独有的分选体系，建立专属的分选质量标准，提升自身品牌影响力，进一步提升苹果的采后附加值，让纯天然的苹果配上智能化分选的翅膀，越飞越高。