產業實例

字級:
小字級
中字級
大字級

國產化全自動製包機介紹

資料來源:國立虎尾科技大學/周榮源、石信德、曾永村

現有袋栽製包流程為配合自動化生產模式,已由塞棉花之作業方式改為束環/壓蓋組合之方式。又,個別菇類栽培廠商為了本身栽培技術之特性,對壓蓋設計有許多不同需求,目前並無統一標準可以依循。對每一種結構都需要客製化其專用的機台形式,這樣對設備自動化上造成很大困擾。其次在製包袋體部分,目前業者多採用分離袋體之設計。此種生產方式在套袋自動化操作上之穩定性有一些缺點,機構動作過多、速度較慢。隨著各個廠商對重量要求不同,其袋體長度也會有所不同,造成設備廠商若要開發袋栽自動化系統,沒有一個依循的標準。此外,袋栽技術在香菇栽培上大多使用重量1.4公斤之太空包,杏鮑菇栽培則多為1.1公斤之太空包。不同菇種、不同廠商對太空包之基質重量、基質緊實度、打洞大小與深度等皆有特殊要求,此點對設備自動化設計上也是非常不利。這些製包條件對後續栽培管理上非常重要,內孔坍塌或變形,液態接菌無菌操作與噴嘴堵塞問題。因關係到產量與品質,廠商也特別注重。一個好的自動化設備必須要能克服上述問題,達成重量穩定、製包緊實、打洞完美等要求。

翔元自動化機械公司是以自動化機器設計及製造為核心之專業客製化設計開發公司,為各種產業提供高競爭力,高附加價值的自動化解決方案。核心技術能力包括:一、自動化機器設備設計及製造;二、產業自動化機電整合工程,完全自主的規劃與製作能力,可依客戶製程將其優化。

 class='img_caption'圖1、全自動化製包機之機構流程分析

在國立虎尾科技大學積極輔導下,該公司於108年度申請到二年期業參計畫補助。計畫目標規劃第一年以該公司袋式香菇自動化製包設備為基礎,創新設計乙台具備整合套袋、充填、壓實、打洞、束環、翻袋、上籃等操作之完整全自動化製包生產系統,整體系統機構流程如圖1所示。主要功能模組計有:一、套袋模組:採用連續卷袋式設計,提高套袋速度;二、計量充填模組:新增重量控制方法,確保重量誤差60g;三、翻袋模組:改良翻袋機構,提高緊度與壓包後之硬度,並能防止內孔塌陷;四、擺籃模組:重新設計可結合生產履歷模組之輸送帶與擺藍裝置。其中,套袋模組部分將採用創新設計之連續卷袋式設計,用來克服原有設計中易產生之對準誤差及給袋速度較慢等問題,達到準確對位、穩定夾持及高速套袋等目標。翻袋模組部分則採用創新設計之雙包同時翻袋之創新機構設計,同時改良現有翻袋模組之翻袋不確實、緊度不足及塞蓋易脫落等機構問題,提高生產良率達到商業化水準。擺籃模組部分採用創新設計多個太空包排列一次取放之新型夾持與擺放機構,以XYZ 型自動化手臂機構進行太空包擺籃動作,改善太空包在過程中之傾倒問題,達到穩定擺籃及提高擺放速度等。最後,將各項模組系統設計並製作完成後,透過模組機台PLC/HMI 機電整合,進行各項模組功能之基本測試,以驗證設計之可行性與功能性。後續第二年工作將著重在生產履歷品檢系統功能研製,實現自太空包製包生產全程生長履歷建置之物聯網功能,蒐集完整大數據做為生產技術提升、栽培管理及產品研發行銷等應用上之工具。

 class='img_caption'圖2、國產化自動化製包機設備實體圖

目前,該套全自動化袋栽太空包製包機是國內首套國產化且已經上線生產之最新設備,如圖2所示。穩定生產速度在26~30(包/分鐘)範圍,隨客戶需求可進行調整達30(包/分鐘)以上。

改良設備之特點與優勢為卷袋式設計不會有掉袋問題;製包硬度可調整;袋緣平順、製包品質優良;國產化設備、維修與服務佳。因為是全自動化生產模式,所以人力需求僅需1~2人,較傳統製包生產模式可以省工3~4人,效率非常高。

圖3所示為客戶藉由翔元機台所生產太空包及其走菌、栽培成果,生產品質皆相當優良。目前,翔元公司在政府智慧農業經費支持之下,已經為菇類產業開創新的契機。未來,將更努力將此設備輸出至中國或東南亞及其他國家,應用於菇類製包與栽培相關製程,為我國智慧農業自動化產業貢獻一份心力。

圖3、利用全自動化製包機所生產太空包之實際走菌、出菇成品圖3、利用全自動化製包機所生產太空包之實際走菌、出菇成品

結語

一、袋栽太空包智慧化製包自動化生產系統是一項具創新性且高度系統整合生產線設計,此套全自動化太空包製包生產系統對菇類產業創新發展、提升競爭力與培育高階設計人才等方面有很大助益。未來可以工業4.0架構建立智慧化袋栽太空包生產作業系統與生產流程,將能達成使生產作業由進料、製包、搬運、栽培、採收等流程一貫化生產之目標。

二、為符合產業需求及競爭優勢,袋栽太空包製包自動化生產之製包產量可以提高到25~30(包/分鐘)以上。另外,發展AI深度學習及人機協作robotics等技術是未來智慧化菇類生產在走菌、栽培與菇類採收等應用上所急需規畫建立之技術。

三、台灣擁有機械與資通訊產業發達之優勢,必須以工業技術能力來協助提升農業生產技術,鼓勵工業技術業者投入農業技術研發,克服兩者間應用上之差異,如:(一)設計標準化問題、(二)實施場域問題、(三)成本優勢問題、(四)人才培育問題、(五)老少世代經營理念不同問題等是急需解決之要務。

四、整合產官學研資源,建立及利用菇類大數據及AI深度學習等相關技術,技術上可以協助開發應用設備如智慧化製包機、智慧化接菌機及智慧化採收機等;經營管理上更能發展軟實力技術如栽培管理、產銷管理及創新創業(產品或服務)等,厚植產業競爭力。

五、宜藉由政府政策推動,鼓勵業者突破封閉產業思維、創新創業創投,因台灣擁有非常完整之自動化設備與資通訊產業鏈,是落實智慧農業最大的後盾。另,透過大數據分析及人工智慧技術從大數據農業資料中獲取價值關係,是解決農業變數高維、強耦合問題的主要途徑。系統化和實用化的生產技術與創新產品之整合,才能在此波全球農業智慧化浪潮中走出台灣的特色,而這是一個長期且艱巨的過程。

▲研發團隊:國立虎尾科技大學機械設計工程系(工程系統設計實驗室)/翔元自動化機械有限公司/農業試驗所菇類實驗室

聯絡人:周榮源 特聘教授

電話:05-6315364

E-mail:ryjou@nfu.edu.tw

TOP