智能扦樣和檢驗系統在智慧糧庫建設中的應用

王超群

（中糧貿易有限公司, 北京 100005）

我國是農業生產大國，也是糧食消費大國，也是典型的糧食儲備大國，糧食安全始終是關系我國國民經濟發展、社會穩定和國家自立的全局性重大戰略問題[1]。根據國家統計局官方數據，2021年全國夏收糧食產量1.5×1011kg，全國秋收糧食產量5.1×1011kg，全年糧食產量共計6.8×1011kg，其中，稻谷產量2.1×1011kg，比上年增加1×109kg，增長 0.5%；小麥產量 1.4×1011kg，比上年增加2.7×109kg，增長2.0%；玉米產量2.7×1011kg，比上年增加1.2×109kg，增長4.6%[2]。

糧食行業在收購、烘干、儲存、銷售、運輸等環節上，具有其特殊性。然而，國內大部分基層糧庫存在倉儲設施水平不高、原糧收儲方式不精細、傳統扦樣和檢驗工作效率低等問題，影響糧食儲存安全精細化管理提升。推進“機械化換人、自動化減人、信息化管理、智能化管控”的智慧糧庫建設對保障糧食儲存安全具有重要意義。其中，扦樣和檢驗在糧食收購過程中尤為關鍵，是糧食質量的“準入關”，扦樣樣品的代表性、檢驗結果的真實性與準確性決定糧食質量，同時糧食質量直接影響后續糧食烘干質量、糧食儲存安全。因此，結合糧食收購的特點，如何提升樣品的真實性、代表性和檢驗結果的準確性、穩定性一直以來是糧食行業重點研究的課題。

1 傳統扦樣和傳統檢驗存在的問題

1.1 基層糧庫現狀

1.1.1 市場化程度低

目前國內糧庫主要是以國有為主，受體制和機制約束，糧庫的市場競爭意識不足和競爭能力不強，無論是糧庫管理人員還是基層員工，普遍缺乏參與市場競爭、追求更高利潤的動力和能力。糧庫盈利模式以糧食收儲，獲得倉儲保管費用，盈利水平較低[3]。

1.1.2 糧庫人員少，勞務用工成本增加

糧庫日常管理人員較少，一般為30～50人。傳統糧食行業主要承擔糧食購銷、烘干、儲存，糧食季節性特別強，主要為夏糧收購（南方區域，時間主要集中6月–8月）和秋糧收購（黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古等區域，時間主要集中11月–3月），用工季節性強，需要聘用大量的勞務作業人員，進出倉作業、糧食烘干等勞動強度大，越來越少人愿意從事糧庫現場作業，基層糧庫面臨勞務工人“用工荒”問題；同時隨著社會經濟發展，社會整體工資不斷增長，糧庫用工成本不斷上升。

1.1.3 缺乏糧食扦樣和檢驗專業人才

有的糧庫地處偏遠、工作環境較差、交通不便等因素造成糧庫無法吸引和留住優秀專業人才，尤其在扦樣、檢驗、安全管理等方面專業人才日益缺乏。以檢驗員為例，糧食檢驗對檢驗員自身檢驗技術、手法、方法、檢驗經驗、責任心等方面都有非常高的要求，需要專業性強和工作經驗豐富的專業化人才方可勝任。

1.1.4 傳統扦樣和傳統檢驗易受到“人為因素”干擾，影響糧食質量

由于扦樣和檢驗的特殊性，以玉米檢驗為例，容重、水分、雜質、霉變等關鍵指標直接關系到糧食等級和價格，傳統扦樣方式和傳統檢驗方式易受到“人為因素”干擾，易發生扦樣樣品不能真實、準確的反映整車糧食質量和檢驗結果不準確、檢驗數據“失真”事件[4-5]。

1.2 傳統扦樣存在問題

傳統扦樣是由扦樣人員登上爬梯，操作扦樣機插入糧食內部對售糧車輛進行取樣，然后通過管道將樣品傳輸至檢驗室。存在扦樣隨意性強、扦樣人員專業能力不足、扦樣樣品代表性不足、工作效率低等突出問題。

1.2.1 扦樣人員專業能力不足，扦樣樣品代表性不足

國家標準《糧食、油料檢驗 扦樣、分樣法》（GBT 5491—1985）對糧食散裝扦樣方法、包裝扦樣方法、流動糧食扦樣方法等進行規定，但是針對散糧農用車、散糧卡車的扦樣點位、數量并無明確規定。在進行散糧車輛扦樣時，扦樣人員專業能力不足、缺乏工作經驗，易發生點位分布不合理、樣品數量不足、扦樣方式錯誤等情形，導致樣品代表性不足，直接影響糧食檢驗結果指標的準確性[6]。

1.2.2 傳統扦樣隨意性強

扦樣人員因受到重復勞動、身體疲勞、心理、現場作業環境等影響，易發生扦樣不到車廂底部、未覆蓋車輛四周邊角處、扦樣點位數不足等不合規操作情形，導致扦樣樣品無法真實、準確的反饋糧食質量和等級；其次，扦樣人員易受場外因素影響，在扦樣過程中人為故意違規操作；再次，售糧人員易摸清扦樣人員扦樣習慣，在車廂底部、車廂四周等不易觸及部位放置不合格糧食，均給糧庫造成了比較嚴重的經濟損失[7-8]。

1.2.3 傳統扦樣存在安全風險，工作效率低

傳統扦樣機是由扦樣人員登上移動爬梯操作扦樣機，爬梯高3～5 m，冬季嚴寒、暴風暴雪天氣，夏季高溫多雨等極端天氣較多，重復勞動且勞動強度大，作業頻繁，極易發生高處墜落事故風險[9-11]。

傳統扦樣機完成散糧車輛時間需8～12 min/車，工作效率低，影響糧庫整體收購。

1.3 傳統檢驗現狀存在問題

傳統檢驗是檢驗員通過容重器、水分儀、烘箱、感官判別等方式對糧食水分、雜質、容重、不完善粒、霉變、熱損傷等指標進行檢驗[12]，獲得檢測結果，對照表1中《玉米質量等級標準》[13]判定糧食等級，確定糧食收購價格。

表1 玉米質量等級標準（GB1353—2018）Table 1 Quality grade standard of Maize （GB1353—2018）

1.3.1 檢驗難度大，對檢驗員依賴程度高

以玉米檢驗為例，糧食收購指標主要有水分、雜質、容重、不完善粒、霉變粒、熱損傷粒等指標，無差別分樣、雜質篩分等操作要求高，檢驗指標多、難度較大，檢驗技術要求較高，尤其是不完善粒、霉變粒、熱損傷粒等指標由檢驗員進行人工感官判別，需要高水平、經驗豐富的檢驗員進行操作，對檢驗員依賴性程度高。

1.3.2 傳統檢驗重復性較差，不同檢驗員檢驗結果差異性大

以玉米檢驗為例，不完善粒、霉變粒、熱損傷粒等需要檢驗員進行人工感官判別，相同檢驗員檢測相同樣品因疲勞程度不同、心理狀態不同、不同時間等狀態下得到的檢驗結果很可能不同，人工檢測重復性較差；同時，不同檢驗員檢測同一份樣品因專業背景、對標準理解、檢驗尺度、工作經驗、檢驗能力和手法等不同的情況下得到的檢驗結果很可能不同[14-15]。水分、雜質、容重三個指標是通過檢驗員直接接觸樣品，操作水分儀、篩分儀、容重器進行檢測，但檢驗員有時候受到場外因素影響，易導致檢驗結果“失真”和檢驗結果不準確，不僅造成糧庫經濟損失，同時不利于后期糧食烘干、糧食儲存[16-17]。

1.3.3 傳統檢驗工作效率較低，人工成本高

因檢驗指標較多，需要檢驗的樣品多，傳統檢驗需要2～4名檢驗員同時進行操作，完成單輛散糧卡車檢驗需要 15～20 min，工作效率低，檢驗工作重復性高，檢驗員易疲勞，影響糧庫整體收購效率。

2 智能扦樣和智能檢驗系統的應用

借鑒無人工廠經驗，探索在糧庫建立智能扦樣系統和智能檢驗系統，與糧庫數字化管理系統實現互聯互通，通過現代化信息技術手段，旨在減少和避免扦樣和檢驗過程中的重復勞動，提高扦樣和檢驗工作效率，不僅減少和避免人為干預，進一步提高糧庫智能化水平。

2.1 智能扦樣系統

智能扦樣系統由智能扦樣機+PLC控制柜組成，利用預先內置在控制柜中的程序，實現了智能識別車輛信息、自動扦樣等智能化功能。

2.1.1 網格劃分分區設點、具備隨機性，扦樣樣品具有代表性

智能扦樣系統內置控制程序中根據散糧車型大?。ㄜ?、農用車等）設定扦樣點位數量，扦樣機自帶攝像頭自動掃描糧面，將散糧糧面水平方向、垂直方向進行網格式劃分為若干等分，然后在網格中進行點位隨機確定，同時規則設定任意兩個點位不會在相同水平方向、垂直方向上。以某糧庫為例，圖1中系統將卡車水分方向（長15 m）和垂直方向（3 m）通過智能網格劃分，分成同樣大小的等份，在扦樣程序根據網格劃分結果設定大型卡車按13個點進行分區設點，每次扦樣點位均不相同，智能扦樣機在電機驅動下根據程序計算點位進行隨機扦樣。扦樣點位分區設置不僅滿足《糧食、油料檢驗 扦樣、分樣法》等國家規范要求，點位選擇具有隨機性，糧食樣品具有代表性，能夠真實準確的反應整車糧食質量。

圖1 糧面網格劃分和扦樣點位選擇Fig.1 Mesh division of grain surface and selection of grain sample points

2.1.2 無人值守、自助操作、扦樣效率高

農民通過自助機終端制卡，通過智能扦樣系統自助刷卡，“一鍵啟動”售糧扦樣，自動送樣至化驗室，自動分樣，無需人員操作，實現“去人為化”，系統記錄和顯示每次扦樣點位。目前機械手式單扦智能扦樣系統和軌道式六扦智能扦樣系統應用廣泛（圖2～3所示）。

圖2 機械手式單扦智能扦樣系統Fig.2 Manipulator type intelligent inspection system

可扦樣玉米、小麥、稻谷、大豆等常規品種，可扦樣干糧、潮糧、結冰凍糧等。

圖3 軌道式六扦智能扦樣機Fig.3 Rail-type intelligent inspection system

扦樣效率提升至3 min/車，較傳統扦樣機節約時間約70%，提升糧食收購整體效率；扦樣設備無人值守，較傳統扦樣設備減少1名扦樣人員，節約人工成本，同時，能夠有效避免人員登高取樣導致的高處墜落生產安全事故。

2.2 智能檢驗系統

智能檢驗系統是將水分儀、容重器、篩分器、成像技術等集成為封閉式一體化設備，自動將樣品進行篩分，傳輸裝置將樣品傳送至不同指標檢測通道，每一個通道檢測不同指標，最后將檢測指標自動傳輸至人機交互系統中，全過程人員無需操作、無需接觸樣品、封閉檢驗，自動檢驗水分、容重、雜質、不完善粒、霉變粒、熱損傷、蟲蝕粒、生霉粒等指標（玉米為例，智能檢驗系統構成圖4所示），自動判定糧食等級和對應價格，檢驗結果與糧庫收購系統互聯互通[13,18-22]。

圖4 智能檢驗系統Fig.4 The intelligent inspection system of maize

2.2.1 智能檢驗系統的主要程序

（1）糧食樣品先進入滾筒篩→經過篩分→分離出雜質、破碎粒和完整?！謩e稱重→自動獲得雜質指標和破碎粒指標→雜質和破碎粒等自動排入到廢料回收罐中；

（2）完整粒玉米經過傳輸→水分分析儀→容重器→自動獲得水分指標和容重指標；

（3）完整粒玉米經過傳輸→霉變分析儀→玉米樣本逐粒清晰成像，采用 AI智能算法→與玉米不完善粒數據庫進行比對→獲得霉變粒、熱損傷、蟲蝕粒、生霉粒、并肩雜質（圖5所示）。

圖5 玉米不完善粒樣本分析結果Fig.5 The analysis result of unsound kernels of maize

（4）檢驗數據自動上傳至糧庫收購系統中，檢驗結果同步顯示到服務大廳的顯示屏幕中，售糧人員可根據檢驗結果決定是否售糧。

2.2.2 智能檢驗系統優點

（1）檢驗人員不接觸樣品，無需人員干預，有效解決基層糧庫檢驗專業人才緊缺問題，減少和避免糧食檢驗對檢驗員的依賴性。

（2）檢驗結果重復性可靠、穩定。樣品與不完善粒數據庫進行比對和分析，檢驗結果標準化，檢驗結果準確，糧食檢驗數據全流程可追溯。

（3）降低人工成本。減少2～4名檢驗員，大大降低糧庫成本費用。

（4）檢驗效率高。連續工作情況下，單輛散糧卡車檢驗時間為 5～8 min，工作效率較傳統檢驗方法提升超70%。

3 結論

（1）通過智能扦樣系統應用，覆蓋 100%散糧卡車區域，確保樣品的代表性，實現了無人值守目標。

（2）通過智能檢驗系統使用，全自動封閉檢驗，自動生成水分、容重、雜質、不完善粒、霉變粒、熱損傷等指標，檢驗結果可靠，實現檢驗標準化。

（3）應用智能扦樣系統和智能檢驗系統，全過程無需人員干預，解決了糧庫季節性用工荒問題和缺乏檢驗專業技術人員難題。

（4）應用智能扦樣系統和智能檢驗系統，在入庫收購環節，實現從扦樣、化驗、檢斤的過程一體化、操作自動化和智能化，整個過程用時10～15 min，工作效率提升75%左右，ROE可達10%以上，數據自動上傳至糧庫收購管理系統，扦樣、檢驗、檢斤等環節無人操作，取得良好效果。

（5）應用智能化扦樣系統和智能化檢驗系統，實現扦樣、檢驗兩個傳統人工實施環節由智能化設備代替，技術方法可行，適用性強。全過程做到陽光透明，解決農民“賣糧慢”“賣糧難”問題，讓農民賣“明白糧”“舒心糧”，讓糧庫“干凈收糧”“收干凈糧”。

4 展望

（1）隨著智能化扦樣設備、檢驗設備廣泛應用。筆者迫切希望相關政府部門、行業主管部門等能夠就完善散糧智能扦樣、智能檢驗等方面相關法規及標準。

（2）打造智慧型糧庫是糧食企業未來必經之路，智能扦樣系統、智能檢驗系統僅僅是糧庫眾多環節中兩項內容，糧食數量在線監測、自動化出入倉、智能烘干系統、智能安防系統、智能糧情系統等技術已逐步成熟和投入使用，在降低糧食損耗，科學、高效、低能耗、綠色儲糧保糧，保障糧食數量真實準確等方面將會變得更加智慧化。