第一章 绪论
内容提要
饲料产业的高速发展对饲料加工智能化提出了更高的要求。越来越多的饲料机械和智能化设备趋于成套化，生产经营趋于一体化，我国饲料工业要适应经济全球化的发展趋势和国际饲料集团进入中国市场参与竞争的挑战。
学习目标
●了解饲料的概念。
●掌握饲料加工的作用。
●熟悉饲料智能加工的特点与优势。
●了解饲料智能加工工业的现状与发展前景。
第一节 饲料加工概述
一、饲料的概念
饲料（feed）指的是一切能被动物采食，且无毒无害的物质。传统概念上的饲料，主要是指来源于种植业的植物性天然产品或加工副产品，也包括一些野生植物及少量人不食用的动物产品。随着动物营养及饲料科学的发展进步，现代概念上的饲料，还包括一些能提高饲料质量或间接对动物有好处的有机和无机化工产品。所以在现代养殖业中，饲料是指向动物提供糖类、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质元素等营养物质的有机或无机化合物，或指各种或部分营养物质与多种非营养性有机和无机化合物的混合物。
饲料具有以下主要的技术特性：第一，时效性。饲料和食品一样具有保质期，要保障饲料的质量安全性，在生产和流通过程中要防止霉变、避免污染。第二，周期性。饲料的品质只有经过一定的饲喂周期才能够得到检验。第三，趋同性。同种饲料产品容易被模仿，非常容易产生同质化。
二、饲料加工的作用
饲料加工是指通过工业化手段对多种原料进行处理，使其成为有益于动物生长或繁育的饲料产品。主要包括单一饲料加工、配合饲料加工、浓缩饲料加工、添加剂与混合饲料加工、精饲料和补充料加工及宠物食品的加工等。饲料加工的作用主要包括以下几点。
（一）满足动物的各项营养需要
按照饲料原料的营养功效进行分类，可分为能量饲料、蛋白质饲料、粗饲料、矿物质饲料和饲料添加剂等，任何一种单一的天然原料都难以满足动物整个生长期的全部营养需要。饲料加工将多种原料以动物的营养需要比例组合到*终饲料产品中，使饲料原料得到充分的利用。
（二）去除有害因子
饲料原料除动物所需的营养成分之外，可能还含有部分危害动物健康的有害成分，如游离棉酚、单宁、贮藏不当所产生的黄曲霉毒素，以及大肠杆菌、沙门菌等。饲料加工过程中常采用湿、热、压力等处理来降低各种饲料中有害因子的活性。
（三）提高饲料利用率
一方面，饲料加工可以根据不同动物的采食习惯进行有针对性的处理，制成更易于食用的粉状、颗粒状饲料，既可以提高饲料利用率，也能减少对饲养环境的污染。另一方面，饲料加工也能够提高部分营养成分的生理效价。例如，粉碎后的玉米蛋白质消化率为50%左右，而未经粉碎的玉米蛋白质消化率仅为30%左右。
（四）其他作用
除以上作用之外，饲料加工还具有延长饲料的保质期，减少霉变，增加饲料的适口性，提高动物采食量，将不易制成饲料的原料加以利用等重要作用。
三、饲料加工方法
从饲料原料到饲料成品，经过了多道加工步骤。在制备饲料的过程中所用到的加工方法主要有：粉碎、配料、混合、成型等。
（一）粉碎
粉碎是指利用机械力来减小原料或成品饲料尺寸或粒度的过程。在饲料加工中，按粉碎产品的大小将粉碎操作分为以下几类：①粗粉碎：粉碎后饲料粒度为5～40mm。②普通粉碎：粉碎后饲料粒度为0.4～10mm。③微粉碎：粉碎后饲料能够全部通过0.42mm孔筛。④超微粉碎：粉碎后饲料95%以上可以通过0.25mm孔筛。
（二）配料
配料指的是按照动物营养师设计的饲料配方，按需称取每一种饲料原料，使饲料产品中各种原料的所占比例与配方相一致。目前，国内外大多采用“间歇式重量计量配料”的方式，在我国饲料业起步阶段，部分饲料厂曾采用“容积式连续配料”的方式。
（三）混合
混合指的是在外力的作用下，使各种组分分散均匀，每一份饲料成品中各种组分的比例与饲料整体的比例相一致。根据被混合饲料的状态，可分为固-固相混合和固-液相混合，按照混合时饲料的运动形式也可以分为对流混合、剪切混合和扩散混合。
（四）成型
饲料成型是将粉状饲料变成颗粒状饲料的过程，主要包括制粒和膨化。与粉状饲料相比，颗粒饲料具有营养全面、易于消化吸收、采食时间短、易于运输和贮藏等优点。
第二节 饲料智能加工的特点与优势
科技创新将成为饲料行业发展的重要推动力。在饲料业发展进程中，大批先进实用的饲料科技成果起到了重要的推动作用，目前已在部分大型企业中应用，并在生产中发挥着重要作用。受此影响，其他有条件的企业也必将把自主创新放在突出位置，使科技创新成为饲料业发展的重要动力。
一、饲料智能加工的特点
饲料智能加工指的就是采用智能化设备和系统，在满足原辅料进货检验需求、生产工艺及原辅料确认需求、生产过程中精确定量投料控制需求、生产过程中投料信息跟踪需求、生产过程中混合过程监控需求、产品包装物检测需求、产品贮藏与运输过程中的品质跟踪需求、产品配方与生产工艺提高需求的条件下，进行高效、自主的饲料加工过程。饲料智能加工的特点主要包括以下几点。
（一）机械化
机械化是指在生产过程中直接运用电力或其他动力来驱动或操纵机械设备以代替饲料厂手工劳动进行生产的措施或手段。饲料工业机械化是饲料厂提高劳动生产率、减轻体力劳动的重要途径。以30t/h畜禽饲料厂为例，使用叉车一年能节约22万元。
（二）自动化
自动化是企业升级换代的基本标志，是实现企业信息化的基础，是用高新技术改造传统产业的重要研究课题。实现饲料加工过程全自动化，不仅有利于提高饲料厂的生产效率和生产管理水平，而且有利于改善产品质量、降低生产成本、减轻劳动强度和增加产量。
（三）数字化
数字化是饲料企业活动的全面信息化，是精细化管理和精益生产等现代企业管理的基础。
（四）智能化
智能化是由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的应用于某一个方面的智能集合。
机械化是饲料生产自动化、数字化、智能化的设备基础；自动化是提高管理水平和生产效率的重要途径；数字化是实现智能监控的前提；智能化是规模化饲料厂发展的*终目标。现代饲料加工技术趋于规模化、机械化、自动化和数字化，实现以节约劳动力、生产过程高效、节能、环保、安全为前提的自动化操作过程，动态、柔性化管理；实现实时、在线数字化信息自动采集，以信息远程共享为前提的新型饲料加工工程生产与管理体系，是发展的必然趋势。
二、饲料智能加工的优势
随着我国城市化的发展进程，由传统的农业化向现代工业社会进化，劳动力成本问题凸显。饲料工业行业利润下降，饲料工业产业向规模化方向发展，降低劳动强度和减少用工量的需求日益提高，这在欧美发达国家是早已经历过的过程。因此，加快推动我国饲料工业机械化、自动化和数字化技术应用进程，是现代饲料工业发展的必由之路。
目前，我国饲料企业普遍存在劳动力成本提高和招工困难等问题。要突破传统饲料工业小而全、粉尘飞扬和作业环境差的现状，需要饲料加工过程机械化、自动化应用技术的应用。饲料质量问题已引起当今社会的高度关注，对饲料生产过程品质控制和在线实时监控等可追溯技术的需求日益凸显。随着饲料生产成本的不断上升，饲料企业利润的不断下降，精细化管理和精益生产业已成为饲料生产者关注的热点。实现在线、实时饲料生产过程成本监控和数字化数据共享，具有较大的现实意义。饲料企业安全事故、粉尘爆炸等事件的不断发生，已引起国家和企业界的高度重视。对在线自动监控、抑爆装置应用技术的需求日益广泛。
饲料企业清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线人工干预、及时正确地搜集生产线数据、更加合理地编排生产计划与生产进度等，包括从产品开发到设计、外包、生产及交付等，生产制造的每个阶段都需要实现高度的自动化、智能化，并且各阶段的信息高度集成是必然趋势。软件将成为构建智能化工厂的重要基础，人性化操作接口、高功效计算机运算平台连接、跨区域的云端运算和信息集成分析与统计都将成为关键要素。
第三节 饲料智能加工工业的现状与发展前景
饲料加工业作为一个综合性的产业，核心环节为饲料生产，前后分别连接种植业和养殖业，同时又以市场为中心构成产业链。中国饲料加工业已形成了结构较为完备、功能较为齐全的产业体系，主要包括饲料原料工业、饲料加工工业、饲料添加剂工业和饲料机械工业等，在我国的国民经济中占据着举足轻重的地位。
一、饲料智能加工工业现状
2011年，我国饲料工业总产量跃居全球第一位，达到1.81亿t。我国的饲料企业进一步扩大生产规模，年产50万～80万t的饲料生产厂初成规模，单厂年产突破100万t的企业也开始涌现。2015年，年产50万t以上的企业达到50家，饲料产量占全国的一半以上。2022年，全国饲料产量3.1亿t，首次突破3亿t，较2021年同比增长3%，饲料工业总产值较2021年增长7.8%。从2015到2022年仅7年时间，全国工业饲料总产量就完成了由2亿t到3亿t的突破，并连续12年位居世界首位。
我国的饲料加工业过程控制早在20世纪80年代初期就开始起步，但整体技术水平不高，自动化程度较低，尤其是在全过程的自动化系统方面*为薄弱。目前的主要自动化控制工序主要集中在计量包装和配料混合过程，采用的控制方式有数字仪表控制和集中控制。这也就导致了目前我国的自动化控制监视界面简单、人机交互弱、管理功能差、没有实现远程监视等弊端，无法适应企业自动化与信息化的要求。
*近几年我国的饲料智能加工技术迅猛发展，各工序之间及单机设备和整个系统的自动控制都涌现出新的技术。饲料生产过程一般包括原料的接收与清理、粉碎、配料、混合、制粒（膨化）、成品打包入库及除尘与消防等，每一个生产环节就是一个独立的生产工段。在各个工段中又可细分为：固体和液体的计量系统、颗粒压制机（螺旋挤压机）自动控制系统、粉碎机（负荷）自动控制系统、自动包装与码垛系统、液体自动添加系统、干燥与冷却自动控制系统、蒸汽自动控制系统、压缩空气自动控制系统、饲料原料与成品自动取样与分析系统、在线参数测控系统等。配料混合系统是饲料生产过程自动化、数字化、信息化的核心系统，设计选型的科学性和合理性在某种程度上代表工厂的先进程度。
我国已基本实现生产过程的可编程逻辑控制器（PLC）自动过程控制，粉碎系统自动负荷控制，配料系统自动控制，颗粒机、膨化机自动控制和输送设备测速报警，自动计量包装，微量自动配料和条形码控制等技术等。尤其在成品智能码垛技术方面取得了长足的进步，自动包装系统产品也已开发成功，发展前景广阔。在过程计量、品控、能源、安全和生产过程输送设备等系统自动化监控和数字化管理、控制方面尚属起步阶段。
现代智能化技术在其应用中主要体现在计算机技术、精密传感技术和全球定位系统（GPS）定位技术的综合应用。随着产品市场竞争的日趋激烈，产品智能化优势在实际操作和应用中得到非常好的运用。其主要表现在：大大改善操作者作业环境，减轻了工作强度；提高了作业质量和工作效率；一些危险场合或重点施工应用得到解决；环保、节能；提高了机器的自动化程度及智能化水平；提高了设备的可靠性，降低了维护成本；故障诊断实现了智能化等。智能化规模饲料厂是未来发展的趋势。
二、饲料智能加工工业的不足
我国饲料工业的迅速发展极大地推动了饲料机械的发展、进步。*近几年我国饲料机械行业的发展可谓是日新月异，在技术上也是不断取得突破。饲料加工企业对饲料加工器械设备的机械化、自动化程序的要求也进一步地提高。我国饲料工艺技术设备某些方面已经达到国际先进水平。但是，我国饲料机械发展过程中仍存在一些不足。
（一）一些急需的饲料机械品种短缺，难以满足市场需求
如缺少适合于农民使用的性能稳定、操作简单、功耗低、单台或配套使用的简单灵活的加工设备；规模化饲料加工厂所需求的高效率、全自动化的加工设备；适合于规模养殖场自用或专业饲料厂使用的大、中、小型熟化饲料设备等。应解决饲料热加工过程中各种热敏性微量元素和微生物易损失问题，在调质熟化、挤压前超量添加致使添加不精确的技术难题
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