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1　行業(yè)背景及用戶需求

1.1 項目的研發(fā)符合國家產(chǎn)業(yè)政策及發(fā)展要求

2020年9月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于新業(yè)務(wù)新模式引領(lǐng)新型消費加快發(fā)展的意見》中指出，創(chuàng)新無接觸式消費模式，探索發(fā)展智慧超市、智慧餐廳等新零售業(yè)態(tài)；發(fā)展個性化定制、柔性化生產(chǎn)，加快傳統(tǒng)業(yè)態(tài)數(shù)字化改造和轉(zhuǎn)型升級。“在線制造”是現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展的革命性創(chuàng)新，也是順應(yīng)歷史潮流的必然產(chǎn)物、滿足了大家對個性化、就近化、快速化、低成本的需求共性，同時為現(xiàn)代制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了良好的解決方案。

1.2 餐飲行業(yè)迎來智慧升級

餐飲行業(yè)屬于傳統(tǒng)服務(wù)業(yè)，長期以來的運營方式主要依賴于人工。一方面隨著社保入稅政策的實施，餐飲用工成本提高，而且隨著人口老齡化的加速，勞動力不斷減少；另一方面勞動力價值意識的提升，讓重復(fù)、沒有技術(shù)含量的工作越來越不受青睞，人力成本逐年增長、人員流動性增大、服務(wù)人員加速流失等棘手問題成為餐飲行業(yè)發(fā)展的最大困擾。傳統(tǒng)依賴人工的服務(wù)模式已然成為餐飲行業(yè)的發(fā)展阻力，行業(yè)轉(zhuǎn)型升級刻不容緩。近年來“無人餐廳”、“智慧餐廳”等的出現(xiàn)和興起，表明無人化、智能化正成為餐飲行業(yè)升級發(fā)展的重要方向。

1.3 未來餐飲制作智能裝備發(fā)展前景廣闊

當前，國內(nèi)餐飲機器人正面臨著政策、資本、市場三方面的發(fā)展機遇。《中國制造2025》、《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《智能制造發(fā)展規(guī)劃》等政策的發(fā)布，給產(chǎn)業(yè)發(fā)展營造了良好的政策環(huán)境，同時也加大了對研發(fā)的補貼，帶動資本市場的關(guān)注和支持。而餐飲市場和智能裝備（機器人）市場的雙重需求驅(qū)動，更是帶動了餐飲智能裝備市場的快速繁榮。在這樣的機遇背景下，未來餐飲智能裝備的發(fā)展前景大好、潛力無限。

1.4 餐廳智能化制作、服務(wù)成為營銷法寶

傳統(tǒng)開店模式很難實現(xiàn)規(guī)模化，而餐飲制作智能裝備不僅能為傳統(tǒng)手工減負，還能在很大程度上提高出品質(zhì)量和效率，也是很多餐館用于吸睛的法寶。從原材料到成品，某種程度上實現(xiàn)自動化、工業(yè)化、標準化生產(chǎn)。點餐、下單、送菜實現(xiàn)自動化，并完成電子交付，對吸引顧客、提高營銷效果很有益處。可以預(yù)見，餐廳的智能化制作、服務(wù)將會更廣泛地普及。

2　基于在線制造模式下智慧餐飲解決方案

2.1 研究思路

食為天機器人（重慶）有限公司致力于基于在線制造模式下餐飲智能裝備的研究與應(yīng)用，為餐飲制作工藝自動化提供完整的解決方案和技術(shù)支持，以達到下列功能需求：

（1）全自動餐飲智能裝備，即可以完成從食材到熟食所有工藝流程的加工制作，全程不需要人工操作。

（2）運用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維、智能制造技術(shù)，形成集廠家、店鋪、消費者為一體的生活、社交圈，打造一種方便、快捷且完整的智慧餐飲系統(tǒng)。

2.2 技術(shù)路徑

以在線制造的設(shè)計思路自主研發(fā)機器人面條工坊、機器人餃子工坊、機器人早餐工坊、機器人米飯工坊等系列智能化餐飲制作裝備，實現(xiàn)面條、餃子、米飯等食品從點餐——現(xiàn)場制作——出餐全過程無人化。

為表達更具體，本文以機器人面條工坊為例展開詳述。

2.2.1　硬件系統(tǒng)

機器人面條工坊是一款通過自主研發(fā)的嵌入式智慧餐飲控制器結(jié)合視覺來完成和面、壓面、煮面、加菜、出面、加臊子等制造過程，實現(xiàn)從面粉到一碗面條成品的一體化智能設(shè)備。客人只需要在App上選擇所需要的面條種類、份量，然后下單支付，機器人面條工坊就會在收到信息后按照下單的先后順序開始制作面條。制作過程不需要工作人員參與，制作好后會提示顧客去取餐口領(lǐng)取自己的面條。

（1）產(chǎn)品性能參數(shù)

（2）產(chǎn)品功能參數(shù)

2.2.2　軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)由接口系統(tǒng)、商家系統(tǒng)、用戶系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)。以點餐設(shè)備通信為中心、用戶為核心，接口系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)、服務(wù)支撐，其軟件架構(gòu)具有分層化、平臺化、模塊化、智能化等特點。

2.2.3　控制器

適用于在線制造模式的控制系統(tǒng)，主要特點有：

（1）實現(xiàn)IPC主控單元與運動控制單元，及遠程服務(wù)器之間的信息交互。基于X86平臺的IPC主控單元，搭建嵌入式軟硬件主控平臺，利用X86處理器的豐富計算資源、快速的處理速度以及良好的外圍擴展能力，引入高性能控制系統(tǒng)，形成一個方便小巧的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)平臺。滿足軟件、硬件均可裁剪，能適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

（2）基于STM32F407系列單片機，通過脈沖式、總線式控制方式，實現(xiàn)多軸混合式直流電機、步進電機的精準運動控制，準確完成餐飲智能裝備要求的加工工藝流程。

（3）使用德國TRINAMIC的高性能、靜音電機驅(qū)動方案，優(yōu)化散熱、ESD、EMC和可靠性設(shè)計，根據(jù)餐飲智能裝備加工流程的功能需求，實現(xiàn)30軸以上的復(fù)雜多軸機構(gòu)的集成式H橋電機驅(qū)動。

3　應(yīng)用創(chuàng)新性、難點問題及解決思路

3.1　應(yīng)用創(chuàng)新性

運用“互聯(lián)網(wǎng)+” 思維、智能制造技術(shù)打破餐飲行業(yè)規(guī)則，升級面條制作設(shè)備，并應(yīng)用于無人餐廳、智能餐廳，真正實現(xiàn)每一碗面條、每一碗餃子都是由面粉現(xiàn)加工而成。帶消費者體驗到從點餐、制作到出餐全過流程化、無人化的在線制造，真正讓消費者自己從口味、口感、面條厚度及形狀等自定義個性化面條，讓經(jīng)營者擺脫餐飲行業(yè)對廚師的依賴，讓經(jīng)營變得更簡單。

3.2　應(yīng)用中的難點問題及解決思路

基于在線制造模式下智慧餐飲解決方案，讓設(shè)計系統(tǒng)高度集中化（線上），制造系統(tǒng)高度分散化（線下），實現(xiàn)制造和交付的最快和最低成本。以在線制造這種制造新模式滿足人民個性化、就近化、快速化以及低成本的需求，推動現(xiàn)代制造業(yè)智能裝備的發(fā)展及應(yīng)用。

3.2.1　“在線制造”概念

· 在一個連續(xù)流程中完成從原材料到最終包裝形態(tài)的制造過程，且這個過程可以實現(xiàn)全工藝流程的定制化；

· 該制造過程符合諸如個性化、就近化、快速化、低成本化等諸多方面的需求；

· 交易、制造、服務(wù)、社交在一個流程中可跨越時空全部完成。

3.2.2　“在線制造”特點

“在線制造”實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)高度集中化（線上），制造系統(tǒng)高度分散化（線下），實現(xiàn)制造和交付的最快和最低成本。

· 制造系統(tǒng)支持在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)運營和消費兩個層面的個性化工藝流程產(chǎn)品級定制；

· 全制造過程透明化并且可追溯；

· 全交易制造過程智能化、無人化；

· 消費者按照個性化需求定制產(chǎn)品；

· 系統(tǒng)實現(xiàn)低成本個性化制造；

· 系統(tǒng)實現(xiàn)“線上設(shè)計、線下制造”的C2M2C模式。

3.2.3 “在線制造”技術(shù)支撐（如圖1~圖3所示）

圖1 在線制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 在線制造軟件架構(gòu)圖

圖3 在線制造“可重構(gòu)”思維導(dǎo)圖

4　效益分析

目前市場上餐飲機器人主要有送餐機器人、迎賓機器人、點餐機器人、炒菜機器人、刀削面機器人、下水餃面條機器人等，其特點主要為功能單一、可操作性差。隨著市場需求的變化，在一些展會上出現(xiàn)了智慧產(chǎn)業(yè)社區(qū)的無人面館體驗機，但未正式向市場進行推廣。

市場上現(xiàn)在出現(xiàn)的機器人食堂，大部份采取的是食品級的工業(yè)機器人（機械臂）。整個流程用一兩臺單臂和一臺兩臂機械手，其特點一是占用空間面積大，二是設(shè)備投入成本高，很難面向市場進行推廣。

基于在線制造模式下智慧餐飲解決方案，可實現(xiàn)低成本的個性化定制、全交易制造過程透明化、可追溯、智能化、無人化。且智能裝備整個布局更為緊湊，占用面積小、投入成本低，可面向市場推廣普及，提升智能裝備，尤其是智能型餐飲制作設(shè)備的整體水平。

我們以一家傳統(tǒng)面館來分析。用基于在線制造模式下機器人面條工坊建設(shè)智慧餐廳，設(shè)備出餐效率為50碗/小時，每天累計工作時間平均為4小時，一年按350天計算，可節(jié)省人工數(shù)量為3人。假設(shè)人工月平均工資為2800元，每年可節(jié)省人工成本為10.08萬元，經(jīng)測算每碗面條平均利潤為2.5元，即每年設(shè)備盈利額為17.5萬元。

5　案例意義

（1）低成本、個性化、柔性的在線制造是未來制造業(yè)的大趨勢，人們選擇就餐無外乎關(guān)注它的方便快捷、低成本、個性化和味道。基于在線制造模式下智慧餐飲解決方案正是沿著在線制造的思路去設(shè)計，它的制作過程實現(xiàn)了流程化。

（2）打破餐飲行業(yè)規(guī)則，升級小面餐飲標準，真正做到口感統(tǒng)一、安全衛(wèi)生，徹底打破餐飲行業(yè)對廚師的依賴，讓經(jīng)營變得更簡單。

（3）基于在線制造模式下智慧餐飲解決方案，采用“硬件+后臺控制系統(tǒng)”，其核心部件為智慧餐飲制作裝備、點餐系統(tǒng)、商家管理系統(tǒng)，填補了市場上餐飲自動化一體機的空白，改變了人在快餐中的狀態(tài)和方式，同時也為向用戶提供一個社交平臺打造了一種生態(tài)系統(tǒng)，這將成為餐飲史上的一次重大變革。

摘自《自動化博覽》2021年9月刊