CN117835815A - 用于在农场生产多种按需乳制品的自动化单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种按需自动在农场生产多种类型的乳制品的方法，该方法包括以下自动化步骤：从消费者接收乳制品的电子订单；向罐(10)直接灌装挤奶后的奶；从该罐灌装一批容器(46)；使该一批容器穿过至少一个处理模块(16)，该至少一个处理模块被配置为应用适于所订购的乳制品的处理步骤；将该一批容器的经处理的内容物存放在受控气氛模块(24)中；以及根据来自现场消费者的请求，将该一批容器的经处理的内容物调节成适于呈现给消费者的形式。

Description

用于在农场生产多种按需乳制品的自动化单元

技术领域

本发明涉及乳制品的自动化生产，并且更具体地涉及小规模生产。

背景技术

乳制品厂采用大规模工业过程来生产准备用于超市的一系列乳制品。乳制品厂通常位于距生产农场一定距离处，并且由从农场收集奶的冷藏罐车供应生奶。

本地生产的乳制品基本上涉及手动过程，因为工业过程不适于各个农场的少量生产。

许多奶农放弃了本地生产，因为他们没有时间投入所涉及的基本上手动的过程。

发明内容

一般来讲，提供了一种按需用于多种类型的乳制品的自动化生产单元，该自动化生产单元包括：罐，该罐用于直接接收挤奶后的生奶；托盘搬运机器人，该托盘搬运机器人被配置为在服务通道中纵向移动；多个处理模块，该多个处理模块布置在通道的边缘处并且具有引导件，该引导件被配置为接收由搬运机器人横向传送的托盘。这些模块包括：托盘存放模块；容器存放模块，该容器存放模块被配置为接收由机器人从托盘存放模块传送的托盘，并且在托盘上布置容器；灌装模块，该灌装模块被配置为接收由机器人从容器存放模块传送的托盘，并且从接收罐灌装容器；和至少一个主处理模块，该至少一个主处理模块被配置为接收由机器人从灌装模块传送的托盘，并且应用适于消费者所请求的乳制品的处理步骤。

该生产单元还可包括调节模块，该调节模块被配置为在循环结束时接收由机器人传送的托盘，并且取回在托盘上输送的成品以使它们在合适的包装中提供给消费者。

托盘存放模块还可被配置为清洗托盘。

生产单元可包括受控气氛模块，该受控气氛模块被配置为接收和保持由机器人从主处理模块传送的托盘，然后将托盘传送到调节模块，该机器人被编程为根据消费者的现场请求将托盘传送到调节模块。

接收罐可被配置为根据所请求的乳制品的类型来执行巴氏灭菌、凝乳或涡旋(turbinating)功能，生产单元包括投入分配单元，该投入分配单元被配置为向罐内容物投配特定于所请求的乳制品的类型的添加剂。

主处理模块可包括加热模块。

主处理模块可包括过滤模块或压制模块。

受控气氛模块可包括冷藏模块、冷冻模块或熟化室。

容器存放模块和灌装模块可各自包括CNC机器，用于分别将容器单独地定位在托盘上并且将乳制品投配喷嘴从一个容器移动到另一个容器。

生产单元可完全封闭在可运输的遮蔽物中。

还提供了一种按需自动在农场生产多种类型的乳制品的方法，该方法包括以下自动化步骤：从消费者接收乳制品的电子订单；向罐直接灌装挤奶后的奶；从罐灌装一批容器；使该一批容器通过至少一个处理模块，该至少一个处理模块被配置为应用适于所订购的乳制品的处理步骤；将该一批容器的经处理的内容物存放在受控气氛模块中；以及根据来自现场消费者的请求，将该一批容器的经处理的内容物调节成适于呈现给消费者的形式。

附图说明

提供与附图相关的以下非限制性描述，其包括：

图1示出了小规模自动化乳品生产单元的示意性俯视图；

图2是托盘搬运机器人的透视图；并且

图3是生产单元的灌装模块的透视图。

具体实施方式

下文描述的方法针对乳制品的本地小规模全自动化生产。生产由生产单元保证，该生产单元优选地完全包含在可运输的封闭遮蔽物中，例如集装箱，其安装在奶生产者农场的现场。因此，可使用农场中的挤奶后的奶来直接供应生产单元，从而确保最佳的生奶质量。

小规模自动化生产带来了许多大规模生产难以实现的可能性。具体地，生产单元可按需操作，即，从消费者取得电子订单，组织生产，并且在消费者来到现场时交付产品。

图1示出了这种生产单元的实施方案的俯视图。该单元包括由管12供料的接收罐10。当该单元被放置在农场处时，可连接管12以直接接收挤奶后的奶。

罐10可以是单个罐，其被配置为根据待生产的乳制品进行若干可能的预处理，包括巴氏灭菌、凝乳或涡旋冰淇淋。另选地，可提供若干罐10，每个罐执行不同的预处理，从而允许并行地开始生产不同批次的乳制品。

将投入分配器14连接到罐10以投配待制备乳制品所需的各种添加剂，诸如用于酸奶和奶酪的酵素、用于奶酪的凝乳酶以及用于冰淇淋的配料。

围绕罐10安装若干处理模块，每个处理模块被设计成执行乳制品制备过程中的一个或多个步骤。该单元包括例如用于制备酸奶的加热模块16、用于制备不同类型奶酪的过滤模块18、用于制备压制奶酪的压制模块20和若干受控气氛模块22、24、26。模块22再现熟化室的条件，模块24是冷藏机，并且模块26是冷冻机。提供调节模块28以在可随时携带的包装中提供最终的乳制品，例如布置在包裹中的若干杯子。

上述模块在乳制品制备过程中执行熟知的步骤，并且如何使其自动化也是已知的。自动化的主要困难在于将乳制品从一个步骤运输到下一个步骤。

为了确保本文所述的生产单元中的乳制品的运输，考虑到小规模生产，沿着搬运机器人32在其中移动的服务通道30来管理所有模块。

其被设置成一旦乳制品离开罐10就运输杯子中的乳制品。这些杯子适用于所请求乳制品的制备过程。这些杯子被布置在对应的托盘上，机器人32根据由所请求乳制品要求的制备过程将托盘从一个模块传送到另一个模块。每个模块被设计成在引导件中接收一个或多个托盘。

三个附加模块被设计成处理托盘上的杯子的运输。模块34将托盘存放在引导件中，并且还充当洗碗机以清洗从生产循环返回的托盘。

模块36存放新的杯子并且将它们分配到呈现给其的托盘上。由柔性材料制成的新杯子可叠放在平行管之间，该平行管以摩擦方式将杯子保持在适当位置。CNC(“计算机数控”)机器被配置为通过抽吸或抓取来拾取每个杯子并且将其存放在托盘中的可用孔中。新杯子优选地存放在托盘上方，其开口面向下，使得机器将每个杯子从其内部从叠放的底部拉出，将其翻转，并且将其放置在托盘上。

模块38被配置为灌装呈现给其的托盘的杯子。该模块可包括连接到罐10的投配喷嘴，该投配喷嘴由CNC机器驱动以一个接一个地灌装杯子。

优选地，如图所示，模块内置在相同尺寸的机柜中以便能够互换，并且布置在通道30的任一侧上。尽管已经描绘了各个模块的空间管理，但实际上可将若干模块结合到同一机柜中，或甚至将其与其他模块合并。例如，由模块20执行的压制可仅是由模块18执行的过滤的延伸，因为压制仅是加速的过滤操作。

图2是搬运机器人32的实施方案的局部透视图。该机器人包括在梁42上竖直滑动的平行六面体托架40。梁42的一端在导轨44上沿服务通道的轴线滑动。优选地，如图所示，导轨44位于头顶上方而不是地面上。托架40具有略小于通道宽度的长度、略小于模块宽度的宽度以及适于提供令人满意的刚度的高度。

托架被示出为将装配有杯子46的托盘放置在模块中的一者(例如冷藏模块24)的上部中的引导件上。为了搬运托盘，托架包括一对横向伸缩臂48，托盘的两个相对边缘可支撑在该横向伸缩臂上。臂被配置为使托架的任一侧上的托盘完全伸出或缩回，以便将托盘存放置在位于通道的任一侧上的模块中或从其取回托盘。提升或放置托盘的动作通过托架沿着梁42的竖直运动来保证。

更具体地，如下将托盘从一个模块传送到另一个模块。梁42沿着导轨44纵向滑动，直到托架40与将取回托盘的模块对准为止。托架沿着梁42竖直移动，直到伸缩臂48略低于要取回的托盘为止。臂48延伸并且进入托盘下方的模块。托架沿着梁42升高以将托盘充分地提升离开其引导件。伸缩臂缩回，从而将托盘缩回到托架的中心。

然后梁42滑动，直到托架40与将放置托盘的模块对准为止。托架沿着梁42竖直移动，直到伸缩臂48略高于将放置托盘的引导件为止。臂48延伸到模块中，使托盘位于引导件上方。托架沿着梁42下降以将托盘放置在其引导件上。伸缩臂缩回以开始新的传送操作。

这些模块中的一些模块通常是关闭的以执行它们的功能，特别是气氛控制的模块。为了能够传送托盘，这些模块由竖直滑动的顶部和底部半门关闭—要打开模块的底部部分，则使底部半门升高以与顶部半门重叠，并且要打开模块的顶部部分，则使顶部半门降低以与底部半门重叠。

图3是杯灌装模块38的透视图。带有其杯子46的托盘放置在导向件上。为了确保相对精确的定位，如图所示，托盘可在其拐角处装配有孔，这些孔适配于引导件上的锥体。通过由具有两个轴52a、52b的CNC机器移动的投配喷嘴50从罐10单独地灌装杯子。当然，托盘的类型和托盘上杯子的位置对于机器是已知的。实际上，集中控制系统可被配置为跟踪每个托盘并且因此始终知道哪个类型的托盘在哪个模块中以及在哪个位置处。另选地，托盘可输送诸如条形码的标识符，该标识符在每个模块的入口处被读取。

如图所示，托盘46的杯子接收孔在其圆周处具有凹口。这些凹口使得机器人抓取器能够在随后的处理模块(诸如调节模块28)中取出杯子。

参考图1，下面以非穷尽的方式描述用于制备不同乳制品的过程的一些示例，并且呈现某些模块的操作的一些更详细的示例。

如先前所提及的，消费者可例如在网站上使用移动应用程序或使用现场显示器来以电子方式订购乳制品。订单可包括不同类型的乳制品。然后，系统根据其库存和/或生产能力来建议交付日期。

例如，为了制备酸奶，可在巴氏灭菌模式下使用罐10。在巴氏灭菌之后，分配器14添加酸奶酵素。模块38接收一托盘的空杯子并且从罐10的内容物灌装它们。在灌装之后，将托盘传送到加热器16。

在加热之后，将托盘传送到冷藏机24以等待与消费者约定的交付日期。在加热之前或之后，托盘可通过调节模块28以密封杯子。

在交付日期，消费者访问生产单元并且请求订单，例如通过在界面上输入代码或使用移动应用程序。然后将酸奶杯子的托盘从冷藏机中取出并将其传送到调节模块28，在此处，将对应于订单的杯子与所订购的任何其他产品一起放置在包裹中。可通过舱口将包装呈现给消费者。

空托盘返回到存放模块/洗碗机34，在此处，当足够数量的空托盘已经返回时或者当干净托盘的库存不足时，空托盘将被清洗。

另选地，为了立即释放托盘，可在酸奶杯子一离开加热器后就在28中将其包装，在这种情况下，包装被传送到冷藏机以等待交付，同时托盘返回到洗碗机。

对于奶酪生产，可在用于生奶奶酪的仅凝乳模式下，或在巴氏灭菌和凝乳模式下使用罐10。分配器14在适当的时间和温度下添加酵素和凝乳酶，具体取决于特定于每个奶酪类别的处理技术。

例如，在乳酸凝乳的情况下，在18至24小时的凝乳之后，托盘装配有适于在模块36中对乳清过滤的微孔模具。然后将托盘传送到过滤模块18，在此处，凝乳通过重力继续进行过滤。由该过滤过程产生的乳清可经由排出口18-1收集在罐中。

为了防止乳清在传送期间泄漏到通道30中，托盘可装配有附接到托盘下侧的收集容器。该容器可装配有排出机构，当容器被插入模块中时，该排出机构被激活，其中模块18然后被配置为使得容器内容物流入排出口18-1。该解决方案使模块18保持清洁并且放宽了清洁限制。

当托盘及其容器返回到洗碗机时，容器的排出机构也被激活，以排出任何残留的乳清并且允许洗涤水循环。

另选地，如果通道30中允许泄漏，则该通道可以是杯状的并且装配有排出口以排空在传送期间发生的溢放。这在机器人的运输导轨位于头顶上方时是有利的，由此清除了通道中的任何障碍物。可使用射流来定期地和自动地清洁通道。可使用蒸汽来对不同的体积进行消毒。

回收的乳清可再循环利用。例如，来自基于凝乳酶的凝结物的甜乳清可返回到罐10，用于通过热凝固生产乳清干酪，诸如Sérac或Ricotta。

在18中过滤之后，通常对托盘进行进一步处理。根据待获得的产品，将微孔模具的内容物i)倾倒入杯子中(即食型茅屋奶酪)，ii)在它们的模具中翻转用于第二过滤阶段，或者iii)从模具中取出。所需的处理可由模块36中可用的机器人抓取器来执行，在该模块中，托盘在过滤之后被传送。

为了便于处理，托盘容量的仅一半可被杯子或模具占据，而托盘的另一半被管理用于所需的处理。在这种情况下，机器人抓取器可触及单个平面上的所有位置。为此，托盘的另一半可i)具有孔以接收用于倾倒的杯子，ii)具有孔以接收用于翻转的一系列微孔模具，或者iii)是平坦的以接收脱模的内容物。在托盘已经行进通过洗碗机34之后，空的微孔模具可保持在适当位置并且被重复使用。

在情况i)中，杯子包含即食茅屋奶酪，托盘可被传送到冷藏机24同时等待交付。

在情况ii)中，托盘返回到过滤模块18。该两阶段过滤过程通常用于加盐奶酪，过滤模块18可被配置为在两个过滤阶段的每个阶段期间对杯子内容物进行表面加盐。可使用安装CNC的投配单元进行加盐。

在第二过滤阶段之后，将产品脱模，这然后对应于情况iii)。

在情况iii)中，在脱模之后，将托盘传送到熟化室22。

在程序化的熟化期之后，可将托盘传送到冷藏机24以等待交付。

可使用例如机器人抹刀或抽吸垫来处理脱模的奶酪，以在28中将其包装用于交付。

就压制奶酪而言，在18中的过滤与22中的熟化之间，托盘被传送到压制模块20。压制模块可包括一系列活塞，活塞的大小与杯子相当，其在程序化的时间内在奶酪的上表面上施加设定压力。

压制提取出更多的乳清，这些乳清落入收集容器中。与在过滤模块18中一样，当托盘被插入时容器排出机构被激活。可将过滤的乳清收集在罐中，过滤的乳清可从此处返回到处理罐10。

过滤模块18和压制模块20可形成单个单元。如果仅需要过滤，则不激活压制。然而，由于过滤操作相对耗时，因此可优选的是提供两个单独的模块以提高生产率。

关于卫生方面，需要定期清洗设备。由于制备过程中的大部分步骤在此是在容器(杯子、模具)中输送的乳制品上进行的，或者是在被倾倒入被放置通过洗碗机的托盘中的乳制品上进行的，因此需要清洗的设备很少。在实施过程中，只需清洗从罐10的入口行进到灌装模块38的投配喷嘴的回路即可。这可使用闭合回路CIP(就地清洁)系统来完成，其中交替使用碱性相(氯化碱性溶液)和酸性相，之前和之后用清洁水在管12、罐10和直到模块38的投配喷嘴中进行冲洗。在洗涤期间，投配喷嘴可定位在排出口38-1上方。

Claims (11)

1.一种按需用于多种类型的乳制品的自动化生产单元，包括：

罐(10)，所述罐用于直接接收挤奶后的生奶；

托盘(46)搬运机器人(32)，所述托盘搬运机器人被配置为在服务通道(30)中纵向移动；

多个处理模块，所述多个处理模块布置在所述通道的边缘处并且具有引导件，所述引导件被配置为接收由所述搬运机器人横向传送的托盘，所述多个处理模块包括：

托盘存放模块(34)；

容器存放模块(36)，所述容器存放模块被配置为接收由所述机器人从所述托盘存放模块传送的托盘，并且在所述托盘上布置容器；

灌装模块(38)，所述灌装模块被配置为接收由所述机器人从所述容器存放模块传送的托盘，并且从所述接收罐灌装所述容器；和

至少一个主处理模块(16)，所述至少一个主处理模块被配置为接收由所述机器人从所述灌装模块传送的托盘，并且应用适于消费者所请求的乳制品的处理步骤。

2.根据权利要求1所述的生产单元，还包括调节模块(28)，所述调节模块被配置为在循环结束时接收由所述机器人传送的托盘，并且取回在所述托盘上输送的成品以使它们在合适的包装中提供给所述消费者。

3.根据权利要求1所述的生产单元，其中所述托盘存放模块(34)还被配置为清洗所述托盘。

4.根据权利要求2所述的生产单元，包括受控气氛模块(24)，所述受控气氛模块被配置为接收和保持由所述机器人从所述主处理模块传送的托盘，然后将所述托盘传送到所述调节模块，所述机器人被编程为根据所述消费者的现场请求将所述托盘传送到所述调节模块。

5.根据权利要求1所述的生产单元，其中所述接收罐(10)被配置为根据所请求的乳制品的类型来执行巴氏灭菌、凝乳或涡旋功能，所述生产单元包括投入分配单元(14)，所述投入分配单元被配置为向罐内容物投配特定于所请求的乳制品的类型的添加剂。

6.根据权利要求5所述的生产单元，其中所述主处理模块包括加热模块(16)。

7.根据权利要求5所述的生产单元，其中所述主处理模块包括过滤模块(18)或压制模块(20)。

8.根据权利要求4所述的生产单元，其中所述受控气氛模块包括冷藏模块(24)、冷冻模块(26)或熟化室(22)。

9.根据权利要求1所述的生产单元，其中所述容器存放模块(36)和灌装模块(38)各自包括CNC机器，所述CNC机器用于分别单独地将所述容器定位在所述托盘上并且将乳制品投配喷嘴从一个容器移动到另一个容器。

10.根据权利要求1所述的生产单元，所述生产单元完全封闭在可运输的遮蔽物中。

11.一种按需自动在农场生产多种类型的乳制品的方法，包括以下自动化步骤：

从消费者接收乳制品的电子订单；

向罐(10)直接灌装挤奶后的奶；

从所述罐灌装一批容器(46)；

使所述一批容器通过至少一个处理模块(16)，所述至少一个处理模块被配置为应用适于所订购的乳制品的处理步骤；

将所述一批容器的经处理的内容物存放在受控气氛模块(24)中；以及

根据来自现场消费者的请求，将所述一批容器的经处理的内容物调节成适于呈现给所述消费者的形式。