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哈尔滨工程大学“智”造赋能“禾下乘凉梦”

2022-01-15 16:21 | 来源:黑龙江网

  黑龙江网讯(记者 刘雨珊)近日,哈尔滨工程大学智能学院教师李冰作为哈尔滨工程北米科技有限公司创始人,与中垦(上海)经济发展有限公司负责人签署战略合作框架协议,在产品、业务、研发等领域展开深入合作。双方将打造具有天然激活的GABA氨基丁酸的“有机纯活胚米”,推广后将改变国人千百年来对大米的饮食观念,吃得更健康。

第七届中国“互联网+”大学生创新创业大赛现场

  2021年9月,我国倡议召开的国际粮食减损大会上,发布《国际粮食减损大会济南倡议》,提出加工减损是粮食安全的重要保障。粮食安全事关民生大计,而当前落后的原理和滞后的技术限制大米加工产业的升级,常用的大米加工设备仅仅让糙米在碾磨室里受到刚性挤压实现去皮碾白,加工的精白米剩下淀粉和热量,吃多了会引起糖尿病等疾病,不利于人体健康。哈尔滨工程大学李冰老师指导,李硕峰、李佳帅、李铭泽、刘斌、杨文强五位同学的《“藏粮于技——水稻适度加工产业化助力国家粮食安全”》项目聚焦粮食适度加工,自主研发留胚米智能加工系统为水稻加工减损,让大米保留了含有更多营养物质的胚芽,有利于人体吸收。该项目在第七届中国“互联网+”大学生创新创业大赛中获得师生共创组金奖。

  2014年团队就开始了项目筹备,将原国防基础科研项目中的小目标检测关键技术,转化应用到水稻适度加工方向。2017年哈尔滨工程北米科技有限公司成立,李冰是公司创始人,李硕峰是联合创始人,对活性留胚米智能加工系统进行研发,直到2019年初步搭建起水稻适度加工生产线,团队花费了整整两年时间。

  大米的胚芽非常细小且十分相似,在检测镜头下仅占几十个像素,现有的检测模型无法准确分辨。团队基于胚芽的特征,自主搭建、修改、优化深度学习模型,研发米粒实时检测技术,其视觉检测准确率能够达到97.2%。

团队成员讨论米机控制算法

  实际加工中大米并不是平铺的,不同的米种、米型掺杂在一起形成密集粘连,团队摸索搭建出分割模型,实现单米粒的检测提取,让每一粒米都能被“看得见”。在此基础上,团队研究个性化碾磨程序,把碾磨精度控制在50微米,做到“一米一参数”,大米进入设备后,要经过3道、每道680余次的分层柔性碾磨精细加工。“我们能将相当于头发丝三分之一厚度的纤维层精确剥离,使碾磨后的大米胚芽保存完整,依然保留胚芽活性。”李佳帅说。

  由于米机加工程序繁多,现有模型需要人工手动输入指令。团队尝试了框架移植、建立动态链接库、搭建通信接口等方式,使模型在米机的工控机上一键开启自动检测。团队将生产运营中所有数据上传云端存储,结合标识解析技术,记录和查询生产线每道工序的状态、属性、位置等信息,对不同品种水稻进行个性化识别;通过数字孪生技术,实现生产的可视化管理,生产全过程透明可检测。

  经检测,团队自主研发的加工系统能实现稻谷留胚率达95%,胚芽完整度大于95%,远超日本留胚率80%的标准,达到国际先进水平,在其他条件不变的情况下实现水稻减损5%。“不要小看这个数字,它可以为全国的水稻每年在加工环节减损59亿斤,这相当于600万人够吃一年的口粮。”李硕峰说。

  项目的核心技术及设备生产均由团队自主完成,实现了百分之百国产化。团队成员围绕关键技术已经发表论文15篇,拥有授权专利70项,软件著作权10项。

  “袁隆平先生有一个禾下乘凉梦,我们也有一个梦,希望通过技术攻关,为国家粮食安全保驾护航。”李硕峰说。

团队搭建大米智能加工生产线

  团队选择稳定性较高、防尘性较强、制动效果较好且成本较低的公共机安装模型,生产线搭成后,团队开始测试程序算法、运行速度和稳定性等,过程“一步一坎”。“系统刚刚安装到公共机时,就导致了机器停机。有时候程序运行一两个小时突然就崩了,图像采集失败。”李铭泽回忆道。崩溃的程序、找不出错处的混乱代码、产品稳定性差适配性弱等问题,一次次考验着团队的创新能力和耐心。

  “米厂的机器很大,调试的时候我们整个上半身都要探到机器里面,机器运行的声音高达八九十分贝,一天下来震得耳朵发疼。”刘斌尝试比划出比人高的机器大小,“有些问题的修复需要一两周,也有些小问题可能是某根需要串联的线不小心连成了并联,或者电压不稳等,但都需要我们逐个排查设备每个节点、每行代码,一根一根线地查,才能找到问题的根源。”他们对着数万条代码逐行调试,或简化模型、或更换硬件,进行程序修复。经过持续不断的测试、调节、修复、优化,保证了设备使用的基本稳定性。

李冰指导学生进行生产线设备调试

  团队成员调试软件到凌晨,总能发现还在工作的李冰。“我们最感谢的就是李冰老师,他在技术攻关、设备测试、生产销售链的搭建等方面给了我们大量帮助。”杨文强说。李冰是项目的指导教师,也是几位学生的导师,作为师生共创项目,李冰在2012年就开始接触留胚米加工相关研究。测试系统稳定性和适用性需要采购大量的不同种类的米。李冰与上下游产业协调,跑遍市场选用各类大米,有时甚至自掏腰包购置。“机器运行一个小时有时需要一吨甚至两吨的大米,而我们测试了市面上现有的上百余种米,保证系统能够准确识别。”李佳帅说。

  “我们的目标是推动大米加工产业发展升级,绝不能只做摆在实验室里的花架子。”李硕峰说。

  在团队的共同努力下,公司获“黑龙江2018年度支持重大科技成果转化项目”,2019年入选首批黑龙江省技术创新中心,获批建设“黑龙江省工程北米水稻适度加工智能科技技术创新中心”,每年的销售额增长率超100%。公司通过建立行业协会和产业学会,加强与中粮、北大荒等龙头企业的合作,为水稻加工企业提供整套智能流水线制造,目前已服务全国20余家企业,使企业用户每年增收不低于30%。

研发人员进行成品米加工指标抽样复检

  2020年,黑龙江省农科院相关负责人主动找到团队,为了验证设备是否“名副其实”,他们拿来十余种米用来现场检测设备的加工质量。经过对比,公司的留胚米智能设备加工质量高于普通设备。

  通过农科院的技术检测后,公司被授权对黑龙江省几十家大米加工企业的加工指标进行检测,根据调查结果,公司与省农科院共同制定了留胚米行业标准,树立行业营养新标杆。其中,公司主要负责检测方式和加工技术指标等关键因素的制定。

  为了进一步引领产业升级,公司与黑龙江大米产区合作,打造国内首个水稻适度加工产业园,这个在哈尔滨市方正县占地六万平方米的产业园已经开始破土动工,预计2022年6月份投入使用。未来,公司计划在全国建立智能车间与智慧工厂,建立多个水稻适度加工的产业基地,将“工程设备”推广至全国,将“中国制造”推广至全世界。

研发人员进行成品米加工指标抽样复检

  公司始终坚持反哺社会,能够直接带动就业200人,通过相关产业带动就业1000人,每年向学生提供20个实习岗位。2021年12月,公司向学校教育发展基金会捐款10万元,用于支持学生科技创新。

  “粒粒皆辛苦,我们要尊重自然与汗水共同缔造的产物,将最好的技术投入到粮食的加工行业。”李冰说。用科技为国人健康保驾护航,为粮食安全贡献力量,这是团队一直为之努力的目标和信条。

责任编辑:杨柳

审核:张宇

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