这是一个关于机械“狮”如何改变吃虾世界的故事。
话说成立于1880年的美国机械工程师协会 (ASME)在工程领域可是大名鼎鼎,其致力于发展机械工程及其有关领域的科学技术,是世界上最大的技术出版机构之一。从1971年开始,ASME一直持续开展着一个计划:Landmarks Program(地标计划),每年向其成员们甄选历史上具有重大历史意义的机械工程项目。这些项目入选的重要门槛就是:他们曾经都不同程度的改变了这个世界。
截止2019年12月,地标计划已经甄选了275个项目,其中包括:发电站、土星五号火箭、阿波罗登月舱...
作为机械“狮”改变世界系列的第一篇文章,在这275个伟大的项目中,原点想介绍点特别的。身为一名小龙虾的资深~~生物结构研究者~~吃货,咱们的故事跟虾相关,从一台1949年的设备开始。
在2004年,全球每年通过自动化机械剥壳的虾超过5亿磅。 这些设备大部分来自1943年美国路易斯安那州霍马市一名高中学生的构思——16岁的J.M.拉佩尔(James Martial Lapeyre)。尽管六十年来其他人尝试开发各种替代方法,但拉佩尔自动剥虾壳机的解决方案一直是其中最有效、应用最广泛的方案。每台机器每小时可剥虾约1,000磅(每磅10到200只虾),而手工剥去相同数量的虾将需要多达150名经验丰富的剥壳工。
虾加工行业的发展及其对墨西哥湾北部、美国西海岸以及其他40多个国家/地区的当地经济的影响,在很大程度上可归功于这台自动剥虾壳机,该机器永久改变了海鲜加工业。
原来原点我吃小龙虾遇到的难题并不是个例,当时整个“吃虾”行业都面临着剥虾壳的困境...
自动剥虾壳业务始于由Emile·拉佩尔(Emile Lapeyre)于1924年建立的一家“虾“工厂,具有当时的典型特征:技术水平低,劳动力密集。即使是在虾捕获、罐头、冷冻等方面取得长足进步的1943年,剥虾壳的关键步骤仍完全由人工完成。
此时虾肉产量的主要瓶颈在于工人们的薪酬结构:工人们按每桶的虾壳发放计件工资。 虾越小,虾壳越少,因此赚的钱也越少,而越小的虾剥壳却需要更多的时间和精力,装满一桶虾壳更难。
如果面临的是一大批小虾时,工人们只能说:“老子不干了”。
而随着第二次世界大战带来的人力短缺,这一问题更加恶化,导致高昂的虾类消费品价格,限制了虾业的潜力。
自动剥虾壳解决方案的探索始于1943年夏天,当时Emile·拉佩尔建议他儿子发明一个虾剥壳机——也就是J.M.拉佩尔。 虽然此时只是一位十几岁的高中生,但J.M.既具有在其父亲虾工厂的经验,同时又具有理解机械系统工作的兴趣和能力(他在很小的时候就有个本子,里面装有他各种新发明的构思图)。
据说J.M.关于剥虾壳机的灵感来自教堂...当大家在祈祷的时候,他在思考怎么剥虾壳——“与其考虑怎么剥壳,为什么不考虑将虾肉从虾壳中挤出来呢?”
然后他到工厂做了个最小测试:用橡胶鞋踩一踩虾的侧面,看能不能从外壳中挤出虾肉。然后...方法有效,于是推断出自动剥壳过程的基本原理,认为胶辊(就是包着橡胶的圆棍子)可能会重现靴子对虾的影响。
显然,是时候开展进一步的测试了。
J.M.带了一批未剥壳的虾回家,在考虑了损坏其老妈洗衣机的后果之后,还是毅然选择使用洗衣机的橡胶辊来做实验。
J.M.观察到,橡胶辊会抓住虾的外壳,将肉从外壳中挤出,然后将外壳和其他碎屑拉过两个相邻的辊。 去壳的肉和辊筒之间没有相互作用,只有虾壳被拉过(如下图)。 更具体地说,橡胶与壳之间的摩擦系数高于橡胶与肉之间的摩擦系数, 这种差异使橡胶辊可以捏紧虾壳,并将其从肉中拉出,而肉则保持完整且不受辊筒持续运动的影响。
在洗衣机上的实验成功后,接下来就是正式开发机器了。
由于J.M.这时候只有16岁,还在读高中,所以领导这样的开发项目就不够用了。而其父亲Emile·拉佩尔又完全从事虾类业务,而不是一位发明家。 幸而Emile·拉佩尔还有位专业的机械工程师弟弟:Fernand S. Lapeyre。随着1944年初Fernand的加入,~~吃虾~~剥虾机开发三人创业小组成立了:
由于Fernand住在另一个城市,早期只能利用兼职时间完成剥虾壳机的原型开发。所以J.M.和其老爸常做的工作就是:拉着一堆虾去找Fernand。历时两年,直到到J.M.高中毕业的时候,三位拉佩尔总算合力完成了最早的原型机。于是开始了持续长达十年的改进设计工作,形成的最终版方案在1951年获得了专利并沿用至今。
“ 828”机(名称源自1947年分配给它的专利号)的主要特征是倾斜的一排往复滚动的橡胶辊,在横向上彼此相邻。其中一个辊子通电并用摩擦力转动另一个辊子,相邻的辊对在相反的方向转动,从而产生基本的剥离作用。在机器倾斜的上端是一个相对于水平输送机驱动的自动进料装置。它的工作是将未去壳的虾精确地掉入第一对相邻辊子之间形成的“ V”形槽。
将虾落入第一个“ V”形槽后,辊子的接触面向下旋转,抓住壳和头,将它们拉过“ V”形槽的底部,从而剔除滑溜的肉。当辊筒运动反向时,将肉运送到下一个辊筒的表面上方并向下移动到下一个较低的“ V”形槽中,在该位置执行第二次剥壳和卸料操作。
由于这排滚子的倾斜,虾随后继续向下,在每对连续的滚子之间发生剥落和排出。从最后一组辊筒上取下来的虾被输送到收集槽中,水从机器中倒出。虾壳和其他杂物在通过辊筒拉下时被清除。
实际上,“ 828”设计确实实现了自动剥壳虾,但是在产量和剥壳效率方面存在一些缺点,比如自动虾进料装置复杂且难以维护、虾剥壳循环的次数仅限于机器中辊筒对的数量。
二代机的关键特征是辊子的方向从横向改变为纵向。这种发展极大地简化了虾的向下运动,使虾在滚子的长度上移动而不是横向移动,从而为虾剥壳产生了更多的循环。
同时二代机进一步改进了虾的进料装置。未剥壳的虾装入位于辊筒阵列上端的充满水的进料箱中。该水箱可容纳约400磅的虾,并配有一条内部传送带,可将虾从水箱中上移出,然后将其放到辊筒阵列的上端,从而开始剥壳过程。
除了改变辊子的方向外,辊子现在还布置在两个平面上,从而形成了沿机器整个长度延伸的通道。当虾落到辊筒阵列上时,它们掉入这些通道,并在重力和水流的帮助下向下移动。当它们向下移动时,它们在相邻的几组辊形成的“ V”形槽中形成几乎连续的剥离循环,将虾以锯齿形路径从通道的一侧“翻转”到另一侧,进一步增强了去壳过程。
二代机在剥离速度和精度以及易于操作和剥离控制方面取得了显着进步。但是,它依然没有达到拉佩尔们对产量和质量的预期。主要在于虾肉的残缺比较明显(尤其是头部和尾部位置),这将降低工厂的利润,并可能导致该机器不能满足市场需求。因此,拉佩尔们继续进行开发工作,将重点更多放在产量和质量上。
A型剥壳机即是沿用至今的方案了。
A型剥壳机具有多项功能,这使其达到商业化的要求。最重要的设计更改是引入了两阶段剥离工艺。辊子阵列保持纵向,并且辊子保持两层排列。但是现在有两组滚子,这与之前设计中的单个滚子不同。虾在上部由辊筒部分去壳,然后在下部由较大辊筒进行更彻底的剥壳。一系列的动力辊使阵列的整个长度贯穿上部和下部。他们利用摩擦力驱动与其相邻的辊子,从而产生往复运动,并产生了发生剥离所必需的“收缩点”。
另一个不可或缺的变化是在大辊筒的上部还增加了小直径的金属辊(称为“插入物”),以有效保留头部和尾部的肉,大大提高了产量。这种变化最终将质量和产量提高到超过手剥的水平。
之所以进行两阶段过程,是因为拉佩尔们早就了解到,辊筒在除壳过程中的有效性在很大程度上取决于其直径。较大直径的辊将产生较大的剥离作用,而较小直径的辊将产生较缓和的作用,损坏虾肉的往往是较大直径的辊筒。同时他们还发现,在将虾放置在辊的“ V”形槽中时,如果对虾施加轻微的压力对于实现最佳的剥离作用非常有效,于是A型剥虾壳机上还具有由数百个弹簧加载的形成的“压指”结构。
经过长达近十年的迭代,概念已经有了长足的发展,从橡胶靴到A型机,是时候走向商业化了。
在吃虾三人组的基础上,三位拉佩尔又新引进了两位成员,形成吃虾推广五人众,分别负责:发明、虾加工、机械工程、法律和金融。并在1949年1月4日成立了剥虾公司——Peelers Company,以在全球制造和销售拉佩尔的自动剥虾壳机。
拉佩尔商业计划中的重要战略就是:将机器出租而不是出售给加工商。因为他们认识到机器的市场很小,而且剥虾壳机的设备销售价值远低于拉佩尔专利使用期内该机器对加工者带来的价值。同时他们还认为固定的租赁费将不是一种公平的方法,因为使用机器带来的收益与机器上放虾的数量直接相关。于是,费用依使用情况确定,承租人将根据主驱动电机的转数进行计费。
看到这里,原点感觉有点熟悉,这可不就是SaaS逻辑么...按调用付费!
A型剥壳机非常成功,到1949年底,已经在墨西哥湾沿岸制造了六台剥壳机,这些工厂的产量显著提高。
自动剥壳机实现的产量和生产效益使得虾加工商们很快就意识到手工剥壳已过时,这种变化很快反馈到对消费者市场的影响:以前虾被大多数人视为奢侈食品,而现在可以以合理的价格获得美味。这进一步推动了市场对原材料的需求,推动产生了更多的虾农、更多的虾船、以及不断扩大的渔业设备、更多的燃料消耗和供应。所有这些都是不断发展的海鲜产业的一部分。
虾类产业最先在墨西哥湾沿岸进入“繁荣时期”,但在美国西北部海域也开始发展,后来在瑞典、格陵兰、丹麦、冰岛等其他国家也取得了同样的成功。一直到2004年,全球每年通过自动化机械剥壳的虾超过5亿磅。
都说程序“猿”改变世界,而作为最古老的职业之一:机械工程师,似乎却面临某些尴尬。
比如,知乎关于机械主题的高赞回答都是个画风:
呵呵了,知友们对机械“狮”很不友好嘛。
所以呢,我,原点,一位机械“狮”,试图找一找咱们的荣光,挖掘挖掘被机械“狮”改变的世界。
~~Hello World~~“你好,变速器!”
关于机械“狮”改变世界,欢迎咱们开展评论讨论。
本文基于互联网材料收集整理。
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我们相信。每个人都具有创新的力量,每一份对未来的设计都将让生活变得更有趣。
机械“狮”改变世界之“吃个虾”
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