口子大曲生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)字化管控系統(tǒng)的應(yīng)用

徐欽祥，孟衛(wèi)東，陳 斌，黃明亮，宋衛(wèi)民

（1.安徽口子酒業(yè)股份有限公司，安徽淮北023500； 2.河北諾億物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司，衡水河北053000）

固態(tài)法大曲酒生產(chǎn)是我國(guó)傳統(tǒng)的釀造技藝，近年來(lái)，隨著生物技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)大曲酒釀造的工藝技術(shù)、分析檢測(cè)技術(shù)、粉碎自動(dòng)化技術(shù)、勾兌技術(shù)、行車運(yùn)輸、機(jī)器人上甑以及質(zhì)量控制體系等方面進(jìn)行了多系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，使得大曲酒釀造生產(chǎn)水平得以長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步。正如中國(guó)工程院院士孫寶國(guó)指出：“中國(guó)白酒講究傳承，但決不能故步自封，在現(xiàn)代化、智能化方面決不能落后，要通過(guò)傳承創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)超越?！彪S著企業(yè)的快速發(fā)展，人工成本的不斷增加，制曲工序由勞動(dòng)密集型的人工操作向機(jī)械化、自動(dòng)化的方向發(fā)展[1]，但不可否認(rèn)的是，大曲酒生產(chǎn)畢竟是傳統(tǒng)的釀造技藝，在長(zhǎng)期的傳承和發(fā)展歷程中，大曲酒生產(chǎn)面臨的問(wèn)題依然很多：工人年齡結(jié)構(gòu)老齡化，管理粗放，勞動(dòng)效率低，用工成本高；特別是制曲工種，操作環(huán)境高溫高濕、曲蟲叮咬、體力勞動(dòng)強(qiáng)度大，尤其是依然采取人工入房用溫、濕度計(jì)測(cè)量的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，憑經(jīng)驗(yàn)確定排潮和翻曲的時(shí)機(jī)，存在著采集的數(shù)據(jù)單一、樣本量較少、準(zhǔn)確性和及時(shí)性有一定的偏差、用時(shí)較長(zhǎng)、數(shù)據(jù)和記錄不完整的諸多問(wèn)題，直接造成對(duì)入房培養(yǎng)過(guò)程中的排潮和翻曲操作時(shí)機(jī)把握不準(zhǔn)，質(zhì)量控制精度低，無(wú)法均衡地為釀造所需有益微生物創(chuàng)造適宜的生長(zhǎng)代謝環(huán)境和條件，不利于整體質(zhì)量的提高，出現(xiàn)成品曲質(zhì)量等級(jí)波動(dòng)較大，成熟一致性不高，不利于標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模生產(chǎn)操作的需求。

我國(guó)釀酒行業(yè)發(fā)展綱要指出：“白酒產(chǎn)業(yè)要全面從以經(jīng)驗(yàn)感性認(rèn)識(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)，向以科學(xué)理論為基礎(chǔ)組織生產(chǎn)轉(zhuǎn)變；用現(xiàn)代化技術(shù)改造白酒生產(chǎn)工藝過(guò)程中各生產(chǎn)單元的傳統(tǒng)作坊模式。”[2]用現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)控制技術(shù)在大曲生產(chǎn)管理過(guò)程中的應(yīng)用正是謀求推動(dòng)大曲生產(chǎn)操作過(guò)程擺脫傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)式、作坊模式，向數(shù)字化、科學(xué)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

口子大曲數(shù)字化管控系統(tǒng)由終端收集設(shè)備、信號(hào)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、自動(dòng)控制設(shè)備組成。終端收集設(shè)備包含曲心測(cè)溫儀、環(huán)境溫濕度檢測(cè)儀、二氧化碳濃度檢測(cè)儀，用于測(cè)量曲房?jī)?nèi)各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。信號(hào)傳輸設(shè)備包含數(shù)據(jù)集中主機(jī)、路由器、無(wú)線網(wǎng)關(guān)；數(shù)據(jù)處理設(shè)備為專用服務(wù)器，內(nèi)置有數(shù)字化管控軟件，以及配套的手機(jī)APP；自動(dòng)控制設(shè)備包含電動(dòng)開窗機(jī)及對(duì)應(yīng)的控制器（圖1）。

硬件設(shè)備運(yùn)行：測(cè)溫儀、環(huán)境溫濕度檢測(cè)儀、二氧化碳檢測(cè)儀采集制曲生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并發(fā)送至數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器匯總處理后通過(guò)路由器發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，交由軟件進(jìn)行記錄、分析、控制等工作。服務(wù)器向外擴(kuò)展出移動(dòng)終端，即手機(jī)APP，方便管理人員隨時(shí)隨地對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行管控。操作人員可通過(guò)服務(wù)器、移動(dòng)終端兩種途徑對(duì)開窗機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)開關(guān)窗過(guò)程全自動(dòng)運(yùn)行。

圖1 大曲數(shù)字化管控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2 系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程

傳統(tǒng)口子大曲，多糧配比，曲室內(nèi)培養(yǎng)周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，期間要經(jīng)過(guò)頭翻、抽格、拾羅、整羅、拉皮、上垛、拆垛、原翻、上末垛等多道工序。工人操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，翻曲操作次數(shù)多，高溫轉(zhuǎn)化期內(nèi)原翻就達(dá)到4～6次。

數(shù)字化系統(tǒng)的應(yīng)用中，改變了“以翻代管”的管理方式，在工序工藝規(guī)定的濕度、溫度等指標(biāo)參數(shù)區(qū)間范圍內(nèi)，科學(xué)地減少翻曲操作次數(shù)。

口子大曲的制作管理難度大、技術(shù)要求高。曲師要每天早晨、上午、下午、晚上入房4次測(cè)量采集溫濕度、CO2數(shù)據(jù)，數(shù)字化管控系統(tǒng)的應(yīng)用，解決了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)(見(jiàn)圖2)。

圖2 曲房數(shù)字化管控系統(tǒng)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集,并以列表形式永久保存在歷史記錄中，支持導(dǎo)出至excel表格，及按不同項(xiàng)目排序功能，可供技術(shù)人員隨時(shí)回看分析(見(jiàn)表1)。

表1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集

上霉和攏火（上垛）是低溫培菌期、排潮增香期關(guān)鍵的工藝控制點(diǎn)，傳統(tǒng)操作中需要有經(jīng)驗(yàn)的曲師現(xiàn)場(chǎng)值班蹲守，靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)把握時(shí)間節(jié)點(diǎn)。每一房的上霉時(shí)機(jī)、晾霉時(shí)間都要反復(fù)查看感知。數(shù)字化系統(tǒng)的應(yīng)用，可以輕松、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟閉曲房窗戶，控制濕度和CO2含量，達(dá)到工藝要求。攏火時(shí)間節(jié)點(diǎn)也會(huì)進(jìn)行預(yù)警機(jī)制，以利于及時(shí)地進(jìn)行操作。

為了調(diào)節(jié)合理的溫濕度、CO2含量，靠著個(gè)人感知經(jīng)驗(yàn)，每日數(shù)次開關(guān)門窗。隨著大曲生產(chǎn)任務(wù)量逐年增大，年數(shù)千房的生產(chǎn)管理任務(wù)，機(jī)械、重復(fù)、繁瑣，曲師工作強(qiáng)度高。大曲生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)字化管控系統(tǒng)手機(jī)APP的開發(fā)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)門窗開關(guān)的遠(yuǎn)程操作和智能化自動(dòng)操作。建立的數(shù)據(jù)處理與工藝數(shù)字控制模塊，將采集到的曲房?jī)?nèi)各種數(shù)據(jù)（品溫、環(huán)境溫濕度、CO2含量）形成曲線圖，更直觀準(zhǔn)確地反映出溫度、濕度、二氧化碳濃度的走勢(shì)(見(jiàn)圖3、圖4、圖5)。

選取不同的曲房生產(chǎn)周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，N個(gè)曲房或者不同制曲周期（見(jiàn)圖6），數(shù)據(jù)對(duì)比自動(dòng)生成平均曲線（近似標(biāo)準(zhǔn)曲線）。

圖3 大曲中心溫度曲線

圖4 大曲CO2含量曲線

3 應(yīng)用效果

初步建立異常預(yù)警、報(bào)警機(jī)制，規(guī)避管理失誤，快速處理突發(fā)狀況（大風(fēng)降溫等），科學(xué)合理規(guī)避大曲培養(yǎng)過(guò)程中的不確定因素。

消除數(shù)據(jù)采集頻繁開啟門窗給培養(yǎng)過(guò)程帶來(lái)的不利影響。更方便、快捷準(zhǔn)確反映工藝數(shù)據(jù)，最大限度消除人工數(shù)據(jù)采集主觀誤差。

降低生產(chǎn)過(guò)程中雜菌污染（人員、測(cè)量工具等），有利于制曲微環(huán)境的保護(hù)和營(yíng)造。

圖5 濕度曲線

圖6 不同的曲房生產(chǎn)周期的數(shù)據(jù)記錄界面

對(duì)制曲工藝和質(zhì)量管理帶來(lái)有利影響，在大曲質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，成品曲質(zhì)量一致性提高（見(jiàn)圖7、圖8，表2、表3），主要微生物種群數(shù)量也有相應(yīng)增加（見(jiàn)表4）。

圖7 曲房取樣點(diǎn)示意圖

海量高效的數(shù)據(jù)處理，有助于科學(xué)認(rèn)知和利用微生物消長(zhǎng)規(guī)律、發(fā)酵機(jī)理，建立了符合地域特征、工藝特色、不同季節(jié)的數(shù)據(jù)控制模塊。

4 發(fā)展與展望

大曲生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)字化管控系統(tǒng)的應(yīng)用，必將改變傳統(tǒng)管理模式，完成由經(jīng)驗(yàn)管理、模糊管理到精準(zhǔn)化、數(shù)字化管理的科技跨越。

表2 中溫曲相應(yīng)測(cè)試取樣點(diǎn)綜合理化數(shù)據(jù)對(duì)比分析表(應(yīng)用前)

表4 微生物培養(yǎng)分析報(bào)告

（1）完成與智能設(shè)備、智能質(zhì)量檢測(cè)、理化檢測(cè)體系的高度融合。

（2）完成數(shù)字化管控與智能操作（機(jī)械手、機(jī)器人）的高度融合，降低用工成本，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）完成與物料、倉(cāng)儲(chǔ)的智能化配送的融合，提升經(jīng)濟(jì)效率。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)分析的手段才是關(guān)鍵，只有通過(guò)數(shù)據(jù)分析才能帶來(lái)價(jià)值[3]，因此，大曲生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)字化管控系統(tǒng)前景光明廣闊；它提供了管理、技術(shù)人員認(rèn)識(shí)發(fā)酵機(jī)理的新手段、新思維，提升認(rèn)知的新工具、新途徑，把釀酒工程師的思想理念轉(zhuǎn)化為軟件工程師的語(yǔ)言，最終實(shí)現(xiàn)“人機(jī)對(duì)話”。口子酒業(yè)公司通過(guò)大曲生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)字化管控系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅優(yōu)化了工藝流程，提升了成品大曲質(zhì)量的一致性，改善了工人的工作環(huán)境；同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)大曲培養(yǎng)機(jī)理的深入研究具有深遠(yuǎn)的影響，為大曲酒行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步起到了承前啟后的重要作用。