智能集成控制及MES系統(tǒng)在功能微生物生產(chǎn)中的應(yīng)用

張聰芝，陸其剛，陳 力，張龍?jiān)?，胡風(fēng)光，陳孚江，沈曉波，劉 亮

(江蘇洋河酒廠股份有限公司，江蘇宿遷 223800)

近年來隨著國家科技創(chuàng)新政策的指引，國家科技的進(jìn)步以及白酒行業(yè)科技的發(fā)展，傳統(tǒng)釀酒生產(chǎn)，逐步向機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化升級(jí)，釀酒智能化的發(fā)展取得了長足進(jìn)步，前期主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化的應(yīng)用，如機(jī)械化出料風(fēng)冷系統(tǒng)、智能包裝物流系統(tǒng)，后期主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)品評系統(tǒng)、智能機(jī)器人裝甑系統(tǒng)的開發(fā)，智能工廠體系的建立等等。江蘇洋河酒廠股份有限公司緊跟時(shí)代步伐引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，近年來在釀酒智能化體系取得了輝煌的成績，建成了自動(dòng)化的包裝物流系統(tǒng)，規(guī)?；闹悄芰Ⅲw倉庫，構(gòu)建了智能化的窖池監(jiān)控系統(tǒng)、原酒管理及調(diào)配系統(tǒng)，形成了大規(guī)模的自動(dòng)化原料預(yù)處理中心、智能化功能微生物應(yīng)用中心，突破了高智能、大規(guī)模機(jī)器人裝甑及智能餾酒技術(shù)；全面實(shí)現(xiàn)了功能微生物智能集成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)功能微生物制劑生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化，建成白酒行業(yè)第一家智能集成控制中心，達(dá)到了精準(zhǔn)控制微生物；創(chuàng)新性的引進(jìn)了MES (Manufacture Executive System/制造執(zhí)行)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了線上數(shù)據(jù)的高效管理，極大提高了功能微生物生產(chǎn)的信息化、數(shù)字化水平。江蘇洋河酒廠股份有限公司利用現(xiàn)代技術(shù)繼承和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)釀造行業(yè)，在白酒行業(yè)智釀造領(lǐng)域引領(lǐng)了時(shí)代的發(fā)展與進(jìn)步[1-3]。

1 智能集成控制與MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)

1.1 智能集成自動(dòng)化中央控制系統(tǒng)總覽概述

江蘇洋河酒廠股份有限公司近年來致力于智慧工廠項(xiàng)目的開發(fā)與應(yīng)用，在智慧釀造領(lǐng)域、原酒管理領(lǐng)域、功能微生物應(yīng)用領(lǐng)域、成品酒包裝物流領(lǐng)域全面開展智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了各領(lǐng)域生產(chǎn)的智能集成控制與線上信息化系統(tǒng)管理。

智能集成控制系統(tǒng)是基于機(jī)械化生產(chǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)（圖1），依托原有的生產(chǎn)模式升級(jí)為自動(dòng)控制模式并系統(tǒng)集成于中央控制室，達(dá)到中控的智能集成控制，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的可視化、可控化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的預(yù)警、分析確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行。MES系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、庫存管理的線上數(shù)據(jù)集成與分析，在線質(zhì)量檢測、產(chǎn)品溯源?；谥悄芗煽刂婆cMES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了功能微生物生產(chǎn)過程的在線集中控制與追蹤、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集中管理與分析，使功能微生物的生產(chǎn)達(dá)到了智能化控制水平[4-5]。

1.2 種子智能化擴(kuò)培（圖2）

功能微生物的生產(chǎn)中種子擴(kuò)培是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過自動(dòng)化的菌液發(fā)酵罐與固態(tài)淺盤培養(yǎng)種曲機(jī)實(shí)現(xiàn)液態(tài)菌種如風(fēng)味芽孢桿菌、生香酵母與霉菌如根霉、河內(nèi)白曲的種子擴(kuò)培過程[9]；原有生產(chǎn)模式多為離線間歇式控制生產(chǎn)，通過升級(jí)軟硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)了種子擴(kuò)培階段從滅菌到培養(yǎng)的自動(dòng)控制，并通過系統(tǒng)抓取過程信號(hào)實(shí)現(xiàn)了中控的集中自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了從滅菌、冷卻、控溫、通風(fēng)培養(yǎng)、核心參數(shù)采集與設(shè)定的智能控制[5-6]。

MES系統(tǒng)在種子生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)管理，創(chuàng)建種子生產(chǎn)工單明確記錄原料、輔料的消耗數(shù)據(jù)，采集種子生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)點(diǎn)明確工單執(zhí)行工序過程并進(jìn)行全程的采集記錄，并實(shí)現(xiàn)了種子產(chǎn)出、入庫、出庫使用的自動(dòng)化管理。

1.3 原料自動(dòng)化處理與功能微生物智能化培養(yǎng)

現(xiàn)代智能管理系統(tǒng)與現(xiàn)代生物技術(shù)的結(jié)合推動(dòng)了原有的微生物生產(chǎn)模式的進(jìn)步，由傳統(tǒng)的通風(fēng)培養(yǎng)模式升級(jí)為機(jī)械化生產(chǎn)模式，進(jìn)一步升級(jí)為智能自動(dòng)化模式，自動(dòng)化、智能化升級(jí)則實(shí)現(xiàn)了功能微生物培養(yǎng)的智能集成控制與數(shù)據(jù)的系統(tǒng)管理[6-7]。

原料的蒸煮滅菌由原來的手動(dòng)操作升級(jí)為一鍵自動(dòng)蒸煮，出料冷卻、入盤實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)狀態(tài)下的現(xiàn)場自動(dòng)化控制，智能集成控制進(jìn)行蒸煮參數(shù)如潤料時(shí)間、蒸煮壓力、持壓時(shí)間，冷卻風(fēng)溫、通風(fēng)頻率，入盤溫度、風(fēng)機(jī)頻率參數(shù)的設(shè)定與監(jiān)控，不但同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行的預(yù)警管理，還實(shí)現(xiàn)了執(zhí)行參數(shù)的預(yù)警管理（圖3、圖4）。

微生物的培養(yǎng)過程則實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)頻率、通風(fēng)量、培養(yǎng)溫度、噴霧量的自動(dòng)化集成化控制，培養(yǎng)過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻曲與轉(zhuǎn)盤，通過基本參數(shù)、綜合參數(shù)的設(shè)定控制設(shè)備的自動(dòng)啟停，同時(shí)按程序集成進(jìn)行階段性控溫、通風(fēng)、控濕培養(yǎng)，并通過超溫、超壓的預(yù)警及自動(dòng)控溫保證微生物處于最優(yōu)培養(yǎng)條件。

與種子擴(kuò)培階段一致MES系統(tǒng)在功能微生物生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的集中與系統(tǒng)管理，通過工單的創(chuàng)建明確起始原料、輔料、種子消耗、產(chǎn)品入庫量的在線集中管理，通過制曲配制及生產(chǎn)的配方管理實(shí)現(xiàn)了工單創(chuàng)建的高效快捷化；通過采集生產(chǎn)各個(gè)階段的工序情況明確記錄生產(chǎn)過程的執(zhí)行情況，使生產(chǎn)的每一步都實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線記錄、監(jiān)控，保證了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)與微生物培養(yǎng)的正常運(yùn)行[7]。

1.4 微生物智能化復(fù)配（圖5）

多菌種微生物復(fù)配是功能微生物應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，多種類的功能微生物是提供優(yōu)質(zhì)功能酶類及風(fēng)味化合物的基礎(chǔ)，功能微生物智能化集成精準(zhǔn)控制復(fù)配參數(shù)的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化復(fù)配，MES系統(tǒng)在進(jìn)行復(fù)配工單管理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了智能入庫、出庫、庫存的在線管理。

自動(dòng)化的出料復(fù)配系統(tǒng)極大提高了生產(chǎn)效率，微生物培養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行自動(dòng)化控溫烘干，烘干過程通過參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行自動(dòng)翻曲、轉(zhuǎn)盤保證烘干的均勻性，烘干結(jié)束通過風(fēng)送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能化一鍵入倉；自動(dòng)化復(fù)配則通過設(shè)定不同種類微生物的定量機(jī)頻率、皮帶秤流量實(shí)現(xiàn)高精度比例復(fù)配，并通過智能中控系統(tǒng)進(jìn)行在線的監(jiān)控與調(diào)節(jié)，確保復(fù)配比例達(dá)到生產(chǎn)要求。

MSE系統(tǒng)通過預(yù)先設(shè)定復(fù)配比例的選擇設(shè)置包裝工單比例與復(fù)配量，通過實(shí)時(shí)對包裝設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控管理，同時(shí)進(jìn)行單品種微生物的消耗管理，功能微生物的入庫、出庫、庫存盤點(diǎn)的線上管理，實(shí)現(xiàn)了在線物料流轉(zhuǎn)的自動(dòng)化智能化[7-8]。

2 智能質(zhì)量管理與批次追溯分析

質(zhì)量管理是功能微生物生產(chǎn)中的重要組成部分，通過入盤水分的測量進(jìn)而控制配料水分量，通過培養(yǎng)過程理化指標(biāo)與微生物含量指標(biāo)的測定，掌握功能微生物培養(yǎng)過程中酶活性、發(fā)酵性能、增殖特性的變化規(guī)律，進(jìn)而優(yōu)化功能微生物生產(chǎn)過程控制參數(shù)。

通過MES質(zhì)量管理系統(tǒng)的引入實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的線上智能質(zhì)量管理，在發(fā)起生產(chǎn)工單的同時(shí)根據(jù)檢測需求發(fā)起質(zhì)檢工序，實(shí)現(xiàn)入盤常規(guī)指標(biāo)、出盤理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)、全指標(biāo)的選擇性檢測，同時(shí)實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)值的線上錄入管理、檢測報(bào)表的生成、藥品消耗的在線管理等功能。

功能微生物全流程追溯是全面把控生產(chǎn)的重要手段，通過線下的管理實(shí)現(xiàn)了從斜面種子到搖瓶種子，從種子擴(kuò)培到微生物培養(yǎng)，從包裝入庫到釀酒使用過程控制與指標(biāo)質(zhì)量管理的全面追溯（圖6）；MES智能批次溯源系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了從種子培養(yǎng)到包裝入庫全流程批次的線上關(guān)聯(lián)與生產(chǎn)過程工序的在線管理；并通過大數(shù)據(jù)分析篩選確定黃金批次的單品微生物曲、成品微生物曲，探尋最優(yōu)化的功能微生物培養(yǎng)過程控制條件；并實(shí)現(xiàn)全年生產(chǎn)數(shù)據(jù)的不間斷記錄與分析。

3 結(jié)論與展望

隨著白酒產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化、智能化的發(fā)展，近年來江蘇洋河酒廠股份有限公司著力重點(diǎn)打造智能工廠項(xiàng)目，聚焦計(jì)劃、生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備、成本五位一體的生產(chǎn)過程智能管理體系，加快推動(dòng)工廠數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型；功能微生物應(yīng)用中心是江蘇洋河酒廠股份有限公司從事功能微生物研究和應(yīng)用的核心單元，功能微生物智能化生產(chǎn)是智慧釀造體系的重要組成部分，公司基于前期機(jī)械化設(shè)備通過升級(jí)軟、硬件，在行業(yè)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了功能微生物培養(yǎng)的智能自動(dòng)化，構(gòu)建中央控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了功能微生物培養(yǎng)過程的智能集中控制；依托功能微生物自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)以及中央控制系統(tǒng)，公司開創(chuàng)性引進(jìn)智能MES系統(tǒng)推動(dòng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、工序過程監(jiān)督、批次質(zhì)量分析、產(chǎn)品庫存管理等數(shù)據(jù)的線上智能化、系統(tǒng)化管理；功能微生物智能集成控制及MES系統(tǒng)推動(dòng)了智能工廠項(xiàng)目以及白酒智慧釀造體系建設(shè)，引領(lǐng)了中國白酒智能化產(chǎn)業(yè)升級(jí)。