MES系統(tǒng)在乳制品質(zhì)量提升及溯源系統(tǒng)的重要作用

嵇海濤

廣東燕塘乳業(yè)股份有限公司，廣東廣州 511356

0 引言

隨著以信息技術(shù)為主體的工業(yè)4.0（第四次工業(yè)革命）在世界各國(guó)掀起的新一輪技術(shù)革命[1]，以及大數(shù)據(jù)化信息時(shí)代的到來，使得智能化生產(chǎn)被越來越多地應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)行業(yè)中[2]。我國(guó)的乳品行業(yè)在2008年出現(xiàn)“三聚氰胺”質(zhì)量安全事件后，隨著國(guó)家對(duì)乳制品生產(chǎn)的監(jiān)管越來越嚴(yán)格，同時(shí)消費(fèi)者對(duì)乳制品的質(zhì)量期望值也越來越高，以及企業(yè)對(duì)自身品牌的維護(hù)需求，每個(gè)乳品企業(yè)都已經(jīng)建立了一套自己的產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)及溯源系統(tǒng)，但各企業(yè)的條件不同，有的乳品公司溯源系統(tǒng)還以手工為主，但很多大的、成規(guī)模的乳品公司已采用MES系統(tǒng)來進(jìn)行生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理，并很好地解決了產(chǎn)品溯源的問題。本文詳細(xì)介紹了智能化生產(chǎn)的核心系統(tǒng)MES系統(tǒng)在液態(tài)乳各生產(chǎn)工序中的應(yīng)用及其對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量和在產(chǎn)品溯源中的重要作用[3]。

1 MES系統(tǒng)的定義

MES是英文“Manufacturing Execution System”的縮寫，中文翻譯為“制造執(zhí)行系統(tǒng)”“生產(chǎn)實(shí)施系統(tǒng)”等，有的企業(yè)也簡(jiǎn)稱為“中控系統(tǒng)”。MES系統(tǒng)是面向車間的生產(chǎn)過程管理與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，主要解決車間生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行問題[4]。MES系統(tǒng)可以在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表等管理功能，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以同時(shí)為生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務(wù)[5]。MES系統(tǒng)通過強(qiáng)調(diào)制造過程的整體優(yōu)化來幫助企業(yè)提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的可追溯性。

2 MES系統(tǒng)管理模塊

市場(chǎng)上眾多設(shè)備制造公司均有自己設(shè)計(jì)制造的MES系統(tǒng)平臺(tái)。本文僅以瑞典利樂公司設(shè)計(jì)的MES系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要說明MES系統(tǒng)如何在液態(tài)乳生產(chǎn)過程中提升產(chǎn)品質(zhì)量和在產(chǎn)品追溯過程中發(fā)揮重要作用的。利樂的MES系統(tǒng)可分為以下八大模塊。

2.1 追溯模塊

追溯模塊是讓用戶能夠追蹤生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，通過此模塊可以生成追蹤樹和目錄樹，展示原料在生產(chǎn)過程中所經(jīng)過的途徑，并可生成報(bào)表，記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)和趨勢(shì)變化情況[6]。點(diǎn)擊追溯模塊，選定一個(gè)查找選項(xiàng)，例如單元名稱，或CIP ID，輸入查找信息（或不輸入，搜索全部），選定查找的時(shí)間范圍，點(diǎn)擊查找，能夠查找到選定時(shí)間范圍的需查找單元的生產(chǎn)狀況或CIP操作。點(diǎn)擊一條選中的生產(chǎn)操作記錄，點(diǎn)擊生成追溯樹按鈕，生成追溯樹；點(diǎn)擊生成目錄樹按鈕，生成目錄樹。

2.2 生產(chǎn)報(bào)表模塊

生產(chǎn)報(bào)表可以讓用戶查詢整個(gè)工廠的生產(chǎn)情況。生產(chǎn)報(bào)表包含產(chǎn)品概要報(bào)表、設(shè)備報(bào)表、生產(chǎn)報(bào)表、物料報(bào)表。點(diǎn)擊生產(chǎn)報(bào)表模塊，進(jìn)入產(chǎn)品概要報(bào)表，可看到有開始日期和結(jié)束日期選項(xiàng)，左邊有加工組、加工單元組、單元選項(xiàng)，右邊有原料類型、原料類、原料選項(xiàng)，確定需查找的時(shí)間范圍，用戶可根據(jù)需要選擇查看的單元或者原料。同樣，可根據(jù)需要打開相對(duì)應(yīng)的設(shè)備報(bào)表、生產(chǎn)報(bào)表或物料報(bào)表。

2.3 CIP模塊

CIP模塊包含CIP概要報(bào)表、CIP趨勢(shì)圖、CIP清洗時(shí)間分析報(bào)表（圖1）。CIP概要報(bào)表通過選擇需查詢的時(shí)間范圍，可查找時(shí)間內(nèi)的CIP線操作，表格顯示各CIP線的清洗程序、清洗狀況、開始及結(jié)束時(shí)間。如果對(duì)CIP設(shè)定監(jiān)控參數(shù)，在CIP報(bào)表中可看到這些參數(shù)的趨勢(shì)圖。打開CIP清洗時(shí)間分析報(bào)表，如果清洗時(shí)間不在設(shè)定范圍內(nèi)，清洗記錄字體會(huì)顯示為紅色，說明CIP異常。

圖1 CIP報(bào)表圖

2.4 CIP有效性模塊

CIP有效性模塊用圖表的形式體現(xiàn)CIP線的利用率，以及距上次CIP最大、最少和平均等待時(shí)間。點(diǎn)擊要查詢的CIP線，選擇時(shí)間間隔或者自己定義區(qū)間，以及是否包含暫停和中止?fàn)顟B(tài)，點(diǎn)擊產(chǎn)生圖表按鈕，圖表通過不同顏色顯示CIP類型和狀態(tài)。

2.5 質(zhì)量控制模塊

在該模塊下可以得到與質(zhì)量相關(guān)的報(bào)表，用戶要在該模塊下設(shè)置收奶、生產(chǎn)加工過程中的樣品相關(guān)信息，記錄樣品檢測(cè)結(jié)果。質(zhì)量控制模塊主要由接受質(zhì)量概要報(bào)表、加工質(zhì)量概要報(bào)表、加工質(zhì)量參數(shù)報(bào)表組成（圖2）。

圖2 質(zhì)量控制模塊圖

2.6 原料編輯器模塊

用于創(chuàng)建和管理原料（圖3）。每種原料都可以定義其原料類和原料類型，原料、原料類和原料類別都在這模塊創(chuàng)建。點(diǎn)擊此模塊，打開原料標(biāo)簽，頁(yè)面中列出所有的原料，在列表中選中一個(gè)原料，可以在右側(cè)編輯框編輯原料信息，包括原料名稱，別名，原料類，原料類型，原料ID，如果在原料類中設(shè)置了原料屬性，該原料的屬性值也可以編輯，修改完成后，點(diǎn)擊更新，新增一個(gè)原料。

圖3 原料編輯器模塊圖

2.7 用戶管理模塊

用于管理不同用戶對(duì)不同區(qū)域、不同功能的訪問權(quán)限（圖4）。通過用戶管理模塊，根據(jù)人員的職責(zé)不同，給予不同的訪問權(quán)限，實(shí)現(xiàn)用戶的靈活管理。打開管理模塊，選擇一個(gè)用戶組，節(jié)點(diǎn)組和訪問區(qū)域，點(diǎn)擊編輯按鈕，羅列出該訪問區(qū)域的功能點(diǎn)，每一個(gè)功能點(diǎn)都有一個(gè)復(fù)選框，選中復(fù)選框，用戶組有權(quán)限使用該功能，編輯完成后，點(diǎn)擊保存按鈕。

圖4 用戶管理模塊圖

2.8 報(bào)表工具模塊

在報(bào)表工具模塊，可以查看定制化的報(bào)表。例如定制維護(hù)報(bào)表，點(diǎn)擊報(bào)表工具按鈕，打開維護(hù)報(bào)表，可查詢?cè)O(shè)備的型號(hào)、操作次數(shù)、故障次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、最后服務(wù)日期等，也可按已超限的設(shè)備、急需維護(hù)的設(shè)備分類通過上述這些模塊，利樂的MES系統(tǒng)在乳制品生產(chǎn)過程可實(shí)現(xiàn)從原奶驗(yàn)收、配料、殺菌、灌裝、清洗整個(gè)生產(chǎn)流程的關(guān)鍵控制點(diǎn)的控制及數(shù)據(jù)采集，確保產(chǎn)品質(zhì)量的安全及產(chǎn)品的可追溯性。

3 MES系統(tǒng)在乳制品液態(tài)奶生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用

液態(tài)奶生產(chǎn)工序流程一般如下：收奶、凈乳、儲(chǔ)存、配料、殺菌、冷卻、儲(chǔ)存、灌裝、包裝、清洗。在利樂的MES系統(tǒng)平臺(tái)，從收奶到清洗的上述工序流程中，都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制及可追溯性。幾個(gè)關(guān)鍵工序具體操作情況如下。

3.1 收奶工序

首先打印樣品ID標(biāo)簽貼在取樣瓶上，在奶槽車采樣并送檢，樣本ID掃描錄入（如有foss系統(tǒng)自動(dòng)錄入），在化驗(yàn)室管理系統(tǒng)提前設(shè)定好的參數(shù)值來判定是否合格，檢查錄入檢測(cè)數(shù)據(jù)，如QC判定合格，則可以開始收奶。操作中控系統(tǒng)的中控員收到QC指令后，先選定將要儲(chǔ)存原奶的奶罐并輸入收奶牧場(chǎng)名稱，并選定收奶線路，然后用對(duì)講機(jī)通知現(xiàn)場(chǎng)收奶員用軟管和奶槽車的奶缸連接，確認(rèn)無誤后啟動(dòng)收奶程序，收奶線路的奶泵、閥門、流量計(jì)、冷卻板片、及線路上的各種閥門等根據(jù)設(shè)置好的參數(shù)自動(dòng)打開或關(guān)閉，按設(shè)定的程序運(yùn)行。收奶結(jié)束后自動(dòng)關(guān)閉收奶程序。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，就可以通過系統(tǒng)的追溯模塊查找產(chǎn)品用的是哪個(gè)牧場(chǎng)的奶源，原奶儲(chǔ)存的是哪個(gè)奶罐、儲(chǔ)存時(shí)的溫度、數(shù)量、使用的時(shí)間、調(diào)配的線路等，查找是哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。如果按原來手工操作和記錄，就有可能出現(xiàn)人為的遺漏或不準(zhǔn)確，造成追溯的難度。

3.2 配料工序

在利樂MES系統(tǒng)有的還會(huì)含有一個(gè)“配料防錯(cuò)系統(tǒng)”，這對(duì)很多中小型乳品廠來說是一個(gè)非常好用的系統(tǒng)，因?yàn)橐酝谂淞瞎ば蛴捎趩T工的失誤常常投錯(cuò)料從而給工廠造成很大損失，需花費(fèi)很大人力、精力去解決。這套配料防錯(cuò)系統(tǒng)主要通過以下流程來達(dá)到防錯(cuò)目的：一是物料條碼打印—打印并粘貼條碼。二是物料賦碼接收—PDA掃碼入庫(kù)。三是掃碼備料或出庫(kù)。四是投料拆零賦碼。五是投料掃碼確認(rèn)。六是批次控制—確認(rèn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。這個(gè)流程通過對(duì)入庫(kù)的每批次原料賦與一個(gè)碼，并掃碼入庫(kù)，出庫(kù)時(shí)也要掃碼，在稱料間稱量散料時(shí)配備具有通訊端口的高精度電子稱，并給稱好的散料賦碼，配料單所需的物料也傳到PDA掃碼器，投料時(shí)通過掃碼確認(rèn)無誤后才能投，這樣避免了人為錯(cuò)誤。在產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，也能快速追溯到所用的是什么物料及其批次。

3.3 殺菌工序

在乳制品生產(chǎn)中殺菌工序是一道非常關(guān)鍵的工序，主要監(jiān)控的是殺菌溫度、流量、壓力等參數(shù)。一些新的殺菌設(shè)備都一般有通訊輸出端口，可以和MES系統(tǒng)對(duì)接，這樣殺菌設(shè)備在生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)就可實(shí)時(shí)傳輸?shù)組ES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)就能對(duì)殺菌過程進(jìn)行監(jiān)控并記錄相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)，并生成相關(guān)參數(shù)的曲線圖。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，需追溯生產(chǎn)殺菌過程是否正常，各項(xiàng)參數(shù)的變化就能通過各項(xiàng)參數(shù)的曲線很快查找到。

3.4 CIP工序

在乳制品生產(chǎn)中CIP清洗工序也是一道非常關(guān)鍵的工序。在沒有自動(dòng)化清洗之前，靠人工做生產(chǎn)設(shè)備清洗，常常會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，而且很難追溯到具體原因。在CIP工序中，最關(guān)鍵的四個(gè)參數(shù)是“清洗溫度”“清洗濃度”“清洗時(shí)間”“清洗流量”，以前靠人工控制非常不穩(wěn)定，難以確保產(chǎn)品質(zhì)量；采用MES中控系統(tǒng)平臺(tái)后，將驗(yàn)證有效的每一條生產(chǎn)線的四個(gè)清洗參數(shù)輸入MES系統(tǒng)，由系統(tǒng)自動(dòng)控制。中控人員如要清洗某一個(gè)罐或某一條線路時(shí)，只要選好其所在區(qū)域的清洗線路并啟動(dòng)，系統(tǒng)就會(huì)按照設(shè)定好各項(xiàng)程序參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行，除非遇到故障，整個(gè)清洗過程從開始到結(jié)束不需人為操作，并自動(dòng)記錄清洗過程各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。

4 MES系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追溯

假設(shè)懷疑一批次產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，可以通過MES系統(tǒng)的出庫(kù)模塊查找到這批次的產(chǎn)品的出貨線路及去到哪幾個(gè)經(jīng)銷商，就可啟動(dòng)產(chǎn)品召回流程，從相關(guān)經(jīng)銷商快速召回產(chǎn)品。為了查找此批次產(chǎn)品質(zhì)量問題的原因，可通過MES系統(tǒng)的原料模塊找到此批次使用的原料的來源及其批次號(hào)、原料的各項(xiàng)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)；通過查找此批次的產(chǎn)品生產(chǎn)報(bào)表，可以快速查找到加工過程的路徑及各工序的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、清洗數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)，這樣就能快速進(jìn)行分析及確認(rèn)造成產(chǎn)品質(zhì)量問題的原因。

5 小結(jié)

本文通過MES系統(tǒng)在乳制品液態(tài)乳生產(chǎn)中的具體應(yīng)用闡述，以及如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追溯的介紹，說明MES系統(tǒng)在乳制品生產(chǎn)中提升產(chǎn)品質(zhì)量及實(shí)時(shí)追溯的重要作用。和傳統(tǒng)乳制品生產(chǎn)相比較，MES系統(tǒng)解決設(shè)備自動(dòng)化的數(shù)據(jù)收集，使到數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確及快捷；在質(zhì)量控制方面，通過將工藝參數(shù)輸入系統(tǒng)，實(shí)施自動(dòng)化操作，減少人為操作的失誤，使到產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。在以智能制造為核心的國(guó)家發(fā)展大背景下， MES系統(tǒng)對(duì)液態(tài)乳生產(chǎn)質(zhì)量提升和快速溯源都有著非常重要的作用，MES系統(tǒng)今后將會(huì)成為越來越多乳制品生產(chǎn)企業(yè)的選擇。