大數(shù)據(jù)背景下人工智能技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用研究

李秉茂（山西工程科技職業(yè)大學(xué) 山西晉中 030619）

食品加工是制造業(yè)中重要的組成部分，隨著科技進(jìn)步，單純依靠人力已不能滿足食品工業(yè)的需求。為了提高生產(chǎn)效率、確保食品安全，食品工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)化是基于人工智能（AI）、機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）或深度學(xué)習(xí)（DL）算法，通過人工智能系統(tǒng)使用，有效地完成食品生產(chǎn)和交付過程，增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)能力的一種智能生產(chǎn)形式。人工智能在食品行業(yè)中的應(yīng)用，可有效減少人為錯(cuò)誤，最大限度地提高資源利用率和生產(chǎn)效率以節(jié)省生產(chǎn)成本。人工智能與數(shù)據(jù)科學(xué)相結(jié)合可以提高餐飲行業(yè)的在線交付食品鏈效率，并進(jìn)行銷售預(yù)測(cè)。AI可以通過創(chuàng)建更加透明的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，提高銷售過程食品安全監(jiān)控效率。

人工智能（AI）是能夠執(zhí)行近乎于人類智能任務(wù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一項(xiàng)技術(shù)。隨著食品行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈和需求增加，食品加工已開始采用人工智能技術(shù)以實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化，并探索接觸和服務(wù)消費(fèi)者的新途徑。AI已成功應(yīng)用于新產(chǎn)品分類、供應(yīng)鏈管理、食品安全合規(guī)性監(jiān)控、有效預(yù)測(cè)消費(fèi)者偏好和新產(chǎn)品開發(fā)等領(lǐng)域，有效地提高了食品行業(yè)生產(chǎn)效率和智能化發(fā)展。AI在食品行業(yè)的重要作用大致可分為兩類：一類是食品智能化生產(chǎn)，另一類是食品質(zhì)量與安全管理。本文將討論人工智能在食品行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，為人工智能在食品加工業(yè)中能夠得到廣泛應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

一、人工智能領(lǐng)域

在過去的幾十年里，人工智能（AI）技術(shù)取得了良好的效果。通過使用現(xiàn)代技術(shù)，食品行業(yè)可以大大降低時(shí)間成本，從而增加企業(yè)收益。人工智能在食品行業(yè)的應(yīng)用主要技術(shù)包括：機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器人。

1、機(jī)器學(xué)習(xí)

它是一項(xiàng)對(duì)算法和統(tǒng)計(jì)模型的科學(xué)研究，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于有效地執(zhí)行特定任務(wù)，而無需使用基于推論模式的明確指令。例如：識(shí)別蘋果或橙子等簡(jiǎn)單的對(duì)象。

2、自然語言處理

自然語言處理被廣泛定義為通過軟件自動(dòng)操作自然語言，如語音和文本。它是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)子領(lǐng)域，涉及計(jì)算機(jī)和人類語言之間的相互作用，即如何編程使計(jì)算機(jī)來處理和分析大量的自然語言數(shù)據(jù)。

3、計(jì)算機(jī)視覺

機(jī)器視覺使用相機(jī)和數(shù)字信號(hào)來捕獲和分析視覺信息，其目的是模擬人類視覺系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。

4、機(jī)器人

機(jī)器人涵蓋工程和科學(xué)領(lǐng)域，涉及設(shè)計(jì)、制造、操作和使用，用于控制、感官反饋和信息處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。機(jī)器人通常用于執(zhí)行人類難以持續(xù)執(zhí)行的任務(wù)。

二、人工智能在食品行業(yè)中的應(yīng)用

1、食品分揀和包裝

原料供應(yīng)不規(guī)范是食品加工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一，依靠人工對(duì)原料進(jìn)行分揀和分類任務(wù)量龐大，導(dǎo)致效率下降、成本增加，通過使用人工智能，可實(shí)現(xiàn)食品分揀的完全自動(dòng)化，使用相機(jī)、激光和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，提高食品分類效率、降低出錯(cuò)率。例如，通過部署基于光學(xué)傳感器的人工智能進(jìn)行分揀，可以消除對(duì)原材料進(jìn)行排序的耗時(shí)過程，從而獲得更高的生產(chǎn)效率，并減少浪費(fèi)。

要開發(fā)基于AI的分揀和包裝系統(tǒng)，需要大量數(shù)據(jù)，以便系統(tǒng)經(jīng)過適當(dāng)?shù)挠?xùn)練后以高效的方式執(zhí)行任務(wù)。基于人工智能的智能決策系統(tǒng)由多種工具和方法組成，即高分辨率攝像機(jī)、激光技術(shù)、X射線和紅外光譜，這些工具和技術(shù)用于分析食品原料的各項(xiàng)參數(shù)，如水果和蔬菜的表面與內(nèi)部特征。研究人員設(shè)計(jì)了不同的系統(tǒng)，其中比較有名的是TOMRA，它能夠以非常高效的方式執(zhí)行分揀任務(wù)，精度達(dá)到90%以上，大大提高了工作效率。

2、食品自動(dòng)售貨終端和應(yīng)用

在決定商品和營(yíng)銷策略后，食品銷售公司需要建立一個(gè)可靠的AI系統(tǒng)，為人們?cè)诰€提供服務(wù)。該系統(tǒng)可以是一個(gè)在線網(wǎng)站，可以是一個(gè)移動(dòng)電子應(yīng)用程序，為消費(fèi)者提供快速訂購(gòu)平臺(tái)。

3、食品工業(yè)的機(jī)器人技術(shù)

隨著人工智能的發(fā)展，在食品工業(yè)中應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)已逐漸成熟，盡管它可能尚未大規(guī)模采用，但是由于在食品工業(yè)中引進(jìn)這些技術(shù)的成本低于雇用人力的費(fèi)用，因此在食品工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域均已得到應(yīng)用，如食品運(yùn)輸中的無人機(jī)和食品加工中的機(jī)械臂。全球食品自動(dòng)化行業(yè)的價(jià)值穩(wěn)定增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)翻一番，達(dá)到25億美元，機(jī)器人在食品制造的應(yīng)用可以分為兩個(gè)不同的階段。

（1）初級(jí)加工——生鮮產(chǎn)品經(jīng)過清洗、分類、運(yùn)輸和混合，對(duì)機(jī)器人的應(yīng)用包括屠宰、水果和蔬菜分揀。

（2）深加工——通過烹飪、烘焙、冷藏等方式將配料組合成新的食品，機(jī)器人應(yīng)用包括產(chǎn)品分類、缺陷去除和混合。

4、食品物流中的人工智能

人工智能領(lǐng)域的機(jī)器學(xué)習(xí)可以幫助食品物流有效解決諸如原材料供應(yīng)、預(yù)測(cè)食品需求以及規(guī)劃物流等問題。通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法將送貨人員的位置與當(dāng)前或即將面臨的交通情況進(jìn)行優(yōu)化，然后以同步方式通知他們相關(guān)的最佳路線，來解決配送路線問題。此外，通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)收集的數(shù)據(jù)規(guī)模會(huì)隨著時(shí)間的增加而增加，隨后可以使用其他基于人工智能的算法進(jìn)行分析，從而開發(fā)出更智能的系統(tǒng)，這種分析可以使用更先進(jìn)的人工智能技術(shù)（如深度學(xué)習(xí)）進(jìn)行，這類技術(shù)更具有競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。

5、食品安全中的人工智能

由于機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)無菌操作，在食品加工中，機(jī)器人被廣泛應(yīng)用，以減少食品污染。未來，機(jī)器人在食品加工業(yè)中的應(yīng)用將提高30%，能夠滿足食品企業(yè)對(duì)食品安全控制的要求。

6、食品廢物管理

調(diào)查顯示，食物浪費(fèi)約占食品消耗的30%至40%。這種浪費(fèi)量對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。研究表明，未來可以通過人工智能技術(shù)減少食物浪費(fèi)來解決資源短缺問題。以下是一些使用AI減少食物浪費(fèi)的建議方法。

（1）AI檢查水果的成熟度，指出哪些微生物可以促進(jìn)水果和蔬菜的生長(zhǎng)，逐漸代替人為干預(yù)。

（2）以農(nóng)場(chǎng)為基礎(chǔ)的食品供應(yīng)鏈管理，使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)每一個(gè)食品進(jìn)行管理和檢查，減少食品質(zhì)量問題。

（3）基于人工智能的食品跟蹤系統(tǒng)，使人們能夠在食品變成廢物之前及時(shí)銷售食品。

三、食品行業(yè)AI數(shù)據(jù)分析

食品行業(yè)包括生產(chǎn)加工企業(yè)、零售企業(yè)以及配套的服務(wù)業(yè)，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。因此，在食品行業(yè)使用人工智能技術(shù)，特別是數(shù)據(jù)科學(xué)，是食品企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先的有效途徑。

1、基于客戶的反饋系統(tǒng)

目前，食品服務(wù)領(lǐng)域有多種應(yīng)用系統(tǒng)用于預(yù)測(cè)訂購(gòu)食品的數(shù)量、類型以及相關(guān)庫存，這些信息可用于對(duì)某段時(shí)間內(nèi)消費(fèi)者流量和食品的統(tǒng)計(jì)分析。此類信息包括與客戶接觸的數(shù)據(jù)、食品偏好、習(xí)慣和投訴以及在此期間所需物品的供應(yīng)等。收集和分析信息的結(jié)果有助于獲得更多食品消費(fèi)偏好信息，從而優(yōu)化產(chǎn)品，提高消費(fèi)者的滿意度。此外，它還有助于避免漏洞和投訴，使這些應(yīng)用程序更加安全可靠，還有其他一些應(yīng)用程序有助于優(yōu)化食品的服務(wù)功能，如餐廳管理框架、支付網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序、基于云的大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序，甚至餐廳餐桌預(yù)訂平臺(tái)。

2、開發(fā)新配方

食譜可以通過多種方式結(jié)合配料烹飪，從而創(chuàng)造了一個(gè)以無限種結(jié)合方式制作烹飪菜肴的可能。通過網(wǎng)絡(luò)，多個(gè)食譜可在線獲得，并包含一個(gè)巨大的數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)從普通到專業(yè)的各種美食的組合。研究人員可以確定不同美食的區(qū)別和相似性，例如，南方和北方美食含有相同口味的化合物成分?？傊?，技術(shù)專家可以評(píng)估哪些食品成分有當(dāng)?shù)靥厣?biāo)記在哪幾個(gè)省份是時(shí)尚的美食。這種方式實(shí)質(zhì)上是模仿人工智能的算法，推薦具有不同類型配料組合的食品，從而豐富食品種類。

3、重塑食品交付

在線食品商店，如無人超市和在線個(gè)性化定制食品商店，根據(jù)顧客的訂購(gòu)模式和食品偏好，產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。此時(shí)，可以利用人工智能創(chuàng)建更簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、省時(shí)的食品交付方法，例如構(gòu)建一個(gè)在線網(wǎng)站，可以提供快速訂購(gòu)和建議的移動(dòng)電子應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序通過向客戶提供相關(guān)食品加工的原輔料及其加工特點(diǎn)，幫助客戶進(jìn)行選購(gòu)。這些應(yīng)用程序現(xiàn)在正被逐步采用，這項(xiàng)技術(shù)也幫助食品商解決了人力短缺和訂單不準(zhǔn)確等問題。

四、食品行業(yè)采用人工智能技術(shù)的挑戰(zhàn)

人工智能技術(shù)在應(yīng)用過程中的主要問題包括：AI部署的成本，這意味著只有食品行業(yè)的巨頭才能負(fù)擔(dān)得起；文化挑戰(zhàn)，與所有技術(shù)進(jìn)步一樣，人工智能的應(yīng)用與企業(yè)相關(guān)人員的人文素質(zhì)有關(guān)，擔(dān)心這種技術(shù)將來會(huì)被負(fù)面操縱，擔(dān)心權(quán)力會(huì)掌握在少數(shù)人手中，擔(dān)心人類會(huì)把工作交給計(jì)算機(jī)，這可能導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部員工排斥AI。人工智能技術(shù)正處于起步階段，對(duì)收集和分析數(shù)據(jù)的需求日益增長(zhǎng)。作為一項(xiàng)新技術(shù)，許多食品企業(yè)在充分了解人工智能的真正價(jià)值或交付能力之前，都不愿進(jìn)行投資。人工智能技術(shù)需要提高透明度，而食品企業(yè)往往會(huì)嚴(yán)格保護(hù)產(chǎn)品配方，這就導(dǎo)致無法讓消費(fèi)者更多地參與決策，因此，未來食品企業(yè)對(duì)人工智能技術(shù)的應(yīng)用將是一個(gè)極大挑戰(zhàn)。

五、結(jié)論

本文介紹了各種人工智能在食品行業(yè)中的應(yīng)用，表明了人工智能對(duì)食品行業(yè)的貢獻(xiàn)和潛在優(yōu)勢(shì)。人工智能正在使食品工業(yè)更加高效，并有望在不遠(yuǎn)的將來產(chǎn)生更多的新變化。AI在食品行業(yè)的作用正變得越來越重要，它能夠重新處理廢物、預(yù)測(cè)產(chǎn)品市場(chǎng)、實(shí)現(xiàn)全天候高效的監(jiān)控、降低管理成本、增加收入。目前，食品工業(yè)已經(jīng)逐步利用人工智能的各種技術(shù)提升食品質(zhì)量、優(yōu)化管理，人工智能的作用每天都在顯現(xiàn)。未來，人工智能將徹底改變食品行業(yè)現(xiàn)狀，將食品行業(yè)帶到一個(gè)新的水平。