李中皓，毛 健，曹培健，張啟東，胡 斌，馮偉華，李善蓮，葉長(zhǎng)文，張艷玲，聶 聰，堵勁松，謝復(fù)煒，于川芳，鄭新章，謝劍平

中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號(hào) 450001

當(dāng)今新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正處在實(shí)現(xiàn)重大突破的歷史關(guān)口，數(shù)字化轉(zhuǎn)型在世界范圍內(nèi)不斷加速，數(shù)字技術(shù)已越來越成為科技創(chuàng)新過程中的關(guān)鍵要素［1］。大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展塑造了全新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)并為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度賦能［2］，數(shù)字化轉(zhuǎn)型正以前所未有的速度和力度推動(dòng)科研范式變革、產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 數(shù)字賦能科技革命和產(chǎn)業(yè)變革

1.1 大數(shù)據(jù)加速科學(xué)研究范式演進(jìn)

隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)、快速成像、DNA 測(cè)序、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)和信息技術(shù)的進(jìn)步以及科學(xué)自身的累積性發(fā)展，科學(xué)研究中的數(shù)據(jù)無論是在數(shù)量、種類還是復(fù)雜性上都呈爆炸式增長(zhǎng)，幾乎每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都在經(jīng)歷著數(shù)據(jù)爆炸［3-4］。在此基礎(chǔ)上，一部分科學(xué)家并不直接與真實(shí)物理世界的研究對(duì)象打交道，而是通過分析各種數(shù)據(jù)來進(jìn)行科學(xué)研究并取得科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

2007 年，著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家、圖靈獎(jiǎng)得主吉姆·格雷描繪了“數(shù)據(jù)密集型科學(xué)發(fā)現(xiàn)（Data-Intensive Scientific Discovery）”的第四范式，這是繼實(shí)驗(yàn)范式（實(shí)驗(yàn)歸納）、理論范式（模型推演）、仿真范式（仿真模擬）之后的科學(xué)研究新范式（圖1）［5］。隨后，國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Nature》和《Science》分別在 2008 年和2011年出版了“Big Data：Science inthe Petabyte Era”［6］和“Dealing with Data”?？?］，從互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)藥等多個(gè)方面深刻闡釋了大數(shù)據(jù)對(duì)于科學(xué)研究的重要意義。

圖1 科學(xué)研究范式Fig.1 Scientific research paradigms

在科學(xué)研究進(jìn)入以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的“第四范式”背景下，科學(xué)數(shù)據(jù)成為科研工作乃至國(guó)家發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，科學(xué)數(shù)據(jù)中心成為科研工作取得重大突破性創(chuàng)新成果的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施之一［8］。據(jù)報(bào)道，目前國(guó)家科技部、財(cái)政部依托中國(guó)科學(xué)院、農(nóng)業(yè)科學(xué)院、醫(yī)學(xué)科學(xué)院等單位，建立了20個(gè)國(guó)家科學(xué)數(shù)據(jù)中心（表1），涉及天文科學(xué)、基因組科學(xué)、微生物科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、人口健康科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域［9］。以天文科學(xué)為例，從1967 年英國(guó)天文學(xué)家貝爾發(fā)現(xiàn)第一顆脈沖星到2017年，人類發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)量大約有2 700顆，而從2017年到2021年通過“中國(guó)天眼”（FAST）數(shù)據(jù)分析新發(fā)現(xiàn)的脈沖星就達(dá)300余顆［10］，近3年發(fā)現(xiàn)的脈沖星超過同期歐美多個(gè)脈沖星搜索團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)數(shù)量的總和，預(yù)計(jì)未來10 年通過FAST 所獲得的天文科學(xué)數(shù)據(jù)量將達(dá)到100 PB，這必將為宇宙大尺度物理學(xué)、物質(zhì)深層次結(jié)構(gòu)和規(guī)律等前沿科學(xué)的發(fā)現(xiàn)和突破提供重大機(jī)遇。

表1 國(guó)家科學(xué)數(shù)據(jù)中心Tab.1 List of national science data centers

1.2 數(shù)字化技術(shù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)

當(dāng)前正在發(fā)生的科技革命，從技術(shù)變革的角度看，是以當(dāng)下正迅猛發(fā)展的智能科技為引領(lǐng)，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐，以人工智能、清潔能源、無人控制技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及生物技術(shù)等為主要內(nèi)容的全新科學(xué)與技術(shù)相融合的技術(shù)革命［11］。在數(shù)字技術(shù)的推動(dòng)下，生物育種、智慧農(nóng)業(yè)、智能制造、產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)等產(chǎn)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展。

隨著復(fù)雜性狀遺傳及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究取得突破性進(jìn)展，大數(shù)據(jù)、人工智能等相關(guān)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)植物性狀調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的快速挖掘與表型的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，正推動(dòng)作物育種邁入以數(shù)字化育種為代表的4.0 時(shí)代。上海師范大學(xué)黃學(xué)輝團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了數(shù)字化基因組導(dǎo)航系統(tǒng)RiceNavi，并借助該系統(tǒng)對(duì)水稻育種工作進(jìn)行選配指導(dǎo)和路徑優(yōu)化，僅用兩年半時(shí)間就獲得了株型緊湊、生育期短的水稻新品種，選育的精準(zhǔn)性和高效性得到顯著提升［12］。此外，著名的人工智能企業(yè)DeepMind 基于大量蛋白結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型所建立的AlphaFold 系統(tǒng)，完成了人類98.5%蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，構(gòu)建了包含35萬個(gè)蛋白結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，為推動(dòng)生物學(xué)研究和產(chǎn)品研發(fā)提供了強(qiáng)大支撐［13-14］。

智慧農(nóng)業(yè)是以信息和知識(shí)為核心要素，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程實(shí)現(xiàn)信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、個(gè)性化服務(wù)的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展從數(shù)字化到網(wǎng)絡(luò)化再到智能化的高級(jí)階段［15］。近年來，各國(guó)相繼制定了智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，如2015 年日本基于“智能機(jī)械+IT”的“下一代農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造技術(shù)”、2016年德國(guó)的數(shù)字農(nóng)業(yè)、2017年歐洲的農(nóng)業(yè)4.0以及英國(guó)和美國(guó)智慧農(nóng)業(yè)研究計(jì)劃等。從2017 年中央“一號(hào)文件”首次提出“實(shí)施智慧農(nóng)業(yè)工程”，到2021年“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要將“建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)”作為國(guó)家“十四五”時(shí)期以及面向2035年提高農(nóng)業(yè)質(zhì)量效益與競(jìng)爭(zhēng)力的重要內(nèi)容，近5年來我國(guó)政府對(duì)智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)發(fā)展不斷給予高度重視。

智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式［16］。早在2015 年，推進(jìn)智能制造就被確立為《中國(guó)制造2025》的主攻方向。中國(guó)工程院院士、機(jī)械工程專家周濟(jì)在2021 年第五屆世界智能大會(huì)上明確提出，智能制造是第四次工業(yè)革命的核心技術(shù)［17］。

產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品建模、分析、改進(jìn)、優(yōu)化等產(chǎn)品開發(fā)全過程的一種技術(shù)。該技術(shù)可提高產(chǎn)品開發(fā)能力，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)目標(biāo)，目前已成功應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車等行業(yè)［18］。正是采用了數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，以我國(guó)新一代大型運(yùn)輸機(jī)、C919 大型客機(jī)、AG600 大型水陸兩棲飛機(jī)等為代表的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，徹底結(jié)束了二維工程圖的使用，研制周期縮短50%以上［19］。

1.3 數(shù)字化轉(zhuǎn)型加快產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

2020 年，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）在《科學(xué)、技術(shù)和創(chuàng)新的數(shù)字化：關(guān)鍵發(fā)展和政策》研究報(bào)告中指出：數(shù)字密集性越高的行業(yè)，活力越強(qiáng)，規(guī)模擴(kuò)大速度也更快，數(shù)字技術(shù)為企業(yè)的創(chuàng)新與變革帶來了新機(jī)遇［20］。2021 年，我國(guó)“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要將“加快推動(dòng)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型”明確規(guī)定為打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢(shì)的重要內(nèi)容。

《G20國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究報(bào)告（2018年）》數(shù)據(jù)顯示，全球有英國(guó)、美國(guó)和德國(guó)3個(gè)國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)占GDP 的比重超過60%［21］。近年來，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)保持蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)，據(jù)2021 年《中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展白皮書》顯示［22］，2020年我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)到39.2萬億元，占GDP 的比重為38.6%，數(shù)字經(jīng)濟(jì)增速是GDP 的3 倍多；數(shù)字經(jīng)濟(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈“二八”比例分布，數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化規(guī)模分別達(dá)到7.5萬億元和31.7 萬億元；新冠疫情倒逼產(chǎn)業(yè)加速轉(zhuǎn)型，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)數(shù)字化經(jīng)濟(jì)滲透率分別為8.9%、21.0%和40.7%，三類產(chǎn)業(yè)的數(shù)字經(jīng)濟(jì)滲透水平逐次倍增。

2 煙草科技數(shù)字化發(fā)展的基礎(chǔ)與挑戰(zhàn)

2.1 發(fā)展的基礎(chǔ)

中國(guó)煙草已邁入高質(zhì)量發(fā)展階段。中國(guó)煙草產(chǎn)業(yè)體系完整，數(shù)字應(yīng)用場(chǎng)景豐富，這是中國(guó)煙草數(shù)字化轉(zhuǎn)型最為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)條件。經(jīng)過近40年的發(fā)展，中國(guó)煙草科技創(chuàng)新、科技進(jìn)步和科技事業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展［23］，形成了中式卷煙的鮮明風(fēng)格和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，繪制了全球第一套最精細(xì)、最系統(tǒng)、最完整的煙草全基因組圖譜（圖2）；以蚜繭蜂防治蚜蟲為代表的生物防治實(shí)現(xiàn)了里程碑意義的突破；確立了中式卷煙相對(duì)于美式卷煙、英式卷煙等卷煙類型的減害比較優(yōu)勢(shì)；卷煙生產(chǎn)制造的精細(xì)化加工、均質(zhì)化生產(chǎn)、敏捷化制造、智能化控制、信息化管理等水平得到全面提升；構(gòu)建起門類齊全的煙草創(chuàng)新平臺(tái)集群，6個(gè)煙草科研數(shù)字應(yīng)用平臺(tái)全面上線（圖3），收集煙草育種、煙葉質(zhì)量、煙田環(huán)境、煙草近紅外、假煙圖像樣本、煙草文獻(xiàn)等科學(xué)數(shù)據(jù)已達(dá)數(shù)百萬條（篇）規(guī)模。這些科技發(fā)展成效將為中國(guó)煙草數(shù)字科技從量的積累邁向質(zhì)的飛躍提供強(qiáng)有力的支撐。

圖2 栽培煙草全基因組序列圖譜Fig.2 Sequence map of Nicotiana tabacum genome

圖3 6個(gè)煙草科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)示意圖Fig.3 Schematic diagram of six tobacco scientific data application platforms

2.2 面臨的挑戰(zhàn)

習(xí)近平總書記指出：“現(xiàn)在，我們迎來了世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革同我國(guó)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的歷史性交匯期，既面臨著千載難逢的歷史機(jī)遇，又面臨著差距拉大的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)”。當(dāng)前中國(guó)煙草數(shù)字科技的創(chuàng)新發(fā)展主要存在以下問題：傳感器、數(shù)據(jù)分析、模型算法等科技研發(fā)水平仍處于初級(jí)階段，數(shù)字技術(shù)與煙草農(nóng)工商融合應(yīng)用的關(guān)鍵核心技術(shù)成果依然很少；現(xiàn)有科技戰(zhàn)略數(shù)據(jù)資源未實(shí)現(xiàn)有效共享互聯(lián)，煙草創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈海量數(shù)據(jù)的獲取手段不完善，數(shù)據(jù)孤島依然普遍存在；數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施和平臺(tái)建設(shè)仍處于起步階段，掌握數(shù)字技術(shù)的科技型人才匱乏，大數(shù)據(jù)在煙草豐富應(yīng)用場(chǎng)景中的作用尚未得到充分發(fā)揮。

3 煙草科技數(shù)字化發(fā)展重點(diǎn)方向

3.1 煙草科學(xué)大數(shù)據(jù)

2019 年10 月，黨的十九屆四中全會(huì)通過的《中共中央關(guān)于堅(jiān)持和完善中國(guó)特色社會(huì)主義制度、推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化若干重大問題的決定》，將數(shù)據(jù)作為與勞動(dòng)、資本、土地、知識(shí)、技術(shù)、管理并列的生產(chǎn)要素，同時(shí)數(shù)據(jù)還可與其他生產(chǎn)要素互相融合，發(fā)揮倍增作用［24］。面向未來，煙草科學(xué)大數(shù)據(jù)必將是推動(dòng)煙草產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈協(xié)同轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。下一步，要以煙草科研大數(shù)據(jù)重大科技項(xiàng)目為引領(lǐng)，以建設(shè)高水平中國(guó)煙草科學(xué)數(shù)據(jù)中心為依托，深化煙草科學(xué)數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用，加快推動(dòng)科研范式和研發(fā)模式向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型轉(zhuǎn)變，發(fā)展重點(diǎn)方向主要包括：

（1）構(gòu)建數(shù)據(jù)采集、加工與治理技術(shù)體系。深入開展煙草科學(xué)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、安全傳輸、加工處理、科學(xué)存儲(chǔ)等相關(guān)技術(shù)研究。建立數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)等自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，研制相應(yīng)的接口與工具，研發(fā)煙草科學(xué)數(shù)據(jù)匯交工具和煙草大數(shù)據(jù)融匯治理技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)采集、加工與治理技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)不同來源、不同類型、不同種類數(shù)據(jù)的匯交和融合。

（2）研究大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)。利用大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)，針對(duì)科技創(chuàng)新、煙葉生產(chǎn)、卷煙生產(chǎn)等不同應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)景，開展數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)挖掘、模型算法、數(shù)據(jù)可視化等關(guān)鍵技術(shù)的研究開發(fā)，充分挖掘煙草科學(xué)數(shù)據(jù)的價(jià)值。

（3）研發(fā)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)。針對(duì)科技創(chuàng)新、煙葉生產(chǎn)技術(shù)、打葉復(fù)烤、卷煙制造技術(shù)、市場(chǎng)營(yíng)銷、煙草物流等重點(diǎn)領(lǐng)域，研究開發(fā)相應(yīng)的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)。

3.2 數(shù)字化育種

中國(guó)煙草現(xiàn)已構(gòu)建起現(xiàn)代煙草生物育種技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)從基因到品種育種路徑的全線貫通，收集鑒定6 059份煙草種質(zhì)資源，創(chuàng)制27萬份突變體庫，構(gòu)建規(guī)模化模塊和編輯素材，數(shù)量居世界之最。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代煙草生物育種技術(shù)體系升級(jí)，以數(shù)字化育種支撐優(yōu)良品種高效產(chǎn)出和推廣應(yīng)用，下一步發(fā)展重點(diǎn)方向主要包括：

（1）構(gòu)建煙草數(shù)字化育種技術(shù)體系。實(shí)現(xiàn)育種資源信息的數(shù)字化和多組學(xué)數(shù)據(jù)融通，開展泛基因組層面的全基因組關(guān)聯(lián)分析，持續(xù)挖掘煙草重要性狀關(guān)鍵基因。系統(tǒng)評(píng)估重要基因的遺傳效應(yīng)，開發(fā)育種智能化算法，實(shí)現(xiàn)重要基因聚合育種路線的數(shù)字化推薦和表型預(yù)測(cè)。

（2）開展野生煙草從頭馴化。開展野生煙草的表型精準(zhǔn)鑒定和多組學(xué)研究，挖掘具有育種應(yīng)用潛力的野生煙草資源和目標(biāo)馴化位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)野生煙草信息資源數(shù)字化。建立野生煙草組織培養(yǎng)、遺傳轉(zhuǎn)化、基因編輯等技術(shù)體系，開展野生煙草快速?gòu)念^馴化，拓寬煙草品種的遺傳多樣性。

3.3 智慧煙葉生產(chǎn)

雖然我國(guó)在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤┝艘慌卮髴?yīng)用示范工程，在農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)智能裝備、北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛等智慧農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域取得了系列突破，但是相比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)起步晚、基礎(chǔ)薄弱，研發(fā)應(yīng)用水平仍整體落后15～20 年［15］。與我國(guó)大農(nóng)業(yè)類似，當(dāng)前我國(guó)煙葉生產(chǎn)正處于轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，為提高煙葉生產(chǎn)現(xiàn)代化水平，下一步發(fā)展重點(diǎn)方向主要包括：

（1）搭建空天地一體的煙田動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)體系。建設(shè)準(zhǔn)確度和傳輸效率更高的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，升級(jí)多維數(shù)據(jù)獲取和傳輸技術(shù)，為煙株?duì)I養(yǎng)監(jiān)測(cè)與精準(zhǔn)施肥、病蟲害科學(xué)防控、產(chǎn)質(zhì)量預(yù)測(cè)等提供支撐。

（2）研制智能化煙草農(nóng)業(yè)設(shè)備。開發(fā)出一批適用性更強(qiáng)的水肥灌溉智能設(shè)施、烘烤信息智能獲取裝備、無人機(jī)、智能采收機(jī)器人等智能農(nóng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)用設(shè)備的智能化升級(jí)。

（3）構(gòu)建煙葉智慧生產(chǎn)決策體系。開發(fā)煙草農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)，研制煙葉智能生產(chǎn)的決策支持系統(tǒng)和智能烘烤工藝匹配系統(tǒng)，提升煙葉生產(chǎn)智慧化水平。

（4）打造氣候智慧型健康煙草農(nóng)業(yè)。創(chuàng)新煙田土壤健康理論與定向保育技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煙田廢棄物的資源化利用，提升煙草土壤生態(tài)系統(tǒng)固碳減排能力，實(shí)現(xiàn)煙草種植生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

（5）加強(qiáng)煙草微生物組研究。運(yùn)用多組學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)解析煙草微生物組，并揭示其組織結(jié)構(gòu)和形成機(jī)制、功能與結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)、微生物組的穩(wěn)定性與可塑性、物種與環(huán)境互作機(jī)制、生物跨界的信息交流等，為行業(yè)優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)提升提供新的思路與解決方案。

3.4 數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)

隨著創(chuàng)新產(chǎn)品不斷迭代發(fā)展，可以預(yù)見，未來煙草制品數(shù)字化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)程度，將與行業(yè)各類型產(chǎn)品的開發(fā)速度、維護(hù)效率、品質(zhì)控制和投放精度息息相關(guān)，并深刻影響整個(gè)產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。為提升煙草制品創(chuàng)新能力，下一步發(fā)展重點(diǎn)方向主要包括：

（1）構(gòu)建煙草制品感官關(guān)鍵成分組群多組學(xué)技術(shù)體系。建立嗅覺、味覺和化學(xué)感官成分的感官導(dǎo)向分析方法和平臺(tái)，構(gòu)建基于代謝組學(xué)、感官組學(xué)技術(shù)的產(chǎn)品感官特征多維度量化評(píng)價(jià)體系，建立表征產(chǎn)品感官特征的數(shù)字化模型。

（2）揭示煙氣成分的產(chǎn)生、截留、釋放機(jī)制。研制煙氣成分熱解蒸餾和傳輸模擬裝置，研發(fā)氣溶膠原位采樣技術(shù)和原位實(shí)時(shí)分析方法，闡明煙氣成分的產(chǎn)生、截留、釋放機(jī)制，構(gòu)建煙氣產(chǎn)生、截留、釋放的計(jì)算機(jī)仿真模型。

（3）升級(jí)全息化學(xué)成分導(dǎo)向的數(shù)字化配方技術(shù)。立足近紅外快速分析技術(shù)，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，構(gòu)建卷煙設(shè)計(jì)全流程數(shù)據(jù)庫和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)模型，構(gòu)建涵蓋復(fù)烤模塊組配、葉組配方設(shè)計(jì)的多級(jí)配方數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)體系。

（4）升級(jí)降焦減害技術(shù)體系。研究通用降焦減害措施的感官提質(zhì)技術(shù)，研發(fā)低焦油、低有害成分釋放量的卷煙數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，開發(fā)消費(fèi)者可感知的降焦減害功能材料及應(yīng)用技術(shù)，研究煙草制品中煙堿含量及釋放量的精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)，推進(jìn)降焦減害技術(shù)集成及產(chǎn)品應(yīng)用。

3.5 卷煙智能制造

依據(jù)GB/T 39116—2020《智能制造能力成熟度模型》和GB/T 39117—2020《智能制造能力成熟度評(píng)估方法》，2020 年全國(guó)31 個(gè)制造大類的12 000 多家企業(yè)的智能制造成熟度水平自評(píng)估結(jié)果顯示［25］，一級(jí)（規(guī)劃級(jí)）及以下企業(yè)占75%，二級(jí)（規(guī)范級(jí)）占14%，三級(jí)（集成級(jí)）占6%，四級(jí)（優(yōu)化級(jí)）及以上占5%。其中，汽車、電子、電器、醫(yī)藥制造、化學(xué)原料和化學(xué)制品等行業(yè)處于排頭兵地位。同年，鄭州煙草研究院組織中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院等單位專家，對(duì)行業(yè)代表性卷煙廠和打葉復(fù)烤廠進(jìn)行了智能制造能力成熟度測(cè)評(píng)，結(jié)果表明卷煙廠成熟度總體為三級(jí)，復(fù)烤廠成熟度為二級(jí)。當(dāng)前，行業(yè)總體智能制造成熟度水平位于國(guó)內(nèi)中上游水平，下一步發(fā)展重點(diǎn)方向主要包括：

（1）構(gòu)建卷煙智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系。形成以通用、安全、檢測(cè)、評(píng)價(jià)、認(rèn)證等基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)為根本，以煙草通用智能裝備、智能工廠、智能服務(wù)、智能賦能和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為支撐，以面向各系統(tǒng)層級(jí)和卷煙制造周期各環(huán)節(jié)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)為示范推廣的標(biāo)準(zhǔn)體系。

（2）加強(qiáng)卷煙智能制造關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)。按照“數(shù)據(jù)—信息—知識(shí)—智慧”的智能化演進(jìn)路線，著力開展數(shù)字化感知、精準(zhǔn)化加工和智能化生產(chǎn)等關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建成體系、有支撐、可掌控的卷煙智能制造應(yīng)用基礎(chǔ)和關(guān)鍵共性技術(shù)體系。

（3）打造智能制造成熟度等級(jí)達(dá)到四級(jí)的卷煙智能工廠。以智能制造標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，通過卷煙智能制造關(guān)鍵核心技術(shù)的集成應(yīng)用，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)流、決策流閉環(huán)的卷煙智能制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從單個(gè)設(shè)備到生產(chǎn)線、車間乃至整個(gè)工廠的智能決策和動(dòng)態(tài)優(yōu)化，打造優(yōu)質(zhì)高效、敏捷智能、綠色環(huán)保的現(xiàn)代卷煙制造體系。

3.6 產(chǎn)品精準(zhǔn)評(píng)價(jià)

煙草制品評(píng)價(jià)主要包括感官品質(zhì)評(píng)價(jià)和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。煙草化學(xué)領(lǐng)域超過半個(gè)世紀(jì)的持續(xù)性探索，為厘清煙草制品感官品質(zhì)和安全風(fēng)險(xiǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)提供了豐富的技術(shù)手段和深厚的數(shù)據(jù)積累。多組學(xué)、腦科學(xué)、分子模擬技術(shù)的興起以及微納尺度傳感技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，為產(chǎn)品的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)開拓了寬廣道路，下一步重點(diǎn)發(fā)展方向主要包括：

（1）研究風(fēng)味感知數(shù)字化表征方法。系統(tǒng)考察煙草關(guān)鍵風(fēng)味成分的受體激活模式，研究不同人群風(fēng)味感知遺傳基礎(chǔ)，探索風(fēng)味感知影響行為決策的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)煙草代表性風(fēng)味效應(yīng)在受體層面和腦區(qū)效應(yīng)層面的數(shù)字化表征。創(chuàng)制類器官仿生的卷煙消費(fèi)者感官認(rèn)知量化表征系統(tǒng)，構(gòu)建感官認(rèn)知定量評(píng)價(jià)模型。

（2）構(gòu)建基于中國(guó)人群的煙草制品暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。建立健全煙草制品的危害性風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)識(shí)別技術(shù)，構(gòu)建基于有害結(jié)局路徑的煙氣毒理學(xué)模型，揭示基因多態(tài)性對(duì)煙草制品消費(fèi)者吸煙行為、成癮性和疾病風(fēng)險(xiǎn)的影響，形成完善的煙草制品暴露量評(píng)估方法，創(chuàng)立量化的暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，為制定暴露風(fēng)險(xiǎn)改良煙草制品中國(guó)市場(chǎng)準(zhǔn)入規(guī)則提供支撐。

4 結(jié)語

創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是推動(dòng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要引擎，是中國(guó)煙草科技創(chuàng)新的必然選擇。面向未來，煙草企業(yè)要勇當(dāng)現(xiàn)代煙草產(chǎn)業(yè)鏈的“鏈長(zhǎng)”，強(qiáng)化企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新主體地位，堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和結(jié)果導(dǎo)向，全面推進(jìn)煙草行業(yè)創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈向數(shù)字化、智能化、智慧化變革；行業(yè)戰(zhàn)略科技力量要勇當(dāng)煙草原創(chuàng)技術(shù)的“策源地”，培養(yǎng)壯大數(shù)字科技人才隊(duì)伍，依靠數(shù)字密集型科研新范式實(shí)現(xiàn)更多“從0到1”的原始創(chuàng)新，加速煙草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系從數(shù)字化向數(shù)智化邁進(jìn)；煙草產(chǎn)品創(chuàng)新要充分用數(shù)賦智，依靠科技創(chuàng)新培育壯大發(fā)展新動(dòng)能，持續(xù)支撐行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。