王軍宏，閆文斌，李 鵬，梁晉輝

（1.新疆天番食品科技有限公司，新疆維吾爾自治區(qū) 焉耆 841100；2.石河子大學(xué)，新疆維吾爾自治區(qū) 石河子 832000）

近年來，番茄制品正成為餐桌上必不可少的美味[1]，產(chǎn)品需求的增加在給番茄制品加工企業(yè)帶來前所未有發(fā)展機(jī)遇，給企業(yè)質(zhì)量管理和決策能力帶來了挑戰(zhàn)[2]。當(dāng)前，我國的番茄加工過程以傳統(tǒng)加工工藝和管理模式為主，番茄加工全流程運(yùn)轉(zhuǎn)情況、實(shí)時(shí)加工質(zhì)量信息不能及時(shí)獲取，存在較多數(shù)字化盲點(diǎn)和數(shù)據(jù)孤島，人工決策和生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高、設(shè)備管理和質(zhì)量管理不到位等問題。隨著新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用，我國食品加工企業(yè)也逐漸向數(shù)字化、智能化方向轉(zhuǎn)型[3-5]。本文結(jié)合番茄加工工藝和企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，針對傳統(tǒng)番茄加工過程中存在的信息盲點(diǎn)和數(shù)據(jù)孤島問題，利用新一代信息技術(shù)，融合番茄加工各環(huán)節(jié)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，規(guī)劃設(shè)計(jì)了番茄加工質(zhì)量全流程數(shù)字化監(jiān)管平臺系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了番茄深加工質(zhì)量數(shù)字化、智能化，為番茄加工過程中質(zhì)量管理提供智慧決策和支持。

1 番茄加工質(zhì)量管理現(xiàn)狀和需求分析

1.1 產(chǎn)品概況和生產(chǎn)工藝

新疆天番食品科技有限公司擁有番茄制品生產(chǎn)線5 條，年產(chǎn)番茄制品2.5×104t。主要產(chǎn)品包括番茄醬、番茄丁、去皮整番茄和番茄汁等，生產(chǎn)設(shè)備和工藝先進(jìn)，自動(dòng)化水平較高。以220 L 無菌袋裝番茄醬產(chǎn)品生產(chǎn)為例，工藝過程如下：原料入廠檢驗(yàn)→卸料→流送除鐵除砂→低位提升→高架浮選→鼓泡清洗→揀選→破碎（冷破）→預(yù)熱滅酶→雙道打漿→打漿儲(chǔ)罐（馬口鐵罐裝番茄丁線UHT 取汁）→三效濃縮（220 L 無菌袋裝番茄丁調(diào)配取汁）→管式殺菌→雙頭無菌灌裝→打包→貼標(biāo)→入庫。

1.2 番茄加工質(zhì)量管理現(xiàn)狀

番茄加工質(zhì)量管理的業(yè)務(wù)流程現(xiàn)狀如圖1 所示。質(zhì)量業(yè)務(wù)范圍包括原料來料檢驗(yàn)、過程檢驗(yàn)和成品檢驗(yàn)。其中原料檢驗(yàn)（一檢、二檢）業(yè)務(wù)在現(xiàn)有的冠農(nóng)小鐵牛數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺開展；過程檢驗(yàn)包括關(guān)鍵工序檢驗(yàn)、半成品檢驗(yàn)、馬口鐵罐封口三率檢驗(yàn)、成品鑒重檢驗(yàn)等；成品檢驗(yàn)包括成品采樣檢驗(yàn)和商業(yè)無菌檢驗(yàn)。

圖1 番茄加工質(zhì)量管理業(yè)務(wù)流程現(xiàn)狀Fig.1 Current business process of tomato processing quality management

當(dāng)前質(zhì)量管理業(yè)務(wù)流程存在的主要問題有：番茄原料入場、輔料包材出入庫缺乏信息統(tǒng)計(jì)分析，管控不透明、不及時(shí)；生產(chǎn)過程的原料損耗和質(zhì)量異常無法及時(shí)處理；加工各環(huán)節(jié)采用人工采集數(shù)據(jù)，不僅效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，且人為因素影響大。

1.3 番茄加工質(zhì)量管理優(yōu)化需求

（1）現(xiàn)有生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution System）需要集成小鐵牛系統(tǒng)按天定時(shí)獲取原料檢驗(yàn)信息。

（2）在線質(zhì)檢員或者化驗(yàn)員需要提前在MES 系統(tǒng)中維護(hù)產(chǎn)品品類、罐型、規(guī)格、檢驗(yàn)類型、檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)頻次、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)形成質(zhì)檢策略或計(jì)劃。

（3）生產(chǎn)工單啟動(dòng)并觸發(fā)批次執(zhí)行后，需要由MES系統(tǒng)根據(jù)質(zhì)檢策略/計(jì)劃定時(shí)生成質(zhì)檢任務(wù)推送到PC端和移動(dòng)端，同時(shí)系統(tǒng)按照質(zhì)檢任務(wù)的執(zhí)行角色分別將相應(yīng)的質(zhì)檢任務(wù)推送給在線質(zhì)檢員和化驗(yàn)員。

（4）MES 系統(tǒng)能夠根據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證檢驗(yàn)結(jié)果是否合格（同時(shí)支持由在線質(zhì)檢和化驗(yàn)員自行判斷結(jié)果是否合格），如果合格則數(shù)據(jù)保存，不合格則在數(shù)據(jù)保存后生成預(yù)警信息推送到生產(chǎn)車間大屏或移動(dòng)端。

2 番茄加工質(zhì)量數(shù)字化監(jiān)管平臺設(shè)計(jì)

2.1 平臺總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)番茄加工質(zhì)量管理業(yè)務(wù)流程和優(yōu)化需求，按照系統(tǒng)性、可持續(xù)性、靈活性、整合性、互通性、智能性、安全性原則，在現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，搭建番茄加工全流程質(zhì)量監(jiān)管數(shù)字化平臺。其整體架構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層，如圖2所示。

圖2 番茄加工質(zhì)量數(shù)字化監(jiān)管平臺整體架構(gòu)Fig.2 Overall structure of tomato processing quality digital supervision platform

2.1.1 數(shù)據(jù)采集層

與小鐵牛數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺集成，對番茄原料相關(guān)信息實(shí)時(shí)采集；番茄加工質(zhì)量數(shù)據(jù)和理化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別由質(zhì)檢人員和試驗(yàn)人員人工錄入并上傳至平臺。

2.1.2 數(shù)據(jù)傳輸層

配置AP、交換機(jī)、數(shù)采網(wǎng)關(guān)、防火墻、核心交換機(jī)、AC、服務(wù)器、光纖收發(fā)器、網(wǎng)線等，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)傳輸硬件平臺，用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

2.1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與判別，根據(jù)數(shù)據(jù)類型存入不同數(shù)據(jù)庫。

2.1.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

將番茄加工過程中實(shí)時(shí)采集到的產(chǎn)品合格率、品類合格率、異常信息、日計(jì)劃產(chǎn)量、日實(shí)際產(chǎn)量等信息，以數(shù)字化大屏方式進(jìn)行展示；結(jié)合番茄加工質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，及時(shí)做出質(zhì)量管理決策。

2.2 平臺系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在分析、改進(jìn)原來的番茄加工質(zhì)量管理業(yè)務(wù)流程基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)數(shù)字化質(zhì)量監(jiān)管平臺的主要功能模塊。具體包括質(zhì)檢配置、質(zhì)檢任務(wù)管理、質(zhì)檢執(zhí)行、質(zhì)檢單管理、任務(wù)提醒/不合格報(bào)警等功能。功能模塊的業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 番茄加工質(zhì)量數(shù)字化監(jiān)管平臺功能模塊設(shè)計(jì)Fig.3 Design of functional module of tomato processing quality digital supervision platform

2.2.1 質(zhì)檢配置模塊

該模塊的功能包括將質(zhì)檢活動(dòng)按照檢驗(yàn)類型進(jìn)行分類，并分配給不同的工作人員；創(chuàng)建各個(gè)產(chǎn)品在不同生產(chǎn)階段的質(zhì)檢樣品模版；創(chuàng)建質(zhì)檢項(xiàng)目并進(jìn)行質(zhì)檢項(xiàng)目分組；利用創(chuàng)建的檢驗(yàn)分類、樣品模板、質(zhì)檢項(xiàng)目等，自動(dòng)生成質(zhì)檢方案。

2.2.2 質(zhì)檢任務(wù)管理模塊

根據(jù)制定的質(zhì)檢項(xiàng)目創(chuàng)建質(zhì)檢計(jì)劃，質(zhì)檢計(jì)劃制定完成后，質(zhì)檢人員按照計(jì)劃執(zhí)行質(zhì)檢任務(wù)，平臺顯示質(zhì)檢任務(wù)在運(yùn)行中、結(jié)束、異常結(jié)束3種狀態(tài)。

2.2.3 質(zhì)檢執(zhí)行模塊

質(zhì)檢執(zhí)行活動(dòng)包括關(guān)鍵工序檢驗(yàn)、半成品檢驗(yàn)、成品檢驗(yàn)、成品檢驗(yàn)復(fù)檢、成品鑒重抽驗(yàn)、商業(yè)無菌檢驗(yàn)、封口三率檢驗(yàn)。質(zhì)檢任務(wù)被創(chuàng)建并執(zhí)行時(shí)，在平臺與移動(dòng)終端的app 中顯示啟動(dòng)狀態(tài)，質(zhì)檢任務(wù)結(jié)束后，顯示結(jié)束狀態(tài)；如果出現(xiàn)異常檢測，則顯示異常結(jié)束，便于管理者進(jìn)行快速、準(zhǔn)確決策，以提高決策效率，降低質(zhì)量損失。

2.2.4 質(zhì)檢單管理模塊

該模塊針對不同產(chǎn)品的質(zhì)檢需求，按照相應(yīng)質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)建立Excel 模版，并導(dǎo)入平臺完成質(zhì)檢單定義。管理者可以利用質(zhì)檢單實(shí)例功能查看質(zhì)檢單是否正確，利用加載日志功能記錄質(zhì)檢單任務(wù)，方便后續(xù)查看與調(diào)用。

2.2.5 任務(wù)提醒/不合格預(yù)警模塊

該模塊能夠根據(jù)任務(wù)創(chuàng)建狀態(tài)的變化，向任務(wù)執(zhí)行者（質(zhì)檢員）推送任務(wù)提醒信息；針對結(jié)束狀態(tài)下的不合格任務(wù)和不合格質(zhì)量數(shù)據(jù)，向擁有預(yù)警查看或預(yù)警執(zhí)行權(quán)限角色的用戶及時(shí)推送不合格預(yù)警信息。

3 番茄加工質(zhì)量數(shù)字化監(jiān)管平臺實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件和軟件部署

本文利用IOT Gateway 軟件將KEP Server EX 的采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀OT 時(shí)序數(shù)據(jù)庫供MES 系統(tǒng)使用，并在IOT Core 中進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)，配置4臺PDA 供番茄丁和番茄醬車間在線質(zhì)檢員巡檢時(shí)使用，使巡檢過程中被監(jiān)測點(diǎn)位所在關(guān)鍵區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

3.2 系統(tǒng)集成和應(yīng)用

將MES 系統(tǒng)與小鐵牛云平臺系統(tǒng)集成，獲取番茄原料入廠檢驗(yàn)信息（每車抽檢的檢驗(yàn)記錄信息）。小鐵牛系統(tǒng)推送信息包括：車牌號、農(nóng)戶姓名、司機(jī)姓名、詳細(xì)地址、掃碼時(shí)間、重磅時(shí)間、重磅質(zhì)量、輕磅時(shí)間、輕磅質(zhì)量、抽樣全重、一檢扣雜率、二檢扣雜率、質(zhì)量等級、質(zhì)檢員、班次等。MES 系統(tǒng)與小鐵牛系統(tǒng)集成接口以API方式發(fā)布，所有接口傳遞的數(shù)據(jù)均使用對象封裝的方式進(jìn)行。為方便增加RSA 加密和簽名等操作，傳遞的對象均使用JSON 序列化字符串進(jìn)行傳遞，編碼規(guī)則均使用UTF-8 進(jìn)行編碼。最終開發(fā)出的數(shù)字化質(zhì)量監(jiān)管平臺界面如圖4 所示。該數(shù)字化大屏將復(fù)雜、多變、密集的多種信息進(jìn)行采集、融合、分析和數(shù)據(jù)可視化，以圖形化的直觀方式展示給管理者。例如，產(chǎn)品合格率、品類合格率、日計(jì)劃產(chǎn)量、檢驗(yàn)任務(wù)完成情況統(tǒng)計(jì)、來料檢（雜質(zhì)率）統(tǒng)計(jì)、異常信息等。

圖4 番茄加工質(zhì)量數(shù)字化監(jiān)管平臺Fig.4 Digital supervision platform for tomato processing quality

4 結(jié)語

根據(jù)番茄加工工藝和企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，本文針對傳統(tǒng)番茄加工過程中存在的信息盲點(diǎn)和數(shù)據(jù)孤島問題，利用新一代信息技術(shù)，融合番茄加工各環(huán)節(jié)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，建立番茄加工質(zhì)量數(shù)字化監(jiān)管平臺，實(shí)現(xiàn)番茄深加工質(zhì)量數(shù)字化、智能化，為番茄加工過程中質(zhì)量管理提供智慧決策支持。該數(shù)字化監(jiān)管平臺的開發(fā)與應(yīng)用，消除了番茄加工過程的信息盲點(diǎn)和數(shù)據(jù)孤島，解決了番茄原料質(zhì)量信息無法實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析、質(zhì)量異常數(shù)據(jù)無法快速反饋等關(guān)鍵問題，達(dá)到了提高決策效率和管理水平、降低茄制品不合格率和損失率，從而增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。