徐欽祥，孟衛(wèi)東，陳 斌，黃明亮，宋衛(wèi)民

（1.安徽口子酒業(yè)股份有限公司，安徽淮北023500； 2.河北諾億物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司，衡水河北053000）

固態(tài)法大曲酒生產(chǎn)是我國傳統(tǒng)的釀造技藝，近年來，隨著生物技術(shù)、工業(yè)自動化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對大曲酒釀造的工藝技術(shù)、分析檢測技術(shù)、粉碎自動化技術(shù)、勾兌技術(shù)、行車運輸、機器人上甑以及質(zhì)量控制體系等方面進行了多系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，使得大曲酒釀造生產(chǎn)水平得以長足的發(fā)展和進步。正如中國工程院院士孫寶國指出：“中國白酒講究傳承，但決不能故步自封，在現(xiàn)代化、智能化方面決不能落后，要通過傳承創(chuàng)新來實現(xiàn)超越?！彪S著企業(yè)的快速發(fā)展，人工成本的不斷增加，制曲工序由勞動密集型的人工操作向機械化、自動化的方向發(fā)展[1]，但不可否認的是，大曲酒生產(chǎn)畢竟是傳統(tǒng)的釀造技藝，在長期的傳承和發(fā)展歷程中，大曲酒生產(chǎn)面臨的問題依然很多：工人年齡結(jié)構(gòu)老齡化，管理粗放，勞動效率低，用工成本高；特別是制曲工種，操作環(huán)境高溫高濕、曲蟲叮咬、體力勞動強度大，尤其是依然采取人工入房用溫、濕度計測量的方式進行數(shù)據(jù)采集，憑經(jīng)驗確定排潮和翻曲的時機，存在著采集的數(shù)據(jù)單一、樣本量較少、準(zhǔn)確性和及時性有一定的偏差、用時較長、數(shù)據(jù)和記錄不完整的諸多問題，直接造成對入房培養(yǎng)過程中的排潮和翻曲操作時機把握不準(zhǔn)，質(zhì)量控制精度低，無法均衡地為釀造所需有益微生物創(chuàng)造適宜的生長代謝環(huán)境和條件，不利于整體質(zhì)量的提高，出現(xiàn)成品曲質(zhì)量等級波動較大，成熟一致性不高，不利于標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模生產(chǎn)操作的需求。

我國釀酒行業(yè)發(fā)展綱要指出：“白酒產(chǎn)業(yè)要全面從以經(jīng)驗感性認識指導(dǎo)生產(chǎn)，向以科學(xué)理論為基礎(chǔ)組織生產(chǎn)轉(zhuǎn)變；用現(xiàn)代化技術(shù)改造白酒生產(chǎn)工藝過程中各生產(chǎn)單元的傳統(tǒng)作坊模式?！盵2]用現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)自動控制技術(shù)在大曲生產(chǎn)管理過程中的應(yīng)用正是謀求推動大曲生產(chǎn)操作過程擺脫傳統(tǒng)經(jīng)驗式、作坊模式，向數(shù)字化、科學(xué)智能化轉(zhuǎn)型升級的重要手段。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

口子大曲數(shù)字化管控系統(tǒng)由終端收集設(shè)備、信號傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、自動控制設(shè)備組成。終端收集設(shè)備包含曲心測溫儀、環(huán)境溫濕度檢測儀、二氧化碳濃度檢測儀，用于測量曲房內(nèi)各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)。信號傳輸設(shè)備包含數(shù)據(jù)集中主機、路由器、無線網(wǎng)關(guān)；數(shù)據(jù)處理設(shè)備為專用服務(wù)器，內(nèi)置有數(shù)字化管控軟件，以及配套的手機APP；自動控制設(shè)備包含電動開窗機及對應(yīng)的控制器（圖1）。

硬件設(shè)備運行：測溫儀、環(huán)境溫濕度檢測儀、二氧化碳檢測儀采集制曲生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并發(fā)送至數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器匯總處理后通過路由器發(fā)送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，交由軟件進行記錄、分析、控制等工作。服務(wù)器向外擴展出移動終端，即手機APP，方便管理人員隨時隨地對生產(chǎn)進行管控。操作人員可通過服務(wù)器、移動終端兩種途徑對開窗機進行參數(shù)設(shè)置，以實現(xiàn)開關(guān)窗過程全自動運行。

圖1 大曲數(shù)字化管控系統(tǒng)拓撲圖

2 系統(tǒng)應(yīng)用過程

傳統(tǒng)口子大曲，多糧配比，曲室內(nèi)培養(yǎng)周期長，工藝復(fù)雜，期間要經(jīng)過頭翻、抽格、拾羅、整羅、拉皮、上垛、拆垛、原翻、上末垛等多道工序。工人操作勞動強度大，翻曲操作次數(shù)多，高溫轉(zhuǎn)化期內(nèi)原翻就達到4～6次。

數(shù)字化系統(tǒng)的應(yīng)用中，改變了“以翻代管”的管理方式，在工序工藝規(guī)定的濕度、溫度等指標(biāo)參數(shù)區(qū)間范圍內(nèi)，科學(xué)地減少翻曲操作次數(shù)。

口子大曲的制作管理難度大、技術(shù)要求高。曲師要每天早晨、上午、下午、晚上入房4次測量采集溫濕度、CO2數(shù)據(jù)，數(shù)字化管控系統(tǒng)的應(yīng)用，解決了數(shù)據(jù)的自動采集、存儲(見圖2)。

圖2 曲房數(shù)字化管控系統(tǒng)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集,并以列表形式永久保存在歷史記錄中，支持導(dǎo)出至excel表格，及按不同項目排序功能，可供技術(shù)人員隨時回看分析(見表1)。

表1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集

上霉和攏火（上垛）是低溫培菌期、排潮增香期關(guān)鍵的工藝控制點，傳統(tǒng)操作中需要有經(jīng)驗的曲師現(xiàn)場值班蹲守，靠經(jīng)驗來把握時間節(jié)點。每一房的上霉時機、晾霉時間都要反復(fù)查看感知。數(shù)字化系統(tǒng)的應(yīng)用，可以輕松、準(zhǔn)確地實現(xiàn)自動啟閉曲房窗戶，控制濕度和CO2含量，達到工藝要求。攏火時間節(jié)點也會進行預(yù)警機制，以利于及時地進行操作。

為了調(diào)節(jié)合理的溫濕度、CO2含量，靠著個人感知經(jīng)驗，每日數(shù)次開關(guān)門窗。隨著大曲生產(chǎn)任務(wù)量逐年增大，年數(shù)千房的生產(chǎn)管理任務(wù)，機械、重復(fù)、繁瑣，曲師工作強度高。大曲生產(chǎn)過程中數(shù)字化管控系統(tǒng)手機APP的開發(fā)應(yīng)用，可實現(xiàn)門窗開關(guān)的遠程操作和智能化自動操作。建立的數(shù)據(jù)處理與工藝數(shù)字控制模塊，將采集到的曲房內(nèi)各種數(shù)據(jù)（品溫、環(huán)境溫濕度、CO2含量）形成曲線圖，更直觀準(zhǔn)確地反映出溫度、濕度、二氧化碳濃度的走勢(見圖3、圖4、圖5)。

選取不同的曲房生產(chǎn)周期的數(shù)據(jù)進行對比，N個曲房或者不同制曲周期（見圖6），數(shù)據(jù)對比自動生成平均曲線（近似標(biāo)準(zhǔn)曲線）。

圖3 大曲中心溫度曲線

圖4 大曲CO2含量曲線

3 應(yīng)用效果

初步建立異常預(yù)警、報警機制，規(guī)避管理失誤，快速處理突發(fā)狀況（大風(fēng)降溫等），科學(xué)合理規(guī)避大曲培養(yǎng)過程中的不確定因素。

消除數(shù)據(jù)采集頻繁開啟門窗給培養(yǎng)過程帶來的不利影響。更方便、快捷準(zhǔn)確反映工藝數(shù)據(jù)，最大限度消除人工數(shù)據(jù)采集主觀誤差。

降低生產(chǎn)過程中雜菌污染（人員、測量工具等），有利于制曲微環(huán)境的保護和營造。

圖5 濕度曲線

圖6 不同的曲房生產(chǎn)周期的數(shù)據(jù)記錄界面

對制曲工藝和質(zhì)量管理帶來有利影響，在大曲質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，成品曲質(zhì)量一致性提高（見圖7、圖8，表2、表3），主要微生物種群數(shù)量也有相應(yīng)增加（見表4）。

圖7 曲房取樣點示意圖

海量高效的數(shù)據(jù)處理，有助于科學(xué)認知和利用微生物消長規(guī)律、發(fā)酵機理，建立了符合地域特征、工藝特色、不同季節(jié)的數(shù)據(jù)控制模塊。

4 發(fā)展與展望

大曲生產(chǎn)過程中數(shù)字化管控系統(tǒng)的應(yīng)用，必將改變傳統(tǒng)管理模式，完成由經(jīng)驗管理、模糊管理到精準(zhǔn)化、數(shù)字化管理的科技跨越。

表2 中溫曲相應(yīng)測試取樣點綜合理化數(shù)據(jù)對比分析表(應(yīng)用前)

表4 微生物培養(yǎng)分析報告

（1）完成與智能設(shè)備、智能質(zhì)量檢測、理化檢測體系的高度融合。

（2）完成數(shù)字化管控與智能操作（機械手、機器人）的高度融合，降低用工成本，降低工人勞動強度。

（3）完成與物料、倉儲的智能化配送的融合，提升經(jīng)濟效率。

在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)分析的手段才是關(guān)鍵，只有通過數(shù)據(jù)分析才能帶來價值[3]，因此，大曲生產(chǎn)過程中數(shù)字化管控系統(tǒng)前景光明廣闊；它提供了管理、技術(shù)人員認識發(fā)酵機理的新手段、新思維，提升認知的新工具、新途徑，把釀酒工程師的思想理念轉(zhuǎn)化為軟件工程師的語言，最終實現(xiàn)“人機對話”?？谧泳茦I(yè)公司通過大曲生產(chǎn)過程中數(shù)字化管控系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅優(yōu)化了工藝流程，提升了成品大曲質(zhì)量的一致性，改善了工人的工作環(huán)境；同時也對傳統(tǒng)大曲培養(yǎng)機理的深入研究具有深遠的影響，為大曲酒行業(yè)的技術(shù)進步起到了承前啟后的重要作用。