莫柳珍，林劍敏

(廣東省生物工程研究所(廣州甘蔗糖業(yè)研究所) 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州510316)

0 引言

在傳統(tǒng)的大型農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)當中，甘蔗制糖企業(yè)十分關心的一個涉及生產(chǎn)成本問題，那就是究竟從原料甘蔗中提取了多少蔗糖分到產(chǎn)品當中，即產(chǎn)糖率為多少。影響產(chǎn)糖率的因素很多，除甘蔗蔗糖分外，糖分損失也是一個重要方面。怎樣從數(shù)據(jù)上追尋生產(chǎn)過程蔗糖分的轉移轉化呢?在制糖企業(yè)自身的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡信息系統(tǒng)不完善時，要進行糖分損失查定，或者整個生產(chǎn)過程的各種衡算，需要花費多名專業(yè)技術人員大量的時間和精力。榨季生產(chǎn)期間，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的快速、全面掌握，是管理人員進行生產(chǎn)狀況綜合分析和決策的重要依據(jù)。

目前，隨著工業(yè)化與信息化在制糖行業(yè)的發(fā)展，一座大型的糖廠榨季期間每天形成上萬個各類數(shù)據(jù)信息，分散在各個單元系統(tǒng)當中，由于使用的軟件不同、編程語言不同，在信息共享方面存在彼此難以溝通等情況，不利于全廠綜合數(shù)據(jù)信息的分析和處理[1]。近年來，為了打破傳統(tǒng)制糖企業(yè)的這種生產(chǎn)數(shù)據(jù)分散壁壘，各大企業(yè)與科研院校積極合作開發(fā)智能化生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)[2]。但由于糖廠自身的儀表落后、自動化水平不高、軟件系統(tǒng)不兼容、缺乏專業(yè)技術人員與IT人員的有效溝通等，生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)的前期投入非常大，軟件平臺的開發(fā)完善與應用也較為緩慢。制糖企業(yè)的生產(chǎn)管理仍然是以化驗室系統(tǒng)匯總提供的數(shù)據(jù)為主要依據(jù)[3]。在工業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)設計中，越來越多的平臺系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)的 2類更新方式-實時數(shù)據(jù)和批量數(shù)據(jù)來進行設計，這對數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應用產(chǎn)生了巨大的影響。數(shù)據(jù)批量更新方式系統(tǒng)，一方面能為業(yè)務提供近似實時的數(shù)據(jù)和報表支持，實現(xiàn)高時效的業(yè)務場景；另一方面也避免了數(shù)據(jù)構架、在線實時數(shù)據(jù)采集不全時的數(shù)據(jù)分析和應用困難的技術難題。新一代制糖生產(chǎn)報表管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新方式屬于批量數(shù)據(jù)，是由糖廠化驗室檢測分析系統(tǒng)發(fā)展而來，業(yè)務范圍更加廣了，面向崗位員工到高層技術管理員。系統(tǒng)采用“數(shù)據(jù)庫+互聯(lián)網(wǎng)”的模式，不僅滿足化驗室的日常化驗分析計算、生成化驗通知單、制作報表的業(yè)務，更重要的是實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸共享的網(wǎng)絡化，使生產(chǎn)指標數(shù)據(jù)和各類報表在網(wǎng)絡中及時傳輸；易于通過接口與其他系統(tǒng)整合；具備高效的數(shù)據(jù)查詢與數(shù)據(jù)分析功能?；趯崟r數(shù)據(jù)的生產(chǎn)調度系統(tǒng)與基于批量數(shù)據(jù)的生產(chǎn)報表管理系統(tǒng)，可以相互配合，共同構成生產(chǎn)大數(shù)據(jù)庫，全方位的為制糖生產(chǎn)優(yōu)化管理提供服務。

本文基于制糖生產(chǎn)報表管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的指標數(shù)值，研究蔗糖分衡算的具體應用。

1 蔗糖分衡算與數(shù)據(jù)采集

1.1 蔗糖分衡算依據(jù)

糖廠蔗糖分衡算屬于物料平衡計算范疇，即對生產(chǎn)過程中的蔗糖的投入和產(chǎn)出(包括損失)所做的衡算，以了解蔗糖損失的情況。遵循物質不滅定律，無論是發(fā)生物理變化還是化學變化，其變化前的物理量等于變化后的物理量。

經(jīng)初步研究，廣西某糖業(yè)公司制糖生產(chǎn)報表管理系統(tǒng)中的指標數(shù)值較為齊全，可以進行較完整的蔗糖分衡算分析。但由于該系統(tǒng)SQL Server數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢展示層界面設計中還沒有蔗糖分衡算分析模塊，因此利用Excel導出SQL Server中的指標數(shù)值進行計算分析。

1.2 蔗糖分衡算計算公式

有些指標在糖廠生產(chǎn)報表中經(jīng)計算展示出，為了完整說明，所用到的計算公式盡可能列出，如下所示：

蔗渣重=榨蔗重+滲浸水重-混合汁重··········(1)

混合汁蔗糖量=混合汁重×混合汁蔗糖分(%)/100=混合汁重×混合汁錘度(%)×混合汁重力純度(%)/10000···········································(2)

蔗渣蔗糖量=蔗渣量×蔗渣糖度(%)/100······(3)

壓榨甘蔗蔗糖分(%)=(混合汁蔗糖量+蔗渣蔗糖量)/榨蔗量×100%······································(4)

壓榨抽出率(%)=混合汁蔗糖量/壓榨甘蔗蔗糖量×100%·················································(5)

濾泥中蔗糖量=榨蔗量×濾泥與蔗比×(1-濾泥干燥失重)×干濾泥糖度(%)/100·····················(6)

蔗渣損失蔗糖率(%)=蔗渣中蔗糖量/甘蔗中蔗糖量×100%··············································(7)

濾泥損失蔗糖率(%)=濾泥中蔗糖量/甘蔗中蔗糖量×100%·············································(8)

廢蜜損失蔗糖率(%)=廢蜜種蔗糖量/甘蔗中蔗糖量×100%··············································(9)

產(chǎn)品中收回蔗糖率(%)=產(chǎn)品中蔗糖量/甘蔗中蔗糖量×100%·········································(10)

未測定損失蔗糖率(%)=100-蔗渣損失蔗糖率-濾泥損失蔗糖率-廢蜜損失蔗糖率-產(chǎn)品中收回蔗糖率·························································(11)

產(chǎn)糖率(%)=成品糖量/甘蔗量×100%········(12)

1.3 數(shù)據(jù)庫中導出的指標數(shù)據(jù)

該糖廠壓榨工段分為2條生產(chǎn)線，全產(chǎn)白砂糖。以2017/18年榨季的12月8日至12月10日3天連續(xù)9個班的糖廠生產(chǎn)報表管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)為例，從SQL Server數(shù)據(jù)庫中導出的生產(chǎn)指標數(shù)據(jù)見表1和表2。

2 計算結果與分析討論

2.1 計算結果

按照 1.2中所列的蔗糖分衡算公式對指標數(shù)據(jù)進行計算，結果見表3和表4。

2.2 關于甘蔗蔗糖分的討論

關于甘蔗蔗糖分這一指標，行業(yè)內崗位不同的人員有不同的看法，在某些技術會議或文件中需明白數(shù)據(jù)的來源。甘蔗蔗糖分根據(jù)來源和用途分幾種情況：①甘蔗地里甘蔗株的含糖量監(jiān)測，主要用于農(nóng)務上對甘蔗收獲的安排；②甘蔗運送進糖廠后，從蔗場或者貨車上抽樣至化驗室，通過小型壓榨機壓榨，檢測甘蔗樣品的蔗糖分，代表入廠甘蔗原料的蔗糖分；③某些糖廠從壓榨生產(chǎn)線傳送帶上連續(xù)采樣蔗絲進行化驗分析，得出蔗絲的蔗糖分，代表壓榨甘蔗的蔗糖分[4]；④大多數(shù)糖廠生產(chǎn)班報或日報制作，基于榨蔗量、混合汁量和蔗渣量的統(tǒng)計，以及混合汁、蔗渣含糖分化驗值，通過平衡計算，得出報表上的壓榨甘蔗蔗糖分，此數(shù)據(jù)便于各種經(jīng)濟衡算；⑤生產(chǎn)盤點時，通過公式校正得出的甘蔗蔗糖分，作為參照值。

表1 生產(chǎn)指標數(shù)據(jù)一

表2 生產(chǎn)指標數(shù)據(jù)二

表3 計算結果一

表4 計算結果二

表3中，抽樣甘蔗蔗糖分與衡算得到的壓榨甘蔗蔗糖分，兩者數(shù)據(jù)來源不同，具有一定的差值。往往前者高于后者，被認為代表了甘蔗進入糖廠至破碎后進入第一座壓榨機入口落槽處的蔗糖分損失，因為在此期間會有微生物作用和蔗汁流失。從數(shù)據(jù)上估算，假如日榨 1萬t的糖廠，蔗糖分差值0.1%時，則一天損失的蔗糖分量就有10 t。表3中，蔗糖分差值在0.5%范圍內，可見損失量之大，應引起重視。

建議將抽樣甘蔗蔗糖分與衡算得到的甘蔗蔗糖分同時放入糖廠常規(guī)生產(chǎn)報表當中。在甘蔗取樣具有代表性和生產(chǎn)計量準確前提下，應盡量縮小兩者的差值，減少蔗糖分的損失。需要明確以下幾點：①抽樣甘蔗蔗糖分是否較準確地表達入廠甘蔗原料的蔗糖分。由于每車進廠甘蔗不同程度地存在著夾著物的影響，以生產(chǎn)報表中的甘蔗處理量為基準，甘蔗處理量和抽樣甘蔗原料蔗糖分這 2個指標數(shù)據(jù)，是否一致地盡可能消除甘蔗夾雜物的影響。②榨季期間，甘蔗纖維分對抽樣甘蔗蔗糖分與報表中壓榨甘蔗蔗糖分的差值的影響。開榨初期甘蔗纖維分低，差值偏大，隨著榨季的進行，甘蔗成熟度提高，差值變小，到后期基本穩(wěn)定在一個數(shù)值上下。③生產(chǎn)過程是否平穩(wěn)，對中間制品的計量準確性是否達到一定的要求。一些糖廠對混合汁的計量準確性較差，一些糖廠只計量打包出廠的蔗渣量，末座榨機出口的蔗渣量很少計量。若計量不準或沒有計量，只能到榨季結束，用生產(chǎn)的成品糖量、糖蜜量、濾泥帶走的糖量、蔗渣帶走的糖量和未測定損失的糖量，進行榨季甘蔗平均蔗糖分推算，顯然無法及時客觀的評價制糖生產(chǎn)過程中糖分收回效果。

2.3 蔗糖分損失數(shù)據(jù)分析

表4中，糖廠3天9個班次的蔗糖分平衡數(shù)據(jù)平均值為：蔗渣損失蔗糖率為 3.81%，濾泥損失蔗糖率為0.58%，廢蜜損失蔗糖率為7.41%，未測定損失蔗糖率為1.08%，產(chǎn)品中收回蔗糖率為87.11%。從數(shù)據(jù)上看，廢蜜帶走的蔗糖分是最多的，其次是蔗渣帶走的蔗糖分損失，第三是未測定損失(即跑、冒、滴、漏及化學變化引起的糖分損失)，濾泥帶走的糖分損失相對較少。針對生產(chǎn)過程各類糖分損失，有很多經(jīng)驗和具體措施，例如，提高糖漿純度，降低廢蜜的重力純度及產(chǎn)量，可減少廢蜜帶走的蔗糖損失，從而提高產(chǎn)品蔗糖總收率；在壓榨工段，合理控制滲透水用量和溫度，提高壓榨抽出率，減少蔗渣帶走的蔗糖損失；在整個生產(chǎn)流程中，設備與工藝密切配合，保障生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定，避免過熱和物料長時間停留造成更多的蔗糖分轉化，減少未測定蔗糖分損失。

值得注意的是，通過定期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，可以看出生產(chǎn)過程各類蔗糖分損失的變化情況，由于制糖結晶分蜜工段未能完全連續(xù)化，具有間歇性，產(chǎn)品回收蔗糖率這一指標數(shù)值波動性大，廢蜜帶走蔗糖率的波動性也較大，繼而按照蔗糖分平衡公式計算得出的未測定蔗糖損失率波動大。表4中，產(chǎn)品回收蔗糖率和未測定損失蔗糖率二者的標準差分別為4.699%和4.920%，說明兩者的變化較大；某些班次的未測定蔗糖損失甚至出現(xiàn)負值，與糖廠實際中未測定損失或多或少存在矛盾，這與數(shù)據(jù)周期的選取有關。根據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，所選取的數(shù)值周期對制糖生產(chǎn)蔗糖分平衡計算的結果影響很大。以每班(間隔8 h)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算，衡算結果波動比較大，若以3天的數(shù)值為周期，衡算結果較接近理論值，因為甘蔗從壓榨到物料過完，通常需要3天左右時間。基于數(shù)據(jù)庫的蔗糖分衡算，可以根據(jù)需求設置衡算的周期，以每班、每天或者每周為時間間隔，衡算結果生成電子版報表，無需像常規(guī)報表那樣打印出來，管理者通過網(wǎng)絡隨時查看，可作為績效考核或者工藝改進的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.4 人工經(jīng)驗與數(shù)據(jù)庫技術的結合

在糖廠生產(chǎn)過程當中，離不開人工經(jīng)驗，也離不開數(shù)據(jù)分析。人工經(jīng)驗是在社會實踐中產(chǎn)生的，是客觀事物在人們頭腦中的反映。但經(jīng)驗有待于深化，有待上升到理論。數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展，一方面解決了業(yè)務數(shù)據(jù)的輸入和查詢展示問題，另一方面為數(shù)據(jù)的分析和建模提供有力支持。以糖廠蔗糖分未測定損失偏高為例，經(jīng)驗豐富和理論扎實的技術人員會從多個角度查找原因，如甘蔗原料、設備狀況、生產(chǎn)管理、工藝條件等方面，根據(jù)生產(chǎn)記錄的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場監(jiān)測情況等進行推算，但存在一定的誤差。人工經(jīng)驗結合數(shù)據(jù)庫技術，可以快速地對數(shù)據(jù)進行多種關聯(lián)分析，挖掘數(shù)據(jù)分析的意義。例如：表4中的平均產(chǎn)糖率與表3中的平均壓榨甘蔗蔗糖分、抽樣甘蔗蔗糖分，比值分別12.16/13.91=87.42%，12.16/14.22=85.51%，而產(chǎn)品平均收回蔗糖率87.11%，可以分析得出，該糖廠在開榨初甘蔗蔗糖分較低時，產(chǎn)糖率并不低，說明該糖廠的各項管理工作做得較好。

此外，人工經(jīng)驗結合數(shù)據(jù)庫技術，對歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)充分利用，還可以建立數(shù)據(jù)模型并進行仿真，為智能制造業(yè)的發(fā)展提供支撐，例如在糖廠產(chǎn)糖率與生產(chǎn)過程指標之間的模型，產(chǎn)品質量與工藝條件間的模型等等。

3 結論和展望

基于制糖生產(chǎn)報表管理系統(tǒng)的蔗糖分衡算，是利用數(shù)據(jù)庫技術進行糖廠數(shù)據(jù)分析的具體應用。盡管蔗糖分衡算結果在糖廠常規(guī)紙質版報表沒有直接給出，但在系統(tǒng)平臺上可以展示出，并借助網(wǎng)絡傳輸共享，及時了解生產(chǎn)過程蔗糖分的轉移轉化情況，提高了人工分析和生產(chǎn)管理的效能。

制糖生產(chǎn)過程有很多數(shù)據(jù)資源可以挖掘利用。隨著技術的發(fā)展，不同的系統(tǒng)平臺和不同類型數(shù)據(jù)可交互利用，人工經(jīng)驗逐步融入到智能化制造工業(yè)當中。制糖行業(yè)也在加快推動信息技術與生產(chǎn)管理深度融合發(fā)展，不斷推進生產(chǎn)過程智能化。