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，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)展機遇，給企業(yè)質量管理和決策能力帶來了挑戰(zhàn)[2]。當前，我國的番茄加工過程以傳統(tǒng)加工工藝和管理模式為主，番茄加工全流程運轉情況、實時加工質量信息不能及時獲取，存在較多數(shù)字化盲點和數(shù)據(jù)孤島，人工決策和生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高、設備管理和質量管理不到位等問題。隨著新一代信息技術的創(chuàng)新發(fā)展與應用，我國食品加工企業(yè)也逐漸向數(shù)字化、智能化方向轉型[3-5]。本文結合番茄加工工藝和企業(yè)生產(chǎn)實際，針對傳統(tǒng)番茄加工過程中存在的信息盲點和數(shù)據(jù)孤島問題，利用新一代信息技術，融合番茄加工各環(huán)節(jié)關鍵數(shù)據(jù)，規(guī)劃設計了番茄加工質量全流程數(shù)字化監(jiān)管平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)了番茄深加工質量數(shù)字化、智能化，為番茄加工過程中質量管理提供智慧決策和支持。

1 番茄加工質量管理現(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)設備和工藝先進，自動化水平較高。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→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）→預熱滅酶→雙道打漿→打漿儲罐（馬口鐵罐裝番茄丁線UHT 取汁）→三效濃縮（220 L 無菌袋裝番茄丁調配取汁）→管式殺菌→雙頭無菌灌裝→打包→貼標→入庫。

1.2 番茄加工質量管理現(xiàn)狀

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

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

當前質量管理業(yè)務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)計分析，管控不透明、不及時；生產(chǎn)過程的原料損耗和質量異常無法及時處理；加工各環(huán)節(jié)采用人工采集數(shù)據(jù)，不僅效率低、勞動強度大，且人為因素影響大。

1.3 番茄加工質量管理優(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)按天定時獲取原料檢驗信息。

（2）在線質檢員或者化驗員需要提前在MES 系統(tǒng)中維護產(chǎn)品品類、罐型、規(guī)格、檢驗類型、檢驗項目、檢驗頻次、檢驗標準等基礎數(shù)據(jù)形成質檢策略或計劃。

（3）生產(chǎn)工單啟動并觸發(fā)批次執(zhí)行后，需要由MES系統(tǒng)根據(jù)質檢策略/計劃定時生成質檢任務推送到PC端和移動端，同時系統(tǒng)按照質檢任務的執(zhí)行角色分別將相應的質檢任務推送給在線質檢員和化驗員。

（4）MES 系統(tǒng)能夠根據(jù)檢驗標準驗證檢驗結果是否合格（同時支持由在線質檢和化驗員自行判斷結果是否合格），如果合格則數(shù)據(jù)保存，不合格則在數(shù)據(jù)保存后生成預警信息推送到生產(chǎn)車間大屏或移動端。

2 番茄加工質量數(shù)字化監(jiān)管平臺設計

2.1 平臺總體架構設計

根據(jù)番茄加工質量管理業(yè)務流程和優(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)基礎上，搭建番茄加工全流程質量監(jiān)管數(shù)字化平臺。其整體架構包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)應用層，如圖2所示。

圖2 番茄加工質量數(shù)字化監(jiān)管平臺整體架構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，對番茄原料相關信息實時采集；番茄加工質量數(shù)據(jù)和理化實驗數(shù)據(jù)分別由質檢人員和試驗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、數(shù)采網(wǎng)關、防火墻、核心交換機、AC、服務器、光纖收發(fā)器、網(wǎng)線等，構建網(wǎng)絡傳輸硬件平臺，用于實時數(shù)據(jù)傳輸。

2.1.3 數(shù)據(jù)存儲層

利用數(shù)據(jù)庫技術與物聯(lián)網(wǎng)技術，對傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)進行處理與判別，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)應用層

將番茄加工過程中實時采集到的產(chǎn)品合格率、品類合格率、異常信息、日計劃產(chǎn)量、日實際產(chǎn)量等信息，以數(shù)字化大屏方式進行展示；結合番茄加工質量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)分析結果，進行協(xié)同優(yōu)化，及時做出質量管理決策。

2.2 平臺系統(tǒng)功能設計

在分析、改進原來的番茄加工質量管理業(yè)務流程基礎上，設計數(shù)字化質量監(jiān)管平臺的主要功能模塊。具體包括質檢配置、質檢任務管理、質檢執(zhí)行、質檢單管理、任務提醒/不合格報警等功能。功能模塊的業(yè)務流程如圖3所示。

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

2.2.1 質檢配置模塊

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

2.2.2 質檢任務管理模塊

根據(jù)制定的質檢項目創(chuàng)建質檢計劃，質檢計劃制定完成后，質檢人員按照計劃執(zhí)行質檢任務，平臺顯示質檢任務在運行中、結束、異常結束3種狀態(tài)。

2.2.3 質檢執(zhí)行模塊

質檢執(zhí)行活動包括關鍵工序檢驗、半成品檢驗、成品檢驗、成品檢驗復檢、成品鑒重抽驗、商業(yè)無菌檢驗、封口三率檢驗。質檢任務被創(chuàng)建并執(zhí)行時，在平臺與移動終端的app 中顯示啟動狀態(tài)，質檢任務結束后，顯示結束狀態(tài)；如果出現(xiàn)異常檢測，則顯示異常結束，便于管理者進行快速、準確決策，以提高決策效率，降低質量損失。

2.2.4 質檢單管理模塊

該模塊針對不同產(chǎn)品的質檢需求，按照相應質檢標準參數(shù)建立Excel 模版，并導入平臺完成質檢單定義。管理者可以利用質檢單實例功能查看質檢單是否正確，利用加載日志功能記錄質檢單任務，方便后續(xù)查看與調用。

2.2.5 任務提醒/不合格預警模塊

該模塊能夠根據(jù)任務創(chuàng)建狀態(tài)的變化，向任務執(zhí)行者（質檢員）推送任務提醒信息；針對結束狀態(tài)下的不合格任務和不合格質量數(shù)據(jù)，向擁有預警查看或預警執(zhí)行權限角色的用戶及時推送不合格預警信息。

3 番茄加工質量數(shù)字化監(jiān)管平臺實現(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 時序數(shù)據(jù)庫供MES 系統(tǒng)使用，并在IOT Core 中進行維護。同時，配置4臺PDA 供番茄丁和番茄醬車間在線質檢員巡檢時使用，使巡檢過程中被監(jiān)測點位所在關鍵區(qū)域實現(xiàn)無線網(wǎng)絡覆蓋。

3.2 系統(tǒng)集成和應用

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信息（每車抽檢的檢驗記錄信息）。小鐵牛系統(tǒng)推送信息包括：車牌號、農(nóng)戶姓名、司機姓名、詳細地址、掃碼時間、重磅時間、重磅質量、輕磅時間、輕磅質量、抽樣全重、一檢扣雜率、二檢扣雜率、質量等級、質檢員、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 序列化字符串進行傳遞，編碼規(guī)則均使用UTF-8 進行編碼。最終開發(fā)出的數(shù)字化質量監(jiān)管平臺界面如圖4 所示。該數(shù)字化大屏將復雜、多變、密集的多種信息進行采集、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、日計劃產(chǎn)量、檢驗任務完成情況統(tǒng)計、來料檢（雜質率）統(tǒng)計、異常信息等。

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

4 結語

根據(jù)番茄加工工藝和企業(yè)生產(chǎn)實際，本文針對傳統(tǒng)番茄加工過程中存在的信息盲點和數(shù)據(jù)孤島問題，利用新一代信息技術，融合番茄加工各環(huán)節(jié)關鍵數(shù)據(jù)，建立番茄加工質量數(shù)字化監(jiān)管平臺，實現(xiàn)番茄深加工質量數(shù)字化、智能化，為番茄加工過程中質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)與應用，消除了番茄加工過程的信息盲點和數(shù)據(jù)孤島，解決了番茄原料質量信息無法實時統(tǒng)計分析、質量異常數(shù)據(jù)無法快速反饋等關鍵問題，達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)濟效益的目的。