摘要本文從產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率、數(shù)據(jù)分析和管理能力等方面分析了醬香型白酒生產(chǎn)過程中亟待進一步提高的環(huán)節(jié)，闡述了物聯(lián)網(wǎng)各層次先進技術(shù)在白酒生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，并設(shè)計一套醬香型白酒生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醬香型白酒生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞醬香型白酒；物聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)架構(gòu)；數(shù)字化；精準(zhǔn)控制

中圖分類號TS261文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1007-7731（2024）18-0100-05

DOI號10.16377/j.cnki.issn.1007-7731.2024.18.022

Application of Internet of Things technology in the production of sauce-flavored liquor

ZHANG MingzanHE BiaoTIAN HuiWANG Yuan

（Guizhou Industry Polytechnic College， Guiyang 551400， China）

Abstract The aspects that urgently require enhancement in the production process of sauce-flavored liquor were analyzed， including the stability of product quality， production efficiency， and the capabilities of data analysis and management. The application of advanced technologies at each level of the Internet of Things （IoT） in the liquor production process was discussed. Furthermore， an IoT application system architecture for the production of sauce-flavored liquor was designed， which serves as a reference for the application of IoT technology in the production of this type of liquor.

Keywords sauce-flavored liquor; Internet of Things; system architecture; digitization; precise control

醬香型白酒生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長^[1]，生產(chǎn)以人工操作為主，工藝控制主要由經(jīng)驗豐富的釀酒師完成。這種生產(chǎn)方式勞動強度較大，生產(chǎn)效率低且較不利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定^[2]。物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)已被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是生產(chǎn)領(lǐng)域，大大提升了生產(chǎn)效率。在醬香型白酒生產(chǎn)中引入物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代科技，對進一步提高其生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全方位管控，以及促進對其獨特風(fēng)味成因的研究具有重要現(xiàn)實意義。在加快構(gòu)建酒業(yè)新發(fā)展格局背景下，醬香型白酒企業(yè)需加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐，加強數(shù)字技術(shù)攻關(guān)，深化數(shù)字技術(shù)與生產(chǎn)經(jīng)營融合。目前，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的白酒生產(chǎn)主要聚焦于部分環(huán)節(jié)中對該技術(shù)的應(yīng)用，如射頻識別（Radio frequency identification，RFID）電子標(biāo)簽^[3]、二維碼技術(shù)在防偽溯源上的應(yīng)用，5G等通信技術(shù)在生產(chǎn)、倉儲和包裝數(shù)字化方面的改造^[4]。本文分析了醬香型白酒生產(chǎn)方式亟待提升的環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醬香型白酒生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，以及其生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在該產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 醬香型白酒生產(chǎn)方式亟待提升的環(huán)節(jié)分析

1.1 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性方面

醬香型白酒傳統(tǒng)釀造工藝經(jīng)過多年的發(fā)展，其質(zhì)量控制參數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)化，但生產(chǎn)操作多以人工或半機械化為主，執(zhí)行工藝標(biāo)準(zhǔn)時可能存在上甑時間、蒸餾氣壓、上堆溫度、發(fā)酵入窖時間和摘酒終止溫度等的精確度有待進一步提升的現(xiàn)象，導(dǎo)致車間與車間、班組與班組以及批次與批次之間可能存在質(zhì)量差異。曾立等^[5]研究認(rèn)為，通過常規(guī)生產(chǎn)方式生產(chǎn)的醬香型白酒，其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性依賴于釀酒師的經(jīng)驗和技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量存在一定的波動性，生產(chǎn)效益有待進一步提高。智能化生產(chǎn)可以通過先進的物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)實時掌握和精確控制生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。

1.2 生產(chǎn)效率方面

醬香型白酒常規(guī)生產(chǎn)方式注重釀酒師的經(jīng)驗和技術(shù)，依賴手工操作和感官判斷來控制生產(chǎn)過程，暫無法精確監(jiān)測和調(diào)控溫度、濕度和發(fā)酵時間等關(guān)鍵參數(shù)，生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)控制有待進一步提升。王國江等^[6]研究提出，常規(guī)醬香型白酒生產(chǎn)受限于手工操作和人為因素，生產(chǎn)效率相對較低，人力成本相對較高，且存在水資源浪費的情況。智能化生產(chǎn)能夠通過自動化和智能化技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)全天不間斷生產(chǎn)以及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的無縫銜接。

1.3 數(shù)據(jù)分析與管理能力方面

醬香型白酒生產(chǎn)在數(shù)據(jù)收集分析和管理方面存在很大改進空間，對生產(chǎn)管理和決策的有效支持有待進一步提高；在溯源方面僅能提供有限的信息，如生產(chǎn)日期、生產(chǎn)批次等。這些信息不足以讓消費者全面了解產(chǎn)品的來源和質(zhì)量。周明偉等^[7]和孫宇星等^[8]研究表明，智能化生產(chǎn)通過引入物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)，能夠?qū)崟r收集和分析生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理和決策提供有力支持；能夠記錄從原材料采購到生產(chǎn)、銷售等各個環(huán)節(jié)的詳細(xì)信息，為消費者提供更加全面、透明的產(chǎn)品信息。

2 醬香型白酒生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)各層次關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析

物聯(lián)網(wǎng)通過將各種信息感知設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)緊密融合，構(gòu)建一個龐大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使得人、機器與物品之間實現(xiàn)隨時隨地互聯(lián)互通。鄧三鴻等^[9]分析了物聯(lián)網(wǎng)研究進展，指出目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括智能感知技術(shù)、識別技術(shù)、信息通信技術(shù)以及普適計算技術(shù)，被應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、能源電力和物流等領(lǐng)域。該技術(shù)主要分為4個層次，底層是感知層，中間層分別是網(wǎng)絡(luò)層和平臺層，高層是應(yīng)用層（圖1）。

2.1 感知層

感知層位于物聯(lián)網(wǎng)模型的底層，是所有上層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，主要負(fù)責(zé)各類信息的采集和底層指令的處理，將物理世界和信息世界聯(lián)系在一起。該層設(shè)備主要包括各種類型的智能傳感器、生產(chǎn)設(shè)備、視頻監(jiān)控和貼有RFID的各種資產(chǎn)，其主要實現(xiàn)方式是通過不同類型的傳感器感知各類環(huán)境信息。該層主要應(yīng)用有傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、定位技術(shù)和圖像采集技術(shù)等。RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)的重要組成部分之一，被廣泛應(yīng)用于酒類防偽溯源環(huán)節(jié)。例如，于歡等^[10]采用RFID技術(shù)設(shè)計了一種酒類防偽技術(shù)；楊云勇等^[11]利用RFID高安全、防復(fù)制及點對點傳輸?shù)忍攸c，設(shè)計了一種酒類防偽溯源的應(yīng)用方案。RFID的優(yōu)勢體現(xiàn)在防水防磁、遠(yuǎn)程讀取、快速讀取、龐大的存儲容量以及數(shù)據(jù)加密的安全性等方面^[12]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層位于物聯(lián)網(wǎng)模型的第二層，主要負(fù)責(zé)將來自感知層的各類數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_層，同時將來自平臺層的指令下達(dá)至感知層，具有強大的紐帶作用。該層由各種私域網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)等組成，負(fù)責(zé)將感知層獲取的信息安全可靠地傳輸至平臺層，進而根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行信息處理。該層技術(shù)主要由ZigBee、通用分組無線業(yè)務(wù)（General packet radio service，GPRS）和窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow band Internet of Things， NB-IoT）等無線技術(shù)以及以太網(wǎng)、串口通信等有線技術(shù)組成，主要被應(yīng)用于酒類生產(chǎn)的信息傳輸環(huán)節(jié)。趙殿臣等^[13]采用物聯(lián)網(wǎng)ZigBee通信技術(shù)，建立了窖池和曲房、曲藥的無線測溫系統(tǒng)。盧令等^[14]采用GPRS技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸，建立了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的白酒窖池感知系統(tǒng)。凌鵬鵬等^[15]通過運用ZigBee和RS-485技術(shù)，成功實現(xiàn)了窖池溫度的在線檢測，從而有效解決了人工采樣過程中可能存在的窖池密閉性受損等問題。羅一等^[16]通過NB-IoT通信技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)過程參數(shù)的無線傳輸，建立了一種模糊PID窖池溫度控制系統(tǒng)。

2.3 平臺層與應(yīng)用層

平臺層位于物聯(lián)網(wǎng)模型的第三層，主要負(fù)責(zé)處理和分析感知層傳輸?shù)暮Ａ繑?shù)據(jù)，如云計算平臺、大數(shù)據(jù)平臺等，其主要功能是提供設(shè)備管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和處理，幫助企業(yè)解決數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)安全以及數(shù)據(jù)使用（數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)）等問題。應(yīng)用層位于物聯(lián)網(wǎng)模型的最高層，主要為用戶提供豐富的特定服務(wù)，負(fù)責(zé)將處理后的數(shù)據(jù)應(yīng)用于實際業(yè)務(wù)場景，提供各種智能服務(wù)，如智能家居、智能交通和工業(yè)自動化等。應(yīng)用層的主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增值和應(yīng)用，如對信息進行處理和決策，通過網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送信息，以控制感知層的設(shè)備和終端。唐輝榮^[17]通過物聯(lián)網(wǎng)平臺層和應(yīng)用層的平臺即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）和軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS），研發(fā)相應(yīng)功能的App和白酒工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，提出支撐消費結(jié)構(gòu)、訂單分解、產(chǎn)品設(shè)計、智能排產(chǎn)和品控分銷等工業(yè)環(huán)節(jié)的智能分析與決策技術(shù)，促進白酒生產(chǎn)與服務(wù)智能化，以最大限度節(jié)能降耗，降低人工成本，提升酒品質(zhì)量效益。

可見，醬香型白酒生產(chǎn)過程中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制和智能優(yōu)化、生產(chǎn)維護和運營管理、成本降低和效率提升、質(zhì)量控制和產(chǎn)品追溯，以及環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展等方面都具有重要的應(yīng)用價值。

3 醬香型白酒生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

在醬香型白酒釀造過程中，對溫濕度、酒精濃度、溶氧濃度、pH和CO濃度等各類指標(biāo)的監(jiān)測較為重要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)對醬香型白酒生產(chǎn)過程中各類指標(biāo)的實時遠(yuǎn)程監(jiān)測，借助于各種信息感知技術(shù)獲取底層感知數(shù)據(jù)，采用合適的通信技術(shù)將信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進行存儲、分析和處理，再根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來調(diào)節(jié)設(shè)備或儀器的運行狀態(tài)或參數(shù)，以優(yōu)化白酒生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量。通過在釀酒企業(yè)廠區(qū)的水源采集區(qū)、基酒生產(chǎn)車間、成品庫車間、曲房、窖池及其他重點區(qū)域布設(shè)溫度、濕度和pH計等精密傳感器，實時采集數(shù)據(jù)，送達(dá)監(jiān)控中心應(yīng)用服務(wù)平臺進行處理和分析，以確保生產(chǎn)管理部門對環(huán)境的實時感知和實時監(jiān)測，從而達(dá)到精益化生產(chǎn)的目的。王凡等^[18]分析了白酒生產(chǎn)自動化技術(shù)的研究應(yīng)用進展，指出當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)各層次的先進技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到醬香型白酒生產(chǎn)實踐中，而部分企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化改造，暫未實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)各層次技術(shù)與生產(chǎn)全過程的深度融合。為此，本研究將物聯(lián)網(wǎng)各層次新技術(shù)應(yīng)用于醬香型白酒的生產(chǎn)全過程，設(shè)計一套醬香型白酒生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)的應(yīng)用

醬香型白酒生產(chǎn)需經(jīng)歷原料粉碎、配料、蒸煮、糖化發(fā)酵、蒸餾、基酒貯存、勾調(diào)過濾、罐裝及成品等多個環(huán)節(jié)，借助物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)可實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的全方位監(jiān)測。如在原料和配料環(huán)節(jié)，通過在原料倉庫安裝水分傳感器、濕度傳感器和重量傳感器等，實時監(jiān)測原料的水分、溫度和重量等指標(biāo)，為原料配比提供依據(jù)。在發(fā)酵環(huán)節(jié)，通過在發(fā)酵罐上安裝溫度傳感器、酸度傳感器、酒精度傳感器和微生物傳感器等，實時獲取發(fā)酵罐內(nèi)的溫度、酸度、酒精度以及微生物等參數(shù)，以便及時調(diào)整發(fā)酵罐的加熱溫度、添加曲種及發(fā)酵時間等，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。在蒸餾環(huán)節(jié)，通過在蒸餾塔上安裝溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器等設(shè)備，實時監(jiān)測蒸餾塔各段的溫度、壓力和流量等信息，為調(diào)節(jié)蒸餾塔的加熱溫度、回流比和提取率等參數(shù)提供參考，以保證蒸餾塔處于較佳運行狀態(tài)。在罐裝儲存環(huán)節(jié)，通過在儲存罐或儲存室內(nèi)安裝溫濕度傳感器、光照傳感器和氧氣傳感器等，實時獲取儲存罐或儲存室內(nèi)的溫濕度、光照和氧氣等信息，以調(diào)節(jié)儲存罐或儲存室的密封性、通風(fēng)性和遮光性等參數(shù)，保證儲存過程中產(chǎn)品的質(zhì)量。何宏魁等^[19]綜述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在白酒生產(chǎn)中的應(yīng)用，在成品包裝環(huán)節(jié)，通過給每瓶酒植入RFID電子標(biāo)簽，企業(yè)可對白酒的生產(chǎn)、運輸和銷售等各個環(huán)節(jié)進行記錄和跟蹤，消費者可通過手機端識別真?zhèn)?，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的溯源和防偽。對物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)全方位的應(yīng)用，能夠更有效地優(yōu)化和提升白酒生產(chǎn)流程的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)的應(yīng)用

醬香型白酒生產(chǎn)工藝特殊、流程復(fù)雜。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)對環(huán)境均有特定要求，對信息傳輸?shù)囊筝^高，而物聯(lián)網(wǎng)有著豐富的通信協(xié)議簇，可針對不同的環(huán)境需要，采用不同的通信技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)指令的上傳和下達(dá)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)主要包括有線通信技術(shù)（如以太網(wǎng)ETH、RS-232、RS-485、USB、M-Bus和PLC），短距無線通信技術(shù)（如ZigBee、RFID、Wifi和Bluetooth），蜂窩移動通信技術(shù)（如GPRS／CDMA、3G、4G和5G），低功耗通信技術(shù)（如Sigfox、LoRa、NB-IoT和eMTC）等^[20]。根據(jù)工廠環(huán)境要求和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)特點，采用企業(yè)組網(wǎng)或運營商組網(wǎng)等方式來完成信息傳輸。例如，有線通信技術(shù)（如以太網(wǎng)）適合穩(wěn)定且固定的環(huán)境，而短距無線通信技術(shù)（如ZigBee、RFID）則適合移動設(shè)備和臨時設(shè)置的監(jiān)測點，低功耗通信技術(shù)（如LoRa、NB-IoT）則適用于遠(yuǎn)程或難以布線的環(huán)境。當(dāng)前，多數(shù)研究只關(guān)注某種物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在酒企中的應(yīng)用，而生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性使得實際生產(chǎn)中需要多種物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的集成使用，以滿足環(huán)境適應(yīng)性、數(shù)據(jù)傳輸速率、成本效益、安全性和兼容性等多方面的需求。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)平臺層和應(yīng)用層技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)平臺層主要負(fù)責(zé)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制、信息處理、數(shù)據(jù)分析和平臺展示等，解決了酒企數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、資產(chǎn)管理、SIM卡管理、安全維護、協(xié)議轉(zhuǎn)換、應(yīng)用鑒權(quán)和規(guī)則引擎等系統(tǒng)問題，并提供上層開放接口，使得應(yīng)用層系統(tǒng)可以靈活開發(fā)和快速部署。平臺層的數(shù)據(jù)存儲會用到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、NoSQL數(shù)據(jù)庫和分布式文件系統(tǒng)等數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，數(shù)據(jù)分析則涉及大數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)和人工智能等數(shù)據(jù)分析技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層主要是部署各類專用業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如物料管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、倉儲管理和溯源管理等系統(tǒng)，同時可定制Web、App等各類接入渠道，滿足酒企的管理需求。應(yīng)用層主要通過各類軟件開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的部署，如系統(tǒng)開發(fā)、網(wǎng)站&H5開發(fā)和App開發(fā)等^[21]。利用物聯(lián)網(wǎng)平臺層和應(yīng)用層技術(shù)進行系統(tǒng)管理，可以提升酒企的數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、資產(chǎn)管理和安全維護等能力，增強各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成與協(xié)同，優(yōu)化用戶體驗，提升企業(yè)的整體運營效率和增強競爭力。

綜上，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醬香型白酒生產(chǎn)中的應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實意義。該技術(shù)為醬香型白酒生產(chǎn)行業(yè)的信息化、數(shù)字化和智能化改造提供了技術(shù)保障，通過構(gòu)建完善的醬香型白酒生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系架構(gòu)，有助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與該產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的深度融合，促進其高質(zhì)量發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：何艷）