智能集成控制及MES系統在功能微生物生產中的應用

張聰芝，陸其剛，陳 力，張龍云，胡風光，陳孚江，沈曉波，劉 亮

(江蘇洋河酒廠股份有限公司，江蘇宿遷 223800)

近年來隨著國家科技創新政策的指引，國家科技的進步以及白酒行業科技的發展，傳統釀酒生產，逐步向機械化、自動化、智能化升級，釀酒智能化的發展取得了長足進步，前期主要體現在計算機及自動化的應用，如機械化出料風冷系統、智能包裝物流系統，后期主要體現在計算機品評系統、智能機器人裝甑系統的開發，智能工廠體系的建立等等。江蘇洋河酒廠股份有限公司緊跟時代步伐引領行業發展，近年來在釀酒智能化體系取得了輝煌的成績，建成了自動化的包裝物流系統，規模化的智能立體倉庫，構建了智能化的窖池監控系統、原酒管理及調配系統，形成了大規模的自動化原料預處理中心、智能化功能微生物應用中心，突破了高智能、大規模機器人裝甑及智能餾酒技術；全面實現了功能微生物智能集成控制系統，實現功能微生物制劑生產的自動化、智能化，建成白酒行業第一家智能集成控制中心，達到了精準控制微生物；創新性的引進了MES (Manufacture Executive System/制造執行)系統實現了線上數據的高效管理，極大提高了功能微生物生產的信息化、數字化水平。江蘇洋河酒廠股份有限公司利用現代技術繼承和發揚傳統釀造行業，在白酒行業智釀造領域引領了時代的發展與進步[1-3]。

1 智能集成控制與MES生產管理系統

1.1 智能集成自動化中央控制系統總覽概述

江蘇洋河酒廠股份有限公司近年來致力于智慧工廠項目的開發與應用，在智慧釀造領域、原酒管理領域、功能微生物應用領域、成品酒包裝物流領域全面開展智能化建設，實現了各領域生產的智能集成控制與線上信息化系統管理。

智能集成控制系統是基于機械化生產的自動控制系統（圖1），依托原有的生產模式升級為自動控制模式并系統集成于中央控制室，達到中控的智能集成控制，實現了生產的可視化、可控化，同時實現了生產過程的預警、分析確保生產的正常進行。MES系統則實現了生產管理、質量管理、庫存管理的線上數據集成與分析，在線質量檢測、產品溯源。基于智能集成控制與MES系統實現了功能微生物生產過程的在線集中控制與追蹤、生產數據的集中管理與分析，使功能微生物的生產達到了智能化控制水平[4-5]。

1.2 種子智能化擴培（圖2）

功能微生物的生產中種子擴培是一個重要環節，通過自動化的菌液發酵罐與固態淺盤培養種曲機實現液態菌種如風味芽孢桿菌、生香酵母與霉菌如根霉、河內白曲的種子擴培過程[9]；原有生產模式多為離線間歇式控制生產，通過升級軟硬件設備實現了種子擴培階段從滅菌到培養的自動控制，并通過系統抓取過程信號實現了中控的集中自動化控制，實現了從滅菌、冷卻、控溫、通風培養、核心參數采集與設定的智能控制[5-6]。

MES系統在種子生產過程中實現了數據采集的系統管理，創建種子生產工單明確記錄原料、輔料的消耗數據，采集種子生產過程數據點明確工單執行工序過程并進行全程的采集記錄，并實現了種子產出、入庫、出庫使用的自動化管理。

1.3 原料自動化處理與功能微生物智能化培養

現代智能管理系統與現代生物技術的結合推動了原有的微生物生產模式的進步，由傳統的通風培養模式升級為機械化生產模式，進一步升級為智能自動化模式，自動化、智能化升級則實現了功能微生物培養的智能集成控制與數據的系統管理[6-7]。

原料的蒸煮滅菌由原來的手動操作升級為一鍵自動蒸煮，出料冷卻、入盤實現了聯動狀態下的現場自動化控制，智能集成控制進行蒸煮參數如潤料時間、蒸煮壓力、持壓時間，冷卻風溫、通風頻率，入盤溫度、風機頻率參數的設定與監控，不但同時實現了設備運行的預警管理，還實現了執行參數的預警管理（圖3、圖4）。

微生物的培養過程則實現了通風頻率、通風量、培養溫度、噴霧量的自動化集成化控制，培養過程中實現自動翻曲與轉盤，通過基本參數、綜合參數的設定控制設備的自動啟停，同時按程序集成進行階段性控溫、通風、控濕培養，并通過超溫、超壓的預警及自動控溫保證微生物處于最優培養條件。

與種子擴培階段一致MES系統在功能微生物生產中實現了采集數據的集中與系統管理，通過工單的創建明確起始原料、輔料、種子消耗、產品入庫量的在線集中管理，通過制曲配制及生產的配方管理實現了工單創建的高效快捷化；通過采集生產各個階段的工序情況明確記錄生產過程的執行情況，使生產的每一步都實現了實時在線記錄、監控，保證了設備運轉與微生物培養的正常運行[7]。

1.4 微生物智能化復配（圖5）

多菌種微生物復配是功能微生物應用的重要環節，多種類的功能微生物是提供優質功能酶類及風味化合物的基礎，功能微生物智能化集成精準控制復配參數的執行，實現了自動化、智能化復配，MES系統在進行復配工單管理的同時，實現了智能入庫、出庫、庫存的在線管理。

自動化的出料復配系統極大提高了生產效率，微生物培養結束后進行自動化控溫烘干，烘干過程通過參數的設定進行自動翻曲、轉盤保證烘干的均勻性，烘干結束通過風送系統實現了智能化一鍵入倉；自動化復配則通過設定不同種類微生物的定量機頻率、皮帶秤流量實現高精度比例復配，并通過智能中控系統進行在線的監控與調節，確保復配比例達到生產要求。

MSE系統通過預先設定復配比例的選擇設置包裝工單比例與復配量，通過實時對包裝設備的運行數據的采集實現設備運行的監控管理，同時進行單品種微生物的消耗管理，功能微生物的入庫、出庫、庫存盤點的線上管理，實現了在線物料流轉的自動化智能化[7-8]。

2 智能質量管理與批次追溯分析

質量管理是功能微生物生產中的重要組成部分，通過入盤水分的測量進而控制配料水分量，通過培養過程理化指標與微生物含量指標的測定，掌握功能微生物培養過程中酶活性、發酵性能、增殖特性的變化規律，進而優化功能微生物生產過程控制參數。

通過MES質量管理系統的引入實現了生產的線上智能質量管理，在發起生產工單的同時根據檢測需求發起質檢工序，實現入盤常規指標、出盤理化指標、微生物指標、全指標的選擇性檢測，同時實現檢測數值的線上錄入管理、檢測報表的生成、藥品消耗的在線管理等功能。

功能微生物全流程追溯是全面把控生產的重要手段，通過線下的管理實現了從斜面種子到搖瓶種子，從種子擴培到微生物培養，從包裝入庫到釀酒使用過程控制與指標質量管理的全面追溯（圖6）；MES智能批次溯源系統則實現了從種子培養到包裝入庫全流程批次的線上關聯與生產過程工序的在線管理；并通過大數據分析篩選確定黃金批次的單品微生物曲、成品微生物曲，探尋最優化的功能微生物培養過程控制條件；并實現全年生產數據的不間斷記錄與分析。

3 結論與展望

隨著白酒產業自動化、智能化的發展，近年來江蘇洋河酒廠股份有限公司著力重點打造智能工廠項目，聚焦計劃、生產、質量、設備、成本五位一體的生產過程智能管理體系，加快推動工廠數字化、智能化轉型；功能微生物應用中心是江蘇洋河酒廠股份有限公司從事功能微生物研究和應用的核心單元，功能微生物智能化生產是智慧釀造體系的重要組成部分，公司基于前期機械化設備通過升級軟、硬件，在行業內率先實現了功能微生物培養的智能自動化，構建中央控制系統實現了功能微生物培養過程的智能集中控制；依托功能微生物自動化、智能化生產以及中央控制系統，公司開創性引進智能MES系統推動生產數據采集、工序過程監督、批次質量分析、產品庫存管理等數據的線上智能化、系統化管理；功能微生物智能集成控制及MES系統推動了智能工廠項目以及白酒智慧釀造體系建設，引領了中國白酒智能化產業升級。