基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的片煙養(yǎng)護智慧庫房建設(shè)

文 / 姜 華

隨著我國打葉復烤的全面實施, 片煙已成為煙葉的主要貯存形式,打葉復烤后的片煙在使用前必須經(jīng)過一至三年的自然醇化過程。片煙倉庫的溫濕度環(huán)境直接影響片煙的自然醇化效果，而片煙質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響卷煙成品的內(nèi)在質(zhì)量。片煙的醇化與煙包內(nèi)的溫度水分和環(huán)境溫濕度有著重要的關(guān)系，片煙倉庫作為片煙的儲存地，必須維持相對恒定的溫度和濕度環(huán)境。因此，在片煙的自然醇化過程中，如何對煙包內(nèi)的溫度水分和倉間的環(huán)境溫濕度進行監(jiān)控，是片煙科學養(yǎng)護的一個重要工作。

隨著技術(shù)不斷進步，各卷煙工業(yè)企業(yè)開始探索利用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備對片煙養(yǎng)護的全過程進行監(jiān)測和管控，主要是利用倉庫溫濕度傳感器、包芯溫度水分傳感器等各類物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，將庫房溫濕度、包芯溫度水分等實時監(jiān)測起來，同時將空調(diào)、通風裝置、除濕機以及加濕機等設(shè)備整體聯(lián)動起來，實現(xiàn)片煙養(yǎng)護過程中最優(yōu)環(huán)境調(diào)控，以期提升片煙養(yǎng)護質(zhì)量、為卷煙配方提供支撐。

筆者結(jié)合本單位實踐，探索構(gòu)建了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的片煙智慧庫房框架，對這種新模式下的養(yǎng)護體系進行了再造，并對養(yǎng)護效果進行了探討。

一、片煙養(yǎng)護現(xiàn)狀

整體上看，片煙養(yǎng)護作業(yè)分為庫房環(huán)境溫濕度管控與片煙霉變碳化預防養(yǎng)護作業(yè)、片煙蟲情監(jiān)測與殺蟲作業(yè)兩大領(lǐng)域。這兩塊都屬于勞務密集型作業(yè)，其中，片煙霉變碳化預防養(yǎng)護作業(yè)領(lǐng)域具有以下幾個特點：

一是作業(yè)較為傳統(tǒng)。現(xiàn)有作業(yè)模式主要基于原有技術(shù)水平條件下形成的一套經(jīng)驗性作業(yè)體系，具有經(jīng)驗性、被動性、勞務密集型特征。這種作業(yè)模式對于設(shè)施、設(shè)備、人力的要求總體不高，從近五年煙草行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，卷煙工業(yè)企業(yè)片煙養(yǎng)護勞務外包比例接近100%，片煙倉儲設(shè)施外包比例達42%。

二是作業(yè)效率不高。整體作業(yè)模式停留于勞務密集型作業(yè)，片煙養(yǎng)護主要通過加大人力投入、加大養(yǎng)護頻次避免霉變、炭化問題概率，作業(yè)效率、精準度、有效性都有待提升，尚存在大量的無效作業(yè)。

三是養(yǎng)護質(zhì)量有待提升。由于缺乏持續(xù)監(jiān)測體系，需要通過定期性檢測發(fā)現(xiàn)霉變、碳化問題后再進行補救性作業(yè)。這也導致片煙霉變和蟲情問題時有發(fā)生，特別在一些外租倉庫設(shè)施中。據(jù)不完全統(tǒng)計，行業(yè)片煙養(yǎng)護整體霉變率高達3%。

四是信息化空白。片煙養(yǎng)護整體的信息化系統(tǒng)嚴重缺失，養(yǎng)護過程中缺乏數(shù)據(jù)實時采集體系和持續(xù)監(jiān)測體系，數(shù)據(jù)采集較為碎片化、間斷化；作業(yè)過程缺乏統(tǒng)一調(diào)度支撐，作業(yè)零散化、低效化；養(yǎng)護作業(yè)和質(zhì)量缺乏評估體系，養(yǎng)護經(jīng)驗化、粗糙化。

二、片煙智慧庫房建設(shè)思路

打造片煙養(yǎng)護智慧庫房，將片煙養(yǎng)護從傳統(tǒng)的勞動密集型作業(yè)解脫出來，需要借助最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備，將片煙養(yǎng)護全過程的各類關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息實時采集起來，將排風扇、除濕機等各類降溫除濕設(shè)備整體聯(lián)動起來，將養(yǎng)護作業(yè)基于各類信息預警更加精準起來，構(gòu)建一套從數(shù)據(jù)采集監(jiān)測到精準環(huán)境控制、從精準養(yǎng)護到養(yǎng)護數(shù)據(jù)服務的閉環(huán)體系，徹底改變傳統(tǒng)養(yǎng)護方式。

一是采集監(jiān)測體系建設(shè)。依托物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實現(xiàn)養(yǎng)護過程中環(huán)境溫濕度、包芯溫度水分等核心數(shù)據(jù)實時高效采集，建立起長期監(jiān)測體系。

二是智能養(yǎng)護調(diào)度和自動溫濕度控制體系建設(shè)。當監(jiān)測數(shù)據(jù)達到預警范圍時，局部環(huán)境溫濕度自動控制，開啟養(yǎng)護作業(yè)調(diào)度指令，達到精準環(huán)境管控、精準養(yǎng)護的目標。

三是片煙養(yǎng)護質(zhì)量評估體系建設(shè)。依托全程采集信息，建立起對環(huán)境影響及控制、養(yǎng)護作業(yè)、養(yǎng)護質(zhì)量等分別評估的數(shù)據(jù)服務體系，不斷優(yōu)化提升養(yǎng)護作業(yè)水平。

四是數(shù)據(jù)服務體系建設(shè)，為原料采購、養(yǎng)護倉庫分配、卷煙配方提供完整的數(shù)據(jù)支撐。

三、關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)探索

從片煙智慧庫房建設(shè)思路看，所用到的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)主要分成兩塊：一是便捷、穩(wěn)定、安全的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境采集設(shè)備，二是將零散的信息采集及溫濕度控制設(shè)備鏈接到一起的控制裝備。現(xiàn)將前期各單位開展過的實踐、技術(shù)瓶頸點及突破思路分析如下：

1．環(huán)境溫濕度傳感器

前期陜西中煙、安徽中煙等卷煙工業(yè)企業(yè)在環(huán)境溫濕度采集設(shè)備方面進行了探索，利用技術(shù)較為成熟的溫度傳感器、濕度傳感器，實現(xiàn)庫房環(huán)境溫濕度的自動感知、無線傳輸和提前預警。

這些實踐前期主要的技術(shù)瓶頸點如下：

一是無線溫濕度傳感器的電池壽命。片煙庫房環(huán)境要求減少設(shè)備布線，最好采用無線設(shè)備，但無線設(shè)備的電池往往會成為瓶頸點。延安卷煙廠在實踐中主要通過大容量電池（不能過大，否則存在安全隱患）、可充電電池、電池管理，解決電池壽命過短問題。

圖1 包芯溫度、環(huán)境溫濕度采集監(jiān)測體系

二是溫濕度傳感器的無線傳輸問題。由于片煙保養(yǎng)過程中要求盡量進行垛位、倉間、庫房的密閉，會對溫濕度傳感器的無線信號傳輸產(chǎn)生很大影響。延安卷煙廠采用了較為先進的Lora傳輸方式，有效解決了密閉性環(huán)境的無線傳輸問題。

2．片煙包芯溫度、水分傳感器

從需求角度上看，片煙包芯需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)包括溫度、水分兩部分，部分卷煙工業(yè)企業(yè)也探索研發(fā)了包芯溫度水分探針。但總體上，溫度方面采用成熟的溫度傳感器，相對比較準確；而水分沒有成型的傳感器，普遍通過電阻電容進行間接測算，但會受到壓力、片煙品種、環(huán)境等多方面的影響，數(shù)據(jù)可能會存在較大的偏差。

從當前實用性角度出發(fā)，延安卷煙廠采用了片煙包芯溫度探針，先著手監(jiān)測長期養(yǎng)護過程中的溫度變動情況，并為養(yǎng)護人員提供預警功能。此外，通過電池管理和Lora傳輸方式解決好電池壽命和無線傳輸問題。

3. 降溫除濕設(shè)備聯(lián)動裝置

行業(yè)通用的溫濕度控制系統(tǒng)普遍集成在降溫除濕設(shè)備上，具有較為分散、操作不便、費時費力、無法集中操作等缺陷。雖然部分降溫除濕設(shè)備也具備單獨的自有溫濕度檢測及開關(guān)系統(tǒng)，但整個操作缺乏整體性。在庫房溫濕度、片煙包芯溫度持續(xù)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，預警功能轉(zhuǎn)化為自動降溫除濕作業(yè)，需要引入強弱電信號轉(zhuǎn)換裝置，將后臺系統(tǒng)的降溫除濕作業(yè)弱電指令通過強弱電信號轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換為局部排風扇、除濕機開啟強電指令，實現(xiàn)溫濕度采集儀與周邊排風扇、除濕機點對點一一對應，庫內(nèi)溫濕度自動控制。

四、片煙智慧庫房建設(shè)框架

1．采集監(jiān)測體系建設(shè)

基于環(huán)境溫濕度、包芯溫度探針的全新物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐，可建立起片煙醇化養(yǎng)護管控體系，徹底革新傳統(tǒng)的片煙醇化養(yǎng)護經(jīng)驗性、事后性、補救性作業(yè)態(tài)勢。如下圖所示，一般一個批次的復烤片煙溫度水分都極為接近，且一般就近存儲在1-2個儲位上，庫房溫濕度外界環(huán)境基本相同。因此，可30-50個片煙箱加載一個溫度探針，探針實時采集片煙箱溫度數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)，同時結(jié)合庫房溫濕度采集儀采集的區(qū)域環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)信息，形成包芯溫度水分與環(huán)境溫濕度持續(xù)監(jiān)測體系。當環(huán)境溫濕度或包芯溫度超過預警界限并持續(xù)升高時，系統(tǒng)會顯示出預警信息，提示進行相關(guān)作業(yè)。

圖2 片煙庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖3 基于片煙醇化生命周期的大數(shù)據(jù)質(zhì)量評估體系

2．智能養(yǎng)護體系建設(shè)

在采集監(jiān)測體系支撐下，所有養(yǎng)護作業(yè)全部基于預警和調(diào)度信息。當出現(xiàn)預警信息時，根據(jù)系統(tǒng)下發(fā)的作業(yè)指令對相應片煙箱及周邊片煙檢查，如需要則直接進行翻包倒箱養(yǎng)護作業(yè)。這種模式下，所有養(yǎng)護作業(yè)主要基于系統(tǒng)預警信息和養(yǎng)護指令，作業(yè)的精準度、高效性大幅提升。

同時，通過環(huán)境溫濕度預警信息，直接由系統(tǒng)下達降溫除濕作業(yè)弱電指令，通過強弱電信號轉(zhuǎn)換設(shè)備啟動局部的排風扇、除濕機或者空調(diào)，達到自動降溫除濕作業(yè)的目標。整體設(shè)備架構(gòu)如圖2所示。

3．數(shù)據(jù)服務體系建設(shè)

（1）基于片煙醇化生命周期的大數(shù)據(jù)質(zhì)量評估。

如圖3所示，按照時間軸和成熟度將片煙醇化建立起生命周期，生命周期各個階段需要關(guān)注的重點有所差異。依托生命周期，建立起整個倉庫到各個批次、各個儲位的關(guān)聯(lián)性評價體系，評價重點圍繞片煙醇化養(yǎng)護，將包芯溫度水分曲線、環(huán)境溫濕度曲線、養(yǎng)護作業(yè)斷點信息、蟲害曲線、理化指標變化曲線以及片煙成熟度曲線等全部反映到同一個時間軸中，便于對各個批次養(yǎng)護質(zhì)量進行完整性分析。一方面，便于片煙養(yǎng)護人員有一個整體評估，便于后期工藝改進；另一方面，便于卷煙配方人員掌握各個批次養(yǎng)護質(zhì)量，更精準地進行配方管理。

（2）養(yǎng)護環(huán)境關(guān)聯(lián)性影響分析。

截至2020年底卷煙工業(yè)企業(yè)已開展四個方面的環(huán)境影響分析：一是庫房內(nèi)外環(huán)境對比分析，便于更加精準掌握外部環(huán)境變化閾值，以及對各個倉間溫濕度影響程度，便于提前根據(jù)天氣預報做好各個倉間養(yǎng)護準備。二是倉間環(huán)境溫濕度與周邊包芯溫度對比分析，可重點對特定樓層、位置進行重點分析，便于精準掌握各倉間、位置環(huán)境對包芯的影響程度，設(shè)定好位置特征標簽，為后期結(jié)合片煙等級精準存儲提供支撐。三是霉變及霉變預警分析，分析霉變產(chǎn)生前一段周期周邊環(huán)境溫濕度以及包芯溫度變動曲線，分析霉變產(chǎn)生的環(huán)境閾值點、區(qū)域變化曲線，便于精準掌握各個區(qū)域環(huán)境溫濕度以及包芯溫度水分的霉變預警閾值，為預警優(yōu)化提供支撐。四是包芯溫度水分波動TOP10分析，分析一段周期內(nèi)包芯溫度波動最大的十個點周邊環(huán)境溫濕度變化情況，便于精準追溯環(huán)境變化趨勢性閾值。

（3）卷煙配方、口味與醇化環(huán)境影響分析。

卷煙配方、口味乃至于后期消費者接受度（銷量）與醇化環(huán)境影響分析是一個比較大的大數(shù)據(jù)分析課題。煙草行業(yè)都普遍認可云貴地區(qū)的片煙醇化環(huán)境，認為是比較理想的醇化環(huán)境，但是對于不同醇化環(huán)境下包芯溫度水分長期變動曲線、片煙成熟度，由于缺乏數(shù)據(jù)支撐難以深入研究。基于包芯溫度以及庫房溫濕度實時采集，累計一個醇化周期數(shù)據(jù)后，可以分析不同醇化環(huán)境下片煙養(yǎng)護的影響，并與卷煙配方、口味進行關(guān)聯(lián)性大數(shù)據(jù)分析，從而找出不同口味卷煙最適宜的醇化環(huán)境，反向根據(jù)消費者卷煙口味需求定制卷煙醇化環(huán)境，真正實現(xiàn)按訂單組織生產(chǎn)、組織環(huán)境。

五、片煙智慧庫房效果分析

1．庫房溫濕度自動管控體系大幅提升了作業(yè)效率，提高了降溫除濕作業(yè)精準度，減少了電費消耗，真正實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)化智能管控。一是作業(yè)效率上，降溫除濕作業(yè)設(shè)備開啟由原來單棟30分鐘降低為一鍵指令開啟或系統(tǒng)管控。二是作業(yè)精準度上，由原來定期開展整體降溫除濕作業(yè)、能源消耗量較大，轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)自動開啟預警點周邊排風扇、除濕機，實現(xiàn)了由粗放作業(yè)向精準作業(yè)的轉(zhuǎn)變和提升，能源消耗量大幅降低。三是電費消耗大幅降低，一方面通過自動管控實現(xiàn)了精準降溫除濕作業(yè)，減少了降溫除濕整體作業(yè)的頻次，降低了電耗；另一方面，整體降溫除濕作業(yè)通過系統(tǒng)預約功能安排到晚間用電空檔期進行，電價相對較低，降低了成本。

2．霉變預防體系初步建立，可大幅降低乃至杜絕霉變現(xiàn)象。通過包芯溫度水分探針實現(xiàn)了片煙箱內(nèi)部溫度的持續(xù)監(jiān)測，結(jié)合周邊環(huán)境溫濕度，形成聯(lián)動預警體系，當溫度超過25攝氏度時，系統(tǒng)自動預警，在霉變產(chǎn)生前人為介入改變預警煙箱及周邊煙箱的局部環(huán)境，避免霉變產(chǎn)生。

3．養(yǎng)護作業(yè)智能調(diào)度體系初步建立，作業(yè)精準度大幅提升。改變了原有養(yǎng)護作業(yè)具有一定盲目性、事后性的缺陷，養(yǎng)護作業(yè)更為精準，根據(jù)系統(tǒng)預警發(fā)起翻包倒箱作業(yè)調(diào)度指令，勞務投入大幅降低，可降低勞務成本50%。

4．數(shù)據(jù)檔案體系初步建立。傳統(tǒng)片煙醇化養(yǎng)護作業(yè)信息缺失嚴重，導致卷煙配方人員只掌握片煙產(chǎn)地、等級、年份等基礎(chǔ)信息，對于養(yǎng)護過程及質(zhì)量了解不清晰，卷煙口味的持續(xù)性和品質(zhì)無法得到有效保障。而基于溫度水分探針的片煙醇化養(yǎng)護，可實現(xiàn)整個養(yǎng)護過程痕跡化記錄，能夠細化到詳細的溫度水分周期變動曲線，結(jié)合理想醇化環(huán)境對整個醇化周期的養(yǎng)護質(zhì)量形成整體評價，便于卷煙配方人員全面掌握，根據(jù)不同卷煙配方等級使用不同醇化環(huán)境、不同養(yǎng)護質(zhì)量的片煙，實現(xiàn)精準配方。