番茄加工質量數字化監管平臺的設計與實現

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 焉耆 841100；2.石河子大學，新疆維吾爾自治區 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]，產品需求的增加在給番茄制品加工企業帶來前所未有發展機遇，給企業質量管理和決策能力帶來了挑戰[2]。當前，我國的番茄加工過程以傳統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，存在較多數字化盲點和數據孤島，人工決策和生產效率低、生產成本高、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新發展與應用，我國食品加工企業也逐漸向數字化、智能化方向轉型[3-5]。本文結合番茄加工工藝和企業生產實際，針對傳統番茄加工過程中存在的信息盲點和數據孤島問題，利用新一代信息技術，融合番茄加工各環節關鍵數據，規劃設計了番茄加工質量全流程數字化監管平臺系統，實現了番茄深加工質量數字化、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狀和需求分析

1.1 產品概況和生產工藝

新疆天番食品科技有限公司擁有番茄制品生產線5 條，年產番茄制品2.5×104t。主要產品包括番茄醬、番茄丁、去皮整番茄和番茄汁等，生產設備和工藝先進，自動化水平較高。以220 L 無菌袋裝番茄醬產品生產為例，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狀

番茄加工質量管理的業務流程現狀如圖1 所示。質量業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）業務在現有的冠農小鐵牛數字農業平臺開展；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無菌檢驗。

圖1 番茄加工質量管理業務流程現狀Fig.1 Current business process of tomato processing quality management

當前質量管理業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計分析，管控不透明、不及時；生產過程的原料損耗和質量異常無法及時處理；加工各環節采用人工采集數據，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化需求

（1）現有生產執行系統MES（Manufacturing Execution System）需要集成小鐵牛系統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 系統中維護產品品類、罐型、規格、檢驗類型、檢驗項目、檢驗頻次、檢驗標準等基礎數據形成質檢策略或計劃。

（3）生產工單啟動并觸發批次執行后，需要由MES系統根據質檢策略/計劃定時生成質檢任務推送到PC端和移動端，同時系統按照質檢任務的執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 系統能夠根據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），如果合格則數據保存，不合格則在數據保存后生成預警信息推送到生產車間大屏或移動端。

2 番茄加工質量數字化監管平臺設計

2.1 平臺總體架構設計

根據番茄加工質量管理業務流程和優化需求，按照系統性、可持續性、靈活性、整合性、互通性、智能性、安全性原則，在現有信息管理系統基礎上，搭建番茄加工全流程質量監管數字化平臺。其整體架構包括數據采集層、數據傳輸層、數據存儲層、數據應用層，如圖2所示。

圖2 番茄加工質量數字化監管平臺整體架構Fig.2 Overall structure of tomato processing quality digital supervision platform

2.1.1 數據采集層

與小鐵牛數字農業平臺集成，對番茄原料相關信息實時采集；番茄加工質量數據和理化實驗數據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 數據傳輸層

配置AP、交換機、數采網關、防火墻、核心交換機、AC、服務器、光纖收發器、網線等，構建網絡傳輸硬件平臺，用于實時數據傳輸。

2.1.3 數據存儲層

利用數據庫技術與物聯網技術，對傳輸的實時數據進行處理與判別，根據數據類型存入不同數據庫。

2.1.4 數據應用層

將番茄加工過程中實時采集到的產品合格率、品類合格率、異常信息、日計劃產量、日實際產量等信息，以數字化大屏方式進行展示；結合番茄加工質量的實時監測數據和大數據分析結果，進行協同優化，及時做出質量管理決策。

2.2 平臺系統功能設計

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

圖3 番茄加工質量數字化監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；創建各個產品在不同生產階段的質檢樣品模版；創建質檢項目并進行質檢項目分組；利用創建的檢驗分類、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

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

2.2.3 質檢執行模塊

質檢執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、商業無菌檢驗、封口三率檢驗。質檢任務被創建并執行時，在平臺與移動終端的app 中顯示啟動狀態，質檢任務結束后，顯示結束狀態；如果出現異常檢測，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

該模塊針對不同產品的質檢需求，按照相應質檢標準參數建立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

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

3 番茄加工質量數字化監管平臺實現

3.1 硬件和軟件部署

本文利用IOT Gateway 軟件將KEP Server EX 的采集數據傳輸到IOT 時序數據庫供MES 系統使用，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，使巡檢過程中被監測點位所在關鍵區域實現無線網絡覆蓋。

3.2 系統集成和應用

將MES 系統與小鐵牛云平臺系統集成，獲取番茄原料入廠檢驗信息（每車抽檢的檢驗記錄信息）。小鐵牛系統推送信息包括：車牌號、農戶姓名、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 系統與小鐵牛系統集成接口以API方式發布，所有接口傳遞的數據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，編碼規則均使用UTF-8 進行編碼。最終開發出的數字化質量監管平臺界面如圖4 所示。該數字化大屏將復雜、多變、密集的多種信息進行采集、融合、分析和數據可視化，以圖形化的直觀方式展示給管理者。例如，產品合格率、品類合格率、日計劃產量、檢驗任務完成情況統計、來料檢（雜質率）統計、異常信息等。

圖4 番茄加工質量數字化監管平臺Fig.4 Digital supervision platform for tomato processing quality

4 結語

根據番茄加工工藝和企業生產實際，本文針對傳統番茄加工過程中存在的信息盲點和數據孤島問題，利用新一代信息技術，融合番茄加工各環節關鍵數據，建立番茄加工質量數字化監管平臺，實現番茄深加工質量數字化、智能化，為番茄加工過程中質量管理提供智慧決策支持。該數字化監管平臺的開發與應用，消除了番茄加工過程的信息盲點和數據孤島，解決了番茄原料質量信息無法實時統計分析、質量異常數據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，從而增加企業經濟效益的目的。