物聯(lián)網技術在醬香型白酒生產中的應用分析

摘要本文從產品質量的穩(wěn)定性、生產效率、數(shù)據分析和管理能力等方面分析了醬香型白酒生產過程中亟待進一步提高的環(huán)節(jié)，闡述了物聯(lián)網各層次先進技術在白酒生產環(huán)節(jié)中的應用，并設計一套醬香型白酒生產的物聯(lián)網應用系統(tǒng)架構，為物聯(lián)網技術在醬香型白酒生產中的應用提供參考。

關鍵詞醬香型白酒；物聯(lián)網；系統(tǒng)架構；數(shù)字化；精準控制

中圖分類號TS261文獻標識碼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

醬香型白酒生產工藝流程復雜，生產周期長^[1]，生產以人工操作為主，工藝控制主要由經驗豐富的釀酒師完成。這種生產方式勞動強度較大，生產效率低且較不利于產品質量的穩(wěn)定^[2]。物聯(lián)網信息技術已被應用于各個領域，尤其是生產領域，大大提升了生產效率。在醬香型白酒生產中引入物聯(lián)網等現(xiàn)代科技，對進一步提高其生產效率，保證產品的質量穩(wěn)定性，實現(xiàn)生產過程的全方位管控，以及促進對其獨特風味成因的研究具有重要現(xiàn)實意義。在加快構建酒業(yè)新發(fā)展格局背景下，醬香型白酒企業(yè)需加快數(shù)字化轉型步伐，加強數(shù)字技術攻關，深化數(shù)字技術與生產經營融合。目前，基于物聯(lián)網技術的白酒生產主要聚焦于部分環(huán)節(jié)中對該技術的應用，如射頻識別（Radio frequency identification，RFID）電子標簽^[3]、二維碼技術在防偽溯源上的應用，5G等通信技術在生產、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方式亟待提升的環(huán)節(jié)，物聯(lián)網技術在醬香型白酒生產各環(huán)節(jié)中的應用，以及其生產中物聯(lián)網應用系統(tǒng)架構設計，為物聯(lián)網技術在該產業(yè)生產中的應用提供參考。

1 醬香型白酒生產方式亟待提升的環(huán)節(jié)分析

1.1 產品質量穩(wěn)定性方面

醬香型白酒傳統(tǒng)釀造工藝經過多年的發(fā)展，其質量控制參數(shù)已標準化、技術化，但生產操作多以人工或半機械化為主，執(zhí)行工藝標準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量差異。曾立等^[5]研究認為，通過常規(guī)生產方式生產的醬香型白酒，其產品質量穩(wěn)定性依賴于釀酒師的經驗和技術，產品質量存在一定的波動性，生產效益有待進一步提高。智能化生產可以通過先進的物聯(lián)網感知技術實時掌握和精確控制生產過程中的關鍵參數(shù)，從而提高產品質量的穩(wěn)定性和一致性。

1.2 生產效率方面

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

1.3 數(shù)據分析與管理能力方面

醬香型白酒生產在數(shù)據收集分析和管理方面存在很大改進空間，對生產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，如生產日期、生產批次等。這些信息不足以讓消費者全面了解產品的來源和質量。周明偉等^[7]和孫宇星等^[8]研究表明，智能化生產通過引入物聯(lián)網等先進技術，能夠實時收集和分析生產過程中產生的數(shù)據，為生產管理和決策提供有力支持；能夠記錄從原材料采購到生產、銷售等各個環(huán)節(jié)的詳細信息，為消費者提供更加全面、透明的產品信息。

2 醬香型白酒生產中物聯(lián)網體系架構各層次關鍵技術應用分析

物聯(lián)網通過將各種信息感知設備與網絡緊密融合，構建一個龐大的互聯(lián)網絡，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)網研究進展，指出目前物聯(lián)網技術主要包括智能感知技術、識別技術、信息通信技術以及普適計算技術，被應用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、能源電力和物流等領域。該技術主要分為4個層次，底層是感知層，中間層分別是網絡層和平臺層，高層是應用層（圖1）。

2.1 感知層

感知層位于物聯(lián)網模型的底層，是所有上層結構的基礎，主要負責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。該層設備主要包括各種類型的智能傳感器、生產設備、視頻監(jiān)控和貼有RFID的各種資產，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。該層主要應用有傳感器技術、RFID技術、定位技術和圖像采集技術等。RFID技術是物聯(lián)網感知層技術的重要組成部分之一，被廣泛應用于酒類防偽溯源環(huán)節(jié)。例如，于歡等^[10]采用RFID技術設計了一種酒類防偽技術；楊云勇等^[11]利用RFID高安全、防復制及點對點傳輸?shù)忍攸c，設計了一種酒類防偽溯源的應用方案。RFID的優(yōu)勢體現(xiàn)在防水防磁、遠程讀取、快速讀取、龐大的存儲容量以及數(shù)據加密的安全性等方面^[12]。

2.2 網絡層

網絡層位于物聯(lián)網模型的第二層，主要負責將來自感知層的各類數(shù)據傳輸?shù)狡脚_層，同時將來自平臺層的指令下達至感知層，具有強大的紐帶作用。該層由各種私域網絡、互聯(lián)網、有線和無線通信網等組成，負責將感知層獲取的信息安全可靠地傳輸至平臺層，進而根據不同的應用需求進行信息處理。該層技術主要由ZigBee、通用分組無線業(yè)務（General packet radio service，GPRS）和窄帶物聯(lián)網（Narrow band Internet of Things， NB-IoT）等無線技術以及以太網、串口通信等有線技術組成，主要被應用于酒類生產的信息傳輸環(huán)節(jié)。趙殿臣等^[13]采用物聯(lián)網ZigBee通信技術，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技術實現(xiàn)數(shù)據遠距離傳輸，建立了一種基于物聯(lián)網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，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通信技術實現(xiàn)生產過程參數(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 平臺層與應用層

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

可見，醬香型白酒生產過程中物聯(lián)網技術在數(shù)據采集和實時監(jiān)測、遠程控制和智能優(yōu)化、生產維護和運營管理、成本降低和效率提升、質量控制和產品追溯，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用價值。

3 醬香型白酒生產中物聯(lián)網應用系統(tǒng)架構設計

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濃度等各類指標的監(jiān)測較為重要。物聯(lián)網技術可以實現(xiàn)對醬香型白酒生產過程中各類指標的實時遠程監(jiān)測，借助于各種信息感知技術獲取底層感知數(shù)據，采用合適的通信技術將信息傳輸?shù)綌?shù)據中心進行存儲、分析和處理，再根據數(shù)據分析結果來調節(jié)設備或儀器的運行狀態(tài)或參數(shù)，以優(yōu)化白酒生產過程和提高產品質量。通過在釀酒企業(yè)廠區(qū)的水源采集區(qū)、基酒生產車間、成品庫車間、曲房、窖池及其他重點區(qū)域布設溫度、濕度和pH計等精密傳感器，實時采集數(shù)據，送達監(jiān)控中心應用服務平臺進行處理和分析，以確保生產管理部門對環(huán)境的實時感知和實時監(jiān)測，從而達到精益化生產的目的。王凡等^[18]分析了白酒生產自動化技術的研究應用進展，指出當前物聯(lián)網各層次的先進技術已被廣泛應用到醬香型白酒生產實踐中，而部分企業(yè)利用物聯(lián)網技術進行生產環(huán)節(jié)的智能化改造，暫未實現(xiàn)物聯(lián)網各層次技術與生產全過程的深度融合。為此，本研究將物聯(lián)網各層次新技術應用于醬香型白酒的生產全過程，設計一套醬香型白酒生產的物聯(lián)網應用系統(tǒng)架構，如圖2所示。

3.1 物聯(lián)網感知層技術的應用

醬香型白酒生產需經歷原料粉碎、配料、蒸煮、糖化發(fā)酵、蒸餾、基酒貯存、勾調過濾、罐裝及成品等多個環(huán)節(jié)，借助物聯(lián)網感知層技術可實現(xiàn)對生產過程的全方位監(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，為原料配比提供依據。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)酵罐內的溫度、酸度、酒精度以及微生物等參數(shù)，以便及時調整發(fā)酵罐的加熱溫度、添加曲種及發(fā)酵時間等，從而保證產品質量的穩(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備，實時監(jiān)測蒸餾塔各段的溫度、壓力和流量等信息，為調節(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的溫濕度、光照和氧氣等信息，以調節(jié)儲存罐或儲存室的密封性、通風性和遮光性等參數(shù)，保證儲存過程中產品的質量。何宏魁等^[19]綜述了物聯(lián)網技術在白酒生產中的應用，在成品包裝環(huán)節(jié)，通過給每瓶酒植入RFID電子標簽，企業(yè)可對白酒的生產、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)危瑥亩鴮崿F(xiàn)產品的溯源和防偽。對物聯(lián)網感知層技術全方位的應用，能夠更有效地優(yōu)化和提升白酒生產流程的效率和產品質量。

3.2 物聯(lián)網網絡層技術的應用

醬香型白酒生產工藝特殊、流程復雜。各生產環(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，實現(xiàn)數(shù)據指令的上傳和下達。物聯(lián)網網絡層技術主要包括有線通信技術（如以太網ETH、RS-232、RS-485、USB、M-Bus和PLC），短距無線通信技術（如ZigBee、RFID、Wifi和Bluetooth），蜂窩移動通信技術（如GPRS／CDMA、3G、4G和5G），低功耗通信技術（如Sigfox、LoRa、NB-IoT和eMTC）等^[20]。根據工廠環(huán)境要求和物聯(lián)網通信技術特點，采用企業(yè)組網或運營商組網等方式來完成信息傳輸。例如，有線通信技術（如以太網）適合穩(wěn)定且固定的環(huán)境，而短距無線通信技術（如ZigBee、RFID）則適合移動設備和臨時設置的監(jiān)測點，低功耗通信技術（如LoRa、NB-IoT）則適用于遠程或難以布線的環(huán)境。當前，多數(shù)研究只關注某種物聯(lián)網通信技術在酒企中的應用，而生產環(huán)境的復雜性使得實際生產中需要多種物聯(lián)網通信技術的集成使用，以滿足環(huán)境適應性、數(shù)據傳輸速率、成本效益、安全性和兼容性等多方面的需求。

3.3 物聯(lián)網平臺層和應用層技術的應用

物聯(lián)網平臺層主要負責實現(xiàn)網絡控制、信息處理、數(shù)據分析和平臺展示等，解決了酒企數(shù)據管理、設備管理、資產管理、SIM卡管理、安全維護、協(xié)議轉換、應用鑒權和規(guī)則引擎等系統(tǒng)問題，并提供上層開放接口，使得應用層系統(tǒng)可以靈活開發(fā)和快速部署。平臺層的數(shù)據存儲會用到關系型數(shù)據庫、NoSQL數(shù)據庫和分布式文件系統(tǒng)等數(shù)據存儲技術，數(shù)據分析則涉及大數(shù)據分析、機器學習和人工智能等數(shù)據分析技術。物聯(lián)網應用層主要是部署各類專用業(yè)務系統(tǒng)，如物料管理、生產管理、質量管理、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。應用層主要通過各類軟件開發(fā)技術實現(xiàn)系統(tǒng)的部署，如系統(tǒng)開發(fā)、網站&H5開發(fā)和App開發(fā)等^[21]。利用物聯(lián)網平臺層和應用層技術進行系統(tǒng)管理，可以提升酒企的數(shù)據管理、設備管理、資產管理和安全維護等能力，增強各業(yè)務系統(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)網技術在醬香型白酒生產中的應用有著重要的現(xiàn)實意義。該技術為醬香型白酒生產行業(yè)的信息化、數(shù)字化和智能化改造提供了技術保障，通過構建完善的醬香型白酒生產物聯(lián)網應用體系架構，有助于物聯(lián)網技術與該產業(yè)生產的深度融合，促進其高質量發(fā)展。

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（責任編輯：何艷）