口子大曲生產過程中數字化管控系統的應用

徐欽祥，孟衛東，陳 斌，黃明亮，宋衛民

（1.安徽口子酒業股份有限公司，安徽淮北023500； 2.河北諾億物聯網科技有限公司，衡水河北053000）

固態法大曲酒生產是我國傳統的釀造技藝，近年來，隨著生物技術、工業自動化和物聯網技術等科學技術的快速發展，對大曲酒釀造的工藝技術、分析檢測技術、粉碎自動化技術、勾兌技術、行車運輸、機器人上甑以及質量控制體系等方面進行了多系統的研究和應用，使得大曲酒釀造生產水平得以長足的發展和進步。正如中國工程院院士孫寶國指出：“中國白酒講究傳承，但決不能故步自封，在現代化、智能化方面決不能落后，要通過傳承創新來實現超越。”隨著企業的快速發展，人工成本的不斷增加，制曲工序由勞動密集型的人工操作向機械化、自動化的方向發展[1]，但不可否認的是，大曲酒生產畢竟是傳統的釀造技藝，在長期的傳承和發展歷程中，大曲酒生產面臨的問題依然很多：工人年齡結構老齡化，管理粗放，勞動效率低，用工成本高；特別是制曲工種，操作環境高溫高濕、曲蟲叮咬、體力勞動強度大，尤其是依然采取人工入房用溫、濕度計測量的方式進行數據采集，憑經驗確定排潮和翻曲的時機，存在著采集的數據單一、樣本量較少、準確性和及時性有一定的偏差、用時較長、數據和記錄不完整的諸多問題，直接造成對入房培養過程中的排潮和翻曲操作時機把握不準，質量控制精度低，無法均衡地為釀造所需有益微生物創造適宜的生長代謝環境和條件，不利于整體質量的提高，出現成品曲質量等級波動較大，成熟一致性不高，不利于標準化、大規模生產操作的需求。

我國釀酒行業發展綱要指出：“白酒產業要全面從以經驗感性認識指導生產，向以科學理論為基礎組織生產轉變；用現代化技術改造白酒生產工藝過程中各生產單元的傳統作坊模式。”[2]用現代化物聯網自動控制技術在大曲生產管理過程中的應用正是謀求推動大曲生產操作過程擺脫傳統經驗式、作坊模式，向數字化、科學智能化轉型升級的重要手段。

1 系統結構和功能

口子大曲數字化管控系統由終端收集設備、信號傳輸設備、數據處理設備、自動控制設備組成。終端收集設備包含曲心測溫儀、環境溫濕度檢測儀、二氧化碳濃度檢測儀，用于測量曲房內各項生產數據。信號傳輸設備包含數據集中主機、路由器、無線網關；數據處理設備為專用服務器，內置有數字化管控軟件，以及配套的手機APP；自動控制設備包含電動開窗機及對應的控制器（圖1）。

硬件設備運行：測溫儀、環境溫濕度檢測儀、二氧化碳檢測儀采集制曲生產數據，并發送至數據集中器，數據集中器匯總處理后通過路由器發送至數據庫服務器，交由軟件進行記錄、分析、控制等工作。服務器向外擴展出移動終端，即手機APP，方便管理人員隨時隨地對生產進行管控。操作人員可通過服務器、移動終端兩種途徑對開窗機進行參數設置，以實現開關窗過程全自動運行。

圖1 大曲數字化管控系統拓撲圖

2 系統應用過程

傳統口子大曲，多糧配比，曲室內培養周期長，工藝復雜，期間要經過頭翻、抽格、拾羅、整羅、拉皮、上垛、拆垛、原翻、上末垛等多道工序。工人操作勞動強度大，翻曲操作次數多，高溫轉化期內原翻就達到4～6次。

數字化系統的應用中，改變了“以翻代管”的管理方式，在工序工藝規定的濕度、溫度等指標參數區間范圍內，科學地減少翻曲操作次數。

口子大曲的制作管理難度大、技術要求高。曲師要每天早晨、上午、下午、晚上入房4次測量采集溫濕度、CO2數據，數字化管控系統的應用，解決了數據的自動采集、存儲(見圖2)。

圖2 曲房數字化管控系統

生產數據的采集,并以列表形式永久保存在歷史記錄中，支持導出至excel表格，及按不同項目排序功能，可供技術人員隨時回看分析(見表1)。

表1 生產數據的采集

上霉和攏火（上垛）是低溫培菌期、排潮增香期關鍵的工藝控制點，傳統操作中需要有經驗的曲師現場值班蹲守，靠經驗來把握時間節點。每一房的上霉時機、晾霉時間都要反復查看感知。數字化系統的應用，可以輕松、準確地實現自動啟閉曲房窗戶，控制濕度和CO2含量，達到工藝要求。攏火時間節點也會進行預警機制，以利于及時地進行操作。

為了調節合理的溫濕度、CO2含量，靠著個人感知經驗，每日數次開關門窗。隨著大曲生產任務量逐年增大，年數千房的生產管理任務，機械、重復、繁瑣，曲師工作強度高。大曲生產過程中數字化管控系統手機APP的開發應用，可實現門窗開關的遠程操作和智能化自動操作。建立的數據處理與工藝數字控制模塊，將采集到的曲房內各種數據（品溫、環境溫濕度、CO2含量）形成曲線圖，更直觀準確地反映出溫度、濕度、二氧化碳濃度的走勢(見圖3、圖4、圖5)。

選取不同的曲房生產周期的數據進行對比，N個曲房或者不同制曲周期（見圖6），數據對比自動生成平均曲線（近似標準曲線）。

圖3 大曲中心溫度曲線

圖4 大曲CO2含量曲線

3 應用效果

初步建立異常預警、報警機制，規避管理失誤，快速處理突發狀況（大風降溫等），科學合理規避大曲培養過程中的不確定因素。

消除數據采集頻繁開啟門窗給培養過程帶來的不利影響。更方便、快捷準確反映工藝數據，最大限度消除人工數據采集主觀誤差。

降低生產過程中雜菌污染（人員、測量工具等），有利于制曲微環境的保護和營造。

圖5 濕度曲線

圖6 不同的曲房生產周期的數據記錄界面

對制曲工藝和質量管理帶來有利影響，在大曲質量穩定的基礎上，成品曲質量一致性提高（見圖7、圖8，表2、表3），主要微生物種群數量也有相應增加（見表4）。

圖7 曲房取樣點示意圖

海量高效的數據處理，有助于科學認知和利用微生物消長規律、發酵機理，建立了符合地域特征、工藝特色、不同季節的數據控制模塊。

4 發展與展望

大曲生產過程中數字化管控系統的應用，必將改變傳統管理模式，完成由經驗管理、模糊管理到精準化、數字化管理的科技跨越。

表2 中溫曲相應測試取樣點綜合理化數據對比分析表(應用前)

表4 微生物培養分析報告

（1）完成與智能設備、智能質量檢測、理化檢測體系的高度融合。

（2）完成數字化管控與智能操作（機械手、機器人）的高度融合，降低用工成本，降低工人勞動強度。

（3）完成與物料、倉儲的智能化配送的融合，提升經濟效率。

在大數據時代，數據分析的手段才是關鍵，只有通過數據分析才能帶來價值[3]，因此，大曲生產過程中數字化管控系統前景光明廣闊；它提供了管理、技術人員認識發酵機理的新手段、新思維，提升認知的新工具、新途徑，把釀酒工程師的思想理念轉化為軟件工程師的語言，最終實現“人機對話”。口子酒業公司通過大曲生產過程中數字化管控系統的應用，不僅優化了工藝流程，提升了成品大曲質量的一致性，改善了工人的工作環境；同時也對傳統大曲培養機理的深入研究具有深遠的影響，為大曲酒行業的技術進步起到了承前啟后的重要作用。