MES系統在乳制品質量提升及溯源系統的重要作用

嵇海濤

廣東燕塘乳業股份有限公司，廣東廣州 511356

0 引言

隨著以信息技術為主體的工業4.0（第四次工業革命）在世界各國掀起的新一輪技術革命[1]，以及大數據化信息時代的到來，使得智能化生產被越來越多地應用于各個生產行業中[2]。我國的乳品行業在2008年出現“三聚氰胺”質量安全事件后，隨著國家對乳制品生產的監管越來越嚴格，同時消費者對乳制品的質量期望值也越來越高，以及企業對自身品牌的維護需求，每個乳品企業都已經建立了一套自己的產品質量控制系統及溯源系統，但各企業的條件不同，有的乳品公司溯源系統還以手工為主，但很多大的、成規模的乳品公司已采用MES系統來進行生產過程的質量控制和生產管理，并很好地解決了產品溯源的問題。本文詳細介紹了智能化生產的核心系統MES系統在液態乳各生產工序中的應用及其對提升產品質量和在產品溯源中的重要作用[3]。

1 MES系統的定義

MES是英文“Manufacturing Execution System”的縮寫，中文翻譯為“制造執行系統”“生產實施系統”等，有的企業也簡稱為“中控系統”。MES系統是面向車間的生產過程管理與實時信息系統，主要解決車間生產任務的執行問題[4]。MES系統可以在統一平臺上集成諸如生產調度、產品跟蹤、質量控制、設備故障分析、網絡報表等管理功能，使用統一的數據庫，通過網絡聯接可以同時為生產部門、質檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務[5]。MES系統通過強調制造過程的整體優化來幫助企業提高產品的質量穩定性、生產效率及產品的可追溯性。

2 MES系統管理模塊

市場上眾多設備制造公司均有自己設計制造的MES系統平臺。本文僅以瑞典利樂公司設計的MES系統為例，簡要說明MES系統如何在液態乳生產過程中提升產品質量和在產品追溯過程中發揮重要作用的。利樂的MES系統可分為以下八大模塊。

2.1 追溯模塊

追溯模塊是讓用戶能夠追蹤生產過程的數據，通過此模塊可以生成追蹤樹和目錄樹，展示原料在生產過程中所經過的途徑，并可生成報表，記錄各項數據和趨勢變化情況[6]。點擊追溯模塊，選定一個查找選項，例如單元名稱，或CIP ID，輸入查找信息（或不輸入，搜索全部），選定查找的時間范圍，點擊查找，能夠查找到選定時間范圍的需查找單元的生產狀況或CIP操作。點擊一條選中的生產操作記錄，點擊生成追溯樹按鈕，生成追溯樹；點擊生成目錄樹按鈕，生成目錄樹。

2.2 生產報表模塊

生產報表可以讓用戶查詢整個工廠的生產情況。生產報表包含產品概要報表、設備報表、生產報表、物料報表。點擊生產報表模塊，進入產品概要報表，可看到有開始日期和結束日期選項，左邊有加工組、加工單元組、單元選項，右邊有原料類型、原料類、原料選項，確定需查找的時間范圍，用戶可根據需要選擇查看的單元或者原料。同樣，可根據需要打開相對應的設備報表、生產報表或物料報表。

2.3 CIP模塊

CIP模塊包含CIP概要報表、CIP趨勢圖、CIP清洗時間分析報表（圖1）。CIP概要報表通過選擇需查詢的時間范圍，可查找時間內的CIP線操作，表格顯示各CIP線的清洗程序、清洗狀況、開始及結束時間。如果對CIP設定監控參數，在CIP報表中可看到這些參數的趨勢圖。打開CIP清洗時間分析報表，如果清洗時間不在設定范圍內，清洗記錄字體會顯示為紅色，說明CIP異常。

圖1 CIP報表圖

2.4 CIP有效性模塊

CIP有效性模塊用圖表的形式體現CIP線的利用率，以及距上次CIP最大、最少和平均等待時間。點擊要查詢的CIP線，選擇時間間隔或者自己定義區間，以及是否包含暫停和中止狀態，點擊產生圖表按鈕，圖表通過不同顏色顯示CIP類型和狀態。

2.5 質量控制模塊

在該模塊下可以得到與質量相關的報表，用戶要在該模塊下設置收奶、生產加工過程中的樣品相關信息，記錄樣品檢測結果。質量控制模塊主要由接受質量概要報表、加工質量概要報表、加工質量參數報表組成（圖2）。

圖2 質量控制模塊圖

2.6 原料編輯器模塊

用于創建和管理原料（圖3）。每種原料都可以定義其原料類和原料類型，原料、原料類和原料類別都在這模塊創建。點擊此模塊，打開原料標簽，頁面中列出所有的原料，在列表中選中一個原料，可以在右側編輯框編輯原料信息，包括原料名稱，別名，原料類，原料類型，原料ID，如果在原料類中設置了原料屬性，該原料的屬性值也可以編輯，修改完成后，點擊更新，新增一個原料。

圖3 原料編輯器模塊圖

2.7 用戶管理模塊

用于管理不同用戶對不同區域、不同功能的訪問權限（圖4）。通過用戶管理模塊，根據人員的職責不同，給予不同的訪問權限，實現用戶的靈活管理。打開管理模塊，選擇一個用戶組，節點組和訪問區域，點擊編輯按鈕，羅列出該訪問區域的功能點，每一個功能點都有一個復選框，選中復選框，用戶組有權限使用該功能，編輯完成后，點擊保存按鈕。

圖4 用戶管理模塊圖

2.8 報表工具模塊

在報表工具模塊，可以查看定制化的報表。例如定制維護報表，點擊報表工具按鈕，打開維護報表，可查詢設備的型號、操作次數、故障次數、運行時間、最后服務日期等，也可按已超限的設備、急需維護的設備分類通過上述這些模塊，利樂的MES系統在乳制品生產過程可實現從原奶驗收、配料、殺菌、灌裝、清洗整個生產流程的關鍵控制點的控制及數據采集，確保產品質量的安全及產品的可追溯性。

3 MES系統在乳制品液態奶生產過程中的具體應用

液態奶生產工序流程一般如下：收奶、凈乳、儲存、配料、殺菌、冷卻、儲存、灌裝、包裝、清洗。在利樂的MES系統平臺，從收奶到清洗的上述工序流程中，都可以實現自動化控制及可追溯性。幾個關鍵工序具體操作情況如下。

3.1 收奶工序

首先打印樣品ID標簽貼在取樣瓶上，在奶槽車采樣并送檢，樣本ID掃描錄入（如有foss系統自動錄入），在化驗室管理系統提前設定好的參數值來判定是否合格，檢查錄入檢測數據，如QC判定合格，則可以開始收奶。操作中控系統的中控員收到QC指令后，先選定將要儲存原奶的奶罐并輸入收奶牧場名稱，并選定收奶線路，然后用對講機通知現場收奶員用軟管和奶槽車的奶缸連接，確認無誤后啟動收奶程序，收奶線路的奶泵、閥門、流量計、冷卻板片、及線路上的各種閥門等根據設置好的參數自動打開或關閉，按設定的程序運行。收奶結束后自動關閉收奶程序。當產品出現問題時，就可以通過系統的追溯模塊查找產品用的是哪個牧場的奶源，原奶儲存的是哪個奶罐、儲存時的溫度、數量、使用的時間、調配的線路等，查找是哪個環節出現問題。如果按原來手工操作和記錄，就有可能出現人為的遺漏或不準確，造成追溯的難度。

3.2 配料工序

在利樂MES系統有的還會含有一個“配料防錯系統”，這對很多中小型乳品廠來說是一個非常好用的系統，因為以往在配料工序由于員工的失誤常常投錯料從而給工廠造成很大損失，需花費很大人力、精力去解決。這套配料防錯系統主要通過以下流程來達到防錯目的：一是物料條碼打印—打印并粘貼條碼。二是物料賦碼接收—PDA掃碼入庫。三是掃碼備料或出庫。四是投料拆零賦碼。五是投料掃碼確認。六是批次控制—確認各項數據準確。這個流程通過對入庫的每批次原料賦與一個碼，并掃碼入庫，出庫時也要掃碼，在稱料間稱量散料時配備具有通訊端口的高精度電子稱，并給稱好的散料賦碼，配料單所需的物料也傳到PDA掃碼器，投料時通過掃碼確認無誤后才能投，這樣避免了人為錯誤。在產品出現問題時，也能快速追溯到所用的是什么物料及其批次。

3.3 殺菌工序

在乳制品生產中殺菌工序是一道非常關鍵的工序，主要監控的是殺菌溫度、流量、壓力等參數。一些新的殺菌設備都一般有通訊輸出端口，可以和MES系統對接，這樣殺菌設備在生產過程中的數據就可實時傳輸到MES系統，MES系統就能對殺菌過程進行監控并記錄相關參數的數據，并生成相關參數的曲線圖。當產品出現問題時，需追溯生產殺菌過程是否正常，各項參數的變化就能通過各項參數的曲線很快查找到。

3.4 CIP工序

在乳制品生產中CIP清洗工序也是一道非常關鍵的工序。在沒有自動化清洗之前，靠人工做生產設備清洗，常常會造成產品質量不穩定，而且很難追溯到具體原因。在CIP工序中，最關鍵的四個參數是“清洗溫度”“清洗濃度”“清洗時間”“清洗流量”，以前靠人工控制非常不穩定，難以確保產品質量；采用MES中控系統平臺后，將驗證有效的每一條生產線的四個清洗參數輸入MES系統，由系統自動控制。中控人員如要清洗某一個罐或某一條線路時，只要選好其所在區域的清洗線路并啟動，系統就會按照設定好各項程序參數自動運行，除非遇到故障，整個清洗過程從開始到結束不需人為操作，并自動記錄清洗過程各項運行參數。

4 MES系統如何實現產品追溯

假設懷疑一批次產品出現問題時，可以通過MES系統的出庫模塊查找到這批次的產品的出貨線路及去到哪幾個經銷商，就可啟動產品召回流程，從相關經銷商快速召回產品。為了查找此批次產品質量問題的原因，可通過MES系統的原料模塊找到此批次使用的原料的來源及其批次號、原料的各項檢驗數據；通過查找此批次的產品生產報表，可以快速查找到加工過程的路徑及各工序的控制點數據、清洗數據以及數據變化的趨勢，這樣就能快速進行分析及確認造成產品質量問題的原因。

5 小結

本文通過MES系統在乳制品液態乳生產中的具體應用闡述，以及如何實現產品追溯的介紹，說明MES系統在乳制品生產中提升產品質量及實時追溯的重要作用。和傳統乳制品生產相比較，MES系統解決設備自動化的數據收集，使到數據更準確及快捷；在質量控制方面，通過將工藝參數輸入系統，實施自動化操作，減少人為操作的失誤，使到產品質量更加穩定可靠。在以智能制造為核心的國家發展大背景下， MES系統對液態乳生產質量提升和快速溯源都有著非常重要的作用，MES系統今后將會成為越來越多乳制品生產企業的選擇。