智能集成控制及MES系统在功能微生物生产中的应用

张聪芝，陆其刚，陈 力，张龙云，胡风光，陈孚江，沈晓波，刘 亮

(江苏洋河酒厂股份有限公司，江苏宿迁 223800)

近年来随着国家科技创新政策的指引，国家科技的进步以及白酒行业科技的发展，传统酿酒生产，逐步向机械化、自动化、智能化升级，酿酒智能化的发展取得了长足进步，前期主要体现在计算机及自动化的应用，如机械化出料风冷系统、智能包装物流系统，后期主要体现在计算机品评系统、智能机器人装甑系统的开发，智能工厂体系的建立等等。江苏洋河酒厂股份有限公司紧跟时代步伐引领行业发展，近年来在酿酒智能化体系取得了辉煌的成绩，建成了自动化的包装物流系统，规模化的智能立体仓库，构建了智能化的窖池监控系统、原酒管理及调配系统，形成了大规模的自动化原料预处理中心、智能化功能微生物应用中心，突破了高智能、大规模机器人装甑及智能馏酒技术；全面实现了功能微生物智能集成控制系统，实现功能微生物制剂生产的自动化、智能化，建成白酒行业第一家智能集成控制中心，达到了精准控制微生物；创新性的引进了MES (Manufacture Executive System/制造执行)系统实现了线上数据的高效管理，极大提高了功能微生物生产的信息化、数字化水平。江苏洋河酒厂股份有限公司利用现代技术继承和发扬传统酿造行业，在白酒行业智酿造领域引领了时代的发展与进步[1-3]。

1 智能集成控制与MES生产管理系统

1.1 智能集成自动化中央控制系统总览概述

江苏洋河酒厂股份有限公司近年来致力于智慧工厂项目的开发与应用，在智慧酿造领域、原酒管理领域、功能微生物应用领域、成品酒包装物流领域全面开展智能化建设，实现了各领域生产的智能集成控制与线上信息化系统管理。

智能集成控制系统是基于机械化生产的自动控制系统（图1），依托原有的生产模式升级为自动控制模式并系统集成于中央控制室，达到中控的智能集成控制，实现了生产的可视化、可控化，同时实现了生产过程的预警、分析确保生产的正常进行。MES系统则实现了生产管理、质量管理、库存管理的线上数据集成与分析，在线质量检测、产品溯源。基于智能集成控制与MES系统实现了功能微生物生产过程的在线集中控制与追踪、生产数据的集中管理与分析，使功能微生物的生产达到了智能化控制水平[4-5]。

1.2 种子智能化扩培（图2）

功能微生物的生产中种子扩培是一个重要环节，通过自动化的菌液发酵罐与固态浅盘培养种曲机实现液态菌种如风味芽孢杆菌、生香酵母与霉菌如根霉、河内白曲的种子扩培过程[9]；原有生产模式多为离线间歇式控制生产，通过升级软硬件设备实现了种子扩培阶段从灭菌到培养的自动控制，并通过系统抓取过程信号实现了中控的集中自动化控制，实现了从灭菌、冷却、控温、通风培养、核心参数采集与设定的智能控制[5-6]。

MES系统在种子生产过程中实现了数据采集的系统管理，创建种子生产工单明确记录原料、辅料的消耗数据，采集种子生产过程数据点明确工单执行工序过程并进行全程的采集记录，并实现了种子产出、入库、出库使用的自动化管理。

1.3 原料自动化处理与功能微生物智能化培养

现代智能管理系统与现代生物技术的结合推动了原有的微生物生产模式的进步，由传统的通风培养模式升级为机械化生产模式，进一步升级为智能自动化模式，自动化、智能化升级则实现了功能微生物培养的智能集成控制与数据的系统管理[6-7]。

原料的蒸煮灭菌由原来的手动操作升级为一键自动蒸煮，出料冷却、入盘实现了联动状态下的现场自动化控制，智能集成控制进行蒸煮参数如润料时间、蒸煮压力、持压时间，冷却风温、通风频率，入盘温度、风机频率参数的设定与监控，不但同时实现了设备运行的预警管理，还实现了执行参数的预警管理（图3、图4）。

微生物的培养过程则实现了通风频率、通风量、培养温度、喷雾量的自动化集成化控制，培养过程中实现自动翻曲与转盘，通过基本参数、综合参数的设定控制设备的自动启停，同时按程序集成进行阶段性控温、通风、控湿培养，并通过超温、超压的预警及自动控温保证微生物处于最优培养条件。

与种子扩培阶段一致MES系统在功能微生物生产中实现了采集数据的集中与系统管理，通过工单的创建明确起始原料、辅料、种子消耗、产品入库量的在线集中管理，通过制曲配制及生产的配方管理实现了工单创建的高效快捷化；通过采集生产各个阶段的工序情况明确记录生产过程的执行情况，使生产的每一步都实现了实时在线记录、监控，保证了设备运转与微生物培养的正常运行[7]。

1.4 微生物智能化复配（图5）

多菌种微生物复配是功能微生物应用的重要环节，多种类的功能微生物是提供优质功能酶类及风味化合物的基础，功能微生物智能化集成精准控制复配参数的执行，实现了自动化、智能化复配，MES系统在进行复配工单管理的同时，实现了智能入库、出库、库存的在线管理。

自动化的出料复配系统极大提高了生产效率，微生物培养结束后进行自动化控温烘干，烘干过程通过参数的设定进行自动翻曲、转盘保证烘干的均匀性，烘干结束通过风送系统实现了智能化一键入仓；自动化复配则通过设定不同种类微生物的定量机频率、皮带秤流量实现高精度比例复配，并通过智能中控系统进行在线的监控与调节，确保复配比例达到生产要求。

MSE系统通过预先设定复配比例的选择设置包装工单比例与复配量，通过实时对包装设备的运行数据的采集实现设备运行的监控管理，同时进行单品种微生物的消耗管理，功能微生物的入库、出库、库存盘点的线上管理，实现了在线物料流转的自动化智能化[7-8]。

2 智能质量管理与批次追溯分析

质量管理是功能微生物生产中的重要组成部分，通过入盘水分的测量进而控制配料水分量，通过培养过程理化指标与微生物含量指标的测定，掌握功能微生物培养过程中酶活性、发酵性能、增殖特性的变化规律，进而优化功能微生物生产过程控制参数。

通过MES质量管理系统的引入实现了生产的线上智能质量管理，在发起生产工单的同时根据检测需求发起质检工序，实现入盘常规指标、出盘理化指标、微生物指标、全指标的选择性检测，同时实现检测数值的线上录入管理、检测报表的生成、药品消耗的在线管理等功能。

功能微生物全流程追溯是全面把控生产的重要手段，通过线下的管理实现了从斜面种子到摇瓶种子，从种子扩培到微生物培养，从包装入库到酿酒使用过程控制与指标质量管理的全面追溯（图6）；MES智能批次溯源系统则实现了从种子培养到包装入库全流程批次的线上关联与生产过程工序的在线管理；并通过大数据分析筛选确定黄金批次的单品微生物曲、成品微生物曲，探寻最优化的功能微生物培养过程控制条件；并实现全年生产数据的不间断记录与分析。

3 结论与展望

随着白酒产业自动化、智能化的发展，近年来江苏洋河酒厂股份有限公司着力重点打造智能工厂项目，聚焦计划、生产、质量、设备、成本五位一体的生产过程智能管理体系，加快推动工厂数字化、智能化转型；功能微生物应用中心是江苏洋河酒厂股份有限公司从事功能微生物研究和应用的核心单元，功能微生物智能化生产是智慧酿造体系的重要组成部分，公司基于前期机械化设备通过升级软、硬件，在行业内率先实现了功能微生物培养的智能自动化，构建中央控制系统实现了功能微生物培养过程的智能集中控制；依托功能微生物自动化、智能化生产以及中央控制系统，公司开创性引进智能MES系统推动生产数据采集、工序过程监督、批次质量分析、产品库存管理等数据的线上智能化、系统化管理；功能微生物智能集成控制及MES系统推动了智能工厂项目以及白酒智慧酿造体系建设，引领了中国白酒智能化产业升级。