◆王劍銘 萬 瑋 / 文

以MES食品安全管理系統(tǒng)提升乳制品質(zhì)量安全——光明乳業(yè)華東中心工廠案例

◆王劍銘 萬 瑋 / 文

隨著工業(yè)4.0的高速發(fā)展及大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，傳統(tǒng)的乳制品加工制造業(yè)正逐步轉(zhuǎn)向智能化生產(chǎn)的方式。我們正快速邁入一個(gè)“萬物皆數(shù)化”的時(shí)代，光明乳業(yè)公司本著技術(shù)創(chuàng)新、以消費(fèi)者為關(guān)注焦點(diǎn)，食品安全第一的原則，勇于探索，適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，以“數(shù)據(jù)價(jià)值化”為核心導(dǎo)向，建立MES食品安全管理系統(tǒng)，提升乳制品的食品安全質(zhì)量，讓消費(fèi)者喝到放心奶。

引言

光明乳業(yè)股份有限公司業(yè)務(wù)淵源始于1911年。經(jīng)過100多年的不斷發(fā)展， 逐步確立以各類乳制品的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售為主營業(yè)務(wù)，是中國高端乳品引領(lǐng)者，中國乳業(yè)三強(qiáng)之一。其中下屬華東中心工廠，作為世界最大的單體乳品工廠，設(shè)計(jì)能力年產(chǎn)能60萬噸，引入國際最先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備、工藝、管理體系及檢測手段，是世界一流的大型綜合性乳品生產(chǎn)基地。

近年來，隨著乳業(yè)的競爭與發(fā)展，消費(fèi)群體對乳品質(zhì)量的要求日益提升。光明乳業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量控制追溯系統(tǒng)注重升級與完善，以求能夠做到實(shí)時(shí)掌握每一個(gè)工藝鏈的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，讓廣大消費(fèi)者在食用光明乳業(yè)產(chǎn)品時(shí)更加放心。同時(shí)公司敏銳地捕捉到了大數(shù)據(jù)時(shí)代帶給行業(yè)的契機(jī)，充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)相結(jié)合的手段，逐步將傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

1 MES食品安全管理系統(tǒng)概況

華東中心工廠積極主動對接“中國制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略。緊跟工業(yè)4.0的潮流，依托工廠先進(jìn)的自動化設(shè)備，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)工藝流程控制規(guī)范，自籌資金，自2012年6月至2016年1月定制化開發(fā)華東中心工廠特有的智能化制造MES食品安全管理系統(tǒng)，即面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了自動化領(lǐng)域最為先進(jìn)的工業(yè)數(shù)據(jù)采集手段對生產(chǎn)過程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)地、自動地、精細(xì)化地采集，同時(shí)廣泛應(yīng)用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及移動網(wǎng)絡(luò)手段進(jìn)行信息的有效傳遞、匯總和分析，并以此為基礎(chǔ)不斷地對生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行和維護(hù)進(jìn)行持續(xù)的微調(diào)和優(yōu)化，以期實(shí)現(xiàn)效率的最優(yōu)化。該系統(tǒng)目前處以國內(nèi)食品業(yè)領(lǐng)先，為國際先進(jìn)水平。

為保證食品的質(zhì)量安全，需要全過程地跟蹤食品生產(chǎn)加工中的信息數(shù)據(jù)。但以往在收集數(shù)據(jù)中遇到了很多大的障礙。初期，企業(yè)都是使用紙質(zhì)記錄以及半自動的電子記錄來收集數(shù)據(jù)。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，在一人一機(jī)的情況，操作人員既要專注于生產(chǎn)，又要記錄生產(chǎn)過程中發(fā)生的種種事件，實(shí)屬不易，而MES系統(tǒng)解決了設(shè)備自動化的收集數(shù)據(jù)，讓這些數(shù)據(jù)更加精確，更加及時(shí)，節(jié)約操作人員的時(shí)間，減少統(tǒng)計(jì)人員的工作量。現(xiàn)在隨著“中國制造2025”理念的深入，MES系統(tǒng)也隨之升級，從單個(gè)灌裝車間逐漸覆蓋到整個(gè)工廠，囊括了整個(gè)生產(chǎn)工藝鏈。從初級階段的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)收集，逐漸發(fā)展到大數(shù)據(jù)時(shí)代的“萬物皆數(shù)化”的階段。通過數(shù)據(jù)挖掘，來實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)的全面質(zhì)量管理，真正實(shí)現(xiàn)PDCA循環(huán)。

2 MES食品安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

設(shè)計(jì)總體思路

2.1 傳統(tǒng)系統(tǒng)方案：設(shè)備層與控制層部分相連，大量使用人工記錄及統(tǒng)計(jì)，缺少與管理層的互聯(lián)。其不足還包括：

——數(shù)據(jù)的記錄和輸入分離；

——存在二次錄入，影響實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性；

——缺乏協(xié)同性，人力投入巨大；

——糾錯(cuò)、調(diào)整的隱形成本很高；

——書面數(shù)據(jù)記錄在格式上缺乏擴(kuò)展性；

圖1 信息采集鏈

——非面向生產(chǎn)實(shí)況，而是面向表格，無法復(fù)用實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

2.2光明智能化解決方案

2.2.1核心思想

通過預(yù)處理管道之間（路徑）連接和流量計(jì)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)關(guān)鍵點(diǎn)追溯的基本樹型結(jié)點(diǎn)模型，再通過掛載手段實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)報(bào)告和抄表記錄的連結(jié)，實(shí)現(xiàn)完整的業(yè)務(wù)關(guān)鍵點(diǎn)追溯模型。同時(shí)以關(guān)鍵工藝鏈為核心，輔以輔助信息鏈，以網(wǎng)絡(luò)為紐帶，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的互聯(lián)互通（參見圖1）。

2.2.2 方案難點(diǎn)

其一，在光明乳業(yè)之前沒有做過如此大規(guī)模的MES信息化系統(tǒng)，無先例可循。國際上智能化制造及工業(yè)4.0也是起步階段，一些新的技術(shù)及理念需要逐步消化接受。

其二，工廠的設(shè)備多種多樣，自動化程度存在較大差異，通訊協(xié)議不一，需要改造的設(shè)備數(shù)量比較多。

其三，現(xiàn)場一線員工接受程度比較低，對于新生事物有抵觸情緒，認(rèn)為是智能化設(shè)備搶人的飯碗，電腦來管理人腦。通過長時(shí)間的磨合，以及系統(tǒng)運(yùn)行后，初見成效，在生產(chǎn)一線得到了良好的應(yīng)用，對操作員工帶來前所未有的便利性。同時(shí)因自動化改造而調(diào)整的人員，也得到了比較穩(wěn)妥的安置。員工才逐步轉(zhuǎn)變觀念，開始接受并運(yùn)用這個(gè)系統(tǒng)。

3 MES食品安全管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1工控及數(shù)據(jù)模塊

工控及數(shù)據(jù)：OPC Server、采集冗余模塊、工控對象庫、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)接口。

圖2 MES食品安全管理系統(tǒng)層級圖

業(yè)務(wù)層：設(shè)備管理、質(zhì)量管理、OEE模塊、工單管理、能源記錄報(bào)表。

數(shù)據(jù)模塊為：報(bào)表模塊、Portal模塊（參見圖2）。

3.2關(guān)鍵技術(shù)

工控技術(shù)：

——OPC Server Platform。

——采用了AB（羅克韋爾）的FactoryTalk數(shù)據(jù)采集套件，實(shí)現(xiàn)了與多種OPC Server的同步數(shù)據(jù)采集（西門子、羅克韋爾、歐姆龍、三菱等）。

——采用了AB（羅克韋爾）的PLC控制系統(tǒng)，使用了Logix、RSLinx、RSView等控制語言及組件。

——采用了ControlNet、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)Wifi等多種組網(wǎng)方式，確保數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定、高效。

信息技術(shù)：

——OLAP數(shù)據(jù)，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，UI MVC，文檔數(shù)據(jù)庫，嵌入式開發(fā)OLTP數(shù)據(jù)等主流技術(shù)融合。

——存儲容量：所有數(shù)據(jù)可以在線存儲2年，每分鐘峰值負(fù)載為掃描存儲20000個(gè)信號點(diǎn)/次 。

——最小采樣周期為工業(yè)級別5秒。

4 MES食品安全管理系統(tǒng)的建設(shè)成果

MES食品安全管理系統(tǒng)已建立了16個(gè)管理模塊，貫穿生產(chǎn)鏈，整合數(shù)據(jù)于云端，從收奶—預(yù)處理—灌裝—后包—倉儲，貫穿產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程，形成完整及準(zhǔn)確便捷的質(zhì)量追溯系統(tǒng)，從而達(dá)到全過程質(zhì)量控制的目標(biāo)。

MES食品安全管理系統(tǒng)的優(yōu)勢：（1）信息數(shù)據(jù)的傳遞有了質(zhì)的飛越。以往通過紙質(zhì)記錄保存數(shù)據(jù)，匯總在電腦上，并分發(fā)傳送給需求部門。而現(xiàn)在所有的數(shù)據(jù)都存在云端服務(wù)器中，可以即時(shí)查看當(dāng)前的生產(chǎn)狀態(tài)與電子報(bào)表。（2）即使管理人員不在現(xiàn)場，亦能了解生產(chǎn)環(huán)節(jié)的每個(gè)狀態(tài)，進(jìn)行一個(gè)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。（3）電子報(bào)表取代了紙質(zhì)記錄，環(huán)保且節(jié)省空間。（4）部門之間不再各自為營，相互合作變得更加緊密。（5）節(jié)省人力，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約時(shí)間和物料損耗的成本。（6）衍生性強(qiáng)，不論內(nèi)部還是外部，最終可將消費(fèi)者的需求及時(shí)反饋給加工廠甚至于奶源牧場。

使用MES質(zhì)量安全管理系統(tǒng)后，在華東中心工廠已經(jīng)可以做到產(chǎn)品在線追溯。該系統(tǒng)也獲得了國家級質(zhì)檢部門的認(rèn)可和肯定，并在2015年“上海智慧城市建設(shè)優(yōu)秀應(yīng)用評選”中脫穎而出，榮獲十大優(yōu)秀應(yīng)用獎。

目前華東中心工廠酸奶區(qū)正在嘗試打造成一個(gè)無紙化的車間。無紙化項(xiàng)目僅酸奶區(qū)已實(shí)現(xiàn)每年降低82萬元的成本損耗，且每年節(jié)約用紙25萬張，占酸奶區(qū)原總用紙量的80%。

例1：檢測結(jié)果在線可查，原檢測記錄用紙取消。

以酸奶灌裝車間GT60灌裝線2016/7/14生產(chǎn)的980g屋型原味產(chǎn)品的檢測結(jié)果為例，當(dāng)天生產(chǎn)的產(chǎn)品通過二維碼掃描技術(shù)，形成唯一一個(gè)編碼，同時(shí)通過自動采集系統(tǒng)，將該產(chǎn)品的相關(guān)質(zhì)量信息上傳到中控系統(tǒng)。以此類推，所有的產(chǎn)品質(zhì)量檢測信息歸檔在案，形成了全過程可追溯。

（略）

（作者單位：光明乳業(yè)股份有限公司）