莫柳珍，林劍敏

(廣東省生物工程研究所(廣州甘蔗糖業(yè)研究所) 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510316)

0 引言

在傳統(tǒng)的大型農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)當(dāng)中，甘蔗制糖企業(yè)十分關(guān)心的一個(gè)涉及生產(chǎn)成本問題，那就是究竟從原料甘蔗中提取了多少蔗糖分到產(chǎn)品當(dāng)中，即產(chǎn)糖率為多少。影響產(chǎn)糖率的因素很多，除甘蔗蔗糖分外，糖分損失也是一個(gè)重要方面。怎樣從數(shù)據(jù)上追尋生產(chǎn)過程蔗糖分的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化呢?在制糖企業(yè)自身的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)不完善時(shí)，要進(jìn)行糖分損失查定，或者整個(gè)生產(chǎn)過程的各種衡算，需要花費(fèi)多名專業(yè)技術(shù)人員大量的時(shí)間和精力。榨季生產(chǎn)期間，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的快速、全面掌握，是管理人員進(jìn)行生產(chǎn)狀況綜合分析和決策的重要依據(jù)。

目前，隨著工業(yè)化與信息化在制糖行業(yè)的發(fā)展，一座大型的糖廠榨季期間每天形成上萬個(gè)各類數(shù)據(jù)信息，分散在各個(gè)單元系統(tǒng)當(dāng)中，由于使用的軟件不同、編程語言不同，在信息共享方面存在彼此難以溝通等情況，不利于全廠綜合數(shù)據(jù)信息的分析和處理[1]。近年來，為了打破傳統(tǒng)制糖企業(yè)的這種生產(chǎn)數(shù)據(jù)分散壁壘，各大企業(yè)與科研院校積極合作開發(fā)智能化生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)[2]。但由于糖廠自身的儀表落后、自動(dòng)化水平不高、軟件系統(tǒng)不兼容、缺乏專業(yè)技術(shù)人員與IT人員的有效溝通等，生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的前期投入非常大，軟件平臺(tái)的開發(fā)完善與應(yīng)用也較為緩慢。制糖企業(yè)的生產(chǎn)管理仍然是以化驗(yàn)室系統(tǒng)匯總提供的數(shù)據(jù)為主要依據(jù)[3]。在工業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，越來越多的平臺(tái)系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)的 2類更新方式-實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和批量數(shù)據(jù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，這對(duì)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)生了巨大的影響。數(shù)據(jù)批量更新方式系統(tǒng)，一方面能為業(yè)務(wù)提供近似實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和報(bào)表支持，實(shí)現(xiàn)高時(shí)效的業(yè)務(wù)場(chǎng)景；另一方面也避免了數(shù)據(jù)構(gòu)架、在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集不全時(shí)的數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用困難的技術(shù)難題。新一代制糖生產(chǎn)報(bào)表管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新方式屬于批量數(shù)據(jù)，是由糖廠化驗(yàn)室檢測(cè)分析系統(tǒng)發(fā)展而來，業(yè)務(wù)范圍更加廣了，面向崗位員工到高層技術(shù)管理員。系統(tǒng)采用“數(shù)據(jù)庫+互聯(lián)網(wǎng)”的模式，不僅滿足化驗(yàn)室的日常化驗(yàn)分析計(jì)算、生成化驗(yàn)通知單、制作報(bào)表的業(yè)務(wù)，更重要的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸共享的網(wǎng)絡(luò)化，使生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)和各類報(bào)表在網(wǎng)絡(luò)中及時(shí)傳輸；易于通過接口與其他系統(tǒng)整合；具備高效的數(shù)據(jù)查詢與數(shù)據(jù)分析功能。基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)與基于批量數(shù)據(jù)的生產(chǎn)報(bào)表管理系統(tǒng)，可以相互配合，共同構(gòu)成生產(chǎn)大數(shù)據(jù)庫，全方位的為制糖生產(chǎn)優(yōu)化管理提供服務(wù)。

本文基于制糖生產(chǎn)報(bào)表管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的指標(biāo)數(shù)值，研究蔗糖分衡算的具體應(yīng)用。

1 蔗糖分衡算與數(shù)據(jù)采集

1.1 蔗糖分衡算依據(jù)

糖廠蔗糖分衡算屬于物料平衡計(jì)算范疇，即對(duì)生產(chǎn)過程中的蔗糖的投入和產(chǎn)出(包括損失)所做的衡算，以了解蔗糖損失的情況。遵循物質(zhì)不滅定律，無論是發(fā)生物理變化還是化學(xué)變化，其變化前的物理量等于變化后的物理量。

經(jīng)初步研究，廣西某糖業(yè)公司制糖生產(chǎn)報(bào)表管理系統(tǒng)中的指標(biāo)數(shù)值較為齊全，可以進(jìn)行較完整的蔗糖分衡算分析。但由于該系統(tǒng)SQL Server數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢展示層界面設(shè)計(jì)中還沒有蔗糖分衡算分析模塊，因此利用Excel導(dǎo)出SQL Server中的指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算分析。

1.2 蔗糖分衡算計(jì)算公式

有些指標(biāo)在糖廠生產(chǎn)報(bào)表中經(jīng)計(jì)算展示出，為了完整說明，所用到的計(jì)算公式盡可能列出，如下所示：

蔗渣重=榨蔗重+滲浸水重-混合汁重··········(1)

混合汁蔗糖量=混合汁重×混合汁蔗糖分(%)/100=混合汁重×混合汁錘度(%)×混合汁重力純度(%)/10000···········································(2)

蔗渣蔗糖量=蔗渣量×蔗渣糖度(%)/100······(3)

壓榨甘蔗蔗糖分(%)=(混合汁蔗糖量+蔗渣蔗糖量)/榨蔗量×100%······································(4)

壓榨抽出率(%)=混合汁蔗糖量/壓榨甘蔗蔗糖量×100%·················································(5)

濾泥中蔗糖量=榨蔗量×濾泥與蔗比×(1-濾泥干燥失重)×干濾泥糖度(%)/100·····················(6)

蔗渣損失蔗糖率(%)=蔗渣中蔗糖量/甘蔗中蔗糖量×100%··············································(7)

濾泥損失蔗糖率(%)=濾泥中蔗糖量/甘蔗中蔗糖量×100%·············································(8)

廢蜜損失蔗糖率(%)=廢蜜種蔗糖量/甘蔗中蔗糖量×100%··············································(9)

產(chǎn)品中收回蔗糖率(%)=產(chǎn)品中蔗糖量/甘蔗中蔗糖量×100%·········································(10)

未測(cè)定損失蔗糖率(%)=100-蔗渣損失蔗糖率-濾泥損失蔗糖率-廢蜜損失蔗糖率-產(chǎn)品中收回蔗糖率·························································(11)

產(chǎn)糖率(%)=成品糖量/甘蔗量×100%········(12)

1.3 數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出的指標(biāo)數(shù)據(jù)

該糖廠壓榨工段分為2條生產(chǎn)線，全產(chǎn)白砂糖。以2017/18年榨季的12月8日至12月10日3天連續(xù)9個(gè)班的糖廠生產(chǎn)報(bào)表管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)為例，從SQL Server數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出的生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1和表2。

2 計(jì)算結(jié)果與分析討論

2.1 計(jì)算結(jié)果

按照 1.2中所列的蔗糖分衡算公式對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3和表4。

2.2 關(guān)于甘蔗蔗糖分的討論

關(guān)于甘蔗蔗糖分這一指標(biāo)，行業(yè)內(nèi)崗位不同的人員有不同的看法，在某些技術(shù)會(huì)議或文件中需明白數(shù)據(jù)的來源。甘蔗蔗糖分根據(jù)來源和用途分幾種情況：①甘蔗地里甘蔗株的含糖量監(jiān)測(cè)，主要用于農(nóng)務(wù)上對(duì)甘蔗收獲的安排；②甘蔗運(yùn)送進(jìn)糖廠后，從蔗場(chǎng)或者貨車上抽樣至化驗(yàn)室，通過小型壓榨機(jī)壓榨，檢測(cè)甘蔗樣品的蔗糖分，代表入廠甘蔗原料的蔗糖分；③某些糖廠從壓榨生產(chǎn)線傳送帶上連續(xù)采樣蔗絲進(jìn)行化驗(yàn)分析，得出蔗絲的蔗糖分，代表壓榨甘蔗的蔗糖分[4]；④大多數(shù)糖廠生產(chǎn)班報(bào)或日?qǐng)?bào)制作，基于榨蔗量、混合汁量和蔗渣量的統(tǒng)計(jì)，以及混合汁、蔗渣含糖分化驗(yàn)值，通過平衡計(jì)算，得出報(bào)表上的壓榨甘蔗蔗糖分，此數(shù)據(jù)便于各種經(jīng)濟(jì)衡算；⑤生產(chǎn)盤點(diǎn)時(shí)，通過公式校正得出的甘蔗蔗糖分，作為參照值。

表1 生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)一

表2 生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)二

表3 計(jì)算結(jié)果一

表4 計(jì)算結(jié)果二

表3中，抽樣甘蔗蔗糖分與衡算得到的壓榨甘蔗蔗糖分，兩者數(shù)據(jù)來源不同，具有一定的差值。往往前者高于后者，被認(rèn)為代表了甘蔗進(jìn)入糖廠至破碎后進(jìn)入第一座壓榨機(jī)入口落槽處的蔗糖分損失，因?yàn)樵诖似陂g會(huì)有微生物作用和蔗汁流失。從數(shù)據(jù)上估算，假如日榨 1萬t的糖廠，蔗糖分差值0.1%時(shí)，則一天損失的蔗糖分量就有10 t。表3中，蔗糖分差值在0.5%范圍內(nèi)，可見損失量之大，應(yīng)引起重視。

建議將抽樣甘蔗蔗糖分與衡算得到的甘蔗蔗糖分同時(shí)放入糖廠常規(guī)生產(chǎn)報(bào)表當(dāng)中。在甘蔗取樣具有代表性和生產(chǎn)計(jì)量準(zhǔn)確前提下，應(yīng)盡量縮小兩者的差值，減少蔗糖分的損失。需要明確以下幾點(diǎn)：①抽樣甘蔗蔗糖分是否較準(zhǔn)確地表達(dá)入廠甘蔗原料的蔗糖分。由于每車進(jìn)廠甘蔗不同程度地存在著夾著物的影響，以生產(chǎn)報(bào)表中的甘蔗處理量為基準(zhǔn)，甘蔗處理量和抽樣甘蔗原料蔗糖分這 2個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，是否一致地盡可能消除甘蔗夾雜物的影響。②榨季期間，甘蔗纖維分對(duì)抽樣甘蔗蔗糖分與報(bào)表中壓榨甘蔗蔗糖分的差值的影響。開榨初期甘蔗纖維分低，差值偏大，隨著榨季的進(jìn)行，甘蔗成熟度提高，差值變小，到后期基本穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)值上下。③生產(chǎn)過程是否平穩(wěn)，對(duì)中間制品的計(jì)量準(zhǔn)確性是否達(dá)到一定的要求。一些糖廠對(duì)混合汁的計(jì)量準(zhǔn)確性較差，一些糖廠只計(jì)量打包出廠的蔗渣量，末座榨機(jī)出口的蔗渣量很少計(jì)量。若計(jì)量不準(zhǔn)或沒有計(jì)量，只能到榨季結(jié)束，用生產(chǎn)的成品糖量、糖蜜量、濾泥帶走的糖量、蔗渣帶走的糖量和未測(cè)定損失的糖量，進(jìn)行榨季甘蔗平均蔗糖分推算，顯然無法及時(shí)客觀的評(píng)價(jià)制糖生產(chǎn)過程中糖分收回效果。

2.3 蔗糖分損失數(shù)據(jù)分析

表4中，糖廠3天9個(gè)班次的蔗糖分平衡數(shù)據(jù)平均值為：蔗渣損失蔗糖率為 3.81%，濾泥損失蔗糖率為0.58%，廢蜜損失蔗糖率為7.41%，未測(cè)定損失蔗糖率為1.08%，產(chǎn)品中收回蔗糖率為87.11%。從數(shù)據(jù)上看，廢蜜帶走的蔗糖分是最多的，其次是蔗渣帶走的蔗糖分損失，第三是未測(cè)定損失(即跑、冒、滴、漏及化學(xué)變化引起的糖分損失)，濾泥帶走的糖分損失相對(duì)較少。針對(duì)生產(chǎn)過程各類糖分損失，有很多經(jīng)驗(yàn)和具體措施，例如，提高糖漿純度，降低廢蜜的重力純度及產(chǎn)量，可減少廢蜜帶走的蔗糖損失，從而提高產(chǎn)品蔗糖總收率；在壓榨工段，合理控制滲透水用量和溫度，提高壓榨抽出率，減少蔗渣帶走的蔗糖損失；在整個(gè)生產(chǎn)流程中，設(shè)備與工藝密切配合，保障生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定，避免過熱和物料長時(shí)間停留造成更多的蔗糖分轉(zhuǎn)化，減少未測(cè)定蔗糖分損失。

值得注意的是，通過定期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，可以看出生產(chǎn)過程各類蔗糖分損失的變化情況，由于制糖結(jié)晶分蜜工段未能完全連續(xù)化，具有間歇性，產(chǎn)品回收蔗糖率這一指標(biāo)數(shù)值波動(dòng)性大，廢蜜帶走蔗糖率的波動(dòng)性也較大，繼而按照蔗糖分平衡公式計(jì)算得出的未測(cè)定蔗糖損失率波動(dòng)大。表4中，產(chǎn)品回收蔗糖率和未測(cè)定損失蔗糖率二者的標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.699%和4.920%，說明兩者的變化較大；某些班次的未測(cè)定蔗糖損失甚至出現(xiàn)負(fù)值，與糖廠實(shí)際中未測(cè)定損失或多或少存在矛盾，這與數(shù)據(jù)周期的選取有關(guān)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，所選取的數(shù)值周期對(duì)制糖生產(chǎn)蔗糖分平衡計(jì)算的結(jié)果影響很大。以每班(間隔8 h)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算，衡算結(jié)果波動(dòng)比較大，若以3天的數(shù)值為周期，衡算結(jié)果較接近理論值，因?yàn)楦收釓膲赫サ轿锪线^完，通常需要3天左右時(shí)間?；跀?shù)據(jù)庫的蔗糖分衡算，可以根據(jù)需求設(shè)置衡算的周期，以每班、每天或者每周為時(shí)間間隔，衡算結(jié)果生成電子版報(bào)表，無需像常規(guī)報(bào)表那樣打印出來，管理者通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)查看，可作為績效考核或者工藝改進(jìn)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.4 人工經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的結(jié)合

在糖廠生產(chǎn)過程當(dāng)中，離不開人工經(jīng)驗(yàn)，也離不開數(shù)據(jù)分析。人工經(jīng)驗(yàn)是在社會(huì)實(shí)踐中產(chǎn)生的，是客觀事物在人們頭腦中的反映。但經(jīng)驗(yàn)有待于深化，有待上升到理論。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，一方面解決了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的輸入和查詢展示問題，另一方面為數(shù)據(jù)的分析和建模提供有力支持。以糖廠蔗糖分未測(cè)定損失偏高為例，經(jīng)驗(yàn)豐富和理論扎實(shí)的技術(shù)人員會(huì)從多個(gè)角度查找原因，如甘蔗原料、設(shè)備狀況、生產(chǎn)管理、工藝條件等方面，根據(jù)生產(chǎn)記錄的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況等進(jìn)行推算，但存在一定的誤差。人工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以快速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多種關(guān)聯(lián)分析，挖掘數(shù)據(jù)分析的意義。例如：表4中的平均產(chǎn)糖率與表3中的平均壓榨甘蔗蔗糖分、抽樣甘蔗蔗糖分，比值分別12.16/13.91=87.42%，12.16/14.22=85.51%，而產(chǎn)品平均收回蔗糖率87.11%，可以分析得出，該糖廠在開榨初甘蔗蔗糖分較低時(shí)，產(chǎn)糖率并不低，說明該糖廠的各項(xiàng)管理工作做得較好。

此外，人工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)充分利用，還可以建立數(shù)據(jù)模型并進(jìn)行仿真，為智能制造業(yè)的發(fā)展提供支撐，例如在糖廠產(chǎn)糖率與生產(chǎn)過程指標(biāo)之間的模型，產(chǎn)品質(zhì)量與工藝條件間的模型等等。

3 結(jié)論和展望

基于制糖生產(chǎn)報(bào)表管理系統(tǒng)的蔗糖分衡算，是利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行糖廠數(shù)據(jù)分析的具體應(yīng)用。盡管蔗糖分衡算結(jié)果在糖廠常規(guī)紙質(zhì)版報(bào)表沒有直接給出，但在系統(tǒng)平臺(tái)上可以展示出，并借助網(wǎng)絡(luò)傳輸共享，及時(shí)了解生產(chǎn)過程蔗糖分的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化情況，提高了人工分析和生產(chǎn)管理的效能。

制糖生產(chǎn)過程有很多數(shù)據(jù)資源可以挖掘利用。隨著技術(shù)的發(fā)展，不同的系統(tǒng)平臺(tái)和不同類型數(shù)據(jù)可交互利用，人工經(jīng)驗(yàn)逐步融入到智能化制造工業(yè)當(dāng)中。制糖行業(yè)也在加快推動(dòng)信息技術(shù)與生產(chǎn)管理深度融合發(fā)展，不斷推進(jìn)生產(chǎn)過程智能化。