番茄加工质量数字化监管平台的设计与实现

王军宏，闫文斌，李 鹏，梁晋辉

（1.新疆天番食品科技有限公司，新疆维吾尔自治区 焉耆 841100；2.石河子大学，新疆维吾尔自治区 石河子 832000）

近年来，番茄制品正成为餐桌上必不可少的美味[1]，产品需求的增加在给番茄制品加工企业带来前所未有发展机遇，给企业质量管理和决策能力带来了挑战[2]。当前，我国的番茄加工过程以传统加工工艺和管理模式为主，番茄加工全流程运转情况、实时加工质量信息不能及时获取，存在较多数字化盲点和数据孤岛，人工决策和生产效率低、生产成本高、设备管理和质量管理不到位等问题。随着新一代信息技术的创新发展与应用，我国食品加工企业也逐渐向数字化、智能化方向转型[3-5]。本文结合番茄加工工艺和企业生产实际，针对传统番茄加工过程中存在的信息盲点和数据孤岛问题，利用新一代信息技术，融合番茄加工各环节关键数据，规划设计了番茄加工质量全流程数字化监管平台系统，实现了番茄深加工质量数字化、智能化，为番茄加工过程中质量管理提供智慧决策和支持。

1 番茄加工质量管理现状和需求分析

1.1 产品概况和生产工艺

新疆天番食品科技有限公司拥有番茄制品生产线5 条，年产番茄制品2.5×104t。主要产品包括番茄酱、番茄丁、去皮整番茄和番茄汁等，生产设备和工艺先进，自动化水平较高。以220 L 无菌袋装番茄酱产品生产为例，工艺过程如下：原料入厂检验→卸料→流送除铁除砂→低位提升→高架浮选→鼓泡清洗→拣选→破碎（冷破）→预热灭酶→双道打浆→打浆储罐（马口铁罐装番茄丁线UHT 取汁）→三效浓缩（220 L 无菌袋装番茄丁调配取汁）→管式杀菌→双头无菌灌装→打包→贴标→入库。

1.2 番茄加工质量管理现状

番茄加工质量管理的业务流程现状如图1 所示。质量业务范围包括原料来料检验、过程检验和成品检验。其中原料检验（一检、二检）业务在现有的冠农小铁牛数字农业平台开展；过程检验包括关键工序检验、半成品检验、马口铁罐封口三率检验、成品鉴重检验等；成品检验包括成品采样检验和商业无菌检验。

图1 番茄加工质量管理业务流程现状Fig.1 Current business process of tomato processing quality management

当前质量管理业务流程存在的主要问题有：番茄原料入场、辅料包材出入库缺乏信息统计分析，管控不透明、不及时；生产过程的原料损耗和质量异常无法及时处理；加工各环节采用人工采集数据，不仅效率低、劳动强度大，且人为因素影响大。

1.3 番茄加工质量管理优化需求

（1）现有生产执行系统MES（Manufacturing Execution System）需要集成小铁牛系统按天定时获取原料检验信息。

（2）在线质检员或者化验员需要提前在MES 系统中维护产品品类、罐型、规格、检验类型、检验项目、检验频次、检验标准等基础数据形成质检策略或计划。

（3）生产工单启动并触发批次执行后，需要由MES系统根据质检策略/计划定时生成质检任务推送到PC端和移动端，同时系统按照质检任务的执行角色分别将相应的质检任务推送给在线质检员和化验员。

（4）MES 系统能够根据检验标准验证检验结果是否合格（同时支持由在线质检和化验员自行判断结果是否合格），如果合格则数据保存，不合格则在数据保存后生成预警信息推送到生产车间大屏或移动端。

2 番茄加工质量数字化监管平台设计

2.1 平台总体架构设计

根据番茄加工质量管理业务流程和优化需求，按照系统性、可持续性、灵活性、整合性、互通性、智能性、安全性原则，在现有信息管理系统基础上，搭建番茄加工全流程质量监管数字化平台。其整体架构包括数据采集层、数据传输层、数据存储层、数据应用层，如图2所示。

图2 番茄加工质量数字化监管平台整体架构Fig.2 Overall structure of tomato processing quality digital supervision platform

2.1.1 数据采集层

与小铁牛数字农业平台集成，对番茄原料相关信息实时采集；番茄加工质量数据和理化实验数据分别由质检人员和试验人员人工录入并上传至平台。

2.1.2 数据传输层

配置AP、交换机、数采网关、防火墙、核心交换机、AC、服务器、光纤收发器、网线等，构建网络传输硬件平台，用于实时数据传输。

2.1.3 数据存储层

利用数据库技术与物联网技术，对传输的实时数据进行处理与判别，根据数据类型存入不同数据库。

2.1.4 数据应用层

将番茄加工过程中实时采集到的产品合格率、品类合格率、异常信息、日计划产量、日实际产量等信息，以数字化大屏方式进行展示；结合番茄加工质量的实时监测数据和大数据分析结果，进行协同优化，及时做出质量管理决策。

2.2 平台系统功能设计

在分析、改进原来的番茄加工质量管理业务流程基础上，设计数字化质量监管平台的主要功能模块。具体包括质检配置、质检任务管理、质检执行、质检单管理、任务提醒/不合格报警等功能。功能模块的业务流程如图3所示。

图3 番茄加工质量数字化监管平台功能模块设计Fig.3 Design of functional module of tomato processing quality digital supervision platform

2.2.1 质检配置模块

该模块的功能包括将质检活动按照检验类型进行分类，并分配给不同的工作人员；创建各个产品在不同生产阶段的质检样品模版；创建质检项目并进行质检项目分组；利用创建的检验分类、样品模板、质检项目等，自动生成质检方案。

2.2.2 质检任务管理模块

根据制定的质检项目创建质检计划，质检计划制定完成后，质检人员按照计划执行质检任务，平台显示质检任务在运行中、结束、异常结束3种状态。

2.2.3 质检执行模块

质检执行活动包括关键工序检验、半成品检验、成品检验、成品检验复检、成品鉴重抽验、商业无菌检验、封口三率检验。质检任务被创建并执行时，在平台与移动终端的app 中显示启动状态，质检任务结束后，显示结束状态；如果出现异常检测，则显示异常结束，便于管理者进行快速、准确决策，以提高决策效率，降低质量损失。

2.2.4 质检单管理模块

该模块针对不同产品的质检需求，按照相应质检标准参数建立Excel 模版，并导入平台完成质检单定义。管理者可以利用质检单实例功能查看质检单是否正确，利用加载日志功能记录质检单任务，方便后续查看与调用。

2.2.5 任务提醒/不合格预警模块

该模块能够根据任务创建状态的变化，向任务执行者（质检员）推送任务提醒信息；针对结束状态下的不合格任务和不合格质量数据，向拥有预警查看或预警执行权限角色的用户及时推送不合格预警信息。

3 番茄加工质量数字化监管平台实现

3.1 硬件和软件部署

本文利用IOT Gateway 软件将KEP Server EX 的采集数据传输到IOT 时序数据库供MES 系统使用，并在IOT Core 中进行维护。同时，配置4台PDA 供番茄丁和番茄酱车间在线质检员巡检时使用，使巡检过程中被监测点位所在关键区域实现无线网络覆盖。

3.2 系统集成和应用

将MES 系统与小铁牛云平台系统集成，获取番茄原料入厂检验信息（每车抽检的检验记录信息）。小铁牛系统推送信息包括：车牌号、农户姓名、司机姓名、详细地址、扫码时间、重磅时间、重磅质量、轻磅时间、轻磅质量、抽样全重、一检扣杂率、二检扣杂率、质量等级、质检员、班次等。MES 系统与小铁牛系统集成接口以API方式发布，所有接口传递的数据均使用对象封装的方式进行。为方便增加RSA 加密和签名等操作，传递的对象均使用JSON 序列化字符串进行传递，编码规则均使用UTF-8 进行编码。最终开发出的数字化质量监管平台界面如图4 所示。该数字化大屏将复杂、多变、密集的多种信息进行采集、融合、分析和数据可视化，以图形化的直观方式展示给管理者。例如，产品合格率、品类合格率、日计划产量、检验任务完成情况统计、来料检（杂质率）统计、异常信息等。

图4 番茄加工质量数字化监管平台Fig.4 Digital supervision platform for tomato processing quality

4 结语

根据番茄加工工艺和企业生产实际，本文针对传统番茄加工过程中存在的信息盲点和数据孤岛问题，利用新一代信息技术，融合番茄加工各环节关键数据，建立番茄加工质量数字化监管平台，实现番茄深加工质量数字化、智能化，为番茄加工过程中质量管理提供智慧决策支持。该数字化监管平台的开发与应用，消除了番茄加工过程的信息盲点和数据孤岛，解决了番茄原料质量信息无法实时统计分析、质量异常数据无法快速反馈等关键问题，达到了提高决策效率和管理水平、降低茄制品不合格率和损失率，从而增加企业经济效益的目的。