物联网技术在酱香型白酒生产中的应用分析

摘要本文从产品质量的稳定性、生产效率、数据分析和管理能力等方面分析了酱香型白酒生产过程中亟待进一步提高的环节，阐述了物联网各层次先进技术在白酒生产环节中的应用，并设计一套酱香型白酒生产的物联网应用系统架构，为物联网技术在酱香型白酒生产中的应用提供参考。

关键词酱香型白酒；物联网；系统架构；数字化；精准控制

中图分类号TS261文献标识码A文章编号1007-7731（2024）18-0100-05

DOI号10.16377/j.cnki.issn.1007-7731.2024.18.022

Application of Internet of Things technology in the production of sauce-flavored liquor

ZHANG MingzanHE BiaoTIAN HuiWANG Yuan

（Guizhou Industry Polytechnic College， Guiyang 551400， China）

Abstract The aspects that urgently require enhancement in the production process of sauce-flavored liquor were analyzed， including the stability of product quality， production efficiency， and the capabilities of data analysis and management. The application of advanced technologies at each level of the Internet of Things （IoT） in the liquor production process was discussed. Furthermore， an IoT application system architecture for the production of sauce-flavored liquor was designed， which serves as a reference for the application of IoT technology in the production of this type of liquor.

Keywords sauce-flavored liquor; Internet of Things; system architecture; digitization; precise control

酱香型白酒生产工艺流程复杂，生产周期长^[1]，生产以人工操作为主，工艺控制主要由经验丰富的酿酒师完成。这种生产方式劳动强度较大，生产效率低且较不利于产品质量的稳定^[2]。物联网信息技术已被应用于各个领域，尤其是生产领域，大大提升了生产效率。在酱香型白酒生产中引入物联网等现代科技，对进一步提高其生产效率，保证产品的质量稳定性，实现生产过程的全方位管控，以及促进对其独特风味成因的研究具有重要现实意义。在加快构建酒业新发展格局背景下，酱香型白酒企业需加快数字化转型步伐，加强数字技术攻关，深化数字技术与生产经营融合。目前，基于物联网技术的白酒生产主要聚焦于部分环节中对该技术的应用，如射频识别（Radio frequency identification，RFID）电子标签^[3]、二维码技术在防伪溯源上的应用，5G等通信技术在生产、仓储和包装数字化方面的改造^[4]。本文分析了酱香型白酒生产方式亟待提升的环节，物联网技术在酱香型白酒生产各环节中的应用，以及其生产中物联网应用系统架构设计，为物联网技术在该产业生产中的应用提供参考。

1 酱香型白酒生产方式亟待提升的环节分析

1.1 产品质量稳定性方面

酱香型白酒传统酿造工艺经过多年的发展，其质量控制参数已标准化、技术化，但生产操作多以人工或半机械化为主，执行工艺标准时可能存在上甑时间、蒸馏气压、上堆温度、发酵入窖时间和摘酒终止温度等的精确度有待进一步提升的现象，导致车间与车间、班组与班组以及批次与批次之间可能存在质量差异。曾立等^[5]研究认为，通过常规生产方式生产的酱香型白酒，其产品质量稳定性依赖于酿酒师的经验和技术，产品质量存在一定的波动性，生产效益有待进一步提高。智能化生产可以通过先进的物联网感知技术实时掌握和精确控制生产过程中的关键参数，从而提高产品质量的稳定性和一致性。

1.2 生产效率方面

酱香型白酒常规生产方式注重酿酒师的经验和技术，依赖手工操作和感官判断来控制生产过程，暂无法精确监测和调控温度、湿度和发酵时间等关键参数，生产过程的精准控制有待进一步提升。王国江等^[6]研究提出，常规酱香型白酒生产受限于手工操作和人为因素，生产效率相对较低，人力成本相对较高，且存在水资源浪费的情况。智能化生产能够通过自动化和智能化技术的应用，实现全天不间断生产以及各生产环节的无缝衔接。

1.3 数据分析与管理能力方面

酱香型白酒生产在数据收集分析和管理方面存在很大改进空间，对生产管理和决策的有效支持有待进一步提高；在溯源方面仅能提供有限的信息，如生产日期、生产批次等。这些信息不足以让消费者全面了解产品的来源和质量。周明伟等^[7]和孙宇星等^[8]研究表明，智能化生产通过引入物联网等先进技术，能够实时收集和分析生产过程中产生的数据，为生产管理和决策提供有力支持；能够记录从原材料采购到生产、销售等各个环节的详细信息，为消费者提供更加全面、透明的产品信息。

2 酱香型白酒生产中物联网体系架构各层次关键技术应用分析

物联网通过将各种信息感知设备与网络紧密融合，构建一个庞大的互联网络，使得人、机器与物品之间实现随时随地互联互通。邓三鸿等^[9]分析了物联网研究进展，指出目前物联网技术主要包括智能感知技术、识别技术、信息通信技术以及普适计算技术，被应用于工业、农业、医疗、能源电力和物流等领域。该技术主要分为4个层次，底层是感知层，中间层分别是网络层和平台层，高层是应用层（图1）。

2.1 感知层

感知层位于物联网模型的底层，是所有上层结构的基础，主要负责各类信息的采集和底层指令的处理，将物理世界和信息世界联系在一起。该层设备主要包括各种类型的智能传感器、生产设备、视频监控和贴有RFID的各种资产，其主要实现方式是通过不同类型的传感器感知各类环境信息。该层主要应用有传感器技术、RFID技术、定位技术和图像采集技术等。RFID技术是物联网感知层技术的重要组成部分之一，被广泛应用于酒类防伪溯源环节。例如，于欢等^[10]采用RFID技术设计了一种酒类防伪技术；杨云勇等^[11]利用RFID高安全、防复制及点对点传输等特点，设计了一种酒类防伪溯源的应用方案。RFID的优势体现在防水防磁、远程读取、快速读取、庞大的存储容量以及数据加密的安全性等方面^[12]。

2.2 网络层

网络层位于物联网模型的第二层，主要负责将来自感知层的各类数据传输到平台层，同时将来自平台层的指令下达至感知层，具有强大的纽带作用。该层由各种私域网络、互联网、有线和无线通信网等组成，负责将感知层获取的信息安全可靠地传输至平台层，进而根据不同的应用需求进行信息处理。该层技术主要由ZigBee、通用分组无线业务（General packet radio service，GPRS）和窄带物联网（Narrow band Internet of Things， NB-IoT）等无线技术以及以太网、串口通信等有线技术组成，主要被应用于酒类生产的信息传输环节。赵殿臣等^[13]采用物联网ZigBee通信技术，建立了窖池和曲房、曲药的无线测温系统。卢令等^[14]采用GPRS技术实现数据远距离传输，建立了一种基于物联网的白酒窖池感知系统。凌鹏鹏等^[15]通过运用ZigBee和RS-485技术，成功实现了窖池温度的在线检测，从而有效解决了人工采样过程中可能存在的窖池密闭性受损等问题。罗一等^[16]通过NB-IoT通信技术实现生产过程参数的无线传输，建立了一种模糊PID窖池温度控制系统。

2.3 平台层与应用层

平台层位于物联网模型的第三层，主要负责处理和分析感知层传输的海量数据，如云计算平台、大数据平台等，其主要功能是提供设备管理，实现数据的存储和处理，帮助企业解决数据存储、数据安全以及数据使用（数据挖掘与机器学习）等问题。应用层位于物联网模型的最高层，主要为用户提供丰富的特定服务，负责将处理后的数据应用于实际业务场景，提供各种智能服务，如智能家居、智能交通和工业自动化等。应用层的主要功能是实现数据的增值和应用，如对信息进行处理和决策，通过网络层发送信息，以控制感知层的设备和终端。唐辉荣^[17]通过物联网平台层和应用层的平台即服务（Platform as a Service，PaaS）和软件即服务（Software as a Service，SaaS），研发相应功能的App和白酒工业互联网平台，提出支撑消费结构、订单分解、产品设计、智能排产和品控分销等工业环节的智能分析与决策技术，促进白酒生产与服务智能化，以最大限度节能降耗，降低人工成本，提升酒品质量效益。

可见，酱香型白酒生产过程中物联网技术在数据采集和实时监测、远程控制和智能优化、生产维护和运营管理、成本降低和效率提升、质量控制和产品追溯，以及环境保护和可持续发展等方面都具有重要的应用价值。

3 酱香型白酒生产中物联网应用系统架构设计

在酱香型白酒酿造过程中，对温湿度、酒精浓度、溶氧浓度、pH和CO浓度等各类指标的监测较为重要。物联网技术可以实现对酱香型白酒生产过程中各类指标的实时远程监测，借助于各种信息感知技术获取底层感知数据，采用合适的通信技术将信息传输到数据中心进行存储、分析和处理，再根据数据分析结果来调节设备或仪器的运行状态或参数，以优化白酒生产过程和提高产品质量。通过在酿酒企业厂区的水源采集区、基酒生产车间、成品库车间、曲房、窖池及其他重点区域布设温度、湿度和pH计等精密传感器，实时采集数据，送达监控中心应用服务平台进行处理和分析，以确保生产管理部门对环境的实时感知和实时监测，从而达到精益化生产的目的。王凡等^[18]分析了白酒生产自动化技术的研究应用进展，指出当前物联网各层次的先进技术已被广泛应用到酱香型白酒生产实践中，而部分企业利用物联网技术进行生产环节的智能化改造，暂未实现物联网各层次技术与生产全过程的深度融合。为此，本研究将物联网各层次新技术应用于酱香型白酒的生产全过程，设计一套酱香型白酒生产的物联网应用系统架构，如图2所示。

3.1 物联网感知层技术的应用

酱香型白酒生产需经历原料粉碎、配料、蒸煮、糖化发酵、蒸馏、基酒贮存、勾调过滤、罐装及成品等多个环节，借助物联网感知层技术可实现对生产过程的全方位监测。如在原料和配料环节，通过在原料仓库安装水分传感器、湿度传感器和重量传感器等，实时监测原料的水分、温度和重量等指标，为原料配比提供依据。在发酵环节，通过在发酵罐上安装温度传感器、酸度传感器、酒精度传感器和微生物传感器等，实时获取发酵罐内的温度、酸度、酒精度以及微生物等参数，以便及时调整发酵罐的加热温度、添加曲种及发酵时间等，从而保证产品质量的稳定性。在蒸馏环节，通过在蒸馏塔上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器等设备，实时监测蒸馏塔各段的温度、压力和流量等信息，为调节蒸馏塔的加热温度、回流比和提取率等参数提供参考，以保证蒸馏塔处于较佳运行状态。在罐装储存环节，通过在储存罐或储存室内安装温湿度传感器、光照传感器和氧气传感器等，实时获取储存罐或储存室内的温湿度、光照和氧气等信息，以调节储存罐或储存室的密封性、通风性和遮光性等参数，保证储存过程中产品的质量。何宏魁等^[19]综述了物联网技术在白酒生产中的应用，在成品包装环节，通过给每瓶酒植入RFID电子标签，企业可对白酒的生产、运输和销售等各个环节进行记录和跟踪，消费者可通过手机端识别真伪，从而实现产品的溯源和防伪。对物联网感知层技术全方位的应用，能够更有效地优化和提升白酒生产流程的效率和产品质量。

3.2 物联网网络层技术的应用

酱香型白酒生产工艺特殊、流程复杂。各生产环节对环境均有特定要求，对信息传输的要求较高，而物联网有着丰富的通信协议簇，可针对不同的环境需要，采用不同的通信技术，实现数据指令的上传和下达。物联网网络层技术主要包括有线通信技术（如以太网ETH、RS-232、RS-485、USB、M-Bus和PLC），短距无线通信技术（如ZigBee、RFID、Wifi和Bluetooth），蜂窝移动通信技术（如GPRS／CDMA、3G、4G和5G），低功耗通信技术（如Sigfox、LoRa、NB-IoT和eMTC）等^[20]。根据工厂环境要求和物联网通信技术特点，采用企业组网或运营商组网等方式来完成信息传输。例如，有线通信技术（如以太网）适合稳定且固定的环境，而短距无线通信技术（如ZigBee、RFID）则适合移动设备和临时设置的监测点，低功耗通信技术（如LoRa、NB-IoT）则适用于远程或难以布线的环境。当前，多数研究只关注某种物联网通信技术在酒企中的应用，而生产环境的复杂性使得实际生产中需要多种物联网通信技术的集成使用，以满足环境适应性、数据传输速率、成本效益、安全性和兼容性等多方面的需求。

3.3 物联网平台层和应用层技术的应用

物联网平台层主要负责实现网络控制、信息处理、数据分析和平台展示等，解决了酒企数据管理、设备管理、资产管理、SIM卡管理、安全维护、协议转换、应用鉴权和规则引擎等系统问题，并提供上层开放接口，使得应用层系统可以灵活开发和快速部署。平台层的数据存储会用到关系型数据库、NoSQL数据库和分布式文件系统等数据存储技术，数据分析则涉及大数据分析、机器学习和人工智能等数据分析技术。物联网应用层主要是部署各类专用业务系统，如物料管理、生产管理、质量管理、仓储管理和溯源管理等系统，同时可定制Web、App等各类接入渠道，满足酒企的管理需求。应用层主要通过各类软件开发技术实现系统的部署，如系统开发、网站&H5开发和App开发等^[21]。利用物联网平台层和应用层技术进行系统管理，可以提升酒企的数据管理、设备管理、资产管理和安全维护等能力，增强各业务系统的集成与协同，优化用户体验，提升企业的整体运营效率和增强竞争力。

综上，物联网技术在酱香型白酒生产中的应用有着重要的现实意义。该技术为酱香型白酒生产行业的信息化、数字化和智能化改造提供了技术保障，通过构建完善的酱香型白酒生产物联网应用体系架构，有助于物联网技术与该产业生产的深度融合，促进其高质量发展。

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（责任编辑：何艳）