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关键词：闭环式 全流程 智能化
随着全球乳品行业寻求提高效率、降低成本并履行其企业社会责任，未来10年，乳品行业对技术的使用将发生巨大变化。目前技术已经出现在提高牛奶产量和群管理上，包括使用无人机监控土地和牛、技术评估奶牛的健康和生产水平、面部识别和机器人奶牛挤奶设备等。乳品智能制造技术是指利用计算机模拟制造业领域的专家的分析、判断、推理、构思和决策等智能活动，并将这些智能活动和智能机器融合起来，贯穿应用于整个制造企业的子系统（经营决策、采购、产品设计、生产计划、制造装配、质量保证和市场销售等），以实现整个制造企业经营运作的高度柔性化和高度集成化，是一种极大提高生产效率的先进制造技术。对于建厂90多年本土发展壮大起来的济南佳宝乳业，如何提高乳品质量，提高产能，实现生产自动化、智能化和优质快捷服务已是势在必行。
佳宝乳业智能工厂的总体设计、工艺流程及布局均建立了数字化模型，通过数字化模型规划整个功能区域，包含智能牛场、智能化生产车间、成品仓库、冷链物流、终端售卖机等封环式全流程。车间实现生产环节数字化控制，针对自动化生产线工序之间的物流周转，进行动作模拟仿真，优化关键参数，并优化整个工艺布局。
（一）智能奶牛场生产过程可视化管理
智能奶牛场通过软件技术已实现了模拟仿真，生产流程数据可视化，主要通过以下系统软件及设备实现。
1．智能化管理软件
该软件是智能奶牛场的核心中枢，完成日常业务管理的同时，集成所有生产智能化设备，并为集团、政府等报送各类数据，是承上启下的智能节点。软件功能包括种、料、管、病、厅、物、财七个方面，场长、繁殖、兽医、饲养、TMR、奶厅、环境、发情八类视图，以及统计分析、自定义报表、系统管理等。
2．奶厅智能监管系统
该系统包括个体标识、识别系统、奶机数据集成系统、无人值守数据中心及工业级网络系统。个体标识采用RFID蹄带式或使用计步器，识别系统采用在位识别。奶机数据集成包括奶位奶量、导电率、泌乳时长等奶机的运营状态。无人值守数据中心及工业级网络系统负责将奶牛个体信息与奶机数据整合，形成个体产奶记录以及奶机运营状态，上传SaaS平台，实现实时监管个体奶量和挤奶机运营状况，并通过PC、APP等方式分发至各级管理人员，实现奶厅工作数据化远程监管。
3．发情智能监测系统
该系统包括蹄带式设备、固定式天线、无人值守数据中心及工业级网络系统。蹄带式设备包括了活动量监测、个体标识等功能，可以同步用于奶厅个体识别；固定式天线安装于牛舍、奶厅等需要接收奶牛活动量等数据的位置；无人值守数据中心及工业级网络用于奶牛颈带设备与牛场数据总成及远程SaaS管理软件的互联互通。系统可以通过电脑软件、手机APP、微信等多种方式监控奶牛个体发情、卧床、疾病等状态。
挤奶厅智能监管系统
发情智能监控
4．TMR饲喂智能监测系统
根据理论日粮配方制作投料单，采用TMR搅拌车智能监测终端、铲车智能监测终端、实时移动管理终端，集成各终端数据，通过自建工业级无线网络系统，将实际TMR加工及饲喂添加情况实时通过SaaS平台反馈至管理者，保证配方日粮、投喂日粮、采食日粮的一致性。
5．环境智能监控系统
采用物联网感知技术，调节牛舍环境至舒适状态，防止牛只应激。为牛舍装备温度、湿度等环境感应设备，当环境达到临界值时，自动打开牛舍风扇或喷淋系统，创造一个舒适的环境，减少热应激。当传感器数值超过设定值之后，将自动预警，并且通过手机短信，手机APP进行通知。
6．智能挤奶大厅
采用瑞典SAC公司设计的50位转盘式挤奶方式。通过智能识别门辨识挤奶牛只状况并记录个体信息。转盘通过驱动滚轮依据中控系统设计的速度周期性旋转，挤奶工人不需要移动位置，只需在牛只转动到当前位置时直接操作即可，节省员工体力的同时更利于挤奶流程的执行及标准化管理。
智能挤奶大厅
（二）常温奶生产车间数字化控制
常温奶生产车间实现了生产环节数字化控制，工艺流程模拟仿真，生产流程和数据通过现场HMI和中控PC进行实时显示，操作屏控制。整个生产车间由多个系统构成，通过输入模块进行反馈，信息进入PLC处理后，通过输出模块进行各项指令的下达，来控制设备的稳定运行。同时，信号上传到设备自身监控和维护控制系统，来实现对生产过程和工艺过程现场控制，所有信息和指令在HMI上显示和操作。同时，信号上传至中央控制系统来实现整个生产过程的操作和监控。
1．收奶系统
原奶检验合格后，奶罐车到达收奶工位准备就绪，通过HMI选择收奶线、罐号，启动收奶程序。收奶过程中设有自动脱气功能，减少流量计的计量误差。设有在线流量计，对收奶量进行实时计量，流量计具有比重在线监测功能佳宝乳业，出现异常会自动停止收奶。
2．标准化系统
牛奶收入暂存罐储存后，随即进行标准化处理，处理过程中通过分离机对原奶进行杂质分离，将原奶中杂质分离出去，达到净乳目的。净乳设备自动排渣，自动运行，通过HMI实时显示转速等数据，并进行异常情况的报警和处理。同时，通过分离机对产品进行标准化，使产品符合质量标准。
3．配料系统
根据产品的特点，调制乳和饮料类产品需要配料，配料单通过公司的JBCMP系统自动生成配料初单，原料自动扫码，各种原料相关信息自动上传到系统中，生成最终的配料单。配料过程温度、流量、液位等关键参数自动显示和控制。
4．UHT灭菌系统
UHT灭菌系统是利用超高温瞬时杀菌的方式来杀灭细菌。杀菌后的牛奶通过无菌管线进入无菌罐暂存或直接灌装。该系统主要有蒸汽控制系统、热水循环和热量回收系统、均质机、脱气罐、保持管、保温管、冷却管等组成，同时配套无菌罐暂存系统，保证生产的连续性，降低产品褐变的几率，设备中流量、温度、压力、重量、真空度、频率、局部流程图等关键参数，实时显示显示和控制。
5．无菌灌装系统
该系统通过光眼、温度传感器、压力传感器、角度编码器、伺服电机、流量计等检测传导装置传递信号到PLC，PIC根据数据进行处理，控制灌装系统的稳定安全运行。各种温度、压力、流量参数自动实时检测、实时记录，出现异常，自动报警。生产量、次品量自动计数，生产效率、设备故障实时记录和统计，通过以太网可由SIG公司远程监控和分析。
6．全自动包装系统
包装系统是对灌装后的产品进行喷码、装箱、码垛等工序的完成，全过程由智能机器人和自动化控制系统完成。该系统通过多米诺全自动喷码机完成喷码，可实现自动调时、自动计数、智能编号等功能，减少人为因素造成的批次影响。高清视觉识别装置来完成喷码编号等参数的识别，保证产品质量的稳定。
7．制冷系统
制冷系统是为牛奶的降温过程提供冰水系统，使产品保存在合适的温度。制冷系统四台机组独立HMI显示，自动控制，各工序过程压力、温度、流量自动显示，并根据制冷量自动调整能级，超负荷会自动减载或停机。同时，四台机组及相关辅助设施的相关参数及控制界面统一反馈到控制室的PC机，实现集中控制操作。
8．供水系统与供气系统
供水系统包含原水的处理和储存，工艺水和纯净水的供应和控制。通过压力、液位、流量计等参数传输到PLC集成控制实现自动水处理，自动调节流量供水，流量在线显示，趋势图存储记录。
供气系统共有两台空压机主机，两台冷干机及相关辅助设施组成，压力、温度、功率、电流等参数实时监控，实时预警，HMI界面显示控制。在线压缩空气除水、除油，保证压缩空气的洁净度，提高气动系统和电子元件的使用寿命。
9．CIP系统
CIP系统是为生产过程中各种管线、罐、灌装机等设备设施提供及时清洗的自动化控制系统。该系统包括浓酸碱的供给佳宝乳业，酸碱液的配置，各个清洗目标的确定，清洗过程中的流量、温度、电导率等关键参数的自动控制。清洗过程中清洗目标的防错提示和控制，清洗流程的HMI的实时显示，是否完成的提示和锁定，清洗过程的在线记录，曲线图的储存和查询。
（三）佳宝立体库和冷链及智能自售系统
1．常温奶贯通式立体仓库
立体仓库是现代物流系统中的重要物流节点，立体库使用高层货架存储货物，存储区域可以大幅度地向高空发展，充分利用仓库地面和空间。因此，节省了库存占地面积，提高了空间利用率。使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动强度。立体仓库控制管理系统通过与JBCMP子系统相对接，数据互传，实现了对物流的全流程监控。
2．冷链监控系统
冷链监控系统可实现对冷链物流的车辆定位、轨迹管理、里程统计、车厢温度等的监控，系统具有多方式报警功能，可实现实时监控报警，与JBCMP系统子系统相对接，实现对物流的全流程监控。
3．自动售货机
自动售货机实现了产品最终销售走向的管理，具有设置方便、管理成本低、经营场所灵活等优势，可实现24小时服务，不受时间地点的限制，既能节省人力又能方便交易，实现了对产品终端销售的管理，从而实现了对物流的终端监控。
（四）通用管理平台（JBCMP）和企业资源计划系统（ERP）数据共享
佳宝通用管理平台（JBCMP）由企业自主开发，是真正意义上践行ERP思想的核心系统，在同一个平台上打通了公司现有的业务系统，实现了数据的相互访问，操作的互联互通。系统包括：工作流子系统、银企直联及检核返利兑现子系统、生产管理子系统、仓储与物流管理子系统等。
（五）建立通信网络架构，实现工厂信息互联互通
智能工厂各层级网络之间的互联互通是实现数据采集与交互、工业大数据的基础前提，为此针对智能工厂内不同设备（工业机器人等）架构建立统一信息技术模型，不仅支持单一设备也支持多设备的生产单元的系统集成。通过构建局域网、设备组态等建立设备“端到端”信息网络，为设备层、控制层及车间层网络的互联互通搭建统一平台。
此文发表于中国奶业协会组织编撰发布的《中国奶业数字化转型卓越案例集》
（撰稿人：张成柱，刘向松）
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