MES系统在乳制品质量提升及溯源系统的重要作用

嵇海涛

广东燕塘乳业股份有限公司，广东广州 511356

0 引言

随着以信息技术为主体的工业4.0（第四次工业革命）在世界各国掀起的新一轮技术革命[1]，以及大数据化信息时代的到来，使得智能化生产被越来越多地应用于各个生产行业中[2]。我国的乳品行业在2008年出现“三聚氰胺”质量安全事件后，随着国家对乳制品生产的监管越来越严格，同时消费者对乳制品的质量期望值也越来越高，以及企业对自身品牌的维护需求，每个乳品企业都已经建立了一套自己的产品质量控制系统及溯源系统，但各企业的条件不同，有的乳品公司溯源系统还以手工为主，但很多大的、成规模的乳品公司已采用MES系统来进行生产过程的质量控制和生产管理，并很好地解决了产品溯源的问题。本文详细介绍了智能化生产的核心系统MES系统在液态乳各生产工序中的应用及其对提升产品质量和在产品溯源中的重要作用[3]。

1 MES系统的定义

MES是英文“Manufacturing Execution System”的缩写，中文翻译为“制造执行系统”“生产实施系统”等，有的企业也简称为“中控系统”。MES系统是面向车间的生产过程管理与实时信息系统，主要解决车间生产任务的执行问题[4]。MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库，通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务[5]。MES系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业提高产品的质量稳定性、生产效率及产品的可追溯性。

2 MES系统管理模块

市场上众多设备制造公司均有自己设计制造的MES系统平台。本文仅以瑞典利乐公司设计的MES系统为例，简要说明MES系统如何在液态乳生产过程中提升产品质量和在产品追溯过程中发挥重要作用的。利乐的MES系统可分为以下八大模块。

2.1 追溯模块

追溯模块是让用户能够追踪生产过程的数据，通过此模块可以生成追踪树和目录树，展示原料在生产过程中所经过的途径，并可生成报表，记录各项数据和趋势变化情况[6]。点击追溯模块，选定一个查找选项，例如单元名称，或CIP ID，输入查找信息（或不输入，搜索全部），选定查找的时间范围，点击查找，能够查找到选定时间范围的需查找单元的生产状况或CIP操作。点击一条选中的生产操作记录，点击生成追溯树按钮，生成追溯树；点击生成目录树按钮，生成目录树。

2.2 生产报表模块

生产报表可以让用户查询整个工厂的生产情况。生产报表包含产品概要报表、设备报表、生产报表、物料报表。点击生产报表模块，进入产品概要报表，可看到有开始日期和结束日期选项，左边有加工组、加工单元组、单元选项，右边有原料类型、原料类、原料选项，确定需查找的时间范围，用户可根据需要选择查看的单元或者原料。同样，可根据需要打开相对应的设备报表、生产报表或物料报表。

2.3 CIP模块

CIP模块包含CIP概要报表、CIP趋势图、CIP清洗时间分析报表（图1）。CIP概要报表通过选择需查询的时间范围，可查找时间内的CIP线操作，表格显示各CIP线的清洗程序、清洗状况、开始及结束时间。如果对CIP设定监控参数，在CIP报表中可看到这些参数的趋势图。打开CIP清洗时间分析报表，如果清洗时间不在设定范围内，清洗记录字体会显示为红色，说明CIP异常。

图1 CIP报表图

2.4 CIP有效性模块

CIP有效性模块用图表的形式体现CIP线的利用率，以及距上次CIP最大、最少和平均等待时间。点击要查询的CIP线，选择时间间隔或者自己定义区间，以及是否包含暂停和中止状态，点击产生图表按钮，图表通过不同颜色显示CIP类型和状态。

2.5 质量控制模块

在该模块下可以得到与质量相关的报表，用户要在该模块下设置收奶、生产加工过程中的样品相关信息，记录样品检测结果。质量控制模块主要由接受质量概要报表、加工质量概要报表、加工质量参数报表组成（图2）。

图2 质量控制模块图

2.6 原料编辑器模块

用于创建和管理原料（图3）。每种原料都可以定义其原料类和原料类型，原料、原料类和原料类别都在这模块创建。点击此模块，打开原料标签，页面中列出所有的原料，在列表中选中一个原料，可以在右侧编辑框编辑原料信息，包括原料名称，别名，原料类，原料类型，原料ID，如果在原料类中设置了原料属性，该原料的属性值也可以编辑，修改完成后，点击更新，新增一个原料。

图3 原料编辑器模块图

2.7 用户管理模块

用于管理不同用户对不同区域、不同功能的访问权限（图4）。通过用户管理模块，根据人员的职责不同，给予不同的访问权限，实现用户的灵活管理。打开管理模块，选择一个用户组，节点组和访问区域，点击编辑按钮，罗列出该访问区域的功能点，每一个功能点都有一个复选框，选中复选框，用户组有权限使用该功能，编辑完成后，点击保存按钮。

图4 用户管理模块图

2.8 报表工具模块

在报表工具模块，可以查看定制化的报表。例如定制维护报表，点击报表工具按钮，打开维护报表，可查询设备的型号、操作次数、故障次数、运行时间、最后服务日期等，也可按已超限的设备、急需维护的设备分类通过上述这些模块，利乐的MES系统在乳制品生产过程可实现从原奶验收、配料、杀菌、灌装、清洗整个生产流程的关键控制点的控制及数据采集，确保产品质量的安全及产品的可追溯性。

3 MES系统在乳制品液态奶生产过程中的具体应用

液态奶生产工序流程一般如下：收奶、净乳、储存、配料、杀菌、冷却、储存、灌装、包装、清洗。在利乐的MES系统平台，从收奶到清洗的上述工序流程中，都可以实现自动化控制及可追溯性。几个关键工序具体操作情况如下。

3.1 收奶工序

首先打印样品ID标签贴在取样瓶上，在奶槽车采样并送检，样本ID扫描录入（如有foss系统自动录入），在化验室管理系统提前设定好的参数值来判定是否合格，检查录入检测数据，如QC判定合格，则可以开始收奶。操作中控系统的中控员收到QC指令后，先选定将要储存原奶的奶罐并输入收奶牧场名称，并选定收奶线路，然后用对讲机通知现场收奶员用软管和奶槽车的奶缸连接，确认无误后启动收奶程序，收奶线路的奶泵、阀门、流量计、冷却板片、及线路上的各种阀门等根据设置好的参数自动打开或关闭，按设定的程序运行。收奶结束后自动关闭收奶程序。当产品出现问题时，就可以通过系统的追溯模块查找产品用的是哪个牧场的奶源，原奶储存的是哪个奶罐、储存时的温度、数量、使用的时间、调配的线路等，查找是哪个环节出现问题。如果按原来手工操作和记录，就有可能出现人为的遗漏或不准确，造成追溯的难度。

3.2 配料工序

在利乐MES系统有的还会含有一个“配料防错系统”，这对很多中小型乳品厂来说是一个非常好用的系统，因为以往在配料工序由于员工的失误常常投错料从而给工厂造成很大损失，需花费很大人力、精力去解决。这套配料防错系统主要通过以下流程来达到防错目的：一是物料条码打印—打印并粘贴条码。二是物料赋码接收—PDA扫码入库。三是扫码备料或出库。四是投料拆零赋码。五是投料扫码确认。六是批次控制—确认各项数据准确。这个流程通过对入库的每批次原料赋与一个码，并扫码入库，出库时也要扫码，在称料间称量散料时配备具有通讯端口的高精度电子称，并给称好的散料赋码，配料单所需的物料也传到PDA扫码器，投料时通过扫码确认无误后才能投，这样避免了人为错误。在产品出现问题时，也能快速追溯到所用的是什么物料及其批次。

3.3 杀菌工序

在乳制品生产中杀菌工序是一道非常关键的工序，主要监控的是杀菌温度、流量、压力等参数。一些新的杀菌设备都一般有通讯输出端口，可以和MES系统对接，这样杀菌设备在生产过程中的数据就可实时传输到MES系统，MES系统就能对杀菌过程进行监控并记录相关参数的数据，并生成相关参数的曲线图。当产品出现问题时，需追溯生产杀菌过程是否正常，各项参数的变化就能通过各项参数的曲线很快查找到。

3.4 CIP工序

在乳制品生产中CIP清洗工序也是一道非常关键的工序。在没有自动化清洗之前，靠人工做生产设备清洗，常常会造成产品质量不稳定，而且很难追溯到具体原因。在CIP工序中，最关键的四个参数是“清洗温度”“清洗浓度”“清洗时间”“清洗流量”，以前靠人工控制非常不稳定，难以确保产品质量；采用MES中控系统平台后，将验证有效的每一条生产线的四个清洗参数输入MES系统，由系统自动控制。中控人员如要清洗某一个罐或某一条线路时，只要选好其所在区域的清洗线路并启动，系统就会按照设定好各项程序参数自动运行，除非遇到故障，整个清洗过程从开始到结束不需人为操作，并自动记录清洗过程各项运行参数。

4 MES系统如何实现产品追溯

假设怀疑一批次产品出现问题时，可以通过MES系统的出库模块查找到这批次的产品的出货线路及去到哪几个经销商，就可启动产品召回流程，从相关经销商快速召回产品。为了查找此批次产品质量问题的原因，可通过MES系统的原料模块找到此批次使用的原料的来源及其批次号、原料的各项检验数据；通过查找此批次的产品生产报表，可以快速查找到加工过程的路径及各工序的控制点数据、清洗数据以及数据变化的趋势，这样就能快速进行分析及确认造成产品质量问题的原因。

5 小结

本文通过MES系统在乳制品液态乳生产中的具体应用阐述，以及如何实现产品追溯的介绍，说明MES系统在乳制品生产中提升产品质量及实时追溯的重要作用。和传统乳制品生产相比较，MES系统解决设备自动化的数据收集，使到数据更准确及快捷；在质量控制方面，通过将工艺参数输入系统，实施自动化操作，减少人为操作的失误，使到产品质量更加稳定可靠。在以智能制造为核心的国家发展大背景下， MES系统对液态乳生产质量提升和快速溯源都有着非常重要的作用，MES系统今后将会成为越来越多乳制品生产企业的选择。