食品工業(yè)實(shí)證的企業(yè)數(shù)字化管理探析

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摘要：食品行業(yè)數(shù)字化的平均水平遠(yuǎn)落后于其他行業(yè)。數(shù)字化技術(shù)使得診斷數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)在機(jī)器和專業(yè)人員以及專業(yè)人員和專業(yè)人員之間更好地流動，其在食品行業(yè)產(chǎn)品分類、無線加工廠、操作和決策過程、儲存和運(yùn)送、分配以及食品安全方面的應(yīng)用，能帶來諸如節(jié)省勞動力、增加可靠性、供應(yīng)鏈透明化、提升客戶體驗(yàn)以及增強(qiáng)功能等益處。頂級食品公司正尋求與高科技公司的合作，不斷提高數(shù)字能力和改進(jìn)在原料收割、加工、運(yùn)輸和銷售等方面的管理方式，確保為消費(fèi)者提供安全、健康、有營養(yǎng)的食物。但目前食品企業(yè)實(shí)施數(shù)字化面臨有關(guān)數(shù)字化必要性、支付能力、勞動力有效性、網(wǎng)絡(luò)安全和可靠性、設(shè)備升級以及整個(gè)供應(yīng)鏈數(shù)字化等爭議。未來提供數(shù)據(jù)收集功能的云服務(wù)以及以較低價(jià)格實(shí)現(xiàn)PC控制的Windows控制中心可能成為食品工業(yè)數(shù)字化的方向。文章根據(jù)來自食品工業(yè)的實(shí)證，對企業(yè)數(shù)字化管理進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；工業(yè)4.0；實(shí)時(shí)信息流動；食品行業(yè)

0引言

工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（IIoT）描述了當(dāng)今數(shù)字化工廠的前沿：從較少有人參與的自動化系統(tǒng)到更具實(shí)驗(yàn)性的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，從移動設(shè)備和遠(yuǎn)程訪問到WiFi網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算，從繼電器邏輯電路到可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLCs）到監(jiān)視組態(tài)軟件（SupervisoryControlandDataAcquisition，SCA⁃DA），從基于Windows的軟件到不可知系統(tǒng)，IIoT為促進(jìn)信息共享和實(shí)現(xiàn)更快、更好、更便宜運(yùn)營目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。如歐喜香腸工廠廣泛使用機(jī)器人技術(shù)，自動引導(dǎo)車輛（AutomatedGuidedVehicle，AGVs）和自動化存儲和檢索系統(tǒng)（AutomatedStorageandRetrievalSystem，AS/RS）穿梭于各種設(shè)備和生產(chǎn)點(diǎn)之間，產(chǎn)品從研磨、做餡、烘干和烹飪的整個(gè)過程都由機(jī)器來處理，在制樣品也實(shí)現(xiàn)自動水分測量和其他質(zhì)量檢測；NewBureba食品加工智能設(shè)施將工業(yè)4.0的關(guān)鍵原則付諸實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)更高效、更靈活的制造運(yùn)營中心［1］。技術(shù)進(jìn)步推動了生產(chǎn)力,帶來了高技能的工作崗位，為經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)勁發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但根據(jù)麥肯錫數(shù)字商數(shù)（DigitalQuotient，DQ），食品行業(yè)在文化、策略、能力和組織4個(gè)維度上表現(xiàn)出的數(shù)字化的平均水平遠(yuǎn)落后于其他行業(yè)［2］。隨著全球經(jīng)濟(jì)和數(shù)字技術(shù)日新月異的變化，食品行業(yè)數(shù)字化的許多問題仍然待解：新技術(shù)的運(yùn)用能給食品工業(yè)帶來多大的附加值?食品公司應(yīng)采取什么樣的技術(shù)策略來保持競爭力?需要多大程度的投入來促使食品行業(yè)從現(xiàn)有技術(shù)逐漸向智能技術(shù)轉(zhuǎn)型?食品行業(yè)從工業(yè)4.0中獲得價(jià)值的地方在哪里?了解食品行業(yè)數(shù)字化的現(xiàn)狀、應(yīng)用、利益以及障礙對其從數(shù)字變革中獲益至關(guān)重要。

1食品工業(yè)數(shù)字化帶來的益處

數(shù)字化是將信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字（即計(jì)算機(jī)可讀）格式的過程，因?yàn)樗霸试S所有格式的信息以相同的效率和混合的方式進(jìn)行傳輸”，而且“完全沒有退化”，因而對于數(shù)據(jù)處理、存儲和傳輸至關(guān)重要。數(shù)字化技術(shù)的使用，使得診斷數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)在機(jī)器和專業(yè)人員以及專業(yè)人員和專業(yè)人員之間傳遞，其益處顯而易見。

1.1節(jié)省勞動力

勞動力的減少可用投資回報(bào)率來衡量。比如，相對于傳統(tǒng)香腸工廠車間所需要的100多名工人，歐喜智能加工工廠只有28名員工［2］。但自動化工廠需要的是具備邏輯編程和IT技能的工程師，而不僅僅是具有機(jī)械技術(shù)的工人。

1.2可靠性增加

基于標(biāo)準(zhǔn)的自動化可以確保質(zhì)量和速度。標(biāo)準(zhǔn)化可以使貿(mào)易伙伴間的數(shù)據(jù)通過條碼掃描、射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）和機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行對接，以確保從庫存中揀出的產(chǎn)品正是離開“完成中心”（FinishCenter，F(xiàn)C）或倉庫的物品，同時(shí)它也是防止產(chǎn)品丟失的廉價(jià)措施。根據(jù)奧本大學(xué)RFID實(shí)驗(yàn)室的統(tǒng)計(jì)，僅在制造商系統(tǒng)中使用物品級RFID標(biāo)簽就可以使運(yùn)輸和提貨精度提高80%，收貨時(shí)間縮短90%［3］。

1.3供應(yīng)鏈透明化

新技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈透明化。以前由無線電控制、現(xiàn)在升級為支持多種通信、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)字記錄和質(zhì)量檢查的WiFi網(wǎng)絡(luò)的自動導(dǎo)引車技術(shù)使供應(yīng)鏈更加透明和可持續(xù)，并提高了食品的可追溯性。透明化的供應(yīng)鏈可通過為消費(fèi)者提供整個(gè)食品生產(chǎn)的可視化過程來增加他們對食物的信心。

1.4提升客戶體驗(yàn)

數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用通過提供更便捷和個(gè)性化的服務(wù)改變了客戶體驗(yàn)?，F(xiàn)在，移動設(shè)備升級為便攜式或可穿戴的人機(jī)界面，提供通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在一定程度上直接更改機(jī)器參數(shù)的機(jī)會。

1.5增強(qiáng)功能

通過智能手機(jī)、平板電腦和其他設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問可使人員跨越物理距離排除故障或改變操作參數(shù)。通過無線傳感、智能體流量計(jì)可監(jiān)測多個(gè)變量，如密度、溫度、粘度和容量等，更具復(fù)雜性的設(shè)備條件監(jiān)測也增加了工廠的運(yùn)營能力。如在運(yùn)輸過程中，利用蜂窩系統(tǒng)遙測技術(shù)，在拖車溫度高于設(shè)置點(diǎn)時(shí)提供實(shí)時(shí)警報(bào)來保持冷鏈。

1.6保障食品安全

食品工業(yè)數(shù)字化的其他好處還包括改善食品安全、減少破損率和減少因人接觸食品而可能導(dǎo)致的交叉污染等。不同于點(diǎn)到點(diǎn)的硬連線網(wǎng)絡(luò)傳輸，傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到云端，并通過智能手機(jī)和其他移動設(shè)備進(jìn)行對接，為保障食品安全提供了動力。

2數(shù)字化在食品工業(yè)中的應(yīng)用

食品公司不斷改進(jìn)在原料收割、加工、運(yùn)輸和銷售等方面的管理方式，以期為消費(fèi)者提供安全、健康、有營養(yǎng)的食物。數(shù)字化有助于食品公司獲取實(shí)時(shí)信息從而加速公司的決策流程，對產(chǎn)品運(yùn)輸和儲存實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，并分布沿著價(jià)值鏈進(jìn)行管控，從而確保提供給消費(fèi)者的食品在任何時(shí)間和地點(diǎn)均可放心食用。

2.1原料甄別與分類

原材料質(zhì)量在食品加工中十分重要?；跀?shù)字圖像處理技術(shù)的系統(tǒng)，可對產(chǎn)品分類過程進(jìn)行可視化檢查，并自動參數(shù)化信息，根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)和顏色特征自動分類產(chǎn)品。該系統(tǒng)的操作原理是通過多級架構(gòu)組件全方位掃描產(chǎn)品表面，并使用定位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來評估形態(tài)和色度變化，從而甄別產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)化制造過程。

2.2無線加工廠

為了保持企業(yè)競爭力，制造商需要創(chuàng)建一個(gè)擴(kuò)展的、適應(yīng)性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，將IT系統(tǒng)與車間連接起來，實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析車間的生產(chǎn)過程。信息技術(shù)在食品制造中的應(yīng)用十分廣泛，特別是涉及工廠自動化領(lǐng)域，包含人機(jī)界面、開放系統(tǒng)互連模型（OpenSystemInterconnection，OSI）、移動設(shè)備、遠(yuǎn)程訪問和云計(jì)算等，可用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和管理、信息共享管理系統(tǒng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)集成和控制系統(tǒng)等方面［4］。

2.3操作和決策過程

一些食品行業(yè)的龍頭企業(yè)正通過機(jī)器學(xué)習(xí)來革新他們的制造計(jì)劃?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)字系統(tǒng)可以將個(gè)人決策偏好與企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)和關(guān)鍵績效指標(biāo)（KeyPerformanceIndicator，KPI）相匹配，并可同時(shí)改善多個(gè)關(guān)鍵績效指標(biāo)。如機(jī)器學(xué)習(xí)算法可幫助零售商在同時(shí)考慮浪費(fèi)和銷售損失的前提下，確定最優(yōu)庫存水平［5］。基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，即使沒有特定的編程，計(jì)算機(jī)也可從數(shù)據(jù)庫中“學(xué)習(xí)”。機(jī)器學(xué)習(xí)使零售商用自動化替代以前的手動過程，并顯著提高預(yù)測和訂單的準(zhǔn)確性。

2.4儲存和運(yùn)送

通過傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)可追蹤每一批次貨品的基本信息，并統(tǒng)計(jì)控制過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。所有信息都可以被統(tǒng)計(jì)、存儲，并方便監(jiān)測。如檢測食品的污染情況、食品添加劑成分等，從而增強(qiáng)食品營養(yǎng)。值得一提的是，使用統(tǒng)一的“全球貿(mào)易項(xiàng)目編號”（GlobalTradeItemNumber，GTIN）標(biāo)識、包裝和提供特定產(chǎn)品說明的產(chǎn)品票據(jù),可增加消費(fèi)者對商品的信心。

2.5配送

霍尼韋爾（Honeywell）最近一項(xiàng)研究顯示，一次錯(cuò)誤挑選的平均成本為59美元，配送中心每年因挑選錯(cuò)誤的損失高達(dá)40萬美元［6］。數(shù)字IP設(shè)備的應(yīng)用可幫助企業(yè)盡可能避免這些損失，因其可在所有可重復(fù)的流程中無縫傳送，將一些重要細(xì)節(jié)傳送到任何地方。產(chǎn)品配送過程中，倉庫自動化作為其中一個(gè)重要手段，對取得最終配送成功尤為關(guān)鍵，應(yīng)盡量避免可導(dǎo)致效率低下的手工、過時(shí)的和專有的流程操作。

3實(shí)現(xiàn)數(shù)字化戰(zhàn)略的途徑

為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化戰(zhàn)略，許多企業(yè)專注于建立數(shù)字化和數(shù)據(jù)分析能力，并尋求商業(yè)伙伴為其提供服務(wù)或遠(yuǎn)見。

3.1康博菲爾（Campofrio）食品集團(tuán)與思科（Cisco）的互聯(lián)工廠

康博菲爾是國際領(lǐng)先的肉類生產(chǎn)與加工品牌，集團(tuán)總部位于西班牙馬德里。2017年該公司選擇與思科合作創(chuàng)建互聯(lián)智能工廠，實(shí)現(xiàn)機(jī)器、設(shè)備、傳感器和人員的實(shí)時(shí)連接［7］。該互聯(lián)工廠數(shù)字化解決方案如下。

3.1.1IT/OT聚合

通過以太網(wǎng)和IP協(xié)議將IT和操作技術(shù)（Operat⁃ingTechnology，OT）網(wǎng)絡(luò)聚合在一起，使康博菲爾公司可以在一個(gè)安全、可靠、集成的平臺上連接整個(gè)工廠的機(jī)器。這可幫助企業(yè)精簡流程、確保質(zhì)量，并加速創(chuàng)新。

3.1.2實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析

互聯(lián)工廠數(shù)字化解決方案旨在為康博菲爾提供改進(jìn)后的工廠控制，它在企業(yè)和控制系統(tǒng)之間提供自動化接口，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，提高效率和靈活性，減少停機(jī)時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期。

3.1.3增加安全性

通過嚴(yán)格控制用戶、設(shè)備和位置對工廠網(wǎng)絡(luò)的本地和遠(yuǎn)程訪問，提高整個(gè)公司對數(shù)字和實(shí)物資產(chǎn)的安全性。

3.1.4合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)

該解決方案由思科高級服務(wù)部門部署，與Aryse，Vodafone和Bluefish達(dá)成合作伙伴關(guān)系，由后者負(fù)責(zé)提供接入無線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，并最終實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一融合的基礎(chǔ)設(shè)施。借助互聯(lián)工廠，制造業(yè)客戶可以從經(jīng)過驗(yàn)證的完整解決方案中獲益，從而安全地連接機(jī)器和傳感器，并從聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中獲得真知灼見、優(yōu)化其業(yè)務(wù)流程及做出明智的決策。

3.2麥當(dāng)勞（McDonald’s）前端后端的數(shù)字化

麥當(dāng)勞與兩家信息技術(shù)公司合作，加快了前端和后端數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新的速度［8］。在前端，與沙賓特（Sa⁃pient）咨詢和技術(shù)服務(wù)公司合作，引入以客戶為中心的小組，專注于面向消費(fèi)者的移動應(yīng)用程序開發(fā)。在后端，與像凱捷（Capgemini）這樣的在內(nèi)部運(yùn)營和IT管理方面建立了良好聲譽(yù)的運(yùn)營提供商合作，在后臺實(shí)現(xiàn)完全集成的支持技術(shù)，從而提供無縫的前端客戶體驗(yàn)。選擇合適的合作伙伴和平臺可以幫助企業(yè)在降低成本的同時(shí)提高效率、增加銷售量、減少庫存，并合理配置資金以促進(jìn)增長。

4食品公司數(shù)字化的障礙

網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)融合、數(shù)字化、人工智能、機(jī)器人、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、自動化、區(qū)塊鏈（分布式數(shù)據(jù)庫）和數(shù)據(jù)分析等在技術(shù)創(chuàng)新方面取得的重大進(jìn)展幾乎影響了所有的工業(yè)領(lǐng)域。盡管數(shù)字領(lǐng)域設(shè)備和IIoT的實(shí)用性很強(qiáng)，但食品企業(yè)數(shù)字化面臨一些障礙。

4.1關(guān)于數(shù)字化必要性的爭論

圍繞食品企業(yè)需要在多大程度上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的議題頗有爭論。盡管一些公司認(rèn)為，“當(dāng)今的制造商必須擁有一些使用廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)作數(shù)據(jù)收集等過程，”［9］“IIoT在商業(yè)中可被看做一種必須的基礎(chǔ)設(shè)施，如食品車間的制冷設(shè)備等，”［10］“即使細(xì)微的產(chǎn)量增加，也可抵消IIoT組件的成本等?！保?1］但也有觀點(diǎn)認(rèn)為“如果現(xiàn)有設(shè)備能夠滿足處理器的需求，那么數(shù)字化的顯著溢價(jià)將仍不明確”［12］和“數(shù)字化在制造企業(yè)將被視為可有可無的技術(shù)”［13］等。

4.2支付能力

即使食品制造商明白數(shù)字平臺的價(jià)值，但高成本使其不能被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)當(dāng)中。毫無疑問，數(shù)字化的成本相當(dāng)可觀，新的自動化需要生產(chǎn)商從傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)中脫離出來，大量的前期投資可能會使食品企業(yè)生產(chǎn)停滯。

4.3勞動力有效性

人員是高效團(tuán)隊(duì)運(yùn)作的關(guān)鍵因素。數(shù)字化意味著掌握信息、懂得編程的工人取代從事機(jī)械技術(shù)的工人，因此勞動力需要進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)化與調(diào)整。此外，培養(yǎng)適應(yīng)人工智能和數(shù)字化的員工也有較大難度。

4.4網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性

由于數(shù)字技術(shù)圍繞遠(yuǎn)程訪問和云系統(tǒng)等，數(shù)字場設(shè)備和機(jī)器都具有IP地址，這可能引起人們對通信網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性的擔(dān)憂。

4.5關(guān)于設(shè)備升級的問題

盡管數(shù)字領(lǐng)域設(shè)備和IIoT的實(shí)用性很強(qiáng)，但如何逐步升級是一個(gè)難點(diǎn)。如格林伍德公司在2013年推出了一款帶有以太網(wǎng)IP的磁性流量計(jì)，而現(xiàn)在科里奧利儀表和其他設(shè)備具有相同的連接性。而預(yù)計(jì)未來，這種設(shè)備也會逐漸被其他設(shè)備所取代。

4.6整個(gè)供應(yīng)鏈的數(shù)字化

展望未來，移動應(yīng)用程序、在線視頻和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在大型企業(yè)領(lǐng)域依然十分活躍，而由于預(yù)算相對較小，中小企業(yè)則處于遠(yuǎn)離數(shù)字化的狀態(tài)，或更有可能去尋求優(yōu)化現(xiàn)有數(shù)字化的方法［14］。在食品產(chǎn)業(yè)鏈中，一些大公司需要與小公司聯(lián)合以滿足市場對質(zhì)量和速度的需求。假設(shè)一個(gè)常見情形：某顧客通過某個(gè)應(yīng)用程序或網(wǎng)站訂購食品，但接單企業(yè)更可能通過電話（數(shù)字化時(shí)代過時(shí)的方式）從供應(yīng)商那里獲得原料或商品。大多數(shù)企業(yè)已習(xí)慣用一種特定的方式處理事情，因此很難說服整條供應(yīng)鏈的成員都將業(yè)務(wù)數(shù)字化。

5食品公司數(shù)字化的趨勢

數(shù)字工廠的主要意義在于幫助信息更好地流動。站點(diǎn)上的數(shù)據(jù)網(wǎng)格是日益復(fù)雜的數(shù)據(jù)服務(wù)中必不可少的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而云數(shù)據(jù)則是提供收集數(shù)據(jù)的一種基本服務(wù)。目前已有超過700個(gè)產(chǎn)業(yè)云服務(wù)正在運(yùn)行，而且數(shù)量還在繼續(xù)增加。復(fù)雜且昂貴的管理硬件迫使PLC或PAC（自動配置）擴(kuò)展連接，而幫助該項(xiàng)目花費(fèi)更合理高效的關(guān)鍵在于有效利用基于PC的控制架構(gòu)。認(rèn)識到需要推動制造商更接近PC控制，從而以有效的成本利用IIoT的強(qiáng)大功能，像西門子這樣的IT公司開始出售Windows控制中心（WinCC）。WinCC是一個(gè)包含人機(jī)界面、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，能以較低的價(jià)格實(shí)現(xiàn)PC控制。這種低成本選項(xiàng)正在快速發(fā)展中，但由于這些自動化工具并未經(jīng)工業(yè)化改造，因此對企業(yè)硬件設(shè)施和軟件配備構(gòu)成一定的挑戰(zhàn)。與日益復(fù)雜的工廠數(shù)據(jù)系統(tǒng)相對應(yīng)的是，近乎DIY風(fēng)格的、便宜的硬件的出現(xiàn)。精密緊固件和其他零部件制造商MacLean-Fogg公司，除了使用PLC控制功能外，還安裝了使用開源軟件作為IIoT計(jì)劃一部分的Controllino系列設(shè)備。SmartGlance通過筆記本電腦或移動應(yīng)用程序遠(yuǎn)程訪問OEE和其他操作數(shù)據(jù)。

6結(jié)語

隨著全球化數(shù)字革命的逐步深入，未來的很多領(lǐng)域都將產(chǎn)生顛覆性的技術(shù)，數(shù)字變革促使企業(yè)不斷改進(jìn)業(yè)務(wù)操作、擴(kuò)展企業(yè)能力，從而更有效地實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略布局。對于數(shù)字技術(shù)來說，效益與時(shí)間息息相關(guān)，而且由于消費(fèi)者信息靈通，依靠“有限信息”商業(yè)模式的公司將無法生存，企業(yè)需要對其流程重新規(guī)劃或?qū)⑵滢D(zhuǎn)為動態(tài)流程。隨著全球食品行業(yè)競爭壓力的不斷加大和消費(fèi)者對不安全食品的消費(fèi)日趨減少，共同維護(hù)全球食品安全成為食品企業(yè)的共識。整條供應(yīng)鏈的數(shù)字化是保障食品安全的一個(gè)關(guān)鍵方面。以連接性為核心設(shè)計(jì)的設(shè)備、移動解決方案是未來的發(fā)展方向。為創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字化的群體，食品公司需要確定轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素來更快地實(shí)施數(shù)字戰(zhàn)略，并與食品領(lǐng)域的其他公司更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)互動。

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作者:張美華 單位:中南民族大學(xué)管理學(xué)院