食品工業(yè)實證的企業(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、儲存和運送、分配以及食品安全方面的應用，能帶來諸如節(jié)省勞動力、增加可靠性、供應鏈透明化、提升客戶體驗以及增強功能等益處。頂級食品公司正尋求與高科技公司的合作，不斷提高數(shù)字能力和改進在原料收割、加工、運輸和銷售等方面的管理方式，確保為消費者提供安全、健康、有營養(yǎng)的食物。但目前食品企業(yè)實施數(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)絡安全和可靠性、設備升級以及整個供應鏈數(shù)字化等爭議。未來提供數(shù)據(jù)收集功能的云服務以及以較低價格實現(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)的實證，對企業(yè)數(shù)字化管理進行探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；工業(yè)4.0；實時信息流動；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)到更具實驗性的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，從移動設備和遠程訪問到WiFi網(wǎng)絡和云計算，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為促進信息共享和實現(xiàn)更快、更好、更便宜運營目標奠定了基礎(chǔ)。如歐喜香腸工廠廣泛使用機器人技術(shù)，自動引導車輛（AutomatedGuidedVehicle，AGVs）和自動化存儲和檢索系統(tǒng)（AutomatedStorageandRetrievalSystem，AS/RS）穿梭于各種設備和生產(chǎn)點之間，產(chǎn)品從研磨、做餡、烘干和烹飪的整個過程都由機器來處理，在制樣品也實現(xiàn)自動水分測量和其他質(zhì)量檢測；NewBureba食品加工智能設施將工業(yè)4.0的關(guān)鍵原則付諸實踐，從而實現(xiàn)更高效、更靈活的制造運營中心［1］。技術(shù)進步推動了生產(chǎn)力,帶來了高技能的工作崗位，為經(jīng)濟的強勁發(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個維度上表現(xiàn)出的數(shù)字化的平均水平遠落后于其他行業(yè)［2］。隨著全球經(jīng)濟和數(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)的運用能給食品工業(yè)帶來多大的附加值?食品公司應采取什么樣的技術(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中獲得價值的地方在哪里?了解食品行業(yè)數(shù)字化的現(xiàn)狀、應用、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（即計算機可讀）格式的過程，因為它“允許所有格式的信息以相同的效率和混合的方式進行傳輸”，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，而不僅僅是具有機械技術(shù)的工人。

1.2可靠性增加

基于標準的自動化可以確保質(zhì)量和速度。標準化可以使貿(mào)易伙伴間的數(shù)據(jù)通過條碼掃描、射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）和機器人系統(tǒng)進行對接，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，同時它也是防止產(chǎn)品丟失的廉價措施。根據(jù)奧本大學RFID實驗室的統(tǒng)計，僅在制造商系統(tǒng)中使用物品級RFID標簽就可以使運輸和提貨精度提高80%，收貨時間縮短90%［3］。

1.3供應鏈透明化

新技術(shù)可有效實現(xiàn)供應鏈透明化。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)絡的自動導引車技術(shù)使供應鏈更加透明和可持續(xù)，并提高了食品的可追溯性。透明化的供應鏈可通過為消費者提供整個食品生產(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

數(shù)字技術(shù)的應用通過提供更便捷和個性化的服務改變了客戶體驗?，F(xiàn)在，移動設備升級為便攜式或可穿戴的人機界面，提供通過網(wǎng)絡設備在一定程度上直接更改機器參數(shù)的機會。

1.5增強功能

通過智能手機、平板電腦和其他設備進行遠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、智能體流量計可監(jiān)測多個變量，如密度、溫度、粘度和容量等，更具復雜性的設備條件監(jiān)測也增加了工廠的運營能力。如在運輸過程中，利用蜂窩系統(tǒng)遙測技術(shù)，在拖車溫度高于設置點時提供實時警報來保持冷鏈。

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致的交叉污染等。不同于點到點的硬連線網(wǎng)絡傳輸，傳感器網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送到云端，并通過智能手機和其他移動設備進行對接，為保障食品安全提供了動力。

2數(shù)字化在食品工業(yè)中的應用

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

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。基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的系統(tǒng)，可對產(chǎn)品分類過程進行可視化檢查，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)建一個擴展的、適應性強的網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施，將IT系統(tǒng)與車間連接起來，實時監(jiān)控和分析車間的生產(chǎn)過程。信息技術(shù)在食品制造中的應用十分廣泛，特別是涉及工廠自動化領(lǐng)域，包含人機界面、開放系統(tǒng)互連模型（OpenSystemInterconnection，OSI）、移動設備、遠程訪問和云計算等，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、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)正通過機器學習來革新他們的制造計劃?；跈C器學習的數(shù)字系統(tǒng)可以將個人決策偏好與企業(yè)戰(zhàn)略目標和關(guān)鍵績效指標（KeyPerformanceIndicator，KPI）相匹配，并可同時改善多個關(guān)鍵績效指標。如機器學習算法可幫助零售商在同時考慮浪費和銷售損失的前提下，確定最優(yōu)庫存水平［5］?；跈C器學習算法，即使沒有特定的編程，計算機也可從數(shù)據(jù)庫中“學習”。機器學習使零售商用自動化替代以前的手動過程，并顯著提高預測和訂單的準確性。

2.4儲存和運送

通過傳感器技術(shù)，實時定位系統(tǒng)可追蹤每一批次貨品的基本信息，并統(tǒng)計控制過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。所有信息都可以被統(tǒng)計、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，從而增強食品營養(yǎng)。值得一提的是，使用統(tǒng)一的“全球貿(mào)易項目編號”（GlobalTradeItemNumber，GTIN）標識、包裝和提供特定產(chǎn)品說明的產(chǎn)品票據(jù),可增加消費者對商品的信心。

2.5配送

霍尼韋爾（Honeywell）最近一項研究顯示，一次錯誤挑選的平均成本為59美元，配送中心每年因挑選錯誤的損失高達40萬美元［6］。數(shù)字IP設備的應用可幫助企業(yè)盡可能避免這些損失，因其可在所有可重復的流程中無縫傳送，將一些重要細節(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重要手段，對取得最終配送成功尤為關(guān)鍵，應盡量避免可導致效率低下的手工、過時的和專有的流程操作。

3實現(xiàn)數(shù)字化戰(zhàn)略的途徑

為實現(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)伙伴為其提供服務或遠見。

3.1康博菲爾（Campofrio）食品集團與思科（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，實現(xiàn)機器、設備、傳感器和人員的實時連接［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)絡聚合在一起，使康博菲爾公司可以在一個安全、可靠、集成的平臺上連接整個工廠的機器。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實時監(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，實現(xiàn)實時監(jiān)控和分析，提高效率和靈活性，減少停機時間，縮短生產(chǎn)周期。

3.1.3增加安全性

通過嚴格控制用戶、設備和位置對工廠網(wǎng)絡的本地和遠程訪問，提高整個公司對數(shù)字和實物資產(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部門部署，與Aryse，Vodafone和Bluefish達成合作伙伴關(guān)系，由后者負責提供接入無線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，并最終實現(xiàn)統(tǒng)一融合的基礎(chǔ)設施。借助互聯(lián)工廠，制造業(yè)客戶可以從經(jīng)過驗證的完整解決方案中獲益，從而安全地連接機器和傳感器，并從聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中獲得真知灼見、優(yōu)化其業(yè)務流程及做出明智的決策。

3.2麥當勞（McDonald’s）前端后端的數(shù)字化

麥當勞與兩家信息技術(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)服務公司合作，引入以客戶為中心的小組，專注于面向消費者的移動應用程序開發(fā)。在后端，與像凱捷（Capgemini）這樣的在內(nèi)部運營和IT管理方面建立了良好聲譽的運營提供商合作，在后臺實現(xiàn)完全集成的支持技術(shù)，從而提供無縫的前端客戶體驗。選擇合適的合作伙伴和平臺可以幫助企業(yè)在降低成本的同時提高效率、增加銷售量、減少庫存，并合理配置資金以促進增長。

4食品公司數(shù)字化的障礙

網(wǎng)絡物理系統(tǒng)融合、數(shù)字化、人工智能、機器人、增強現(xiàn)實、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展幾乎影響了所有的工業(yè)領(lǐng)域。盡管數(shù)字領(lǐng)域設備和IIoT的實用性很強，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現(xiàn)數(shù)字化的議題頗有爭論。盡管一些公司認為，“當今的制造商必須擁有一些使用廣泛的基礎(chǔ)設施協(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)設施，如食品車間的制冷設備等，”［10］“即使細微的產(chǎn)量增加，也可抵消IIoT組件的成本等?！保?1］但也有觀點認為“如果現(xiàn)有設備能夠滿足處理器的需求，那么數(shù)字化的顯著溢價將仍不明確”［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)字平臺的價值，但高成本使其不能被廣泛應用于生產(chǎn)當中。毫無疑問，數(shù)字化的成本相當可觀，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

人員是高效團隊運作的關(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械技術(shù)的工人，因此勞動力需要進行合理的轉(zhuǎn)化與調(diào)整。此外，培養(yǎng)適應人工智能和數(shù)字化的員工也有較大難度。

4.4網(wǎng)絡安全性和可靠性

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

4.5關(guān)于設備升級的問題

盡管數(shù)字領(lǐng)域設備和IIoT的實用性很強，但如何逐步升級是一個難點。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，而現(xiàn)在科里奧利儀表和其他設備具有相同的連接性。而預計未來，這種設備也會逐漸被其他設備所取代。

4.6整個供應鏈的數(shù)字化

展望未來，移動應用程序、在線視頻和增強現(xiàn)實技術(shù)在大型企業(yè)領(lǐng)域依然十分活躍，而由于預算相對較小，中小企業(yè)則處于遠離數(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。假設一個常見情形：某顧客通過某個應用程序或網(wǎng)站訂購食品，但接單企業(yè)更可能通過電話（數(shù)字化時代過時的方式）從供應商那里獲得原料或商品。大多數(shù)企業(yè)已習慣用一種特定的方式處理事情，因此很難說服整條供應鏈的成員都將業(yè)務數(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。站點上的數(shù)據(jù)網(wǎng)格是日益復雜的數(shù)據(jù)服務中必不可少的基礎(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。目前已有超過700個產(chǎn)業(yè)云服務正在運行，而且數(shù)量還在繼續(xù)增加。復雜且昂貴的管理硬件迫使PLC或PAC（自動配置）擴展連接，而幫助該項目花費更合理高效的關(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是一個包含人機界面、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，能以較低的價格實現(xiàn)PC控制。這種低成本選項正在快速發(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)硬件設施和軟件配備構(gòu)成一定的挑戰(zhàn)。與日益復雜的工廠數(shù)據(jù)系統(tǒng)相對應的是，近乎DIY風格的、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計劃一部分的Controllino系列設備。SmartGlance通過筆記本電腦或移動應用程序遠程訪問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)不斷改進業(yè)務操作、擴展企業(yè)能力，從而更有效地實現(xiàn)戰(zhàn)略布局。對于數(shù)字技術(shù)來說，效益與時間息息相關(guān)，而且由于消費者信息靈通，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者對不安全食品的消費日趨減少，共同維護全球食品安全成為食品企業(yè)的共識。整條供應鏈的數(shù)字化是保障食品安全的一個關(guān)鍵方面。以連接性為核心設計的設備、移動解決方案是未來的發(fā)展方向。為創(chuàng)建一個數(shù)字化的群體，食品公司需要確定轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素來更快地實施數(shù)字戰(zhàn)略，并與食品領(lǐng)域的其他公司更好地進行數(shù)據(jù)互動。

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作者:張美華 單位:中南民族大學管理學院