食品工业实证的企业数字化管理探析

摘要：食品行业数字化的平均水平远落后于其他行业。数字化技术使得诊断数据和操作数据在机器和专业人员以及专业人员和专业人员之间更好地流动，其在食品行业产品分类、无线加工厂、操作和决策过程、储存和运送、分配以及食品安全方面的应用，能带来诸如节省劳动力、增加可靠性、供应链透明化、提升客户体验以及增强功能等益处。顶级食品公司正寻求与高科技公司的合作，不断提高数字能力和改进在原料收割、加工、运输和销售等方面的管理方式，确保为消费者提供安全、健康、有营养的食物。但目前食品企业实施数字化面临有关数字化必要性、支付能力、劳动力有效性、网络安全和可靠性、设备升级以及整个供应链数字化等争议。未来提供数据收集功能的云服务以及以较低价格实现PC控制的Windows控制中心可能成为食品工业数字化的方向。文章根据来自食品工业的实证，对企业数字化管理进行探讨。

关键词：数字化；工业4.0；实时信息流动；食品行业

0引言

工业4.0和工业互联网（IIoT）描述了当今数字化工厂的前沿：从较少有人参与的自动化系统到更具实验性的区块链系统，从移动设备和远程访问到WiFi网络和云计算，从继电器逻辑电路到可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLCs）到监视组态软件（SupervisoryControlandDataAcquisition，SCA⁃DA），从基于Windows的软件到不可知系统，IIoT为促进信息共享和实现更快、更好、更便宜运营目标奠定了基础。如欧喜香肠工厂广泛使用机器人技术，自动引导车辆（AutomatedGuidedVehicle，AGVs）和自动化存储和检索系统（AutomatedStorageandRetrievalSystem，AS/RS）穿梭于各种设备和生产点之间，产品从研磨、做馅、烘干和烹饪的整个过程都由机器来处理，在制样品也实现自动水分测量和其他质量检测；NewBureba食品加工智能设施将工业4.0的关键原则付诸实践，从而实现更高效、更灵活的制造运营中心［1］。技术进步推动了生产力,带来了高技能的工作岗位，为经济的强劲发展奠定了基础。但根据麦肯锡数字商数（DigitalQuotient，DQ），食品行业在文化、策略、能力和组织4个维度上表现出的数字化的平均水平远落后于其他行业［2］。随着全球经济和数字技术日新月异的变化，食品行业数字化的许多问题仍然待解：新技术的运用能给食品工业带来多大的附加值?食品公司应采取什么样的技术策略来保持竞争力?需要多大程度的投入来促使食品行业从现有技术逐渐向智能技术转型?食品行业从工业4.0中获得价值的地方在哪里?了解食品行业数字化的现状、应用、利益以及障碍对其从数字变革中获益至关重要。

1食品工业数字化带来的益处

数字化是将信息转换成数字（即计算机可读）格式的过程，因为它“允许所有格式的信息以相同的效率和混合的方式进行传输”，而且“完全没有退化”，因而对于数据处理、存储和传输至关重要。数字化技术的使用，使得诊断数据和操作数据在机器和专业人员以及专业人员和专业人员之间传递，其益处显而易见。

1.1节省劳动力

劳动力的减少可用投资回报率来衡量。比如，相对于传统香肠工厂车间所需要的100多名工人，欧喜智能加工工厂只有28名员工［2］。但自动化工厂需要的是具备逻辑编程和IT技能的工程师，而不仅仅是具有机械技术的工人。

1.2可靠性增加

基于标准的自动化可以确保质量和速度。标准化可以使贸易伙伴间的数据通过条码扫描、射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）和机器人系统进行对接，以确保从库存中拣出的产品正是离开“完成中心”（FinishCenter，FC）或仓库的物品，同时它也是防止产品丢失的廉价措施。根据奥本大学RFID实验室的统计，仅在制造商系统中使用物品级RFID标签就可以使运输和提货精度提高80%，收货时间缩短90%［3］。

1.3供应链透明化

新技术可有效实现供应链透明化。以前由无线电控制、现在升级为支持多种通信、数据录入、数字记录和质量检查的WiFi网络的自动导引车技术使供应链更加透明和可持续，并提高了食品的可追溯性。透明化的供应链可通过为消费者提供整个食品生产的可视化过程来增加他们对食物的信心。

1.4提升客户体验

数字技术的应用通过提供更便捷和个性化的服务改变了客户体验。现在，移动设备升级为便携式或可穿戴的人机界面，提供通过网络设备在一定程度上直接更改机器参数的机会。

1.5增强功能

通过智能手机、平板电脑和其他设备进行远程访问可使人员跨越物理距离排除故障或改变操作参数。通过无线传感、智能体流量计可监测多个变量，如密度、温度、粘度和容量等，更具复杂性的设备条件监测也增加了工厂的运营能力。如在运输过程中，利用蜂窝系统遥测技术，在拖车温度高于设置点时提供实时警报来保持冷链。

1.6保障食品安全

食品工业数字化的其他好处还包括改善食品安全、减少破损率和减少因人接触食品而可能导致的交叉污染等。不同于点到点的硬连线网络传输，传感器网络将数据传送到云端，并通过智能手机和其他移动设备进行对接，为保障食品安全提供了动力。

2数字化在食品工业中的应用

食品公司不断改进在原料收割、加工、运输和销售等方面的管理方式，以期为消费者提供安全、健康、有营养的食物。数字化有助于食品公司获取实时信息从而加速公司的决策流程，对产品运输和储存实现远程管理，并分布沿着价值链进行管控，从而确保提供给消费者的食品在任何时间和地点均可放心食用。

2.1原料甄别与分类

原材料质量在食品加工中十分重要。基于数字图像处理技术的系统，可对产品分类过程进行可视化检查，并自动参数化信息，根据产品形态和颜色特征自动分类产品。该系统的操作原理是通过多级架构组件全方位扫描产品表面，并使用定位统计数据来评估形态和色度变化，从而甄别产品质量和优化制造过程。

2.2无线加工厂

为了保持企业竞争力，制造商需要创建一个扩展的、适应性强的网络基础设施，将IT系统与车间连接起来，实时监控和分析车间的生产过程。信息技术在食品制造中的应用十分广泛，特别是涉及工厂自动化领域，包含人机界面、开放系统互连模型（OpenSystemInterconnection，OSI）、移动设备、远程访问和云计算等，可用于数据采集、数据处理和管理、信息共享管理系统、无线传感网络、系统集成和控制系统等方面［4］。

2.3操作和决策过程

一些食品行业的龙头企业正通过机器学习来革新他们的制造计划。基于机器学习的数字系统可以将个人决策偏好与企业战略目标和关键绩效指标（KeyPerformanceIndicator，KPI）相匹配，并可同时改善多个关键绩效指标。如机器学习算法可帮助零售商在同时考虑浪费和销售损失的前提下，确定最优库存水平［5］。基于机器学习算法，即使没有特定的编程，计算机也可从数据库中“学习”。机器学习使零售商用自动化替代以前的手动过程，并显著提高预测和订单的准确性。

2.4储存和运送

通过传感器技术，实时定位系统可追踪每一批次货品的基本信息，并统计控制过程中产生的数据。所有信息都可以被统计、存储，并方便监测。如检测食品的污染情况、食品添加剂成分等，从而增强食品营养。值得一提的是，使用统一的“全球贸易项目编号”（GlobalTradeItemNumber，GTIN）标识、包装和提供特定产品说明的产品票据,可增加消费者对商品的信心。

2.5配送

霍尼韦尔（Honeywell）最近一项研究显示，一次错误挑选的平均成本为59美元，配送中心每年因挑选错误的损失高达40万美元［6］。数字IP设备的应用可帮助企业尽可能避免这些损失，因其可在所有可重复的流程中无缝传送，将一些重要细节传送到任何地方。产品配送过程中，仓库自动化作为其中一个重要手段，对取得最终配送成功尤为关键，应尽量避免可导致效率低下的手工、过时的和专有的流程操作。

3实现数字化战略的途径

为实现数字化战略，许多企业专注于建立数字化和数据分析能力，并寻求商业伙伴为其提供服务或远见。

3.1康博菲尔（Campofrio）食品集团与思科（Cisco）的互联工厂

康博菲尔是国际领先的肉类生产与加工品牌，集团总部位于西班牙马德里。2017年该公司选择与思科合作创建互联智能工厂，实现机器、设备、传感器和人员的实时连接［7］。该互联工厂数字化解决方案如下。

3.1.1IT/OT聚合

通过以太网和IP协议将IT和操作技术（Operat⁃ingTechnology，OT）网络聚合在一起，使康博菲尔公司可以在一个安全、可靠、集成的平台上连接整个工厂的机器。这可帮助企业精简流程、确保质量，并加速创新。

3.1.2实时监控和分析

互联工厂数字化解决方案旨在为康博菲尔提供改进后的工厂控制，它在企业和控制系统之间提供自动化接口，实现实时监控和分析，提高效率和灵活性，减少停机时间，缩短生产周期。

3.1.3增加安全性

通过严格控制用户、设备和位置对工厂网络的本地和远程访问，提高整个公司对数字和实物资产的安全性。

3.1.4合作伙伴生态系统

该解决方案由思科高级服务部门部署，与Aryse，Vodafone和Bluefish达成合作伙伴关系，由后者负责提供接入无线和工业以太网技术，并最终实现统一融合的基础设施。借助互联工厂，制造业客户可以从经过验证的完整解决方案中获益，从而安全地连接机器和传感器，并从联网数据中获得真知灼见、优化其业务流程及做出明智的决策。

3.2麦当劳（McDonald’s）前端后端的数字化

麦当劳与两家信息技术公司合作，加快了前端和后端数字技术创新的速度［8］。在前端，与沙宾特（Sa⁃pient）咨询和技术服务公司合作，引入以客户为中心的小组，专注于面向消费者的移动应用程序开发。在后端，与像凯捷（Capgemini）这样的在内部运营和IT管理方面建立了良好声誉的运营提供商合作，在后台实现完全集成的支持技术，从而提供无缝的前端客户体验。选择合适的合作伙伴和平台可以帮助企业在降低成本的同时提高效率、增加销售量、减少库存，并合理配置资金以促进增长。

4食品公司数字化的障碍

网络物理系统融合、数字化、人工智能、机器人、增强现实、自动化、区块链（分布式数据库）和数据分析等在技术创新方面取得的重大进展几乎影响了所有的工业领域。尽管数字领域设备和IIoT的实用性很强，但食品企业数字化面临一些障碍。

4.1关于数字化必要性的争论

围绕食品企业需要在多大程度上实现数字化的议题颇有争论。尽管一些公司认为，“当今的制造商必须拥有一些使用广泛的基础设施协作数据收集等过程，”［9］“IIoT在商业中可被看做一种必须的基础设施，如食品车间的制冷设备等，”［10］“即使细微的产量增加，也可抵消IIoT组件的成本等。”［11］但也有观点认为“如果现有设备能够满足处理器的需求，那么数字化的显著溢价将仍不明确”［12］和“数字化在制造企业将被视为可有可无的技术”［13］等。

4.2支付能力

即使食品制造商明白数字平台的价值，但高成本使其不能被广泛应用于生产当中。毫无疑问，数字化的成本相当可观，新的自动化需要生产商从传统的控制系统和数据系统中脱离出来，大量的前期投资可能会使食品企业生产停滞。

4.3劳动力有效性

人员是高效团队运作的关键因素。数字化意味着掌握信息、懂得编程的工人取代从事机械技术的工人，因此劳动力需要进行合理的转化与调整。此外，培养适应人工智能和数字化的员工也有较大难度。

4.4网络安全性和可靠性

由于数字技术围绕远程访问和云系统等，数字场设备和机器都具有IP地址，这可能引起人们对通信网络可靠性和安全性的担忧。

4.5关于设备升级的问题

尽管数字领域设备和IIoT的实用性很强，但如何逐步升级是一个难点。如格林伍德公司在2013年推出了一款带有以太网IP的磁性流量计，而现在科里奥利仪表和其他设备具有相同的连接性。而预计未来，这种设备也会逐渐被其他设备所取代。

4.6整个供应链的数字化

展望未来，移动应用程序、在线视频和增强现实技术在大型企业领域依然十分活跃，而由于预算相对较小，中小企业则处于远离数字化的状态，或更有可能去寻求优化现有数字化的方法［14］。在食品产业链中，一些大公司需要与小公司联合以满足市场对质量和速度的需求。假设一个常见情形：某顾客通过某个应用程序或网站订购食品，但接单企业更可能通过电话（数字化时代过时的方式）从供应商那里获得原料或商品。大多数企业已习惯用一种特定的方式处理事情，因此很难说服整条供应链的成员都将业务数字化。

5食品公司数字化的趋势

数字工厂的主要意义在于帮助信息更好地流动。站点上的数据网格是日益复杂的数据服务中必不可少的基础结构，而云数据则是提供收集数据的一种基本服务。目前已有超过700个产业云服务正在运行，而且数量还在继续增加。复杂且昂贵的管理硬件迫使PLC或PAC（自动配置）扩展连接，而帮助该项目花费更合理高效的关键在于有效利用基于PC的控制架构。认识到需要推动制造商更接近PC控制，从而以有效的成本利用IIoT的强大功能，像西门子这样的IT公司开始出售Windows控制中心（WinCC）。WinCC是一个包含人机界面、监控和数据采集的系统，能以较低的价格实现PC控制。这种低成本选项正在快速发展中，但由于这些自动化工具并未经工业化改造，因此对企业硬件设施和软件配备构成一定的挑战。与日益复杂的工厂数据系统相对应的是，近乎DIY风格的、便宜的硬件的出现。精密紧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，还安装了使用开源软件作为IIoT计划一部分的Controllino系列设备。SmartGlance通过笔记本电脑或移动应用程序远程访问OEE和其他操作数据。

6结语

随着全球化数字革命的逐步深入，未来的很多领域都将产生颠覆性的技术，数字变革促使企业不断改进业务操作、扩展企业能力，从而更有效地实现战略布局。对于数字技术来说，效益与时间息息相关，而且由于消费者信息灵通，依靠“有限信息”商业模式的公司将无法生存，企业需要对其流程重新规划或将其转为动态流程。随着全球食品行业竞争压力的不断加大和消费者对不安全食品的消费日趋减少，共同维护全球食品安全成为食品企业的共识。整条供应链的数字化是保障食品安全的一个关键方面。以连接性为核心设计的设备、移动解决方案是未来的发展方向。为创建一个数字化的群体，食品公司需要确定转型的关键要素来更快地实施数字战略，并与食品领域的其他公司更好地进行数据互动。

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作者:张美华 单位:中南民族大学管理学院