乳制品生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)挖掘與智能化控制研究

摘 要：乳制品生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)挖掘與智能化控制技術(shù)對于提升產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化生產(chǎn)流程和降低成本具有重要意義。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對乳制品生產(chǎn)過程中的原料質(zhì)量、工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行智能化監(jiān)控與優(yōu)化。通過采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計分析、仿真實驗方法，挖掘關(guān)鍵信息，實現(xiàn)實時監(jiān)控、預(yù)警和自動化的智能調(diào)控，可有效提升乳制品的品質(zhì)穩(wěn)定性，降低能耗，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：乳制品生產(chǎn)；數(shù)據(jù)挖掘；智能化控制

Abstract： In the production process of dairy products， data mining and intelligent control technology are of great significance for improving product quality， optimizing production processes， and reducing costs. Data mining technology is used to intelligently monitor and optimize the quality of raw materials， process parameters and equipment status in the dairy production process. Through the collection of production data， the use of statistical analysis， simulation and experimental methods， mining key information， real-time monitoring， early warning and automated intelligent regulation and control， can effectively improve the quality and stability of dairy products， reduce energy consumption and improve production efficiency.

Keywords： dairy production; data mining; intelligent control

隨著科技的快速發(fā)展和市場競爭的加劇，在乳制品生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)挖掘和智能化控制的重要性越來越受到關(guān)注[1]。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠?qū)Ａ康纳a(chǎn)數(shù)據(jù)進行深度分析和處理，揭示出隱藏在其中的有價值的信息，為生產(chǎn)過程的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)[2]。智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，則能夠提高生產(chǎn)效率、降低能耗和減少環(huán)境污染，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。在乳制品生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以對生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)進行分析，包括原料質(zhì)量、設(shè)備運行狀態(tài)、環(huán)境因素等，通過數(shù)據(jù)挖掘算法，可以預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備維護需求和生產(chǎn)效率等關(guān)鍵指標(biāo)，進而優(yōu)化生產(chǎn)過程[3]。此外，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)還可以應(yīng)用于市場分析和消費者行為研究，幫助企業(yè)更好地了解市場需求和消費者偏好，為產(chǎn)品開發(fā)和營銷策略提供有力支持。智能化控制系統(tǒng)的構(gòu)建與實施，也是乳制品生產(chǎn)中不可或缺的一環(huán)[4]。智能化控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，如溫度、濕度、壓力等，并根據(jù)生產(chǎn)需求進行自動調(diào)節(jié)，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量[5]。同時，智能化控制系統(tǒng)還可以實現(xiàn)能源的優(yōu)化利用和廢棄物的減量化處理，有助于企業(yè)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展[6]。因此，本文對乳制品生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)挖掘與智能化控制進行研究，旨在提升乳制品生產(chǎn)效率、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗，并為同領(lǐng)域內(nèi)的乳制品生產(chǎn)提供參考。

1 數(shù)據(jù)挖掘在乳制品生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.1 數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用概述

數(shù)據(jù)挖掘是從大量數(shù)據(jù)中提取有用信息的過程，它在乳制品生產(chǎn)中的應(yīng)用廣泛而深入。從原材料采購、生產(chǎn)過程到產(chǎn)品銷售，每一個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)挖掘，企業(yè)可以更好地理解生產(chǎn)流程，發(fā)現(xiàn)潛在問題，優(yōu)化生產(chǎn)過程。例如，通過分析生產(chǎn)過程中的溫度、濕度、壓力等數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，進而優(yōu)化工藝參數(shù)。此外，數(shù)據(jù)挖掘還可以應(yīng)用于乳制品安全監(jiān)控。通過對產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)的挖掘，可以及時發(fā)現(xiàn)異常，預(yù)防食品安全問題的發(fā)生。同時，通過對市場銷售數(shù)據(jù)的挖掘，可以了解消費者需求，指導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)和營銷策略的制定。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用需求

1.2.1 乳制品生產(chǎn)質(zhì)量控制需求

隨著乳制品市場競爭的加劇，企業(yè)對于生產(chǎn)質(zhì)量控制、安全監(jiān)控和消費者需求挖掘等方面的需求越來越迫切。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在這些方面具有廣泛的應(yīng)用前景，能夠幫助企業(yè)實現(xiàn)精細(xì)化管理、提高產(chǎn)品質(zhì)量和滿足市場需求。乳制品生產(chǎn)過程中涉及的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)非常多，包括原料采購、生產(chǎn)工藝、設(shè)備運行狀況、環(huán)境條件等。傳統(tǒng)的人工管理方式難以實現(xiàn)全面、實時的監(jiān)控和管理，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用可以幫助企業(yè)解決這些問題。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以對生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)進行分析和處理，如設(shè)備運行參數(shù)、環(huán)境溫濕度、原材料成分等，實時監(jiān)控生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制情況。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，為生產(chǎn)工藝的優(yōu)化提供支持。同時，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)還可以幫助企業(yè)預(yù)測設(shè)備維修保養(yǎng)周期，提前安排維修計劃，避免設(shè)備故障對生產(chǎn)造成影響。

1.2.2 乳制品安全監(jiān)控需求

乳制品的安全問題一直是消費者關(guān)注的重點，也是企業(yè)必須重視的生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以幫助企業(yè)實現(xiàn)對乳制品安全的全過程監(jiān)控，從原材料采購到產(chǎn)品銷售的各個環(huán)節(jié)進行跟蹤和分析。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以實時監(jiān)測乳制品的理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)和食品添加劑使用情況等，確保產(chǎn)品符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)的質(zhì)量要求。同時，通過對市場反饋信息的挖掘和分析，可以幫助企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全問題，采取相應(yīng)的措施進行整改和預(yù)防。

1.2.3 挖掘消費者需求

在乳制品市場中，消費者需求的挖掘?qū)τ谄髽I(yè)來說至關(guān)重要。通過對消費者需求的深入了解和精準(zhǔn)把握，可以幫助企業(yè)制定更加科學(xué)、合理的生產(chǎn)和營銷策略。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用可以幫助企業(yè)實現(xiàn)這一目標(biāo)。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以對消費者的購買行為、反饋信息、市場趨勢等進行深入分析和挖掘，了解消費者的真實需求和偏好。同時，結(jié)合市場競爭對手的產(chǎn)品特點和銷售策略等信息，可以幫助企業(yè)準(zhǔn)確定位產(chǎn)品目標(biāo)市場和目標(biāo)人群，制定更加有針對性的營銷策略。此外，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)還可以幫助企業(yè)預(yù)測市場趨勢和消費者需求變化，提前布局產(chǎn)品研發(fā)和市場營銷計劃。

2 基于數(shù)據(jù)挖掘的乳制品生產(chǎn)過程智能化控制系統(tǒng)的構(gòu)建

乳制品生產(chǎn)過程中涉及大量的數(shù)據(jù)，如原料質(zhì)量、生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)等。傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程往往缺乏對這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)化管理，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中難以及時發(fā)現(xiàn)和處理各種異常，影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。通過智能化控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的實時采集、處理和分析，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。智能化控制系統(tǒng)是實現(xiàn)乳制品生產(chǎn)自動化的關(guān)鍵。通過集成人工智能、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，構(gòu)建智能化控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制和智能優(yōu)化。智能化控制系統(tǒng)不僅可以提高生產(chǎn)效率，降低能耗，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和安全性。在實施智能化控制系統(tǒng)時，首先需要對生產(chǎn)設(shè)備進行智能化改造，安裝傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備與系統(tǒng)的互聯(lián)互通。同時，需要建立完善的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性。在此基礎(chǔ)上，通過集成人工智能和機器學(xué)習(xí)算法，可以對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行實時分析，自動調(diào)整設(shè)備參數(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能控制。同時，系統(tǒng)還可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和市場趨勢預(yù)測未來需求，為企業(yè)制訂生產(chǎn)計劃提供有力支持。具體構(gòu)建思路如圖1所示。

基于數(shù)據(jù)挖掘的乳制品生產(chǎn)過程智能化控制系統(tǒng)構(gòu)建，主要是智能化控制系統(tǒng)通過傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊實時收集溫度、濕度等物理量及設(shè)備狀態(tài)等信息，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至系統(tǒng)。對于這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用分布式存儲以及數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)進行高效管理和快速處理。利用數(shù)據(jù)挖掘算法分析這些信息，揭示隱藏的模式和趨勢，以支持決策制定?；谶@些分析結(jié)果，系統(tǒng)能自動調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)或發(fā)出預(yù)警，實現(xiàn)實時監(jiān)控和智能控制。此外，系統(tǒng)可預(yù)測市場趨勢，助力企業(yè)規(guī)劃生產(chǎn)。

3 乳制品生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)挖掘與智能化控制效果

3.1 仿真實驗方法

本研究為了模擬乳制品生產(chǎn)過程，采用蒙特卡洛模擬方法構(gòu)建了一個乳制品生產(chǎn)模型。蒙特卡洛模擬的公式根據(jù)具體問題而有所不同，但基本原理是利用隨機數(shù)或隨機變量的抽樣特性進行計算。假設(shè)要模擬一個隨機變量的分布，該隨機變量的數(shù)學(xué)期望為μ，方差為σ2，則可以使用公式（1）來模擬該隨機變量的值。

X=μ+σ×ξ（1）

式中：X為隨機變量的值；ξ為一個標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的隨機變量，即均值為0，方差為1；μ為該隨機變量的期望；σ為該隨機變量的標(biāo)準(zhǔn)差。

通過重復(fù)抽樣多次，可以得到一系列模擬值，從而近似地描述該隨機變量的分布特性。在乳制品生產(chǎn)過程中，蒙特卡洛模擬可以應(yīng)用于各種問題，如設(shè)備故障預(yù)測、生產(chǎn)計劃優(yōu)化等。具體的模擬公式需要根據(jù)具體問題進行分析和定制。

3.2 仿真實驗結(jié)果

通過智能化控制系統(tǒng)，乳制品生產(chǎn)過程中的各工藝參數(shù)均得到了有效控制，波動范圍明顯減小，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。如表1所示，鮮牛奶的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為93.2%，說明鮮牛奶的質(zhì)量相對較為穩(wěn)定，控制效果較好。奶粉的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.8%，略低于鮮牛奶，但標(biāo)準(zhǔn)差相對較小，說明奶粉的質(zhì)量分布較為集中。白砂糖的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為91.5%，略低于鮮牛奶和奶粉，但標(biāo)準(zhǔn)差相對較大，說明白砂糖的質(zhì)量分布較為離散。植物油的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.2%，略低于其他原料，標(biāo)準(zhǔn)差也相對較大，說明植物油的質(zhì)量分布較為離散。其他原料的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為88.5%，且標(biāo)準(zhǔn)差也較大，說明其他原料的質(zhì)量分布較為離散且整體質(zhì)量較低。

在乳制品生產(chǎn)中，監(jiān)控工藝參數(shù)對保證產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。溫度應(yīng)控制在37 ℃，但實際為37.2 ℃，略高，可能由設(shè)備或操作導(dǎo)致，需予以重點關(guān)注以保證產(chǎn)品品質(zhì)。壓力理想值為1.0 bar，實際達1.05 bar，偏高可能會改變?nèi)槌煞?，需檢查系統(tǒng)確保穩(wěn)定。流量應(yīng)有2.5 L·min-1，卻只有2.3 L·min-1，低流量影響效率和質(zhì)量，要調(diào)整保障理想狀態(tài)。時間控制應(yīng)為20 min，實際多出1 min，時間過長影響質(zhì)量，需優(yōu)化設(shè)備和流程。質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)是15%，而實際為14.8%，稍低，需審查并調(diào)整生產(chǎn)過程?？傮w上來看，需細(xì)致調(diào)校各項參數(shù)，以確保產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)和一致性。生產(chǎn)過程工藝參數(shù)控制效果見表2。

在乳制品生產(chǎn)中，殺菌機運行30 000 h、故障率2.5%，表現(xiàn)穩(wěn)定；攪拌機運行25 000 h、故障率3.2%，性能一般；灌裝機運行20 000 h、故障率4.0%，狀況較差，需頻繁維護。建議重點檢修灌裝機，優(yōu)化保養(yǎng)計劃，以減少故障、提升效率。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測情況見表3。

4 結(jié)論

在乳制品生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)挖掘與智能化控制具有巨大的應(yīng)用潛力。通過數(shù)據(jù)挖掘，企業(yè)可以更好地理解生產(chǎn)過程，發(fā)現(xiàn)潛在問題，優(yōu)化生產(chǎn)工藝。智能化控制系統(tǒng)的構(gòu)建與實施則可以進一步提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低能耗和成本。為了充分發(fā)揮數(shù)據(jù)挖掘和智能化控制在乳制品生產(chǎn)中的作用，企業(yè)需要重視數(shù)據(jù)的收集、整理和分析工作，加強技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)，推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級。同時，還需要關(guān)注相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保智能化控制系統(tǒng)的合規(guī)性和安全性。

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作者簡介：蘇權(quán)（1976—），男，壯族，廣西上林人，本科，工程師。研究方向：電氣工程自動化及生產(chǎn)管理。