基于人工智能技术的白酒勾调网络控制系统设计
摘要：传统的白酒企业生产管理中对成品酒的勾调采用感官分析与经验范围内进行组合的方法，但是靠人来品评容易受到主观和客观环境因素的影响，波动性较大，每批产品不可避免地存在差异，这种状况导致产品质量不稳定，生产效率低，并且无法使产品成本最优化。而且企业内行业专家的宝贵经验也无法形成知识长期为企业生产服务。
近年来，神经网络由于其大规模并行处理、容错性、自组织和自适应能力和联想功能张特
关键词：神经网络，线形规划，目标规划，计算机辅助白酒勾调
Based on the artificial intelligence technology of liquor blending
network control system design
Abstract：Traditional liquor enterprise production and management of product wine blending with sensory analysis and experience within the scope of the method of combination, but rely on people to evaluate easily affected by subjective and objective environmental factors, volatile, every batch of products differences
1
inevitably, which leads to unstable product quality, production efficiency is low, and can't make the product oal programming； computer aided liquor blending
2
目录
引言................................................................................................................................ 4
1 白酒勾调技术现状分析.................................................................................... 4 1.1 白酒的构成..................................................................................................... 4 1.2 白酒的微量成分............................................................................................. 5
1.2.1 现代仪器分析在白酒成分研究中的应用简介.................................. 5 1.2.2 白酒微量成分再分类.......................................................................... 5 1.2.3 白酒勾调的意义与现状分析.............................................................. 5
第1章 白酒自动化勾调控制系统设计...................................................................... 7
1.1 白酒勾调工艺流程简介................................................................................. 7 1.2 人机结合的智能勾调................................................... 错误！未定义书签。
1.2.1 白酒检测数据分析与数据挖掘.......................................................... 7
2.2 设计与实现................................................................................................... 12 第3章 课题的提出.................................................................................................... 13 第4章 结束语............................................................................................................ 14 第5章 结论与展望.................................................................................................... 16 致谢.............................................................................................................................. 17 参考文献...................................................................................................................... 18
3
引言
1 白酒勾调技术现状分析 1.1 白酒的构成
白酒是我国的一项古老产品，具有悠久的历史和文化，深受广大消费者的真爱。酿制白酒必有粮，我国固态酿酒用粮主要是高粱、大米、小麦、玉米、糯米等。粮食的主要成分是淀粉、蛋白质、脂肪、维生素和其它许多类物质.粮食从入窖发酵到白酒成品出J一的牛产过程中，粮食经历了生物的、化学的和生物化学的反应过程.变化相当大，香气成分不可能原封不动，也不可能破坏殆尽，总有那么一些香气成分被保留下米，被携带入产品之中，虽然其浓度大大地稀释了。既然粮食的香气成分或多或少地进入了白酒之中，那么也就增加了白酒成分的复杂发酵是异常复杂的体系进行了异常复杂的多种反应.发酵后的酒糟是一个极为复杂的混合物，为了从中获取白酒，下一个工艺过程就是蒸(馏)酒，通过蒸馏把酒精中的固液两相分开，馏出的(液相)是酒，甄中余下的固相主要是糟。酒糟中各种复杂成分，由于蒸气压和其它物理化学性质，或多或少地与水和乙醇一道被蒸馏出来，成为酒的骨架成分和微量成分。正是由于酒糟中发酵产物的高度复杂性及物性上的差异，蒸出的各个馏分(分级接酒)的微量成分、其它成分的含量和组成情况也不相同。
事实上，完全可以把酒厂的窖池看作一个个大的反应器，既是微生物的生长地
综上所述，我们知道含有其它呈香味物质的乙醉水溶液才能叫做白酒，因此，白酒的全部组分大体可以分成三部分：水、乙醇和构成香味物质的微量成分。实验表明，乙醇和水约占白酒总重量的98%-99%，其余的1%-2%就是“微量成分”所占的比例范围。“微量成分”由有机酸、酚、杂醉(不包括乙醉)、醛、酮、酚、含硫化合物、含氮化合物和其它化合物组成。不同品牌的白酒，“微量成分”的构成品种和数量不同。国内多年来的分析研究结果表明，不论何种白酒，其“微量成分”的总数应当不少于100种，国外有报道称己分析到400余种化合物。因此。白酒中的“微量成分”是多种物质的单一性“集合”，用单一语言“微量成分”来描述和概括众多物质显得过于笼统，过于模糊，而且有不准确和不科学之
4
1.2 白酒的微量成分
1.2.1 现代仪器分析在白酒成分研究中的应用简介
现代仪器分析是分析化学的重要组成部分。20世纪40年代英国科学家提出气相色谱概念；奥地利和捷克科学家研制成第一代气相色谱仪。1952年英国科学家因气相色谱的研究成就获诺贝尔化学奖。1955年美国仪器厂商推出气相色谱商.兄仪器。20世纪50年代后期美国工程师发明玻璃毛细管气相色谱，提高了分离能力。20世纪70年代末美国仪器厂商发明熔融石英毛细管柱，克服了毛细管易断裂的缺点。20世纪80年代起计算机在气相色谱中的应用、仪器自动化程度高、与其它检测方法的仪器联机使气相色谱仪有了极大的发展。
1.2.2 白酒微量成分再分类
多年来，我国酿酒业界和科技工作者利用气相色谱法对占自酒总重量的1%-2%的成分进行了认真、广泛而深入的研究，认为把这1%-2%的成分分成两部分较为合适:1.含量大于1mg/l00m1的二十几个左右的成分叫色谱骨架成分;2、余下的凡含量小于1mg/100ml的所有成分，定义为‘微量成分’。
色谱骨架成分是中国白酒中占优势的成分，是中国白酒的主干成分，是常规色谱定量分析的主要对象，是观察白酒各种成分的不同含量对酒质影响的土要依据之一
1.2.3 白酒勾调的意义与现状分析
勾调作为一门科学技术，既古老，又年轻，既是我国古代酿酒的传统技艺，又是一门新兴的跨学科的高新技术。勾调，就是将不同质最档次和风格水平的原度酒，通过巧妙的配比，组成某种质量标准的成品酒。通过勾调，可以使不同类型的酒取长补短，达到统一标准，统一酒质，使出厂的同一品种的成品酒长期保持相对稳定的质量，以赢得消费者的青睐。
勾调的过程，其实质就是优化组合的过程，其一个完整的组合过程应包括如卜内容:色潜骨架成分的组合，非色谱骨架成分(‘微量成分’)的组合，前者主要依赖于仪器，后者主要由感官指标来掌握。
5
自20世纪70年代始，勾调技术引起全国白酒行业的普遍重视。20世纪80年代以来，勾调技术进入现代化，在验收基础酒的方法上，改变了过去只凭感官逐坛鉴定的方法，采用感官、色谱分析基础酒的数据来综合验收，从而提高了产品的优质率。20世纪
6
第1章 白酒自动化勾调控制系统设计
1.1 白酒勾调工艺流程简介
以某清香型白酒厂为例，勾调工艺在流程上主要分为3个阶段，即原酒入库贮存、勾兑调味、匀化老熟。
原酒入库指将发酵蒸馏出的原酒(或称基础酒)经化验、品尝、称重等操作后对其进行分级，然后泵入原酒罐进行匀化和贮存。各原酒罐设置液位检测传感器和匀化装置，其入口、出口处设置有电磁阀和人工取样的手动阀。在贮存期间，根据需要进行理化和感官的检验和匀化操作。
1.2.1 白酒检测数据分析与数据挖掘
白酒的各种酒样经理化色谱成分分析后，得到大量的理化成分信息。同时评酒人员对相同的酒样进行感官指标评价，获得感官特性的描述。经过定量的数据分析及数据挖掘，获取一些特征信息以及与感官特性指标的关系，形成复杂成分与感官特性的对应关系。图I说明了白酒检测数据分析和数据挖掘的来源。
1.2.2 计算机辅助勾兑计算
白酒勾调过程中经常涉及到查表和单位换算。主要包括:(1)工程单位换算:如重量、长度、体积、面积、流量、压力、密度的公制与英制及其他制式之间的相互换算。(2)常用数粥表格的自动查表:如酒精溶液与温度、质量浓度的关系表，酒精浓度与温度、质量浓度的关系表，质量浓度与温度、酒精度的关系表，标准
7
酒度与测量
1.2.3 人机结合的智能勾调流程
在满足理化指标的情况下.根据人工勾调知识规则，以及通过人机交互，构成人机结合的智能勾调品尝专家系统。系统流程结构见下图。
目标酒模型库：存放各类成品酒的模型，包括理化指标与感官指标等。选酒知识库:包含为勾兑各种成品酒的选酒方法、知识、规则和经验等。根据要勾兑的目标酒，由选酒知识库获得选酒方法，从酒库中选择适当的原酒，进行勾兑。
勾兑算法：根据常规或数学规划的方法，计算满足理化指标的掺入勾兑的各原酒的数量，形成配方。基于勾调知识的方法:是根据勾调人员的知识、经验和
8
规则等，建立的基于感官指标的专家勾调系统。在通过勾兑算法得到的配方满足理化指标时，但若不满足感官指标要求，可通过该基于勾调知识的方法修正配方。基于人机结合的方法:直接由勾调人员根据感官品尝结果，通过人机对话界面，修正配方。
1.3.1 计量仪表的选型
在实现白酒自动勾调的过程中，计量仪表的选型是非常重要的。由于白酒生产属于食品饮料行业，对于仪表的选型应首先符合该行业的安全要求，不能产生二
在对白酒的各种计量参数中，最重要的参数之一是重量。目前计量精度较高的测量方法是质量流量计法和称重法，二者的特点比较见下表
9
控制器控制逻辑的编程采用SFC编程工具，操作站采用WinCC组态软件。基于勾调过程的安全考虑，根据勾调生产过程中不同岗位的职能，操作站的组态编程实现了操作权限控制，使各岗位的操作员只能完成相应的功能操作，并且实现所有控制操作的
第2章 勾调生产管理系统设计
勾调生产管理系统主要面向勾调生产管理和决策人员，为其提供储酒状况、
10
勾调成本、勾调质最和安全等方而的实时和历史信息，实现生产过程的追溯管理，为管理决策提供科学依据。
2.1 勾调生产管理系统的功能
勾调生产管理系统包括：勾调管理、酒库管理、成本管理、质量管理、安全管理、勾调数据接口等部分。
勾调管理，也即勾调生产调度管理，主要实现勾调生产计划的制定、下达实施和实施结果反馈等内容，包括调度指令的管理维护等。
酒库管理主要包括酒罐当前储酒状态的实时监视、盘库操作、酒罐储酒历史查询、统计分析和图文显示、生产报表等功能。
成本管理主要包括当前各类原酒、调味酒、半成品和成品酒等的成本信9的实时监视、勾调成本的分摊计算、盘库操作、勾调成本历史查询、统计分析和
勾调生产管理系统功能结构图
11
2.2 设计与实现
勾调生产管理系统采用Net开发平台，基于B/S的软件架构。由于勾调生产数据具有随时间变化的特性，采用实时数据库和关系数据库相结合的存储模式。具有时间特性的自动检测实时数据(如酒罐当前贮酒的液位、温度、重量等)，可基于OPC数据访问规范，通过以太网从勾调操作站(WinCC)获取，存储在实时数据库中，并根据其变化进行归档保存；具有时间特性的人工获得的数据(如酒罐当前储酒的理化指标、成本等)，可通过人工录入方式存储在实时数据库中，
12
第3章 课题的提出
传统的白酒企业生产管理中对原度酒的分级入库贮存及质量分析和验收停留在靠人的感官和色谱分析上，存在人工测评波动性较大的不足，不利于提高产品的优质率且效率低。成品洒的勾兑调味也采用感官分析与经验范围内进行组合的方法，但是靠人来品评容易受到主观和客观环境因素的影响，波动性较大，每批产品不可避免的存在差异，而仪器分析可以检测出酒中部分成分的含量，但对一些影响风味的其它成分和未知物质却无能为力。而且在小样和大样的操作中未考虑微量成分的极性、相似相容特性，对微量成分的添加采用一次性、无序性、随意性加入方式，虽然做出的成品与标样酒理化卫生指标十分接近，但口感却存在差还未见其相关应用.而且白洒行业的勾调工艺技术其实质就是组合优化问题，20世纪90年代以来，精密分析仪器和电子技术的运用，使得利用计算机求解白酒勾调过程中的组合优化问题成为可能，然而酒中还有许多复杂的并且影响日感的微量成分到目前尚未能被精密分析仪器所解析，因而经典的线形规划、目标规划优化算法还不能满足口感量化的要求，因此，如何建立知识专家系统，并且构建神经网络机器学习模型，将实际问题的优化解与神经网络的稳定状态相对应，把对实际问题的优化过程映射为神经网络系统的演化过程，从而使微机勾调研究工作更进一步，正是本课题的目的所在。
13
第4章 结束语
人工神经网络是当前许多工程领域应用研究中的一个热点，其为学习实数值和向量值函数提供了一种实际的方法，对于连续的和离散值的属性都可以使用，并且对训练数据中的噪声具有很好的健壮性.反向传播算法是最常见的网络学习算法，这己被成功应用在很多学习任务中。
14
反向传播算法考虑的假设空间是固定连接的有权网络所能表示的所有函数
1、利用色谱分析技术，通过化学工作站采集白酒内在数据，在众多的风味厕分甲找出那些对风味起主要的、决定性作用的物质的含量与酒体之间的关系，通过分析手段来建立数学模型，绘制产品质量特征曲线，找出酒的微观形态特征. 2、引入线性规划、目标规划基础理论原理，并根据白酒勾调的实际工艺技术，创建原酒组合优化配比的数学模型。
3、利用产生式推理模型建立白酒品评知识专家系统，同时引入神经网络反向传播算法(BP算法)构建神经网络案例学习模型，通过机器学习产生口感量化系统。
4、各项系统模型集成，引入计算机多线程并行计算方法。 5、构建白酒勾调计算机管理网络系统。
15
第5章 结论与展望
通过本课题的研究工作可得出如下结论和展望：
本文的应用研究，将实现传统工艺与现代技术的有机嫁接，开辟古老酿酒产业新的发展途径.为酿酒行业提供了一条划时代的发展新技术。本文所提供的应用技术在白酒行业中具有很强的实用性和通用性，它不仅大大节省了人力、物力等繁杂劳动，且使产品配方组合达到最合理，使质量最优化、成本最低化、质量成本平衡化，持久稳定提高产品质量，并且推动了传统企业与现代信息技术的有机结合，使传统生产工艺与现代信息技术相互嫁接共同发展，实现了传统酿酒行业现代化管理的新模式，大大改变了全国酿洒企业日前较为传统的生产格局，该技术的推广应用意义深远。
木文的应用研究具有在酒类、饮料、食品等配方中的兼容性和通用性，不仅可应用于白酒生产，而且还可广泛应用于其他饮料、食品、药品等凡是有人类经验知识参与的实践活动中。但在这些行业的具体应用实践，还有很长且很艰难的路要走，需要多学科专家的共同努力与发展。 木文基于上述对于神经网络理论的研究、并且根据本文所创建的智能白酒勾调网络系统的理论，已经研究设计出可应用于产销实际的软件系统，但在白酒生产行业中，采用这一理论设计勾调配方目前尚处于研究推广阶段，需要全行业专家的殷切关心和支持，进一步研究，使得这一技术不断发展与完善。
16
本文是神经网络学习方法在白酒计算机勾调应用领域研究的粗浅尝试，相信作为在这领域一个新热点，各类成果一定会层出不穷，这一智能应用技术也将不断发展与完善。
致谢
在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在老师和同学的帮助下一一克服。尤其要感谢我的论文指导老师，对我进行了无私的指导和帮助，在百忙之中不厌其烦地帮助进行论文的修改和改进。在查找资料的时候，老师给我提供了很大的支持与帮助；老师对我耐心的指导和帮助等等，在此向帮助和指导过我的各位老师们表示最衷心的感谢！
感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多帮助和意见，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。
在完稿付梓之际，掩卷而思，不禁感慨万千。一路走来，我能够取得现在的进步和提高，与老师和同学们的帮助是分不开的，非常感谢老师们在四年的学习和生活中给我的巨大指导和帮助，感谢所有给予我帮助的同学们，正是有了你们的帮助，我才能取得现在的成绩，并且顺利毕业。
17
参考文献
[1] 蔡自兴,徐光 [编著].人工智能及其应用[M]. 清华大学出版社, 2011
[2] 冯玉强,黄梯云. 人工神经网络与专家系统集成模式及管理应用研究[J]. 情报学报.2010(03)
[3] 王继成,吕维雪. 神经网络的知识表示[J]. 计算机科学. 2012(05) [4] 杨柳. 中国白酒业的核心竞争力研究[D]. 电子科技大学 2011 [5] 高筠. 我国白酒与国外蒸馏酒酒瓶形态比较研究[D]. 江南大学 2014 [6] 张煜行,孟庆才,李泽霞. 白酒规模化勾调智能控制系统开发[J]. 酿酒科技. 2011(04)
[7] 张国强. 白酒生产机械化的探索[J]. 酿酒科技. 2011(02)
[8] 杨团元,吴方星,黄燕荣,黄斌. 白酒勾兑工艺管路和自动控制系统的设计与应用[J]. 酿酒科技. 2010(10)
[9] 黄芳. 论白酒的“和谐”美[J]. 酿酒科技. 2011(04)
[10] 汤道文,谢玉球,朱法余,王卫东,朱红青,汤翠红. 白酒中的微量成分及与白酒风味技术发展的关系[J]. 酿酒科技. 2012(05)
[11] 李之郁. 最新白酒勾兑调合技术——脉冲气动勾兑调合系统[J]. 酿酒科技. 2011(07)
[12] Ilyas Eker,Tolgay Kara. Operation and control of a water supply system[J]. ISA
18
Transactions . 2013 (3)
[13] Wen Ma,Jun Xiao,Yimin Mo,Tengyun Guo,Aiming Liu.Application of Fieldbus-Based Control System in Cement Production. ICECE . 2010
[14] Hans Berger.Automating with Step7 in STL and SCL. Journal of Women s Health . 2014
[15] Zheng Chunjiao.Design and research of embedded PLC development system. Internatioanl onference on Computer Research and Development . 2011
19
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容