一、方案背景与核心目标

在现代食用菌产业规模化发展进程中，传统菌包生产模式面临人工依赖度高、工艺参数波动大、杂菌污染风险高、质量追溯难等痛点。基于《食用菌菌包（栽培袋）生产的全面技术方案》核心工艺，本方案通过搭建 “感知 - 控制 - 决策 - 追溯” 全流程数字化体系，实现菌包生产从原料到发菌的自动化管控，核心目标包括：

1.降低杂菌污染率至 0.1% 以下，保障菌包质量一致性；

2.实现 24 小时连续生产，人工成本降低 50% 以上；

3.构建全流程数据追溯体系，关键工艺参数可控、可查；

4.优化发菌环境调控精度，缩短生产周期 5%-10%。

二、数字化转型建设内容

（一）硬件基础设施数字化改造

以 “全流程覆盖、关键环节冗余” 为原则，围绕菌包生产五大阶段（预处理→配置→灭菌→接种→培养）部署硬件设备，形成数字化感知与执行网络：

三、自动化管控系统设计（含软件模块与流程）

（一）系统整体架构

采用 “四层架构” 设计，实现数据从采集到决策的闭环管理，架构层级如下：

1.感知层：由温度、湿度、压力、重量、视觉、CO₂等传感器组成，实时采集生产环境与设备状态数据；

2.控制层：各设备 PLC（可编程逻辑控制器），执行监控层指令，反馈设备运行状态；

3.监控与决策层：包含 SCADA（监控系统）与 MES（制造执行系统），实现数据可视化、生产调度与质量分析；

4.追溯层：基于 RFID 与数据库，记录全流程数据，支持产品溯源与问题定位。

（二）核心软件模块功能

1. SCADA 监控系统（实时监控核心）

•数据采集与可视化模块

◦功能：实时采集各环节工艺参数（如灭菌温度、发菌 CO₂浓度）、设备运行状态（如装袋机转速、AGV 位置），通过仪表盘、曲线图表展示（如温度实时曲线、污染率统计柱状图）；

◦应用场景：管理人员通过中控屏实时掌握生产进度，参数超限时触发声光报警（如 CO₂浓度 > 2000ppm 时，自动弹窗提示并联动新风系统）。

•设备控制模块

◦功能：支持远程 / 自动控制关键设备，如通过 PLC 远程启动灭菌柜升温程序、调节发菌室空调温度；

◦权限管理：设置三级操作权限（管理员、技术员、操作员），防止误操作。

2. MES 制造执行系统（生产管理核心）

•生产订单管理模块

◦功能：接收 ERP 系统下发的生产订单（如 “香菇菌包 10 万袋”），自动拆解为原料采购、预处理、装袋、灭菌等子任务，分配至各车间；

◦进度跟踪：实时更新各任务完成率（如 “装袋环节完成 80%”），逾期任务自动预警。

•配方管理模块

◦功能：存储不同菌种（香菇、金针菇、平菇）的培养基配方（如木屑 60%+ 麸皮 20%+ 石膏 2%），支持配方版本管理与加密（防止配方泄露）；

◦自动调用：生产时根据订单菌种类型，自动向配料系统下发配方参数，控制螺旋给料机下料量。

•质量追溯模块

◦功能：通过 RFID 标签关联每批菌包的全流程数据，包括：

▪原料信息（木屑批次、麸皮供应商）；

▪工艺记录（灭菌时间 / 温度、接种菌种批次）；

▪环境数据（发菌室每日温湿度曲线）；

◦追溯方式：扫描菌筐 RFID 标签，即可查询该批菌包的完整生产档案，便于质量问题溯源（如某批菌包污染，可快速定位是否为灭菌参数不达标）。

•能耗与成本分析模块

◦功能：统计各环节能耗（如灭菌锅炉蒸汽消耗量、发菌室空调用电量）、原料损耗率，自动计算单袋菌包成本；

◦优化建议：基于历史数据，分析能耗高峰时段（如灭菌环节能耗占比 40%），提出错峰生产、设备节能改造建议。

3. 智能决策支持模块（数据驱动优化）

•工艺参数优化子模块

◦功能：基于历史生产数据（如不同灭菌温度下的污染率、不同发菌温度下的菌丝生长速度），通过算法模型推荐最优工艺参数（如 “香菇菌包灭菌温度 123℃、时间 2.2 小时”）；

◦迭代更新：每季度自动分析新生产数据，优化参数模型（如夏季发菌温度建议下调 1-2℃）。

•污染预警子模块

◦功能：基于发菌室温湿度、CO₂浓度历史数据与污染率的关联关系，当环境参数出现异常趋势（如湿度突然升至 75%）时，提前预警 “杂菌污染风险升高”，并推送防控措施（如加强通风、检查加湿器）。

4. 物流调度模块（AGV 智能调度）

•功能：根据生产进度自动调度 AGV 小车，实现菌包在各环节的无缝流转，如：

◦灭菌完成后，AGV 自动将菌包从灭菌车间转运至冷却室；

◦冷却至 25℃后，AGV 根据接种室空闲状态，优先转运至空闲接种台；

•路径优化：支持动态避障（如 AGV 遇到人员时自动绕行），最短路径算法减少转运时间。

（三）关键生产流程自动化设计

1. 培养基配置→装袋→灭菌流程（核心生产链）

1.配料阶段：

◦原料预处理车间将粉碎后的木屑、玉米芯输送至料仓，称重传感器自动计量（如木屑 600kg、麸皮 200kg）；

◦水分在线检测仪实时检测混合料含水量，若低于 55%，系统自动打开加水阀补水，直至达到 58%-60%（香菇菌包最优含水量）；

◦PH 传感器检测混合料 PH 值，若低于 6.0，自动添加石灰调节至 6.5-7.0。

1.装袋阶段：

◦自动上料机将混合料输送至全自动装袋机，压力传感器控制装袋松紧度（0.5g/cm³），重量检测模块确保每袋重量 1.0kg±0.02kg；

◦装袋完成后，设备自动打孔（孔径 10mm，贯通料袋），套无棉盖体封口，然后将菌包装入菌筐，贴 RFID 标签（记录 “装袋时间、操作员、设备编号”）。

1.灭菌阶段：

◦RGV 小车将菌筐送入高压灭菌柜，系统自动读取 RFID 标签，确认菌包数量与菌种类型，调用对应灭菌程式（如香菇菌包执行 123℃、2.5 小时）；

◦灭菌过程中，温度传感器每 10 秒采集一次数据，若温度低于 121℃，自动加大蒸汽供应量；压力低于 0.105MPa 时，触发报警并暂停灭菌；

◦灭菌完成后，系统自动记录 “灭菌温度曲线、压力曲线”，上传至质量追溯模块。

2. 冷却→接种→发菌流程（无菌与环境控制链）

1.冷却阶段：

◦AGV 将灭菌后的菌筐转运至万级洁净冷却室，温度传感器实时监测菌包温度，制冷机组自动运行，将温度降至 25-28℃（若 2 小时内未降至目标温度，系统报警并检查 HEPA 过滤器是否堵塞）；

◦尘埃粒子计数器每 30 分钟检测一次洁净度，若超标（万级要求每立方米≥0.5μm 粒子数≤35 万），自动提高 FFU 风机风速。

1.接种阶段：

◦AGV 将冷却后的菌筐送入百级洁净接种室，视觉传感器定位菌袋孔口，自动接种机定量接种（香菇菌包接种量 8g / 袋）；

◦接种完成后，系统记录 “菌种批次、接种时间”，上传至 RFID 标签，AGV 将菌筐转运至发菌室。

1.发菌阶段：

◦RGV 穿梭车将菌筐送入多层培养架，无线温湿度 / CO₂传感器每 15 分钟采集一次数据，系统自动调控：

▪温度高于 26℃时，启动空调制冷；低于 22℃时，启动加热；

▪湿度低于 60% 时，开启加湿器；高于 70% 时，加强通风；

▪CO₂浓度高于 2000ppm 时，联动新风系统换气；

◦每日自动生成发菌环境报告，若某区域菌包污染率超过 0.1%，自动标记该区域并提示检查（如是否为通风口堵塞导致 CO₂超标）。

四、系统实施保障与效益

（一）实施步骤（分 3 阶段，总周期 6 个月）

1.第一阶段：基础建设（2 个月）

◦完成硬件设备采购与安装（如灭菌柜、自动接种机、传感器）；

◦搭建 SCADA 与 MES 系统基础框架，完成设备 PLC 与系统的通讯调试。

1.第二阶段：系统联调（3 个月）

◦进行全流程自动化测试（如配料→装袋→灭菌→发菌的连续生产测试），优化参数（如调整装袋机压力传感器灵敏度）；

◦员工培训（中控操作、设备维护、追溯系统使用），制定操作规范。

1.第三阶段：试运行与优化（1 个月）

◦小批量试生产（如 1 万袋香菇菌包），收集数据并优化系统（如调整发菌室 CO₂报警阈值）；

◦正式上线前的压力测试（如同时运行 3 条生产线，检验系统稳定性）。

（二）实施效益

1.质量提升：杂菌污染率从传统人工生产的 3%-5% 降至 0.1% 以下，菌包质量一致性（如菌丝长满时间差）从 ±3 天缩短至 ±1 天；

2.效率提升：全流程自动化后，单条生产线日产量从 5000 袋提升至 2 万袋，人工需求从 10 人 / 线降至 2 人 / 线（仅需监控与异常处理）；

3.成本降低：能耗降低 15%（如灭菌环节通过精准控温减少蒸汽浪费），原料损耗率从 5% 降至 2%，单袋菌包成本降低 0.3-0.5 元；

4.管理优化：实现 “生产 - 质量 - 成本” 全数据透明，质量问题追溯时间从 2 小时缩短至 5 分钟，便于快速定位根因（如某批污染源于灭菌温度未达标）。

五、风险与应对措施