機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)照亮茅臺(tái)酒傳統(tǒng)釀造“經(jīng)驗(yàn)黑箱”

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發(fā)布時(shí)間：2025-10-11 13:55:08

作為中華文明五千年釀酒智慧的璀璨結(jié)晶，茅臺(tái)酒傳統(tǒng)釀造技藝承載著農(nóng)耕文明的基因密碼，詮釋著“天人合一”的東方哲學(xué)，是國(guó)家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，被譽(yù)為中國(guó)白酒工藝“活化石”，也構(gòu)建起了中國(guó)醬香白酒的品質(zhì)標(biāo)桿。隨著時(shí)代的變遷與科技的進(jìn)步，如何在堅(jiān)守傳統(tǒng)的同時(shí)借助現(xiàn)代科技的力量，深入探究并傳承這一寶貴遺產(chǎn)，成了茅臺(tái)必須重視的課題。

長(zhǎng)期以來(lái)，茅臺(tái)也一直在借助科學(xué)和技術(shù)手段，對(duì)傳統(tǒng)工法進(jìn)行科學(xué)解碼。然而茅臺(tái)工匠依賴感官直覺(jué)，且其技藝需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)積累方能成熟，加之工序嵌套的不可逆性，這些都使得工法解碼面臨著“經(jīng)驗(yàn)黑箱”的桎梏。

評(píng)審會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

為破解這一難題，茅臺(tái)集團(tuán)黨委副書(shū)記、總經(jīng)理王莉帶領(lǐng)生產(chǎn)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，于2021年10月啟動(dòng)“茅臺(tái)制酒釀造技藝機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)”項(xiàng)目，錨定“以數(shù)字技術(shù)服務(wù)傳統(tǒng)工法”的核心目標(biāo)：既不改變傳統(tǒng)釀造的工藝精髓，又通過(guò)科技手段挖掘其科學(xué)內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)“變與不變”的辯證統(tǒng)一——變的是用數(shù)據(jù)量化經(jīng)驗(yàn)、用算法解析機(jī)理，讓傳統(tǒng)工藝從“經(jīng)驗(yàn)黑箱”走向“透明可控”。不變的是“時(shí)、空、法”為核心的匠心質(zhì)量管理體系。

“項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)近4年攻關(guān)，在制酒15車間完成試點(diǎn)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了制酒生產(chǎn)全鏈條‘?dāng)?shù)據(jù)采集－存儲(chǔ)－分析－應(yīng)用’閉環(huán)?！鄙a(chǎn)管理部計(jì)劃統(tǒng)計(jì)與智慧釀造室主管顏穗表示，該項(xiàng)目取得了四大核心成果。

制酒釀造數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖

一是構(gòu)建了傳統(tǒng)釀造工藝多模態(tài)指標(biāo)融合采集系統(tǒng)，讓工藝操作“可量化”。針對(duì)制酒車間高溫、高濕、粉塵多的復(fù)雜環(huán)境，項(xiàng)目首創(chuàng)“視覺(jué)+傳感+3D”多模態(tài)融合采集技術(shù)：部署124個(gè)攝像頭、186個(gè)無(wú)線傳感器，研發(fā)20項(xiàng)釀酒工藝專屬視覺(jué)識(shí)別算法，首次實(shí)現(xiàn)34項(xiàng)核心指標(biāo)的實(shí)時(shí)自動(dòng)化采集——從潤(rùn)糧次數(shù)、上甑布料次數(shù)，到攤晾面積、窖內(nèi)溫度場(chǎng)分布，涵蓋時(shí)間、計(jì)數(shù)、體積等6大類數(shù)據(jù)。三年來(lái)，系統(tǒng)累計(jì)采集高質(zhì)量數(shù)據(jù)4551萬(wàn)條，年采集量超1500萬(wàn)條，數(shù)據(jù)丟失率僅0.39%，為工藝解析提供了PB級(jí)可信數(shù)據(jù)支撐。

制酒釀造工法數(shù)字化技術(shù)體系架構(gòu)

二是搭建了開(kāi)放式的茅臺(tái)制酒釀造數(shù)據(jù)中臺(tái)，讓分散數(shù)據(jù)“變資產(chǎn)”。為解決多源數(shù)據(jù)“類型雜、頻率亂、孤島化” 問(wèn)題，項(xiàng)目搭建制酒釀造數(shù)據(jù)中臺(tái)，構(gòu)建潤(rùn)糧、上甑、攤晾、堆積、窖內(nèi)、環(huán)境六大主題數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、曲粉轉(zhuǎn)運(yùn)、能耗管理等4大系統(tǒng)的數(shù)據(jù)貫通。中臺(tái)采用MPP大規(guī)模并行處理架構(gòu)，TPS（每秒事務(wù)數(shù)）達(dá)千級(jí)，支持PB級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)分析。同時(shí)，通過(guò)國(guó)家等保2.0三級(jí)認(rèn)證，綜合得分83.23分，形成“園區(qū)專網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)+等保3級(jí)評(píng)估”的安全防護(hù)體系，保障核心工藝數(shù)據(jù)資產(chǎn)安全。

攤晾拌曲現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)可視化管控

三是構(gòu)建了制酒傳統(tǒng)釀造工藝五大評(píng)價(jià)模型，讓釀造機(jī)理“可解析”?；诓杉臄?shù)據(jù)，運(yùn)用CatBoost、LightBGM等決策樹(shù)算法，構(gòu)建潤(rùn)糧、上甑、攤晾、堆積、窖內(nèi)五大工藝評(píng)價(jià)模型，可精準(zhǔn)快速預(yù)測(cè)潤(rùn)糧膨脹率、上甑平均甑產(chǎn)等9項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，綜合準(zhǔn)確率達(dá)83.2%。其中，潤(rùn)糧膨脹率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率最高達(dá)97.6%，上甑平均甑產(chǎn)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)96.6%。更關(guān)鍵的是，團(tuán)隊(duì)通過(guò)SHAP可解釋性技術(shù)，解析出“第三次潤(rùn)糧用時(shí)4.5分鐘以上更利于高粱膨脹”“室內(nèi)溫度每升高1℃，攤晾降溫時(shí)長(zhǎng)增加0.2～0.4分鐘”等量化結(jié)論，初步實(shí)現(xiàn)了部分環(huán)節(jié)“黑箱”到“透明”的轉(zhuǎn)變。

四是實(shí)現(xiàn)了部分環(huán)節(jié)隱性經(jīng)驗(yàn)的顯性化表達(dá)，讓千年匠心“可傳承”。項(xiàng)目創(chuàng)新構(gòu)建“班組－車間－公司”三級(jí)可視化大屏，將工匠隱性經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為可量化標(biāo)準(zhǔn)：班組級(jí)大屏實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)偭罍囟?、拌曲均勻度等關(guān)鍵操作數(shù)據(jù)，輔助一線工匠精準(zhǔn)調(diào)整工藝；車間級(jí)大屏以窖池為單位對(duì)比班組差異，支撐管理層協(xié)同優(yōu)化；公司級(jí)大屏實(shí)現(xiàn)年度、輪次數(shù)據(jù)多維度分析，為戰(zhàn)略決策提供依據(jù)。截至目前，已形成42條隱性知識(shí)顯性化表達(dá)，例如將“輕松薄勻平準(zhǔn)”的上甑經(jīng)驗(yàn)，量化為“布料次數(shù)240～280次時(shí)甑產(chǎn)最優(yōu)”的操作規(guī)范，大幅降低了技藝傳承門檻。

項(xiàng)目四大核心成果得到了生產(chǎn)一線的認(rèn)可，制酒十五車間工藝員田紹潤(rùn)對(duì)此深有感觸，“通過(guò)項(xiàng)目將制酒過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)收集和整理好，能把以前老師傅的經(jīng)驗(yàn)，變成能看見(jiàn)的具體數(shù)字。這些數(shù)據(jù)幫我們更精準(zhǔn)地控制釀酒溫度、原料混合均勻度、布料次數(shù)等，這樣既能輔助生產(chǎn)，還能讓基酒的生產(chǎn)質(zhì)量變得更好。”

同時(shí)，項(xiàng)目也在其他方面取得了不錯(cuò)的成績(jī)——申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利9件，發(fā)表核心期刊論文3篇，編撰了《茅臺(tái)制酒釀造工法數(shù)字化白皮書(shū)》，培養(yǎng)了技術(shù)操作及系統(tǒng)維護(hù)人員5名。項(xiàng)目實(shí)施以來(lái)超額完成全部考核指標(biāo)，于今年8月圓滿結(jié)題。

項(xiàng)目結(jié)題后，茅臺(tái)將進(jìn)一步深化傳統(tǒng)釀造工法的數(shù)智化探索，在現(xiàn)有項(xiàng)目基礎(chǔ)上，拓展關(guān)鍵指標(biāo)采集范圍，并把成熟技術(shù)推廣至新投產(chǎn)車間，助力開(kāi)展不同區(qū)域生產(chǎn)差異化研究，并推進(jìn)制酒生產(chǎn)的機(jī)器學(xué)習(xí)向數(shù)字孿生邁進(jìn)。此外，技術(shù)團(tuán)隊(duì)將結(jié)合項(xiàng)目在制酒領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)積累，探索機(jī)器學(xué)習(xí)在制曲生產(chǎn)中的應(yīng)用，同時(shí)將結(jié)合AI大模型技術(shù)，研發(fā)工藝問(wèn)答、異常識(shí)別等智能應(yīng)用。

“我們的目標(biāo)，是培養(yǎng)既懂‘天人共釀’傳統(tǒng)智慧，又能‘格物窮理’解析數(shù)據(jù)的新時(shí)代智慧工匠?！鄙a(chǎn)管理部黨總支副書(shū)記、部長(zhǎng)牟明月表示，從破解“經(jīng)驗(yàn)黑箱”到引領(lǐng)行業(yè)轉(zhuǎn)型，茅臺(tái)制酒釀造技藝機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的實(shí)踐，正讓傳統(tǒng)釀造工藝在數(shù)字時(shí)代煥發(fā)新生，為中國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的守正創(chuàng)新寫下生動(dòng)注腳。

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編輯湛澤梅

二審賀詩(shī)涵

三審李勛