SIS для оптимизации процесса производства консервов в промышленных автоклавах

Применение интеллектуальных информационных систем (SIS) — это революционный способ оптимизации операций с автоклавами, превосходящий традиционное ручное управление и контрмеры. Использование Интернета вещей, искусственного интеллекта (ИИ) и аналитики больших данных для поддержки SIS позволит создать совершенно иной стандарт точности поставок и прогнозирования, к которому многие малые и средние предприятия никогда не имели бы доступа.

Поскольку мониторинг и управление устройствами осуществляется в режиме реального времени, датчики Интернета вещей, установленные в автоклавных камерах и других системах оборудования, постоянно собирают данные о важных параметрах процесса, таких как температура, давление, значение F0 и другие. Эта информация немедленно обновляется в SIS, обеспечивая операторам хорошее понимание процесса и закладывая основу для выполнения операций, которые ранее проверялись вручную, в периодические автоматизированные периоды.

В случае консервных малых и средних предприятий это заметно снизит риски отклонений и сохранит последовательность термической обработки (Хамалудин, 2023). Кроме того, SIS позволяет использовать предиктивную аналитику для оптимизации процессов: алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения объединяют исторические данные и данные в режиме реального времени и выявляют тенденции для заблаговременного прогнозирования проблем.

Возьмем случай, когда SIS предсказывает, что температурный режим автоклава может быть неоптимальным из-за износа оборудования или изменения энергии пара, и такие проблемы могут быть решены вовремя, поскольку прогноз был сделан заранее (Dhal & Kar, 2025). Эти возможности прогнозирования, помимо обеспечения оптимальной эффективности, также оптимизируют количество циклов нагрева и охлаждения продуктов, ограничивают их чрезмерную переработку для поддержания оптимального качества и питательных свойств, а также экономят энергозатраты (Simpson et al., 2023).

Автоматизированная поддержка принятия решений в SIS — это еще одна ценная функция, поскольку система определяет схемы загрузки, время обработки конкретного продукта и графики технического обслуживания на основе данных о производительности за прошлые периоды. Это снижает необходимость использования человеческого суждения и повышает согласованность операций, что выгодно малым и средним предприятиям, которым может не хватать специалистов по технологическим процессам (Simpson et al., 2007).

И последнее, но не менее важное: SIS приводит к меньшему количеству отходов и снижению затрат с точки зрения уменьшения отклонений в процессе обработки и более эффективного использования ресурсов. Это касается предотвращения брака партий из-за недостаточной или чрезмерной обработки и ограничения неоправданных затрат энергии. В случае с консервными малыми и средними предприятиями такие выгоды могут быть преобразованы в повышение урожайности и сокращение операционных расходов при повышении рентабельности, что может привести к проявлению долгосрочной устойчивости (Ihueze, 2018).

SIS для повышения безопасности пищевых продуктов

Безопасность пищевых продуктов не является предметом обсуждения в пищевом секторе, и интеллектуальные информационные системы (SIS) играют ключевую роль в расширении возможностей системы управления безопасностью пищевых продуктов, особенно среди небольших компаний, которые стремятся соответствовать самым жестким внутренним и международным требованиям. Важной особенностью SIS является автоматизированный мониторинг критической контрольной точки (CCP), при помощи которого датчики непрерывно отслеживают такие параметры, как значение F0 и температура автоклава. Система не только сохраняет данные, но и может мгновенно подавать сигнал тревоги операторам или автоматически приостанавливать процессы в случае, если параметры выходят за пределы критических уровней, сводя к минимуму вероятность человеческой ошибки и обеспечивая постоянное соблюдение наиболее важных процедур безопасности (Panghal et al., 2018).

Кроме того, SIS поддерживает системы раннего предупреждения и прогнозной оценки рисков путем анализа данных из различных источников, таких как результаты обработки сырья, качество условий обработки и условия окружающей среды. Это позволяет системе прогнозировать риски до того, как они возникнут, например, сообщать о повторяющихся изменениях температуры, чтобы уведомить систему о предстоящей неисправности оборудования, чтобы предотвратить неисправность оборудования и снизить риски для безопасности (Qian et al., 2022).

Другим важным преимуществом является то, что SIS обеспечивает соблюдение нормативных требований и проведение аудитов. Автоматизированное ведение записей о мониторинге КПК, калибровочном цилиндре и графиках санитарной обработки, сгенерированных SIS, обеспечивает полную, отслеживаемую цифровую запись, которая легко соответствует таким концепциям, как HACCP и ISO 22000 (Mortimore & Wallace, 2013).

Для консервных малых и средних предприятий это помогает сократить административные задачи и сделать их гораздо более подготовленными к прохождению проверок и сертификации с целью дальнейшего расширения доступа на международные рынки. В дополнение к возможностям мониторинга процессов, SIS может сделать больше для улучшения управления гигиеной и санитарией, включая, не только, интеграцию данных датчиков состояния окружающей среды для мониторинга состояния гигиены, приемлемых графиков уборки и даже перемещения персонала, чтобы убедиться в соблюдении надлежащих санитарных норм. Такая комплексная система наблюдения повышает общую уверенность в безопасности пищевых продуктов и способствует созданию более здоровых условий производства (FDA, 2004).

SIS для улучшения прослеживаемости консервной продукции

Прослеживаемость в настоящее время является важной частью современной пищевой промышленности и может стать основой доверия потребителей, репутации бренда и функционирования программы отзыва продукции. Технологической основой для внедрения технически надежных и прозрачных систем отслеживания являются интеллектуальные информационные системы (SIS), которые особенно полезны для малых и средних предприятий, работающих во все более сложной цепочке поставок.

Интегрированное управление данными по всем продуктам позволяет SIS собирать информацию на каждом уровне цепочки поставок — от сырья до дистрибуции и розничной торговли. Это включает в себя важную информацию, такую как источник сырья, номера партий автоклавов, значения F0, детали упаковки и каналы сбыта, что позволяет отказаться от разрозненных ручных записей в пользу единой системы данных (Smith & Furness, 2006).

Благодаря использованию технологии блокчейн, которая создает вечные, не редактируемые и прозрачные записи, также улучшается отслеживаемость. Отдельные этапы процесса стерилизации, загрузки и охлаждения, среди прочего, могут быть записаны на блокчейне, что позволяет получить проверяемую историю продукта. Данная особенность не только создает доверие между партнерами по цепочке поставок и потребителями, но и повышает авторитет бренда и демонстрирует соответствие нормативным актам и требованиям рынка (Verna et al., 2025). Кроме того, SIS будет способствовать более эффективному и точному реагированию на отзыв, так что поврежденные продукты можно будет вовремя отозвать и отследить в случае нарушения безопасности пищевых продуктов.

Этот аспект значительно сокращает количество отзывов, ограничивает экономические потери и защищает репутацию бренда, что имеет первостепенное значение для малых и средних предприятий с ограниченными ресурсами (Qian et al., 2022). Наконец, повышается прослеживаемость, что способствует укреплению доверия потребителей и расширению доступа к рынку. Регулирование прозрачности и проверяемости данных, относящихся к продуктам, поможет малым и средним предприятиям наладить лучшие отношения с потребителями, а также позволит им превзойти строгие стандарты прослеживаемости на международном рынке. Это, в свою очередь, не только повышает доверие потребителей, но и позволяет малазийским предприятиям пищевой промышленности лучше конкурировать на международном уровне (Шамсудин и др., 2011).

Наглядное мини-исследование на примере малого и среднего консервного предприятия

Предлагаемая интеллектуальная интегрированная система (SIS) демонстрирует реальный пример использования; предположим, что гипотетическое предприятие малого и среднего консервного предприятия, работающего с помощью технологии тепловой стерилизации. Некоторые из типичных проблем, с которыми сталкивается компания, как и многие малые и средние предприятия, включают в себя низкое качество продукции из-за различных способов ручной розливки, высокие счета за электроэнергию и неспособность обеспечить детальную прослеживаемость, с которой сталкиваются международные клиенты, экспортирующие продукцию.

По умолчанию температура в автоклаве и время обработки устанавливаются вручную и проверяются операторами, что может привести к перевариванию партии, что может повлиять на текстуру, или к неполной обработке продукта, что может привести к проблемам с безопасностью пищевых продуктов. Бумажные журналы, используемые для мониторинга критических контрольных точек каждые 30 минут, означают, что в случае выявления каких-либо отклонений может потребоваться утилизация всей партии.

Аналогичным образом, даты производства и номера партий отслеживаются вручную, и поэтому поиск определенного количества сырья для конкретной партии занимает очень много времени. Компания использует поэтапный подход для решения этих проблем, внедряя систему SIS.

Этап 1 предназначен для оснащения автоклавов датчиками Интернета вещей, которые будут определять температуру, давление и время обработки в режиме реального времени и передавать информацию на облачную панель мониторинга, устраняя ошибки, допущенные вручную, и повышая согласованность партий.

Этап 2 заключается во внедрении алгоритмов машинного обучения для определения наиболее подходящего времени обработки в течение сбора данных за несколько месяцев, в зависимости от веса и состава продукта, что позволяет снизить потребление энергии на 15% без изменения значений F0 для обеспечения микробиологической безопасности.

Этап 3, который предполагает объединение SIS с системой инвентаризации, включает в себя нанесение QR-кодов на упаковку продукта. С помощью простого сканирования теперь можно получить полную информацию о продукте, включая данные о партии продукта в автоклаве, показания датчиков Интернета вещей, поставщика и дату упаковки, что сокращает время проведения пробного отзыва до одного дня и составляет менее пяти минут.

Благодаря этим цифровым изменениям компания смогла сократить количество брака продукции на 20%, обеспечить соответствие высоким международным стандартам прослеживаемости и повысить имидж бренда в плане безопасности и качества. Это обобщенный пример отраслевых проблем и решений, представленных в литературе, которые показывают, как консервные предприятия могут стратегически использовать технологии Индустрии 4.0 для получения конкурентного преимущества (Jagtap, 2021; Хамалудин, 2023).

Проблемы и факторы, способствующие внедрению SIS консервными малыми и средними предприятиями

Несмотря на заманчивые преимущества интеллектуальных информационных систем (SIS), их внедрение и адаптация в случае малых и средних консервных предприятий сопряжены с различными препятствиями. Высокая стоимость первоначальных инвестиций является одним из наиболее серьезных препятствий, поскольку затраты на приобретение аппаратных компонентов SIS, включая датчики и устройства Интернета вещей, а также программные платформы и аналитические инструменты, могут потребовать значительных капитальных вложений, которые большинству малых и средних предприятий с ограниченными ресурсами недоступны из-за ограниченности ресурсов (Абдул Талиб и Мохд Али, 2014).

Отсутствие технических знаний также является проблемой, поскольку большинству малых и средних предприятий не хватает специалистов, прошедших подготовку в области обработки данных, искусственного интеллекта, Интернета вещей или системной интеграции, поскольку они необходимы для управления и оптимизации SIS, по крайней мере в некоторой степени (Manikas & Sundarakani, 2017).

В дополнение к техническим недостаткам, уровень осведомленности о преимуществах SIS остается недостаточным, и некоторые малые и средние консервные предприятия рассматривают такие технологии как неоправданные затраты, а не средне- и долгосрочные стратегические инвестиции, которые, вероятно, повысят конкурентоспособность (Мохд Нур и Абдулла, 2019).

Проблема безопасности и конфиденциальности данных является еще одним препятствием, учитывая, что SIS вынуждены использовать конфиденциальные операционные данные и данные о продуктах. В случае небольших предприятий внедрению может препятствовать страх нарушения кибербезопасности или утечки информации (Alam et al., 2016). Более того, нежелание сотрудников, привыкших к традиционным методам работы, меняться может стать еще одним препятствием для плавного перехода на цифровую систему. Поэтому необходимы мероприятия по управлению изменениями и обучению персонала (Алам и др., 2016).

И последнее, но не менее важное: проблема неразвитой цифровой инфраструктуры сохраняется, особенно среди малых и средних предприятий, расположенных в сельской местности, где подключение к Интернету и другие цифровые вспомогательные структуры находятся на низком уровне. Это ограничило возможности внедрения передовых решений SIS из-за слабой базовой инфраструктуры (Mohd Noor & Abdullah, 2019). Тем не менее, успешному внедрению интеллектуальных информационных систем (SIS) на малых и средних консервных предприятиях могут способствовать несколько факторов.

Наиболее важным является то, существуют ли государственные гранты и льготы, т.е. адресная финансовая поддержка, субсидии и освобождение от налогов, для снижения общих затрат на внедрение и повышения доступности SIS для небольших компани. Кроме того, поставщики технологий и отраслевые ассоциации вносят свой вклад в улучшение ситуации в целом, предлагая недорогие, расширяемые и адаптируемые решения SIS. Такие партнерства не только предоставляют малым и средним предприятиям технологии, которые можно адаптировать к конкретным условиям, но и обеспечивают их обучение и техническое понимание, которые помогают преодолеть пробел в знаниях (Talib et al., 2014).

Еще одним решением являются программы обучения и наращивания потенциала, поскольку они позволяют сотрудникам малых и средних консервных предприятий приобрести необходимые навыки цифровой грамотности, а также набор навыков для лучшего понимания анализа данных и управления SIS, что позволяет малым и средним предприятиям работать с такими системами и получать выгоды от них (Manikas & Sundarakani, 2017).

Кроме того, это может привести к примерам успеха первых пользователей, поскольку один из наиболее эффективных мотиваторов может обеспечить уверенность среди остальных малых и средних предприятий благодаря ярким примерам повышения эффективности, экономии средств и конкурентоспособности (Мохд Нур и Абдулла, 2019).

Наконец, создание согласованных систем, в частности механизмов обмена данными и интероперабельных систем, может помочь упростить интеграцию между различными компонентами SIS и облегчить передачу данных вверх и вниз по цепочке поставок для повышения надежности и эффективности системы (Curto & Gaspar, 2021). Предполагается, что малые и средние консервные предприятия могут предпринять стратегические шаги по преобразованию своего процесса переработки, активно решая такие проблемы и используя доступные им средства SIS, чтобы воспользоваться преимуществами еще большей степени безопасности пищевых продуктов, добиться полной прослеживаемости и, в конечном счете, стать более конкурентоспособными в постоянно меняющейся пищевой промышленности.

Анализ затрат и выгод и масштабируемость для консервной отрасли

Хотя преимущества интеллектуальных интегрированных систем (SIS) очевидны, их внедрение на малых и средних консервных предприятиях будет зависеть от положительного анализа затрат и выгод и масштабирования технологии в соответствии с потребностями малого и среднего бизнеса. Изучение литературы по внедрению технологий в производство отражает общую модель оценки внедрения технологий. С точки зрения затрат, самым большим препятствием являются капитальные вложения (CAPEX), которые включают в себя датчики, аппаратное обеспечение для сбора данных, лицензию на программное обеспечение и плату за подписку на облако, которые могут потребоваться. В случае небольшой операции с автоклавом затраты на установку базового датчика могут составлять всего несколько тысяч долларов, а на установку комплексной системы на базе искусственного интеллекта — даже десятки тысяч.

Существуют также затраты на внедрение и интеграцию, которые включают установку аппаратного обеспечения и интеграцию SIS с уже существующим оборудованием и программным обеспечением, включая системы управления запасами. Кроме того, малые и средние предприятия должны учитывать затраты на обучение и повышение квалификации, чтобы сотрудники могли быть компетентны в эксплуатации и обслуживании новой системы.

Наконец, сохраняются операционные расходы (OPEX) в виде подписки на программное обеспечение, облачных хранилищ, обслуживания системы и обеспечения безопасности данных. Экономические выгоды, которые SIS предлагает малым и средним предприятиям, являются конкретными и компенсируют эти затраты. Автоматизация помогает повысить эффективность работы за счет снижения энергопотребления на цикл стерилизации, сокращения времени обработки и трудозатрат.

Еще одним преимуществом является сокращение отходов, поскольку из-за чрезмерной или недостаточной обработки выбрасывается не так много партий, а для предотвращения порчи используются предупреждающие сигналы. Кроме того, обеспечивается более строгое соблюдение требований законодательства и доступ к рынкам, снижаются затраты в области аудита и отчетности о соответствии требованиям, а также доступ к прибыльным экспортным рынкам, которые требуют очень высоких стандартов прослеживаемости. Кроме того, внедрение SIS улучшает имидж бренда за счет повышения доверия потребителей к бренду и его репутации за счет предоставления наглядных гарантий безопасности и качества пищевых продуктов.

Масштабируемость имеет решающее значение для внедрения SIS на малых и средних предприятиях, поэтому внедрение SIS возможно на малых и средних консервных предприятиях. Вместо дорогостоящего масштабного внедрения лучше использовать метод медленного и масштабируемого внедрения. Компании могут начать с малого, переведя в цифровой формат только одну производственную линию или даже один автоклав, с изначально простым контролем температуры и давления в режиме реального времени в качестве начальной цели, что обеспечит быстрый срок окупаемости и уверенность в системе внутри компании.

Использование облачных решений «Программное обеспечение как услуга» (SaaS) также позволит сократить первоначальные расходы за счет преобразования крупных капиталовложений в меньшие, более управляемые ежемесячные операционные расходы и избавит от необходимости обслуживания собственных серверов. Кроме того, малым и средним предприятиям рекомендуется сосредоточиться на наиболее эффективных областях, которые позволят решить их наиболее насущные проблемы, будь то энергоэффективность, согласованность партий или обеспечение прослеживаемости потребностей важных клиентов. Ознакомившись с концепцией внедрения SIS как с этапным процессом, который будет осуществляться масштабируемым образом, в отличие от единовременного крупномасштабного проекта, консервные предприятия смогут создать мощное бизнес-обоснование и получать медленную, но устойчивую выгоду по мере наращивания своих ресурсов и опыта.

Измеримые ключевые показатели эффективности для успеха SIS

Чтобы преобразовать теоретические преимущества интеллектуальных интегрированных систем (SIS) в реальные бизнес-показатели, консервные предприятия должны определить и отслеживать определенные, поддающиеся количественной оценке ключевые показатели эффективности (KPI).

В рамках оптимизации процесса ключевыми показателями эффективности являются: Общая эффективность оборудования (OEE), показатель доступности, производительности и качества автоклавных машин; потребление энергии на партию, показатель количества киловатт-часов, затрачиваемых на каждый цикл тепловой стерилизации, для демонстрации экономии энергии; и время цикла, которое является важным показателем показатель среднего времени на один процесс стерилизации.

В качестве показателя безопасности и качества пищевых продуктов важно отслеживать отклонения в критических контрольных точках (ККТ), чтобы гарантировать, что температура продуктов не превышает безопасных уровней, снижая количество бракованных продуктов за счет уменьшения процента бракованных или небезопасных партий продуктов, а также отслеживать жалобы клиентов для определения качества продукта.

Такие ключевые показатели эффективности, как время пробного отзыва, показатель того, насколько быстро можно отследить продукт до потребителя и источника сырья (лучшая в своем классе производительность составляет менее пяти минут), и точность данных прослеживаемости, показатель доли продуктов с полными и правильными историческими данными, являются важными критериями в условиях прослеживаемости. Систематически уделяя особое внимание этим ключевым показателям эффективности, малые и средние предприятия могут не только улучшить свое экономическое обоснование для внедрения SIS, но и отслеживать окупаемость вложенных инвестиций и способствовать постоянному повышению операционной эффективности, безопасности и конкурентоспособности.

Заключение

Обзор литературы, проведенный в этой статье, пролил достаточно света на перспективы преобразования интеллектуальных информационных систем (SIS) с точки зрения оптимизации процесса промышленной тепловой стерилизации консервов, повышения безопасности пищевых продуктов и прослеживаемости на малых и средних консервных предприятиях. В ходе исследования был проведен комплексный анализ, основанный на различных отраслевых и академических источниках, и благодаря обобщению концептуальной основы была достигнута ясность в отношении того, как SIS с использованием таких технологий, как IoT, искусственный интеллект и аналитика больших данных, может помочь решить насущные проблемы, связанные с операционными и нормативными проблемами, с которыми сталкиваются эти ключевые факторы развития отрасли.

В этой статье показано, что SIS может играть важную роль в оптимизации процесса промышленной тепловой стерилизации консервов с точки зрения мониторинга в режиме реального времени, прогнозной аналитики и автоматизированной поддержки принятия решений, что приводит к повышению эффективности операций, минимизации отходов и повышению качества продукции.

Кроме того, SIS также полезны для повышения безопасности пищевых продуктов за счет автоматизации мониторинга критической контрольной точки (CCP) для прогнозирования рисков и содействия соблюдению нормативных требований.

Что еще более важно, недавно созданная система отслеживания, созданная с помощью этих систем, интеграция данных по всей цепочке поставок, а также эффективное и быстрое управление отзывами обеспечивают рост доверия потребителей, что потенциально открывает новые рыночные возможности. Несмотря на наличие некоторых препятствий, таких как высокие начальные затраты, недостаток технических знаний в отрасли и нежелание меняться, стратегическая необходимость внедрения SIS для малых и средних консервных предприятий в России очевидна. Это может привести к повышению конкурентоспособности и устойчивости малых и средних предприятий.