AI 智慧中央廚房示範解決方案 (By UNSL)

2025-07-11 By 金蟬動力 0

基於物聯通信與數字孿生的數字化生產管理平台

一、方案概述與設計目標

（一）方案背景與定位

本方案針對該國家營養局“健康廚房項目”中智慧廚房的示範需求，基於32000個健康廚房、日供8300萬份餐食的規模化運營場景設計。以技象科技窄帶可控通信芯片為物聯基礎，結合國產化控制管理系統，構建覆蓋後廚生產全流程的數字化管理平台，並融入數字孿生技術，實現從食材預處理到餐食配送的全鏈路可視化、智能化管控。

（二）核心目標

設備互聯與數據互通：通過象芯2號通信芯片控制與管理自動化生產裝置實現自動烹飪設備、清洗設備、消毒設備等後廚生產設備的物聯通信，通信成功率≥99.9%，數據傳輸延遲≤50ms。

生產流程數字化：搭建中央廚房數字化管理平台，集成膳⾷計劃、物資管理、就餐管理等模塊，實現生產數據實時採集與分析。

數字孿生應用：構建廚房物理空間與虛擬空間的實時映射，支持生產調度、設備監控、質量追溯的三維可視化管理。

合規與安全保障：滿足食品安全監管要求，實現“明廚亮灶”，關鍵環節視頻留存≥30天，溫度/濕度等環境數據實時監測。

二、系統架構設計

（一）整體架構分層

層級	功能描述	核心技術/產品
感知層	設備數據採集與物聯通信，包括溫濕度、設備狀態、能耗等數據的實時感知	技象科技窄帶通信芯片、傳感器、智能設備
網絡層	構建後廚設備通信網絡，支持窄帶無線傳輸與國產化協議解析	技象科技通信模組、邊緣網關
平台層	數字化管理平台核心，包含數據中台、數字孿生引擎、業務管理系統	國產化控制管理系統、三維建模引擎
應用層	面向生產調度、設備管理、質量控制等場景的可視化應用	生產看板、移動端 APP、三維監控界面

（二）物聯通信方案

1.窄帶通信技術應用

芯片選型：採用技象科技TP3600系列窄帶可控通信芯片，支持Sub-1GHz頻段，通信距離≥1km（空曠環境），滿足廚房複雜環境下的抗干擾需求。

網絡拓撲：採用“星型+Mesh”混合組網，邊緣網關（TP-GW100）作為中心節點，連接各設備通信模組（TP-M10），支持設備自組網與故障自愈。

通信協議：定制國產化通信協議，支持設備狀態上報（頻率≥1次/分鐘）、遠程控制指令下發（響應時間≤100ms），數據加密採用國密SM4算法。

2.設備接入清單

設備類型	數量（單示範點）	通信模組配置	數據採集點
自動烹飪機器線	5台	TP-M10	溫度、功率、烹飪時間、故障狀態
內置電磁爐炒菜線	3台	TP-M10	功率檔位、溫度曲線、運行時長
中式炒菜生產線	2台	TP-M10	翻炒頻率、火候控制、能耗數據
商用食品蒸櫃生產線	2台	TP-M10	蒸汽壓力、溫度、工作模式
智能洗淨裝備	1台	TP-M10	洗滌時間、水流壓力、電機狀態
智能切菜機裝備	1台	TP-M10	切割規格、刀片轉速、運行狀態
炒菜機器人	2台	TP-M10	烹飪程序、調料投放量、火候控制
智能留樣櫃	1台	TP-M10	開門狀態、留樣時間、溫度監控
智能消毒櫃	1台	TP-M10	消毒模式、時間、溫度、臭氧濃度

三、數字化生產管理平台設計

（一）平台核心模塊

1.智廚伙食業務管理系統

膳食計劃管理：基於AI算法自動生成符合營養標準的餐譜（早餐20-25%RDA，午餐30-35%RDA），支持孕婦、學生等不同群體的差異化需求。

物資管理：集成採購計劃、入庫驗收、出庫配送、庫存盤點全流程，實時同步食材消耗數據（如學前學生7.1%預算佔比對應的食材用量）。

2.設備物聯監控系統

實時狀態監控：通過數字孿生三維界面展示所有設備運行狀態（在線/離線、故障告警），支持點擊設備查看詳細數據（如炒菜機器人的當前溫度曲線）。

能耗管理：自動統計各設備能耗數據，生成能耗報表，支持按時間段（如每日02:00-15:00生產週期）分析能耗峰值。

預測性維護：基於設備運行數據（如電機轉速、溫度）建立故障預測模型，提前72小時推送維護預警。

3. 數字孿生應用系統

三維場景建模：1:1還原示範點廚房平面佈局（含自動烹飪線、蒸櫃線等區域），支持縮放、旋轉、分層查看。

實時數據映射：將設備狀態、生產流程等數據同步至數字孿生體，如顯示某台蒸櫃的蒸汽壓力在三維模型中的動態變化。

生產模擬優化：支持在虛擬環境中模擬不同生產方案（如調整配送時間窗口），預測產能與能耗影響。

4. 質量安全監管系統

明廚亮灶監控：在驗收區、烹飪區等部署攝像頭，視頻流接入平台並存儲，支持實時查看與歷史追溯。

環境監測：實時監測後廚溫濕度（目標範圍：溫度22±2℃，濕度45±5%）、煙霧、燃氣濃度，超標自動報警。

留樣管理：智能留樣櫃對接餐譜數據，自動提醒留樣時間，生成留樣台賬（含AI食材拍照識別記錄）。

（二）國產化控制管理方案

操作系統：採用統信UOS服務器版，支持國產CPU（如鯤鵬920），保障系統底層安全。

數據庫：使用達夢數據庫DM8，支持海量設備數據（日均≥100萬條記錄）的存儲與查詢。

中間件：基於金蝶天燕中間件構建服務總線，實現各模塊間數據交互的國產化適配。

安全體系：集成國產化加密引擎（SM2/SM4）、防火牆（天融信NGFW），滿足等保2.0三級要求。

系統整合：整個AI智慧廚房可以運行在一般的雲端系統或AiTV智能台的天網雲端系統上邊，及可以和智能台的介面完全整合。

四、後廚生產流程數字化改造

（一）廚房製作間參考示意圖

（二）全流程數字孿生映射

生產環節	物理空間操作	數字孿生系統功能
食材預處理	智能切菜機切割、洗淨裝備清洗	顯示設備運行參數（如切菜長度設定）、食材損耗率分析、預處理時長預測
烹飪加工	炒菜機器人自動翻炒、蒸櫃蒸煮	同步烹飪程序參數（如溫度180℃、時間15分鐘）、實時顯示菜品熟度模擬
質量檢測	食品測試、留樣櫃存放	記錄檢測結果（如中心溫度≥70℃）、留樣位置在三維模型中標注、超期留樣自動預警
分裝配送	自動分裝線打包、按年齡分層配送	模擬配送路線（如07:45幼兒配送路徑）、實時跟蹤配送車輛位置、預測送達時間
餐具回收	洗碗機清洗、消毒櫃消毒	顯示洗碗機運行狀態（如噴淋壓力）、消毒完成度模擬、能耗數據統計

（三）關鍵場景智能化應用

1. 分批烹飪智能調度

場景需求：每日04:30、09:00、12:00分三批烹飪，需協調多台設備產能。

數字孿生方案：在三維界面中可視化各批次烹飪計劃（如第一批4:30完成 500份主菜），系統自動分配設備任務（如2台炒菜機器人負責主菜，1台蒸櫃負責米飯），實時監控進度並預警延遲風險。

2. 按年齡分層配送優化

場景需求：07:45配送幼兒餐，09:00配送小學高年級，需確保餐食溫度（目標≥60℃）。

數字孿生方案：模擬不同配送時段的路況與時間窗口，優化配送路線（如幼兒園路線優先選擇耗時≤20分鐘的路徑），在三維模型中顯示配送車輛實時位置與餐箱溫度曲線。

3. 食品安全追溯

場景需求：從食材入庫到餐食配送的全鏈路追溯，如某份餐食發現問題需快速定位源頭。

數字孿生方案：在三維模型中點擊問題餐食，系統自動關聯生產數據（食材批次、烹飪設備、操作人員、配送路線），生成追溯報告（含時間戳與數據鏈）。

五、硬件與軟件清單（單示範點）

（一）後廚生產設備硬件成本

設備類別	設備名稱	型號規格	數量	單價（萬元）	小計（萬元）
自動烹飪機器線	台式自動炒灶		2
電磁炒灶	智能電磁炒灶（自動噴灑）		3
內置電磁爐炒菜線	嵌入式電磁炒灶（手動）		1
電磁炒灶	電磁炒灶（電動）		2
中式炒菜生產線	立式電磁炒灶		1
電磁炒灶	雙鍋電磁炒灶		1
商用食品蒸櫃生產線	立式蒸櫃		1
雙門蒸櫃	雙門蒸櫃		1
智能洗淨裝備	葉菜清洗機		1
智能切菜機裝備	觸控切菜機		1
炒菜機器人	智能炒菜機器人		2
智能留樣櫃	留樣櫃		1
智能消毒櫃	消毒櫃		1
通信與物聯設備	技象通信芯片模組		20
邊緣網關	邊緣網關		1
傳感器套件	傳感器套件（溫濕度/能耗等）		10
合計硬件成本

（二）系統軟件成本

軟件模塊	功能描述	許可方式	數量	單價（萬元）	小計（萬元）
數字化管理平台	含膳食計劃、物資管理、就餐管理	國產化定制開發	1
設備物聯監控系統	設備通信管理、狀態監控、能耗分析	國產化定制開發	1
數字孿生引擎	三維建模、實時數據映射、模擬優化	國產化引擎授權	1
質量安全監管系統	明廚亮灶、環境監測、留樣管理	國產化定制開發	1
國產化基礎軟件	操作系統、數據庫、中間件	正版授權	1
合計軟件成本

（三）集成與實施成本

項目	描述	金額（萬元）
硬件集成調試	設備安裝、通信組網
軟件定制開發	業務流程適配、接口開發
數字孿生建模	廚房三維模型構建
培訓與運維支持	操作人員培訓、1年運維服務
合計集成實施成本