立项背景

我国饲料产量居世界首位，2018年为2.28亿吨，占比近20%。由于饲料原料变异性大、动物营养平衡要求等原因，饲料行业检测需求大，具体表现为：检测指标丰富、检测环节众多、检测批次频繁，粗略估算我国饲料行业每年检测投入4.6亿元以上。

近红外光谱法（近红外光谱，简称NIRS）可经济快速地获取成分含量，是饲料产业检测环节降本增效的手段。我国饲料行业配置NIRS设备超3000台，其中万吨规模以上和集团化饲料厂是应用NIRS的主力军。饲料厂应用NIRS设备的主要瓶颈是NIRS定标模型精度不高、数量不足。NIRS定标模型是NIRS设备使用的核心。离开的NIRS定标模型，设备无法完成检测任务。

可借鉴的做法是NIRS设备联网管控，实现NIRS模型的统一共享。目前国内还没有成熟NIRS联网管控平台的原因在于：一是NIRS建模和平台构建技术相对成熟，科研经费资助此类技术转化项目的力度不够；二是国内检测机构及饲料民营企业常因资金回收期长、行业共享意愿不强等，难以投入资金构建模型共享平台；三是国外企业基于已有模型，快速在中国推广NIRS速检业务，赚取国内饲料检测利润的同时，获取了大量我国饲料行业数据。

《全国饲料工业“十三五”发展规划（2016-2020年）》在构建精准配方技术体系中明确要求“以近红外光谱等技术为基础，完善饲料原料营养物质快速定量检测方法。”饲料企业的高质量发展也要求利用NIRS，以分钟为单位，反映饲料原料和饲料的实时营养成分信息。可见，近红外设备联网管控有助于推动行业高质量发展，服务安全监管、高效发展、低碳环保的要求。

主要方法及其机理

NIRS联网构架的搭建及应用

从硬件基础设施、支撑软件、数据库、软件开发平台、系统底层框架、功能模块定义、子系统划分、系统集成等诸多方面进行系统设计和研发，形成支撑多检测终端的饲料NIRS联网管控平台。NIRS联网管控系统包括一台自主独立的服务器系统和20个子客端。联网管控界面功能包括仪器管理、模型管理、用户管理、检测数据管理和权限管理等。

NIRS定标模型库的构建

利用高级化学计量学方法，整合构建兼容多品类、多光谱格式、多光谱参数（波段、分辨率等）下的饲料原料和饲料成品的粗蛋白质、粗脂肪、赖氨酸等成分NIRS模型，研究构建了全品类、全指标、高精准的NIRS定标模型库1个。该模型库共有677套模型，覆盖58类饲料原料、85种全价饲料和2类预混合饲料。

多系统（NIRS-LIMS-FDS）的无缝对接技术的研发和应用

以实验室信息管理系统LIMS为中枢系统，无缝对接了NIRS和配方数据库系统FDS2个系统，实现NIRS数据在3个系统间的无缝传输，

精准制造能力评价和提升技术的研发和应用

改进6西格玛管理的过程能力指数CPK，以饲料配方设计值为目标值，以NIRS实时检测数据为过程值，构建了反应饲料配方靶向制造能力的指标CPK，引导工厂改善原料评估、配方优化、生产及体系管理等系统因素，实现精准制造能力的提升，并研发了智能实现APP。

创新亮点

（1）搭建并应用近红外设备联网管控系统，研究多系统的无缝实时对接技术，实现近红外设备联网管控系统、实验室信息管理系统、配方数据库系统的数据一体化，为饲料企业大数据挖掘利用奠定基础。

（2）采用互联网技术构建NIRS模型共享平台的网络化构架，实现光谱数据与分析应用融合、标准规范与设备融合、数据管理与应用融合，最大化提高前端设备扫描操作用户体验、后台中心平台的统一管控能力以及分析应用服务的扩展能力，保证技术模型统一性、检测数据的一致性与标准化以及分析应用的灵活性。

（3）创新利用6西格玛管理的过程能力指数CPK，挖掘近红外实时检测数据，并利用移动互联网技术，实时跟踪工厂CPK指标的变化，引导工厂改进原料评估、配方优化、生产及体系管理等措施。

实施应用前后效果（益）情况对比

该技术应用于中粮饲料体系20家生产厂，提升近红外检测精准度，提高检化验中的近红外使用率至61%，近3年累计提升了10%，大幅降低检测成本。

提升生产过程管理水平，饲料20家工厂总CPK自2017年0.78，提升至2018年1.04和2019年的1.37。全价料的粗蛋白变异为0.320%（STDEV）较2017年降低了0.047%，同比提升15%，实现原料波动下产品的高精准制造，节省原辅料损耗，保障产品的稳定性，提高产品的竞争力，提升企业过程的管理水平。

因近红外使用，可节支检测费用18.00元/批次，每吨销量产生的检测批次为0.35批次/吨，可实现节支费用6.30元/吨；因饲料精准制造，可节支原辅料损耗成本2.07元/吨；则，综合节支费用为8.37元/吨。2017年，销量228万吨，节支1908万元；2018年，销量190万吨，节支1590万元；2019年，销量168万吨，节支1406万元。

可推广应用范围

研发和应用基于近红外联网管控的饲料精准制造技术，充分利用原料和成品的实时检测数据，建立饲料配方靶向生产的智能评估方法，有助于饲料行业实时管控生产的过程能力，提升饲料的精准制造能力，推动我国饲料工业的智能升级。

此外，近红外设备已在诸多行业获得广泛应用，包括粮油、化工、制药、食品等行业。集团化企业均面临工厂分散、设备众多、效率不高等管控和使用问题，本项目的联网管控方法适用于上述行业的近红外设备管理和产品配方精准生产。