（續(xù) 第6期）
3.3 物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和網(wǎng)絡安全
物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈都被認為是重要的數(shù)字技術，它們正在推動包括食品行業(yè)等不同領域的重大變革。與此同時，對用于保護數(shù)字信息和數(shù)據(jù)免受潛在網(wǎng)絡安全攻擊的預防性措施的需求正在不斷增加。
3.3.1 物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)是指在相互連接的計算機設備和機器之間傳輸數(shù)據(jù)。最近的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展推動了互聯(lián)設備的激增，促進了各種物聯(lián)網(wǎng)智能應用在醫(yī)療和醫(yī)療保健、電子商務、教育、制造業(yè)和農業(yè)等不同領域使用的增長。雖然根據(jù)應用領域對物聯(lián)網(wǎng)結構進行了不同層的描述，但大多數(shù)研究主要試圖建立三層，即：i）設備層，包括傳感器、RFID和其他收集數(shù)據(jù)的物理設備；ii）網(wǎng)絡層，包括用于傳輸由設備層收集的數(shù)據(jù)的所有類型的網(wǎng)絡通信協(xié)議；iii）應用程序層，包括物聯(lián)網(wǎng)應用程序和服務。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用提高了連通性，并在整個供應鏈上提供了更好的生產力、質量和盈利能力。數(shù)據(jù)和信息的交互及交換發(fā)生在人與機器之間以及機器與機器之間。物聯(lián)網(wǎng)技術的最新進展在農業(yè)不同領域得到了廣泛應用，包括用于各種食品的生產加工過程和食品安全。
物聯(lián)網(wǎng)提供的一個重要方面是實時可追溯性，在處理產品召回時可采取快速行動。2018年新加坡的Gupta等人，提出了一種基于食品欺詐的物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含溫度、油、濕度、鹽、金屬、顏色、pH值和粘度的各種傳感器，用于監(jiān)測食品中的摻假物。該系統(tǒng)簡單且有效，因此它可以被食品供應鏈中的多方（如農民、消費者和監(jiān)管當局）使用。射頻識別已成功應用于廣泛的領域，包括可追溯性、確保農業(yè)食品部門的食品質量和安全。布澤恩布拉克等人（2019年）回顧了幾項研究，這些研究將物聯(lián)網(wǎng)設備與RFID結合使用，用于追蹤并跟蹤各種食品的應用（如食品安全和質量監(jiān)測、保質期和農藥殘留監(jiān)測、可追溯性和防偽）。2020年Alfian等人，提出了一種基于RFID的易腐食品與物聯(lián)網(wǎng)集成的可追溯系統(tǒng)，通過供應鏈來跟蹤運輸?shù)漠a品，并監(jiān)測食品的溫度和濕度。
一些擔憂和挑戰(zhàn)仍然存在。最大的問題是缺乏基礎設施來承載使用物聯(lián)網(wǎng)無縫收集和分析數(shù)據(jù)所需的連接。與該技術相關的另一個問題是較高的實現(xiàn)成本。此外，網(wǎng)絡的安全性也是一個主要問題。
3.3.2 區(qū)塊鏈
傳統(tǒng)的食品供應鏈缺乏產品的可追溯性和可跟蹤性，導致產品標簽透明度欠缺，創(chuàng)新周期緩慢，物流問題復雜。區(qū)塊鏈技術可以作為解決這些食品供應鏈問題的一種方法。區(qū)塊鏈技術以工業(yè)4.0為支撐，由數(shù)字的、分散的、分布式的賬本組成，由多臺計算機網(wǎng)絡維護，可以促進農業(yè)食品價值鏈的信任和透明度。
區(qū)塊鏈增加了整個供應鏈的可追溯性，連接和跟蹤從生產者到消費者的數(shù)據(jù)，允許更準確和更快的召回，從而消除風險，提供質量更好的食品。更好的可追溯性意味著可以監(jiān)測和認證諸如“生態(tài)友好”、“有機”和“清真”等聲明的有效性，并有助于減少全球供應鏈上的食品損失。此外，區(qū)塊鏈可作為一種綜合可追溯技術，以減少食品系統(tǒng)因大流行（如Covid-19）中斷的風險。例如，區(qū)塊鏈和其他新技術（如RFID）已被證明在持續(xù)的冠狀病毒危機期間有利于食物冷鏈的連續(xù)性。區(qū)塊鏈可以確保一個實時收集和訪問數(shù)據(jù)的安全環(huán)境。Kamilaris等人（2019）研究了區(qū)塊鏈在食品供應鏈中使用的增長，并確定了在每個利益相關者階段收集的數(shù)據(jù)類型（圖3）。
一些研究表明，區(qū)塊鏈可以與其他一些新興技術結合起來應用。例如，田等人，開發(fā)了一個基于區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)和HACCP（危害分析和關鍵控制點）的分散信息系統(tǒng)，用于食品供應鏈中的實時食品跟蹤。最近，一個基于區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)的安全監(jiān)控和報告系統(tǒng)被開發(fā)出來，以允許管理供應鏈上易腐產品的交易完整性、永久性和透明度，重點是產品運輸避免了任何人工干預。在另一項研究中，一個基于區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)和深度學習的高級供應鏈系統(tǒng)，對不同數(shù)量的用戶進行評估，以驗證農產品的真實來源。
區(qū)塊鏈在食品行業(yè)的實施率仍然很低，因為大多數(shù)系統(tǒng)都處于早期試點階段。缺少技術技能的教育和培訓平臺以及成本，是限制食品制造商使用區(qū)塊鏈技術的主要障礙。此外，一些與監(jiān)管、隱私泄漏、存儲容量有限和延遲問題相關的障礙仍然需要解決。其他挑戰(zhàn)，包括發(fā)達國家和發(fā)展中國家之間的數(shù)字差距，以及一些國家缺乏對加密貨幣的信任。
3.3.3 網(wǎng)絡安全
工業(yè)4.0增加了食品制造公司內部的數(shù)據(jù)匯集。隨著全球數(shù)字網(wǎng)絡開放制造過程的訪問越來越多，更多的數(shù)據(jù)涉及到更高的網(wǎng)絡安全風險。每當一項新技術被引入時，都會面臨網(wǎng)絡安全問題。網(wǎng)絡安全是指具有所需技能的技術人員，保護信息和計算機技術系統(tǒng)的過程和有效性，提供這種保護，可抵御能損害軟件和硬件或涉及高代價的勒索軟件的網(wǎng)絡攻擊。
食品行業(yè)的基礎性設施更容易受到網(wǎng)絡攻擊。例如，供應鏈中所涉利益相關方的數(shù)量往往大于其他行業(yè)。因此，必須在供應鏈的各個階段提高網(wǎng)絡安全意識。配方泄漏、過程篡改和消費者數(shù)據(jù)盜竊是最令人關注的問題。有的案例還包括關閉軟件和硬件，以及篡改供應鏈物流。這類情況可能會威脅到公司的供應鏈、聲譽和利潤。
3.4 數(shù)字孿生和CPS
數(shù)字孿生的概念已經出現(xiàn)在食品工業(yè)，可以定義為真實產品、過程操作或物理對象的數(shù)字表達，它集成了人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等各種智能技術，能夠使物理活動與虛擬現(xiàn)實同步。統(tǒng)計、數(shù)據(jù)驅動和基于物理的復制是數(shù)字孿生的主要形態(tài)。數(shù)字孿生在農業(yè)領域和食品加工廠有增強感知和促進決策的潛力。此外，數(shù)字孿生可用于預測采后食品質量的演變，并定制供應鏈，以最大限度地延長保質期和減少食物損失。
雖然數(shù)字孿生已經在各個工業(yè)領域發(fā)展起來（例如，優(yōu)化車輛和飛機的操作與維護），但它們在食品工業(yè)的實施還處于起步階段，仍存在一些挑戰(zhàn)。只有少數(shù)研究描述了數(shù)字孿生在食品供應鏈中的應用。例如，Defraye等人開發(fā)了一個基于機械性有限元素模型，結合現(xiàn)實環(huán)境條件，模擬芒果在整個冷鏈中的升溫狀態(tài)。結果表明，數(shù)字孿生可以通過改善冷藏工藝流程和物流，使冷藏食品供應鏈更加環(huán)保。
CPS（網(wǎng)絡物理系統(tǒng)）在工業(yè)4.0中占有重要地位，可以被視為一個集成了物理世界和虛擬世界的全球網(wǎng)絡基礎設施。CPS與數(shù)字孿生共享一些基本概念。CPS與工業(yè)4.0的應用有可能實現(xiàn)智能工廠這個最終目標。CPS的概念也與物聯(lián)網(wǎng)和機器人技術密切相關，但在當前食品工業(yè)和農業(yè)系統(tǒng)中的應用很少?？梢灶A見，食品系統(tǒng)的CPS達到了自我管理和自我控制的最高自治水平，很多個領域可以從這些技術中受益。
從機器人的角度來看，CPS的各種應用示例包括智能食品制造系統(tǒng)。CPS的概念可以應用于建立食品可追溯系統(tǒng)。例如，Chen（2017）創(chuàng)建了一個基于CPS的用于食品供應鏈中食品的可追溯性系統(tǒng)（跟蹤和發(fā)現(xiàn)）。與CPS相關的挑戰(zhàn)包括它的復雜性、多學科性和異質性，以及缺乏技術標準和安全模型等需要解決的問題。
4 優(yōu)勢和共同的挑戰(zhàn)
食品工業(yè)4.0的重要概念是人工智能、ML、大數(shù)據(jù)分析、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、機器人和智能傳感器、數(shù)字孿生和CPS。工業(yè)4.0強調了不同領域之間的融合和連通的必要性，尤其是那些與物理、生物和數(shù)字領域相關的。這種連通變革從本質上來說主要是基于數(shù)據(jù)；即使用智能傳感器、機器人、物聯(lián)網(wǎng)和其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，使用云計算進行數(shù)據(jù)處理和挖掘，以及使用人工智能和其他先進科技進行數(shù)據(jù)解釋。這些科技的大多數(shù)，有望在未來的智能工廠及具有增強數(shù)字化和自動化功能的生產系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。例如，物聯(lián)網(wǎng)可以被視為食品安全的未來，而區(qū)塊鏈可以成為食品可追溯性的未來。
工業(yè)4.0技術可以促進食品價值鏈不同階段的所有數(shù)字化轉型，節(jié)省時間和降低成本，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。一個例子是使用基于不同光譜原理的高光譜傳感器，來優(yōu)化和監(jiān)測各種食品副產物的酶解過程中所有時間和階段的多個加工條件。這些“綠色”技術將減少食品浪費，并提供定制食品以及獲得具有特定質量屬性的理想產品的機會。因此，提高盈利能力，減少食物浪費，優(yōu)化客戶需求和提高消費者滿意度將成為可能。
通過采用食品可追溯性和數(shù)字解決方案，可以監(jiān)控從原材料到最終產品的加工過程。例如，在食品供應鏈中將區(qū)塊鏈作為一個數(shù)字化和透明的系統(tǒng)應用，以跟蹤產品從農場到餐桌的過程，確保產品的可追溯性和真實性。讓工業(yè)4.0的各種要素發(fā)揮效能，有可能改善供應鏈現(xiàn)代化、食品質量和真實性，并確保食品安全。
通過整合工業(yè)4.0的元素，即大數(shù)據(jù)分析、智能傳感器、自主機器人和其他先進技術，對食品工業(yè)進行數(shù)字化升級，可以帶來更高的生產率、更穩(wěn)定的過程控制和可定制的產品。然而，很少有人關注工業(yè)4.0的可持續(xù)性。集中關注創(chuàng)新、數(shù)字技能、數(shù)字基礎設施和合作，將有助于確保工業(yè)4.0的可持續(xù)性，實現(xiàn)聯(lián)合國的可持續(xù)發(fā)展目標，從而實現(xiàn)智能工廠的概念并將其付諸實踐，甚至在發(fā)展中國家也是如此。除了可持續(xù)性問題之外，與食品工業(yè)4.0技術相關的其他幾個挑戰(zhàn)仍需要解決?？偟膩碚f，新技術的采用似乎是一項艱巨的任務，而且與其他行業(yè)相比，食品行業(yè)采用這些技術的速度要慢。這可能是由于在一些食品行業(yè)的從業(yè)者之間仍然存在著一種孤立的心態(tài)（即，不希望與他人分享信息的心態(tài)）。由于其實施成本高和缺乏對工業(yè)環(huán)境的適應性，大多數(shù)新興技術似乎還沒有超過實驗室的規(guī)模。此外，缺乏技術和技術操作技能是阻礙人們更廣泛地接受工業(yè)4.0及其新技術和創(chuàng)新的另一個問題。
盡管AI、ML和大數(shù)據(jù)分析在特定運營和食品價值鏈中都得到了成功應用，但這些技術的采用仍然有限。其他障礙可能與特定技術有關，包括數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)（基礎設施、質量、標準化、安全性和所有權）、部署、驗證和維護的不確定性以及能力和資源的缺乏。人工智能和智能傳感器可以實現(xiàn)人機協(xié)作，是利用人工智能和物聯(lián)網(wǎng)領域的最新進展。然而，這些新興的新技術需要與現(xiàn)有的食品生產設施系統(tǒng)進行集成，高靈活性、先進的硬件和軟件以及更低的成本是必然需求。
最后，需要強調的是加強創(chuàng)新和整個食品供應鏈自動化、數(shù)字化進一步升級的必要性。工業(yè)4.0已經在某些領域提供的幫助，在于其成功實現(xiàn)了數(shù)字轉型和生態(tài)轉型的能力，但其一些最大潛力仍未開發(fā)。這些只能通過整體的多學科方法來實現(xiàn)，該方法同時包含盡可能多的工業(yè)4.0技術，并包括食品行業(yè)所有相關方的參與（例如，學術研究機構、工業(yè)合作伙伴以及監(jiān)管和其他政府部門）。
5 未來的觀點和結論
食品工業(yè)和其他行業(yè)一樣，經歷了四次工業(yè)革命。從手工操作、小規(guī)模、勞動密集型、碎片化活動發(fā)展為大規(guī)模、高度自動化、數(shù)字化和集約化的全球產業(yè)。最近，第四次工業(yè)革命（工業(yè)4.0）時代已經開始，其特征是許多現(xiàn)代數(shù)字技術（如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈）和其他新興技術的融合，包括機器人和智能傳感器、數(shù)字孿生和網(wǎng)絡物理系統(tǒng)。工業(yè)4.0技術為食品工業(yè)提供了廣泛的可能性，并導致了食品新趨勢的出現(xiàn)，這將在本研究的后期進行闡述。
本文試圖成為食品工業(yè)4.0技術進步相關的最新信息來源。這篇文獻綜述表明，一方面，已經出現(xiàn)了一些機會來實現(xiàn)氣候目標，應對施加給糧食供應鏈的環(huán)境、經濟和社會壓力，以及實現(xiàn)糧食的可持續(xù)性和氣候恢復力；文中討論的工業(yè)4.0技術，將有助于食品生產系統(tǒng)向更可持續(xù)、更智能、更創(chuàng)新，并提高效率和生產力的綠色制造轉型。另一方面，食品工業(yè)采用工業(yè)4.0元素并非沒有挑戰(zhàn)。例如，隨著時間的推移，在收集大量數(shù)據(jù)時出現(xiàn)的安全和隱私問題，隱秘攻擊使它們更容易受到傷害。制定共同的標準和法律框架，以及建立適當?shù)谋O(jiān)管環(huán)境，對于確保數(shù)據(jù)的保護和一致性，特別是對跨境數(shù)據(jù)流非常重要。
大多數(shù)新興技術仍然局限于實驗室規(guī)模的實驗，由于實驗室規(guī)模的研究和實際應用之間存在差距，因此無法商業(yè)化應用。公布的研究表明，那些研究已經解決了上述許多挑戰(zhàn)。為利用工業(yè)4.0在食品行業(yè)中的驅動力，并獲得其先進技術所提供的機會，需要持續(xù)的研究和開發(fā)，以及監(jiān)管機構、研究機構和行業(yè)之間的密集合作。增強的網(wǎng)絡和連通性，有望促進現(xiàn)代可持續(xù)農業(yè)和食品工業(yè)的更大成功。若干工業(yè)4.0技術的應用，特別是結合到一起應用，可以提供重要的可持續(xù)解決方案，為公共衛(wèi)生、環(huán)境和經濟發(fā)展實現(xiàn)更有價值的成果。
最后，文獻綜述顯示，工業(yè)4.0技術及其在食品工業(yè)實施中，人類生活的許多方面都被忽視了。因此，在可能的第五次工業(yè)革命（工業(yè)5.0）中，人類很可能成為其中心的核心。希望很快的話。（完）
翻譯：《肉類產業(yè)資訊》
