用于基于多变量预测模型的烘焙过程控制的设备和方法

技术领域

本公开涉及烘焙产品的加工，并且更具体地涉及当在烤箱中烘焙产品时使用多变量预测控制模型来控制烤箱的操作参数。

背景技术

通常，烘焙产品(例如，饼干、薄脆饼干、旋转模制的甜曲奇饼、挤出产品等)的消费者期望的特性(例如，风味、质构、颜色、口感等)至少部分地限定其消费者感知的质量。由于面团是可消费的烘焙(例如饼干)产品的前体，因此面团制造商旨在生产这样的面团，当在烤箱中烘焙时，该面团产生具有最大程度地匹配消费者期望特性的目标参数(例如含水量、重量、颜色、厚度等)的烘焙产品(例如饼干)。然而，饼干面团的配料的天然可变性以及由饼干面团制造饼干产品的过程所固有的可变性可能导致所得的烘焙饼干产品在批次之间的可变性。由于批次之间的这种可变性，一些批次的烘焙饼干产品可能代表将被包装并销售给消费者的商业上期望的产品，而一些批次的烘焙饼干产品可能代表商业上不期望的产品，它们不能满足质量规格，并且将被丢弃或再加工，导致饼干产品制造商的工艺低效和工艺成本增加。

饼干烘焙是具有多个输入和多个输出的复杂过程。典型的商用饼干烘焙烤箱具有5至10个区域，这些区域可以是独立可控的。每个烤箱区域都具有多个可影响烘焙产品的质量和生产效率的受操纵过程变量(例如，燃烧器输出、温度、热量分布、排气水平等)。因此，与烘焙饼干产品相关的烤箱控制可以包括多达几十个过程变量的操纵/调整。传统的饼干烤箱通常以一种模式操作，其中烘焙师必须在烘焙前和烘焙后手动调整这些输入变量中的许多输入变量，以获得商业上期望的烘焙饼干产品，该烘焙饼干产品具有在制造商的规格内的产品质量属性(例如，干重、含水量、颜色、厚度、视觉缺陷、质构等)。通常，这是一个反复试验过程，其中烘焙师在烤箱中烘焙面团以制备烘焙产品，然后使用多种分析方法测量烘焙产品的属性(其通常是乏味的、易出错的并且耗时的)，并且然后考虑周围环境条件、实际最终烘焙产品属性和目标(即，商业上期望的)烘焙产品属性来尝试调整烤箱的烘焙参数以获得具有商业上期望的属性的烘焙产品。因此，为了实现一致的烘焙产品质量和高生产效率的目的，烘焙师使用手动过程测量控制通常是非常困难且低效的。因此，需要改进烘焙产品的加工，其采用有效的方法以获得具有高质量、商业上期望的属性的烘焙产品。

发明内容

本申请总体上涉及一种用于加工烘焙(例如，饼干、薄脆饼干、曲奇饼等)产品的设备(以及相关联的方法)，其克服了常规烘焙系统的上述缺点中的至少一些缺点。具体地，本文描述的设备的目的是使用多变量预测控制模型来设定烤箱(例如，隧道式烤箱等)的烘焙参数，以便减小烘焙过程的可变性，同时减小烘焙产品的可变性并且改善烘焙产品的质量属性。

在一些实施方案中，一种用于控制烘焙产品的制造的设备包括块形成装置，该块形成装置被配置为通过使面团块料再成形(例如，混合、挤出等)来形成面团块，其中由块形成装置形成的面团块代表烘焙产品的前体。在一些情况下，块形成装置可以形成代表烘焙产品前体的连续、单片挤出形式的面团块。换句话说，面团块可以是连续挤出的形式，其可以在烘焙之前或烘焙之后被分离成单独的烘焙产品。面团块可以单个挤出物呈现，该挤出物随后被切割或以其它方式分离。

该设备进一步包括隧道式烤箱，该隧道式烤箱包括至少一个区段，该至少一个区段包含一个或多个区域，该隧道式烤箱被配置为烘焙面团块以提供烘焙产品。该设备还包括至少第一传感器，该第一传感器被配置为检测与由块形成装置形成的面团块相关联的参数。另外，该设备包括控制器，该控制器包含可编程处理器并且可操作地耦合到隧道式烤箱。控制器被配置为：获得表示与由块形成装置形成并由第一传感器检测到的面团块相关联的参数的电子数据；获得表示待在隧道式烤箱中由面团块制造的烘焙饼干产品的目标参数的电子数据；获得表示周围环境条件的电子数据，并且获得表示隧道式烤箱的设置和条件的电子数据。控制器进一步被配置为：将所获得的面团块的参数、烘焙饼干产品的目标参数、周围环境条件以及隧道式烤箱的设置和条件相关联，以基于多变量预测控制模型生成由控制器预测的隧道式烤箱的第一组烘焙参数，以使得隧道式烤箱由插入到隧道式烤箱中的面团块生产具有目标参数的烘焙饼干产品；并且控制隧道式烤箱运行第一组烘焙参数，该第一组烘焙参数由控制器基于所获得的面团块的参数、烘焙饼干产品的目标参数、周围环境条件以及隧道式烤箱的设置和条件的相关性而生成，同时面团块在隧道式烤箱中被烘焙以生产具有目标参数的烘焙饼干产品。

如上所述，通常通过反复试验，即通过烘焙后人工评估烘焙产品的属性(例如含水量、重量、颜色等)和对未来烘焙参数的响应性重新调整来完成对隧道式烤箱中饼干产品烘焙的常规控制，这不会影响或有益于已经烘焙的产品。虽然这种常规控制可能有益于将来烘焙的产品，但是在第一批烘焙产品的分析中未考虑的环境条件的任何变化都可能会破坏此类回顾性传统控制的目的，因为考虑到环境条件的变化，在分析第一批烘焙产品之后手动设定的烤箱参数对于生产具有期望性质的第二批烘焙产品可能不再是最佳的。典型地，为了解决诸如环境条件变化的过程干扰，可以执行预定的过度程度的烘焙以确保例如所有烘焙产品满足期望的含水量水平。换句话说，例如，预定的过度程度的烘焙说明了预期的过程、环境或原料干扰，因此代表了一部分产品的过度烘焙。

相比之下，根据本文所述的示例性实施方案中的一些示例性实施方案的设备和方法至少部分地基于与在块形成操作(即，通过任选的破碎机和/或旋转模制机等)期间形成的面团块相关联的某些参数的识别/检测。这些所识别/检测的参数(其可通过直接感测面团块自身的参数来检测，或通过基于破碎机和/或旋转模制机的操作参数(例如，电流、功率、扭矩、模辊速度、模辊间隙、刀高度等)的感测计算面团块的参数来检测)用作那些特定面团块的所需烘焙参数的指标，以产生具有商业上期望的最终参数的烘焙饼干产品。因此，如下面更详细地描述的，在一些方面，通过检测与由块形成装置(例如，破碎机和/或旋转模制机等)形成的面团块相关联的参数，可以针对这些面团块具体地预设隧道式烤箱的烘焙参数(同时还考虑可能影响隧道式烤箱中的烘焙过程的任何其它因素(例如，环境条件等))以产生具有期望的最终属性的烘焙产品。

因此，根据本文所述的实施方案的设备更有效且更一致地执行将面团块烘焙到期望的最终产品属性(例如，含水量、重量、高度、厚度、颜色等)，因为烤箱的烘焙参数是在烘焙之前基于至少与进入烤箱的面团块、周围环境条件和从烤箱出来的最终烘焙产品的期望目标属性相关联的特性的分析来预设的。在一些方面，例如，由于为了具有某些(预先检测的)参数的面团块适当地控制隧道式烤箱的烘焙参数，所以烤箱可以被控制为以适合进入烤箱的面团块的更高/更低的热量输入或更高/更低的蒸汽去除速率开始烘焙。这样，可以提高烘焙的效率，因为使用由烤箱的控制器确定的预设烘焙参数来烘焙每批面团块，以最可能产生具有商业上期望的最终产品属性的最终烘焙产品(而不是在考虑到第一批面团块的属性、周围环境条件和用于烘焙第一批的烤箱参数来分析第一批烘焙产品的最终属性之后，追溯地调整用于第二批面团块的烤箱的烘焙参数)。

隧道式烤箱的设置和条件可以包含下列中的至少一者：温度、湿度、压力、风门、排气装置、位于隧道式烤箱的区段中的至少一个区段中的风扇以及隧道式烤箱的生产量。烘焙产品的目标参数可以包含质构、风味、含水量、重量、高度、厚度和颜色中的至少一者。

在一些实施方案中，隧道式烤箱的区段中的每个区段包含能够由控制器独立控制的至少一个区域。在一个示例性实施方案中，隧道式烤箱的区段包含：包含三个区域的第一区段；包含两个区域的第二区段；和包含两个区域的第三区段，并且隧道式烤箱被配置为允许控制器在第一区段、第二区段和第三区段中的每个区段的区域中的每个区域中设置独立的参数。

在某些方面，该设备进一步包括与控制器通信并且被配置为存储电子数据的电子数据库。存储在电子数据库中的电子数据可以包含，例如，表示与由块形成装置形成并由第一传感器检测到的面团块相关联的参数的电子数据；表示待在隧道式烤箱中由面团块制造的烘焙饼干产品的目标参数的电子数据；表示周围环境条件的电子数据；表示所述隧道式烤箱的设置和条件的电子数据；和表示由控制器生成的第一组烘焙参数的电子数据。

在一些实施方式中，该设备包括至少第二传感器和控制器，该第二传感器被配置为检测与从隧道式烤箱出来的烘焙饼干产品相关联的参数，控制器被配置为：获得表示与从隧道式烤箱出来并且由第二传感器检测到的烘焙饼干产品相关联的参数的电子数据，并且确定从隧道式烤箱出来的烘焙饼干产品的参数是否与烘焙饼干产品的目标参数匹配。然后，如果从隧道式烤箱出来的烘焙饼干产品的参数与烘焙饼干产品的目标参数不匹配，则控制器被配置为将所获得的面团块的参数、烘焙饼干产品的目标参数、从隧道式烤箱出来的烘焙饼干产品的参数、周围环境条件以及隧道式烤箱的设置和条件相关联，以基于多变量预测控制模型生成由控制器预测的隧道式烤箱的第二组烘焙参数，以使得隧道式烤箱由插入到隧道式烤箱中的面团块生产具有目标参数的烘焙饼干产品。

在某些方面中，第二传感器被配置为测量从隧道式烤箱出来的烘焙饼干产品的含水量、厚度、重量、堆叠高度和颜色中的至少一者。在一种方法中，电子数据库进一步存储表示从隧道式烤箱出来并由第二传感器检测到的烘焙饼干产品的参数的电子数据；和表示由控制器生成的第二组烘焙参数的电子数据。

在一些实施方案中，一种用于控制烘焙产品的制造的方法包括：通过块形成装置将面团块料再成形以形成面团块，该面团块代表烘焙产品的前体；提供隧道式烤箱，该隧道式烤箱包括至少一个区段并且被配置为烘焙面团块以提供烘焙产品；提供至少第一传感器；经由第一传感器检测与由块形成装置形成的面团块相关联的参数；以及提供控制器，该控制器包含可编程处理器并且可操作地耦合到隧道式烤箱。该方法进一步包括经由控制器获得：表示与由块形成装置形成并由第一传感器检测到的面团块相关联的参数的电子数据；表示待在所述隧道式烤箱中由所述面团块制造的所述烘焙产品的目标参数的电子数据；表示周围环境条件的电子数据；表示所述隧道式烤箱的设置和条件的电子数据；以及通过控制器将所获得的面团块的参数、烘焙产品的目标参数、周围环境条件以及隧道式烤箱的设置和条件相关联。该方法进一步包括：基于该相关联，由控制器使用多变量预测控制模型生成由控制器预测的隧道式烤箱的第一组烘焙参数，以使得隧道式烤箱由插入到隧道式烤箱中的面团块生产具有目标参数的烘焙产品；以及通过在隧道式烤箱中烘焙面团块同时经由控制器控制隧道式烤箱运行第一组烘焙参数来生产具有目标参数的烘焙产品，该第一组烘焙参数由控制器基于所获得的面团块的参数、烘焙饼干产品的目标参数、周围环境条件以及隧道式烤箱的设置和条件的相关性来生成。

附图说明

本文公开了关于使用多变量预测控制模型来控制烤箱中烘焙产品的制造的设备和方法的实施方案。本说明书包括附图，其中：

图1是描绘根据一些实施方案的用于控制隧道式烤箱中烘焙产品的制造的设备的示意图；

图2是根据一些实施方案的面团块形成装置的示意图；

图3是根据一些实施方案的隧道式烤箱的示意图；

图4是根据一些实施方案的可与图1的设备一起使用的示例性控制器的功能图；

图5是根据一些实施方案的控制烤箱中烘焙产品的制造的示例性方法的流程图；并且

图6是根据一些实施方案的控制烤箱中烘焙产品的制造的另一示例性方法的流程图。

具体实施方式

以下说明不是以限制性的方式进行的，而是仅出于描述示例性实施方案的一般原理的目的。本说明书通篇提及的“一个实施方案”、“一实施方案”或类似语言意指结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，短语“在一个实施方案中”、“在实施方案中”以及类似的语言出现在本说明书通篇中可以但不一定全部是指相同的实施方案。另外，应当理解，参考特定实施方案描述的各种特征可以与本文描述的一个或多个其它实施方案可互换地组合使用。

图1示出了用于控制烘焙产品(例如饼干、薄脆饼干、曲奇饼等)的制造的设备10的示例性实施方案。在图1所示的实施方案中，设备10包括传送带12，该传送带包括产品前进表面，该产品前进表面被配置为在其上支撑多个面团块料70(其可以是使用混合器、挤出机等制成的面团，并且其可以如下所述再成形为较小的面团块80)、多个面团块80(其用作烘焙产品90的前体)以及多个烘焙产品90。虽然为了简单起见将传送带12图示为包括仅一个面团块料70、仅一个面团块80和仅一个烘焙产品90，但是应当理解，取决于设备10的操作规模，传送带12的产品前进表面可以足够大以同时并行地传送大量(例如，数十、数百等)面团块料70、面团块80和烘焙产品90。

在图1所示的实施方案中，传送带12可操作地耦合到控制单元14，该控制单元被配置为启动传送带12、停用传送带12以及设定传送带12的速度。在一些方面，控制单元14被配置为经由有线或无线连接(例如，通过网络36)从远程源(例如，下文将更详细描述的控制器40)接收控制信号。

在一些实施方案中，形成用于生产烘焙产品90的面团的配料(例如，面粉、水、糖、油、盐、乳化剂等的各种组合)最初在混合器中混合。为此，在一些实施方案中，图1的示例性设备可包括混合器15，将面团配料在其中混合以获得一个或多个面团块料70，该面团块料具有获得具有商业上期望属性的最终烘焙产品90所期望的稠度/质构和/或温度。值得注意的是，混合器15是任选的，并且在一些实施方案中，设备10不包括混合器15，使得面团块料70、挤出的面团小块等独立于设备10被预先制备(例如，在混合器、挤出机等中)，并且在传送带12上行进到块形成装置16中用于加工，这将在下文更详细地描述。在一些示例性实施方案中，混合器15是立式混合器，其将配料颗粒均匀地分散在其中并且使得面团均匀性提高。在一些实施方案中，混合器15是夹套(也称为带夹套的)混合器，其包括能够加热在混合器15中混合的配料的一个或多个水夹套。在一些实施方案中，混合器15是连续混合器15。应当理解，在设备10包括任选的混合器15的实施方案中，任何其它合适的混合器15或等效的面团制作装置可用于制备将由块形成装置16加工的面团。

通常，面团块料70可以是固相和液相的混合物，或者另选地，是稠密/粘稠的悬浮液，表现出介于液体物质和固体物质之间的性质。许多面团可能类似于固体，因为它们抵抗重力而保持其形状。然而，在高剪切应力下，面团可能开始流动，从而意味着固体至液体转变的屈服(即临界)应力。此类面团通常表现出触变行为，使得它们的粘度随时间降低，表明结构破裂。

面团混合物的流变特性可根据混合过程变量而变化，包含但不限于：配料的特性、环境条件(温度、湿度等)和/或配料在混合器中的停留时间(即，混合时间)。在一个方面，添加到配料混合物中的水的量和温度可以变化，以便补偿面粉强度的可变性并且确保在混合器15中产生的面团块料70在批次之间是一致的。

在一些实施方案中，在将面团配料在混合器15中混合以形成面团块料70之后，面团块料70可以留在混合器15中和/或(在从混合器15倾卸到传送带12上之后)在将传送带12上的面团块料70输送到面团块形成装置16中之前，留在传送带12的表面上持续足以获得具有期望特性的面团块料70的时间段。通常，面团块料70的稠度可以是粘性的和/或易碎的。

参照图1，图1的示例性设备10进一步包括面团块形成装置16。在一些方面，面团块形成装置16使在传送带12上行进的面团块料70再成形(例如，破碎、挤出等)。根据图2所示的示例性实施方案的示例性面团块形成装置16包括破碎机18，该破碎机用于将面团块料70粗磨(例如，破碎、解聚等)以提供较小尺寸的粗磨面团。另外，图2的示例性面团块形成装置16包括用于模制由破碎机18形成的较小尺寸的粗磨面团以提供经模制的面团块80的旋转模制机20。在一些实施方案中，面团块形成装置16包括挤出机并且因此被配置为通过将面团块料70挤出成连续料团而将面团块料70再成形为面团块80，该连续料团代表烘焙产品90的前体。在一些方面，块形成装置16被配置为挤出多个平行、连续的面团料团。在烘焙之前，可以在块形成装置16中将连续的面团料团分离成多个面团块80。另一方面，可以首先烘焙连续的面团料团，然后在隧道式烤箱22中烘焙之后将其分离(例如，通过诸如刀片的切割装置)成多个离散的烘焙产品90。

在一些方面，当使用旋转模制机20时，将由面团块料70的粗磨产生的粗磨面团块均匀且一致地进料到旋转模制机20的料斗中，从而维持横跨料斗宽度的均匀水平。在一个实施方式中，可通过包括一个或多个传感器(例如激光传感器)来确保旋转模制机20的横跨料斗宽度的均匀水平，该一个或多个传感器检测料斗中的配料/料团的高度，从而检测料斗中的任何水平不均匀性。在某些实施方案中，由旋转模制机20的作用产生的面团块80的重量可以通过调节波纹辊、模辊之间的间隙和/或用于切割/模制面团块80的刀的高度来微调。模制面团块80在由块形成装置16形成之后接着被烘焙(如将在下文更详细地描述)以产生最终烘焙饼干产品90(例如，经烘焙的、旋转模制的甜曲奇饼)。当然，应当理解，设备10适于加工各种各样的烘焙产品(例如，薄脆饼干等)，并且不限于仅生产饼干产品。

参照图1和图2，设备10进一步包括至少一个传感器28，该至少一个传感器被配置为检测面团块形成装置16的操作参数和/或由面团块形成装置16形成的面团块80的属性。如本文所用，术语“传感器”通常用于指被配置为检测/感测/测量面团70、在块形成装置16中生产的面团块80和在隧道式烤箱中由面团70烘焙的烘焙产品90的任何特性(例如，湿度、重量、高度、厚度、圆度、颜色、重量等)和/或检测/感测/测量用于制备/再用/烘焙面团的设备10的任何装置的任何操作参数(例如，电流、功率、扭矩、模辊速度、模辊间隙、刀高度、温度(例如，环境、隧道式烤箱等)、热量(例如，烤箱顶部热量、烤箱底部热量等)、空气再循环速度和烤箱中的压力、相对湿度等)的任何装置。此外，这可以通过直接感测面团块本身的参数来检测，或者通过基于操作参数(例如，电流、功率、扭矩、模辊速度、模辊间隙、刀高度等)的感测来计算面团块的参数来检测。

具体地，在图2所示的示例性实施方案中，至少一个传感器28包括第一传感器28a和第二传感器28b，该第一传感器被配置为通过检测和/或测量破碎机18的一个或多个参数(例如，电流、电压、功率、扭矩、速度、压力等)来检测和/或确定从面团块形成装置16出来的面团块80的稠度，该第二传感器被配置为通过检测和/或测量旋转模制机20的一个或多个参数(例如，模辊速度、模辊间隙、刀高度、提取速率等)来检测和/或确定面团块80的特性(例如，含水量、重量、质构等)。在一个示例性实施方案中，传感器28a可以是近红外(NIR)传感器，并且第二传感器28b可以是重量秤。在某些实施方式中，传感器28a检测电流输出，并且更具体地，检测破碎机18的电动马达的峰值移动平均电流值，并且将该值转换为由破碎机18生产的面团块80的预测稠度/质构。

在一些实施方案中，第一传感器28被配置为检测块形成装置16(例如，破碎机18)的电流、电压、功率、扭矩、速度和/或压力。在一种方法中，破碎机18包括电动马达，并且电流、功率、扭矩、速度和/或压力由电动马达汲取/施加，并且由第一传感器28a(其可以以单个传感器或多个传感器的组合执行)感测。通常，破碎机18的操作的此类所感测测量结果可以是在破碎机18中形成的面团块的稠度(例如含水量、厚度、粘度等)的准确指标。因此，可至少部分地基于检测和/或解释面团稠度的此类指标来控制在块形成装置16中生产的面团块80的形成和所得属性。在一些实施方案中，在块形成装置16中形成并进入隧道式烤箱22的面团块80的含水量可以在约13％至约16％的范围内。值得注意的是，除非另有说明，本申请中描述的与面团块80和/或烘焙饼干产品90的配料相关的百分比是按重量计的。

在一些实施方案中，第一传感器28包括和/或为软传感器(也称为软件传感器)。通常，软传感器可用于测量一个或多个过程或质量属性(例如，在块形成装置16中形成的面团块80的属性)，该软传感器是通过软件使用统计处理(例如，偏最小二乘(PLS)、递归最小二乘(RLS)等)从各种输入变量计算的。在一些方面，第一传感器28是软传感器，其测量/检测进入隧道式烤箱22的面团块80的重量。

在一些实施方案中，第一传感器28可操作地/通信地耦合到块形成装置16，并且可以在块形成装置16的内部(如图1和图2中的示例所示)，或者可以在块形成装置16的外部。另外，如上所述，第一传感器28可以被配置为如图1所示的单个传感器28，或者如图2所示的多个(例如，第一和第二)传感器28a和28b。在一些方面，第一传感器28被配置用于与控制器(其将在下文更详细地描述)通信，使得第一传感器28能够检测/确定与在块形成装置16中形成的面团块相关联的特性，并且将该信息(经由有线或无线连接(例如，网络36))传输到控制器40。在图1所示的示例性实施方案中，块形成装置16包括收发器17(其可以如图1所示在外部或如图2所示在内部)，该收发器被配置用于通过网络36与控制器40进行双向通信，以允许控制器40监测和/或修改/预设块形成装置16的操作参数，以获得具有期望参数的面团块80。

返回参照图1，示例性设备10进一步包括烤箱22，该烤箱烘焙面团块80以提供烘焙饼干产品90。在一些实施方案中，烤箱22是隧道式烤箱，尽管可使用适于由面团块80制备烘焙产品90的任何烤箱。在图1和图3所示的实施方案中，烤箱22包括收发器30，该收发器被配置用于通过网络36与控制器40进行双向(有线或无线)通信(这将在下面更详细地描述)。通常，虽然隧道式烤箱中的空气温度通常由比例-积分-微分(PID)反馈闭环系统控制，但是设备10的控制器40被配置为相对于预设温度点(由控制器40确定以产生具有期望特性的烘焙饼干产品90)监测隧道式烤箱22中的实际温度，并且激活/控制隧道式烤箱22的燃烧器以便达到和/或维持预设(例如，可选)温度点。在一些实施方案中，PID算法的三个参数被微调，使得控制器40能够准确且迅速地响应于(例如，通过向隧道式烤箱22的收发器30发送一个或多个控制信号)预设期望温度点和由一个或多个传感器32a-32g在隧道式烤箱22中检测到的实际烘焙温度之间的变化，这将在下面更详细地描述。

如图3中更详细地示出，示例性烤箱22是包括一个或多个区段的隧道式烤箱。具体地，图3所示的示例性隧道式烤箱22包括第一区段24a、第二区段24b和第三区段24c，这些区段用于当面团块80在传送带12上行进的同时通过隧道式烤箱22时连续地烘焙面团块。在图3所示的实施方案中，隧道式烤箱22的第一区段24a包括三个区域26a、26b和26c，隧道式烤箱22的第二区段24b包括两个区域26d和26e，并且隧道式烤箱22的第三区段24c包括两个区域26f和26g。

示例性多区域隧道式烤箱22中的烘焙可在功能上分成三个区段24a-24c，这三个区段在下文中依次描述。通常，饼干形成和烘焙过程极其复杂并且涉及大量的输入/输出变量。因此，强烈需要开发一种先进的过程控制解决方案，其能够操纵数十个输入过程变量以确保最终烘焙产品的多种产品质量属性被良好地平衡以获得商业上期望的产品。

隧道式烤箱22的第一区段24a通常与发酵和上升相关。这里，在面团块80进入隧道式烤箱22之后饼干高度增加。通常，该过程由通过发酵剂的气体释放、气体膨胀和蒸汽形成的组合驱动，以及(并且主要)由传递到隧道式烤箱22的早期区域26a-26c中的面团块80的热量驱动，并且与烘焙饼干产品90的结构发展密切相关，这对于饼干发展消费者期望的质构是关键的。另外，上升过程受顶部热通量、底部热通量、发酵剂、面团流变特性、面团含水量、隧道式烤箱22内空气的相对湿度等影响。

为了使最终烘焙饼干产品90达到最佳(即商业上期望的)体积，重要的是面团块80的外表面在隧道式烤箱22中不被过早干燥，因为硬的/干燥的表面将可能不期望地阻碍面团块80的膨胀。通常，当面团块80在约20℃至30℃的环境温度下进入隧道式烤箱22并遇到隧道式烤箱22的第一区段24a中的热空气时，水分将凝结在面团块80的表面上。取决于具体的产品，冷凝可以有利地防止面团块80的表面硬化太快，但是释放的潜热有助于提高面团块80的温度。因此，在一些情况下，在隧道式烤箱22的第一区段24a(及其相关区域26a-26c)中保持受控的潮湿气氛是有益的。这是可使用本文所述的设备和相关方法来预测和调整的各种参数与烘焙过程的相互关联的示例。

在一些具体实施方式中，蒸汽可以被注入到隧道式烤箱22的第一区段24a的一个或多个区域26a-26c中以便升高第一区段24a中的相对湿度。在一些实施方案中，底部热量可以在隧道式烤箱22的第一区段24a的区域26a-26c中的一个或多个区域中升高，目的是增加从隧道式烤箱22出来的最终烘焙饼干产品90的堆叠高度。另一方面，隧道式烤箱22的第一区段24a的区域26a-26c中的一个或多个区域中的顶部热量增加可能导致最终烘焙产品90的早期外皮形成和堆叠高度降低。这是可使用本文所述的设备和相关方法来预测和调整的各种参数与烘焙过程的相互关联的另一个示例。

隧道式烤箱22的第二区段24b通常与水分去除相关联。这里，在面筋已经水合并且面团块20的结构已经更充分地形成之后，随着大部分输入热量用于隧道式烤箱22的第二区段24b的中间区域26d和26e中的水分去除，在隧道式烤箱22中正被烘焙的面团块80的温度趋于平稳。在一些方面，当水分从面团块80的外表面蒸发时，在隧道式烤箱22的第二区段24b中在面团块80的表面上形成外皮。

不希望局限于理论，在隧道式烤箱22的第二区段24b中，更多的水分可能从面团块80的表面损失，导致干的外皮缓慢地移向面团块80的中心。有时，当水分被来自面团块80的热量蒸发时，在面团块80的表面周围形成蒸汽层。在一些方面，第二区段24b中的空气湿度可通过操纵隧道式烤箱22的排气水平而在一定程度内调节。不希望受限于理论，监测和控制第二区段24b中的空气湿度(由控制器40执行，如下面更详细讨论的)是重要的，因为增加隧道式烤箱22的第二区段24b的区域26d和26e中的热量可能不期望地导致脱水和结皮的增加。值得注意的是，当面团块80的外皮达到特定厚度时，向面团块80的中心的热传递减慢，使得面团块80的外皮的温度开始升高，并且提供了到饼干烘焙的下一关键阶段(其发生在隧道式烤箱22的第三区段24c中)的过渡。

隧道式烤箱22的第三区段24c通常与颜色和风味的发展相关。这里，在隧道式烤箱22中正被烘焙的面团块80的温度升高到212℉以上，并且在完成从面团块80去除大部分水分之后，发生面团块80的褐变。典型地，在褐变过程中涉及三个反应：(1)焦糖化，其是糖在高温下的分解，导致颜色和风味发展；(2)糊精化，其是淀粉分子在高温下的分解，产生颜色为棕色且具有独特风味的焦糊精；和(3)美拉德反应，其是在高温下还原糖和氨基酸之间的复杂相互作用。

不希望局限于理论，由于所有这些反应都需要面团块80的高温，因此这些反应通常发生在隧道式烤箱22的最后几个区域中，在这种情况下是第三区段24c的区域26f和26g。值得注意的是，烘焙可能不是关于烘焙饼干产品90的最终含水量控制步骤，因为在烘焙产品90的冷却和/或包装之前和/或期间，从隧道式烤箱22出来的(热的)烘焙产品90可能从周围环境中吸收水分(如果对于温度和湿度没有很好地控制)。这样，并且取决于环境，这可以允许补偿设备10被安装的位置中的环境条件，以最小化和/或避免可能由于在烘焙产品90的冷却和/或包装期间环境条件的影响而发生的特性(例如，含水量、重量、质构等)的不期望的变化。对于一些饼干，在烘焙后，最终烘焙产品90的含水量可以在约1％至约3％的范围内。

区域26a-26g中的每个区域可以具有变化的长度和宽度(或者区域26a-26g可以全部具有相同的长度和相同的宽度)。在一些实施方案中，隧道式烤箱22的总长度为约100米，并且隧道式烤箱22可以并入具有约1.5米宽度的网带(用于在其上支撑正被烘焙的面团块80)。在一些方面，将待在隧道式烤箱22中烘焙的面团块80沉积在网带上，使得16个面团块80横跨网带的宽度定位，从而形成行进通过隧道式烤箱22的16条面团块80。如以下将更详细讨论的，在一些实施方案中，可以通过控制(例如，经由控制器40)传送带12的移动速度来调节面团块80在隧道式烤箱22中的烘焙时间，这继而控制当面团块80移动通过隧道式烤箱22时面团块搁置在其上的网带的移动速度。

应当理解，区段24a-24c的数量和区段24a-24c中的每个区段中的区域26a-26g的数量仅以示例的方式示出，并且在其它实施方案中，隧道式烤箱22可包括不同数量的区段24a-24c以及每个区段24a-24c不同数量的区域26a-26g。更具体地，虽然示例性隧道式烤箱22已经在图3中示出为具有三个区段24a-24c，但是将理解的是，取决于烘焙设施的需要，隧道式烤箱22可以具有更少(例如，两个或一个)的区段，或更多(例如，4、5、6等)的区段。同样，虽然示例性隧道式烤箱22已经在图3中示出为在第一区段24a中具有三个区域26a-26c，在第二区段24b中具有两个区域26d-26e，并且在第三区段24c中具有两个区域26f-26g，但是应当理解，取决于烘焙设施的需要，区段24a-24c中的每个区段可以具有比图3的示例中所示的更多或更少的区域。在各种实施方案中，隧道式烤箱22被配置为使得区段24a-24c中的每个区段中的区域26a-26g中的每个区域独立地加热且由控制器40独立地控制(其将在下文更详细论述)。例如，在一些方面，区域26a-26g中的每个区域的空气温度经由控制器40单独控制，并且区域2a-26g中的每个区域的温度使用电阻温度计检测器(RTD)或热电偶测量。

在一些实施方案中，隧道式烤箱22使用间接对流热作为用于烘焙面团块80以制备烘焙产品90的主要热传递模式。在一个方面，区域26a-26g中的每个区域都包括一个燃烧器，该燃烧器产生整个区域26a-26g所需的热量，并且来自燃烧器的热的燃烧空气穿过热交换器并且加热区域26a-26g的内部(即，烘焙室)中的再循环空气。在一些实施方案中，到每个区域26a-26g(即，烘焙室)的顶部和底部的空气流由一个或多个(例如，两个)风门30a-30g控制。

在一些实施方案中(参见例如图2)，隧道式烤箱22在隧道式烤箱22的区域26a-26g中的每个区域中包括排气风门30a-30g，并且隧道式烤箱22中的湿度由用于每个区域26a-26g的排气风门30a-30g控制。在一些实施方案中，排气风门30a-30g由可编程逻辑控制器(PLC)机动化和控制，该可编程逻辑控制器可以由控制器40通过网络36发送的一个或多个控制信号控制。

参照图1和图3，在一些实施方案中，设备10进一步包括至少一个传感器32，该至少一个传感器被配置为检测隧道式烤箱22的操作参数。至少一个传感器32可以在隧道式烤箱22内部(如图1和图2所示)和/或在隧道式烤箱22外部。更具体地，在一些方面，传感器32是一组传感器32a-32g，其可操作地耦合到隧道式烤箱22的区域26a-26g中的每个区域并且被配置为检测隧道式烤箱22的区域26a-26g中的每个区域中的操作参数(例如，温度、湿度、空气循环速度、顶部热量、底部热量、排气量等)中的一者或多者。在一些方面，第二传感器32(其可为单个传感器或一组多个传感器)被配置用于与控制器40(下文将更详细地描述)通信，使得第二传感器32能够检测/确定隧道式烤箱22的区域26a-26g中的每个区域中的操作参数，并且通过网络36将此信息传输到控制器40。

参照图1和图3，在一些实施方案中，设备10进一步包括至少一个传感器34，该至少一个传感器被配置为检测从隧道式烤箱22出来的最终烘焙产品90(例如，饼干、曲奇饼、薄脆饼干等)的特性/属性。更具体地，在一些方面，第三传感器34是被定位成(例如，在隧道式烤箱22的端部处或相对于隧道式烤箱22的端部的下游处)检测从隧道式烤箱22出来的最终烘焙产品90的特性/属性的单个传感器或一组多个传感器。在一些实施方案中，第三传感器34包括和/或为软传感器(也称为软件传感器)。在一些方面，第三传感器34是软传感器，其测量/检测从隧道式烤箱22出来的烘焙产品90的颜色(例如，顶部颜色)、堆叠高度、重量等。在一种方法中，烘焙产品90的顶部颜色由机器视觉系统测量，并且烘焙饼干产品90的堆叠高度由激光测距装置测量。在一些方面，第三传感器34(其再次可以是单个传感器或一组多个传感器)被配置用于与控制器40(其将在下文更详细地描述)进行双向通信，使得第三传感器34能够检测/确定在隧道式烤箱22中制备的烘焙产品90的特性/属性，并且通过网络36将此信息传输到控制器36。

在一些实施方案中，由第三传感器34检测到的并且指示烘焙产品90的关键质量属性的最终烘焙产品90的特征/属性包括但不限于质构和风味。可由第三传感器34检测的烘焙产品90的示例性质构特性可包括但不限于：(1)硬度(例如，通过使用牙齿和舌头咬和/或使用手指来折断一片烘焙产品90所需的强度)；(2)酥脆性(例如，烘焙产品90是否更难以使用牙齿咀嚼/研磨，或者其是否在摄入后在口中完全熔化)；和(3)平滑度(例如，烘焙产品90在咀嚼时体验到的粗糙程度或沙粒感)。

在一些方面，第三传感器34和/或控制器40可以被配置为将烘焙产品90的质构解释为取决于烘焙过程中面团块80的膨胀体积并且被测量为密度，该密度本身可以被传感器34测量为从隧道式烤箱22出来的最终烘焙产品90的重量和厚度(堆叠高度)。最终烘焙产品90的另一关键属性是风味，在一些实施方案中，风味可以通过控制器40与由传感器34检测/测量的烘焙饼干产品90的颜色相关联。在一些实施方案中，可由传感器34检测/测量的烘焙饼干产品90的另一关键属性是最终烘焙产品90的含水量，其影响从隧道式烤箱22出来的最终烘焙产品90的质构和风味两者。通常，从隧道式烤箱22出来并由传感器34测量的最终烘焙产品90的特性/属性表示最终烘焙产品90的质量(商业合意性)。因此，设备10旨在改善最终饼干产品90的这些属性中的一者或多者(例如，通过调节隧道式烤箱22的参数以在烘焙期间获得最佳含水量、重量、堆叠高度和颜色)，以便一致地并且重复地改进最终产品90的质量。

参照图1，示例性设备10进一步包括控制器40，该控制器被配置为直接通过有线连接或通过网络36无线地与隧道式烤箱22、第一传感器28、第二传感器32、第三传感器34以及与设备10的任何其它部件通信。图1中所描绘的示例性网络36可以是广域网(WAN)、局域网(LAN)、个域网(PAN)、无线局域网(WLAN)、Wi-Fi、Zigbee、蓝牙(例如，蓝牙低能量(BLE)网络)、或任何其它因特网或内联网网络、或此类网络的组合。一般来说，设备10的各种电子装置之间的通信可经由硬连线、无线、蜂窝式、Wi-Fi或蓝牙联网组件等发生。在一些方面，设备10的一个或多个电子装置可包括基于云的特征部，诸如基于云的计算机视觉应用程序编程接口(API)、基于云的存储器存储装置等。

通常，控制器40可以是固定的或便携式电子装置，例如，台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动电话或包括控制电路(即，控制单元)的任何其它电子装置，该控制电路包括可编程处理器。控制器40可以被配置用于数据输入和处理以及用于与设备10的其它装置(例如，图1所示的装置)通信。

参照图4，被配置用于本文所述的示例性设备10和方法中的示例性控制器40可以包括控制电路42，该控制电路包括经由连接43电耦合到存储器44并且经由连接45电耦合到电源46的可编程处理器(例如，微处理器或微控制器)。控制电路42可以包括固定目的硬接线平台或者可以包括部分或全部可编程平台，诸如微控制器、应用规范集成电路、现场可编程门阵列等等。

控制电路42可以被配置为(例如，通过使用存储在存储器44中的对应编程，如本领域技术人员将很好理解的)执行本文描述的步骤、动作和/或功能中的一者或多者。在一些实施方案中，存储器44可以集成到基于处理器的控制电路42中，或者可以与控制电路42物理分离(整体或部分)，并且被配置为非暂时性地存储计算机指令，当由控制电路42执行该计算机指令时，该计算机指令使得控制电路42表现为如本文所述的行为。(如本文所用，这种对“非暂时性”的引用将被理解为是指所存储的内容的非短暂状态(并且因此排除所存储的内容仅构成信号或波的时候)而不是存储介质本身的易失性，并且因此包括非易失性存储器(诸如只读存储器(ROM))以及易失性存储器(诸如可擦除可编程只读存储器(EPROM))两者。因此，存储器44和/或控制电路42在本文中可被称为非暂时性介质或非暂时性计算机可读介质。

在图4所示的示例性实施方案中，控制器40的控制电路42还经由连接47电耦合到输入/输出48，该输入/输出可以分别从例如第一、第二和第三传感器28(28a,28b)、32和34、电子数据库38等接收信号。控制器40的输入/输出48还可以向设备10的其它装置发送信号，例如向电子数据库38发送信号以存储和更新与块形成装置16和/或隧道式烤箱22的操作参数相关联的预测多变量数据控制模型、与在面团块形成装置16中形成的面团块80的特性相关联的预测多变量数据控制模型、以及与在隧道式烤箱22中由面团块80生产的烘焙产品90的属性相关联的预测多变量数据控制模型。

图4所示的控制器40的示例性基于处理器的控制电路42经由连接49电耦合到用户接口50，该用户接口可以包括视觉显示器或显示屏52(例如，LED屏幕)和/或按钮输入54，其向用户接口50提供允许控制器40的操作者(例如，在烘焙产品制造工厂处负责控制和/或监测设备10的工人)通过经由触摸屏和/或按钮操作和/或语音命令输入命令来手动控制控制器40的能力。可能的命令可以例如使控制器40通过网络36将控制信号传输到隧道式烤箱22的收发器30，以便预设或调整(在面团块80正在烘焙时实时地)隧道式烤箱22的操作参数(例如，热量、湿度等)。

在一些方面，控制器40的操作者的手动控制可经由控制器40的用户接口50、经由操作者的电子装置(例如，移动电话、平板计算机等)或经由另一用户接口和/或开关。在一个方面，用户接口50可以被配置为包括修改/更新与以下各项相关联的预测数据模型的选项：(1)隧道式烤箱22的操作参数；(2)在面团块形成装置16中形成的面团块80的特性；以及(3)在隧道式烤箱22中由面团块80生产的最终烘焙产品90的属性。在一些实施方案中，控制器40的用户接口50还可以包括向控制器40的操作者提供可听反馈(例如，警报)的扬声器56。应当理解，控制电路42对此类功能的执行不依赖于操作人员，并且控制电路42可以被编程为在没有操作人员的情况下执行此类功能。

参照图1，示例性设备10包括电子数据库38。在一些实施方案中，电子数据库38和控制器40可以以两个单独的物理装置执行。然而，应当理解，在一些实施方案中，控制器40和电子数据库38可以以单个物理装置执行。在一些方面，电子数据库38可存储在(例如)控制器40内部或外部的或不同于控制器40的计算装置内部或外部的非易失性存储介质(例如，硬盘驱动器、闪存驱动器或可移除式光盘)上。在一些实施方案中，电子数据库38可以是基于云的。

通常，图1的示例性电子数据库38被配置为存储与烘焙产品90的制备相关联的各种电子数据。可以存储在电子数据库38中的一些示例性电子数据包含但不限于：(1)指示烘焙饼干产品90的配料和配料的相对量的电子数据；(2)对应于设备10的位置处的当前和历史周围环境条件(例如，相对湿度、温度等)的电子数据；(3)在检测块形成装置16的破碎机18和/或旋转模制机20和/或在块形成装置16的破碎机18和/或旋转模制机20中生产的面团块80的操作参数的同时由第一传感器28(例如，28a和/或28b)生成的传感器数据；(4)在感测/确定隧道式烤箱22的操作参数(热量、温度、湿度等)的同时由传感器32生成的传感器数据；(5)在感测/确定隧道式烤箱22中生产的最终烘焙产品90的属性(例如，湿度、厚度、颜色、重量、堆叠高度等)的同时由传感器34生成的传感器数据；(6)与隧道式烤箱22的操作参数相关联的预测多变量数据控制模型；(7)与在面团块形成装置16中形成的面团块80的特性相关联的预测多变量数据控制模型；以及(8)与在隧道式烤箱22中由面团块80生产的最终烘焙产品90的属性相关的预测多变量数据控制模型。

在一些实施方案中，示例性电子数据库38可存储表示如下的电子数据：(1)前馈变量，诸如面团温度、面团流变特性、面团湿度、环境温度、面团铺放时间(例如，在进入块形成装置16之前)、料斗水平(例如，旋转模制机20的料斗水平)；(2)操纵变量，诸如模辊速度、波纹辊间隙、橡胶辊间隙、刀高度和取出速率(在使用旋转模制机20的示例中，应当理解，如果使用其它技术，例如片材或挤出，则这些变量可以变化)，以及隧道式烤箱22的区域26a-26g中的每个区域中的温度、再循环速度、顶部热量％、底部热量％和排气％；(3)与设定点控制有关的控制器变量，诸如面团重量、饼干重量、高度、圆度和湿度；以及(4)与约束控制有关的受控变量，诸如炉带温度、区域26a-26g中的每个区域中的压力、隧道式烤箱22的出口温度和隧道式烤箱22的出口湿度。在一些实施方案中，控制器40被编程为从电子数据库38获得该数据，并且分析该数据以便确定用于块形成装置16和/或隧道式烤箱22的一组烘焙参数，这将由控制器42预测以产生具有最紧密地匹配目标模型(即，商业上期望的)最终烘焙产品90的关键属性的最终烘焙产品90。更具体地，在一些实施方案中，控制器40的控制电路42的处理器被编程为分析/关联前述前馈变量、操纵变量、设定点控制相关受控变量以及约束控制相关控制变量，并且使用这些变量来自训练以产生对最终烘焙产品90的属性的预测(例如，产生模型系数(稳态过程增益)，该模型系数将面团的变量、环境条件与块形成装置16和隧道式烤箱22的操作参数相关联(例如，在逐区域的基础上))。

在一些实施方案中，控制器40的控制电路42被配置为从第一传感器28(例如，通过网络36)获得代表与由块形成装置16形成并由第一传感器28检测到的面团块80相关联的一个或多个参数的电子数据。如上所述，此类参数可包含但不限于破碎机18的电流、功率和/或扭矩和/或旋转模制机20的模辊速度和/或辊间隙和/或刀高度，和/或面团块80的质构和含水量。在各种实施方式中，控制器40的控制电路42还被配置为从电子数据库38(例如，通过网络36)获得电子数据，该电子数据表示待在隧道式烤箱22中由面团块80制造的烘焙饼干产品90的目标(即，商业上期望的)参数。此外，在某些实施方案中，控制器40的控制电路42还被配置为从第一传感器28(例如，通过网络36)获得表示破碎机18的设置(例如，电流、电压、功率、扭矩、速度、压力等)和/或旋转模制机20的设置(例如，模辊速度、模辊间隙、刀高度、取出速率等)的电子数据，并且从第二传感器32(例如，通过网络36)获得表示隧道式烤箱22的设置(例如，热量、风门位置等)和/或条件(温度、湿度等)的电子数据。

在一些实施方案中，控制器40的控制电路42的处理器被编程为将所获得的面团块80的参数、烘焙饼干产品90的目标参数、周围环境条件、块形成装置16的设置和条件以及隧道式烤箱22的设置和条件相关联，以基于多变量控制模型(其包括但不限于烘焙饼干产品90的目标湿度、重量、堆叠高度和颜色)生成用于块形成装置16和隧道式烤箱22的一组烘焙参数，该组烘焙参数由控制器40的控制电路42的处理器预测以使块形成装置16和隧道式烤箱22由在传送带12上移动到块形成装置16中的面团块料70以及由在块形成装置中产生并在传送带12上移动到隧道式烤箱22中的面团块80生产烘焙产品90，该烘焙产品具有尽可能紧密地匹配商业上期望的烘焙产品90的目标参数的特征/属性。换句话说，控制器40的处理器被编程为分析起始材料(即，面团块80)的属性、目标最终产品的属性(即，代表商业上期望的饼干产品90的模型属性)以及环境条件和块形成装置16和隧道式烤箱22的操作参数/条件，以便预测块形成装置16的参数/设置和隧道式烤箱22的参数/设置，该块形成装置的参数/设置和该隧道式烤箱的参数/设置将使面团块料70变成面团块80，然后使面团块80变成尽可能紧密地匹配目标最终产品特性的烘焙产品90。

在一种方法中，控制器40被编程为通过网络36向块形成装置16的收发器17传输(例如，经由其输入/输出48)控制信号，以便控制块形成装置16(例如，破碎机18和/或旋转模制机22)运行一组烘焙参数(由控制器40的控制电路42的处理器基于由控制器40获得的上述电子数据的相关性而生成)，同时面团块料70在块形成装置16中被再用为面团块80。同样，在一种方法中，控制器40被编程为通过网络36向隧道式烤箱22的收发器30传输(例如，经由其输入/输出48)控制信号，以便控制隧道式烤箱22运行一组烘焙参数(由控制器40的控制电路42的处理器基于由控制器40获得的上述电子数据的相关性产生)，同时面团块80在隧道式烤箱22中被烘焙以产生最终烘焙产品90。换句话说，根据由控制器40产生并施加到块形成装置16和隧道式烤箱22上的该组烘焙参数在块形成装置16中面团块80的制作，以及在隧道式烤箱22中面团块80的烘焙，，是由控制器40预测以产生与待售给消费者的商业上期望的烘焙产品90的模型目标参数匹配的烘焙产品90。

在一些实施方案中，控制器40连续地获得来自第一传感器28和来自第二传感器32的读数，以便连续地监测块形成装置16的操作参数以及隧道式烤箱22的操作参数，以便确保块形成装置16和隧道式烤箱22根据由控制器40在相应的控制信号中传输到块形成装置16的收发器17和隧道式烤箱22的收发器30的该组目标参数进行操作。因此，通过从传感器28和32连续地获得传感器数据以及控制(例如，调节)块形成装置16和/或隧道式烤箱22的操作参数，在块形成装置16中由面团块料70制作面团块80以及在面团块80移动通过隧道式烤箱22期间对面团块的烘焙可以由控制器40连续地监测/控制。

应当理解，在一些方面，控制器40被配置成不仅连续地而且间歇地(即，以预定的周期性间隔)和/或响应地(例如，响应于确定从传感器28和/或传感器32获得的传感器数据指示片成形装置16和/或隧道式烤箱22的操作参数在预期操作参数的范围之外)监测和/或控制隧道式烤箱22的操作参数(即，经由从传感器28和32获得传感器数据)。在一种方法中，控制器的处理器被编程为如果控制器40确定在面团块制作期间和/或在烘焙期间块形成装置16和/或隧道式烤箱22的操作参数和/或环境条件已经偏离由控制器40传输到块形成装置16和/或隧道式烤箱22的该组目标参数，则将另一控制信号传输到块形成装置16的收发器17和/或隧道式烤箱22的收发器30，以便调节块形成装置16(例如，破碎机18和/或旋转模制机20)和/或隧道式烤箱22的操作参数，使得块形成装置16和/或隧道式烤箱22的经调节的操作参数满足最初由控制器40确定为最佳并且传输到块形成装置16和隧道式烤箱22的第一组操作参数。

在一些实施方案中，控制器40结合基于进入面团块形成装置16的面团块料70和/或从面团块形成装置16出来的面团块80的属性(例如，含水量、质构等)预测的环境条件和目标(即，商业上期望的)烘焙饼干产品90的参数(例如，含水量、质构、堆叠高度、颜色等)、块形成装置16和/或隧道式烤箱22的操作参数使用多变量预测控制模型最有可能将进入块形成装置16的面团块料70以及随后在传送带12上进入隧道式烤箱22的面团块80转变成商业上期望的烘焙产品90，这些商业上期望的烘焙产品最紧密地匹配与商业上期望的烘焙产品90相关联的目标/模型特性。具体地，如上所述，由于面团的可塑性可以由控制器40的处理器根据指示块形成装置16的破碎机18的马达电流的传感器数据来推断，所以控制器40所使用的控制模型可以限定获得具有目标参数的最终烘焙饼干产品90所需的烘焙程度。在一些实施方案中，例如，控制器40的处理器可以被编程为解释在隧道式烤箱22中生产并且由第三传感器34(定位在隧道式烤箱22的出口处或隧道式烤箱22的下游)感测到的烘焙饼干产品90的颜色值(例如，L、a和b)以反映最终饼干产品90的风味特性。

如上所述，在一些实施方案中，块形成装置16的可控变量(例如，电流、电压、功率、扭矩、速度、压力等)的测量结果(例如，实时地)以及隧道式烤箱22的可控变量(例如，温度、湿度、压力、风门、排气装置、风扇、烘焙孔的间隙、网带速度、生产量等)由传感器28和32通过网络36传输到控制器40，该控制器是模型预测控制器(MPC)，其被配置为控制在块形成装置16中制作面团块80的过程以及在隧道式烤箱22中由面团块80烘焙饼干产品90的过程，其中饼干产品90的关键质量属性(例如，含水量、重量、堆叠高度、颜色等)具有一致的低可变性，同时潜在地最大化隧道式烤箱22的烘焙生产量。

一般来说，MPC是一种先进的过程控制方法，其中满足一组约束，且通过预测未来事件并根据预测对基础过程采取控制动作来实现有限时间范围优化。如上文所指出的，在根据设备10的一些实施方案的烘焙过程中，鉴于基于预测控制模型的最佳设定点，控制器40被编程为生成用于块形成装置16和用于隧道式烤箱22的第一组操作参数，并且更具体地，生成用于块形成装置16的破碎机18和/或旋转模制机20的操作参数(例如，电流、功率、扭矩、模辊速度、模辊间隙、刀高度等)，以及用于隧道式烤箱22的区段24a-24c中的至少一个区段中的区域26a-26g中的至少一个区域的操作参数(例如，温度设定、风门设定、再循环风扇设定等)，其目的是实现所得烘焙产品90的目标关键质量属性。

在一些实施方案中，使用结合在隧道式烤箱22中的烘焙饼干产品90的一定数量的批次运行获得的传感器数据来训练预测控制模型。预测控制模型的这种训练可以使用例如各种算法、数学建模、数值回归(例如，线性和非线性回归)和/或机器学习(例如，广义线性模型(GLM)、随机森林、逻辑回归、支持向量机、K最近邻、决策树、AdaBoost、XGBoost、神经网络(例如，卷积神经网络(CNN)、递归神经网络(RNN)、长短期记忆(LSTM)、前馈神经网络(FFNN)、TensorFLow、神经架构学习、转移学习、Google AutoML等)、时间序列分类、递归图、线性混合模型和/或其两个或更多个的组合)来实现。

如上所述，控制器40被配置为在最终烘焙饼干产品90从隧道式烤箱22出来之后从第三传感器34获得读数。在一些实施方案中，控制器40的处理器被编程为分析从第三传感器34获得的读数，以确定由控制器40基于由控制器40使用的控制模型生成的第一组操作参数(并且被传输到块形成装置16和隧道式烤箱22以控制面团块形成过程和面团块烘焙过程)是否实际上导致烘焙产品90具有由控制器40预测的特性，以产生鉴于上述基于多变量预测控制模型的分析。在一种方法中，控制器40的处理器被编程为如果控制器40确定导致所得烘焙产品90的最终特性(例如，湿度、质构、堆叠高度、颜色)偏离控制器40根据多变量预测控制模型预测的最终特性，则根据检测到的偏离修改(即，重新训练)控制模型。考虑到在一个或多个批次运行中关于最终产品属性的检测到的预测不准确性，此类控制模型的调整将被期望在随后的批次运行中，增加多变量预测控制模型关于块形成装置16和/或隧道式烤箱22的操作参数与最终产品90的属性的相关联的预测准确性。

参照图5，现在将描述控制烘焙产品90(例如，饼干、曲奇饼、薄脆饼干等)的加工的方法100。图5所示的示例性方法100的步骤102包括混合(例如，在混合器中)形成将用于制作烘焙产品90的面团的配料(例如，面粉、水、糖、油、盐、乳化剂等的各种组合)(步骤102)。为此，如上所述，根据一些实施方案的图1的示例性设备10可包括混合器15，面团配料可在其中被混合以获得一个或多个面团块料70，该面团块料具有获得商业上期望的最终烘焙产品90所期望的稠度、质构和/或温度。值得注意的是，在方法100的一些实施方案中，步骤102可以是任选的，因为方法100可以涉及已经预先制备(即，独立于设备10和方法100)的面团块料70和/或共挤出的面团小块等的加工，并且可以最初从步骤104开始，该步骤在下文描述。

参照图5，方法100的步骤104包括在面团块形成装置16中加工面团块料70(由上述配料的混合产生)。具体地，如上所述，步骤102可以包括面团块料70在传送带12的产品支承面上行进通过面团块形成装置16，使得面团块料70被粗磨(例如，通过面团块形成装置16的破碎机18)，然后形成为面团块80(例如，通过面团块形成装置16的旋转模制机20)，其成为烘焙产品90的前体。

在图5的示例性方法100的步骤106处，检测/确定与面团块80的形成相关联的第一过程输出。具体地，在一些实施方案中，方法100的步骤106包括使用至少一个传感器28来检测面团块形成装置16的至少一个操作参数(例如，破碎机18的电压、功率、扭矩、速度和/或压力)，并且将所感测的面团块形成装置16的一个或多个操作参数转换成由面团块形成装置16中的面团块料70形成的面团块80的预测物理特性(例如，稠度、厚度、粘度等)。

如上所述，在一些实施方案中，控制器40的控制电路42被配置为获得：(1)表示由块形成装置16形成并由第一传感器28检测到的面团块80的参数的电子数据；(2)表示待在隧道式烤箱22中由面团块80制造的烘焙产品90的目标(即，商业上期望的)参数(例如，含水量、重量、堆叠高度、颜色等)的电子数据；(3)在执行方法100的位置处的周围环境条件；和(4)表示块形成装置16的设置和/或条件(例如，块形成装置16的破碎机18和/或旋转模制机20的电流、功率、扭矩、模辊速度、模辊间隙、刀高度等)和/或隧道式烤箱22的设置和/或条件(例如，温度、湿度、压力、风门、排气装置、风扇、烘焙孔的间隙(例如，烘焙辊的可调节辊隙的辊隙)、网带速度和生产量)的电子数据。在各种实施方式中，控制器40的控制电路42的处理器被编程为在获得此类数据之后，将所获得的面团块80的参数、烘焙饼干产品90的目标参数、周围环境条件、块形成装置16的设置和条件以及隧道式烤箱22的设置和条件相关联。

在一些实施方案中，基于所述相关性，控制器40的处理器鉴于编程到控制器40的处理器中的多变量预测控制模型(其包括但不限于烘焙产品90的目标水分、重量、堆叠高度和颜色)生成用于块形成装置和/或用于隧道式烤箱22的第一组烘焙参数，该第一组烘焙参数由控制器40的处理器预测以使得块形成装置和隧道式烤箱22组合地由插入到块形成装置16中的面团块料70和插入到隧道式烤箱22中的面团块80生产最终烘焙产品90，该最终烘焙产品具有尽可能紧密地匹配商业上期望的烘焙产品90的目标参数的关键质量属性(例如，含水量、重量、堆叠高度、颜色等)。

在某些方面，控制器40的控制电路42的处理器被编程为在生成用于块形成装置16和/或隧道式烤箱22的第一组烘焙参数之后，使得控制器40分别向块形成装置16和/或隧道式烤箱22传输控制信号，以便控制块形成装置16和/或隧道式烤箱22运行由控制器40的控制电路42的处理器产生的第一组烘焙参数，同时在块形成装置16中从面团块料70制作面团块80，并且同时在隧道式烤箱22中烘焙面团块80。为此，图5的示例性方法100的步骤108包括控制块形成设备的操作参数和/或隧道式烤箱22的烘焙参数与由控制器基于多变量预测控制模型生成的第一组烘焙参数一致。在示例性方法100的步骤110处，面团块80在隧道式烤箱22中被烘焙，以通过经由传送带12/带网移动通过隧道式烤箱22而产生烘焙饼干产品90，同时控制器40控制隧道式烤箱22的区段24a-24c中的每个区段中的区域26a-26g中的每个区域中的操作参数。

图6描绘了控制烘焙产品90(例如，饼干、曲奇饼、薄脆饼干等)的制造的方法200的另一个实施方案。图6中描绘的示例性方法包括通过块形成装置16将面团块料70再成形以形成面团块80，该面团块代表烘焙饼干产品的前体(步骤202)。示例性方法200进一步包括提供隧道式烤箱22，该隧道式烤箱包括至少一个区段24a-24c并且被配置为烘焙面团块80以提供烘焙饼干产品90(步骤204)。示例性方法200进一步包括提供至少第一传感器28(步骤206)，并经由第一传感器28检测与由块形成装置16形成的面团块80相关联的参数(步骤208)。

另外，图6的示例性方法200进一步包括提供控制器40，该控制器包含可编程处理器并且可操作地耦合到隧道式烤箱22(步骤210)。方法200进一步包括经由控制器40获得：表示与由块形成装置16形成并由第一传感器28检测到的面团块70相关联的参数的电子数据；表示待在隧道式烤箱22中由面团块80制造的烘焙产品90的目标参数的电子数据；表示周围环境条件的电子数据以及表示隧道式烤箱22的设置和条件的电子数据(步骤212)。

在图6所示的实施方案中，方法200进一步包括通过控制器40将所获得的面团块80的参数、所获得的烘焙产品90的目标(即，商业上期望的)参数、所获得的周围环境条件以及所获得的隧道式烤箱22的设置和条件相关联(步骤214)。然后，基于相关联步骤214，示例性方法200进一步包括通过控制器40并使用多变量预测控制模型来生成由控制器40预测的隧道式烤箱22的第一组烘焙参数，以使得隧道式烤箱22由插入到隧道式烤箱22中的面团块80生产具有目标(即，商业上期望的)参数的烘焙产品90(步骤216)。最后，图6的示例性方法200包括通过在隧道式烤箱22中烘焙面团块80同时经由控制器40控制隧道式烤箱22运行第一组烘焙参数来生产具有目标参数的烘焙产品90，该第一组烘焙参数由控制器40鉴于多变量预测控制模型并且基于所获得/确定的面团块80的参数、最终烘焙饼干产品90的目标参数、周围环境条件以及隧道式烤箱22的设置和条件的相关性来生成(步骤218)。

控制烘焙饼干产品的制造的设备和方法的上述示例性实施方案有利地提供了可扩展的解决方案，用于在隧道式烤箱中重复且高效地生产多批烘焙饼干产品，其中各批次之间在关键质量属性(例如，含水量、重量、堆叠高度、颜色等)方面具有一致的低可变性，并且在生产批次中的烘焙饼干产品的关键质量属性与分配给模型商业上期望的烘焙饼干产品的目标关键质量属性之间具有一致的低可变性。因此，本文所述的设备和方法提供精确且有效的基于多变量预测控制模型的烘焙烤箱控制，这导致改进的烘焙效率和显著的成本节约。

本领域的技术人员将认识到，还可在不脱离本发明范围的前提下，对以上描述的实施方案作出许多其它修改、变更和组合，并且此类修改、变更和组合将被视为落入本发明的构思的范围内。