餐飲行業(yè)食品安全智慧管控研究
2021-10-08 14:44:17 來(lái)源: 食品安全導刊
艾亮東,陸 建,周武云
(湖南孚谷物聯(lián)科技有限公司,湖南長(cháng)沙 410125)
摘 要:餐飲行業(yè)食品安全智慧管控是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)化生產(chǎn)設備、信息化管理系統和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎,實(shí)現餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控的精細化管控、集約化生產(chǎn)、自助化售賣(mài)、數據運營(yíng)分析的餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控運營(yíng)體系。本文探討了基于物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化、信息化和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控,餐飲行業(yè)食品安全智慧管控體系的構建,以及餐飲行業(yè)食品安全智慧管控平臺的軟件設計及其硬件構成,以期為相關(guān)人員提供參考。
關(guān)鍵詞:餐飲行業(yè);食品安全;智慧管控
經(jīng)歷“三聚氰胺”“瘦肉精”“上海染色饅頭”“塑化劑”等事件,食品安全已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn),食品安全問(wèn)題的整治及管控勢在必行。2021年物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)計算設備的飛速增長(cháng)為餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控提供了新的發(fā)展機遇。傳統的餐飲服務(wù)采用人工進(jìn)行采購、加工和服務(wù),系統結構單一,服務(wù)質(zhì)量難以保證,服務(wù)效率低下,食材難以溯源,存在安全隱患。因此,基于物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)計算的智慧管控研究成為了亟待解決的問(wèn)題,其從理論上豐富了餐飲行業(yè)食品安全智慧管控管理的相關(guān)研究,在實(shí)際中,不僅符合現行產(chǎn)業(yè)政策和可持續發(fā)展的要求,還有助于政府對公共食品安全的監控,促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,取得良好的社會(huì )經(jīng)濟效益。
1 餐飲行業(yè)食品安全智慧管控的概述
餐飲行業(yè)食品安全智慧管控是通過(guò)大數據,搭載人工智能設備,運用社會(huì )學(xué)、管理學(xué)、心理學(xué)知識結合信息化手段,對傳統餐飲行業(yè)食品安全的采購、生產(chǎn)、售賣(mài)、安全監管、經(jīng)營(yíng)分析等全過(guò)程升級,進(jìn)而重塑餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控經(jīng)營(yíng)體系、產(chǎn)業(yè)結構與生態(tài)圈,實(shí)現對食品安全追溯、用餐人員、數量、訂餐、消費結算、后廚作業(yè)、原材料進(jìn)出存、遠程監控、消洗及售賣(mài)作業(yè)、就餐環(huán)境等管理,既避免了傳統餐券流通中所造成的人力、物力、財力的浪費,也避免了餐券的偽造、丟失、智慧管控福利外流及病菌交叉感染等弊端,又實(shí)現了財務(wù)日清月結,同時(shí)提高了工作及管理效率[1]。
2 餐飲行業(yè)食品安全智慧管控體系構建
食品安全智慧管控體系需要涵蓋從源頭到餐桌的所有食品流通環(huán)節,以有效控制食品質(zhì)量。體系主要包含3個(gè)平臺,即安全溯源平臺、食品安全監控平臺、智慧餐飲服務(wù)平臺[2]。
2.1 食品安全溯源平臺
食品安全溯源平臺主要包括應用層、管理層和網(wǎng)絡(luò )層。
2.1.1 應用層
消費者可以通過(guò)手機應用程序直觀(guān)地了解食品來(lái)源、食品加工設施的加工狀態(tài)、主要食品供應機構及其銷(xiāo)售渠道。每個(gè)環(huán)節都有一個(gè)寫(xiě)入相同賬本的區塊。另外,這個(gè)賬本只允許添加,不能修改。每個(gè)區塊都由遵循共識機制的節點(diǎn)管理器發(fā)送。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )不需要人為干預。此外,每個(gè)區塊的信息都包含一個(gè)唯一的時(shí)間戳,以保證信息安全,只有交易各方的公鑰才能解密區塊信息。
2.1.2 管理層
第三方監管者只需要授權監管者加入區塊鏈系統,獲取相應的公鑰并執行查詢(xún)請求,但監管者也無(wú)權篡改信息內容,從而有效防治監管部門(mén)在食品溯源責任落實(shí)方面出現徇私舞弊行為。
2.1.3 網(wǎng)絡(luò )層
網(wǎng)絡(luò )層也叫合約層,該層結合了腳本代碼、智能合約、共識算法等機制共同創(chuàng )建控制層的規則,并使用腳本代碼連接每個(gè)區塊并使其可追溯。共識算法是提高系統可靠性的非中和機制,智能合約通過(guò)代碼控制輸出日志記錄,在食品可追溯性和監控中發(fā)揮著(zhù)重要作用[3]。
2.2 食品安全監控平臺
基于大數據的食品安全監控平臺主要分為兩個(gè)部分,即大數據應用層和數據提取層。
2.2.1 大數據應用層
監管者或相關(guān)者通過(guò)手機App或H5網(wǎng)頁(yè)可直觀(guān)了解當前食品安全市場(chǎng)的各種動(dòng)態(tài)。從食品安全流程中的各個(gè)環(huán)節,到根據網(wǎng)絡(luò )食品安全大數據監測到的食品安全熱點(diǎn)事件,都能一一反饋在相關(guān)板塊。透過(guò)分層分權限的管理策略,可以有效地保證數據的安全性,每個(gè)人員只能看到自己權限下的對應數據。
2.2.2 數據提取層
數據提取層通過(guò)公開(kāi)標準接口接收上報數據外,還通過(guò)爬蟲(chóng)軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )數據抓取。在管轄范圍內的智慧實(shí)施平臺上報的基礎上,全網(wǎng)跟蹤熱點(diǎn)食品安全事件,為應用層相應決策提供有效的數據支撐。
2.3 智慧餐飲實(shí)施平臺
通過(guò)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能硬件產(chǎn)品幫助終端餐飲企業(yè)落地食品安全管控的最終環(huán)節。主要包括現場(chǎng)管控軟件和智慧硬件[4]。
2.3.1 現場(chǎng)管控軟件
食堂使用者通過(guò)智慧管控軟件可以完成日常的食堂工作管控,包括食材進(jìn)銷(xiāo)存、消費管理、菜品管理等;改變傳統的食堂經(jīng)營(yíng)模式解決餐廳中存在的管理工作粗放、預見(jiàn)性不足、無(wú)法精準吸引特定客群等問(wèn)題,將餐廳運營(yíng)的各環(huán)節做細、做透,打造讓顧客與餐廳管理者雙方滿(mǎn)意的優(yōu)質(zhì)智慧餐廳。傳統食堂的經(jīng)營(yíng)方式從一成不變的檔口打飯、刷卡結算、下班對賬,轉換為智慧自選、自助結算、賬目一鍵匯總,從而提升消費者用餐體驗,實(shí)現財務(wù)對賬一體化、數據化精細管理。
2.3.2 智慧硬件
智慧硬件產(chǎn)品用于助力食堂企業(yè)落地智慧管控的全流程。通過(guò)智能結算終端完成快速結算。通過(guò)智能留樣柜完成食品留樣管理,杜絕留樣遺漏等問(wèn)題。智能無(wú)感稱(chēng)重產(chǎn)品,減少浪費,提高菜品多樣性。智能取餐產(chǎn)品助力無(wú)接觸配送,解決訂餐時(shí)間無(wú)法確定等問(wèn)題。
3 餐飲行業(yè)食品安全智慧管控平臺軟件設計
3.1 智能結算終端軟件設計
結算終端用于實(shí)現用戶(hù)結賬支付和外圍設備控制。最重要的功能包括操作員登錄、智能餐盤(pán)識別以及支付結算。這些功能的實(shí)現一方面依賴(lài)于與服務(wù)器的通信和交互,另一方面也需要外設的支持。結算終端的外圍設備包括多標簽讀/寫(xiě)終端、M1卡、POS設備。結算終端軟件設計主要包括終端架構設計、接口設計、硬件抽象層設計、串行通信協(xié)議、多線(xiàn)程通信設計。結算終端使用RS232協(xié)議串口與外設通訊,串口通訊涉及到底層硬件I/O的開(kāi)發(fā)。本次研究的終端設計基于微軟.NET平臺,采用C#語(yǔ)言。終端框架如圖1所示。
MVVM(Model-View-ViewModel)架構本質(zhì)上分為:Client.exe客戶(hù)端視圖層;UI.ViewModel層(為響應視圖級別和業(yè)務(wù)邏輯等命令而開(kāi)發(fā)的);數據獲取層DAL;后臺服務(wù)器通信層ServerConn;模型層。MVVM架構的主要目的是引入ViewModel,實(shí)現視圖和模型的分離,降低層與層之間的耦合度。
3.2 后臺服務(wù)器設計
后臺系統采用微服務(wù)框架Spring Boot實(shí)現系統快速開(kāi)發(fā)和增量服務(wù)的目標,將服務(wù)分解為分布式系統,每種服務(wù)的復雜程度各不相同,取決于代碼量。與傳統的瀑布式開(kāi)發(fā)模式相比,微服務(wù)、迭代開(kāi)發(fā)和持續集成開(kāi)發(fā)模式的使用縮短了項目開(kāi)發(fā)周期,減少了項目部署、運維的工作量。其后端服務(wù)器必須同時(shí)服務(wù)于前端瀏覽器網(wǎng)站認證請求、頁(yè)面請求、數據請求、終端認證請求及數據請求和服務(wù)請求??紤]到桌面端的數據請求與瀏覽器端的請求有重疊,為了提高代碼復用率,綜合設計了一個(gè)通用的請求接口,分離成各種請求。本文實(shí)現了將認證、瀏覽器、業(yè)務(wù)、數據需求分離,同時(shí)允許通過(guò)前端異步框架加載數據,無(wú)需更新接口。接口設計可以與接口代碼邏輯和數據需求分離,降低耦合度,也適用于系統測試。
前端應用終端、Web程序等通過(guò)http協(xié)議向后端服務(wù)器發(fā)送請求。這是頁(yè)面的加載請求。數據(JSON)通過(guò)配置Spring Security,Spring Security會(huì )攔截切片中的請求,然后將其傳遞給Dispatcher Servlet進(jìn)行處理。由于沒(méi)有配置,Security還提供了簡(jiǎn)單的登錄界面來(lái)恢復會(huì )話(huà)。Spring Security切片編程完成系統認證請求,有效保護了后臺服務(wù)器上的數據,防止惡意數據竊取。
3.3 網(wǎng)頁(yè)設計
為了滿(mǎn)足系統需要,瀏覽器頁(yè)面必須向不同類(lèi)型的消費者、操作員和管理員用戶(hù)呈現不同的頁(yè)面和功能,用戶(hù)可以輕松地在不同頁(yè)面之間切換。因此,系統采用SPA(單頁(yè)應用)。前端頁(yè)面管理采用Angular JS頁(yè)面路由設計,使得為不同的用戶(hù)和角色提供不同的頁(yè)面切換選項變得容易,且允許動(dòng)態(tài)擴展,從而無(wú)縫集成前端設計。前端頁(yè)面路由功能由Angular JS依賴(lài)注入ng-Route實(shí)現。使用ng-Route和thymeleaf對獲取不同的權限來(lái)查看不同的界面非常有用。thymeleaf是一個(gè)xml、xhtml、html、html5模板引擎,可用于多種場(chǎng)景的開(kāi)發(fā)。通過(guò)結合thymeleaf、Spring Security,可以實(shí)現基于用戶(hù)權限的自定義屬性,從而實(shí)現基于用戶(hù)權限的頁(yè)面渲染,通過(guò)thymeleaf的sec標簽實(shí)現的,允許你為不同的頁(yè)面指定所需的用戶(hù)權限。例如,管理員可以查看餐廳管理界面,而消費者和運營(yíng)商則不能??梢允褂胹ec:allow=“hasRole('ADMIN')”來(lái)限制只有擁有“ADMIN”權限的用戶(hù)才能查看此頁(yè)面。
3.4 數據庫設計
本系統使用MySQL Workbench工具創(chuàng )建的ER圖,最后根據項目部署環(huán)境和系統性能要求選擇合適的數據管理服務(wù)器DBMS。最終的系統數據庫是使用MySQL 設計和實(shí)現的。根據用戶(hù)、運營(yíng)商、消費者、餐廳、餐點(diǎn)、營(yíng)業(yè)時(shí)間、訂單、子命令等業(yè)務(wù)需求和數據模型共抽取8個(gè)實(shí)體,消費者和運營(yíng)商有很多相似的屬性,從用戶(hù)實(shí)體中獲取共性,減少數據冗余,提高系統可擴展性。
4 餐飲行業(yè)食品安全智慧管控平臺硬件構成
4.1 RFID智能結算終端
消費者進(jìn)店消費會(huì )得到含具體的餐食信息的智慧餐盤(pán),并可通過(guò)餐盤(pán)中的智能結算終端進(jìn)行結賬。自動(dòng)結算終端主要由顯示器、支架和鋼化玻璃面板、多標簽讀卡器、M1發(fā)卡器、電腦主機等硬件設備組成。結算終端的多標簽讀取器/寫(xiě)入器對餐盤(pán)上的RFID標簽進(jìn)行智能識別。多標簽讀卡器可采用PBYTJ312一體機。由于結算終端安裝在餐館和食堂等餐飲服務(wù)場(chǎng)所,往往存在很多外部電磁干擾,一體機增加了金屬外殼作為屏蔽層。但若金屬外殼臨近天線(xiàn),變化的磁場(chǎng)會(huì )在金屬中產(chǎn)生渦流,使天線(xiàn)失調。因此,PBYTJ312一體機具有抗金屬設計,通過(guò)在底部增加金屬屏蔽層,確保其不受底部或周?chē)饘俚挠绊?,具有?yōu)良的電磁兼容特性,滿(mǎn)足系統要求[5]。
PBYTJ312一體機工作頻率為13.56 MHz,最大射頻輸出功率1.5 W,有效識別距離10 cm。這種多合一的多標簽閱讀器具有二進(jìn)制搜索的防碰撞算法。在多標簽環(huán)境下,讀卡速度快且穩定,最高識別速度可達50張卡片/秒。上位機通過(guò)RS232協(xié)議的串口與多標簽讀寫(xiě)器進(jìn)行通信,上位機通過(guò)串口發(fā)送操作指令對天線(xiàn)范圍內的只對餐盤(pán)進(jìn)行統計。當智慧餐盤(pán)上的RFID標簽計數完成時(shí),將發(fā)送計數結束事件[6]。主機收到計數完成通知后,通過(guò)檢索標簽隊列RFID控制多標簽讀寫(xiě)終端RFID標簽扇區中存儲的數據,這些數據是經(jīng)過(guò)3DES加密的餐食標識符。主機通過(guò)后臺服務(wù)器獲取密鑰進(jìn)行數據解密,識別智慧餐盤(pán)上的食物并顯示在主機屏幕上,通過(guò)語(yǔ)音提示引導消費者結算,然后啟動(dòng)下一次結算循環(huán)。消費者可以將M1卡放在POS機識別范圍內進(jìn)行自動(dòng)支付,支付成功后,結算終端的主機自動(dòng)將消費者消費的餐單下載到后臺服務(wù)器,并存儲在數據庫中。
4.2 智慧備菜終端
通過(guò)在備菜加熱臺中的無(wú)線(xiàn)頻率讀/寫(xiě)設備和生產(chǎn)控制臺的備菜方案,利用程序的后臺控制保持原有菜品排序的基礎上實(shí)現更加復雜,更加智能的備菜管理。智慧備餐App可以改變傳統餐廳備菜混亂的局面,為餐廳提供所有食物數據分析的基礎。使用智能備菜臺后,餐具的顏色統一,可以有效減少餐具種類(lèi)。從而減少20%的餐具消耗。同時(shí),清洗和分揀餐具更經(jīng)濟,餐具清潔工作量可減少30%。
①預先賦值菜品。根據餐具的顏色區分菜品的價(jià)格,只需要賦值一次,但需要在清理后對其進(jìn)行重新整理。②實(shí)時(shí)賦值菜品。每次出菜品都需要重新賦值,但可以使用相同的餐具。電子價(jià)簽顯示菜品的具體信息和價(jià)格信息,將餐具放在RFID天線(xiàn)上時(shí)會(huì )自動(dòng)賦值。
4.3 智慧餐盤(pán)設計
智慧餐盤(pán)主要是用于制造普通餐具的密胺材料,板底嵌有符合ISO/IEC 15693標準要求的13.75 MHz頻段RFID標簽,可耐受溫度最高260 ℃。一般餐飲設施消毒溫度為
120 ℃。因此,智慧餐盤(pán)的外觀(guān)、消毒方法、特點(diǎn)與普通餐盤(pán)相同。智慧餐盤(pán)關(guān)鍵技術(shù)指標包括如下。①存儲容量。8kbit EEPROM,分為16個(gè)扇區,每個(gè)扇區分為4個(gè)塊,每個(gè)塊大小為16字節。②數據安全。三重相互認證系統。③數據存儲期限不少于10年。④刪除和寫(xiě)入操作次數不少于10萬(wàn)次。⑤支持ISO/IEC15693協(xié)議標準。⑥最大檢測距離10 cm。⑦數據傳輸速度106 kbit/s,響應時(shí)間小于100 ms。
智慧餐盤(pán)讀寫(xiě)終端設計以MCU為主控芯片,433 MHz無(wú)線(xiàn)通信方式實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信,RS232實(shí)現與上位機通信,RC522實(shí)現智慧餐盤(pán)讀寫(xiě),觸控彩色LCM實(shí)現餐品的顯示和觸控。其中,主控MCU控制模塊采用基于A(yíng)RM Cortex-M3內核開(kāi)發(fā)的STM32單片機,該單片機具有更大片上RAM和外圍I/O,外部擴展電路少,簡(jiǎn)化了硬件開(kāi)發(fā),滿(mǎn)足智能餐盤(pán)讀寫(xiě)終端的設計要求。MCU通過(guò)中斷程序識別LCM中的餐品點(diǎn)擊操作后向RFID發(fā)送操作指令,并將餐品ID寫(xiě)入智慧餐盤(pán)。
4.4 自助充值機
用戶(hù)可通過(guò)自助充值終端完成充值,自助充值機選用立式機,提供24 h無(wú)人自助充值服務(wù),可有效降低人工充值的壓力和成本,省去繁瑣步驟,優(yōu)化服務(wù)。其功能包括:①現金充值服務(wù);②移動(dòng)支付余額充值服務(wù);③賬戶(hù)充值請求;④消費信息查詢(xún);⑤賬戶(hù)余額查詢(xún);⑥會(huì )員卡掛失;⑦密碼更改;⑧收據打印。
4.5 食品溯源智能秤
食品安全管理關(guān)鍵環(huán)節是食品原料采購和儲存環(huán)節。食品溯源可利用智能秤自動(dòng)檢測、稱(chēng)重、拍照、存儲樣品并控制食品原材料的質(zhì)量。智能電子秤集稱(chēng)重、計價(jià)、支付、打印、跟蹤、數據交互于一體,可在食品入庫前執行驗收/測量控制功能。同時(shí)可以將電子秤與業(yè)務(wù)系統對接,并在業(yè)務(wù)系統中實(shí)時(shí)上傳食品材料采購時(shí)的檢驗數據,以便進(jìn)行食品溯源跟蹤。其基本功能包括:①掛單同步;②稱(chēng)重拍照收貨;③打印收據;④上傳食材數據。
4.6 AI視覺(jué)識別結算臺
使用成熟的電子硬件產(chǎn)品,如相機、顯示器用于餐盤(pán)識別、圖像識別和支付。餐盤(pán)識別根據餐盤(pán)外觀(guān)、顏色、尺寸等特征。圖像識別根據各種菜肴的成分和成分確定食物制備信息和價(jià)格。AI視覺(jué)識別支付平臺運用AI視覺(jué)圖像識別技術(shù)1 s識別餐品、3 s完成支付結算。同時(shí)還支持信用卡支付、二維碼支付、刷臉支付。該設備還可收集用戶(hù)數據,分析營(yíng)養攝入量,將其輸入個(gè)人健康檔案,并提供營(yíng)養建議。
4.7 托盤(pán)綁定機
托盤(pán)綁定機用于智能稱(chēng)重、無(wú)感計算場(chǎng)景,配合內置RFID芯片餐盤(pán)使用。用戶(hù)在餐廳拿到托盤(pán)后只需將托盤(pán)放置在托盤(pán)綁定機感應區即可。機器檢測到托盤(pán)后,用戶(hù)可以選擇將個(gè)人賬戶(hù)與人臉或卡片關(guān)聯(lián)。配對成功后用戶(hù)可以到智能秤臺點(diǎn)菜就餐。托盤(pán)綁定機可減少排隊時(shí)間,提高餐廳服務(wù)效率,降低運營(yíng)成本。其主要功能:①托盤(pán)認證;②添加手環(huán);③遠程啟停;④停止營(yíng)業(yè);⑤開(kāi)始營(yíng)業(yè);⑥綁定托盤(pán)。
4.8 稱(chēng)重結算臺
該設備用于智能稱(chēng)重無(wú)感支付應用場(chǎng)景,配合RFID智能餐盤(pán)使用。當用戶(hù)完成托盤(pán)與個(gè)人賬戶(hù)綁定,托盤(pán)被放置在智能秤臺。當智能秤臺檢測到托盤(pán),用戶(hù)就可以自由選擇所需的菜肴,屏幕自動(dòng)顯示所選菜肴的重量、營(yíng)養分析和消費金額。若用戶(hù)操作不正確,智能秤臺的顯示屏會(huì )觸發(fā)報警,提醒用戶(hù)操作錯誤。用戶(hù)用餐完畢后只需將托盤(pán)放在回收區,系統會(huì )自動(dòng)結算。
4.9 智能取餐柜
智能取餐柜可實(shí)現無(wú)接觸餐品配送,減免排隊取餐過(guò)程,節省用戶(hù)等待時(shí)間。餐飲經(jīng)營(yíng)者按照訂單制作完餐品投入到取餐柜中即可認為該單任務(wù)結束,免去成品餐維護成本和后續配合配送的消耗,食客或派送員可以自主完成后續傳遞。對于食客來(lái)說(shuō),取餐柜可以解決派送餐品亂放和取錯現場(chǎng),消除不必要的潛在危險,實(shí)現安全有效的外賣(mài)環(huán)境。
5 結語(yǔ)
隨著(zhù)國家不斷推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”,餐飲行業(yè)實(shí)現自我變革成為必然趨勢。本文開(kāi)發(fā)的系統是大型餐飲服務(wù)行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先驅?zhuān)_(kāi)發(fā)了硬件和軟件相結合的智能餐飲服務(wù)系統。本文開(kāi)發(fā)餐飲行業(yè)食品安全智慧管控系統由智慧餐盤(pán)、餐盤(pán)讀寫(xiě)終端、數據網(wǎng)關(guān)、多標簽讀寫(xiě)終端、M1卡POS機、后臺服務(wù)器、自動(dòng)結算終端、數據中心、無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)關(guān)、自助充值機和食品溯源智能秤等硬件構成。實(shí)現了餐飲行業(yè)安全智慧管控。
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[6]艾亮東.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校智慧餐飲管理研究[J].信息通信,2020(8):119-122.
作者簡(jiǎn)介:艾亮東(1975—),男,湖南平江人,碩士。研究方向:智慧物聯(lián)、精細化管理;
周武云(1987—),男,湖南祁陽(yáng)人,本科。研究方向:AI、大數據、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在飲食健康領(lǐng)域的應用;
陸建(1979—),男,江蘇南京人,本科。研究方向:分布式系統、物聯(lián)網(wǎng)、大數據等信息化技術(shù)在餐飲行業(yè)的應用。

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