基于RFID技術(shù)的乳制品安全追溯應(yīng)用研究

杜 峻，尹作重，楊書評(píng)，王海丹，高雪芹

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

民以食為天，食品是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。食品安全從廣義上指食品無毒、無害，符合其應(yīng)當(dāng)具有的營養(yǎng)成份要求，對(duì)人們的身體健康不會(huì)造成任何慢性、急性、亞急性的危害。世界衛(wèi)生組織對(duì)食品安全的定義是食物中有毒、有害物質(zhì)對(duì)人體健康影響的公共衛(wèi)生問題。從1996年英國的瘋牛病到2001年歐洲爆發(fā)口蹄疫再到2008年我國的三聚氰胺奶粉事件，近些年世界各國的食品安全事件屢禁不止，2012年我國更是有二代地溝油、工業(yè)明膠、白酒塑化劑等食品安全事件發(fā)生。為了進(jìn)一步加強(qiáng)食品安全監(jiān)管工作，政府部門不斷完善食品安全監(jiān)管體系，決策部署制定了《國家食品安全監(jiān)管體系“十二五”規(guī)劃》，規(guī)劃中明確指出食品安全需要強(qiáng)化科技支撐，注重電子追溯、信息網(wǎng)絡(luò)安全等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的運(yùn)用。

食品安全溯源體系的建立和完善有賴于物聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)的技術(shù)，在這些技術(shù)中快速發(fā)展的射頻識(shí)別技術(shù)( RFID) 則成為當(dāng)前各國建立追溯體系的最佳選擇。本文將簡要介紹RFID 技術(shù)及其在乳制品行業(yè)安全追溯的應(yīng)用研究。

1 射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)即RFID（Rad io Frequency Identi fi cation的縮寫）, 是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，因此它又稱無線射頻技術(shù)，它可通過無線射頻信號(hào)識(shí)別對(duì)象目標(biāo)并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息。識(shí)別工作無需人工干預(yù), 就能夠在各種狀態(tài)（靜止、運(yùn)動(dòng)甚至惡劣環(huán)境）下準(zhǔn)確識(shí)別到物體[1]。

一套基本的RFID系統(tǒng)是由電子標(biāo)簽（TAG）即應(yīng)答器（Transponder）、閱讀器（Reader）以及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部分所組成。其基本工作原理是電子標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收由解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（被動(dòng)標(biāo)簽或無源標(biāo)簽），或者由電子標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（主動(dòng)標(biāo)簽或有源標(biāo)簽），再由解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理[2]。

RFID技術(shù)最大的特點(diǎn)就是非接觸識(shí)別，因此可達(dá)到快速掃描的效果。RFID標(biāo)簽具有體積小型化、形狀多樣化、使用壽命長、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、安全性能高、可重復(fù)使用、可長期跟蹤定位等特點(diǎn)。隨著中國物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，RFID技術(shù)將更廣泛地應(yīng)用到制造生產(chǎn)、智能交通、物流管理、動(dòng)物識(shí)別、安全防偽等各個(gè)領(lǐng)域，這將更好的改善人們的生活品質(zhì)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

2 基于RFID技術(shù)的乳制品安全追溯中的應(yīng)用方案

基于RFID技術(shù)，乳制品的安全追溯從生產(chǎn)環(huán)節(jié)和質(zhì)量安全等影響因素入手，不僅要分析原輔料、包裝材料、溫濕度以及壓力等外界環(huán)境的影響，還要重視操作條件以及人員等對(duì)食品質(zhì)量安全的人為影響。了解當(dāng)前乳制品企業(yè)信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的能力和水平，明確乳制品行業(yè)的質(zhì)量安全管控期望及RFID應(yīng)用模式，形成一套乳制品質(zhì)量安全管控和溯源的RFID解決方案。 如圖1所示乳制品數(shù)據(jù)采集方案。

圖1 乳制品數(shù)據(jù)采集方案

1）奶牛養(yǎng)殖

牧場的工作人員為每頭奶牛掛了RFID標(biāo)簽，建立奶牛唯一的電子身份檔案。通過RFID 標(biāo)簽對(duì)牧草中多種營養(yǎng)成分、飼料以及養(yǎng)殖環(huán)境等信息進(jìn)行記錄，并實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了奶牛飼料的質(zhì)量；對(duì)每頭奶牛的品種、生長過程、健康狀況、擠奶方式以及鮮奶各項(xiàng)檢測指標(biāo)數(shù)值、運(yùn)輸條件與時(shí)間等信息進(jìn)行記錄，有效的保證了奶源的質(zhì)量[1]。

2）原料管理

研究應(yīng)用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)原輔料及添加劑供應(yīng)商的溯源、儲(chǔ)運(yùn)過程產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控、出入庫環(huán)節(jié)的解決方案。在采購原輔料及添加劑的包裝、容器或儲(chǔ)運(yùn)車上粘貼RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)寫入物料品種、數(shù)量、來源等相關(guān)檢測信息。在倉庫大門設(shè)置固定式讀寫器，當(dāng)物料通過時(shí)自動(dòng)讀取信息，并與企業(yè)ERP系統(tǒng)生成的采購單進(jìn)行對(duì)比，符合要求才能準(zhǔn)許入庫。入庫后由倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)分配貨架位置，并將物料信息、入庫時(shí)間寫入貨架標(biāo)上的RFID標(biāo)簽并發(fā)送到叉車控制器。當(dāng)叉車將物料放置到貨架時(shí)，由叉車上安裝的讀寫器讀取貨架標(biāo)簽信息，與所載物料信息比對(duì)，驗(yàn)證通過后將物料放置在相應(yīng)的貨架上。

當(dāng)有冷鏈需求的原輔料運(yùn)輸過程中，在儲(chǔ)運(yùn)車內(nèi)裝備傳感定位RFID一體化車載終端，實(shí)時(shí)定位車輛，記錄運(yùn)輸路線及運(yùn)輸過程中的溫度、物料質(zhì)量變化等信息。儲(chǔ)運(yùn)車到達(dá)廠內(nèi)時(shí)，由操作人員使用便攜式RFID讀寫器將標(biāo)簽信息讀出傳輸?shù)疆a(chǎn)品質(zhì)量安全管控系統(tǒng)中；或在合適的位置安裝固定RFID讀寫器，車輛通過時(shí)自動(dòng)讀出數(shù)據(jù)并傳輸。 給領(lǐng)料人員配置領(lǐng)料RFID標(biāo)簽，由ERP系統(tǒng)自動(dòng)生成產(chǎn)品配方并寫入領(lǐng)料標(biāo)簽。工人領(lǐng)取原輔料及包裝材料時(shí)，倉儲(chǔ)保管員使用讀寫器讀取領(lǐng)料標(biāo)簽信息，在倉儲(chǔ)系統(tǒng)中調(diào)取所需物料信息，通過系統(tǒng)驗(yàn)證出庫品種、數(shù)量后授權(quán)出庫，同時(shí)更新貨架標(biāo)簽中的物料數(shù)量信息。

圖3和圖4分別為在無氣流輔助和有氣流輔助條件下噴霧場內(nèi)霧滴運(yùn)動(dòng)軌跡，圖3和圖4中霧滴的顏色代表霧滴粒徑的大小(單位mm)。比較兩圖，可以看出在有氣流輔助時(shí)，氣流流場改變了霧滴的運(yùn)動(dòng)方向，引導(dǎo)霧滴運(yùn)動(dòng)軌跡明顯偏向地面，從而有效地減少了霧滴的飄移潛能。

3）人員設(shè)備管理

在乳制品的生產(chǎn)設(shè)備及設(shè)施上粘貼RFID標(biāo)簽，記錄下設(shè)備的使用期限、檢修年限等信息。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)和清洗時(shí)，由工作人員使用便攜式讀寫器寫入維護(hù)保養(yǎng)及清洗劑濃度等記錄和相關(guān)責(zé)任人，這樣有利于評(píng)估其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量安全的風(fēng)險(xiǎn)。

給企業(yè)職工特別是生產(chǎn)現(xiàn)場的操作人員配備非接觸式可讀寫射頻卡，在消毒設(shè)施上設(shè)置固定式RFID讀寫器，在車間、衛(wèi)生間門口也設(shè)置固定式讀寫器，自動(dòng)記錄操作人員的消毒和活動(dòng)情況，防止產(chǎn)生交叉污染。

4）操作環(huán)境控制和生產(chǎn)線管理

在車間、生產(chǎn)線、工作臺(tái)等合適的位置加貼RFID標(biāo)簽，對(duì)環(huán)境有溫度、濕度等要求的，加貼集成傳感器的RFID標(biāo)簽，記錄下生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)。當(dāng)參數(shù)超限時(shí)，RFID讀寫器通過現(xiàn)場總線發(fā)送指令給控制器執(zhí)行單位，調(diào)整相應(yīng)控制設(shè)備。

在生產(chǎn)線快速檢測設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)設(shè)備、樣品（或其容器）上粘貼RFID標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)識(shí)，檢測數(shù)據(jù)通過RFID中間件自動(dòng)上傳到產(chǎn)品質(zhì)量安全管控系統(tǒng)，由系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)線檢測結(jié)果及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)線運(yùn)行，并可在出廠檢驗(yàn)時(shí)由系統(tǒng)自動(dòng)生成檢驗(yàn)結(jié)果，并打印檢驗(yàn)報(bào)告。

在投料環(huán)節(jié)上，企業(yè)的ERP系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成產(chǎn)品配方，投料人員只需要使用便攜式讀寫器讀取領(lǐng)料標(biāo)簽上的原輔料信息，當(dāng)系統(tǒng)與配方比對(duì)投料品種、數(shù)量、順序正確后準(zhǔn)許投料。 在生產(chǎn)線上的物料流轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)布置RFID讀寫器，通過讀取物料包裝或容器上的標(biāo)簽信息，將物流混合、轉(zhuǎn)換等前后狀態(tài)進(jìn)行鏈接。在關(guān)鍵工序和關(guān)鍵控制點(diǎn)的生產(chǎn)線或設(shè)備內(nèi)加貼集成傳感器的有源RFID標(biāo)簽，在線檢測溫度、濕度、壓力等控制參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)化RFID中間件控制器，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，并按要求控制生產(chǎn)過程。

6）廢品回收和產(chǎn)品防偽

及時(shí)對(duì)廢棄的半成品、成品進(jìn)行回收，在回收容器上粘貼RFID標(biāo)簽，記錄廢品數(shù)量、種類、時(shí)間、廢棄原因等信息，便于統(tǒng)計(jì)廢品數(shù)量、廢棄原因，防止亂堆亂放廢品造成的環(huán)境污染和交叉污染。

在產(chǎn)品包裝內(nèi)或容器內(nèi)加貼RFID防轉(zhuǎn)移標(biāo)簽，防止標(biāo)簽被轉(zhuǎn)移做其它使用,從而達(dá)到產(chǎn)品防偽的目的。

7）乳品全過程追溯管理

利用原料乳收購儲(chǔ)運(yùn)車RFID標(biāo)簽、儲(chǔ)奶罐中原料乳混合及使用的仿真流體力學(xué)模型，形成原料乳來源的模糊追溯方案，結(jié)合前面所描述的生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)品狀態(tài)檢測與防偽等過程中的物料流管理RFID解決方案，實(shí)現(xiàn)乳制品從原料乳收購到乳品生產(chǎn)、銷售的全過程追溯管理。

3 乳制品安全追溯研究中的技術(shù)難點(diǎn)

1）提升RFID設(shè)備在乳品制造環(huán)境的適應(yīng)性是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。乳品制造環(huán)境復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)境特性參數(shù)和生產(chǎn)線參數(shù)多(如溫度、濕度、壓力、電磁輻射強(qiáng)度、酸堿度、周邊設(shè)備質(zhì)地等)，電子環(huán)境差，如何使RFID讀寫設(shè)備和系統(tǒng)適應(yīng)復(fù)雜的乳品制造環(huán)境及生產(chǎn)線現(xiàn)狀是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

2）連續(xù)生產(chǎn)過程的追溯實(shí)現(xiàn)是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。在連續(xù)生產(chǎn)過程例如液態(tài)奶的生產(chǎn)過程中，存在不同時(shí)間段、不同量的原料奶多批次混合（又稱錯(cuò)時(shí)批次混合）的現(xiàn)象，而生產(chǎn)線連續(xù)處理和灌裝，這給液態(tài)奶的原料和生產(chǎn)過程監(jiān)控提出了難題，如何利用RFID技術(shù)來實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過程的原料與產(chǎn)品的模糊追溯也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

3）RFID技術(shù)數(shù)據(jù)融合處理是本研究的技術(shù)難點(diǎn)，也是RFID技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)。食品制造特別是乳品的制造工藝、流程各不相同，多種類原輔料也錯(cuò)綜交叉，我國食品安全由多個(gè)監(jiān)管部門分段監(jiān)管，這些都造成了食品安全數(shù)據(jù)的多源、異構(gòu)特性。而不同企業(yè)各自信息化水平的差異，對(duì)數(shù)據(jù)安全和隱私的考慮，以及政府部門分段監(jiān)管對(duì)數(shù)據(jù)的需求等因素，使食品鏈追溯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建面臨很大的挑戰(zhàn)。RFID系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)涵蓋企業(yè)的產(chǎn)供銷數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)因素監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)、政府監(jiān)管數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)挖掘成為本次研究的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)和重點(diǎn)。

4 結(jié)束語

本研究通過RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳品生產(chǎn)及質(zhì)量安全溯源的自動(dòng)識(shí)別與控制，大大加強(qiáng)了企業(yè)的質(zhì)量管理和政府部門的監(jiān)管力度。目前RFID技術(shù)是最合適食品安全監(jiān)控全過程的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，特別是在乳制品行業(yè)發(fā)揮著其獨(dú)特的作用。食品安全的突出問題和潛在隱患仍然不少，形勢(shì)依然嚴(yán)峻。隨著物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，RFID技術(shù)將更充分地發(fā)揮它的重要作用。

[1] 沈映娜.淺析RFID技術(shù)在奶粉安全監(jiān)管中的應(yīng)用[J]. 廣東科技2011,7:14.

[2] 張姝楠,郭波莉,潘家榮.RFID 技術(shù)在食品全程跟蹤與追溯中的應(yīng)用[J].食品研究與開發(fā),2007,9(28).

[3] 國偉,儲(chǔ)曉剛.RFID技術(shù)及其在食品安全領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].食品科技,2007,(9).