基于RFID的中藥材可追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張翠萍，李勝旭

（福建中醫(yī)藥大學(xué) 管理學(xué)院，福建 福州 350108）

中藥材可追溯系統(tǒng)是基于中藥材從栽培到成品整個(gè)生命周期的安全保障體系，它利用信息技術(shù)給每件商品標(biāo)上編碼，可以進(jìn)行追蹤。建立中藥材可追溯系統(tǒng)可解決中藥材的安全問(wèn)題、防止假冒，對(duì)提高我國(guó)藥材產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

1 基于RFID的中藥材追溯系統(tǒng)分析

中藥材可追溯系統(tǒng)(traditional chinese medicines traceability system)是在中藥材的種植過(guò)程中、生產(chǎn)加工后、流通領(lǐng)域里、使用過(guò)程等環(huán)節(jié)中建立的一種安全保障體系，它利用先進(jìn)的信息技術(shù)給每種中藥材進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)相關(guān)的管理記錄，從而進(jìn)行調(diào)查追蹤。

1.1 RFID技術(shù)及工作原理

射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是20世紀(jì)90年代興起的一種無(wú)接觸傳遞信息達(dá)到信息識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的技術(shù)，它基本上由電子標(biāo)簽、閱讀器、天線(xiàn)3部分組成。其工作原理是指閱讀器將編碼后信息加載到某一頻率的載波信號(hào)上，經(jīng)天線(xiàn)發(fā)送到閱讀器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽芯片電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解碼，最后對(duì)命令請(qǐng)求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷[1]。

1.2 中藥材可追溯系統(tǒng)需求分析

1.2.1 系統(tǒng)邊界模型

系統(tǒng)有包含的功能與沒(méi)有的功能之間的分界線(xiàn)稱(chēng)為系統(tǒng)邊界。系統(tǒng)本身所包括的全部對(duì)象在界限之內(nèi)，在界限外的就是與系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的各類(lèi)對(duì)象，比如某些設(shè)備、人員和外系統(tǒng)的一些參與者。通過(guò)了解中藥材可追溯過(guò)程情況，明確了系統(tǒng)的參與者，系統(tǒng)邊界如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)邊界模型

1.2.2 中藥材可追溯系統(tǒng)對(duì)象

根據(jù)上述邊界圖分析，中藥材可追溯系統(tǒng)的使用對(duì)象主要有種植員、藥材采購(gòu)員、炮制加工人員、藥材銷(xiāo)售商、消費(fèi)者、藥材質(zhì)量監(jiān)管人員、藥材全過(guò)程追溯人員等。在這個(gè)可追溯的平臺(tái)中，各個(gè)環(huán)節(jié)上的各個(gè)人員都可對(duì)中藥材進(jìn)行跟蹤和追溯。如果某份中藥材出現(xiàn)了問(wèn)題，就可以追溯到出現(xiàn)問(wèn)題的藥材的包裝、炮制加工、運(yùn)輸過(guò)程、倉(cāng)儲(chǔ)條件或種植產(chǎn)地，甚至到具體的種植地，通過(guò)這些環(huán)節(jié)的監(jiān)控流入市場(chǎng)的中藥材可靠性就更高了。另外，為避免中藥材在各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，可以通過(guò)智能化監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)在中藥材出現(xiàn)問(wèn)題之前進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)加強(qiáng)中藥材生產(chǎn)加工的管理。

1.3 中藥材可追溯系統(tǒng)資源可行性分析

近年來(lái)，在寧夏、四川、甘肅等地建立了中藥材現(xiàn)代化科技產(chǎn)業(yè)基地，這些科技產(chǎn)業(yè)基地主要由中藥材的種植、炮制、研究開(kāi)發(fā)、配套服務(wù)等4大體系組成[2]?，F(xiàn)代化科技產(chǎn)業(yè)基地按良好的農(nóng)業(yè)規(guī)范（GAP）標(biāo)準(zhǔn)種植中藥材，按藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）標(biāo)準(zhǔn)建立藥材炮制加工廠，中藥研發(fā)按GLP、GCP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)按照GSP標(biāo)準(zhǔn)完善?，F(xiàn)代化的中藥材科技產(chǎn)業(yè)基地為可追溯系統(tǒng)的建設(shè)提供資源和實(shí)踐基礎(chǔ)。

1.4 中藥材可追溯系統(tǒng)技術(shù)可行性分析

中藥材可追溯系統(tǒng)主要包括中藥材的信息采集、發(fā)布、標(biāo)識(shí)和流通環(huán)節(jié)上的信息繼承等。在產(chǎn)品標(biāo)識(shí)和采集方面，可以采用成本低、易識(shí)別及易將標(biāo)識(shí)信息錄入系統(tǒng)的條碼技術(shù)，該技術(shù)在我國(guó)已應(yīng)用成熟。針對(duì)一些生長(zhǎng)環(huán)境差的、信息難以采集的中藥材，則使用RFID技術(shù)中能穿透冰、霧、雪、涂料、塵垢等的技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)（包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)）的支撐下是中藥材可追溯系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的。

2 中藥材追溯管理系統(tǒng)流程Petri模型

Petri網(wǎng)是一種基于狀態(tài)的建模方法，它對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)業(yè)務(wù)流程建模聚焦在處理事件的過(guò)程上，通過(guò)Petri模型能夠合理地描述中藥材生命周期中上下游企業(yè)間的協(xié)作情況，又可以比較準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)內(nèi)部物流和信息流的并行運(yùn)作情況[3]。因此，中藥材可追溯系統(tǒng)適合采用Petri網(wǎng)的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 業(yè)務(wù)流程建模

假定 N=（S,T;F）是 Petri網(wǎng)，∑=（S,T;F，W，M0）是以 N 為基網(wǎng)的網(wǎng)系統(tǒng)，其中 F為 S和 T的流關(guān)系，S表示為庫(kù)所代表的流程條件，T為變遷集代表流程事件，W為權(quán)重默認(rèn)為1，M0為初始標(biāo)識(shí)。

業(yè)務(wù)流程中條件描述：S1為開(kāi)始；S2為下線(xiàn)中藥材；S3為合格貼標(biāo)中藥材；S4為不合格中藥材；S5為流通企業(yè)到庫(kù)中藥材；S6為流通企業(yè)檢驗(yàn)合格中藥材；S7為不合格中藥材；S8為流通企業(yè)存儲(chǔ)中藥材；S9為銷(xiāo)售企業(yè)到庫(kù)中藥材；S10為銷(xiāo)售企業(yè)檢驗(yàn)合格中藥材；S11不合格中藥材；S12為銷(xiāo)售企業(yè)存儲(chǔ)中藥材；S13為銷(xiāo)售企業(yè)零售中藥材。

業(yè)務(wù)流程中事件描述：T1為中藥材制造；T2為檢測(cè)貼標(biāo)；T3為流通企業(yè)中轉(zhuǎn)運(yùn)輸；T4為流通企業(yè)入庫(kù)檢測(cè)；T5為流通企業(yè)入庫(kù)；T6為銷(xiāo)售企業(yè)中轉(zhuǎn)運(yùn)輸；T7為銷(xiāo)售企業(yè)入庫(kù)檢測(cè)；T8為銷(xiāo)售企業(yè)入庫(kù)；T9為零售。以此建立中藥材供應(yīng)管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的Petri網(wǎng)模型。

2.2 Petri網(wǎng)模型分析

對(duì)Petri網(wǎng)模型進(jìn)行性能分析和檢測(cè)主要包括活性檢測(cè)、有界性檢測(cè)、可達(dá)性檢測(cè)。Petri網(wǎng)的分析方法主要有分層或化簡(jiǎn)、可達(dá)性樹(shù)和矩陣方程求解3類(lèi)[3]，本文通過(guò)關(guān)聯(lián)矩陣來(lái)進(jìn)行分析。

∑=（S，T；F，W，M0）是以 N 為基網(wǎng)的網(wǎng)系統(tǒng)，使 Cij+=W（tj，si ）；Cij-=W（si，tj）；其中 I=1,2,3，…，n。n=|S|；j=1,2,3，…，m。m=|T|；當(dāng)且僅當(dāng) Cij=W（tj，si ）-Wsi，tj）即 Cij=Cij+-Cij-時(shí)矩陣 Cij是∑的關(guān)聯(lián)矩陣，。

根據(jù)Petri理論由公式CX=0解出S不變量為：

根據(jù)以上的定義，中藥材供應(yīng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的Petri網(wǎng)模型是符合活性、有界性、可達(dá)性，也就是說(shuō)此模型在實(shí)際操作過(guò)程中是可行的。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 體系層次設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)中藥材流通過(guò)程的分析，系統(tǒng)由業(yè)務(wù)服務(wù)應(yīng)用層、信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)處理服務(wù)層和數(shù)據(jù)采集服務(wù)硬件層組成。其中①業(yè)務(wù)服務(wù)應(yīng)用層由一些服務(wù)管理組成，比如生產(chǎn)、流通、銷(xiāo)售等服務(wù)以及對(duì)藥品業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換；②數(shù)據(jù)層由計(jì)算機(jī)的一些數(shù)據(jù)庫(kù)組成，比如中藥材數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、EPCIS數(shù)據(jù)庫(kù)；③服務(wù)層包括WEB、EPC、EPCIS、RFID服務(wù)等模塊；④硬件層在系統(tǒng)的底層，由一些硬件設(shè)備采集數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)處理后傳輸給相關(guān)軟件。

3.2 中藥材可追溯系統(tǒng)流程

中藥材可追溯系統(tǒng)的信息流是各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)產(chǎn)品標(biāo)識(shí) （電子標(biāo)簽）將信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)又可以從數(shù)據(jù)庫(kù)下傳信息，消費(fèi)者可通過(guò)多個(gè)平臺(tái)查詢(xún)到所購(gòu)藥材的詳細(xì)信息。當(dāng)發(fā)現(xiàn)藥材質(zhì)量有問(wèn)題時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)找到藥材的流通方向，并召回這些問(wèn)題藥材，同時(shí)上傳相關(guān)信息至數(shù)據(jù)庫(kù)，讓零售商和消費(fèi)者可以獲得信息。其流程圖如圖2所示。

圖2 中藥材可追溯系統(tǒng)流程圖

3.3 多平臺(tái)追溯流程

消費(fèi)者如果需要對(duì)購(gòu)買(mǎi)的中藥材進(jìn)行查詢(xún)，可通過(guò)手機(jī)APP軟件、電話(huà)、網(wǎng)站、二維碼等輸入追溯碼[4]，系統(tǒng)根據(jù)查詢(xún)表反饋給消費(fèi)者情況。若產(chǎn)品已查詢(xún)過(guò)，系統(tǒng)會(huì)告知消費(fèi)者此產(chǎn)品已查詢(xún)過(guò)，此時(shí)消費(fèi)者所購(gòu)買(mǎi)的藥材可能存在某些問(wèn)題；否則，追溯系統(tǒng)就會(huì)把消費(fèi)者所購(gòu)買(mǎi)的中藥材相關(guān)信息反饋給消費(fèi)者。這樣中藥材的防偽功能也得到了保障。多平臺(tái)追溯流程如圖3所示。

圖3 多平臺(tái)追溯流程圖

3.4 中藥材可追溯系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)中藥材供應(yīng)鏈的特點(diǎn)，中藥材可追溯系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖4所示，中藥材可追溯系統(tǒng)包含5個(gè)子系統(tǒng)：種植生產(chǎn)環(huán)節(jié)、炮制加工環(huán)節(jié)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警、生產(chǎn)全過(guò)程監(jiān)測(cè)和使用環(huán)節(jié)。

圖4 中藥材可追溯系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.4.1 種植生產(chǎn)環(huán)節(jié)

該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中藥材種植信息的初始化，記錄藥材的種植相關(guān)信息，包括：檢驗(yàn)登記信息、產(chǎn)地證明信息、交易憑證信息，完成初始化后將所有信息上傳至中心數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)信息的標(biāo)準(zhǔn)化管理。

3.4.2 中藥材炮制加工環(huán)節(jié)

這個(gè)子系統(tǒng)將按照EAN-UCC標(biāo)準(zhǔn)記錄中藥材采集后到中藥材進(jìn)入市場(chǎng)銷(xiāo)售前的過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息，包括在炮制加工成登記信息、入庫(kù)登記信息、批次信息、中藥材檢驗(yàn)證明信息、并將所有數(shù)據(jù)上傳至中心數(shù)據(jù)庫(kù)，制定出EAN標(biāo)簽樣式和內(nèi)容，接受中藥材可追溯系統(tǒng)的鏈接和調(diào)用，實(shí)現(xiàn)藥材炮制加工環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)追溯。

3.4.3 藥材全過(guò)程檢測(cè)環(huán)節(jié)

該子系統(tǒng)提供從生產(chǎn)基地到流通領(lǐng)域的信息，包括中藥材指標(biāo)采集信息、中藥材庫(kù)存管理信息、批次信息等。一方面供應(yīng)方可以有效地對(duì)中藥材的生產(chǎn)進(jìn)行有效的監(jiān)督，另一方面也為為消費(fèi)者和監(jiān)管部門(mén)提供詳細(xì)的藥品安全信息。

3.4.4 中藥材質(zhì)量監(jiān)控預(yù)警環(huán)節(jié)

此子系統(tǒng)要完成監(jiān)控的工作，通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)采集和匯總有效信息進(jìn)行檢測(cè)，若追溯信息數(shù)據(jù)異常，即可確定原因以及確定是哪個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題而產(chǎn)生預(yù)警，讓檢測(cè)者對(duì)異常數(shù)據(jù)信息采取有效的措施。

3.4.5 中藥材使用環(huán)節(jié)

該系統(tǒng)主要功能是使消費(fèi)者可以通過(guò)在中藥材上的標(biāo)簽了解到中藥材的一些必要信息進(jìn)行驗(yàn)收、匹配及反饋，還可以通過(guò)網(wǎng)站、手機(jī)、觸摸屏掃描端輸入追溯碼，了解中藥材更詳細(xì)的信息。如：中藥材的名稱(chēng)、重量、產(chǎn)地、用途等。

4 總結(jié)

目前，我國(guó)缺乏對(duì)中藥材信息的實(shí)時(shí)采集，跟蹤和追溯管理的缺乏問(wèn)題也存在于流通和消費(fèi)過(guò)程中。通過(guò)研究中藥材的生命周期，找出影響中藥材質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)信息，以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)、以中藥材流通為研究對(duì)象，構(gòu)建了一種實(shí)現(xiàn)中藥材從種植、炮制加工到流通、飲用的整個(gè)過(guò)程可視化可追溯系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈中不同企業(yè)間信息公開(kāi)透明的交流，為實(shí)現(xiàn)中藥材的質(zhì)量穩(wěn)定提供一種平臺(tái)。

［1］楊信廷， 錢(qián)建平.蔬菜安全生產(chǎn)管理及質(zhì)量追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24 （3）：162－166.

［2］李晉宏， 李文鵬.可追溯體系在我國(guó)中草藥種植過(guò)程中的應(yīng)用［J］.消費(fèi)電子，2014，（6）：211－213.

［3］百度百科.Petri網(wǎng)［EB ／OL］.http： ／／baike.baidu.com ／view ／896125.htm.

［4］盧磊， 張峰.基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜可追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2011，19（7）：19－22.