基于RFID技術的乳制品安全追溯應用研究

杜 峻，尹作重，楊書評，王海丹，高雪芹

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

民以食為天，食品是人類賴以生存和發展的物質基礎[1]。食品安全從廣義上指食品無毒、無害，符合其應當具有的營養成份要求，對人們的身體健康不會造成任何慢性、急性、亞急性的危害。世界衛生組織對食品安全的定義是食物中有毒、有害物質對人體健康影響的公共衛生問題。從1996年英國的瘋牛病到2001年歐洲爆發口蹄疫再到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、工業明膠、白酒塑化劑等食品安全事件發生。為了進一步加強食品安全監管工作，政府部門不斷完善食品安全監管體系，決策部署制定了《國家食品安全監管體系“十二五”規劃》，規劃中明確指出食品安全需要強化科技支撐，注重電子追溯、信息網絡安全等先進科學技術的運用。

食品安全溯源體系的建立和完善有賴于物聯網先進的技術，在這些技術中快速發展的射頻識別技術( RFID) 則成為當前各國建立追溯體系的最佳選擇。本文將簡要介紹RFID 技術及其在乳制品行業安全追溯的應用研究。

1 射頻識別技術

射頻識別技術即RFID（Rad io Frequency Identi fi cation的縮寫）, 是一種非接觸式自動識別技術，因此它又稱無線射頻技術，它可通過無線射頻信號識別對象目標并獲取相關數據信息。識別工作無需人工干預, 就能夠在各種狀態（靜止、運動甚至惡劣環境）下準確識別到物體[1]。

一套基本的RFID系統是由電子標簽（TAG）即應答器（Transponder）、閱讀器（Reader）以及應用軟件系統三個部分所組成。其基本工作原理是電子標簽進入磁場后，接收由解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（被動標簽或無源標簽），或者由電子標簽主動發送某一頻率的信號（主動標簽或有源標簽），再由解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理[2]。

RFID技術最大的特點就是非接觸識別，因此可達到快速掃描的效果。RFID標簽具有體積小型化、形狀多樣化、使用壽命長、數據存儲量大、安全性能高、可重復使用、可長期跟蹤定位等特點。隨著中國物聯網的不斷發展，RFID技術將更廣泛地應用到制造生產、智能交通、物流管理、動物識別、安全防偽等各個領域，這將更好的改善人們的生活品質，提高企業的經濟效益[3]。

2 基于RFID技術的乳制品安全追溯中的應用方案

基于RFID技術，乳制品的安全追溯從生產環節和質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境的影響，還要重視操作條件以及人員等對食品質量安全的人為影響。了解當前乳制品企業信息系統和控制系統的能力和水平，明確乳制品行業的質量安全管控期望及RFID應用模式，形成一套乳制品質量安全管控和溯源的RFID解決方案。 如圖1所示乳制品數據采集方案。

圖1 乳制品數據采集方案

1）奶牛養殖

牧場的工作人員為每頭奶牛掛了RFID標簽，建立奶牛唯一的電子身份檔案。通過RFID 標簽對牧草中多種營養成分、飼料以及養殖環境等信息進行記錄，并實時監控，保證了奶牛飼料的質量；對每頭奶牛的品種、生長過程、健康狀況、擠奶方式以及鮮奶各項檢測指標數值、運輸條件與時間等信息進行記錄，有效的保證了奶源的質量[1]。

2）原料管理

研究應用RFID技術實現原輔料及添加劑供應商的溯源、儲運過程產品質量的監控、出入庫環節的解決方案。在采購原輔料及添加劑的包裝、容器或儲運車上粘貼RFID標簽，標簽內寫入物料品種、數量、來源等相關檢測信息。在倉庫大門設置固定式讀寫器，當物料通過時自動讀取信息，并與企業ERP系統生成的采購單進行對比，符合要求才能準許入庫。入庫后由倉儲管理系統分配貨架位置，并將物料信息、入庫時間寫入貨架標上的RFID標簽并發送到叉車控制器。當叉車將物料放置到貨架時，由叉車上安裝的讀寫器讀取貨架標簽信息，與所載物料信息比對，驗證通過后將物料放置在相應的貨架上。

當有冷鏈需求的原輔料運輸過程中，在儲運車內裝備傳感定位RFID一體化車載終端，實時定位車輛，記錄運輸路線及運輸過程中的溫度、物料質量變化等信息。儲運車到達廠內時，由操作人員使用便攜式RFID讀寫器將標簽信息讀出傳輸到產品質量安全管控系統中；或在合適的位置安裝固定RFID讀寫器，車輛通過時自動讀出數據并傳輸。 給領料人員配置領料RFID標簽，由ERP系統自動生成產品配方并寫入領料標簽。工人領取原輔料及包裝材料時，倉儲保管員使用讀寫器讀取領料標簽信息，在倉儲系統中調取所需物料信息，通過系統驗證出庫品種、數量后授權出庫，同時更新貨架標簽中的物料數量信息。

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霧滴運動軌跡，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，氣流流場改變了霧滴的運動方向，引導霧滴運動軌跡明顯偏向地面，從而有效地減少了霧滴的飄移潛能。

3）人員設備管理

在乳制品的生產設備及設施上粘貼RFID標簽，記錄下設備的使用期限、檢修年限等信息。在對設備進行維修保養和清洗時，由工作人員使用便攜式讀寫器寫入維護保養及清洗劑濃度等記錄和相關責任人，這樣有利于評估其對產品質量安全的風險。

給企業職工特別是生產現場的操作人員配備非接觸式可讀寫射頻卡，在消毒設施上設置固定式RFID讀寫器，在車間、衛生間門口也設置固定式讀寫器，自動記錄操作人員的消毒和活動情況，防止產生交叉污染。

4）操作環境控制和生產線管理

在車間、生產線、工作臺等合適的位置加貼RFID標簽，對環境有溫度、濕度等要求的，加貼集成傳感器的RFID標簽，記錄下生產環境參數。當參數超限時，RFID讀寫器通過現場總線發送指令給控制器執行單位，調整相應控制設備。

在生產線快速檢測設備和實驗室檢驗設備、樣品（或其容器）上粘貼RFID標簽進行標識，檢測數據通過RFID中間件自動上傳到產品質量安全管控系統，由系統根據生產線檢測結果及時調整生產線運行，并可在出廠檢驗時由系統自動生成檢驗結果，并打印檢驗報告。

在投料環節上，企業的ERP系統會自動生成產品配方，投料人員只需要使用便攜式讀寫器讀取領料標簽上的原輔料信息，當系統與配方比對投料品種、數量、順序正確后準許投料。 在生產線上的物料流轉節點布置RFID讀寫器，通過讀取物料包裝或容器上的標簽信息，將物流混合、轉換等前后狀態進行鏈接。在關鍵工序和關鍵控制點的生產線或設備內加貼集成傳感器的有源RFID標簽，在線檢測溫度、濕度、壓力等控制參數，通過網絡化RFID中間件控制器，驅動控制系統的執行單元，并按要求控制生產過程。

6）廢品回收和產品防偽

及時對廢棄的半成品、成品進行回收，在回收容器上粘貼RFID標簽，記錄廢品數量、種類、時間、廢棄原因等信息，便于統計廢品數量、廢棄原因，防止亂堆亂放廢品造成的環境污染和交叉污染。

在產品包裝內或容器內加貼RFID防轉移標簽，防止標簽被轉移做其它使用,從而達到產品防偽的目的。

7）乳品全過程追溯管理

利用原料乳收購儲運車RFID標簽、儲奶罐中原料乳混合及使用的仿真流體力學模型，形成原料乳來源的模糊追溯方案，結合前面所描述的生產過程控制、產品狀態檢測與防偽等過程中的物料流管理RFID解決方案，實現乳制品從原料乳收購到乳品生產、銷售的全過程追溯管理。

3 乳制品安全追溯研究中的技術難點

1）提升RFID設備在乳品制造環境的適應性是一個技術難點。乳品制造環境復雜，生產環境特性參數和生產線參數多(如溫度、濕度、壓力、電磁輻射強度、酸堿度、周邊設備質地等)，電子環境差，如何使RFID讀寫設備和系統適應復雜的乳品制造環境及生產線現狀是一個技術難點。

2）連續生產過程的追溯實現是一個技術難點。在連續生產過程例如液態奶的生產過程中，存在不同時間段、不同量的原料奶多批次混合（又稱錯時批次混合）的現象，而生產線連續處理和灌裝，這給液態奶的原料和生產過程監控提出了難題，如何利用RFID技術來實現連續生產過程的原料與產品的模糊追溯也是一個技術難點。

3）RFID技術數據融合處理是本研究的技術難點，也是RFID技術應用的重點。食品制造特別是乳品的制造工藝、流程各不相同，多種類原輔料也錯綜交叉，我國食品安全由多個監管部門分段監管，這些都造成了食品安全數據的多源、異構特性。而不同企業各自信息化水平的差異，對數據安全和隱私的考慮，以及政府部門分段監管對數據的需求等因素，使食品鏈追溯網絡的構建面臨很大的挑戰。RFID系統采集數據涵蓋企業的產供銷數據、風險因素監控數據、檢測數據、政府監管數據等，數據融合與數據挖掘成為本次研究的一個技術難點和重點。

4 結束語

本研究通過RFID 技術實現了對乳品生產及質量安全溯源的自動識別與控制，大大加強了企業的質量管理和政府部門的監管力度。目前RFID技術是最合適食品安全監控全過程的物聯網技術，特別是在乳制品行業發揮著其獨特的作用。食品安全的突出問題和潛在隱患仍然不少，形勢依然嚴峻。隨著物聯網的進一步發展，RFID技術將更充分地發揮它的重要作用。

[1] 沈映娜.淺析RFID技術在奶粉安全監管中的應用[J]. 廣東科技2011,7:14.

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

[3] 國偉,儲曉剛.RFID技術及其在食品安全領域中的應用[J].食品科技,2007,(9).