供應鏈環境下農產品可追溯與甄別信息系統的設計與實現

劉宏宇，冷志杰

（黑龍江八一農墾大學 經濟管理學院，黑龍江 大慶 163319）

1 引言

近年來，消費者對于安全、品質給予了更高的要求，許多新的技術與工藝被引入以迎合消費者對農產品的可靠性與安全性持續增加的需求。同時，為了減輕食品及農產品安全問題所帶來的影響，企業及政府機構已經意識到有必要確保食品可追溯。2015年的中央一號文件更是將糧食安全作為重中之重的議題。在過去的一段時間中，可追溯系統在食品、農產品領域已經得到了廣泛的關注和應用。

2 文獻綜述

歐盟委員會于1997年正式提出了可追溯性的概念，用于食品業中控制其安全及一些其他要求。Van Dorp等學者認為可追溯系統是將有關安全、質量、食品配料及原產地等信息傳遞給消費者。Kim等學者將可追溯系統描述為具備追蹤產品和活動的基本能力。其中，活動可能意味著從生產、物流、銷售等過程追蹤產品[1-2]。因此從供應鏈視角進行可追溯系統的研究逐漸得到了研究者的關注。

Maitri Thakura和Charles R.Hurburgh認為食品供應鏈的所有主體都需要存儲并提供食品所需的信息，以便需要時提供給需求者，要做到在完整的供應鏈上實現可追溯，重要的是實現供應鏈節點間的可追溯以及節點內部可追溯，同時應用信息系統分析與設計的理論與方法，建立了谷物供應鏈可追溯系統的IDEF模型[3]。由此可見，供應鏈視角下的可追溯，是要在供應鏈主體內部以及主體與主體之間發生關系的過程中（主要是物流過程），實現產品及相關活動的追蹤與溯源。

毛薇針對畜禽產品供應鏈分析了建立可追溯體系面臨的主要問題，指出了養殖環節標準化程度不高、全程追溯難度較大等問題，究其原因主要集中在上游生產節點內部信息管理的水平不高、中間物流節點信息標準不一、信息共享程度較低等方面，導致了可追溯只能在局部范圍內實現[4]。該研究的部分內容同樣適用于更廣泛的農產品供應鏈。冷志杰以實現質量可甄別為目的，分析了供應鏈各環節質量數據流的特點，并應用物聯網的相關理論與方法，從蔬果的生產、配送以及銷售過程三個方面進行冷鏈系統設計[5]。

通過對相關文獻的梳理可以看出，以農產品供應鏈作為環境是可追溯領域的主要研究方向。農產品可追溯系統的建立必須以供應鏈為基礎，而供應鏈的管理水平直接決定了可追溯系統的實施效果，這不僅包括農產品供應鏈的組織結構、治理機制，也包括基本的操作流程。因此，基于供應鏈的可追溯系統，不僅要考慮影響產品質量的數據采集與應用，同時還要將供應鏈中所發生的商流、信息流、物流等數據的采集，并將這些數據集成，才能實現供應鏈環境下的追蹤與溯源。同時，可追溯信息在終端能夠有效服務于消費者的甄別過程，才能充分發揮系統的作用。

3 系統總體框架的設計

本系統以果蔬類農產品為實施對象，以“農場+物流+零售超市”結構的供應鏈作為應用主體，建立可追溯系統。韓燕對比分析了五種農產品供應鏈模式，認為“連鎖零售網絡+生產基地+農戶”模式能夠最大限度地消除信息不對稱，保障農產品質量安全[6]。

農產品的相關信息在系統各個節點被采集，并在上述主體之間流動，形成了追溯流程。溫濕度、土壤PH、氧氣濃度、攝像頭等傳感器設備被用于追溯數據采集過程中，與產品交易信息、物流信息在數據庫關聯，實現物流、商流、質量數據的集成；在超市端放置查詢機器，用于提供甄別服務過程。針對已構建的供應鏈模型，應用物聯網的三層結構模型，構建了基于物聯網的系統模型框架，如圖1所示。

4 系統的主要功能與流程設計

孫小會等人認為農產品供應鏈的各個環節是形成最終農產品食品質量的一個質量環節或階段，每個環節或階段的質量管理間需要相互協同形成完整的系統[7]。一件農產品從田間到餐桌，需要經過采摘（挖掘）、分揀、質檢、儲存、包裝、營銷、干線運輸、配送、售后等多個環節，因此供應鏈管理系統是商流、物流、信息流管理的集成。

（1）農場管理子系統。該子系統主要包括以下幾部分內容：

生產管理。系統通過插入到每個地塊的RFID標簽來表示每個地塊上生產的農產品；產品生長期間的傳感、攝像頭采集的數據傳輸給系統，地塊RFID標簽與采集的數據關聯。對于果蔬類產品，在產地采用一維條碼、二維碼、RFID結合的方式，對于表皮可粘貼一維碼的產品，通過一維條碼做載體記錄每個產品在農場的物流操作，并將產品裝入銷售包裝，包裝外貼有二維碼與軟質RFID標簽；表皮不適宜粘貼標簽的產品，則在采摘后放入包裝盒內，在包裝盒外貼二維碼與軟質RFID標簽；所有產品裝入貼有RFID標簽的物流包裝箱，下游物流操作記錄在該RFID標識的數據庫字段內，并和箱內所有產品的標簽進行關聯。

商流管理。主要功能為對下游超市等零售環節的銷售管理。接收超市的采購請求，生成銷售訂單，顯示所有請求采購產品的庫存狀況，并生成產品補貨單、揀貨單、運輸請求；補貨單發送至農場生產作業區，現場移動終端接收指令并進行采摘；揀貨單發送至農產品倉儲區進行揀貨備貨作業；運輸請求發送至運輸節點。

物流管理。主要功能是農場倉儲管理，包括庫存控制、揀貨作業、包裝作業、流通加工作業等。并將RFID標簽貼在包裝，同時系統能夠生成條碼，與RFID配對使用，唯一標識該批農產品；農產品準備運出生產區時，通過超高頻RFID讀寫機讀取包裝上的RFID，并將出庫數據寫入RFID標簽，系統能夠根據讀取的RFID中記錄的產品類別，分配該批產品送到自動立體倉庫或冷庫，如果系統判斷該批產品送到立體倉庫，系統能夠發送指令給該區域做好接貨準備，同時給產品分配相應的貨架及儲位，如果分配到冷庫，則能夠發送指令給冷庫區的終端該批產品需要冷藏的溫度范圍。

質量追溯管理。以RFID識別碼作為主鍵建立后臺數據庫表，并將每個RFID地塊的傳感器數據及農產品數據寫入數據庫表；農場接到超市的采購訂單，生成訂單數據庫表，并將訂單數據庫表與對應農產品的RFID數據庫表進行關聯，新建存儲一維碼、二維碼的數據庫表，將每包裝單位產成品分配并粘貼一維碼、二維碼標簽（或加貼軟質RFID標簽），并將產品數據寫入存儲一維碼、二維碼的數據庫表，該表與訂單數據庫表進行關聯。這樣保證農產品從農場到超市的全程可以實現以訂單數據庫表為核心的物流、商流信息的可追溯。

農場生產子系統的UML設計如圖2。

（2）冷庫管理。該子系統主要包括以下內容：

倉儲作業管理。對已經卸貨產品，在系統中選擇是否需要過磅，如果過磅，將過磅的數值—“冷卻前過磅值”記錄在系統中；過磅后，選擇是否需要預冷環節，該環節為可選擇環節，如果選擇預冷，先選擇進行預冷的方式（冰冷法、水冷法、風冷法），并選擇是否需要包裝與包裝方式；選擇是否需要冷卻也為可選項；冷藏環節則根據訂單對產品冷藏溫度的要求設定冷藏溫度，如果沒有要求，按照果蔬類不同分類產品的冷藏溫度標準設定冷藏值，冷藏中將冷藏的溫度記錄到可追溯信息中。

質量追溯管理。冷庫溫濕度傳感器、氧氣傳感器的數值以及攝像頭采集的圖像數據，實時傳輸并存儲在數據庫內，每批次產品根據RFID出入庫時間段來選擇傳感器在數據庫內的數據，并轉存至RFID主鍵的數據表內，同時存儲的還有全部倉儲作業活動。

（3）超市管理。該子系統主要包括一下內容：

質量追溯管理。超市管理子系統有權查閱已購買的農產品（包括在途或已到貨）全部傳感器采集的信息，并通過分析甄別該批產品的質量，對于問題產品進行原因的溯源，并提出改進意見；同時對于已訂購生長中的農產品，超市節點有權實時查閱該批次產品的傳感器采集的信息與攝像頭實時視頻，達到質量監控的目的。

質量甄別管理。甄別管理包括已到貨產品和未到貨產品查詢兩個模塊。

對已到貨產品甄別提供兩種模式甄別方式：第一，超市輔助甄別，該模式下，超市節點將已產生的商流、物流、質量等多維數據以線性圖輸出，并設置質量標準區間，對于不同區間的曲線標識不同顏色，并輔助說明代表不同質量的產品；第二，消費者自主甄別，消費者查詢超市提供的該產品的詳細數據，根據自己的知識進行判斷。

圖2 農場生產子系統的UML流程圖

未到貨產品甄別。實時數據查詢權限主要分配給提前訂貨的消費者，查詢其定制農產品的生長與物流實時狀態信息，以監督農產品質量。

5 系統的實現

管理系統采用B/S架構。服務端應用ZK框架+數據庫的模式進行開發。ZK框架是一個用JAVA實現的簡單但是功能強大的表現層框架，它包括了一個基于Ajax的事件驅動引擎，這也是它的最大特色。在終端，除了可以通過windows訪問系統，同時開發了基于Android的農場生產現場管理應用。

管理系統包括農場管理、超市管理、運輸管理、冷庫管理、倉儲管理、基礎設置六個模塊；用戶通過用戶名、密碼、賬戶類型的形式登錄，系統通過賬戶類型的設置來限制供應鏈中不同節點企業的使用權限。

在接口實現上，管理信息系統與硬件設備通過數據庫來驅動。系統與硬件之間通過開發的中間件實現管理系統讀取硬件設備采集的信息，并將指令傳遞給硬件設備。

在可甄別環節，硬件設備選擇多功能觸控一體機+RFID讀卡設備。消費者選擇超市端上架的產品，可用手機掃描二維碼獲取追溯信息，信息以表格文字的形式輸出產地、傳感器、物流操作的信息；消費者也可以在多功能觸控一體機上通過掃描外包裝的RFID標簽甄別產品質量。多功能觸控一體機上通過訪問管理系統，加載超市管理子系統中的終端甄別模塊界面，輸出包括傳感器信息、物流信息、圖片視頻三類信息，傳感器信息以曲線圖+質量標準刻度的形式輸出傳感器采集的數據，并用不同顏色標識質量標準刻度以上、之下的曲線，最大程度地幫助消費者更加直觀地甄別產品質量。

6 結論

本文所設計與開發的可追溯與甄別系統，實現了農產品在供應鏈相關環節商流、物流與信息流的可追溯，同時在終端提供多種可視化的追溯信息，為消費者甄別質量提供個性化服務。未來的研究可將電子商務加入到系統中來，進一步研究如何在電商平臺下構建可追溯系統。

[1]M Bevilacqua,F E Ciarapica,G Giacchetta.Business process reengineering of a supply chain and a traceability system:A case study[J].Journal of Food Engineering,2009,93（1）:13-22.

[2]Jansen-Vullers M H,van Dorp C A,Beulens A J M.Managing traceability information in manufacture[J].International Journal of Information Management,2003a,23（5）,395-413.

[3]MaitriThakura,CharlesR Hurburgh.Framework forimplementing traceability system in the bulk grain supply chain[J].Journal of Food Engineering,2009,（6）.

[4]毛薇.供應鏈視角下畜禽產品可追溯體系的實施建設研究[J].中國畜牧雜志,2013,（10）:20-22,28.

[5]冷志杰,陳曉旭.基于物聯網的有效甄別高質量蔬果的冷鏈構建[J].物流技術,2013,（11）:392-395.

[6]韓燕.基于質量安全的農產品供應鏈建設與優化研究—從供應鏈上的信息正向傳遞與逆向追溯角度的解析[J].調研世界,2009,（1）:24-26.

[7]孫小會,譚立群,郭全洲.農產品供應鏈質量安全管理研究[J].價值工程,2009,（12）:82-85.