杜 峻，尹作重，楊書評，王海丹，高雪芹

（北京機械工業(yè)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(fā)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(yǎng)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(wèi)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(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。為了進一步加強食品安全監(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(lián)網先進的技術，在這些技術中快速發(fā)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(yè)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(tài)（靜止、運動甚至惡劣環(huán)境）下準確識別到物體[1]。

一套基本的RFID系統(tǒng)是由電子標簽（TAG）即應答器（Transponder）、閱讀器（Reader）以及應用軟件系統(tǒng)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(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)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(fā)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(tǒng)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(lián)網的不斷發(fā)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(yè)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(huán)節(jié)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(huán)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(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(yǎng)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(yǎng)成分、飼料以及養(yǎng)殖環(huán)境等信息進行記錄，并實時監(jiān)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(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(yè)ERP系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中調取所需物料信息，通過系統(tǒng)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(yǎng)和清洗時，由工作人員使用便攜式讀寫器寫入維護保養(yǎng)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(yè)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(wèi)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(huán)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(huán)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(huán)境參數。當參數超限時，RFID讀寫器通過現場總線發(fā)送指令給控制器執(zhí)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(tǒng)，由系統(tǒng)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(tǒng)自動生成檢驗結果，并打印檢驗報告。

在投料環(huán)節(jié)上，企業(yè)的ERP系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)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(tài)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(tǒng)的執(zhí)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(tǒng)計廢品數量、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(tài)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(huán)境的適應性是一個技術難點。乳品制造環(huán)境復雜，生產環(huán)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(huán)境差，如何使RFID讀寫設備和系統(tǒng)適應復雜的乳品制造環(huán)境及生產線現狀是一個技術難點。

2）連續(xù)生產過程的追溯實現是一個技術難點。在連續(xù)生產過程例如液態(tài)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(xù)處理和灌裝，這給液態(tài)奶的原料和生產過程監(jiān)控提出了難題，如何利用RFID技術來實現連續(xù)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(jiān)管部門分段監(jiān)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(yè)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(jiān)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(zhàn)。RFID系統(tǒng)采集數據涵蓋企業(yè)的產供銷數據、風險因素監(jiān)控數據、檢測數據、政府監(jiān)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(yè)的質量管理和政府部門的監(jiān)管力度。目前RFID技術是最合適食品安全監(jiān)控全過程的物聯(lián)網技術，特別是在乳制品行業(yè)發(fā)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(lián)網的進一步發(fā)展，RFID技術將更充分地發(fā)揮它的重要作用。

[1] 沈映娜.淺析RFID技術在奶粉安全監(jiān)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(fā),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).