裴麗娜，陳 明，葛 艷

(上海海洋大學(xué) 信息學(xué)院，上海 201306)

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基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的對(duì)蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用*

裴麗娜，陳 明，葛 艷

(上海海洋大學(xué) 信息學(xué)院，上海 201306)

針對(duì)目前南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)存在的溯源點(diǎn)不清晰、養(yǎng)殖過(guò)程監(jiān)管薄弱、品質(zhì)評(píng)價(jià)不健全等品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，以HACCP為基準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外在養(yǎng)殖環(huán)節(jié)關(guān)鍵影響要素研究現(xiàn)狀，對(duì)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)建模，利用判斷樹(shù)的方法初選品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵控制點(diǎn)，然后結(jié)合Vensim軟件建立南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)力學(xué)模型，從而確定關(guān)鍵控制點(diǎn)的核心影響因素。仿真結(jié)果表明：南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)力學(xué)模型能動(dòng)態(tài)仿真五類影響要素對(duì)于幼蝦品質(zhì)和成活率的變化關(guān)系,從而反映品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)變化情況。由此為南美白對(duì)蝦溯源管理信息系統(tǒng)中溯源點(diǎn)的選取和養(yǎng)殖過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和過(guò)程品質(zhì)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)提供理論參考。

對(duì)蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)； 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)； 品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)； 建模和仿真

0 引 言

近年來(lái)我國(guó)水產(chǎn)品品質(zhì)安全問(wèn)題層出不窮，因此，關(guān)注水產(chǎn)品養(yǎng)殖、加工、物流、銷售環(huán)節(jié)等過(guò)程中，影響或者潛在影響水產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性、或安全品質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱品質(zhì))因素的研究勢(shì)在必行，而目前關(guān)于水產(chǎn)品品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)研究甚少，因此，建立從養(yǎng)殖到餐桌全過(guò)程的水產(chǎn)品品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)溯源系統(tǒng)是目前解決這一問(wèn)題的優(yōu)選方案。由于水產(chǎn)品種類繁多，南美白對(duì)蝦是當(dāng)今世界養(yǎng)殖蝦類產(chǎn)量最高的三大品種之一[1]，選擇它作為安全品質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱品質(zhì))風(fēng)險(xiǎn)溯源系統(tǒng)的研究對(duì)象有一定的代表性。

針對(duì)水產(chǎn)品品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)溯源系統(tǒng)的研究，國(guó)外水產(chǎn)品溯源系統(tǒng)技術(shù)成熟、法規(guī)完善，主要體現(xiàn)在品質(zhì)安全信息采集、標(biāo)識(shí)策略、信息繼承等[2];國(guó)內(nèi)目前關(guān)于水產(chǎn)品溯源問(wèn)題的研究與其它行業(yè)中的溯源問(wèn)題研究，大多是集中在溯源的信息技術(shù)、溯源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、或供應(yīng)鏈某個(gè)環(huán)節(jié)上的內(nèi)部溯源等問(wèn)題上。如，楊信廷等人針對(duì)水產(chǎn)品企業(yè)身份認(rèn)證問(wèn)題，提出了基于USB Key的水產(chǎn)品企業(yè)監(jiān)管溯源系統(tǒng)[3]，夏俊等人通過(guò)分析現(xiàn)有水產(chǎn)品品質(zhì)安全問(wèn)題，提出了一種基于RFID和EPC的水產(chǎn)品信息追溯機(jī)制[4]。以上方法或技術(shù)雖然能實(shí)現(xiàn)基本信息的追溯查詢，但較少涉及其與品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，如何甄別和選擇進(jìn)入溯源系統(tǒng)的信息點(diǎn)從而有效控制品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)仍是亟待解決的問(wèn)題。

為了解決目前品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)溯源點(diǎn)選擇隨意、溯源點(diǎn)對(duì)溯源目標(biāo)達(dá)成的作用不明確等問(wèn)題，本文以南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)溯源為例，通過(guò)基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的對(duì)蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)仿真分析，為品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)溯源點(diǎn)的選取提供了理論依據(jù)，為品質(zhì)變化的敏感受控因素分析提供了一種可以借鑒的方法，也為品質(zhì)控制、過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、過(guò)程品質(zhì)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)等提供了有力保障。

1 基于HACCP體系的對(duì)蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)溯源點(diǎn)篩選

1.1 養(yǎng)殖業(yè)務(wù)流程分析

危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)(hazard analysis and critical control point，HACCP)是一個(gè)連續(xù)的、系統(tǒng)的以預(yù)防為主體的食品安全管理體系[7]。在目前的對(duì)蝦養(yǎng)殖過(guò)程中，主要是運(yùn)用HACCP控制對(duì)蝦苗種和養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程中的物理、化學(xué)及生物的病毒危害[8]。

養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)流程流程如圖1。

圖1 南美白對(duì)蝦工廠化養(yǎng)殖工藝流程圖Fig 1 Flow chart of Vannamei factory farming process

1.2 利用判斷樹(shù)選擇品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵控制點(diǎn)

養(yǎng)殖環(huán)節(jié)是南美白對(duì)蝦供應(yīng)鏈的起源，養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的品質(zhì)控制也關(guān)乎到整個(gè)水產(chǎn)品供應(yīng)鏈的品質(zhì)評(píng)價(jià)，對(duì)整個(gè)追溯體系的建立起到至關(guān)重要的作用。養(yǎng)殖要注意預(yù)防生物危害、化學(xué)危害、物理危害等，采取相應(yīng)控制手段措施，將食品危害降低到最低。關(guān)鍵控制點(diǎn)(critical control point，CCP)定義為：能夠進(jìn)行控制，并且該控制對(duì)防止、消除某一食品安全危害或?qū)⑵浣档偷娇山邮芩剿匦璧哪骋徊襟E[10]。

在南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖過(guò)程管理中，根據(jù)HACCP體系的七項(xiàng)原則，并結(jié)合圖1工藝流程圖，利用判斷樹(shù)確定CCP[11]，從而確定在南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖過(guò)程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)為：養(yǎng)殖場(chǎng)地的選擇、投餌管理、水質(zhì)管理、蝦苗的選擇和養(yǎng)成、藥物使用共5個(gè)。對(duì)于任何危害，都要采取相應(yīng)的預(yù)防措施予以消除或降低到標(biāo)準(zhǔn)水平[12]。

2 對(duì)蝦養(yǎng)殖過(guò)程品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

2.1 系統(tǒng)界定

確定了品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵控制點(diǎn)，仍不能確定在各個(gè)點(diǎn)上該記錄哪些因素。本文給出了養(yǎng)殖環(huán)節(jié)品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的定義。

定義1 南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)是指，對(duì)于不同蝦苗的選擇，在南美白對(duì)蝦的養(yǎng)殖過(guò)程中，由于水質(zhì)、飼料、藥物、環(huán)境等養(yǎng)殖條件的不同而造成的南美白對(duì)蝦生長(zhǎng)異常，導(dǎo)致產(chǎn)出品質(zhì)發(fā)生改變的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 模型系統(tǒng)關(guān)系圖

根據(jù)上述確定的養(yǎng)殖過(guò)程中的五大關(guān)鍵控制點(diǎn)，結(jié)合文獻(xiàn)閱讀、參考專業(yè)化養(yǎng)殖技術(shù)手冊(cè)和權(quán)威部門給出的檢測(cè)建議[13,14]，下面將分別介紹各要素的顯著危害、影響要素及與對(duì)蝦品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的相互關(guān)系，從而為南美白對(duì)蝦溯源系統(tǒng)溯源點(diǎn)的選擇提供參考依據(jù)。

隨著水質(zhì)的惡化、導(dǎo)致對(duì)蝦養(yǎng)殖病害愈發(fā)嚴(yán)重。根據(jù)文獻(xiàn)[1]利用德?tīng)柗品ê蚐PSS分析測(cè)出對(duì)于水質(zhì)影響較大的因子，選取氨氮、亞硝氮、DO等重要因子作為評(píng)價(jià)模型的參數(shù)[2]。同樣地，以下影響因素標(biāo)準(zhǔn)選取均依據(jù)南美白對(duì)蝦育苗技術(shù)詳解進(jìn)行影響因素標(biāo)準(zhǔn)選擇：面對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境差、水深不同、土壤污染會(huì)造成幼蝦抵抗力差、品質(zhì)低等問(wèn)題，選取養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模、養(yǎng)殖場(chǎng)面積和水深進(jìn)行養(yǎng)殖場(chǎng)地評(píng)價(jià)；目前苗種品質(zhì)退化，生長(zhǎng)速度慢。蝦苗的選擇和養(yǎng)成首要關(guān)注體長(zhǎng)、是否攜帶病原體、胃腸食物是否飽滿等因素；蝦病泛濫成災(zāi)、疾病交叉感染會(huì)使得幼蝦大范圍死亡，因此在蝦苗的選擇上關(guān)注病害并采取相應(yīng)措施；由于目前市場(chǎng)飼料品質(zhì)良莠不齊，導(dǎo)致對(duì)蝦營(yíng)養(yǎng)不良、抗病力差等，因此選擇投喂頻次和投喂品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)選擇[15]。由于上述因素影響到這五大關(guān)鍵控制點(diǎn)，即間接影響到了對(duì)蝦品質(zhì)，其具體影響關(guān)系程度是通過(guò)下一部分系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型模擬分析的。

2.3 模型存量流量圖構(gòu)建

當(dāng)系統(tǒng)需要量化模型、為了區(qū)別不同類型變量，引入存量流量圖來(lái)建立變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。本系統(tǒng)中包括蝦苗、成蝦兩個(gè)水平變量；蝦苗品質(zhì)、幼蝦品質(zhì)、成蝦品質(zhì)三個(gè)速率變量。各個(gè)節(jié)點(diǎn)的品質(zhì)是根據(jù)下級(jí)節(jié)點(diǎn)(2.2部分)的關(guān)鍵控制點(diǎn)來(lái)決定的。利用Vensim軟件結(jié)合上述分析，繪制出相應(yīng)的存量流量圖,選取蝦苗品質(zhì)、幼蝦品質(zhì)和成蝦品質(zhì)作為變化偵測(cè)點(diǎn)[16]，如圖2。

圖2 南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖過(guò)程存量流量圖Fig 2 Inventory flow diagram of Vannamei farming process

2.4 模型驗(yàn)證

本研究將2013～2015年的南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖數(shù)據(jù)與品質(zhì)抽檢數(shù)據(jù)模擬，并將模擬值與實(shí)際值比較，結(jié)果表明相對(duì)誤差均在10 %之內(nèi)，并將現(xiàn)有模型在“現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)”中驗(yàn)證，模型可行、合理，可用于仿真南美白對(duì)蝦品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 調(diào)控方案

2014年10月，選擇了上海臨港新城高品質(zhì)的蝦苗分成A,B,C,D,E 5組(其中E組為對(duì)照組)進(jìn)行了生產(chǎn)性對(duì)比養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)，蝦苗健康狀況良好，有活力，無(wú)病害等其它情況。放苗時(shí)間為2014年10月18日，幼蝦收獲比較打撈時(shí)間為2015年3月，養(yǎng)殖過(guò)程各要素條件見(jiàn)表1。

表1 幼蝦A，B，C，D，E 5組養(yǎng)殖過(guò)程品質(zhì)抽檢表

A組：餌料投喂要素為優(yōu)質(zhì)水平，其它要素如水質(zhì)、蝦苗的選擇與養(yǎng)成、藥物和養(yǎng)殖場(chǎng)地均處于一般水平。B組：蝦苗的選擇與養(yǎng)成要素為優(yōu)質(zhì)水平，其它要素均處于一般水平。C組：藥物要素為優(yōu)質(zhì)水平，其它要素處于一般水平。D組：水質(zhì)要素為優(yōu)質(zhì)水平，其它要素均處于一般水平。E組：由于場(chǎng)地所限，水質(zhì)、餌料投喂、蝦苗的選擇與養(yǎng)成、藥物和養(yǎng)殖場(chǎng)地均處于一般水平，作為原始對(duì)照組。

由于本次實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)涉及影響要素較多，故以五大關(guān)鍵點(diǎn)分別作為自變量進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M，以得到各要素與幼蝦品質(zhì)之間的關(guān)系。

3.2 仿真結(jié)果與分析

本模型在Vensim軟件中進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)，仿真時(shí)間為1年(365天,12個(gè)月)，仿真步長(zhǎng)為30天。依據(jù)上述環(huán)節(jié)的南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖過(guò)程存量流量圖(圖2)，以水質(zhì)、餌料投喂、蝦苗的選擇與養(yǎng)成、藥物和養(yǎng)殖場(chǎng)地五個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)為自變量，建立模型，得出5組實(shí)驗(yàn)對(duì)南美白對(duì)蝦品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估數(shù)值。

3.2.1 不同因素對(duì)幼蝦品質(zhì)的影響

保持其他參數(shù)不變，分別以餌料投喂、蝦苗選擇與養(yǎng)成、藥物、水質(zhì)和養(yǎng)殖場(chǎng)地為自變量進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖3。

圖3 不同因素對(duì)南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)幼蝦品質(zhì)的影響Fig 3 Influence of different factors on quality of young Vannamei in farming link

仿真結(jié)果表明：前4個(gè)月幼蝦品質(zhì)與各要素均呈現(xiàn)正相關(guān)的相關(guān)關(guān)系，影響差異性不大，4個(gè)月后，飼料投喂影響較大，其次為蝦苗選擇與養(yǎng)成和藥物。

3.2.2 不同因素對(duì)成活率的影響

同樣地，保持其他參數(shù)不變，分別以餌料投喂、蝦苗選擇與養(yǎng)成、藥物、水質(zhì)和養(yǎng)殖場(chǎng)地為自變量進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4。

圖4 不同因素對(duì)南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)成活率的影響Fig 4 Influence of different factors on survival rate of Vannamei in farming link

從仿真結(jié)果表明：成活率與各要素均呈現(xiàn)正相關(guān)的相關(guān)關(guān)系，從一個(gè)半月開(kāi)始餌料投喂對(duì)成活率影響就較為突出。

4 結(jié) 論

1)通過(guò)南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖過(guò)程中五大關(guān)鍵控制點(diǎn)的確定，為南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)溯源系統(tǒng)溯源點(diǎn)的選擇提供參考依據(jù)，除了對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程溯源提供直接參考外，也對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的加工環(huán)節(jié)、物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)和銷售環(huán)節(jié)的全鏈溯源提供保障。

2)關(guān)鍵點(diǎn)的確定和仿真模型的建立，對(duì)于養(yǎng)殖環(huán)節(jié)供應(yīng)鏈上的各級(jí)用戶也是十分有益的[17]。首先，作為養(yǎng)殖企業(yè)，可以依據(jù)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)及仿真結(jié)果進(jìn)行合理科學(xué)養(yǎng)殖；其次，作為政府和質(zhì)監(jiān)管理部門，通過(guò)了解關(guān)鍵控制點(diǎn)，可以提高檢驗(yàn)的透明度，從過(guò)程把握結(jié)果，使得抽檢結(jié)果更具有可信度和準(zhǔn)確度；最后，對(duì)于消費(fèi)者而言，了解這五類關(guān)鍵控制點(diǎn)及標(biāo)準(zhǔn)，除了通過(guò)質(zhì)檢信息和對(duì)蝦外觀信息外，還可以從養(yǎng)殖過(guò)程重點(diǎn)把握，保障消費(fèi)者的知情權(quán)。為水產(chǎn)品冷鏈物流甚至整個(gè)食品行業(yè)的品質(zhì)保障打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

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陳 明，通訊作者，E—mail:mchen@shou.edu.cn。

Application of quality risk of Vannamei farming system based on system dynamics*

PEI Li-na，CHEN Ming，GE Yan

(College of Information Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

To solve the current problems in Vannamei farming link such as blurring traceability points,feeble supervise in farming process,defective quality evaluation,simulates the farming process to confirm the core effect factor of the CCP.Based on HACCP,combine research status of key effect factors on farming link,establish risk dynamics model for Vannamei farming by Vensim,critical control point(CCP)is selected by decision tree method.Core effect factor of CCP is determined.Simulation result proves risk dynamics model is able to reflect quality risks dynamic change by dynamic simulating the influence of Vannamei quality and survival rate by the five sorts of effect factors.Based on the simulation,theory reference is provided to CCP selection in the vannamei traceability manage system and quality dynamic appraise and real-time monitoring and evaluation of farming process.

Vannamei farming system;system dynamics;quality risk;modeling and simulation

10.13873/J.1000—9787(2016)11—0157—04

2015—11—11

國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013BAD19B06)；江蘇省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(BE2014333)

TP 391.9

A

1000—9787(2016)11—0157—04

裴麗娜(1991-)，女，山西晉中人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樗a(chǎn)品溯源系統(tǒng),質(zhì)量評(píng)價(jià)與仿真。