王姍姍，趙春江※，錢建平，吳保國(guó)，陳 棟，宋英卓

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批次清單結(jié)合Petri網(wǎng)追溯模型提高小麥粉加工過(guò)程追溯精度

王姍姍1,2,3，趙春江1,2,3※，錢建平2,3，吳保國(guó)1，陳 棟1，宋英卓2,3

（1. 北京林業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，北京 100083；2. 國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京 100097；3. 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100097）

為解決小麥粉加工過(guò)程追溯質(zhì)量安全信息交叉、單位個(gè)體追溯困難等問(wèn)題，該研究在分析小麥粉加工流程和追溯關(guān)鍵信息的基礎(chǔ)上，研究基于批次清單的信息追溯方法，以加工時(shí)間為依據(jù)結(jié)合高津托圖（Gozintograph）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建批次清單（bill of lots，BOL），實(shí)現(xiàn)小麥粉產(chǎn)品信息和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)活動(dòng)信息的精確追溯；在BOL的基礎(chǔ)上，利用魚(yú)骨圖和Petri網(wǎng)分別描述小麥粉質(zhì)量追溯點(diǎn)的位置和危害指標(biāo)；結(jié)合山東某面粉廠實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)對(duì)追溯模型進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)小麥粉產(chǎn)品與原料的批次關(guān)聯(lián)和其質(zhì)量危害傳播路徑的預(yù)測(cè)。分析結(jié)果表明，通過(guò)使用BOL和Petri網(wǎng)追溯模型與傳統(tǒng)方法相比實(shí)現(xiàn)召回批次數(shù)量由7個(gè)減少到4個(gè)、危害因素查找數(shù)量由6個(gè)減少到5個(gè)。該研究提高了小麥粉追溯精度和缺陷召回效率，為糧食等小顆粒產(chǎn)品加工過(guò)程的追溯提供了理論支持。

農(nóng)產(chǎn)品；模型；供應(yīng)鏈；小麥粉加工；追溯；加工時(shí)間；批次清單；Petri網(wǎng)

0 引 言

追溯信息技術(shù)作為保障產(chǎn)品質(zhì)量安全和控制的有效手段，已經(jīng)成為大多食品和農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)處理質(zhì)量安全事故，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可追溯性以及快速處理缺陷產(chǎn)品等必不可少的技術(shù)和工具，自20世紀(jì)80年代以來(lái)在美國(guó)、歐盟、澳大利亞等國(guó)家及地區(qū)得到廣泛應(yīng)用[1-3]?？勺匪蒹w系是通過(guò)記錄產(chǎn)前原料信息、產(chǎn)中加工信息、產(chǎn)后產(chǎn)品信息，并將信息有效傳遞和追蹤，進(jìn)而加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管、提高產(chǎn)品的質(zhì)量安全的一種信息記錄、傳遞和查詢體系[4-6]。

近年來(lái)，隨著政府和民眾對(duì)食品質(zhì)量安全的日益重視和追溯技術(shù)體系的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外圍繞農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系和不同農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)展開(kāi)了相關(guān)研究和應(yīng)用[7-11]。Thakur等[12]利用EPCIS（EPC information services）架構(gòu)和UML（unified modeling language）狀態(tài)圖研究了可追溯信息建模方法，并應(yīng)用于食品供應(yīng)鏈追溯體系中。楊信廷等[13-15]以蔬菜、生鮮等農(nóng)產(chǎn)品為追溯對(duì)象，構(gòu)建了追溯系統(tǒng)框架，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管理和質(zhì)量追溯。以上研究多針對(duì)產(chǎn)品加工過(guò)程物理形態(tài)未變化或存在簡(jiǎn)單的批次混合過(guò)程，然而，小麥粉加工過(guò)程存在工藝復(fù)雜、環(huán)節(jié)眾多、批次混合復(fù)雜等特點(diǎn)，導(dǎo)致其信息追溯質(zhì)量安全信息交叉、單位個(gè)體追溯困難等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外亦有學(xué)者對(duì)糧食、谷物的追溯體系和追溯方法進(jìn)行了研究[16]，Thakur等[17]提出了一種用于谷物生產(chǎn)、存儲(chǔ)和交付過(guò)程中的管理的溯源方法，用動(dòng)態(tài)仿真的形式實(shí)現(xiàn)谷物批次混合度的計(jì)算。Skoglund等[18]提出模糊溯源而且采用動(dòng)態(tài)仿真的方法根據(jù)產(chǎn)品包裝數(shù)量來(lái)判別產(chǎn)品原材料的儲(chǔ)藏來(lái)源。Qian等[19]將二維條碼和射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）技術(shù)相結(jié)合集成開(kāi)發(fā)了面粉可追溯系統(tǒng)。梁琨[20]研制了噴印有Data Matrix二維條碼的谷物溯源顆粒，實(shí)現(xiàn)了糧食生產(chǎn)中實(shí)物流和信息流的連接。小麥粉加工環(huán)節(jié)是小麥粉整個(gè)追溯供應(yīng)鏈中非常重要的環(huán)節(jié)，是小麥原料溯源和小麥粉運(yùn)輸銷售的關(guān)鍵連接點(diǎn)[21]，但針對(duì)小麥粉加工過(guò)程批次和活動(dòng)信息的精確追溯模型研究未可見(jiàn)。

李釗等[22]基于BOL利用符號(hào)化的追溯實(shí)體單元構(gòu)建了海洋工程裝備項(xiàng)目的材料追溯模型。鄒宗峰等[23]構(gòu)建了以譜系關(guān)系和批次清單為基礎(chǔ)的汽車部件的追溯方法。張?zhí)O[24]研究基于 Petri 網(wǎng)的肉牛質(zhì)量追溯模型，實(shí)現(xiàn)定位質(zhì)量控制關(guān)鍵路徑的定位，并確定危害發(fā)生的控制點(diǎn)。本文借鑒工業(yè)生產(chǎn)制造企業(yè)中物料清單和批次清單的追溯方法，將其應(yīng)用于小麥粉加工過(guò)程中，對(duì)批次清單的構(gòu)建過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)，引入時(shí)間變量，結(jié)合高津托圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵信息的追溯；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建影響小麥粉質(zhì)量安全危害關(guān)系Petri網(wǎng)模型，定義其六元組表示質(zhì)量追溯危害變化的整個(gè)過(guò)程，利用Petri網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性估測(cè)危害傳播路徑，提高了小麥粉追溯信息的追溯精度和危害查詢效率，縮小了缺陷產(chǎn)品召回范圍。

1 小麥粉加工環(huán)節(jié)追溯鏈分析

1.1 小麥粉加工流程分析

通過(guò)對(duì)小麥粉加工企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析總結(jié)得出，小麥粉生產(chǎn)加工過(guò)程主要經(jīng)過(guò)原糧采購(gòu)、原料存儲(chǔ)、毛麥配麥、清理潤(rùn)麥、小麥研磨、小麥粉包裝、小麥粉存儲(chǔ)和銷售等過(guò)程。其具體流程為：小麥在主產(chǎn)區(qū)種植收獲后，按種植戶和生產(chǎn)企業(yè)需求由專門車輛運(yùn)送至加工廠，通過(guò)初檢和復(fù)檢合格后過(guò)磅卸糧，以先進(jìn)先出（first input first output，F(xiàn)IFO）的形式進(jìn)入原麥倉(cāng)存儲(chǔ)；根據(jù)小麥粉加工需求和計(jì)劃對(duì)不同等級(jí)小麥進(jìn)行配比；之后經(jīng)過(guò)一次清理、一次著水、二次著水和二次清理后進(jìn)入凈麥倉(cāng)；通過(guò)多次皮磨和心磨的研磨工藝對(duì)小麥進(jìn)行研磨，并且進(jìn)行篩理、清粉、松粉和打麩過(guò)程，在研磨過(guò)程中需進(jìn)行在制品檢測(cè)；加工完成后進(jìn)行小麥粉入粉倉(cāng)和抽檢，最后對(duì)小麥粉計(jì)量包裝并進(jìn)行成品檢驗(yàn)，打包完成后入庫(kù)存儲(chǔ)或者按訂單規(guī)格出庫(kù)銷售[21]。具體加工工藝流程如圖1所示。

圖1 小麥粉生產(chǎn)加工工藝流程

1.2 小麥粉加工環(huán)節(jié)追溯信息分析

小麥粉生產(chǎn)過(guò)程中追溯信息種類繁多，各信息之間的關(guān)聯(lián)比較復(fù)雜，尤其是生產(chǎn)過(guò)程導(dǎo)致的批次之間的界限模糊，這就使得對(duì)小麥粉生產(chǎn)環(huán)節(jié)的追溯相對(duì)困難。因此，按照小麥粉生產(chǎn)加工特點(diǎn)將追溯信息分為2類，分別為小麥粉原料信息和活動(dòng)信息；其中，原料信息是以批次為單位原料、成品和半成品的物料信息，活動(dòng)信息是小麥粉生產(chǎn)過(guò)程中不同加工工藝和設(shè)備產(chǎn)生的信息。通過(guò)對(duì)以上信息的追溯，實(shí)現(xiàn)小麥粉加工過(guò)程追溯，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小麥粉整個(gè)供應(yīng)鏈的追溯。具體指標(biāo)如表1所示。

表1 小麥粉追溯信息

注：A、A1、B、B1、C、D為調(diào)研單位根據(jù)小麥檢驗(yàn)結(jié)果分類的等級(jí)。

Note: A, A1, B, B1, C, and D are the grades classified by the research unit based on the wheat test results.

以上信息包含加工過(guò)程中所有小麥粉可追溯質(zhì)量影響因素，能夠滿足企業(yè)和消費(fèi)者對(duì)小麥粉追溯在深度和寬度的要求，起到降低小麥粉產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)和降低缺陷產(chǎn)品召回規(guī)模的目的。

2 基于Gozinto圖的BOL構(gòu)建

2.1 BOL樹(shù)結(jié)構(gòu)

小麥粉加工過(guò)程信息追溯是在小麥粉加工企業(yè)內(nèi)部，以批次為基礎(chǔ)，通過(guò)分析小麥粉與其原料的批次組成關(guān)系和工藝過(guò)程，追溯原料批次，以確定缺陷產(chǎn)品的規(guī)模和范圍的過(guò)程。因此，確定小麥粉的原料批次信息和加工節(jié)點(diǎn)活動(dòng)信息是追溯的關(guān)鍵。本文研究基于批次清單的方法實(shí)現(xiàn)信息的追溯，批次清單（BOL）是定義產(chǎn)品批次構(gòu)成過(guò)程的文件，是在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中形成的可以確定構(gòu)成最終產(chǎn)品的原料或部件的種類和數(shù)量的清單，能夠?yàn)樾畔⒆匪莸膶?shí)現(xiàn)提供一種信息化手段[25-27]，BOL樹(shù)型結(jié)構(gòu)是其常見(jiàn)的表現(xiàn)形式，如圖2所示，是一種小麥粉成品的BOL樹(shù)型結(jié)構(gòu)。

BOL樹(shù)常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)方法主要有層次編碼法和高津托圖（Gozintograph）法。層次編碼在表結(jié)構(gòu)中加入專門的字段編碼表示其在BOL樹(shù)中的位置和父子關(guān)系，該方法查詢搜索速度快，但結(jié)構(gòu)維護(hù)復(fù)雜，修改更新不靈活；高津托圖法使用屬性表和關(guān)系表進(jìn)行關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)，該方法結(jié)構(gòu)靈活，插入、更新等操作簡(jiǎn)潔，但查詢搜索復(fù)雜度較高[28-30]。由于小麥粉BOL樹(shù)需要頻繁更新且樹(shù)結(jié)構(gòu)層次有限，本文采用高津托圖法構(gòu)建小麥粉BOL樹(shù)。

圖2 小麥粉BOL樹(shù)結(jié)構(gòu)

2.2 BOL的構(gòu)建過(guò)程

采用高津托圖法的BOL是以節(jié)點(diǎn)加工時(shí)間為依據(jù)進(jìn)行構(gòu)建，小麥粉加工過(guò)程節(jié)點(diǎn)的劃分依據(jù)企業(yè)加工流程的細(xì)化程度，本研究根據(jù)1.2節(jié)追溯信息采集節(jié)點(diǎn)和原料進(jìn)入生產(chǎn)線位置確定。構(gòu)建流程如圖3所示。

圖3 BOL構(gòu)建流程圖

小麥粉BOL構(gòu)建過(guò)程分為4個(gè)步驟：

1）當(dāng)小麥粉完成包裝后，掃描包裝袋上的標(biāo)識(shí)，建立BOL根節(jié)點(diǎn)P，根節(jié)點(diǎn)屬性中采集包裝時(shí)間；

2）根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃，輸入生產(chǎn)各環(huán)節(jié)管道流速，加入管道截面積和存儲(chǔ)倉(cāng)容量等生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，得出各環(huán)節(jié)生產(chǎn)時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算總加工時(shí)間和輔料進(jìn)入生產(chǎn)線到生產(chǎn)結(jié)束的時(shí)間1如式（1）~（2）。

式中表示生產(chǎn)線環(huán)節(jié)；1,…,；表示輔料進(jìn)入生產(chǎn)線的環(huán)節(jié)。

通過(guò)以上參數(shù)求解子節(jié)點(diǎn)批次，原料的批次()為時(shí)刻進(jìn)入生產(chǎn)線的批次，輔料的批次()為1時(shí)刻進(jìn)入生產(chǎn)線的批次，如式（3）、（4）所示。各活動(dòng)環(huán)節(jié)的檢測(cè)信息(z)為時(shí)刻之后的采集信息，如式（5）所示。()、()、(z)根據(jù)小麥粉加工現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)得到，、對(duì)應(yīng)進(jìn)入生產(chǎn)線小麥批次（編碼），z對(duì)應(yīng)活動(dòng)信息。

3）根據(jù)設(shè)定的時(shí)間頻率和當(dāng)前時(shí)間計(jì)算子節(jié)點(diǎn)批次的變化情況，判斷依據(jù)f()是否等于0，f￠()計(jì)算方法如式（6），代入上文，若為0，則循環(huán)執(zhí)行步驟（1）更新BOL樹(shù)，若不為0，則該時(shí)段所有產(chǎn)品BOL相同。

式中表示當(dāng)前時(shí)間；1表示當(dāng)前批次開(kāi)始進(jìn)入生產(chǎn)線時(shí)間；￠表示小麥粉物料清單中原料和輔料；M￠表示￠批次原料（輔料）總質(zhì)量，該變量在原料收購(gòu)階段采集，kg；1表示原料流出原料倉(cāng)的流量，kg/s。

4）采用Gozinto圖法構(gòu)建BOL存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，利用2張表表示BOL樹(shù)的層次結(jié)構(gòu)，分別為屬性表和關(guān)系表，屬性表存儲(chǔ)根節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)追溯信息，結(jié)構(gòu)關(guān)系表存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)間“父---子”關(guān)系。

3 小麥粉加工過(guò)程Petri網(wǎng)模型構(gòu)建

在小麥粉BOL“父-子”節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為提高對(duì)小麥粉質(zhì)量安全問(wèn)題危害因素的查找效率，針對(duì)小麥粉加工工藝復(fù)雜、生產(chǎn)鏈長(zhǎng)、環(huán)節(jié)眾多、動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)，建立小麥粉Petri網(wǎng)模型，Petri網(wǎng)具有比較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和較強(qiáng)的事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的描述能力，在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析方面具有優(yōu)勢(shì)，能夠建立清晰的圖形表達(dá)小麥粉加工過(guò)程，描述其活動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的結(jié)構(gòu)關(guān)系；定義六元組描述小麥粉加工中質(zhì)量追溯危害變化的整個(gè)過(guò)程，利用Petri網(wǎng)動(dòng)態(tài)性的特征估測(cè)危害傳播路徑，提高了質(zhì)量危害關(guān)鍵點(diǎn)查找效率。本文在調(diào)研采集溯源關(guān)鍵活動(dòng)信息的基礎(chǔ)上建立魚(yú)骨圖，描述追溯活動(dòng)信息在生產(chǎn)線環(huán)節(jié)中的采集位置、危害指標(biāo)以及節(jié)點(diǎn)間的因果關(guān)系；之后把魚(yú)骨圖轉(zhuǎn)化為Petri網(wǎng)模型，將生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生的化驗(yàn)結(jié)果、環(huán)境等影響質(zhì)量安全的活動(dòng)信息進(jìn)行分解、量化處理[31-32]。

3.1 追溯信息魚(yú)骨圖表示法

魚(yú)骨圖是用圖表的方式來(lái)表達(dá)結(jié)果與原因的關(guān)系，用于分析質(zhì)量安全問(wèn)題時(shí)，將多種原因用系統(tǒng)的方式圖解之，又稱為因果關(guān)系圖。另外，魚(yú)骨圖也可以用于生產(chǎn)中，用來(lái)形象地表示生產(chǎn)加工流程[24,33]。本文將改進(jìn)的魚(yú)骨圖將小麥粉加工過(guò)程中小麥?zhǔn)召?gòu)、加工處理、小麥粉包裝、出廠銷售4個(gè)環(huán)節(jié)作為主干（主刺），即小麥粉質(zhì)量追溯信息所在位置和產(chǎn)生環(huán)節(jié)，用矩形表示；每個(gè)環(huán)節(jié)中需要采集的追溯信息指標(biāo)用作為魚(yú)骨圖中刺；中刺采集指標(biāo)下，更細(xì)節(jié)的量化數(shù)據(jù)作為魚(yú)骨圖的小刺。因此，小麥粉加工環(huán)節(jié)追溯信息魚(yú)骨圖如圖4所示。

圖4 小麥粉加工過(guò)程追溯信息魚(yú)骨圖

3.2 Petri網(wǎng)模型的構(gòu)建

根據(jù)小麥粉加工環(huán)節(jié)追溯信息魚(yú)骨圖總結(jié)影響其質(zhì)量的諸多因素，將小麥采購(gòu)、加工處理、打包包裝到出廠銷售整個(gè)過(guò)程中可能造成小麥粉質(zhì)量問(wèn)題的所有復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將魚(yú)骨圖轉(zhuǎn)化為小麥粉Petri網(wǎng)模型，如圖5所示。

注：圖中圓圈代表有限位置，表示小麥粉加工過(guò)程危害因素；短矩形代表有限變遷，表示影響質(zhì)量安全事件發(fā)生的過(guò)程。

在小麥粉質(zhì)量危害Petri網(wǎng)模型中，定義PN(,,,, TL,0)6元組，表示小麥粉質(zhì)量追溯危害變化的整個(gè)過(guò)程。{1,2,,13}為有限位置集合，位置表示系統(tǒng)的狀態(tài)，用圓圈表示；{1,2,…11}為有限變遷集合，變遷表示影響質(zhì)量安全事件發(fā)生的過(guò)程，反映其事件傳播后變化情況，用短矩形表示；為到和到的有向弧集合，用單箭頭表示；表示流關(guān)系上的權(quán)函數(shù)，在這里規(guī)定為有向弧的條數(shù)；TL為變遷發(fā)生標(biāo)簽集合，表示變遷發(fā)生的順序；0{0(1)0(2),,0(13)}為位置集合上的標(biāo)識(shí)向量，表示系統(tǒng)的初始狀態(tài)，Petri網(wǎng)中用位置標(biāo)識(shí)表示危害的分布情況，位置中令牌數(shù)為1或0，“1”表示該位置存在危害，“0”表示該位置不存在危害。小麥粉質(zhì)量追溯Petri網(wǎng)模型中，變遷使能的條件為(p)1和(p,t)0，即該位置存在危害并且到變遷存在有向??；在下使能的變遷引發(fā)后，系統(tǒng)中位置的令牌數(shù)重新分布，標(biāo)識(shí)從而變成￠，由于本研究中位置危害事件發(fā)生后，下一階段產(chǎn)生新的危害標(biāo)記（令牌），但是前一階段危害仍然存在，故對(duì)于?￠()可通過(guò)式（7）計(jì)算。

4 追溯模型驗(yàn)證

4.1 驗(yàn)證場(chǎng)景

本文選用山東某面粉加工企業(yè)實(shí)際單生產(chǎn)線作為追溯模型驗(yàn)證場(chǎng)景，采用實(shí)際生產(chǎn)線數(shù)據(jù)應(yīng)用追溯模型。對(duì)模型驗(yàn)證所需條件進(jìn)行說(shuō)明：

1）對(duì)進(jìn)入生產(chǎn)線的原料輔料批次、產(chǎn)出的小麥粉批次和加工過(guò)程中的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行ID編碼，作為唯一識(shí)別產(chǎn)品批次的鍵值，ID編碼方式如表2所示，進(jìn)入生產(chǎn)線原料和輔料部分批次如表3所示；

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研總結(jié)計(jì)算得出，山東某面粉加工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)線實(shí)際采集數(shù)據(jù)及構(gòu)建BOL計(jì)算參數(shù)如表4所示，表中加工環(huán)節(jié)根據(jù)1.1小麥粉加工流程順序排列，存儲(chǔ)倉(cāng)容量和加工實(shí)際為實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

表2 ID編碼方式

本文驗(yàn)場(chǎng)景模擬6個(gè)批次的小麥原料和2個(gè)批次的添加劑輔料進(jìn)入小麥粉加工生產(chǎn)線，各個(gè)批次ID如表3所示。

表3 批次ID列表

表4 參數(shù)列表

4.2 驗(yàn)證流程

根據(jù)4.1節(jié)構(gòu)建的驗(yàn)證場(chǎng)景，采用程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)小麥粉信息追溯模型和Petri網(wǎng)危害因素查找，實(shí)現(xiàn)流程如圖6所示，首先，根據(jù)2.2節(jié)所述BOL構(gòu)建過(guò)程建立小麥粉產(chǎn)品BOL樹(shù)結(jié)構(gòu)，關(guān)聯(lián)小麥粉批次和原料批次、輔料批次以及檢測(cè)節(jié)點(diǎn)，能夠幫助企業(yè)和消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)小麥粉產(chǎn)品的信息查找和追溯；當(dāng)小麥粉出現(xiàn)因原料、工藝問(wèn)題導(dǎo)致的質(zhì)量安全召回事件發(fā)生時(shí)，可能涉及到不同批次的小麥粉召回，通過(guò)對(duì)BOL的反向追溯能夠確定所有缺陷小麥粉的批次，實(shí)施產(chǎn)品召回；調(diào)用Petri網(wǎng)模型計(jì)算質(zhì)量安全危害傳播路徑輔助企業(yè)排查和處理路徑中相關(guān)節(jié)點(diǎn)；通過(guò)BOL和Petri網(wǎng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)缺陷產(chǎn)品召回范圍和危害傳播節(jié)點(diǎn)的查找，輔助企業(yè)處理質(zhì)量安全事件。

圖6 小麥粉追溯模型運(yùn)行流程圖

追溯模型驗(yàn)證流程實(shí)現(xiàn)具體如下：

1）構(gòu)建了小麥粉產(chǎn)品批次編號(hào)為180211080001010115的BOL樹(shù)，產(chǎn)出該批次小麥粉的原料批次包括批次A、B、C、D，如圖7所示，以其中原料批次A樹(shù)枝為例，以加工時(shí)間為依據(jù)加入子節(jié)點(diǎn)，葉節(jié)點(diǎn)包括批次ID和入庫(kù)前原料檢測(cè)信息ID。當(dāng)消費(fèi)者通過(guò)可識(shí)別標(biāo)識(shí)進(jìn)行查詢時(shí)，通過(guò)對(duì)BOL的正向追溯實(shí)現(xiàn)從根節(jié)點(diǎn)批次到其組成的子節(jié)點(diǎn)批次的從上而下的信息追溯。

2）通過(guò)BOL確定缺陷產(chǎn)品召回范圍的過(guò)程涉及到正向追溯和反向追溯；通過(guò)遍歷BOL，獲取產(chǎn)品批次的原料批次節(jié)點(diǎn)；通過(guò)技術(shù)檢驗(yàn)，確定缺陷的問(wèn)題節(jié)點(diǎn)；最后，通過(guò)BOL的反向追溯，循環(huán)遍歷包含問(wèn)題節(jié)點(diǎn)的所有產(chǎn)品批次，確定所涉及的缺陷產(chǎn)品批次及召回范圍。

3）以小麥批次A原料儲(chǔ)藏濕度過(guò)高和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的小麥質(zhì)量安全問(wèn)題為例估測(cè)傳播路徑，從3.2節(jié)小麥粉Petri網(wǎng)模型圖中提取與其相關(guān)的危害因素，具體的質(zhì)量安全危害分析Petri網(wǎng)模擬如圖8所示。

注：?代表BOL樹(shù)中活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的邊，R代表BOL樹(shù)中原料節(jié)點(diǎn)的邊。

注：p1代表小麥粉質(zhì)量安全問(wèn)題，p2代表小麥粉存儲(chǔ)條件不符、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，p3代表輔料批次質(zhì)量問(wèn)題，p4代表原料批次質(zhì)量問(wèn)題，p5代表加工處理過(guò)程問(wèn)題，p6代表小麥儲(chǔ)藏問(wèn)題，p7代表小麥?zhǔn)召?gòu)（原料初始）問(wèn)題，p8代表霉菌超標(biāo)，p9代表倉(cāng)庫(kù)本身問(wèn)題，p10代表倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)藏環(huán)境，p11代表儲(chǔ)藏時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，p12代表儲(chǔ)藏溫度過(guò)高，p13代表儲(chǔ)藏濕度過(guò)高，t1~t10代表問(wèn)題發(fā)生的變遷過(guò)程。

根據(jù)圖8所示，小麥原料儲(chǔ)藏濕度過(guò)高和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)分別13和11，令牌數(shù)為“1”，故0= {0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,1,0,1}，相應(yīng)的關(guān)聯(lián)矩陣，如下所示。

矩陣中“1”表示存在從到的有向弧，“0”表示不存在。根據(jù)Petri網(wǎng)的使能規(guī)則，變遷過(guò)程為：

變遷11使能，TL0={11}，使能序列0=[00000000001]T，通過(guò)公式（8）計(jì)算得1={0,0,0,0, 0,0,0,0,0,1,1,0,1}；

變遷8,9使能，序列1=[00000001101]T，TL1={11,8,9}，2={0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,0,1}；

循環(huán)計(jì)算，得到2=[00000101101]T，TL2={11896}，3={0,0,0,0,0,1,0,1,0,1,1,0,1}；3=[00010101101]T，TL3= {118964}，4={0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,1,0,1}；

4=[01010101101]T，TL4={1189642}，5={1,0,0, 1,0,1,0,1,0,1,1,0,1}；

根據(jù)變遷使能序列TL4得到小麥粉質(zhì)量問(wèn)題可能傳播路徑為{13108641}、{118641}

4）至此，通過(guò)BOL的構(gòu)建、查找和Petri網(wǎng)模型的調(diào)用，追溯方法能夠確定因原料批次A儲(chǔ)藏濕度過(guò)高和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)因素導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量安全事件缺陷產(chǎn)品的召回范圍和危害傳播路徑。

4.3 追溯效果分析

在小麥粉質(zhì)量安全召回事件緊急情況下，大批次追溯方法幾乎不可能將產(chǎn)品批次和原來(lái)批次精確的關(guān)聯(lián)和追溯，從而導(dǎo)致要將可能被污染的所有小麥粉成品的召回，造成企業(yè)召回成本的增長(zhǎng)；并且在處理影響質(zhì)量安全生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)時(shí)，要將所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排查，造成時(shí)間成本的增長(zhǎng)。應(yīng)用本文研究的基于BOL和Petri網(wǎng)的小麥粉加工過(guò)程追溯模型在一定程度上可以節(jié)約召回成本和時(shí)間成本，如圖9所示，批次A~H為一定時(shí)間段進(jìn)入生產(chǎn)線的原料，原料在加工過(guò)程中存在批次混合和質(zhì)量安全信息交叉的特點(diǎn)，同樣，批次a~g為相關(guān)時(shí)間段小麥粉產(chǎn)出，圖中叉號(hào)表示質(zhì)量危害點(diǎn)和缺陷產(chǎn)品，針對(duì)此場(chǎng)景比較結(jié)果如表5所示。

注：A~H為原料批次，a~g為相關(guān)時(shí)間段小麥粉產(chǎn)出批次，圖中叉號(hào)表示質(zhì)量危害點(diǎn)和缺陷產(chǎn)品。

表5 追溯方法效果分析

傳統(tǒng)方法為當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題時(shí)的大批次追溯方法，即召回所有可能的缺陷產(chǎn)品，本研究方法為根據(jù)產(chǎn)品批次清單精確召回所涉及的缺陷產(chǎn)品。由圖9和表5可見(jiàn)，針對(duì)此模擬驗(yàn)證場(chǎng)景，當(dāng)因存儲(chǔ)環(huán)境濕度大導(dǎo)致原料批次A出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，應(yīng)用本研究方法小麥粉召回批次數(shù)量由7變?yōu)?，危害因素查找數(shù)量由6變?yōu)?，縮小了小麥粉召回范圍和危害因素查找范圍。

5 結(jié)論與討論

1）分析抽取了小麥粉加工流程和追溯信息項(xiàng)，詳細(xì)說(shuō)明了小麥粉批次清單的構(gòu)建方法和追溯查找流程，實(shí)現(xiàn)小麥粉產(chǎn)品批次的可追溯性，對(duì)比常規(guī)大批次追溯方法，提高了小麥粉追溯精度。

2）構(gòu)建小麥粉加工過(guò)程質(zhì)量安全危害關(guān)系Petri網(wǎng)模型，定義其六元組表示質(zhì)量追溯危害變化的整個(gè)過(guò)程，利用Petri網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性估測(cè)危害傳播路徑。

3）結(jié)合山東某面粉廠實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)對(duì)追溯模型進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)小麥粉產(chǎn)品與原料的批次關(guān)聯(lián)和其質(zhì)量危害傳播路徑的預(yù)測(cè)。分析結(jié)果表明，通過(guò)使用BOL和Petri網(wǎng)追溯模型與傳統(tǒng)方法相比實(shí)現(xiàn)召回批次數(shù)量由7個(gè)減少到4個(gè)、危害因素查找數(shù)量由6個(gè)減少到5個(gè)，縮小了產(chǎn)品召回范圍，提高了企業(yè)查詢效率，節(jié)約時(shí)間成本。

綜上所述，追溯模型為糧食等小顆粒產(chǎn)品加工過(guò)程的追溯提供了理論支持，對(duì)糧油質(zhì)量安全生產(chǎn)具有一定的借鑒意義。本文從加工時(shí)間角度對(duì)信息進(jìn)行追溯，后續(xù)將從批次混合的動(dòng)態(tài)過(guò)程方面進(jìn)行深入分析，利用數(shù)學(xué)理論和模擬裝置進(jìn)行研究，以更加貼近小麥粉實(shí)際生產(chǎn)，為提高其追溯精度提供參考依據(jù)。

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Bill of lots combined with Petri tracing model improving traceability of wheat flour processing

Wang Shanshan1,2,3, Zhao Chunjiang1,2,3※, Qian Jianping2,3, Wu Baoguo1, Chen Dong1, Song Yingzhuo2,3

(1.100083,; 2.100097,; 3100097,)

With the development of information technology and people’s awareness of food safety, traceability information technology has become an indispensable technology and tool for food and agricultural enterprises to handle quality and safety accidents, achieve product traceability, and solve the problem of defective products in time. Grain has a strategic position in China. The Chinese government and people have attached importance to the quality and safety of food. Wheat flour was one of the main grain products. However, the wheat flour processing was a complex technique, which was made up of many links, and had complicated batch mixing. Due to these characteristics, the traceability information of wheat flour quality and safety was crossed and it was difficult to trace the single individual. Most of the current tracing methods were not suitable for wheat flour traceability. Therefore, there was a pressing need to improve the precision of wheat flour tracing and solve its quality and safety problems by using raw materials and product batches as traceability units in wheat flour traceability. First of all, through case investigation, the processing flow of wheat flour was summarized, and the key nodes and traceability information affecting the quality and safety of wheat flour in the process were analyzed in this study. Then, the concept of batch list was introduced and the construction process was improved. The composition relationship and activity process of wheat flour and raw materials batch were analyzed. The relevant parameters in the production line such as flow volume and storage capacity were added to build and update the batch list based on the node processing time. Gozintograph method was used for data storage. The construction process and information tracing of BOL (bill of lots) were described in detail, which can achieve the accurate tracing of product information and key node activity information. On the basis of BOL’s “parent-child” node, the location of wheat flour quality traceability points, hazard indicators, and structural relationships between nodes were clearly described using fishbone maps. The fishbone map was transformed into Petri net to construct the Petri net model of quality and safety relationship during wheat flour processing. The information that affected wheat flour quality and safety in wheat flour processing, such as laboratory results and environment conditions, was decomposed and quantified. The entire process of quality tracking hazard change was expressed by defining Petri Net’s six-tuple. The dynamic characteristics of Petri net were used to estimate the pathway of hazard propagation, and the efficiency was improved. The batch list of wheat flour was constructed by using practical cases to prove the accuracy of Petri net and the feasibility of the tracing method. The results showed that BOL can analyze material batch information and activity information, and trace the information of wheat flour processing. By using the tracing model for wheat flour processing based on BOL and Petri, the number of recalled batches was reduced from 7 to 4 and the number of hazards searched was reduced from 6 to 5 compared to the traditional method. The Petri net model can quickly and effectively predict the hazard propagation pathway and improve the tracing accuracy of wheat flour and the efficiency of defects recalling. The results provide theoretical support for the traceability of grain and other small-sized products, as well as the information technology of traceability for related production enterprises.

agricultural products; models; supply chain; wheat flour processing; traceability; processing time; BOL; Petri net

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.14.034

TP301

A

1002-6819(2018)-14-0263-09

2018-02-05

2018-05-09

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“連續(xù)閉環(huán)加工中智能柔性追溯模型構(gòu)建及系統(tǒng)驗(yàn)證：以小麥粉加工為例”（31671593）；北京市農(nóng)林科學(xué)院2017年度科研創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)（KYCXPT201723）聯(lián)合資助

王姍姍，博士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理與追溯技術(shù)研究。Email：wss8889@126.com

趙春江，研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。 Email：zhaocj@ nercita.org.cn

王姍姍，趙春江，錢建平，吳保國(guó)，陳 棟，宋英卓.批次清單結(jié)合Petri網(wǎng)追溯模型提高小麥粉加工過(guò)程追溯精度[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(14)：263－271. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.14.034 http://www.tcsae.org

Wang Shanshan, Zhao Chunjiang, Qian Jianping,Wu Baoguo, Chen Dong, Song Yingzhuo.Bill of lots combined with Petri tracing model improving traceability of wheat flour processing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(14): 263－271. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.14.034 http://www.tcsae.org