摘要：为了让人们购买到可追溯信息的安全放心的食品, 在查阅、整理国内外现有研究文献基础上,研究并开发了生鲜猪肉产品的全程可追溯系统。结合中国目前生猪饲养情况，专门针对生鲜猪肉产品的属性，提出基于RFID的全程可追溯系统。分析了生鲜猪肉类产品全程可追溯系统的工作原理, 研究了可追溯系统的拓扑结构、系统使用者、功能模块以及系统实现的关键技术, 针对生鲜猪肉类可追溯系统进行设计、开发，并通过试验案例分析验证生鲜猪肉类可追溯系统使用的快捷便利性。
关键词：生鲜肉类产品；食品安全；供应链；可追溯系统
近些年来，经济发展迅速，人民生活水平也相应提升，从而食品消费习惯也从“吃饱”变成“吃好”，因此便利、新鲜、安全和有营养的高品质食品逐渐变成人们日常消费的主要选择。其中，在食品消费中占据绝大多数的是牲畜为重点对象的生鲜肉类食品，因此，生鲜肉类食品的品质安全影响到人民的消费质量和身体健康。而生鲜肉类产品供应链包括养殖、屠宰、加工、流通、仓储、销售和检测等多个环节紧密相连，当前想要全方面对这些复杂环节进行有效监控还有相当的难度，很难实现对问题产品进行快速且准确地追溯。为保证生鲜肉类产品的品质合格，同时加强对生鲜肉类食品整个流通环节的追踪和监控，对生鲜肉类产品信息可追溯的实现至关重要。
目前，国内外著名学者、食品安全科研院所的专家及企业对食品安全大数据进行了大量的采集与分析，发现生鲜肉类的安全监控与追溯的问题尤为突出。国外对于生鲜肉类产品多以“批次”来处理；在国内，徐书法研究了生物传感器在食品安全检测中的应用；谢菊芳构建了基于构架的生鲜产品安全生产的追溯系统，实现了生鲜产品的全程质量控制；陆昌华构建了一种适合中国国情的肉用钎和猪肉安全质量监控的可追溯系统。与发达国家相比，中国关于食品追溯的研究工作还处于起步阶段，暴露出的问题更多，如何在安全有效又保证正常开销的情况下对生鲜产品进行信息追溯就是研究的方向。
将结合物联网识别技术，把RFID作为追溯信息的介质，依靠标识编码体系以及数据库等技术，以生鲜肉类食品—生鲜猪肉为例，将一套功能齐全的生鲜猪肉食品可追溯系统进行研发，从而达到可对整个生鲜猪肉供应链中从养殖到屠宰加工、运输、冷藏直至销售每个环节的信息自动采取、传输、分析、输出。实现对生鲜猪肉生产全过程关键信息的采集管理，保障生鲜猪肉质量安全，实现对问题产品的准确、及时召回。
1 生鲜产品供应链的基本结构
以生鲜猪肉为例，展示在生鲜食品的供应链中各个子环节的具体功能与作用。生鲜猪肉供应链是指与生鲜猪肉产品生产有密切相关的整个流程，既包罗最初种猪的养殖、饲料的供给商，以及生猪疫病的防治、相关的查验检疫、又含有生猪的运输、屠宰加工、猪肉储存、猪肉配送，以及直到最终猪肉销售的所有环节，在此供应链中，各级主体实现可追溯信息的重点记录，政府相关部门对生鲜猪肉产品安全的监管进行可追溯信息核实，2部分信息之间进行沟通整合，保证可追溯信息的切实完整。具体如图1所示。
图1 生鲜猪肉供应链结构图
2 生鲜猪肉食品可追溯系统研究
2.1 基于RFID的生鲜猪肉食品可追溯系统运作原理
图2 猪肉食品全程可追溯工作原理示意图
考虑到当前中国养殖业都以散养形式为主，大面积推行、使用电子标识尚有一定的经济难题需面临。生鲜猪肉食品可追溯系统运作原理具体内容包括：利用RFID技术，在生猪养殖场，对每头生猪带上塑料耳标，用于记录该养殖场内所有生猪个体在整个生长过程中的有用信息，并保证这些猪身上的追溯码都是唯一的，同时为提高耳标的自动识别水平，通过激光喷码机在生猪个体身上打印对应的追溯码，当生猪出栏时，动检部门把合格的生猪对应的追溯码信息录入管理系统里，同时增添相应“追溯码”以便生猪屠宰加工时使用，其中增添的“追溯码”包含的信息由屠宰加工企业、屠宰加工地址、屠宰加工日期、屠宰加工环境等组成。接着将其配送到肉类食品加工中心，加工时，每一头猪的全部追溯码将会被工作人员输入到加工中心的信息系统中，系统会通过将追溯码与ID编号的一一相应，以便结合养殖地、供给商、屠宰加工日期、猪肉级别等一系列有用信息。进行屠宰加工后的配送阶段，由于流通、销售环节需要高速的读取大量猪肉信息，并同时具有低成本需求，而二维条码具有高容量、低成本、读取速度快的特点，因此采用可重复利用条码标签，实现流通阶段个体识别，而且条码标签在售出后可进行专门回收，大大降低了成本。依靠RFID与条码技术相结合，实行分批次标示。具体流程如图2所示。
2.2 系统使用者分析
基于物联网技术的食品可追溯系统的项目参与者构成如图3所示，用例图如图4所示。
图3 项目参与者构成图
图4 系统用例图
养殖环节工作人员：记录并管理有关猪的各种档案信息及关键安全信息，主要负责对养殖场各个环节数据信息的信息采集和查验。
加工环节工作人员：记录并管理有关生鲜猪肉食品在屠宰加工过程中所有的追溯信息，主要负责对加工环节数据信息的信息采集和查验。
运输环节工作人员：记录并管理生鲜猪肉食品在运输环节中所有的信息，主要负责对运输环节数据信息的信息采集和查验。
销售环节工作人员：记录并管理生鲜猪肉食品在运输环节中的所有的追溯信息，主要负责对超市的仓库数据信息、上架信息及销售信息进行釆集和查验。
消费者、政府监管部门：指购买生猪肉食品的消费者或是政府检查人员，其可对生猪肉表面的二维条形码进行扫描并查询信息，可实时监控和进行信息反馈，提供反馈意见。
系统管理员：管理员根据用户注册信息设定用户使用权限，对追溯系统出现的问题进行处理，对整个系统的数据具有最高的权限，包括已有数据的删除、备份、恢复等，也可进行授予权限，对整个系统的安全进行密切监控。
2.3 生鲜肉类食品可追溯子系统模块设计
猪肉食品全程可追溯系统具体涉及5个子系统，不同系统对数据、信息收集各不一样，如图5所示。
2.3.1 养殖管理子系统模块
该模块是整个追溯系统的第一部分，在猪仔刚出生的时候，为它们装上带有唯一标识耳标，这个耳标识别码里携有在生产养殖环节中涉及到的安全追溯信息，主要包括仔猪来源、饲料喂养信息、出栏信息等，养殖场名称、地址、场主、疫病情况、生猪体健康状况等，此模块是整个追溯体系的核心部分，为下游模块提供数据录入的基础。
2.3.2 屠宰加工管理子系统模块
在此模块中主要是对生猪的屠宰加工过程为对象，收集、录入相关的信息，包括生猪的来源信息、屠宰加工信息、品质检验信息、包装和转出的信息等，依靠条码技术和编码体系进行，先对生猪个体进行唯一标识，接着对生猪屠宰加工整个流程中生猪个体标识与胴体之间信息的转换、生猪屠宰档案录入、生鲜猪肉品质的检验、生鲜猪肉冷藏及出厂等信息监控。此模块是整个追溯体系中的最关键信息获取的来源。
2.3.3 物流运输管理子系统模块
该模块重点对从屠宰加工中心运输到销售点或消费者手中这个过程产生的所有信息的采集和录入，包括生鲜猪肉转入信息、运输信息等以及在运输过程中车厢内的温度、湿度信息。此模块应为重点模块，大部分生鲜猪肉食品都是因为运输过程处理不当导致食品出现问题，所以该部分信息的收集尤为重要。
2.3.4 销售管理子系统模块
该模块主要生鲜猪肉食品在销售流程中的信息收集与录入，包括生鲜猪肉收货、销售店信息以及生鲜猪肉冷藏信息、销售信息等。另外，在该模块中将会记录之前所有子模块的追溯信息，但只选取其中对消费者来说关键、有效的信息，完成此环节的追溯码信息更新。
2.3.5 客户/监管部门查询系统模块
该模块为整个追溯体系的最后环节，使客户及政府监管部门可通过扫描追溯码，直接查询到此生鲜猪肉食品从养殖基地、屠宰加工中心信息、屠宰加工时间、运输环节、零售店、仓储方式、销售的信息。
2.4 生鲜猪肉食品可追溯系统实现的关键技术
2.4.1 数据集成技术
图5 生鲜猪肉食品全程可追溯系统功能模块
由于生鲜肉类食品的供应链模式相比于蔬菜类产品更为繁琐，其间信息的传达环节复杂，又要思索着猪肉类食品的养殖场、屠宰场以及储存所处环境要求较高，必须要求生鲜猪肉食品信息的数据集成技术更加优化，其中最为重要技术之一就是要如何保证本来完好的生猪信息在解剖加工以后的各胴体能构成一个信息链路。因此，系统地设计所运用到的核心技术目标是对供应链各环节中信息的采集、存储、传递、加工和输出等，当下相对完善的或热门的RFID技术、网络技术、编码技术、数据库、信息安全技术、GPRS技术都可解决上诉难题。
2.4.2 追溯码技术
追溯系统实现信息可追溯的根基与核心是拥有一套完整、统一的编码体系。以EPC编码结构体系方案为依据，采取EAN·UCC系统的13数据结构对生鲜猪肉食品进行唯一追溯编码。将生鲜猪肉食品的追溯信息以编码的表现形式通过标签来记录唯一产品，完成与生鲜猪肉食品供应链的每个部分的对接，将每一头生猪和加工完成后的猪肉一一对应起来，再依靠追溯码对每一块猪肉进行唯一标识。
2.4.3 标识技术
考虑到现实中对每个个体都进行电子标识的话，成本较高，所以国内对生猪标识广泛采取耳标与条形码相结合的形式，保留塑料耳标的同时，为其增加与数字编码相对应的二维编码。与原来相比，在成本增加不多的基础上大大提升了耳标的自动识别水平。
3 系统数据库设计
数据库的设计对于整个系统来说是非常重要的。猪肉生产过程中的养殖基地信息、生产信息和检验信息都离不开数据库系统的支持。数据库设计的好坏，更直接关系到整个追溯系统的品质。设计的生鲜猪肉可追溯系统是一个以生鲜猪肉从养殖到销售各环节所产生信息采集、处理和输出的管理系统。因此系统数据库的设计是非常重要的。
3.1 系统E-R图
根据流程得到食品溯源系统的E-R图，如图6所示。
图中涉及到的实体分别拥有属性包括：
1) 品加工企业。企业编号、企业负责人、企业名称、企业地址等。
2) 养殖场。养殖场编号、养殖场名称、养殖场环境、养殖场大小、养殖场生产方式等。
3) 养殖人员。人员编号、人员姓名、联系电话等。
4) 生鲜猪肉。猪肉批次、猪肉编号、猪肉类别、猪肉图片、猪肉生产日期等。
5) 物流运输企业。运输编号、运输人员、运输方式、运输存储方式等。
6) 销售商。销售商编号、销售人员、销售商地址等。
7) 监管部门。监管部门编号、监管部门人员等。
8) 消费者。消费者编号、消费信息。
图6 实体关系图
3.2 关键表设计
由于在该追溯系统中，编写的数据表分类较多，所以只列出部分主要的数据库关键表。分别是表1的生鲜猪肉信息、表2的运输信息表及表3的管理员信息表。
3.2.1 生鲜猪肉信息表
表1 生鲜猪肉信息表
主要记录生鲜猪肉的基本生产信息，包括生鲜猪肉编号、生鲜猪肉名、生鲜猪肉类别、生鲜猪肉生产源头、生鲜猪肉批次、生鲜猪肉运输等信息。主键是生鲜猪肉编号，唯一标识某生鲜猪肉。外键分别是生鲜猪肉生产源头和生鲜猪肉批次，能与生鲜猪肉检验信息和生鲜猪肉源头信息产生联系。详细内容信息见表1。
3.2.2 运输信息表
主要记录生鲜猪肉在运输这个节点的基本信息，包括以生鲜猪肉运输批次为主键，以及生鲜猪肉运输车辆的类型、运输目的地、运输环境以及运输时间等信息。具体内容信息如表2所示。
表2 运输信息表
3.2.3 管理员信息表
主要记录系统的管理员的信息，包括以管理员编号为主键，以及管理员姓名、登录密码和管理员电话等信息。具体内容信息如表3所示。
表3 管理员信息表
3.3 生鲜猪肉食品可追溯系统的运行
生鲜猪肉可追溯系统的实现包括前台界面实现和后台代码实现2部分。以Microsoft SQL Server 2012构建生鲜猪肉食品的可追溯信息核心数据库，此追溯系统采取面向对象的开发方式，研发了此生鲜猪肉可追溯系统。在该系统中，对于各子系统设计了不同的UI界面。用消费者查询管理子系统为例进行展示，如图7所示。
图7 RFID生鲜猪肉销售子系统信息扫描系统界面
4 结论
在对现有的生猪从养殖、屠宰、流通到销售各环节相关问题和解决办法了解后，同时借鉴国内外相关研究，设计和实现了一套针对生鲜猪肉质量安全信息追溯系统。该系统集成射频识别、传感器网络和条码技术，提供一个高效和经济的平台。另外，系统严格遵守“对根源进行控生产、对加工进行控质量、对运输进行控流通、对零售进行控检查”的总体思想，构建一个操作简便且信息来源可靠、系统运行高效、信息透明的信息化平台。而针对不同种类的生鲜产品，对应的可追溯系统中所使用的核心技术可能略有出入。
