基于RFID技术的乳制品安全追溯应用研究

杜 峻，尹作重，杨书评，王海丹，高雪芹

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

民以食为天，食品是人类赖以生存和发展的物质基础[1]。食品安全从广义上指食品无毒、无害，符合其应当具有的营养成份要求，对人们的身体健康不会造成任何慢性、急性、亚急性的危害。世界卫生组织对食品安全的定义是食物中有毒、有害物质对人体健康影响的公共卫生问题。从1996年英国的疯牛病到2001年欧洲爆发口蹄疫再到2008年我国的三聚氰胺奶粉事件，近些年世界各国的食品安全事件屡禁不止，2012年我国更是有二代地沟油、工业明胶、白酒塑化剂等食品安全事件发生。为了进一步加强食品安全监管工作，政府部门不断完善食品安全监管体系，决策部署制定了《国家食品安全监管体系“十二五”规划》，规划中明确指出食品安全需要强化科技支撑，注重电子追溯、信息网络安全等先进科学技术的运用。

食品安全溯源体系的建立和完善有赖于物联网先进的技术，在这些技术中快速发展的射频识别技术( RFID) 则成为当前各国建立追溯体系的最佳选择。本文将简要介绍RFID 技术及其在乳制品行业安全追溯的应用研究。

1 射频识别技术

射频识别技术即RFID（Rad io Frequency Identi fi cation的缩写）, 是一种非接触式自动识别技术，因此它又称无线射频技术，它可通过无线射频信号识别对象目标并获取相关数据信息。识别工作无需人工干预, 就能够在各种状态（静止、运动甚至恶劣环境）下准确识别到物体[1]。

一套基本的RFID系统是由电子标签（TAG）即应答器（Transponder）、阅读器（Reader）以及应用软件系统三个部分所组成。其基本工作原理是电子标签进入磁场后，接收由解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（被动标签或无源标签），或者由电子标签主动发送某一频率的信号（主动标签或有源标签），再由解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理[2]。

RFID技术最大的特点就是非接触识别，因此可达到快速扫描的效果。RFID标签具有体积小型化、形状多样化、使用寿命长、数据存储量大、安全性能高、可重复使用、可长期跟踪定位等特点。随着中国物联网的不断发展，RFID技术将更广泛地应用到制造生产、智能交通、物流管理、动物识别、安全防伪等各个领域，这将更好的改善人们的生活品质，提高企业的经济效益[3]。

2 基于RFID技术的乳制品安全追溯中的应用方案

基于RFID技术，乳制品的安全追溯从生产环节和质量安全等影响因素入手，不仅要分析原辅料、包装材料、温湿度以及压力等外界环境的影响，还要重视操作条件以及人员等对食品质量安全的人为影响。了解当前乳制品企业信息系统和控制系统的能力和水平，明确乳制品行业的质量安全管控期望及RFID应用模式，形成一套乳制品质量安全管控和溯源的RFID解决方案。 如图1所示乳制品数据采集方案。

图1 乳制品数据采集方案

1）奶牛养殖

牧场的工作人员为每头奶牛挂了RFID标签，建立奶牛唯一的电子身份档案。通过RFID 标签对牧草中多种营养成分、饲料以及养殖环境等信息进行记录，并实时监控，保证了奶牛饲料的质量；对每头奶牛的品种、生长过程、健康状况、挤奶方式以及鲜奶各项检测指标数值、运输条件与时间等信息进行记录，有效的保证了奶源的质量[1]。

2）原料管理

研究应用RFID技术实现原辅料及添加剂供应商的溯源、储运过程产品质量的监控、出入库环节的解决方案。在采购原辅料及添加剂的包装、容器或储运车上粘贴RFID标签，标签内写入物料品种、数量、来源等相关检测信息。在仓库大门设置固定式读写器，当物料通过时自动读取信息，并与企业ERP系统生成的采购单进行对比，符合要求才能准许入库。入库后由仓储管理系统分配货架位置，并将物料信息、入库时间写入货架标上的RFID标签并发送到叉车控制器。当叉车将物料放置到货架时，由叉车上安装的读写器读取货架标签信息，与所载物料信息比对，验证通过后将物料放置在相应的货架上。

当有冷链需求的原辅料运输过程中，在储运车内装备传感定位RFID一体化车载终端，实时定位车辆，记录运输路线及运输过程中的温度、物料质量变化等信息。储运车到达厂内时，由操作人员使用便携式RFID读写器将标签信息读出传输到产品质量安全管控系统中；或在合适的位置安装固定RFID读写器，车辆通过时自动读出数据并传输。 给领料人员配置领料RFID标签，由ERP系统自动生成产品配方并写入领料标签。工人领取原辅料及包装材料时，仓储保管员使用读写器读取领料标签信息，在仓储系统中调取所需物料信息，通过系统验证出库品种、数量后授权出库，同时更新货架标签中的物料数量信息。

图3和图4分别为在无气流辅助和有气流辅助条件下喷雾场内雾滴运动轨迹，图3和图4中雾滴的颜色代表雾滴粒径的大小(单位mm)。比较两图，可以看出在有气流辅助时，气流流场改变了雾滴的运动方向，引导雾滴运动轨迹明显偏向地面，从而有效地减少了雾滴的飘移潜能。

3）人员设备管理

在乳制品的生产设备及设施上粘贴RFID标签，记录下设备的使用期限、检修年限等信息。在对设备进行维修保养和清洗时，由工作人员使用便携式读写器写入维护保养及清洗剂浓度等记录和相关责任人，这样有利于评估其对产品质量安全的风险。

给企业职工特别是生产现场的操作人员配备非接触式可读写射频卡，在消毒设施上设置固定式RFID读写器，在车间、卫生间门口也设置固定式读写器，自动记录操作人员的消毒和活动情况，防止产生交叉污染。

4）操作环境控制和生产线管理

在车间、生产线、工作台等合适的位置加贴RFID标签，对环境有温度、湿度等要求的，加贴集成传感器的RFID标签，记录下生产环境参数。当参数超限时，RFID读写器通过现场总线发送指令给控制器执行单位，调整相应控制设备。

在生产线快速检测设备和实验室检验设备、样品（或其容器）上粘贴RFID标签进行标识，检测数据通过RFID中间件自动上传到产品质量安全管控系统，由系统根据生产线检测结果及时调整生产线运行，并可在出厂检验时由系统自动生成检验结果，并打印检验报告。

在投料环节上，企业的ERP系统会自动生成产品配方，投料人员只需要使用便携式读写器读取领料标签上的原辅料信息，当系统与配方比对投料品种、数量、顺序正确后准许投料。 在生产线上的物料流转节点布置RFID读写器，通过读取物料包装或容器上的标签信息，将物流混合、转换等前后状态进行链接。在关键工序和关键控制点的生产线或设备内加贴集成传感器的有源RFID标签，在线检测温度、湿度、压力等控制参数，通过网络化RFID中间件控制器，驱动控制系统的执行单元，并按要求控制生产过程。

6）废品回收和产品防伪

及时对废弃的半成品、成品进行回收，在回收容器上粘贴RFID标签，记录废品数量、种类、时间、废弃原因等信息，便于统计废品数量、废弃原因，防止乱堆乱放废品造成的环境污染和交叉污染。

在产品包装内或容器内加贴RFID防转移标签，防止标签被转移做其它使用,从而达到产品防伪的目的。

7）乳品全过程追溯管理

利用原料乳收购储运车RFID标签、储奶罐中原料乳混合及使用的仿真流体力学模型，形成原料乳来源的模糊追溯方案，结合前面所描述的生产过程控制、产品状态检测与防伪等过程中的物料流管理RFID解决方案，实现乳制品从原料乳收购到乳品生产、销售的全过程追溯管理。

3 乳制品安全追溯研究中的技术难点

1）提升RFID设备在乳品制造环境的适应性是一个技术难点。乳品制造环境复杂，生产环境特性参数和生产线参数多(如温度、湿度、压力、电磁辐射强度、酸碱度、周边设备质地等)，电子环境差，如何使RFID读写设备和系统适应复杂的乳品制造环境及生产线现状是一个技术难点。

2）连续生产过程的追溯实现是一个技术难点。在连续生产过程例如液态奶的生产过程中，存在不同时间段、不同量的原料奶多批次混合（又称错时批次混合）的现象，而生产线连续处理和灌装，这给液态奶的原料和生产过程监控提出了难题，如何利用RFID技术来实现连续生产过程的原料与产品的模糊追溯也是一个技术难点。

3）RFID技术数据融合处理是本研究的技术难点，也是RFID技术应用的重点。食品制造特别是乳品的制造工艺、流程各不相同，多种类原辅料也错综交叉，我国食品安全由多个监管部门分段监管，这些都造成了食品安全数据的多源、异构特性。而不同企业各自信息化水平的差异，对数据安全和隐私的考虑，以及政府部门分段监管对数据的需求等因素，使食品链追溯网络的构建面临很大的挑战。RFID系统采集数据涵盖企业的产供销数据、风险因素监控数据、检测数据、政府监管数据等，数据融合与数据挖掘成为本次研究的一个技术难点和重点。

4 结束语

本研究通过RFID 技术实现了对乳品生产及质量安全溯源的自动识别与控制，大大加强了企业的质量管理和政府部门的监管力度。目前RFID技术是最合适食品安全监控全过程的物联网技术，特别是在乳制品行业发挥着其独特的作用。食品安全的突出问题和潜在隐患仍然不少，形势依然严峻。随着物联网的进一步发展，RFID技术将更充分地发挥它的重要作用。

[1] 沈映娜.浅析RFID技术在奶粉安全监管中的应用[J]. 广东科技2011,7:14.

[2] 张姝楠,郭波莉,潘家荣.RFID 技术在食品全程跟踪与追溯中的应用[J].食品研究与开发,2007,9(28).

[3] 国伟,储晓刚.RFID技术及其在食品安全领域中的应用[J].食品科技,2007,(9).