基于RFID的中药材可追溯系统设计

张翠萍，李胜旭

（福建中医药大学 管理学院，福建 福州 350108）

中药材可追溯系统是基于中药材从栽培到成品整个生命周期的安全保障体系，它利用信息技术给每件商品标上编码，可以进行追踪。建立中药材可追溯系统可解决中药材的安全问题、防止假冒，对提高我国药材产品在国际市场上的竞争力具有重要意义。

1 基于RFID的中药材追溯系统分析

中药材可追溯系统(traditional chinese medicines traceability system)是在中药材的种植过程中、生产加工后、流通领域里、使用过程等环节中建立的一种安全保障体系，它利用先进的信息技术给每种中药材进行编码、存储相关的管理记录，从而进行调查追踪。

1.1 RFID技术及工作原理

射频识别技术(RFID)是20世纪90年代兴起的一种无接触传递信息达到信息识别和数据交换的技术，它基本上由电子标签、阅读器、天线3部分组成。其工作原理是指阅读器将编码后信息加载到某一频率的载波信号上，经天线发送到阅读器工作区域的电子标签，电子标签芯片电路对该信号进行解码，最后对命令请求、密码、权限等进行判断[1]。

1.2 中药材可追溯系统需求分析

1.2.1 系统边界模型

系统有包含的功能与没有的功能之间的分界线称为系统边界。系统本身所包括的全部对象在界限之内，在界限外的就是与系统进行信息交换的各类对象，比如某些设备、人员和外系统的一些参与者。通过了解中药材可追溯过程情况，明确了系统的参与者，系统边界如图1所示。

图1 系统边界模型

1.2.2 中药材可追溯系统对象

根据上述边界图分析，中药材可追溯系统的使用对象主要有种植员、药材采购员、炮制加工人员、药材销售商、消费者、药材质量监管人员、药材全过程追溯人员等。在这个可追溯的平台中，各个环节上的各个人员都可对中药材进行跟踪和追溯。如果某份中药材出现了问题，就可以追溯到出现问题的药材的包装、炮制加工、运输过程、仓储条件或种植产地，甚至到具体的种植地，通过这些环节的监控流入市场的中药材可靠性就更高了。另外，为避免中药材在各个环节出现问题，可以通过智能化监控和预警系统的建设在中药材出现问题之前进行预警，同时加强中药材生产加工的管理。

1.3 中药材可追溯系统资源可行性分析

近年来，在宁夏、四川、甘肃等地建立了中药材现代化科技产业基地，这些科技产业基地主要由中药材的种植、炮制、研究开发、配套服务等4大体系组成[2]。现代化科技产业基地按良好的农业规范（GAP）标准种植中药材，按药品生产质量管理规范（GMP）标准建立药材炮制加工厂，中药研发按GLP、GCP标准进行，营销服务网络按照GSP标准完善。现代化的中药材科技产业基地为可追溯系统的建设提供资源和实践基础。

1.4 中药材可追溯系统技术可行性分析

中药材可追溯系统主要包括中药材的信息采集、发布、标识和流通环节上的信息继承等。在产品标识和采集方面，可以采用成本低、易识别及易将标识信息录入系统的条码技术，该技术在我国已应用成熟。针对一些生长环境差的、信息难以采集的中药材，则使用RFID技术中能穿透冰、雾、雪、涂料、尘垢等的技术。在现有技术（包括网络数据库技术）的支撑下是中药材可追溯系统可以实现的。

2 中药材追溯管理系统流程Petri模型

Petri网是一种基于状态的建模方法，它对系统运行特点进行分析，对业务流程建模聚焦在处理事件的过程上，通过Petri模型能够合理地描述中药材生命周期中上下游企业间的协作情况，又可以比较准确地描述系统内部物流和信息流的并行运作情况[3]。因此，中药材可追溯系统适合采用Petri网的流程进行设计。

2.1 业务流程建模

假定 N=（S,T;F）是 Petri网，∑=（S,T;F，W，M0）是以 N 为基网的网系统，其中 F为 S和 T的流关系，S表示为库所代表的流程条件，T为变迁集代表流程事件，W为权重默认为1，M0为初始标识。

业务流程中条件描述：S1为开始；S2为下线中药材；S3为合格贴标中药材；S4为不合格中药材；S5为流通企业到库中药材；S6为流通企业检验合格中药材；S7为不合格中药材；S8为流通企业存储中药材；S9为销售企业到库中药材；S10为销售企业检验合格中药材；S11不合格中药材；S12为销售企业存储中药材；S13为销售企业零售中药材。

业务流程中事件描述：T1为中药材制造；T2为检测贴标；T3为流通企业中转运输；T4为流通企业入库检测；T5为流通企业入库；T6为销售企业中转运输；T7为销售企业入库检测；T8为销售企业入库；T9为零售。以此建立中药材供应管理系统业务流程的Petri网模型。

2.2 Petri网模型分析

对Petri网模型进行性能分析和检测主要包括活性检测、有界性检测、可达性检测。Petri网的分析方法主要有分层或化简、可达性树和矩阵方程求解3类[3]，本文通过关联矩阵来进行分析。

∑=（S，T；F，W，M0）是以 N 为基网的网系统，使 Cij+=W（tj，si ）；Cij-=W（si，tj）；其中 I=1,2,3，…，n。n=|S|；j=1,2,3，…，m。m=|T|；当且仅当 Cij=W（tj，si ）-Wsi，tj）即 Cij=Cij+-Cij-时矩阵 Cij是∑的关联矩阵，。

根据Petri理论由公式CX=0解出S不变量为：

根据以上的定义，中药材供应系统业务流程的Petri网模型是符合活性、有界性、可达性，也就是说此模型在实际操作过程中是可行的。

3 系统设计

3.1 体系层次设计

通过对中药材流通过程的分析，系统由业务服务应用层、信息存储数据层、数据处理服务层和数据采集服务硬件层组成。其中①业务服务应用层由一些服务管理组成，比如生产、流通、销售等服务以及对药品业务系统数据的交换；②数据层由计算机的一些数据库组成，比如中药材数据库、业务数据库、EPCIS数据库；③服务层包括WEB、EPC、EPCIS、RFID服务等模块；④硬件层在系统的底层，由一些硬件设备采集数据，并将采集的数据处理后传输给相关软件。

3.2 中药材可追溯系统流程

中药材可追溯系统的信息流是各个节点通过产品标识 （电子标签）将信息上传至数据库，同时又可以从数据库下传信息，消费者可通过多个平台查询到所购药材的详细信息。当发现药材质量有问题时，通过数据库找到药材的流通方向，并召回这些问题药材，同时上传相关信息至数据库，让零售商和消费者可以获得信息。其流程图如图2所示。

图2 中药材可追溯系统流程图

3.3 多平台追溯流程

消费者如果需要对购买的中药材进行查询，可通过手机APP软件、电话、网站、二维码等输入追溯码[4]，系统根据查询表反馈给消费者情况。若产品已查询过，系统会告知消费者此产品已查询过，此时消费者所购买的药材可能存在某些问题；否则，追溯系统就会把消费者所购买的中药材相关信息反馈给消费者。这样中药材的防伪功能也得到了保障。多平台追溯流程如图3所示。

图3 多平台追溯流程图

3.4 中药材可追溯系统体系结构

根据中药材供应链的特点，中药材可追溯系统体系结构如图4所示，中药材可追溯系统包含5个子系统：种植生产环节、炮制加工环节、质量监测预警、生产全过程监测和使用环节。

图4 中药材可追溯系统功能结构图

3.4.1 种植生产环节

该子系统实现了中药材种植信息的初始化，记录药材的种植相关信息，包括：检验登记信息、产地证明信息、交易凭证信息，完成初始化后将所有信息上传至中心数据库，实现信息的标准化管理。

3.4.2 中药材炮制加工环节

这个子系统将按照EAN-UCC标准记录中药材采集后到中药材进入市场销售前的过程中的数据信息，包括在炮制加工成登记信息、入库登记信息、批次信息、中药材检验证明信息、并将所有数据上传至中心数据库，制定出EAN标签样式和内容，接受中药材可追溯系统的链接和调用，实现药材炮制加工环节的数据追溯。

3.4.3 药材全过程检测环节

该子系统提供从生产基地到流通领域的信息，包括中药材指标采集信息、中药材库存管理信息、批次信息等。一方面供应方可以有效地对中药材的生产进行有效的监督，另一方面也为为消费者和监管部门提供详细的药品安全信息。

3.4.4 中药材质量监控预警环节

此子系统要完成监控的工作，通过访问中心数据库，对各个环节采集和汇总有效信息进行检测，若追溯信息数据异常，即可确定原因以及确定是哪个环节的问题而产生预警，让检测者对异常数据信息采取有效的措施。

3.4.5 中药材使用环节

该系统主要功能是使消费者可以通过在中药材上的标签了解到中药材的一些必要信息进行验收、匹配及反馈，还可以通过网站、手机、触摸屏扫描端输入追溯码，了解中药材更详细的信息。如：中药材的名称、重量、产地、用途等。

4 总结

目前，我国缺乏对中药材信息的实时采集，跟踪和追溯管理的缺乏问题也存在于流通和消费过程中。通过研究中药材的生命周期，找出影响中药材质量的关键点信息，以RFID技术为基础、以中药材流通为研究对象，构建了一种实现中药材从种植、炮制加工到流通、饮用的整个过程可视化可追溯系统。实现供应链中不同企业间信息公开透明的交流，为实现中药材的质量稳定提供一种平台。

［1］杨信廷， 钱建平.蔬菜安全生产管理及质量追溯系统设计与实现［J］.农业工程学报，2008，24 （3）：162－166.

［2］李晋宏， 李文鹏.可追溯体系在我国中草药种植过程中的应用［J］.消费电子，2014，（6）：211－213.

［3］百度百科.Petri网［EB ／OL］.http： ／／baike.baidu.com ／view ／896125.htm.

［4］卢磊， 张峰.基于物联网的蔬菜可追溯系统的设计与实现［J］.电子设计工程，2011，19（7）：19－22.