基于RFID和条码技术的肉牛屠宰场追溯管理系统设计

基于RFID和条码技术的肉牛屠宰场追溯管理系统设计赵金石，栾汝朋，郭凯军，孙芳，李洪根，孟庆翔1[1](动物营养学国家重点实验室，中国农业大学肉牛研究中心，北京100193)摘要：屠宰场作为从活牛到牛肉的转化环节，是肉牛生产实现全程质量安全追溯的关键。本文描述的系统设计方案包括屠宰场信息化管理、关键点控制、追溯信息采集、质量安全控制等环节。通过采用工业级触控装备技术、无线及有线网络信息传递技术、RFID非接触式标签读写技术、一维及二维条码信息存储技术等建成的系统，可以成功地实现肉牛屠宰场质量安全追溯管理。关键词：追溯；屠宰线管理；RFID；一维码；二维码近年来，我国牛肉产量以每年20%左右的速度递增。2006年我国黄牛存栏9865万头，牛肉产量达到750万吨，成为仅次于美国和巴西的第三大牛肉生产国。随着牛肉消费市场的扩大，牛肉食品安全保障体系的建设成为必然[1]。法国、澳大利亚、日本等发达国家通过建立国家牛肉质量安全追溯系统，建立和施行牛肉质量安全生产全程追溯，保障了本国牛肉食品安全，也在一定程度上形成了出口优势和贸易技术壁垒。因此，建立我国肉牛全程质量安全追溯系统，对于提高国内市场牛肉质量，保障牛肉食品安全，确保我国消费者对牛肉消费的信心，生产高档牛肉，进军国际市场，都具有十分重要的意义[2]。肉牛产业的特点是产业链条长，生产环节多。全程质量安全追溯系统的实现，有赖于各环节关键信息的有效记录、高效管理和无缝传递。目前，国内相关课题的研究都处于初级阶段。由于屠宰场是牛肉生产中的一个核心环节，也是追溯管理实现中最关键的一个环节，所以各国的肉牛追溯系统研究也都是从屠宰厂开始的。从屠宰开始，牛肉生产经历了屠宰、排酸、分割、加工、包装和储运等多道工序，其中宰前检疫信息、屠宰分割规范信息以及加工卫生信息等，都是肉牛全程质量安全追溯系统的重要内容。系统必须能够实现这些牛肉安全信息的跟踪和追溯，并给管理者提供决策支持。本研究将从屠宰场各生产流程的关键点切入，介绍追溯信息的采集、存储、同步和管理等过程的实现问题，为我国肉牛追溯系统的实现提供技术支持。1系统结构设计1.1系统结构组成和功能基金项目：农业部“948”项目“肉牛产业链关键技术引进和中国安全优质牛肉生产系统建设”资助1[1]通讯作者，教授，博士生导师，从事肉牛营养和牛肉质量安全研究。Email:[e-mail]从活牛、胴体到分割包装的肉品，肉牛屠宰线存在多个关键追溯信息传递及附加点[3]，依据屠宰线流水作业的特点，屠宰场追溯管理系统采用客户端服务器（CS）多用户分布式结构设计，设定9个信息采集作业点。1.2系统目标及技术路线本系统的基本目标是保证活牛前段信息在胴体、二分体、分割部位肉过程中完整传递，保证屠宰生产过程信息的真实记录和产品信息的追溯实现。在追溯功能实现的基础上，对屠宰场电子化管理也进行了初步探讨。1.3系统结构设计原则根据实际需求，屠宰场追溯管理系统是建立在客户端服务器（CS）架构的管理平台和数据库基础上的综合系统，其设计原则是保证屠宰线生产过程信息的高效记录和传递。系统相关硬件设备必须符合工业恶劣环境防护等级以及食品级卫生条件，系统软件必须兼顾规范化、完备性、扩充性、实用性、艺术性等几方面原则。规范化原则：系统设计符合国家有关技术规范的规定，系统操作流程的内容设计符合行业标准；完备性原则：采用更加科学的方法对现有生产流程进行优化，并注意确保追溯信息的可信度，尽量减少人为因素；对关键信息进行记录控制，对质量安全隐患实施自动预警；实用性原则：系统功能做到操作简便，不影响生产线工作效率，满足用户需求；艺术性原则：系统软件界面设计专业、简洁，色调沉稳，符合工业环境应用，与中央数据系统的CI形象设计协调一致。保证用户操作的高效以及长时间使用的舒适感，不易疲劳。1.4数据库设计与功能实现数据库设计采用数据分层、模块管理、索引设计等思路，利用MSSQLSERVER2000数据库系统建立。1.5软件开发环境及硬件环境屠宰场追溯管理系统软件的开发选用Microsoft.Net开发环境，Microsoft.Net完全架构在XML的基础之上，提出了CLR的概念，使得开发人员可以方便的使用各种开发语言来进行程序的开发，开发效率和执行效率比以前都有了很大的提高。开发语言选择C#语言，C#是一种完全面向对象的开发语言，可以更加好的提高开发效率。RFID手持设备开发选用C语言，C语言开发的程序可移植性强，执行效率高。同时在管理系统开发的过程中还要用到如表1所示软件。考虑到系统的数据量会比较大，而且要求系统的稳定性较高，对服务器的稳定性和性能要求如表2所示。屠宰车间内部潮湿多水及食品卫生等特殊工作环境，客户端运行对硬件有特殊要求，本系统自主研发了屠宰线专用设备“食品工业级触控打码一体机”。该设备重点解决了防水防潮及在生产线上进行追溯信息电子化管理的特殊要求，采用触控式工业电脑，工业级条码打印机及工业级扫描设备，定制开发不锈钢防护外壳，整体设计达到IP65防护等级。表1开发使用的软件工具Table1TheSoftwareUsedforDevelopment软件用途MicrosoftOfficeVisio2003软件流程的设计MicrosoftVS.Net2003IDE开发工具MicrosoftOfficeProject2003开发进度控制VSS代码管理表2服务器选型需求Table2RequirementofServers选项要求CPU：Xeon2.0G以上硬盘空间：80G内存：2G操作系统：WindowsServer20032屠宰场质量安全追溯系统软件平台的功能设计2.1功能模块组成及基本信息配置管理屠宰场追溯管理系统软件平台由基本信息管理，采购管理，宰前管理，屠宰管理，分割管理，产品管理，数据管理7大功能模块组成。基本信息管理模块用来设定使用者单位信息、管理用户、分配权限、管理配置信息等。企业可以按照操作岗位角色功能，对用户可操作权限进行分类管理。配置管理模块允许系统管理员对系统运行过程中涉及到的各种参数进行设置，比如数据服务器的名字、登陆数据库的用户名、密码、数据库的名称，日志存储路径、是否记录错误日志、企业常用字典表等。屠宰场追溯管理平台在运行过程中会记录操作日志，日志管理模块提供写操作日志的接口、日志浏览、日志查询、日志导出、清空日志等功能。企业常用字典表内容比较丰富，对于肉牛品种、胴体及部位定级等等指标均有体现。2.2采购管理模块采购管理模块提供了采购信息录入管理及活畜信息录入管理功能，采购信息录入管理模块详细记录了采购人员、批次、时间、数量、检疫证号、检疫单位、检疫员、运输工具号码、运输工具消毒证编号、承运单位、启运地点等信息；活畜信息录入管理模块对于已经纳入质量安全追溯系统的牛只，可通过输入15位国家标准耳标号码，自动从中央数据库下载活畜追溯信息；如果是佩戴RFID电子耳标的牛，只需要用手持式读写器扫描该耳标，即可自动获得耳标中的信息，并自动从中央数据库下载全部信息；对于尚未纳入质量安全追溯系统的牛只，可以靠现场手工录入的方式，对可获得的前段信息进行补充，这些可供补充的信息包括：牛的品种、来源地、口龄、检疫情况、疾病情况、交易情况等。对于不同来源的信息，消费者在查询时会看到相关说明。2.3宰前管理模块屠宰前牛只一般要先隔离观察24小时，作为及时发现病牛和保证牛肉安全的重要环节。宰前管理模块提供了录入牛的隔离和消毒管理记录，自动计算隔离时间、及时提醒等功能。2.4屠宰管理模块屠宰管理模块主要提供了对牛屠宰过程管理的功能。符合宰杀要求的牛只经过称重和身份确认后进入屠宰线。在宰前身份确认环节输入宰前活体重量，并生成屠宰顺序编号，该屠宰编号在同一屠宰批次内是唯一的，并与耳标编号对应。屠宰编号不超过3位，以方便操作人员记录。屠宰工艺包括放血、去头、去蹄、剥皮、去内脏、劈半、胴体冲淋、定级、进入排酸库等环节。屠宰线上的胴体标记技术及信息转换中间件技术，是本系统成功运行的关键点。在去头环节，操作员利用手持式读写器，将牛只屠宰编号对应写入两个胴体RFID标牌悬挂在牛只左、右前腿上；在检疫、定级岗位，操作员分别利用手持设备，把检疫定级结果写入胴体RFID标签；在胴体称重环节，电子标签读取设备自动连接工业级触控主机，将标签内储存的屠宰编号及其他信息传输至屠宰线管理子系统，将相关信息连同胴体重量自动记录至对应牛只，再次将屠宰编号写入两个新的RFID标签，由工人悬挂在牛只腹部，为下一步四分体车间操作准备。2.5分割管理模块该模块提供了对分割流水线的管理功能。经过排酸后的二分体首先进入四分体车间，操作员利用手持式设备读取RFID胴体标签，对胴体身份进行识别并把排酸后重量信息自动记录。进入下一道工序将胴体分割为四分体，四个胴体RFID标签对应悬挂于四分体之上。进入分割流水线之前，由工人再次扫描胴体RFID标签，并打印一系列分割部位条码。剔骨工人进行四分体剔骨分割时，将对应部位肉条码粘贴到分割肉上。该标签材料完全符合食品工业级要求，可以直接粘贴于肉品上。分割肉包装车间安装工业级触控打码一体机，操作员将分割肉分拣后，扫描分割肉条码标签，将重量、等级信息录入系统，打印出完整的追溯产品标签，并附加到热缩包装内。包装后的分割肉产品装箱过程中，通过扫描记录每一块肉追溯产品标签条码，最终打印出一张批次标签粘贴在包装箱外面。包装箱条码基本信息包括批次追溯编号、屠宰场编号、生产日期、保质期、储存条件、重量信息。根据不同产品实际需求，还可以包括更多的信息。此外，屠宰过程中产生的脏器等产品，分割过程中产生的碎肉等，都通过打印批次追溯标签的方式实现安全追溯管理。2.6库存、订单及销售管理模块该模块以追溯信息管理为基本目标，把追溯信息管理延伸到仓库、运输及销售环节，提供了仓库管理、品质检验管理、订单销售管理三大功能，实现了对牛肉产品储藏过程监控、销售去向跟踪等管理。牛肉产品的冷链储存及运输直接关系到其安全及品质。因此，仓库管理除实现出入库管理、库位管理等基本功能外，重点监控和记录储存环境温度，并对于长期库存提供了保质期自动预警；订单销售管理通过记录销售流通信息，提供了牛肉销售去向查询等功能，详细记录了购买商信息并与牛肉追溯信息对应，以利于一旦发现问题能够迅速进行召回和跟踪的实现。2.7数据管理数据管理包括数据同步管理和数据统计报表管理两个模块，数据同步功能主要是实现屠宰场追溯系统软件平台与RFID手持设备、软件平台与中央数据库的数据传输同步操作。统计报表功能主要是实现数据汇总报告功能，以利于屠宰企业管理者对于生产过程的管理控制，统计报表关系到全部录入数据的汇总调用。依据实际需求，该子系统设计了多种报表组合，并可以由不同使用者定制，该部分功能可以扩展到实现屠宰企业ERP管理。3编码设计3.1胴体电子标签编码规则屠宰线采用RFID电子标签标识胴体，标签编码信息主要用于实现胴体标记及少量信息的传递。如表3所示，胴体标签全部编码包含38位数字编号，实现胴体编码追溯的同时，方便企业实际管理操作。表3胴体RFID电子标签包含的信息编码设计Table3TheCodeDesignofRFIDCarcassTag项目屠宰场编码牛耳标号屠宰批次胴体编号口龄检疫信息胴体等级位数1015731113.2分割肉条码编码及标签打印规则流水线分割部位肉标签主要用于标记识别每块肉，本系统设计每个标签上可打印两种码，一种是符合EAN/UCC-128标准的一维条码[4]，用于生产线快速识读操作，另一种是采用QRcode编码技术的二维码，用于实现物流管理及终端消费者查询。与一维码相比，二维码的优势在于信息量大。本系统设计的二维码编码信息包含：15位牛耳标编号、3位部位编码、10位屠宰场编号，10位出生地编号、10位育肥地编号、品种、月龄、性别、生产时间、保质期、胴体等级、检疫信息。消费者可以用手机免费下载QRcode通用解码软件并安装，利用手机摄像头拍摄，即可自动解读获取二维码里包含的全部追溯信息。完整的分割部位肉标签内容除条码外，还有许多文字