论文部分内容阅读
您吃的肉安全吗?疯牛病、禽流感、抗生素残留、激素非法添加……是不是让您觉得没有保障?虽然RFID(无线射频识别)可以解决追溯管理问题,但如何在全流程环节上应用RFID技术,以保证生产数据实时采集和质量追踪的不间断,是实现物联网在肉制品加工应用中的难点问题。
可能您天天都在吃肉,但是您可能想象不出肉制品加工有多么复杂。前期的剔骨分割、腌制、搅拌、充灌等流程环节,加上后期的切片、包装等离散加工环节,每一个步骤都可能发生质量问题。怎么监控?RFID在这个领域早已不是新鲜技术,但要在全流程上采用RFID技术,以保证生产数据实时采集和质量追踪的不间断,是这类应用的难点问题。
我国是世界畜牧业生产大国,但在世界肉制食品出口市场所占份额却很低,其重要的原因就是食品安全缺乏保障。造成肉制食品安全问题的根本原因在于生产工业化的发展和市场范围的不断扩大,使肉制食品要通过复杂的供应链才能到达消费者手中。但肉制食品在供应链中常会使原料改变性状,而难由成品辨别原料品质,加之多层次的加工及流通环节,都对产品质量安全带来影响。由于目前国内应用RFID技术对肉制品供应链进行追踪管理仍处于尝试阶段,多为某个或某几个环节的应用,还难以实现对整个食品供应链进行全程追踪、追溯,但可以先实现肉制品企业内部可追溯管理。
全过程都要管
传统肉制食品安全管理普遍采用终端产品检验方式,缺乏对供应链各环节的有效监控和管理,增加了食品的安全风险。为了从根本上解决食品安全问题,许多发达国家通过法规订立和系统建设方式,建立起各自的食品安全追溯管理制度和系统。
食品安全追溯管理要求对食品在生产、加工和流通任何指定环节都具备相关信息追溯能力。具体对肉制食品来说,主要是实现饲养、屠宰、仓储、运输、加工、销售等供应链各环节的有效监控、追踪,实现可追溯管理。我国政府也从2004年开始以肉制品行业为试点,从源头饲养环节着手,建立生鲜肉和肉类制品追溯管理制度,并尝试建立相应的安全信息平台及管理系统。
肉制品加工属于离散与流程加工的混合,其中前期的剔骨分割、腌制、搅拌、充灌属于流程加工环节,后期的切片、包装等属于离散加工环节。离散环节的物料、半成品都有明确的单元或包装,便于加贴RFID标签直接追踪; 流程环节涉及原料的混合及性状变化,不能对原料、半成品个体进行明确区分,因此无法用RFID标签直接对物料个体进行追踪。如何在流程环节上应用RFID技术,以保持生产数据实时采集和质量追踪的不间断,是实现这类应用的难点。
多种RFID
择位“上岗”
在肉制品加工过程中,应根据不同加工环节的特点选择相应的RFID标签和RFID读写器。UHF频段电子标签用于仓储原料及成品追踪; HF频段电子标签用于生产流程加工环节状态标识和信息存储; 固定式UHF频段RFID读写器用于出入库信息采集; 手持式UHF频段RFID读写器用于库存管理信息采集、出厂信息写入; 固定式HF频段RFID读写器用于生产过程流程中,加工环节的状态追踪管理和信息采集。
在原材料出入库、库存管理、成品出厂等环节,RFID应用空间范围大,追踪对象要求远距离快速识别,可选择UHF频段ISO18000-6协议的RFID标签。相应地,需要配装UHF频段RFID读写器,根据不同场合的安装位置、识别操作特点、识别距离远近等决定读写器及天线的具体选择。
原材料出入库环节只需要识别出入库货物,可在仓库出入口安装固定式UHF读写器,并选择外置大功率极化天线,覆盖出入口空间。
库存盘点和成品出厂需由人员专门操作,可选择手持式UHF读写器,配合相应的功能菜单进行识别和参数写入等功能。该读写器采用内置极化天线,识别距离近、功耗低,支持电池供电。
在分割、腌制、搅拌、充灌、切片等中间加工环节,应用特点是空间有限、识别距离近,可选择HF频段ISO15693或ISO14443协议的RFID标签,相应地,选择HF频段固定式RFID读写器。在各生产工艺环节对应位置安装读写器,天线采用内置线圈型,符合小空间近距离识别需要,且避免相邻读写器相互干扰。
在流程环节用RFID标签对物料个体进行追踪,可以采用如下方案:
肉制品从原料起就分成若干小批次进行精细化管理,小批次可按生产线单位时间投料能力划分,每小批原料对应一张批次卡(电子标签),其唯一ID对应原料的批次ID。后续环节,生产管理人员凭借批次卡,对该批原料进度状态进行追踪,采集各批次在不同环节的温度、时间等加工参数信息,采集数据信息记录在批次卡中,最终上传给生产信息管理系统。
每批肉制品加工过程在不同工艺环节,需要采集并记录相应的状态和加工参数信息,可以将每批原料对应批次卡(RFID标签)存储空间按工序划分区域,每个区域对应存储某一环节的加工信息,原料加工完毕后批次卡就存储了整个流程全部加工信息,管理人员将该批次加工信息上传到生产信息管理平台。对于一些需要保密的重要信息以及批次卡无法容纳的大量信息,也可以和批次ID对应直接存储在生产信息管理平台的数据库中。在成品出厂前,系统从生产信息管理平台提取必要生产信息,写入成品包装所贴RFID标签用于后序环节追溯。
攻克三大难题
●编码问题
当今世界主流的RFID标签编码规范是欧美的EPC标准和日本的UID标准。具体来说,EPC编码长度可以是64位、96位或256位,但都包含统一的四个域: 版本号、管理域(对应生产厂家)、类别(商品种类)、序列号(标识单件物品)。UID编码长度为128位,根据需要能够扩展为256、384或512位; 它由三个字段组成,依次为: 编码类别标识(用于兼容现有的编码标准)、某种编码标准的编码内容(用于识别某类商品)、惟一标识(用于标识某类商品的具体个体)。
我国也在肉类食品供应链管理领域推出了一定RFID编码标准,比如针对动物饲养环节电子标签应用的GB/T20563-2006,另外即将推出肉与肉制品RFID追溯技术要求规范。但是在肉制品加工过程还没有相关RFID编码规范,目前可以参照相关国家、行业标准和企业内部编码规范进行。
●信息安全问题
出于对关键生产参数信息的保密考虑,生产过程每批物料加工的参数信息采集和访问需要权限。具体来说,每道工序的管理人员仅可以在生产过程中对自身权限的参数进行采集或修改,生产过程结束后便失去修改权限,仅可查看,并且对于他人权限的参数无法查看或修改。企业管理层具备最高权限,可以查看生产过程全部数据; 非管理人员仅可以查看管理系统采集参数和设定参数的对照结果是否合格,无法查看具体参数值。
RFID技术应用于肉制品加工过程,对工艺信息安全保障我们可以采取以下措施。
(1) RFID标签信息的存储和识别采用完善的数据校验机制和可靠的加密算法;
(2) 利用RFID标签标识的唯一性,与生产信息管理平台的数据库关联,将加工工艺重要参数用数据库远程存储而不是在标签内存储;
(3) 对于生产信息平台的加工工艺相关信息,在采集、修改和访问过程中严格按照设定权限操作,避免数据非法访问和篡改。
●技术配套问题
肉制品加工环节利用RFID进行信息采集,必须有配套的信息传输手段,比如现场总线通信技术或无线传感网络技术,可针对现场环境特点选择应用,以保证RFID采集的信息能够及时准确地上传给信息管理系统。
肉制品加工过程需要多个不同类型的RFID读写器设备及标签,必须有功能强大的RFID中间件支持,对这些设备进行功能管理、信息过滤、格式转换,最终以统一的接口格式送给信息管理平台处理。
信息管理平台需要不断接收底层生产环节大量的信息并及时进行处理,才能够保证每批制品的生产状态在线追踪、生产信息记录不丢失,所以信息管理平台要满足一定的实时性要求。
此外,RFID相关设备对肉制品加工过程的蒸汽、油脂等环境因素适应性也必须考虑,外壳需满足较高IP等级要求。
总的来说,RFID技术与精细化管理手段结合,可实现肉制品企业内部可追溯管理,向上游环节、下游环节延伸,进而实现饲养、屠宰、仓储、运输、加工、销售等供应链各环节的有效监控、追踪。
小贴士
RFID技术是一种先进的非接触式自动识别技术,用于肉制食品安全追溯管理时,因其识别速度快、准确率高,有利于提高供应链各环节信息采集效率。另一方面,RFID标签抗污染、耐高低温、耐久性强,适用于肉制食品供应链各个环节的应用环境; RFID还具有较大信息量存储功能,满足肉制品供应链各环节安全信息记录传递需要。
流水线屠宰进入现代化作业阶段
案例分享
RFID肉制品加工可追溯管理系统
下面以熏煮香肠加工过程为例,说明在肉制品加工过程中应用RFID技术实现生产过程的信息化和可追溯管理。
(1)原料检验
每批原料入厂后都需要先进行检验,检验流程包括对消毒证、检疫证和防五证等相关证明查验、登记,并对原料进行抽检。检验过程根据记录信息填写检验报告,最终评定合格方可入库。盖章的检验报告和“三证”原件存档,检验报告的内容录入企业生产信息管理平台,供后续工序查询。
(2)原料入库和库存管理
由于一批原料采购量可能很大,同一批次也会存在差异,要想实现安全追溯,从原料起就分成若干小批进行精细化管理。小批可按单位时间投料能力划分,每小批对应采用加贴UHF频段RFID标签的容器如托盘存放,标签及编码规则按国家肉制品追踪规范。仓库入口安装固定式UHF频段的RFID读写器及外置大功率天线,对每批原料入库信息进行自动记录。
库存管理可通过手持式UHF频段RFID读写器对物品码放位置进行记录、盘点,便于物品管理与查找。
(3)原料出库和分割解冻
生产管理人员持物料单领取一个或若干个小批原料,仓库出口安装固定式UHF频段的RFID读写器及外置大功率天线,按照设定功能自动记录出库时间、数量等信息,上传给企业生产信息管理系统。
每小批原料出库后对应发一张批次卡,批次卡为HF频段RFID标签,其唯一ID对应生产信息管理平台中该批原料的批次ID,与之绑定的信息继承直到仓库出口处的UHF标签信息,在后续环节由生产管理人员持批次卡对该批原料状态进行追踪。
在每一小批原料完成解冻、分割环节后,工作人员可通过手持RFID终端进行记录并上传给信息管理系统,系统会监视该批原料是否在规定时间内进行后序腌制环节。
(4)中间流程加工环节管理
RFID技术在腌制滚揉、搅拌填充、烟熏蒸煮、冷却包装、二次杀菌等中间流程加工环节中,每个环节至少配一台固定式或手持式HF频段RFID读写器。
从原料投入腌制环节开始进入流程加工,这个过程中无法使用RFID标签进行追踪,但可以按小批投入原料,根据批次ID对该批原料加工进度进行追踪。同时需要对每批次在不同环节的温度、时间等质量控制相关参数进行采集、记录。采集根据现场生产条件不同,可采用DCS直接采集、手持式终端采集或者人工采集方式,将采集数据上传到生产信息管理系统。
(5)出厂信息管理与追溯
每批肉制品完成全部加工流程出厂前,都需进行理化、微生物等检验,如果发现有检验不合格的,则根据原料批次ID从生产信息管理平台进行追溯。
出厂检验合格后,可对产品外部大包装加贴UHF频段RFID标签,通过手持式UHF频段读写器将该批产品对应的质量安全信息写入标签。大包装所贴标签及编码规格按国家肉制品追踪管理规范,内部小包装加贴符合EAN/UCC规范的条码。在用户查询库中,将条码与电子标签内容关联,这样批发商和消费者可以通过标签识别或条码扫描,检索产品出厂日期、原料品种、产地等质量安全相关信息,一旦发现问题还可以追溯。
可能您天天都在吃肉,但是您可能想象不出肉制品加工有多么复杂。前期的剔骨分割、腌制、搅拌、充灌等流程环节,加上后期的切片、包装等离散加工环节,每一个步骤都可能发生质量问题。怎么监控?RFID在这个领域早已不是新鲜技术,但要在全流程上采用RFID技术,以保证生产数据实时采集和质量追踪的不间断,是这类应用的难点问题。
我国是世界畜牧业生产大国,但在世界肉制食品出口市场所占份额却很低,其重要的原因就是食品安全缺乏保障。造成肉制食品安全问题的根本原因在于生产工业化的发展和市场范围的不断扩大,使肉制食品要通过复杂的供应链才能到达消费者手中。但肉制食品在供应链中常会使原料改变性状,而难由成品辨别原料品质,加之多层次的加工及流通环节,都对产品质量安全带来影响。由于目前国内应用RFID技术对肉制品供应链进行追踪管理仍处于尝试阶段,多为某个或某几个环节的应用,还难以实现对整个食品供应链进行全程追踪、追溯,但可以先实现肉制品企业内部可追溯管理。
全过程都要管
传统肉制食品安全管理普遍采用终端产品检验方式,缺乏对供应链各环节的有效监控和管理,增加了食品的安全风险。为了从根本上解决食品安全问题,许多发达国家通过法规订立和系统建设方式,建立起各自的食品安全追溯管理制度和系统。
食品安全追溯管理要求对食品在生产、加工和流通任何指定环节都具备相关信息追溯能力。具体对肉制食品来说,主要是实现饲养、屠宰、仓储、运输、加工、销售等供应链各环节的有效监控、追踪,实现可追溯管理。我国政府也从2004年开始以肉制品行业为试点,从源头饲养环节着手,建立生鲜肉和肉类制品追溯管理制度,并尝试建立相应的安全信息平台及管理系统。
肉制品加工属于离散与流程加工的混合,其中前期的剔骨分割、腌制、搅拌、充灌属于流程加工环节,后期的切片、包装等属于离散加工环节。离散环节的物料、半成品都有明确的单元或包装,便于加贴RFID标签直接追踪; 流程环节涉及原料的混合及性状变化,不能对原料、半成品个体进行明确区分,因此无法用RFID标签直接对物料个体进行追踪。如何在流程环节上应用RFID技术,以保持生产数据实时采集和质量追踪的不间断,是实现这类应用的难点。
多种RFID
择位“上岗”
在肉制品加工过程中,应根据不同加工环节的特点选择相应的RFID标签和RFID读写器。UHF频段电子标签用于仓储原料及成品追踪; HF频段电子标签用于生产流程加工环节状态标识和信息存储; 固定式UHF频段RFID读写器用于出入库信息采集; 手持式UHF频段RFID读写器用于库存管理信息采集、出厂信息写入; 固定式HF频段RFID读写器用于生产过程流程中,加工环节的状态追踪管理和信息采集。
在原材料出入库、库存管理、成品出厂等环节,RFID应用空间范围大,追踪对象要求远距离快速识别,可选择UHF频段ISO18000-6协议的RFID标签。相应地,需要配装UHF频段RFID读写器,根据不同场合的安装位置、识别操作特点、识别距离远近等决定读写器及天线的具体选择。
原材料出入库环节只需要识别出入库货物,可在仓库出入口安装固定式UHF读写器,并选择外置大功率极化天线,覆盖出入口空间。
库存盘点和成品出厂需由人员专门操作,可选择手持式UHF读写器,配合相应的功能菜单进行识别和参数写入等功能。该读写器采用内置极化天线,识别距离近、功耗低,支持电池供电。
在分割、腌制、搅拌、充灌、切片等中间加工环节,应用特点是空间有限、识别距离近,可选择HF频段ISO15693或ISO14443协议的RFID标签,相应地,选择HF频段固定式RFID读写器。在各生产工艺环节对应位置安装读写器,天线采用内置线圈型,符合小空间近距离识别需要,且避免相邻读写器相互干扰。
在流程环节用RFID标签对物料个体进行追踪,可以采用如下方案:
肉制品从原料起就分成若干小批次进行精细化管理,小批次可按生产线单位时间投料能力划分,每小批原料对应一张批次卡(电子标签),其唯一ID对应原料的批次ID。后续环节,生产管理人员凭借批次卡,对该批原料进度状态进行追踪,采集各批次在不同环节的温度、时间等加工参数信息,采集数据信息记录在批次卡中,最终上传给生产信息管理系统。
每批肉制品加工过程在不同工艺环节,需要采集并记录相应的状态和加工参数信息,可以将每批原料对应批次卡(RFID标签)存储空间按工序划分区域,每个区域对应存储某一环节的加工信息,原料加工完毕后批次卡就存储了整个流程全部加工信息,管理人员将该批次加工信息上传到生产信息管理平台。对于一些需要保密的重要信息以及批次卡无法容纳的大量信息,也可以和批次ID对应直接存储在生产信息管理平台的数据库中。在成品出厂前,系统从生产信息管理平台提取必要生产信息,写入成品包装所贴RFID标签用于后序环节追溯。
攻克三大难题
●编码问题
当今世界主流的RFID标签编码规范是欧美的EPC标准和日本的UID标准。具体来说,EPC编码长度可以是64位、96位或256位,但都包含统一的四个域: 版本号、管理域(对应生产厂家)、类别(商品种类)、序列号(标识单件物品)。UID编码长度为128位,根据需要能够扩展为256、384或512位; 它由三个字段组成,依次为: 编码类别标识(用于兼容现有的编码标准)、某种编码标准的编码内容(用于识别某类商品)、惟一标识(用于标识某类商品的具体个体)。
我国也在肉类食品供应链管理领域推出了一定RFID编码标准,比如针对动物饲养环节电子标签应用的GB/T20563-2006,另外即将推出肉与肉制品RFID追溯技术要求规范。但是在肉制品加工过程还没有相关RFID编码规范,目前可以参照相关国家、行业标准和企业内部编码规范进行。
●信息安全问题
出于对关键生产参数信息的保密考虑,生产过程每批物料加工的参数信息采集和访问需要权限。具体来说,每道工序的管理人员仅可以在生产过程中对自身权限的参数进行采集或修改,生产过程结束后便失去修改权限,仅可查看,并且对于他人权限的参数无法查看或修改。企业管理层具备最高权限,可以查看生产过程全部数据; 非管理人员仅可以查看管理系统采集参数和设定参数的对照结果是否合格,无法查看具体参数值。
RFID技术应用于肉制品加工过程,对工艺信息安全保障我们可以采取以下措施。
(1) RFID标签信息的存储和识别采用完善的数据校验机制和可靠的加密算法;
(2) 利用RFID标签标识的唯一性,与生产信息管理平台的数据库关联,将加工工艺重要参数用数据库远程存储而不是在标签内存储;
(3) 对于生产信息平台的加工工艺相关信息,在采集、修改和访问过程中严格按照设定权限操作,避免数据非法访问和篡改。
●技术配套问题
肉制品加工环节利用RFID进行信息采集,必须有配套的信息传输手段,比如现场总线通信技术或无线传感网络技术,可针对现场环境特点选择应用,以保证RFID采集的信息能够及时准确地上传给信息管理系统。
肉制品加工过程需要多个不同类型的RFID读写器设备及标签,必须有功能强大的RFID中间件支持,对这些设备进行功能管理、信息过滤、格式转换,最终以统一的接口格式送给信息管理平台处理。
信息管理平台需要不断接收底层生产环节大量的信息并及时进行处理,才能够保证每批制品的生产状态在线追踪、生产信息记录不丢失,所以信息管理平台要满足一定的实时性要求。
此外,RFID相关设备对肉制品加工过程的蒸汽、油脂等环境因素适应性也必须考虑,外壳需满足较高IP等级要求。
总的来说,RFID技术与精细化管理手段结合,可实现肉制品企业内部可追溯管理,向上游环节、下游环节延伸,进而实现饲养、屠宰、仓储、运输、加工、销售等供应链各环节的有效监控、追踪。
小贴士
RFID技术是一种先进的非接触式自动识别技术,用于肉制食品安全追溯管理时,因其识别速度快、准确率高,有利于提高供应链各环节信息采集效率。另一方面,RFID标签抗污染、耐高低温、耐久性强,适用于肉制食品供应链各个环节的应用环境; RFID还具有较大信息量存储功能,满足肉制品供应链各环节安全信息记录传递需要。
流水线屠宰进入现代化作业阶段
案例分享
RFID肉制品加工可追溯管理系统
下面以熏煮香肠加工过程为例,说明在肉制品加工过程中应用RFID技术实现生产过程的信息化和可追溯管理。
(1)原料检验
每批原料入厂后都需要先进行检验,检验流程包括对消毒证、检疫证和防五证等相关证明查验、登记,并对原料进行抽检。检验过程根据记录信息填写检验报告,最终评定合格方可入库。盖章的检验报告和“三证”原件存档,检验报告的内容录入企业生产信息管理平台,供后续工序查询。
(2)原料入库和库存管理
由于一批原料采购量可能很大,同一批次也会存在差异,要想实现安全追溯,从原料起就分成若干小批进行精细化管理。小批可按单位时间投料能力划分,每小批对应采用加贴UHF频段RFID标签的容器如托盘存放,标签及编码规则按国家肉制品追踪规范。仓库入口安装固定式UHF频段的RFID读写器及外置大功率天线,对每批原料入库信息进行自动记录。
库存管理可通过手持式UHF频段RFID读写器对物品码放位置进行记录、盘点,便于物品管理与查找。
(3)原料出库和分割解冻
生产管理人员持物料单领取一个或若干个小批原料,仓库出口安装固定式UHF频段的RFID读写器及外置大功率天线,按照设定功能自动记录出库时间、数量等信息,上传给企业生产信息管理系统。
每小批原料出库后对应发一张批次卡,批次卡为HF频段RFID标签,其唯一ID对应生产信息管理平台中该批原料的批次ID,与之绑定的信息继承直到仓库出口处的UHF标签信息,在后续环节由生产管理人员持批次卡对该批原料状态进行追踪。
在每一小批原料完成解冻、分割环节后,工作人员可通过手持RFID终端进行记录并上传给信息管理系统,系统会监视该批原料是否在规定时间内进行后序腌制环节。
(4)中间流程加工环节管理
RFID技术在腌制滚揉、搅拌填充、烟熏蒸煮、冷却包装、二次杀菌等中间流程加工环节中,每个环节至少配一台固定式或手持式HF频段RFID读写器。
从原料投入腌制环节开始进入流程加工,这个过程中无法使用RFID标签进行追踪,但可以按小批投入原料,根据批次ID对该批原料加工进度进行追踪。同时需要对每批次在不同环节的温度、时间等质量控制相关参数进行采集、记录。采集根据现场生产条件不同,可采用DCS直接采集、手持式终端采集或者人工采集方式,将采集数据上传到生产信息管理系统。
(5)出厂信息管理与追溯
每批肉制品完成全部加工流程出厂前,都需进行理化、微生物等检验,如果发现有检验不合格的,则根据原料批次ID从生产信息管理平台进行追溯。
出厂检验合格后,可对产品外部大包装加贴UHF频段RFID标签,通过手持式UHF频段读写器将该批产品对应的质量安全信息写入标签。大包装所贴标签及编码规格按国家肉制品追踪管理规范,内部小包装加贴符合EAN/UCC规范的条码。在用户查询库中,将条码与电子标签内容关联,这样批发商和消费者可以通过标签识别或条码扫描,检索产品出厂日期、原料品种、产地等质量安全相关信息,一旦发现问题还可以追溯。