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基于RFID的食品供应链管理系统
作者：易舒
来源：RFID世界网
日期：2009-06-02 10:56:19
摘要：在介绍RFID技术及其在食品行业应用现状的基础上，研究了基于RFID技术的食品供应链管理系统模型、功能结构，阐述了RFID应用于食品安全领域的基本方式，并简要分析了这一系统的优势和存在的问题。
1 引言
近年来，各种食品安全问题的爆发引起了社会的广泛关注。由于食品安全直接关系到人类的生命健康，每一位消费者都希望能够购买到健康的、安全的放心食品，并且掌握充分的食品安全信息。出于对消费者健康的保障和对社会稳定、经济发展的需求，通过一个可视化的食品供应链管理系统来进行食品安全监控的重要性日益突出。随着信息技术的发展，人们通过建立EDI平台实现了电子数据的交换，无线射频识别技术(RFID)作为一项新的识别技术，使食品安全监控更趋成熟。
2 RFID技术及其在食品行业的应用现状
RFID是一种非接触式自动识别技术，主要通过射频信号自动识别目标对象并获取相关信息，无须人工干预，能够在各种状态(静止、移动甚至恶劣环境)下准确识别运动物体。RFID技术具有体积小、容量大、寿命长、穿透力强、可重复使用、支持快速读写、可定位和长期跟踪管理等特点，在食品安全质量管理方面有着极大的应用潜力。
疯牛病、口蹄疫的爆发使西方发达国家对于食品的安全追踪提出了相当高的要求，他们对于RFID在这方面的应用也有了超前的发展。
美国食品药品监督管理局(FDA)建议制药企业从2006年起，全部利用RFID技术追溯跟踪可疑药品。英国MarksSpence超市应用RFID电子标签对新鲜食品实行供应链的管理，使用该技术的成本是应用条形码成本的1／10，大大节约了资源，提高了供应链的管理效率。北美最大的食品服务营销和分配组织SYSCO公司已经完成低温储运系统的RFID和传感系统测试，证明了RFID在食品运输过程中监控温度和环境条件的能力很强，可以有效保证食品品质和质量安全。在国内的食品安全领域，RFID产品也已经正式应用。基于RFID技术的“安全猪肉监控追溯系统”2005年在上海正式投入使用，该系统将RFID标签打在猪耳朵上，实时获取生猪的饲料、病历、喂药、转群、检疫等信息，目前该系统已经在上海市及华东地区57家大型猪场运行使用。
3 建立基于RFID的供应链管理系统
3．1 基于RFID的跟踪与追溯系统模型
基于RFID的跟踪与追溯系统模型包括RFID数据采集系统、RFID信息服务系统和应用软件(如物流决策系统等)。图1是集中式管理的跟踪与追溯系统模型的简图。
该模型的工作原理如下：(1)通过RFID的无线通信方式，存储在电子标签上的数据被传送给读写器；(2)读写器采集的数据经过中间件过滤掉重复的数据后，生成事件序列，传送给企业应用软件；(3)企业应用软件通过互联网或者局域网访问由电子标签信息指示的信息服务器，获取产品的相关信息。这一模型的信息服务系统相对集中，由产品制造商或者一个第i方机构来负责维护，可以建立一个相对封闭的系统，主要针对单个企业产品的跟踪与追溯。这与国内追溯系统现阶段的发展情况相适应。
与上述模型相对应，RFID食品供应链管理系统总体上由RFID标签／阅读器、RFID中间件和RFID应用系统构成。
(1)RFID标签／阅读器。RFID标签依附于食品的原料、半成品、成品外包装表面以及货运托盘上，其中记录着该实体的属性信息和相关操作信息。RFID阅读器被设置在供应链的关键节点中，实时读取食品RFID标签中的信息，并连同阅读器自身的属性及读取时间等信息一同传送至RFID中间件。
(2)RFID中间件。RFID中间件负责实现与RFID硬件以及配套设备的信息交互和管理，同时作为一个软硬件集成的桥梁，完成与上层复杂应用系统的信息交换。中间件与RFID阅读器相连接，并接受来自阅读器的RFID数据。它具有数据的搜集、过滤、整合与传递等功能，以便将正确的对象信息传到后端的应用系统，进而减轻架构与维护的复杂性。
(3)RFID应用系统。RFID应用系统是RFID数据与食品供应链中业务逻辑相集成的信息管理系统。它能对RFID中间件传来的虚拟数据对象执行预先建立的业务逻辑。我们将这一模型应用于食品行业中形成整合食品供应链的工具，其基本结构如图2。
针对食品供应链系统中各个环节的功能和特征，我们应当选择不同的RFID标签形式：
(1)在生产加工环节，从原料基地中运送至加工工厂的每批次原料都夹带一个RFID标签，该标签上主要记录生产养殖的相关信息，如养殖场编号、运出时间、运送批次等，这些信息与生产企业自身的内部信息系统数据库相联系。生产加工结束后，在该标签上还应当写入该节点的加工信息，然后装箱打包，放在带有RFID标签的托盘上，以待运输和入库。
(2)在食品仓储环节，入库、出库时通过扫描粘贴在托盘上的RFID标签，系统能够清楚地获知托盘上货箱甚至单件货品的标记、发出地、储运历史、目的地、有效期及其他信息。通过自动扫描RFID标签可以对食品库存量精确监控。当库存量接近或小于安全库存量时，系统将自动做出提示，并根据订货模型迅速制定订货计划，经库存管理人员确认后，发向加工工厂。
(3)在食品配送调度环节，系统按照各个销售网点的历史销售数据以及实时反馈的销售状况信息合理分配食品供应。食品运抵各个销售网点后经扫描进入销售仓库，建立入库信息。在食品库存无法及时补给时，也可以向其他销售网点发出信息，调配多余存货。
(4)在食品销售环节，销售工作人员将视频进行出库扫描后，在实际销售过程中，建立单个食品与顾客之间的数据联系，实时向食品仓库反馈食品销售信息，以供制定进货、补货等计划决策。
4 基于RFID技术的系统优势和问题分析
4．1 RFID与其他追踪技术的比较
目前，对食品供应链管理的手段还不是很多，传统的技术很难对整个系统进行实时监控。条码技术在食品行业中得到广泛应用，而且在过去的几十年间条码技术发展得也很迅速，并已经在原有一维条码的基础上开发出了二维条码。但是一维条码尺寸相对较大，不适宜在较小的物品上使用，而且不具备容错能力，磨损或脏污睛况不可读取。二维条码属于电子标识范畴，提高了身份标识的自动获取能力，但其获取前端属于光学信号渎取装置，易受光线、雾气和脏污等物理环境的影响 。同时条码技术只能采用人工的方法进行近距离的读取，无法做到实时快速地获得大批量食品的质量信息，而且其在流通环节上也无法提供食品所处环境信息的实时记录。
就其本身而言，RFID在很多方面都具有明显的优势。读取数量上，条码读取时只能一次一个，RFID可以同时读取多个RFID的标签资料；远距离读取上，条码读取时需要光线，RFID标签不需要光线就可以读取或者更新；资料容量上，RFID存储的资料容量比条码大得多；读写能力上，条码资料不可更新，RFID芯片内存储的电子资料可以反复读写；读取方便性上，条码读取时需要能够被清楚地看到，RFID芯片可以很薄，隐藏在包装内仍然可以读取资料；资料正确性上，条码需要人工读取，很容易造成人为错误，RFID标签内的资料全部是通过电磁波传递，可以在很大程度上降低这种错误的可能性。
结合RFID应用于食品供应链中的特殊要求，RFID标签具有更广泛的适用性。例如，在养殖阶段采用RFID标识，能够保证在恶劣环境下，数据的实时、自动采集，同时提高准确性；在屠宰加工环节，RFID能够把屠宰加工过程透明化。管理、销售和消费者都可以实时、准确、直观地了解其屠宰加工过程的相应信息。除此之外，对于肉类、果蔬等在生产、加工、储藏运输、零售等环节对温度要求比较严格的食品，RFID标签可以具备温度、湿度传感技术，使其既能标识物体又能记录物体温度变化。类似的，“带温度传感器的RFID标签”在食品物流过程的冷链技术中，可以在收货与发货过程中自动记录流通中温度变化的情况，以便界定相关责任。
4．2 系统优势分析
基于RFID的食品供应链管理系统具有如下优势：利用RFID的特性，该系统可以达到对食品的安全与追溯管理的目的，相比记录档案追溯方式，更加高效、实时、便捷，并且可以在食品供应链中提供完全透明的管理，保障食品安全全程可视化控制、监控与追溯。不仅相关的工作人员可以了解到食品“从农田到餐桌”的全过程，通过网络，消费者也可以查询所购买食品的完整追踪信息。
该系统可以全面监控种植、养殖源头污染，也能及时、真实、准确地反映生产加工过程的添加剂，一旦食品中掺人了有害物质或者在流通环节中存在安全隐患，都能够在第一时间传输到控制中心，及时得到反应，采取适当的措施来排除安全隐患。
利用RFID跟踪与追溯系统，经过采集、整合后的数据能够通过网络实现实时、准确报送，便于快速高效地做更深层次的分析研究。在此基础上，该系统不仅能够迅速对事故做出反应，还可以利用历史数据，对有可能出现的食品安全隐患进行有效评估，并为科学预警提供依据，从而防治结合，确保食品的安全。
综合来讲，基于RFID的食品供应链管理系统能够使食品“从农田到餐桌”的过程更加透明，更加具有可控性，同时也能对食品需求变动做 快速反应，提高食品供应链信息的整合效率。
4．3 RFID在食品供应链管理系统中存在的问题
RFID技术在食品供应链管理系统中应用可以带来许多优势，但是由于一些内在的原因，仍然存在如下一些问题：
(1)成本问题。价格是影响RFID大规模应用的一个关键因素。真的做到单件产品不论蔬菜、鸡蛋都贴有RFID标签，势必要求标签价格非常低，像现在的条码一样。但目前RFID标签的价格相对比较昂贵，尤其是对一些小的产品如家禽、蔬菜等，其成本较高。
(2)信息链问题。采用RFID技术可以对食品供应链中的产品及其相关信息、参与方信息等进行有效的标识。进行食品跟踪与追溯，要求在食品供应链中的每一个加工点，不仅要对自己加工成的产品进行标识，还要采集所加工的食品原料上已有的标识信息，并将其全部信息标识在加工成的产品上，以备下一个加工者或消费者使用。这好比一个环环相扣的链条，任何一个环节断了，整个链条就脱节了，而供应链中跨环节之问的联系比较脆弱，这是实施跟踪与追溯的最大问题。一个架构良好的食品供应链信息平台对信息链的完整和执行到位将起到重要作用。
(3)电子标签信息录入问题。由于食品生产周期不长、消费时限短、品种繁杂、生产单位众多等因素，食品的供应链中必然产生大量的信息，但一般而言电子标签是存储的容量越大，价格就越高。这就涉及到信息的筛选问题。以兽药为例，兽药是动物养殖过程中需要考虑的安全指标，引起这个指标变化的因素有兽药品种、防治的疾病、使用量、使用时间及休药期等，这就要求在实际研究中确定出关键的信息指标，录入电子标签中，以应对安全事故。
(4)经济效益问题。在RFID发展的早期，一直盛传着RFID是一种专有技术，没有任何标准可循的一种错误观念。就是凶为RFID业界对市场的价值观理解有偏差，RFID厂商总是单纯强调RFID标签的成本问题，业内有一个颇流行的说法，当每个RFID标签的成本价下降到5美分时，RFID的应用就会到达“井喷”的临界点。现在RFID标签的成本早已下降到这个水平，然而期望中RFID技术大规模应用与推广的情景并没有到来。实际上，由于RFID系统包括标签、读写器和软件三个部件，通常一个作业系统(例如整个物流输送链)又有多个站点需要使用到这些部件，因此其总体设备投入成本不会特别低，RFID厂商如不在经济效益这方面增加砝码，企业心中的天平对RFID的评价肯定永远是成本高于经济效益。所以只有令市场清楚明白RFID所能带来的经济效益，这个产业的腾飞瓶颈才能迎刃而解。
5 结语
显然RFID技术的广泛应用仍需要突破许多安全、成本和技术的瓶颈，这些都有待进一步的研究和开发。系统也存在不足之处，例如标签记录了虚假信息、信息链中断或信息丢失等 目前据文献报道可以用同位素、矿物元素、虹膜等检测技术进行监督和支撑。但总的来说，RFID是目前最适合应用于食品安令监控全过程的技术，基于RFID的食品供应链管理系统具有进一步优化的价值。
近年来，各种食品安全问题的爆发引起了社会的广泛关注。由于食品安全直接关系到人类的生命健康，每一位消费者都希望能够购买到健康的、安全的放心食品，并且掌握充分的食品安全信息。出于对消费者健康的保障和对社会稳定、经济发展的需求，通过一个可视化的食品供应链管理系统来进行食品安全监控的重要性日益突出。随着信息技术的发展，人们通过建立EDI平台实现了电子数据的交换，无线射频识别技术(RFID)作为一项新的识别技术，使食品安全监控更趋成熟。
2 RFID技术及其在食品行业的应用现状
RFID是一种非接触式自动识别技术，主要通过射频信号自动识别目标对象并获取相关信息，无须人工干预，能够在各种状态(静止、移动甚至恶劣环境)下准确识别运动物体。RFID技术具有体积小、容量大、寿命长、穿透力强、可重复使用、支持快速读写、可定位和长期跟踪管理等特点，在食品安全质量管理方面有着极大的应用潜力。
疯牛病、口蹄疫的爆发使西方发达国家对于食品的安全追踪提出了相当高的要求，他们对于RFID在这方面的应用也有了超前的发展。
美国食品药品监督管理局(FDA)建议制药企业从2006年起，全部利用RFID技术追溯跟踪可疑药品。英国MarksSpence超市应用RFID电子标签对新鲜食品实行供应链的管理，使用该技术的成本是应用条形码成本的1／10，大大节约了资源，提高了供应链的管理效率。北美最大的食品服务营销和分配组织SYSCO公司已经完成低温储运系统的RFID和传感系统测试，证明了RFID在食品运输过程中监控温度和环境条件的能力很强，可以有效保证食品品质和质量安全。在国内的食品安全领域，RFID产品也已经正式应用。基于RFID技术的“安全猪肉监控追溯系统”2005年在上海正式投入使用，该系统将RFID标签打在猪耳朵上，实时获取生猪的饲料、病历、喂药、转群、检疫等信息，目前该系统已经在上海市及华东地区57家大型猪场运行使用。
3 建立基于RFID的供应链管理系统
3．1 基于RFID的跟踪与追溯系统模型
基于RFID的跟踪与追溯系统模型包括RFID数据采集系统、RFID信息服务系统和应用软件(如物流决策系统等)。图1是集中式管理的跟踪与追溯系统模型的简图。
该模型的工作原理如下：(1)通过RFID的无线通信方式，存储在电子标签上的数据被传送给读写器；(2)读写器采集的数据经过中间件过滤掉重复的数据后，生成事件序列，传送给企业应用软件；(3)企业应用软件通过互联网或者局域网访问由电子标签信息指示的信息服务器，获取产品的相关信息。这一模型的信息服务系统相对集中，由产品制造商或者一个第i方机构来负责维护，可以建立一个相对封闭的系统，主要针对单个企业产品的跟踪与追溯。这与国内追溯系统现阶段的发展情况相适应。
图1 RFID跟踪与追溯系统模型
与上述模型相对应，RFID食品供应链管理系统总体上由RFID标签／阅读器、RFID中间件和RFID应用系统构成。
(1)RFID标签／阅读器。RFID标签依附于食品的原料、半成品、成品外包装表面以及货运托盘上，其中记录着该实体的属性信息和相关操作信息。RFID阅读器被设置在供应链的关键节点中，实时读取食品RFID标签中的信息，并连同阅读器自身的属性及读取时间等信息一同传送至RFID中间件。
(2)RFID中间件。RFID中间件负责实现与RFID硬件以及配套设备的信息交互和管理，同时作为一个软硬件集成的桥梁，完成与上层复杂应用系统的信息交换。中间件与RFID阅读器相连接，并接受来自阅读器的RFID数据。它具有数据的搜集、过滤、整合与传递等功能，以便将正确的对象信息传到后端的应用系统，进而减轻架构与维护的复杂性。
(3)RFID应用系统。RFID应用系统是RFID数据与食品供应链中业务逻辑相集成的信息管理系统。它能对RFID中间件传来的虚拟数据对象执行预先建立的业务逻辑。我们将这一模型应用于食品行业中形成整合食品供应链的工具，其基本结构如图2。
图2 RFID食品供应链管理系统
针对食品供应链系统中各个环节的功能和特征，我们应当选择不同的RFID标签形式：
(1)在生产加工环节，从原料基地中运送至加工工厂的每批次原料都夹带一个RFID标签，该标签上主要记录生产养殖的相关信息，如养殖场编号、运出时间、运送批次等，这些信息与生产企业自身的内部信息系统数据库相联系。生产加工结束后，在该标签上还应当写入该节点的加工信息，然后装箱打包，放在带有RFID标签的托盘上，以待运输和入库。
(2)在食品仓储环节，入库、出库时通过扫描粘贴在托盘上的RFID标签，系统能够清楚地获知托盘上货箱甚至单件货品的标记、发出地、储运历史、目的地、有效期及其他信息。通过自动扫描RFID标签可以对食品库存量精确监控。当库存量接近或小于安全库存量时，系统将自动做出提示，并根据订货模型迅速制定订货计划，经库存管理人员确认后，发向加工工厂。
(3)在食品配送调度环节，系统按照各个销售网点的历史销售数据以及实时反馈的销售状况信息合理分配食品供应。食品运抵各个销售网点后经扫描进入销售仓库，建立入库信息。在食品库存无法及时补给时，也可以向其他销售网点发出信息，调配多余存货。
(4)在食品销售环节，销售工作人员将视频进行出库扫描后，在实际销售过程中，建立单个食品与顾客之间的数据联系，实时向食品仓库反馈食品销售信息，以供制定进货、补货等计划决策。
4 基于RFID技术的系统优势和问题分析
4．1 RFID与其他追踪技术的比较
目前，对食品供应链管理的手段还不是很多，传统的技术很难对整个系统进行实时监控。条码技术在食品行业中得到广泛应用，而且在过去的几十年间条码技术发展得也很迅速，并已经在原有一维条码的基础上开发出了二维条码。但是一维条码尺寸相对较大，不适宜在较小的物品上使用，而且不具备容错能力，磨损或脏污睛况不可读取。二维条码属于电子标识范畴，提高了身份标识的自动获取能力，但其获取前端属于光学信号渎取装置，易受光线、雾气和脏污等物理环境的影响 。同时条码技术只能采用人工的方法进行近距离的读取，无法做到实时快速地获得大批量食品的质量信息，而且其在流通环节上也无法提供食品所处环境信息的实时记录。
就其本身而言，RFID在很多方面都具有明显的优势。读取数量上，条码读取时只能一次一个，RFID可以同时读取多个RFID的标签资料；远距离读取上，条码读取时需要光线，RFID标签不需要光线就可以读取或者更新；资料容量上，RFID存储的资料容量比条码大得多；读写能力上，条码资料不可更新，RFID芯片内存储的电子资料可以反复读写；读取方便性上，条码读取时需要能够被清楚地看到，RFID芯片可以很薄，隐藏在包装内仍然可以读取资料；资料正确性上，条码需要人工读取，很容易造成人为错误，RFID标签内的资料全部是通过电磁波传递，可以在很大程度上降低这种错误的可能性。
结合RFID应用于食品供应链中的特殊要求，RFID标签具有更广泛的适用性。例如，在养殖阶段采用RFID标识，能够保证在恶劣环境下，数据的实时、自动采集，同时提高准确性；在屠宰加工环节，RFID能够把屠宰加工过程透明化。管理、销售和消费者都可以实时、准确、直观地了解其屠宰加工过程的相应信息。除此之外，对于肉类、果蔬等在生产、加工、储藏运输、零售等环节对温度要求比较严格的食品，RFID标签可以具备温度、湿度传感技术，使其既能标识物体又能记录物体温度变化。类似的，“带温度传感器的RFID标签”在食品物流过程的冷链技术中，可以在收货与发货过程中自动记录流通中温度变化的情况，以便界定相关责任。
4．2 系统优势分析
基于RFID的食品供应链管理系统具有如下优势：利用RFID的特性，该系统可以达到对食品的安全与追溯管理的目的，相比记录档案追溯方式，更加高效、实时、便捷，并且可以在食品供应链中提供完全透明的管理，保障食品安全全程可视化控制、监控与追溯。不仅相关的工作人员可以了解到食品“从农田到餐桌”的全过程，通过网络，消费者也可以查询所购买食品的完整追踪信息。
该系统可以全面监控种植、养殖源头污染，也能及时、真实、准确地反映生产加工过程的添加剂，一旦食品中掺人了有害物质或者在流通环节中存在安全隐患，都能够在第一时间传输到控制中心，及时得到反应，采取适当的措施来排除安全隐患。
利用RFID跟踪与追溯系统，经过采集、整合后的数据能够通过网络实现实时、准确报送，便于快速高效地做更深层次的分析研究。在此基础上，该系统不仅能够迅速对事故做出反应，还可以利用历史数据，对有可能出现的食品安全隐患进行有效评估，并为科学预警提供依据，从而防治结合，确保食品的安全。
综合来讲，基于RFID的食品供应链管理系统能够使食品“从农田到餐桌”的过程更加透明，更加具有可控性，同时也能对食品需求变动做 快速反应，提高食品供应链信息的整合效率。
4．3 RFID在食品供应链管理系统中存在的问题
RFID技术在食品供应链管理系统中应用可以带来许多优势，但是由于一些内在的原因，仍然存在如下一些问题：
(1)成本问题。价格是影响RFID大规模应用的一个关键因素。真的做到单件产品不论蔬菜、鸡蛋都贴有RFID标签，势必要求标签价格非常低，像现在的条码一样。但目前RFID标签的价格相对比较昂贵，尤其是对一些小的产品如家禽、蔬菜等，其成本较高。
(2)信息链问题。采用RFID技术可以对食品供应链中的产品及其相关信息、参与方信息等进行有效的标识。进行食品跟踪与追溯，要求在食品供应链中的每一个加工点，不仅要对自己加工成的产品进行标识，还要采集所加工的食品原料上已有的标识信息，并将其全部信息标识在加工成的产品上，以备下一个加工者或消费者使用。这好比一个环环相扣的链条，任何一个环节断了，整个链条就脱节了，而供应链中跨环节之问的联系比较脆弱，这是实施跟踪与追溯的最大问题。一个架构良好的食品供应链信息平台对信息链的完整和执行到位将起到重要作用。
(3)电子标签信息录入问题。由于食品生产周期不长、消费时限短、品种繁杂、生产单位众多等因素，食品的供应链中必然产生大量的信息，但一般而言电子标签是存储的容量越大，价格就越高。这就涉及到信息的筛选问题。以兽药为例，兽药是动物养殖过程中需要考虑的安全指标，引起这个指标变化的因素有兽药品种、防治的疾病、使用量、使用时间及休药期等，这就要求在实际研究中确定出关键的信息指标，录入电子标签中，以应对安全事故。
(4)经济效益问题。在RFID发展的早期，一直盛传着RFID是一种专有技术，没有任何标准可循的一种错误观念。就是凶为RFID业界对市场的价值观理解有偏差，RFID厂商总是单纯强调RFID标签的成本问题，业内有一个颇流行的说法，当每个RFID标签的成本价下降到5美分时，RFID的应用就会到达“井喷”的临界点。现在RFID标签的成本早已下降到这个水平，然而期望中RFID技术大规模应用与推广的情景并没有到来。实际上，由于RFID系统包括标签、读写器和软件三个部件，通常一个作业系统(例如整个物流输送链)又有多个站点需要使用到这些部件，因此其总体设备投入成本不会特别低，RFID厂商如不在经济效益这方面增加砝码，企业心中的天平对RFID的评价肯定永远是成本高于经济效益。所以只有令市场清楚明白RFID所能带来的经济效益，这个产业的腾飞瓶颈才能迎刃而解。
5 结语
显然RFID技术的广泛应用仍需要突破许多安全、成本和技术的瓶颈，这些都有待进一步的研究和开发。系统也存在不足之处，例如标签记录了虚假信息、信息链中断或信息丢失等 目前据文献报道可以用同位素、矿物元素、虹膜等检测技术进行监督和支撑。但总的来说，RFID是目前最适合应用于食品安令监控全过程的技术，基于RFID的食品供应链管理系统具有进一步优化的价值。
