基于RFID技术的酒类防伪与追溯管理研究

引言

　　近年来由于改革开放以及中国加入世贸组织的影响，我国的酿酒行业在技术以及新品的研发上有了长足发展。酒类产品的制作工艺以及产销量也在不断提高。具不完全统计，截止2010年底酒类行业的工业总产值已经突破2千亿元，其中白酒占总产值的65% 红酒占到了总产值的30%以上，但是由于酒类市场的不断发展壮大，使越来越多的不法分子看到其中所存在的巨大利益，假冒伪劣的酒类制品屡禁不止极大地破坏了市场环境，对企业造成了巨大的经济损失也严重影响了人们的身体健康与生命安全。在这种情况之下我们迫切需要一种新的防伪管理技术来有效制止假冒劣质酒在市场的流通，建立起监管追溯一条龙的运营模式。而射频识别技术（RFID）可以有效的解决这一难题，该技术的优点在于为每一瓶酒加装一个独一无二的电子身份证。从原产品的种植，仓储，物流运输，到经销商的信息进行全面的记录并提供查询服务，建立起生命链防伪溯源管理从根本上杜绝假酒的产生。

一、 酒类防伪现状以及存在的问题

　　我国大小酒制品企业30000多家，但是真正获取生产许可的只有不到1万家，而在2005年的酒类生产资格调查中显示通过率仅为百分之15%，这说明中小企业假冒伪劣侵权行为严重，并潜在食品安全性问题。此现象发生的原因是因为行业经营比较集中，传统名优酒类品牌知名度高，但行业防伪手段落后，使得不法分子选择对高端酒类造假成为其快速谋取暴利的手段。据《北京晨报》2010年12月23日报道，河北昌黎县周边少数葡萄酒厂家生产假冒伪劣葡萄酒，傍名牌一条龙造假行为尤为猖獗，给当地的知名葡萄酒企业造成了严重的影响，一瓶成本几块钱的酒经过灌装，贴牌，包装后就成了知名品牌的酒，价格也翻了十几倍。

　　尽管各知名酒商不断进行防伪措施的更新换代，但归根结底造成此类原因的问题在于以下三方面：一是大酒厂防伪手段落后；二是标签贴装工艺简单容易造假（通过标签生产商，回收等）；三是标签可识别性差，消费者不能判断标签真伪。现有酒类商品防伪手段主要分为：数码防伪（短信防伪），光学防伪，化学油墨防伪，条形码防伪，包装防伪等。这些防伪手段在制作商具备一定的科技含量，但都存在相似的缺点即；防伪信息肉眼可见。包装和防伪标签可被回收再利用或被仿制。而且仿制的产品其外观特征与原包装几乎相同，消费者能难辨别真伪。所以需要研发一种新型防伪技术改善这些存在的问题，提高企业的防伪管理水平。

二、 国内外酒类RFID技术的发展现状及应用情况

　　（一） RFID射频识别技术及工作原理：

　　RFID（Radio Frequency Identification）是一种无线射频识别技术，它是自动识别技术的一种。从概念上来讲，RFID 类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。

　　RFID系统组成如下图所示。标签进入磁场后，接收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（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；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。

　　（二） 国外RFID发展现状

　　美国早在1970年酒开始了RFID的民用化推广，1980年末美国与欧洲的很多家公司开始生产RFID电子标签，如今RFID技术已被光放应用到各个领域，如门禁管理，城市一卡通，物流管理追溯等。

　　2006年初美国的EJ Gallo葡萄酒公司率先应用了RFID标签，他的主要目的是进行大范围的仓储盘点以及货物运输，但随着市场的不断发展扩大，这种技术逐渐被运用于酒类的溯源防伪领域。近年来德国的伏特加假酒案，印度假酒案致143人甲醇中毒死亡案等不断涌现，在这种情况之下大部分国外知名酒商纷纷采用了RFID射频监测手段来进行有效的监管。直至2010年初RFID酒类溯源技术已经推广到了欧洲9个国家以及美国，印度等国。知名酒商如Jebson&Co，Wolf Blass Yellow Label Cabernet Sauvignon等都率先采用这种技术。

　　（三） 国内RFID发展现状

　　RFID技术在国内的应用还不是很广泛，只有部分领域使用了这种技术，如公交一卡通，邮政包裹，二代身份证等，并且功能及作用范围十分有限。2006年科技部等15部委发布《中国射频识别技术政策白皮书》指出RFID产业将成为国民经济的新增长点，并在重大项目尅申请指南中强调：在“十一五”期间大力发展射频识别技术。

    我国酒类制品造假由来已久，早在1994年山西溯州假酒案造成十几人中毒死亡，使与本案无关的中国四大名酒之首山西汾酒从行业第一（“汾老大”）跌落20名以外，十余年不能恢复元气。当今假烟假酒盛行已是公开的事实。市场盛传茅台真假比例为1：9，五粮液真假比例为1：3，洋河真假比例为1：1，等等。这些是无法统计无法验证的。2009年末为响应国家对于食品安全朔源的管理要求和提升行业品牌形象，五粮液、茅台、双钩、泸州老窖纷纷开始尝试应用RFID技术进行防伪管理，但由于方案设计不够成熟成本以及成本过高等原因，其实无法大力推广使用。

三、RFID酒类防伪追溯管理解决方案

　　（一） 防伪需求分析

　　1. 产品假冒：今年来各个知名白，红酒厂家均被假冒伪劣产品所困扰，年损失几千万，使用的防伪技术老旧无法从源头解决根本问题。
　　2. 消费者对商品信息的需求：消费者需要了解酒的质量，是否假冒，以及产地，生产厂家，生产日期，品种，等级是否与实务相符以及酒的原料成分，生长环境，制作工艺，文化内涵等。
　　3. 生产企业对防伪信息的需求：需要做到高度可靠，难以伪造， 保证物流过程产品安全等。
　　4. 流通企业对产品信息的需求：做到使用方便，操作简单，防伪及产品质量安全信息能够快速查询，投入的设施和费用企业能够承担。
　　5. 政府监管部门对信息的需求：酒类流通监管，结合管理制度建立产品履历管理体系，产品检验及鉴定信息等。

　　（二） 项目可行性分析

　　选择有市场基础和雄厚实力并且迫切需要此类技术进行产品完善工作的昌黎葡萄酒公司为试点，建立基于RFID技术的酒类防伪综合示范的标准化基地，从酒的整个生产流程推行基于RFID技术的酒类防伪示范工程，开展酒类防伪综合应用试点，项目运营成熟后在逐渐推广到其他酒类企业。

　　目前，酒类防伪系统在国内市场还处于导入期，需要广泛的宣传以及政府的支持。通过研究RFID在酒类防伪溯源中的应用，提出低成本合理化的RFID技术解决方案，实现RFID技术在酒类行业的推广，形成行业应用标准，带动我国RFID技术产业化的发展，同时也宣传了酒类防伪溯源的离你那，推动了传统名优白酒产业在“十一五”的健康发展，有利于出尽白酒产业向名优白酒方向的发展。

　　在技术方面，传统的酒类防伪溯源技术存在着很多缺陷，如记载信息量太小，不能完整的记录涉及的所有信息，信息只读不支持写入，识读范围小，容易损坏，不能适应潮湿的环境等。而RFID则基于无线射频技术，可以完成对于标签内容的识读与数据集成，可以记载大量的商品物流信息等，并且可读可写式的记录方式可以有效的做到产品的追溯工作能够及时发现存在的问题。此外，RFID标签具有使用寿命长，安全性高，对环境要求低等优点，拥有条形码不具备的防水，防磁，耐高温等性能。近年来RFID技术发展迅速，我国的铁路，公交，邮政，物流，烟草，医药，公安等诸多行业都已经使用了RFID技术。由于其技术给人带来极大地方便，并且随着价格的下降技术的完善，RFID技术正向日常生活工作的各个方面快速渗透。RFID的普及为基于RFID技术的酒类防伪系统研究提供了基础，通过研究RFID在酒类防伪系统中的技术应用，有助于探索酒类防伪标准中的关键技术标准规范，加快创新，推动RFID产业发展。

　　企业方面，基于RFID技术的酒类防伪追溯系统可以帮助企业实现标准化的防伪规范和防伪操作流程，能够利用RFID技术优势实现自动数据采集提高工作效率，帮助企业提高监管生产能力，扩展品牌质量优势。我国是酒制品生产大国，酒类企业众多，基于RFID的防伪溯源技术拥有广阔的市场前景。
消费者方面，消费者对于酒类的质量，卫生情况有着越来越高的要求。RFID酒类溯源防伪能够提供给消费者一系列的酒类信息并且保证酒品的安全，并能消费者对于酒的知情权和选择权，使消费者购买的更放心。

　　（三） 总体方案

　　1. 方案概述

　　在竞争日益加剧的今天，产品质量已经关乎到企业的生死，是每个企业都不能忽视的问题，企业必须加快技术革新，采用先进的工艺技术，加强产品质量监管，增强国内外市场竞争力，减少投入，不断提高经济效益。质量管理对于企业是非常现实的需求，在实现质量的过程中，质量追踪起着重要的作用。

　　系统覆盖了从生产至出入库至市场查询等流通环节，具有很高的完整性和灵活性。其与物流系统结合后，将具有强大的防伪防窜和全方位的追踪溯源功能。该系统采用自动化技术，自动识别技术以及信息加密技术，给每件产品赋予唯一的身份标签，通过在生产过程中进行产品赋码及对流通销售信息的监管，实现对每件酒类产品的物流，信息流进行监督管理和控制。

　　方案以RFID技术为数据管理手段，对企业生产分销等环节的作业过程进行自动识别实现信息化管理，以确保业务过程中对各种对象管理的正确性，准确性。信息化建设主要针对防伪，溯源管理，仓库管理，分销管理，流向追溯无方面开实施。

　　在商品防伪领域内，防伪技术是保护消费者权益和企业利益的重要技术。然而目前市场上的防伪产品采用的防伪技术绝大部分仍然是纸质材料，这些材料和技术容易被复制和替换不能起到其应有的作用，而RFID芯片内容无法被仿制。

　　在生产环节中提前将RFID标签标签初始化并关联到相应的生产任务中，生产时将RFID标签缝制在红酒内，为以后的业务过程打下数据基础。生产环节根据企业需要还应对圆脸的采购，加工，生产的工序，公式等进行相应的管理。

　　仓库管理除了基本的入库，盘点管理外，还应明确货区货位，对产品的销售周期，库存成本，库龄周期，库存属性，库内业务效率等做相应的分析管理。

　　分销环节中使用定制的线体对大型仓库的出入库数据进行采集，门店应用无线终端进行收发货操作。以此来实现总公司到分公司到代理商，加盟店店的数据共享。

　　当企业的管理平台搭建成功后，就可以对从生产到销售终端的质量追溯，防伪防串，渠道优化整合等出具管理依据。

　　2．整体技术方案

图2. 系统架构

　　由上图所示该系统架构分为五部分组成：接入层；数据层；服务层；应用层；表示层。
　　（1）接入层：主要的作用是通过读写器，传感器，无线网络等设备采集相关射频信号数据并发送这些数据层进行下一步操作。
　　（2）数据层：包括单位信息，产品数据，容器信息，事件信息等，并把这些信息发送到服务层进行解码转换等工作。
　　（3）服务层：包括注册编码解析，RFID信息服务，RFID发现服务，异常处理服务等，其作用是通过特定的编码解析把射频数据转换为数字数据并储存到中心服务器中以备后续调用；此外通过数据的交互可对RFID设备的运行请款进行管理，并能处理发生的问题。
　　（4）应用层：包括采购管理，生产管理，物流管理，质量管理，跟踪追溯等应用系统。这些管理系统跟服务层的中央数据库相连并调用数据库中的数据，了解事实储存的信息进行生产，物流仓储等方面的管理。
　　（5）表示层：是企业网站和相关部门的网站入口，现有的企业ERP或信息系统可以在应用层通过接口集成。使各个监管部门可以有效的进行管理并执行检查的工作。

　　此整体技术方案目的是通过RFID电子标签的特性把酒类防伪应用中遇到的防伪技术仿造问题解决，彻底解决防伪标签防伪码被再利用的问题通过防止回收使用的电子标签封转技术解决，解决电子标签在酒类瓶装封装环境下的自动写入，可识读适应性问题，解决酒类产品全程追踪溯源问题。在产品出现问题的情况下可以快速找到出问题的环节。

　　3. 流程设计思路

图3. 项目实现功能

　　系统在一台服务器的平台上运行，其功能主要由五个模块组成：单件酒类防伪管理模块；酒类跟踪管理模块；自动化生产管理模块；酒类仓库管理模块； 酒类物流管理模块。

　　追溯体系包含如下环节：
　　（1） 原料储存环节：原料库RFID分类管理，先进先出，原料等级分区。
　　（2） 生产管理环节：生产线赋予每瓶酒RFID标签并进行生产工位计件。
　　（3） 成品中心库管理环节：生产完的酒入通过RFID自动感应上传入库信息；并实现库存酒RFID手持机快速盘点
　　（4） 异地库管理环节：异地库可通过RFID手持PDA进行收货，确认货物是否完整被调换过，从何处发货等。
　　（5） 经销商管理环节：经销商通过RFID手持PDA可查到此货物的发货运输信息。
　　（6） 终端用户管理环节：终端客户通过RFID终端查询机可以查到每瓶酒的原料生产过程，仓储，物流，经销商所有信息，起到全程追溯的作用。

　　4. 应用方案

　　（1） 防伪瓶盖的设计：瓶盖的内嵌RFID电子标签与瓶盖的热塑膜封口相连，当撕开热塑膜封口后机械结构会把RFID芯片破坏从而达到开盖即损，无法回收的效果。见图：

图4. 防撕毁坏断式RFID标签

图5. 标签与酒瓶结合 

　　（2） 电子标签数据信息

　　EPC编码结构标准包括：EPC-64，EPC-96，EPC-256。考虑到酒类产品出货量为中等，选择64b进行EPCID编码。现有条形码的主要数据信息为商品身份，其他包括生产厂家、产地、规格、生产日期等。EPC标签存储的信息要远大于条形码，但数据信息影响标签的读取速度，用RFID防伪是根据EPC ID码进行数据库的检索操作，射频标签的数据格式关键在数据库的检索码DSC(DataSearched Code)。出于上述考虑，酒类EPC标签数据信息设计为APC+PTC+ATC+UID，每块分配16b数据，也可根据需要分配。其中，APC为生产厂家代码，PTC为产品类型代码，ATC为产地、生产日期，UID为单个产品的惟一序列标识码。

　　主要技术指标：
　　工作频率：925MHZ
　　适用温度：-40°至150°
　　通信速率：≥260 kbps
　　存储容量：≥512 kbits
　　康液体环境

　　（3） 防伪识别器

　　防伪识别器是检测产品真伪的终端设备，可以通过视频显示消费者需要的真伪信息。其主要分布在各大酒类销售场所，超市街头等，消费者可以很容易找到。

　　（4） 防伪识别器硬件架构：

　　读写器，用来读取酒类EPC标签信息并传送到处理平台。
　　工业计算机(Industry Computer，IC)，实现数据处理、传送、查询、显示。
　　中间件，转换不同标准读写器和防伪识别器的连接

图6. 防伪识别器硬件架构

　　（5） 防伪识别器软件架构：

　　读写器控制模块：发送读写器控制指令实现射频标签的数据读取与传输。
　　用户操作平台的搭建：提供完善直观的界面，操作简单，可快速查询酒类信息。
　　产品数据库：管理酒类产品的信息查新，更新，删除。
　　数据传输：负责与监管中心进行数据交换。

图7. 软件系统架构

　　（6） 主要技术指标：

　　工作频率：925MHZ
　　通信协议：ISO 18000 6C
　　输出功率：+20dBm - +30dbm
　　调制方式：100%ASK调制
　　最远读取距离： 3米，
　　最远写入距离： 0.5米
　　多标签读取速率：≥300个每秒
　　工作温度：-20°至60°

　　5．酒类产品生命周期流程追踪设计

图8. 酒类生命周期流程追踪

　　（1）黏贴射频电子标签：通过自动化的方法在产品的相应位置放置RFID防伪射频标签。
　　（2）生产线上安装固定式读写设备，向标签内写入数据，并自动记录该信息 酒类在包装生产线的末端放置有读写设备，电子标签通过读写区域时，读写器自动读出标签ID号，并写入酒类的EPC代码，同时在用户数据区内写入其他信息如产品下线时间等；同时，读写器可以根据一定的算法为每一个标签设定不同的访问密码，防止有人企图修改标签内部的数据。另外，服务器记录该标签信息，为每瓶酒建立档案以便查询。完成数据写入工作后将酒类装入包装箱准备入库。
　　（3）仓储管理: 在每瓶出产的酒的瓶颈上运用 EPC 的电子标签，记录摆放位置、产品类別、日期等数据；而透过在酒瓶上的标签，则可根据每个产品特有的编码，随時掌握货品状态、包括温度是否适合、酒的质量情况等，以便仓储管理，也能立即了解需要补货的项目，方便于缺货管理。而且在退换货的情况时只要倒入系统里，便可以对数据进行修改。
　　（4）配送物流管理：通过RFID读取包装箱上的标签标签数据进行快色货物盘点，了解货物种类并进一步录入数据，如配送地点配送时间及配送的酒类数量等。
　　（5）经销商、零售商配备手持机检验酒的真伪：在消费者购买酒类产品时零售商用手持机当场检验酒类的真伪，如果可以顺利读到数据，表明该瓶酒是真酒，如果不能读出标签内数据，消费者可以拒绝购买。以此方式可以从源头上杜绝假酒的产生。电子标签不可能做到重复利用，可以排除不法分子回收旧酒盒后，将电子标签拆下再次使用冒充真酒的可能；此外，假酒生产厂商伪造仿冒RFID系统的代价太过于高昂基本不可能实现。

四、结语

　　基于RFID技术的酒类溯源系统从根本上杜绝了假酒的产生，通过从原料，装配，仓储盘点，出货，到零售商一体化监控记录信息的方式保护了消费者和酒类企业的利益。本文介绍了于酒类的EPC标签设计标准，设计出标签的数据格式，提出防伪识别器的概念，搭建了贴有EPC标签的酒类产品流通过程构架。并且该理论数据现已在宁夏的西夏王葡萄酒和河北越千年葡萄酒上所使用和验证和示范。为了挽救前年昌黎葡萄酒的大范围造假案所带来的损失，增加社会公众信任度，迎接新十二五规划对地方经济产业结构的转型。实施RFID技术势在必行，尤其是物联网技术对葡萄的种植源头、生产灌装、仓储环节、物流环节、经销商环节、消费者环节的供应链全程质量安全追溯加强管理，打造政府有效监管，消费者可信的公共服务平台，为建设智慧河北贡献力量，也是可快速落地的项目。最后随着产业技术的进步和产品的推广，RFID技术必将从源头解决酒类现存的主要问题，RFID酒类防伪溯源技术前景无限。

五、参考文献
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