基于rfid射频识别的食品供应链管理系统 14页

基于RFID的食品供应链管理系统刘斌(德州学院物电学院，山东德州253023)摘要目前市场的竞争逐步由企业之间的竞争转变为供应链之间的竞争，供应链将成为市场竞争的主体。无线射频识别技术（RFID）能实现供应链管理的同步化与集成化，使供应链的透明度大大提高。本文详细介绍了RFID技术的概念、系统组成、工作原理和流程等，探讨了在供应链管理的各个环节中RFID技术所发挥的效应，并且列出了RFID与其他追踪技术比较的八大优势及RFID在食品供应链管理系统中存在的七大问题，并就中国普及RFID技术所遇到的障碍进行分析，提出了解决方案。最后对RFID技术的前景与展望进行了讨论。关键词RFID技术；供应链管理；障碍；普及1绪论近年来诸多食品安全事件频繁发生，严重威胁到消费者的身体健康，引起了全世界的广泛关注，也影响了食品行业的健康、持续、稳定的发展。随着工业化的发展和市场范围的不断扩大，现在有越来越多的食品是通过漫长而复杂的供应链到达消费者手中的。多层次的加工和流通往往涉及位于不同地点和拥有不同技术的许多公司，消费者很难了解食品生产加工经营的全过程是否能够保证食品或原材料的安全。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。食品供应链管理系统要对食品供应链的各个环节进行跟踪,覆盖了从原料产地到加工厂。从物流到销售的全部过程,包括生产资料的加工、仓储、配送调度、销售,各个环节流程。随着信息技术的发展，人们利用RFID技术建立一个安全的食品供应链系统可以有效地解决上述问题。2RFID技术 无线射频识别技术（RadioFrequency Identification，RFID），也称无线射频或无线电射频技术，是从二十世纪90年代兴起的一项非接触式自动识别无线电通信技术，其基本原理是电磁理论，利用无线电波对记录媒体进行读写，并利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，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。RFID技术的应用已经渗透到商业、工业、运输业、物流管理、医疗保险、金融和教学等众多领域。RFID技术是21世纪最有发展前途的信息技术之一,物流和供应链管理被认为是其应用的最大舞台。3RFID系统的构成和工作流程3.1RFID系统的构成典型的RFID射频识别系统由电子标签、阅读器和数据管理系统三大部分组成。1、电子标签（Tag，即射频卡）：由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁反射原理与读写器进行通信。电子标签是RFID系统中存储被识别物体相关信息的电子装置，通常贴在被识别物体表面或者嵌入其内部，标签存储器中的信息可有读写器进行非接触式的读和写。电子标签由天线、控制模块、存储器、收发模块4部分构成。2、阅读器（Reader）：有时也被称为查询器、读写器或读出装置，主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。芯片中一般存储两种数据：一种为固化在芯片中的UID（唯一标识号），用来唯一标识电子标签；另一种为存储在EEPROM中的可擦写数据，用来记录与被识别物体相关的信息。阅读器是读写电子标签信息的设备，通常由天线、射频模块、控制模块、接口模块4部分组成。读写器的任务是：控制射频模块发射载波信号以提供能量来启动标签；对发射信号进行调制，将数据传送给标签；对标识信息进行解码，并将标识信息传输给主机处理；通信接口控制、输入输出检测和控制；产生、发送、接收射频信号。3、数据管理系统：的主要任务是控制读写器进行读写卡的操作，以及存储和处理相应的数据信息。[1] 读卡器天线RFID阅读器应用系统电子标签图3-1RFID系统简图3.2RFID工作原理与流程3.2.1工作原理1、读写：标签进入磁场后收到阅读器发出的射频信号，从而发出标签中存储的信息。2、解码：读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。3、写入：中央处理器经过分析后，通过阅读器对标签发出命令或写入数据RFID基本原理框图如图3-2所示。图3-2RFID基本原理框图3.2.2RFID系统的工作流程1、读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线工作区时产生感应电流，电子标签通过从读写器获得的能量自动除与激活状态。2、电子标签将存储在其自带的存储器上的RFID编码等信息通过标签内置发射天线发送出去。3、 系统接收天线对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理。4、主系统根据逻辑运算判断该标签编码的完整性、合法性，针对不同的应用业务逻辑做出相应的处理和控制。[2]4基于RFID的食品供应链管理系统4.1食品供应链系统中各个环节的功能特征及RFID技术所发挥的效应。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。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。 利用RFID标签信息可实现对整个生产线上的原材料、零部件、半成品和产成品的自动化识别与实时跟踪，进而减少人工识别成本。采购人员可以通过后台的管理系统读取库存品的RFID标签信息，快捷地决定是否补货或退货，大大地优化了采购管理。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。在射频天线工作区内，货物的RFID标签上所有数据（如生产厂家、货品名称、数量、批号、编码、生产日期、发货地址和目的地址）都通过天线传输给阅读器，最后输入到计算机的数据库中进行处理，进而实现了高效率的后台信息管理。[3] 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。现场盘点人员将来自于不同企业的商品信息扫入RFID标签信息处理终端，就可以实现自动接货和派货处理，这种无缝流程极大地缩短了物流时间，从而大幅度地降低了流通成本。其结果是形成灵活、高效、可靠、低成本运作的供应链。同时，商品的流动情况可以被后台管理系统自动监控。 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。利用RFID的标签信息，零售商可以更好地给消费者提供售后服务，即使顾客的购物凭据已经丢失了。零售商通过访问后台的信息管理系统中商品的RFID标签信息，即可为客户提供服务，也有利于确定引起问题的环节。除此之外，RFID技术还可用于商品的有效期监控，当某种货物超过了其规定的有效期，标签就会发出警告。[4]4.2追踪RFID的两种方法具体实施过程中利用RFID食品标签有两种方法来进行追踪：一是从上往下进行跟踪，即从农场、食品原材料供应商-加工商-运输商-销售商-POS销售点，这种方法主要用于查找造成质量问题的原因，确定产品的原产地和特征；另一种是从下往上进行追溯，也就是消费者在销售点购买的食品发现了安全问题，可以向上层层进行追溯，最终确定问题所在，这种方法主要用于问题产品的召回。实际闭环应用上，现阶段可以把RFID与条形码结合起来。运用RFID+条码技术，可以改善传统工作模式，实现饲养企业对产品全程控制和追溯，开发一个完整的产业链的食品安全控制体系。以肉食品产品链为例，就是将RFID+条码技术贯穿于食品安全始终（种猪--饲养--屠宰--分割--小包装--运输--餐桌），全过程严格控制的产业链，形成企业的闭环生产，保证向市场提供优质的放心肉食品。比如在生猪饲养的阶段，用RFID芯片代替原来的耳圈，而等猪被屠宰上市，猪肉的包装就使用条码技术了。生猪为什么要使用RFID而不是条码？因为猪每天都要活动，条码是有可能被磨掉的。而且RFID在屠宰之后可以回收再使用。而被销售的猪肉一旦发生质量问题，根据猪肉包装的条码就可以实现全程追踪而后监管。5基于RFID技术的系统优势和问题分析5.1RFID与其他追踪技术的比较RFID技术囊括在自动识别技术的范围之中，是一种高度自动化的信息和数据捕获技术。它解决了手工数据录入的速度慢、错误率高、劳动强度大、工作简单、高度可重复性等问题，为计算机进行数据信息采集与输入提供了快速、准确、高效的法。[5]同其他识别技术相比，RFID有以下优势： 1．数据的记忆容量大。RFID标签的最大容量可以达到几万亿字节。伴随记忆载体的发展，数据容量有不断扩大的趋势。未来物品须携带的资料信息会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。2．穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID阅读器可以透过纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材料，进行穿透性通信，而条码读取时需要能够被清楚地看到。[6]3．抗污染能力和耐久性。由于RFID标签是将数据置于芯片中，因此可以免受污损，而且抗水、抗油、抗各种化学药品，可以工作于恶劣的作业环境下，使用寿命较长。[7]4．读取数量多、读取距离范围大。RFID阅读器可同时辨别读取多个RFID标签资料，而一般的识别技术每次只能读取一张标签资料。此外，同其他识别技术比较具有更大的读取距离范围。5．体积小型化、形状多样化。所有RFID标签在读取上并没有受到尺寸大小和形状等局限性的影响，不需要为了读取的准确性而协调纸张的尺寸与印刷质量。另外，RFID电子标签还可以向体积小型化与形态多样化发展，并运用于不同产品中。[8]6．可重复使用。RFID标签可以重复地新增、修改、删除芯片内储存的数据，方便信息的更新。RFID技术可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体。7．安全性高、资料正确性高。由于RFID标签承载的是电子信息，因此其数据内容可以做数字加密保护，使其不容易伪造。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因人工读取造成的人为错误的可能性。8．读写时间短。RFID电子标签读、写数据所需的时间短，降低了人工成本。表5-1给出几种当前应用的识别系统之间的比较，显示了无线射频识别系统和其他自动识别系统的优点和缺点。[9]表5-1　各种识别系统优缺点比较条形码光学符号别语音识别生物识别IC卡射频识别系统典型的数据量（字节）1～1001～100——16～64K16～64K 数据密度小小高高很高很高机器阅读的可读性好好费时间费时间好好个人阅读的可读性受制约容易容易困难不可能不可能灰尘/潮湿的影响很严重很严重——无影响光遮盖的影响失效失效—可能无影响方位的影响很小很小——一个插入向一个插入方向用坏/磨损有条件的有条件的——可能无影响购置费很少一般很高很高—一般工作费用很少很少无无一般无未许可的复制/修改容易容易可能不可能不可能不可能阅读速度低～4s低～3s很低>5s很低>5～10s低～4s很快～0.5s作用距离0～50cm<1cm0～50cm直接接触直接接触0～5m微波目前，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。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。[10]5．2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。[11]5．3RFID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。[12]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。[13] 4．RFID数据会受到安全性挑战。如果有人破译了某家公司的RFID信息密码的话，就可以提着一个装有复制功能的探测设备的公文包在公司内走一趟，从而轻易得到该公司的各种商业情报及信息。从目前计算机技术和信息技术发展来看，保证RFID数据安全的有效途径有：物理隔离、双标签联合认证、身份验证和数据访问控制等。5．标准问题。RFID技术的应用缺乏统一标准，将使市场上食品质量参差不齐，人们无法辨认食品安全性，也可能导致供应链的关键环节的溯源出现问题。由于编码、频段不统一，RFID技术的引入也无法给读写、查询和回溯带来很大的便利，甚至带来更大的问题与不便。[14]6．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。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。7.RFID标签的大量使用会有的副作用。当RFID标签被大量使用的时候，例如大型购物场所，人们可能陷在一个充满电磁辐射的危险环境中，给人们健康带来损害，对于长期与RFID接触的人员，可能因此患上罕见的疾病。面对现代社会对“环保”要求，应建立一个确保RFID标签有效回收与利用的管理体制：采用“谁获益谁负责”的原则，即产品生产商在利用RFID标签获益的同时，也有义务回收处理，或者增缴RFID标签的环保税。 食品供应链管理系统中存在的问题成本问题信息链问题准确性问题数据安全问题标准问题经济效益问题图5-3食品供应链管理系统中存在的问题因此，RFID在食品安全领域今后的发展将主要朝着降低标签成本，开发多功能标签，架构良好的食品供应链信息平台，开发适合食品工业中特殊条件下工作的标签（高温，高压，潮湿，辐射），增加标签数据安全性，制定统一行业标准，正确衡量和评价标签推广应用的经济效益问题等方向发展。可以预见，在不久的将来随着RFID技术的不断改进和人们逐渐积累的应用经验，RFID技术应用将日趋成熟。6RFID在食品安全供应链的国内外案例及应用上的差距6.1RFID在食品安全供应链的国内外案例在国外，很多饲养场都已经运用RFID标签来全程检测禽畜动物的基本状况（如生长、健康、流通过程等），从而形成一个完整的产业链的食品安全控制体系。就是将RFID+条码技术贯穿于食品安全始终（种猪--饲养--屠宰--分割--小包装--运输--餐桌），全过程严格控制的产业链，保证向市场提供优质的放心肉食品。而被销售的猪肉一旦发生质量问题，根据猪肉包装的标签即可实现全程追踪和监管。在澳大利亚也出现了RFID技术在新鲜食品行业的第一例应用。Moraitis公司正在和IBM公司进行合作使用RFID追踪系统。RFID系统将提供每天从Moraitis运出的关于西红柿产地、包装日期、种类、质量和大小的详细信息。 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无线电频率（RFID）和传感系统测试。这次试验证明了RFID在食品运输过程中监控温度和环境条件的能力，在保证食品品质和安全方面进了一大步。在英国，Trenstar和ScottishCourageBrewing公司展示了如何使用RFID标签更好实现对盛酒桶的追踪。葡萄酒制造商还可以使用传感技术的RFID标签监控能够影响酒品质量的酒桶所在环境温度的变化。[15]在防伪方面，葡萄酒由于不能当场打开包装检查其真伪，这就为伪造者提供了机会。Sassicaia的制造商为了防止伪造品的冲击，还在进一步考虑在酒瓶的标签中加入RFID芯片。在我国RFID等技术也被应用于食品安全跟踪管理。比如：浙江省水产局、杭州市技术监督局和国家环保总局有机食品发展中心，今年也联合在国内水产业首次推出鱼类产品智能防伪卡——千岛湖“淳牌”有机鱼身份证，实现了从水体到餐桌的全程质量跟踪管理。6.2差距及应对措施和国际先进的溯源体系平台相比，中国在RFID应用上存在明显差距，主要表现以下几个方面：1、根据中国的小农经济与食品供应系统的业务实体的组织程度低具体情况，提高生产经营者的组织化程度是引入信息追溯系统的一个重要条件；2、对于可追溯系统引入过程中由于技术的限制所造成的信息传递过程中不及时不够有效的情况，应加强信息的采集和传输技术的改进；3、统筹政府监管、行业自律和社会监督，加强以法制和道德约束为主的食品安全信用体系建设，以确保信息的准确性；4、鉴于消费者对食品安全的需求还没有达到普遍较高的水平，应优先在大城府导入可追溯系统；5、鉴于中国目前的可追溯系统的引入基本上都是企业的自主行为，首先应针对大型超市里的特定产品，逐步实施强制引入；6、对于中国的食品安全管理法规的有效实施，进一步完善的可追溯系统是前提。 7RFID应用前景虽然已经过去了很多年，但用于产品识别和追踪的RFID标签（包括智能存储芯片和微型射频天线）却始终在目标市场上裹足不前。但现在情况开始转变。技术的发展、标准的制定和不断降低的标签价格使很多人趋同于将RFID引入一个广阔的应用市场：供应链管理。RFID技术的支持者声称，不久的将来RFID将替代条形码技术作为一个更有效的追踪产品（从制造环节开始贯穿整个分销环节）的手段。[16]8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。参考文献[1]刘铮铮.RFID技术在安全食品供应链中的应用[J].物流技术，2011，（07）：10～15．[2]付雄新.基于RFID的食品安全监管系统[J].科学技术与工程，2012，（03）：20～25．[3]刘俊华.国外农产品质量快速溯源的现状和启示[J].物流技术，2009，（02）：30～33.[4]宋预晓.RFID在农业中的应用现状及趋势展望[J].农机化研究，2012，（02）：72～77.[5]周洁.谈谈食品追溯体系的建设对食品安全的重要性[J].知识经济，2011，（08）：46～47.[6]熊振海.2006国际RFID高峰论坛[Ｃ].2006，（12）：12～14.[7]郑大宇.农产品包装溯源安全机制的研究[J].包装工程，2012，（03）：77～79.[8]黄胜海.基于RFID的食品体系研究[J].农业网络信息，2009，（02）：82～83.[9]翁道磊.食品追溯系统自动识别方法[J].重庆工学院学报（自然科学版），2012，（07）：72～73.[10]柴敏.基于3S技术的数字林业管理信息系统的研发——以惠州南油HLMIS为例[J].农业网络信息，2008，（06）：75～76.[11]高小新.基于RFID的食品安全追溯分析[J].商场现代化，2008，（24）：50～51.[12]杜魏.RFID在食品安全追溯系统中的应用[J].食品科学，2009，（01）：22～23. 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