豬產業鏈質量安全溯源系統屠宰環節設計

趙麗,柳平增,高華*,馬彬彬,鄧振民,張艷,于群,魏述東

1.山東農業大學信息科學與工程學院,山東泰安271018

2.萊蕪市畜牧局,山東萊蕪271100

豬產業鏈質量安全溯源系統屠宰環節設計

趙麗1,柳平增1,高華1*,馬彬彬1,鄧振民1,張艷1,于群1,魏述東2

1.山東農業大學信息科學與工程學院,山東泰安271018

2.萊蕪市畜牧局,山東萊蕪271100

屠宰環節是豬生產鏈的中間環節，豬個體在該環節會相繼轉換為胴體以及分割肉，個體的轉變會導致溯源信息鏈斷裂，因此在該環節需要解決因個體轉變帶來的信息流傳遞問題。本文以萊蕪黑豬作為研究對象，分析了豬肉溯源系統在屠宰環節的溯源信息組成、標識方法以及信息流傳遞，并結合萊蕪豬的具體屠宰工藝，設計了屠宰環節的標識載體、信息流傳遞方式以及信息管理系統。本系統將RFID電子掛標作為中間標識載體，以生豬去頭和胴體分割為關鍵控制點，建立了信息傳遞機制，實現信息的高效采集和信息流的無縫連接，為豬肉全程溯源系統的建立提供了可能。

萊蕪黑豬;溯源系統;屠宰環節;RFID

近年來，由于國內外動物性食品安全事件不斷發生，不僅給人類帶來無法估量的災難和經濟損失，而且使得動物性食品安全問題成為全球關注的焦點問題之一。盡快解決動物性食品安全中存在的問題，已成為當前一項十分緊迫的任務。我國是最大的豬肉生產國和消費國，但是近年來由于動物疫病、獸藥殘留和重金屬等有毒有害物質超標等問題，不僅直接制約我國畜產品進入國際市場，而且嚴重影響國內市場和消費者健康[1]。隨著社會的發展和生活水平的提高，人們越來越關注食品安全問題，但由于豬肉生產的產業鏈比較長，消費者很難獲得其在生產過程中的信息，豬肉安全問題事件的不斷發生嚴重影響了消費者的消費信心。因此研究并構建豬肉全程可追溯體系不僅可以為政府保障豬肉食品的公共安全提供服務，也可以使得消費者能夠獲取到豬肉整個產業鏈上的生產信息，維護了消費者的知情權。其次在食品安全事件發生時，可以快速追溯到源頭，確定不安全食品的范圍從而得到及時的控制，將損失降到最低。最后可以幫助經營者實施對生產過程管理的信息化，提高豬肉安全生產水平，保障合格的豬肉產品，在豬肉出口量方面也可以有所提高。

目前國內外對溯源體系的研究都已經比較多。發達國家對食品可溯源系統的研究比較早，最早是1997年歐盟為應對“瘋牛病”問題而逐步建立并完善起來的食品安全管理制度[2]。目前國外的畜產品溯源體系已經比較成熟，并且已經有相對完善的法律法規體系推動溯源系統的發展。他們大都采用統一的電子耳標或DNA作為個體標識，由統一的國家中央數據庫對信息進行管理[3]。我國加入WTO以后，在食品生產與流通領域發生了極為深刻的變革[4]。2002年以來國家設立了眾多研究課題，進行畜產品可追溯性研究，探索適合中國國情的可追溯技術和架構方法[5]。目前國內在豬肉溯源方面研究取得了很多成果，例如2006年陸昌華等建立了國內第一套《工廠化豬肉安全生產溯源數字系統》，該系統對豬產業鏈上的溯源指標進行了跟蹤記錄，建立了豬肉生產記錄與文檔，并利用RFID電子標識實現對胴體的標識，使用自行研發的軟件完成耳標號與胴體號的的對應，為以后豬肉溯源體系的研究積累了寶貴的經驗[6]；2008年，江蘇大學的馬從國等研制了豬肉工廠化生產的全程監控與可溯源系統，該系統綜合應用RFID技術和二維條碼技術，實現豬肉的全程可溯源體系[7]。2009年熊本海等人以天津市為例建立了豬肉溯源系統解決方案，本系統使用化學合成聚丙烯薄膜作為材料制作了二維碼胴體標簽，用于屠宰階段胴體的標識，并把耳標號與胴體號建立嚴格的二對一關系，保證了信息流的鏈接[8]。其后又在新型標識載體上做了相關研究，例如基于超高頻RFID的生豬屠宰數據采集方案，該方案利用RFID技術實現屠宰數據的高效采集[9]；2010年重慶大學的張可、柴毅等分析和設計了豬肉生產加工信息追溯系統，該系統利用條碼作為中間信息載體，實現了信息流與實物流的有效連接[10]。以上系統的研究與實現，推動了我國畜產品溯源系統的發展。

從已有豬肉溯源系統來看，在屠宰環節的研究主要集中在溯源數據組成、標識方法以及信息流傳遞三個方面，每個方面都已經存在多種解決方案，但是還沒有形成一定的標準。本文在已有研究成果基礎上，結合萊蕪豬的具體屠宰工藝，分析了屠宰環節的溯源需求，并完成屠宰環節系統設計，包括標識設計、信息管理系統設計以及數據流傳遞設計，最終服務于豬肉生產全過程的溯源系統的整體方案的建立。

1 系統分析

溯源系統目的是為了實現實物的可追蹤以及可溯源，其在各環節中的應用應實現豬體的標識、溯源數據的獲取以及溯源信息的傳遞。生豬屠宰是豬肉生產鏈上的重要環節，該環節經歷時間短、過程較復雜、環境惡劣并且豬個體的物理形態會發生變化，因此在該階段在溯源實現方面存在較多特殊性，具體表現為溯源信息的確定、個體標識的選擇以及因個體形態變化引起的數據轉換。

1.1 屠宰環節溯源信息組成

生豬屠宰階段是豬活體轉換成豬肉的過程，流程比較復雜（見圖1），存在較多的安全控制點。

圖1 屠宰流程Fig.1 Slaughtering process

通過對屠宰流程的詳細分析，結合我國對生豬屠宰的相關規定，將存在的安全因素分為兩類。第一類是由屠宰環境導致的屠宰過程中的微生物污染，如屠宰車間、屠宰刀具等引起的污染；第二類是豬體中的疫病污染，如豬瘟、結核等。對于上述兩類安全因素，可以通過相應的措施保證豬肉的安全生產。對于第一類，可通過對屠宰環境的消毒防止微生物污染。對于第二類，根據國家相關法律法規，屠宰檢疫是保證豬肉質量的主要措施，可及時發現疫病防止其蔓延，因此可以通過對豬體的檢疫，保證豬肉的安全。溯源信息的確定主要根據安全因素，獲取最能反應安全生產的信息，因此在屠宰過程中可以將溯源信息確定為屠宰過程中的消毒信息以及檢疫信息。據國家標準《生豬屠宰產品品質檢驗規程》可知，屠宰過程中的檢疫行為主要包括宰前檢疫、宰中檢疫以及宰后胴體檢疫，因此可以將溯源信息進一步細化為消毒信息、宰前檢疫信息、宰中檢疫信息以及宰后胴體檢疫信息。

1.2 個體標識

個體標識是實現豬肉可追溯的關鍵，它是實現實物與數據庫中信息的對應以及信息自動化采集的基礎。由屠宰流程可知，在該環節豬的形態會發生多次轉變，分別為豬個體到去頭劈半個體的轉變以及去頭劈半個體到分割肉的轉變，原有的個體標識在去頭之后隨之去掉，為了保證信息鏈的連接，需要為其設計新的標識。屠宰階段個體標識在設計時需要具備易被識別、實用、易被收集以及不能有碎片進入豬肉和血液等特點[11],然而生豬在屠宰時經歷工序較多，如燙毛、開膛等，屠宰環境濕度大、血污多[12]，容易對標識造成破壞，影響標識的自動化識別。因此在屠宰階段選擇標識時需要重點考慮兩方面因素，第一是標識不容易受到外界環境的破壞，抗逆能力強；第二是標識容易在惡劣環境下實現自動化識別，利于標識信息的獲取。

1.3 信息流傳遞

豬追溯體系主要包括動物標識、中央數據庫和信息流傳遞3個基本要素[12]。信息流傳遞在豬溯源體系中占重要部分，由于豬的產業鏈很長，并且結構復雜，如何保證信息流在整個產業鏈上不會出現斷點尤為重要。屠宰環節是豬產業鏈的中間環節，向上關聯養殖環節，向下關聯倉儲物流環節，并且豬個體形態發生多次變化，因此是信息流傳遞的關鍵控制環節。根據屠宰過程中豬個體的形態變化，從保證信息鏈的連貫性出發，在該階段需要解決兩個基本問題：一是宰前活體身份信息與宰后胴體標識對應問題，另外一個是完整胴體與分割肉的標識轉換問題[3]。根據萊蕪豬的具體屠宰流程，可以將以上問題轉化為豬個體到胴體的信息傳遞問題和胴體到初分割肉的信息傳遞問題。從個體形態變化可以看出，信息流傳遞的關鍵控制點在于去頭和胴體分割。屠宰過程比較復雜，環境惡劣，并且該過程是流水線模式，給信息流的傳遞帶來了困難。因此在該階段進行信息流傳遞時需要考慮的因素為標識轉換時的高效性和準確性，保證信息鏈連貫性的同時盡可能小的影響屠宰流水線。

2 系統設計

2.1 個體標識設計

目前屠宰階段的個體標識比較混雜，主要有條碼標簽[13]以及RFID電子標簽[14,15]等。由于豬屠宰環境比較惡劣，使用條碼標簽存在很多局限性，例如容易被污染、抗逆性不好、不能遠距離識別等。目前在屠宰環節使用較多的是RFID電子標簽，該標簽可以工作于各種惡劣環境，并能實現遠距離識別[16]，可以滿足該階段對標簽的要求。因此在屠宰環節選用基于RFID技術的電子標簽，考慮到電子掛標具有方便懸掛的特點，故選用電子掛標實現對胴體及分割肉的標識。

2.2 信息流傳遞設計

目前屠宰環節的信息流傳遞具有較多的解決方案，這些解決方案主要分為兩類，第一類為根據屠宰的順序建立豬耳標編號與胴體標簽號的對應關系，這種方式無論是在屠宰中還是屠宰完成之后懸掛標簽都需要保證屠宰過程中豬個體的順序沒有發生變動[17]；第二類是在屠宰過程中直接獲取耳標信息然后制作出對應的標簽懸掛在胴體或者分割肉上，同時將對應關系上傳至數據庫中。第一類在實現時需要保證屠宰順序不發生變化，否則對應關系將會產生錯誤。對于該種方法存在一定的局限性，在屠宰過程中未知因素很多，萬一屠宰次序發生了變化，不容易控制因次序變化導致的對應關系錯誤。第二類方式是目前較為常用的數據流傳遞方式，它可以將數據傳遞與對應關系的獲取同時發生，保證信息鏈的連貫性。但是該種方法在實現時需要有一定的新標識產生的時間，這勢必會影響屠宰流水線的進行。本文根據萊蕪豬的屠宰工藝，以去頭和胴體分割為關鍵控制點，從易用性和高效性出發設計了信息流的傳遞方式，具體如下：根據萊蕪豬屠宰工藝，豬個體在去頭之后，雖然胴體已經被分成兩部分，但是還在同一個掛鉤上直至屠宰完成，因此可以將去頭豬胴體和劈半（1/2胴體）整合成一個形態，在掛鉤上設置標識，完成對豬的信息識別。故信息的傳遞可以分為豬耳標信息到掛鉤標識的傳遞和掛鉤標識到初分割肉標識的傳遞。如果在去頭時進行標識的轉換，那么一定會因為新標識產生需要消耗時間而影響流水線的進行。故在進行數據流傳遞時，考慮到在胴體初檢時需要消耗一些時間，將此處作為產生新標識的時間點，這樣既能保證信息的有效銜接又能使得流水線流暢進行。實現流程（見圖2）為：在生豬胴體初檢時，讀取頭部的電子耳標信息然后寫入到電子掛標中，并將其懸掛在掛鉤上，之后到達去頭環節時可以直接去頭；在進行初分割（六分體模式）時，豬胴體下懸掛鉤，讀取電子掛標的信息，這時候讀取的掛標信息跟豬耳標中的信息是一樣的，而6大塊初分割豬肉需要唯一的編碼來識別，該編碼根據豬個體的編碼信息按照一定的規則生成，編碼生成之后寫入電子掛標，掛在各部分豬肉上。

圖2 屠宰階段信息流傳遞Fig.2 Slaughtering stage information transfer

2.3 信息管理系統設計

2.3.1 信息管理系統功能設計根據屠宰階段的溯源信息以及企業對生產管理的需求，設計了屠宰環節的信息管理系統（見圖3）。該信息管理系統分為四大模塊，具體功能如下：（1）基本信息管理，該模塊主要對屠宰企業的基本信息進行管理，包含企業基本信息管理、用戶信息管理以及員工信息管理。屠宰企業用戶可以對本企業的基本信息和用戶信息進行修改。并且對該企業的員工信息可以進行添加、修改、查詢以及刪除操作；（2）基本屠宰管理，該模塊實現屠宰過程中部分屠宰數據的管理，包括批次信息、豬重量信息、轉入豬信息以及消毒信息；（3）檢疫管理，該模塊主要實現檢疫數據的管理，包括宰前檢疫信息、宰中檢疫信息、宰后胴體檢疫信息以及異常豬信息的管理；（4）屠宰統計，屠宰統計主要是對屠宰量以及出肉率進行統計?？梢愿鶕r間段查詢屠宰數量，并且可以根據屠宰批次號查詢該批次的出肉率。

2.3.2 信息采集設計信息采集是對屠宰過程中的數據進行采集獲取，然而屠宰過程復雜、環境惡劣給信息采集帶來了困難。在屠宰過程中需要采集的數據主要包含兩部分，一部分是溯源信息，另一部分是屠宰企業需要獲取的生產信息。根據上文對溯源信息的分析可知，溯源數據主要包含檢疫信息以及消毒信息。對于企業需要獲得的生產信息，根據實際的調研可知主要是屠宰過程中豬個體以及豬胴體的重量信息。屠宰環節是一個流水線的生產模式，在進行信息采集時要充分考慮采集的便捷性以及可靠性。目前溯源系統對屠宰數據的獲取多是采用手持式或者固定式讀寫器完成對標識信息的獲取以及溯源信息的提交。但是屠宰階段的數據較多，使用讀寫器完成數據的一一錄入會使得效率低下。因此本文在進行數據采集時使用手動錄入和RFID讀寫器相結合的方式完成對數據的采集。由上文可知屠宰環節需溯源的數據主要集中在檢疫信息以及消毒信息，這些數據多是針對當前屠宰批次的描述性報告，該批次中豬的信息多數是相同的，如果對每一頭豬都添加相同的信息，不僅會導致信息的冗余，而且每頭豬都要需要使用讀寫器掃描也會影響執行效率。因此本文以屠宰批次為主單位、豬個體標識編碼為次單位的方式進行數據采集，其中以屠宰批次為單位的數據直接錄入系統中，而以豬個體編號為單位的數據使用RFID讀寫器掃描耳標完成信息的采集。具體實現過程如下：某養殖企業的一批豬進場之后，為該批次豬生成屠宰批次號，輸入批次的相關信息，如來源企業、數量等。同時使用手持式信息讀寫器讀取該批次的所有豬的耳標信息與批次號建立對應關系，并將對應關系上傳數據庫。此后相關的檢疫信息以及消毒信息都以批次號為單位，直接將信息錄入系統中。對于體重信息以及異常豬的信息等以豬個體標識號為單位，使用手持式讀寫器或者固定式讀寫器完成該部分信息的采集。

圖3 屠宰信息管理系統Fig.3 Slaughter information management system

3 結論

本系統借鑒國內外成功的溯源系統開發經驗，充分利用已有的食品安全溯源技術，設計了豬肉溯源系統在屠宰環節的實現機制，包括個體標識的設計、信息流的傳遞設計以及信息管理系統設計。本系統以RFID電子掛標作為中間標識，該標識載體具備遠距離讀寫、抗逆能力強等特點，實現標識的自動化識別，能較小的影響屠宰流水線的正常運行。并且根據具體的屠宰流程，設計了屠宰線上的信息流傳遞方式，實現數據流的高效準確傳遞。最后根據分析的屠宰階段需要記錄的溯源數據類型以及屠宰企業的生產需求，設計了信息管理系統，實現數據的高效采集和信息化管理。生豬產業鏈上的屠宰企業不僅可以利用該系統實現屠宰信息的可追溯，而且能夠滿足其生產管理的需求。

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Design for the System of Quality Safe Trace in Slaughter Tache of Pig Industry Chain

ZHAO Li1,LIU Ping-zeng1,GAO Hua1*,MABin-bin1,DENG Zhen-min1, ZHANG Yan1,YU Qun1,WEI Shu-dong2
1.School of Information Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Taian 271018,China
2.Laiwu Bureau of Animal Husbandry,Laiwu 271100,China

Slaughter tache is an intermediate link in pig production chain.Pig will have been converted to the carcass and the carved meat.The change will cause fracture of the trace information chain,so this tache needs to solve the problem of information transfer.This paper took Laiwu Black Pig as an objective to analyze the source of information,the identification method and the flow of information transfer in the slaughter of pork trace system,and combine with the specific process of Laiwu pig slaughter design of the label carrier,information flow and slaughter houses trace information management system. It established the mechanism of information transfer by setting the RFID electronic tags as intermediate symbol carrier,pig head was removed and carcass segmentation as critical control point,and achieved the efficient acquisition information,a seamless connection with the information flow,and made possible the establishment of full trace system of pork.

Laiwu Bblack Pig;trace system;slaughter tache;RFID

TP202

A

1000-2324(2015)03-0440-05

2013-06-11

2013-07-02

國家星火重大專項(2011GA740001);山東省科技發展計劃(2011GNC11106)

趙麗(1986-),女,碩士研究生,主要從事農業信息技術的研究.E-mail:zhaoli9980@126.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:gaoh@sdau.edu.cn