基于物联网的牛肉生产加工全过程质量溯源及一站式供销服务系统研发

系统研发

姜德科;昝林森;谢毅超;李皓;张海辉

【摘 要】[目的]为提高我牛肉产品食品安全水平,促进肉牛养殖业的快速发展.[方法]以Visual Studio 2008为系统开发平台,基于B/S架构,利用.NET技术,以C#为开发语言,以SQL Server 2000为数据库开展研发工作.[结果]开发了从肉牛品种选育、繁育、饲养管理、运输、屠宰和牛肉加工、销售等一整套食品安全一站式监管系统和数据库系统,以及基于物联网的牛肉一站式供销服务系统,实现了牛肉产品在线销售和肉牛从出生(进场)到屠宰、牛肉产品流通运输及销售各环节全程信息可追溯.[结论]本系统加强了对牛肉产品生产过程中各环节的有效监管,利用物联网技术实现了牛肉产品一站式在线供销服务,方便了消费者,显著地提高了牛肉产品的质量安全水平.

【期刊名称】《中国牛业科学》 【年(卷),期】2015(041)006 【总页数】8页(P39-45,48)

【关键词】物联网;牛肉;食品安全;追溯 【作 者】姜德科;昝林森;谢毅超;李皓;张海辉

【作者单位】西北农林科技大学动物科技学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学动物科技学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨

凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100 【正文语种】中 文 【中图分类】S823.9+2

近年来，随着我国经济的增长，牛肉消费量逐年增加，肉牛养殖规模逐渐增大。然而，“苏丹红”、“皮革奶”、“三聚氰胺奶粉”等食品安全事件的发生，沉重打击了人们对食品安全的信心，特别是“牛肉膏”、“瘦肉精”事件等相继出现，引发了巨大的网络，严重影响了大众对牛肉的消费信心，制约了肉牛产业的良性发展。

我国长期以来缺乏食品安全方面的有效监管，大部分关于食品安全问题都是在新闻媒体曝光后，相关质量检查单位才开始展开调查，给企业增加风险的同时也给社会造成了很大的危害。面对严峻的食品安全形势，唯有加强食品安全监管和建立健全食品信息追溯体系，才能有效地解决当前严峻的食品安全问题。

国外对信息追溯系统的研究起步相对比较早，自欧洲爆发疯牛病以来，各发达国家都将食品信息可追溯系统作为管控食品质量安全的主要方式［1-6］。相对于发达国家，我国在食品安全追溯方面起步相对较晚。农业部于2002年5月发布“动物免疫标识管理办法”，规定常见家畜（如猪、牛、羊等）必须佩带免疫耳标并详细建立相关档案资料。2003年，由农业部农垦局牵头，组织相关单位设计开发了“农垦无公害农产品质量追溯系统”。面对中国巨大的市场，这些系统对整个肉牛产业来说收效甚微［7］。在农业部948计划的支持下，中国农业大学、西北农林科技大学等单位合作，在学习借鉴法国、澳大利亚等发达国家经验的基础上，提出和设计了我国牛肉质量安全可追溯系统建设的基本框架［8］。

2006年，西北农林科技大学昝林森［9］团队设计并开发了“牛肉安全生产全过

程质量跟踪与追溯信息系统”，在国内首次研究建立了囊括牛肉生产、加工等环节的信息跟踪与追溯系统，但只能进行单机操作，不能进行网络化管理。随后，该团队继续对牛肉追溯系统进行研究与开发，并于2007年利用“RFID+条码”技术，基于B/S架构进一步实现了牛肉质量安全可追溯系统的网络化管理［10］。卢功明和康瑞娟分别于2009年和2010年先后提出了肉牛养殖与牛肉加工可追溯信息采集与传输方法［11-12］，2013年王烁等人以RFID与条形码技术结合标识进行牛肉全过程质量安全溯源的方案，通过一次扫码即可完成从养殖、饲料、屠宰、运输、销售等多个环节信息的溯源［13］。贾银江等人采用RFID电子耳标作为个体标识载体，基于P D A进行肉牛个体识别、数据信息采集与管理，开发了基于B/S架构的肉牛养殖信息可追溯系统［14］。2014年，李嘉等将物联网技术与肉牛饲养、冷鲜牛肉生产等技术相结合，应用G S1-12码符号标识冷鲜肉产品追溯代码和E P C耳标代码，研发了一套具有预警功能的全过程可追溯系统，为实现冷鲜牛肉生产的全程质量管理提供可能［15］。

随着信息技术的不断发展，追溯系统的建立也在不断地改进，利用模糊逻辑和神 经网络相结合的模糊认知图FCM（Fuzzy Cognitive Maps）和模糊规则在产品追溯系统上开始得到应用［16］，使系统更加复杂，功能更加完善。目前，在食品追溯领域的研究大多还停留在研究阶段，在牛肉产品信息追溯方面，追溯系统应用相对较少，更缺乏基于物联网的牛肉生产加工全过程质量溯源及一站式供销服务系统。

食品安全追溯系统对保障食品安全非常重要，能显著提高食品生产过程中的透明度，约束生产者的行为，防止牛肉生产企业在养殖、屠宰、加工及销售等环节中操作不当或违规添加有毒有害的物质，避免食品安全事件的发生。食品安全追溯就是在食品供应链各环节中发现问题后，能够及时找到出现问题的根源，并能准确地将同批次的产品或其他可能存在安全隐患的产品进行区分、隔离，及时召回问题产品，避

免问题产品的影响继续扩大，危害公众健康。

本文主要研究牛肉产品的一站式服务及其可追溯系统，利用物联网技术，实现牛肉产品的网络化销售和牛肉产品信息的追溯。通过学习研究国内及国外发达国家关于食品安全及其食品追溯领域有关的法规和行业标准，借鉴相关先进技术和经验，结合我国牛肉生产加工情况，提出并建立基于物联网的牛肉生产加工全过程质量溯源及一站式供销服务系统，实现牛肉供应链各环节的信息可追溯。根据肉牛繁育、饲养管理、运输及牛肉产品加工等流程，分析并确定供应链各环节中可能的影响食品安全的因素，根据食品安全的相关法律法规制定相应的数据登记标准，让用户通过系统能实现牛肉在线购买，并能了解到牛肉从养殖场到牛肉产品加工销售全程各环节信息，确保消费者所购买的牛肉安全卫生。如果一旦出现问题产品，通过该系统，能实现向上追溯问题产品的来源，同时能实现对下游同批次问题产品的跟踪，最大限度减少食品安全事件的发生。 2.1 硬件环境

计算机：Think Pad T420

CPU：Intel（R）Core（TM）i 7-20 硬盘：1000GB 内存：4GB 2.2 软件环境

操作系统：Windows 7旗舰版 开发平台：Visual Studio 2008 开发语言：C#3.5

数据库：Microsoft SQL Server 2000 3.1 系统开发路线图

本研究从食品安全管理及食品生产整个供应链信息可追溯的角度，以畜产品安全问

题特别是牛肉产品安全问题为研究的出发点，通过大量参考商品网络销售的一般流程及国内外先进的食品信息追溯理论和技术，采用客户下订单—管理员确认订单—分割包装— 配送的流程实现牛肉产品在线销售，采用品种选配—出生繁殖—饲养管理—检疫检验—屠宰—分割加工—运输—销售的可追溯技术路线，依靠物联网技术实现牛肉产品的在线销售和肉品信息的追溯。系统路线图如图1所示。 3.2 系统整体架构

系统整体架构设计如图2所示，图中展示了本设计方案（下文简称方案）中各功能模块间的整体架构，畜产品经过各阶段的顺序依次为生产→屠宰→销售→配送，在四个阶段中我们分别设计了多项应用模块以监管畜产品在供应链中流通的信息，其分别是：①养殖阶段，通过品种选育模块维护品种知识，以普及牛肉产品基本知识，在肉牛出生时通过出生繁殖模块新增存栏信息，在饲养完毕之后通过饲养管理模块新增饲养记录，在检疫工作完毕之后通过检疫管理模块新增检疫记录；②屠宰阶段，在肉牛完成屠宰之后可以通过屠宰记录模块完成对肉牛存栏量的减少和对肉品库存量的增加，在库存管理模块管理员和客户可以浏览肉品的库存状态，在订单处理模块屠宰管理员可以根据销售管理员下发的订单列表依次完成打包、粘贴条码、减少库存量；③销售阶段，销售管理员完成订单处理，并将牛肉产品选择发往就近的销售网点并登记每一个订单对应的运输车辆和运输人员信息；④配送阶段，网点管理员登陆后可通过网点订单处理功能完成本网点的订单处理。具体如图2所示。 3.3 系统业务流程

系统的业务流程按照系统用户分为客户、养殖管理员、屠宰管理员、销售管理员及网点管理员5个功能模块。客户模块的业务主要包括肉品介绍浏览—用户注册—在线订购—订单查询—安全追溯。用户经过注册后，通过在线下订单和支付后，便完成了产品的订购，此时便产生了一个产品条形码，用户只需输入所购产品的条形码便可进行牛肉产品的信息追溯，了解所购产品的详细生产和流通各环节的信息。

养殖管理员模块的业务流程包括牛舍管理、牛只档案管理和日常饲养记录的维护。详细记录牛只的档案信息和饲养管理中的信息，是食品追溯系统中最重要的一个环节，直接影响食品追溯的成败。屠宰管理员模块的业务主要包括屠宰前运输登记及检疫信息的维护，屠宰中肉块分割及标签的打印，屠宰后产品质量检验及库存等信息的维护。销售管理员业务模块主要包括客户订单管理和产品销售后相关信息的维护。网点管理员模块的业务也主要是订单管理，主要是订单到货、订单通知等信息的维护。 4.1 品种选育

品种选育模块主要向消费者科普家畜品种知识，介绍企业的主要肉牛品种及其相关特性，同时为用户购买肉品时候提供参考。系统为管理员提供了该模块中知识信息的维护界面，由系统管理员或者养殖管理员填写、上传并发布相关肉牛品种信息及相关产品的信息。 4.2 管理首页

管理首页中提供了部分功能的快速链接以及退出系统，其中包括了分割部位管理、客户资料管理、销售网点维护、用户管理和退出系统5个功能部分。在系统投入运行前，管理员必须先定义一些基本的资料，比如牛肉分割部位，具体的销售网点的名称、地址等，系统用户管理及权限的分配，客户资料的管理。该模块资料只有养殖管理员和系统管理员可以进行编辑。管理首页见图3所示。 4.3 资料维护模块

资料维护模块的主要更能是定义肉牛分割标准，如各部位肉块的名称、价格及有关该部位肉块的营养特点等信息。根据消费者的具体消费习惯和企业现有的分割标准，由专业人员制定具体的分割规程，在肉块价格及营养特点等方面的信息应该根据企业的需要而制定，达到促进销售的同时还能起到宣传作用。 4.4 饲养管理模块

4.4.1 出生繁殖 在家畜出生之后，就要在系统数据库中建立个体档案资料。在饲养管理模块中，系统提供初始化信息输入界面，由养殖管理员填写、上传牛只相关资料，所有类别用户可以通过该模块查看家畜出生记录。

4.4.2 饲养管理 饲养管理模块包括牛只档案管理、生产性能数据的维护、母牛繁殖数据维护、日常饲养记录、检疫信息的管理、疫苗接种管理、疾病治疗记录及牛舍管理，在系统投入使用前，养殖模块的管理员必须将牛只档案信息及牛舍布局录入系统中，日常管理中做好生产数据的记录，这样才能保证系统正常运行。饲养管理界面如图4所示。

4.4.3 检疫及疫病防治管理 为了提升牛肉的食品安全水平，就必须监控每一次检疫信息及每一次发病及用药信息，约束生产者的生产行为。在检疫及疫病防治管理中，系统提供检疫和疾病治疗记录增加、管理界面，家畜检疫完成之后，由养殖管理员或系统管理员填写、上传相关信息，对应区域内的家畜都将增加该检疫记录信息。所有类别用户可以通过该模块查看家畜检疫记录。 4.5 屠宰管理模块

4.5.1 屠宰记录 在屠宰环节对每一头家畜的屠宰信息进行，为后期肉品库存与销售提供依据。系统提供屠宰记录界面，每一头家畜屠宰完成并对其各部位肉品进行分割后。由屠宰管理员或系统管理员填写，内容主要包括屠宰后形成的各个部位肉品的重量，从而增加库存记录，为每一部位肉品打印对应的条码或二维码标签，同时从存栏数据库中移除该个体，将该个体的肉块放入冷库存放。所有类别用户可以查看屠宰记录信息。

4.5.2 屠宰场冷库库存管理 在该子模块中，为用户提供库存余量信息，提供购买参考数据，同时支持对长期未出售的肉品进行删除处理。根据屠宰后形成的肉品总量，开发库存管理界面，客户可以查看肉品类别，下订单；屠宰管理员或系统管理员可以对长期未出售的肉品库存记录进行删除处理。

4.6 销售管理模块

4.6.1 订单处理 在客户下订单后，屠宰管理员或系统管理员需对用户的每一笔订单进行处理，包括订单确认、肉品打包、贴标和减少库存等。在销售环节下发相关订单列表后，屠宰管理员根据订单信息进行肉品分割，加入订单序号再次打印标签，打包肉品。若某类肉品库存不够，由屠宰管理员择时新宰肉牛，在库存量变化后可再进行分割。此部分为企业内部管理模块，不对客户开放。

4.6.2 订单管理 销售人员根据客户网上订单（每部分肉品有最低订购重量，原则上不低于该部位肉品总量的10%，若需求量过低可不予处理），通过检索库存管理模块，将相应部位肉品准备需求下发给屠宰管理员，并将准备好的肉品选择配送车辆和人员，发往指定最近网点，完成订单处理。订单用户可以查看到订单相关的运输记录，管理员可检索所有订单信息。 4.7 网点管理模块

网点管理模块中主要是网点订单管理，维护单个销售网点的订单信息，便于各网点通知客户取单。销售网点管理员或系统管理员登录系统后，就可以看到该区域内客户的所有到货订单信息，然后通知客户前来取肉，客户取肉缴费后管理员需更改订单状态。

4.8 系统管理模块

4.8.1 用户注册与管理 系统管理模块提供注册界面，包括客户送货地址、联系电话等，系统管理员进行注册核准，核准后客户才能下订单。

4.8.2 肉品展示与订单管理 系统管理模块还包括为客户提供订购、订单管理功能。用户可浏览每部分肉品介绍，该模块还为客户提供网上预定的接口，同时能实现根据订单号码查询订单处理过程。4.8.3系统管理 系统管理模块中能够实现系统内部各类型用户信息的编辑处理，设置用户的访问权限。系统管理中同时还能维护销售网点信息，便于各网点通知会员客户取单，支持由系统管理员对销售网点的统一管

理，提供界面，支持销售网点的新增、删除、区域划分。

系统管理模块还能管理运输车辆，为每一辆物流车登记该车所运输的所有订单号码，同时管理物流车辆信息、司机的信息记录等。 4.9 肉品信息溯源

该模块提供溯源界面，客户填写条码号便可实现肉品信息的溯源。 该模块设计如图5所示。 4.10 系统数据库设计

对于产品信息追溯系统来说，最重要的莫过于系统所存储的信息，用户的需求也主要是牛肉产品的生产、加工、保存等方面的信息，纷繁的各种信息及信息的录入和读取情况决定了数据库的结构要依功能需求的需要而建立。数据库的设计和建立是系统开发最重要的基础性工作，数据库的质量直接关系到追溯系统的质量，数据库建立的好坏同时也关系到软件开发进程的快慢。所以，在开发系统前要对需求进行广泛的调研，建立数据库时要准确定义每一个项目的名称、字段类型、显示类型、长度等信息，以免给系统的开发带来不必要的麻烦。

牛肉一站式供销服务系统数据库的逻辑结构设计包括字段名、中文名称、字段类型、显示类型、长度、主键等信息。数据库具体设计形如图6所示。 5.1 牛肉一站式供销服务系统的测试

5.1.1 单元测试 单元测试就是测试每个功能模块的程序是否有错误，在系统的设计编码阶段就要不断地进行测试，一般的测试方法是检查源程序代码，如果源程序代码没有错误就可以对该模块进行运行测试，测试其功能［19］。

5.1.2 集成测试 当完成各功能模块的设计，通过了单元测试后，随后就要检验各模块之间的接口是否正确，模块间的连接和数据调用是否正常等。

5.1.3 确认测试 在经过了单元测试和集成测试后，最后的程序是对系统进行确认测试，测试整个软件系统是否满足用户功能和性能的要求，通过用户的实际使用情

况来检验系统的设计质量。

5.2 牛肉一站式供销服务系统的模拟运行

通过对系统的测试，修补了系统设计中存在的各种问题，接着要对系统进行模拟运行，模拟运行是对软件系统质量的最后把关。

本系统在模拟运行中，系统运行流畅，能够满足牛肉产品供应链中肉牛养殖、流通运输、屠宰分割及销售各环节的需求，信息的采集、数据的存储及数据调用和数据的删除等功能都能正常进行，信息存储准确、完整，数据输出调用准确无误。 基于物联网的牛肉一站式供销服务系统，采用了当下流行的B/S架构，以功能更加完善的Visual Studio 2008为开发平台，后台数据库采用SQL Server 2000大型数据库，容量更大，应用更加成熟。

系统在运行环境方面具有更好的兼容性，用户只需使用能连接互联网的任意浏览器就能够访问本系统。在完成系统的设计开发后，对系统进行了全方位的测试及最后的模拟运行等功能方面的测试，模拟运行结果表明本系统达到了预期效果，系统各模块的连接及底层数据的交换均达到要求。

通过生产实际运行表明，本系统运行稳定，各项数据录入方便快捷，数据存储准确无误，所包含牛只信息全面。本系统实现了牛肉产品网络化销售及牛肉产品生产加工全过程信息的快速追溯，减轻了生产一线工作人员的劳动强度，实现了牛肉产品一站式在线供销服务，方便了消费者，显著地提高了牛肉产品的质量安全水平。

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