RFID 技术在安全食品供应链中的应用研究

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RFID 技术在安全食品供应链中的应用研究

6 R# f4 F* X. s- c, N) z0 C  k摘要：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。本文首先介绍了RFID的工作原理和在安全食品供应链中应用的意义，然后阐述了其在食品的生产、加工、运输、仓储、销售等各个供应链环节的应用，最后分析了其在安全食品供应链应用中存在的成本过高、标准不统一、数据安全和隐私保护的忧虑、企业信息化程度不高和技术开发落后等主要问题，结合国内外在应用RFID技术中的经验，提出相应的解决对策。
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6 g; \0 p+ S7 q) U# O$ J# V. w关键词：食品安全  供应链  RFID应用
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1 RFID技术及其工作原理

" l3 }/ W$ T3 K4 R3 \, @射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，俗称电子标签，是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID技术具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离远、标签上数据可以加密、存储数据容量大、存储信息更改自如、可识别高速运动物体并可同时识别多个标签、操作快捷方便等优点，其应用给物流、零售等产业带来革命性变化。RFID系统一般由四个部分组成，即电子标签(Tag)、阅读器(Reader)、RFID中间件和RFID应用系统软件。

RFID系统的工作原理：读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号；当标签进入发射区域内时产生感应电流，标签获得能量被激活，并向读写器发送自身编码等信息；读写器接收到载波信号后进行解调和解码，然后送至后台信息网络系统进行处理。系统识别该编码所标识物体的信息，并根据系统设定的要求做出处理，从而实现对该物品的管理和监控。

8 @! Z  {; t  }; h: V- n( E- m2 RFID技术在安全食品供应链中应用的意义

% m  Z( s5 h. V/ V近年来，诸多的食品安全事件(涉及不安全添加剂的“三鹿牛奶”，疯牛病、口蹄疫、禽流感、蓝耳病等畜禽疾病以及农产品药物残留等)的频繁发生，严重威胁消费者的身体健康，引起了世界性的广泛关注，也影响了食品行业的健康、持续、稳定的发展。如何保证食品供应链的安全，已成为一个迫切需要解决的全球性课题。传统的对食品品质检验方法存在管理滞后、效率低下和较高的出错率等问题。国际上食品安全控制体系有ISO系列、良好操作规范(Good Manufacture Practice，GMP)和危害分析与关键控制点(Hazard Analysis and Critical ControlPoint，HACCP)等，但是这些控制体系主要是针对食品供应链上单个环节的内部活动的控制，缺少将整个食品供应链全过程的信息衔接起来的手段。
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利用RFID技术建立安全食品供应链体系可以有效解决以上问题。RFID系统可提供食品供应链中食品与来源之间的可靠联系，确保到达超市货架及厨房的食品的来源是清晰的，并可追踪到生产企业甚至是动物、植物个体及具体的加工操作人员。RFID是一个100％ 追踪食品来源的解决方案，因而可回答用户有关“食品从哪里来?中间经过哪些环节?中间处理环节情况如何?” 等问题，并给出详尽、可靠的回答，可有效监控食品安全问题。RFID解决方案可确保任何食品供应链的高质量的数据交流。在食品供应链中应用RFID可实现两个最重要的目标：第一，彻底实施“源头” 食品追踪解决方案；第二，在食品供应链中提供完全透明化的管理。总的来说，RFID技术在安全食品供应链中应用的意义在于：
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2．1 提高对食品质量安全突发事件的应急处理能力

9 k  v- K# }; Y* G9 d6 t5 z- w发现食品质量安全存在问题时，能够利用RFID技术快速地反应、追本溯源，确定问题所在，有效地控制产品质量安全带来的问题。
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. x5 N0 V7 k$ x$ l6 p% i& K$ o2．2 有利于打破国际贸易壁垒

在食品供应链中采用RFID技术，可以满足当前一些国家对食品质量安全跟踪与追溯的基本要求，从而打破国外因食品质量安全追溯制而设置的贸易壁垒，提高我国出口食品在国际市场上的竞争力。

" }) X3 _9 k; i2．3 提高消费者的信心
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5 T( S: o+ T# u0 l! }( W消费者和食品生产加工过程之间存在时间和空间的差异，消费者在购买时对食品信息知之甚少。通过RFID技术，消费者可以清楚地了解购买产品的信息，提高消费者对购买食品的放心程度，促进食品的销售。
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1 E  u# x3 `2 u2．4 提高企业的经济效益

: k  w1 S& h% S3 T" ^! a一方面是产品质量的提高直接带来的经济效益。安全食品供应链的全程跟踪和追溯可提高产品的附加值，比如，“放心猪肉” 每千克价格一般比普通猪肉高几元。另一方面是节省生产成本间接带来的经济效益。基于RFID技术的食品管理系统的应用可以减少人手，节省人工工资；通过对产品个体的监测和精细饲养可以节省饲料，降低生产成本；应用RFID可以打破部门条块分割，实现信息共享，完善监控手段，减少隐性成本。
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/ g# u- R+ R  h8 h  X6 z要实现安全的食品供应链，就需要供应链各环节实现无缝衔接，达到物流与信息流的统一，从而使供应链处于透明的状态。将RFID技术应用于食品安全供应链，首先是建立完整、准确的食品供应链信息记录。借助RFID对物体的唯一标识和数据记录，将食品供应链全过程中的产品及其属性信息、参与方信息等进行有效的标识和记录。基于这一覆盖全供应链、全流程的数据记录和数据与物体之间的可靠联系，可确保“农场到餐桌(From FARM toFork)” 的食品来源清晰，并可追溯到具体的动物个体、农场、生产企业、操作人员，或者流通加工的任何中间环节。
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3．1 生产(种植、养殖)环节
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在养殖业方面，在养殖产品活体身上加装RFID电子标签，将牲畜、水产品从养殖开始到养殖结束的所有信息进行记录，包括来源、品种、喂料信息、用药信息、疾病及治愈状况等。养殖场不仅可以监控养殖产品的健康状况，追查养殖产品患病或死亡原因，还可以利用RFID实现养殖产品的选育、繁殖、喂养等过程的科学化管理。在农作物种植方面，使用RFID的田间伺服系统。田间伺服系统将农作物品名、品种、等级、尺寸、净重、收获期、农田代码、田间管理情况(土壤酸碱度、温湿度、日照量、降雨量、农药使用情况)等信息进行记录，实现科学化种植。在食品生产的源头使用RFID电子标签，为食品原料追溯提供源头数据，并为后续环节使用RFID提供物质基础。这不但保证了食品原料在源头上的安全性，而且可以实现科学化生产和管理。
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3．2 加工环节
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加工企业在读取食品原料上的产地RFID信息后，根据其中的信息进行分类分级处理，确定食品加工方法、流程、参数及产品的形式，并将成品加工工艺及参数、加工工序员、加工时间、食品添加剂使用情况、保质期、储藏要求、包装重量和方式等数据写入电子标签。将批次管理变成单件实施管理，增加了生产加工过程的透明化。RFID技术也可以用于对食品加工工位的确定和控制，保证对产品的精确加工。
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. }# w: x3 W- R. ?2 z3．3 流通环节

; X- {% q5 O2 J7 n  T0 @$ v$ [在食品的流通环节中，温度、湿度、光照度、震动程度等因素对食品品质影响很大，记录、分析这些数据就显得十分重要。在流通环节，企业首先读取电子标签的信息，根据其信息内容决定食品的运输方式、运输设备、运输条件、运输要求、仓储方式、仓储条件及仓储时间等。在运输方面，在必要的环节安装集成了温度、湿度、震动程度等多种传感器的读写器设备，实时记录食品在流通环节的环境条件的变化信息。比如，安装在车门后的读写器每隔一段时间就会读取车内食品货箱的电子标签信息，连同传感器信息一起发送至食品安全管理系统中记录。利用RFID标签和沿途安装的固定读写器跟踪运输车辆的路线和时间。日本NTT公司开展了使用RFID技术保持酒质新鲜的试验，通过监控运输过程中的温度变化来掌握米酒的品质变化。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射频和传感系统测试，表明RFID技术在食品运输过程中具有监控温度和环境条件的能力。

在仓储方面，在仓库进口、出口安装固定读写器，对食品的进、出库自动记录。很多食品对存储条件有较高的要求，利用RFID标签中记录的信息迅速判断食品是否适合在某仓库存储，可以存储多久。仓库中的集成传感器的读写器按照一定时间间隔读取标签信息和记录环境信息，在出库时，利用RFID系统甚至可以改变传统“先入先出(First In First Out，FIFO)” 的评估方法，根据流通中环境信息进行综合判断，安排更有可能变质的食品先发货，使库存管理更科学合理。另外，利用RFID还可以实现仓库的快速盘点。
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& S" u4 v- n% M0 o6 @/ f3．4 食品销售、消费环节
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销售管理。在此环节，零售商通过食品上的电子标签的信息，获得食品在生产阶段、加工阶段、流通环节的信息，做出产品销售的时间、地点、方式、价格等决策，对产品实行准入管理，并往电子标签中添加相关记录。收款时，利用RFID标签比使用条形码能够更迅速地结算货款，减少顾客等待的时间。
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保质期管理。食品一旦超过有效期或者变质，标签就会发出警告，以便零售商尽快将其撤下货架。Fresh Alert公司将温度传感器和定时器内置于RFID标签中，从而能够在食品腐烂无法食用时发出信号。
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补货管理。根据仓库和零售终端对RFID信息实时更新，这个系统还可以使生产商、零售商了解食品的畅销、滞销情况，实现及时地补货，不仅改善库存，而且能对市场做出快速反应，满足消费者的需求。

/ c* d! b% u& W跟踪和追溯管理。跟踪(Tracking)是指从供应链的上游至下游，跟随一个特定的单元或一批产品运行路径的能力。比如，对于水果蔬菜等农产品而言，跟踪是指从农场到零售店POS(Point of Sale)跟踪蔬菜、水果的能力。
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( O) E+ _; x/ R  M; n9 G追溯(Tracing)是指从供应链下游至上游识别一个特定的单元或一批产品来源的能力，即通过记录标识的方法回溯某个实体的来历、用途和位置的能力。对于水果蔬菜等农产品而言，追溯是指从零售店POS到农场追溯蔬菜、水果的能力。由于食品的生产、加工、运输、存储、销售等环节的信息都存在RFID标签中，消费者、监督部门可以通过有效的途径获得电子标签上的有关食品供应链所有环节的信息。若发生食品质量安全事件，则可以通过该系统快速了解相关食品的流转情况，确定发生问题的环节，界定责任主体，并及时采取召回措施，最大限度减少消费者和企业的损失。例如，奥运食品安全信息系统可实现对奥运食品从生产到消费整个食品链的全程跟踪、追溯。奥运会期间，把就餐人的身份信息与消费的食品原材料信息进行关联后，实现精细化管理。就餐人员刷卡进餐厅就餐时，吃了哪些菜，通过胸卡识读设备能从所选菜谱、食品原料一直追溯到配送中心、生产加工企业乃至最终的养殖源头。从运动员餐桌到农田，哪个环节出了问题都会迅速查到。也就是说，通过一名就餐运动员的身份信息能最终追溯到这名运动员所吃食品的“源头”信息。

( C) Q5 K4 M4 C+ K识别假冒伪劣食品。在识别假冒伪劣食品方面，与其他防伪技术如数字防伪、激光防伪等技术相比，RFID技术的优点在于：每个标签都有一个全球唯一的ID号码，且无法修改和仿造；无机械磨损，防磁性、防污损和防水；RFID的读写器具有不直接对最终用户开放的物理接El，保证其自身的安全性；读写器与标签之间存在相互认证的过程；且RFID能耐高温，使用寿命长，存储量也比较大，可大大提高伪造者造假的难度和成本。在把信息输入RFID标签的同时，通过网络把信息传送到公共数据库中，普通消费者或购买产品的单位，通过把商品的RFID标签内容和数据库中的记录进行比对，能够有效地帮助识别假冒产品。中国科学院自动化研究所RFID研究中心研制出了针对酒类的RFID防伪系统，该系统由特殊设计的瓶盖和瓶体、通信网络、RFID读写器和防伪数据库服务器组成。
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& y& m+ t1 f# x4 ^. C5 x4 RFID技术在食品供应链应用中的障碍及对策

4．1 成本过高

这是制约RFID发展的最主要因素之一。RFID的成本不仅包括标签、阅读器和中间件等，还包括管理软件的升级费用等。目前，每个传统条形码的价格约为0．25美分，而一个RFID标签的价格是30～40美分，是条形码价格的100多倍，巨大的成本差距严重地阻碍了RFID技术的普及。很多食品都属于低值消费品，使用RFID标签的成本更高。Mrresearch的研究报告表明：一个供货商要满足沃尔玛的RFID基本要求，需要支出130万～200万美元，加上相关的软硬件设施集成服务系统测试及培训等费用，每年投人的成本将增加913万美元，而且为了将整个供应链结合起来或是为RFID标签海量数据的捕捉与分析建立一套方法，大多数供应商还须在原有的IT系统上进行投资。因此，高昂的成本使得我国物流企业对RFID技术望而却步。
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要降低成本，一方面，应该进一步推广RFID标签的使用。随着使用量的增加，可以使成本降低。据业内人士预计，当全球的RFID标签需求量超过50亿片后，成本将会随着规模的扩大进一步地降低到2美分左右。另一方面，对于价值较低的单件商品，可以暂时采用RFID与条码技术相结合的办法，即在托盘、包装箱或者集装箱上使用RFID标签，以实现大量商品的快速进出库及库存管理，而在单品上使用条形码以满足销售的需求，这样可以降低使用成本。还有就是要有供应链各成员利益共享、成本分摊的合理方案。目前的RFID应用几乎都是上游投资、下游受益。比如，零售商希望借RFID降低成本、提高效率，而采用RFID的成本却要由制造商、物流商来承担。如果不解决好供应链各成员利益共享、成本分摊的问题，RFID就无法大规模应用，而应用规模不够，降低RFID成本则无从谈起。
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% l' a, n3 u8 z! N4．2 标准不统一

RFID的行业标准应包括RFID技术本身的标准，如芯片、天线、频率等方面，以及RFID在物流供应链、身份识别、交通收费等各领域的应用标准。标准不统一是制约RFID发展的重要因素。首先，电子标签的编码不一致。13本有UID、欧美有EPC体系， 中国有自己的GB18937-2003 (NPC)。编码系统本身呈现三足鼎立的态势。其次，RFID标准争夺的核心主要在RFID标签的数据内容编码标准这一领域。目前，形成了五大标准组织，分别代表了国际上不同团体或者国家的利益。EPC由北美UCC产品统一编码组织和欧洲EAN产品标准组织联合成立，在全球拥有上百家成员，得到了零售巨头沃尔玛，制造业巨头强生、宝洁等跨国公司的支持，实力相对占上风。AIM全球自动识别组织、ISO、UID分别代表欧美国家和日本。IP—x标准组织以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主。最后，全球现有117个针对数据交换的RFID协议标准。协议过多过滥，导致术语不统一，限制了标准在实践中的完善。更重要的是， 目前缺乏全球共同遵守的权威统一的标准。这些问题对当今经济全球化下的物品流通十分不利的，也使得一些企业在采用RFID技术方面持观望态度，生怕政策或者标准的变化将使企业蒙受重大损失。

标准的统一不可能靠企业自身来解决。不同国家的政府、行业协会、相关部门、组织和企业一开始都要参与进来，通过沟通协调来统一制定，才可能一步到位解决这个问题。我国于2005年年底正式成立了电子标签标准工作组推进RFID的行业标准工作，同时也积极参与制定有利于中国市场的国际标准。

4．3 数据安全和隐私保护的忧虑

4 g5 i6 P6 t' f- G2 Y2 y由于RFID是远距离无线识读，可能遭遇以下问题：黑客非法截取通信数据，即通过非授权的阅读器截取数据；业务拒绝式攻击，即非法用户通过发射干扰信号来堵塞通信链路，使得阅读器过载，无法接收正常的标签数据；利用冒名顶替标签来向阅读器发送数据，使得阅读器处理的都是虚假的数据，而真实的数据则被隐藏等。因此，要在不增加太多成本的前提下提高RFID标签的安全性。比如，使用加密技术对RFID标签的内容加密，只有被授权用户才能对RFID标签内容进行读写操作。最关键的研究领域仍然是开发和实施硬件实现的低成本的密码函数，包括摘要函数、随机数发生器以及对称加密和公钥加密函数等。

0 x5 V% V0 m% a$ F8 ZRFID还会带来个人隐私泄露问题。将RFID标签贴到单个产品上，当顾客带着商品离开超市后，零售商仍然能够追踪到产品的去向，部分消费者认为可跟踪个人购买习惯的RFID标签是对其隐私的侵犯，这也导致了对电子标签的拒绝使用。企业由于消费者个人购物和消费的隐私被“跟踪” 而被投诉也会造成商业损失的风险。

要解决个人隐私泄露问题，可以研发“选择取消(Opt—out)”模式、“销毁(Kill)”模式、“休眠(Sleep)”模式或“干扰” 模式的自毁型标签或消磁型标签，同时推进针对RFID应用的安全性立法，企业及相关单位应该遵守商业道德和有关法律，严格自律，决不利用RFID技术侵犯消费者隐私，这才能为该技术的市场推广起到重要促进作用。

4．4 企业信息化程度不高
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我国的许多企业物流信息化程度不高，尚不具备运用现代信息技术处理物流信息的能力。在拥有信息系统的物流企业中，其信息系统的业务功能和系统功能还不完善，缺乏必要的订单管理、货物跟踪、仓库管理系统和运输管理系统等物流服务系统，物流信息资源的整合能力尚未形成。而发达国家中的企业就做得比较好，所以它们率先成功地把RFID技术应用到了实际工作中，进一步地提高了信息化程度。
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+ y3 }; n4 l) s" G企业要加快信息化的步伐，企业高层必须意识到信息化的重要性并给予实际支持，要建立信息化领导小组。统一领导、统一规划、统一实施，要树立企业信息化“一盘棋” 的思想，实现各部门与企业信息中心的通力合作，信息化建设要重点“专注技术、专注应用、专注效果”，三者不可偏废。要紧密结合企业实际进行信息化建设，企业必须有一定的开发与消化技术的能力，建立一支强有力的企业内部信息技术队伍。
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7 D) }. e# X/ c+ Z7 D% P4．5 技术开发落后

在我国众多的RFID企业中，各种代理或外企分支机构和系统集成与应用系统开发企业占到近90％ ，真正从事RFID的核心技术开发、具有自主知识产权产品的企业不到10％ 。目前国内做超高频柔性标签的企业不超过五家，做超高频读写器的企业有二三十家，但是，完全拥有自主技术且核心的高频模块和控制模块完全由自己生产的，不超过五家。我国在电子标签芯片的研发和生产上明显落后于国外。

* I+ }6 Y! [, k  ?5 i; s我国应加快RFID的技术开发、系统设计工艺、实验测试和项目实施步伐。RFID是一个涉及多学科、多组织、多部门，并与社会相关机构密切相关的高度综合性和高度专业性的高科技行业，可以通过国家扶持、院校培养、社会培训和企业内部培训等途径培养RFID技术的专业人才。

5 结语

“民以食为天，食以安为先。”RFID技术在安全食品供应链的应用，对企业来说，有助于食品企业加强食品安全方面的管理，稳定和扩大消费群，提升市场竞争力；从食品供应链角度看，为消费者营造了放心消费的环境，树立了良好的形象，切实提高了整条供应链的服务水平。虽然RFID在应用中还有一些问题需要解决，但是其应用前景是十分广阔的。
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