RFID技術在安全食品供應鏈中的應用研究

1RFID技術及其工作原理

　　射頻識別(RadioFrequencyIdentification，RFID)技術，俗稱電子標簽，是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。RFID技術具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離遠、標簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息更改自如、可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽、操作快捷方便等優(yōu)點，其應用給物流、零售等產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化。RFID系統(tǒng)一般由四個部分組成，即電子標簽(Tag)、閱讀器(Reader)、RFID中間件和RFID應用系統(tǒng)軟件。

　　RFID系統(tǒng)的工作原理：讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號；當標簽進入發(fā)射區(qū)域內(nèi)時產(chǎn)生感應電流，標簽獲得能量被激活，并向讀寫器發(fā)送自身編碼等信息；讀寫器接收到載波信號后進行解調(diào)和解碼，然后送至后臺信息網(wǎng)絡系統(tǒng)進行處理。系統(tǒng)識別該編碼所標識物體的信息，并根據(jù)系統(tǒng)設定的要求做出處理，從而實現(xiàn)對該物品的管理和監(jiān)控。

2RFID技術在安全食品供應鏈中應用的意義

　　近年來，諸多的食品安全事件(涉及不安全添加劑的“三鹿牛奶”，瘋牛病、口蹄疫、禽流感、藍耳病等畜禽疾病以及農(nóng)產(chǎn)品藥物殘留等)的頻繁發(fā)生，嚴重威脅消費者的身體健康，引起了世界性的廣泛關注，也影響了食品行業(yè)的健康、持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展。如何保證食品供應鏈的安全，已成為一個迫切需要解決的全球性課題。傳統(tǒng)的對食品品質(zhì)檢驗方法存在管理滯后、效率低下和較高的出錯率等問題。國際上食品安全控制體系有ISO系列、良好操作規(guī)范(GoodManufacturePractice，GMP)和危害分析與關鍵控制點(HazardAnalysisandCriticalControlPoint，HACCP)等，但是這些控制體系主要是針對食品供應鏈上單個環(huán)節(jié)的內(nèi)部活動的控制，缺少將整個食品供應鏈全過程的信息銜接起來的手段。

　　利用RFID技術建立安全食品供應鏈體系可以有效解決以上問題。RFID系統(tǒng)可提供食品供應鏈中食品與來源之間的可靠聯(lián)系，確保到達超市貨架及廚房的食品的來源是清晰的，并可追蹤到生產(chǎn)企業(yè)甚至是動物、植物個體及具體的加工操作人員。RFID是一個100％追蹤食品來源的解決方案，因而可回答用戶有關“食品從哪里來?中間經(jīng)過哪些環(huán)節(jié)?中間處理環(huán)節(jié)情況如何?”等問題，并給出詳盡、可靠的回答，可有效監(jiān)控食品安全問題。RFID解決方案可確保任何食品供應鏈的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)交流。在食品供應鏈中應用RFID可實現(xiàn)兩個最重要的目標：第一，徹底實施“源頭”食品追蹤解決方案；第二，在食品供應鏈中提供完全透明化的管理?？偟膩碚f，RFID技術在安全食品供應鏈中應用的意義在于：

2．1提高對食品質(zhì)量安全突發(fā)事件的應急處理能力

　　發(fā)現(xiàn)食品質(zhì)量安全存在問題時，能夠利用RFID技術快速地反應、追本溯源，確定問題所在，有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來的問題。

2．2有利于打破國際貿(mào)易壁壘

　　在食品供應鏈中采用RFID技術，可以滿足當前一些國家對食品質(zhì)量安全跟蹤與追溯的基本要求，從而打破國外因食品質(zhì)量安全追溯制而設置的貿(mào)易壁壘，提高我國出口食品在國際市場上的競爭力。

2．3提高消費者的信心

　　消費者和食品生產(chǎn)加工過程之間存在時間和空間的差異，消費者在購買時對食品信息知之甚少。通過RFID技術，消費者可以清楚地了解購買產(chǎn)品的信息，提高消費者對購買食品的放心程度，促進食品的銷售。

2．4提高企業(yè)的經(jīng)濟效益

　　一方面是產(chǎn)品質(zhì)量的提高直接帶來的經(jīng)濟效益。安全食品供應鏈的全程跟蹤和追溯可提高產(chǎn)品的附加值，比如，“放心豬肉”每千克價格一般比普通豬肉高幾元。另一方面是節(jié)省生產(chǎn)成本間接帶來的經(jīng)濟效益?；赗FID技術的食品管理系統(tǒng)的應用可以減少人手，節(jié)省人工工資；通過對產(chǎn)品個體的監(jiān)測和精細飼養(yǎng)可以節(jié)省飼料，降低生產(chǎn)成本；應用RFID可以打破部門條塊分割，實現(xiàn)信息共享，完善監(jiān)控手段，減少隱性成本。

3RFID技術在安全食品供應鏈中的應用

　　要實現(xiàn)安全的食品供應鏈，就需要供應鏈各環(huán)節(jié)實現(xiàn)無縫銜接，達到物流與信息流的統(tǒng)一，從而使供應鏈處于透明的狀態(tài)。將RFID技術應用于食品安全供應鏈，首先是建立完整、準確的食品供應鏈信息記錄。借助RFID對物體的唯一標識和數(shù)據(jù)記錄，將食品供應鏈全過程中的產(chǎn)品及其屬性信息、參與方信息等進行有效的標識和記錄?；谶@一覆蓋全供應鏈、全流程的數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)與物體之間的可靠聯(lián)系，可確?！稗r(nóng)場到餐桌(FromFarmtoFork)”的食品來源清晰，并可追溯到具體的動物個體、農(nóng)場、生產(chǎn)企業(yè)、操作人員，或者流通加工的任何中間環(huán)節(jié)。

3．1生產(chǎn)(種植、養(yǎng)殖)環(huán)節(jié)

　　在養(yǎng)殖業(yè)方面，在養(yǎng)殖產(chǎn)品活體身上加裝RFID電子標簽，將牲畜、水產(chǎn)品從養(yǎng)殖開始到養(yǎng)殖結束的所有信息進行記錄，包括來源、品種、喂料信息、用藥信息、疾病及治愈狀況等。養(yǎng)殖場不僅可以監(jiān)控養(yǎng)殖產(chǎn)品的健康狀況，追查養(yǎng)殖產(chǎn)品患病或死亡原因，還可以利用RFID實現(xiàn)養(yǎng)殖產(chǎn)品的選育、繁殖、喂養(yǎng)等過程的科學化管理。在農(nóng)作物種植方面，使用RFID的田間伺服系統(tǒng)。田間伺服系統(tǒng)將農(nóng)作物品名、品種、等級、尺寸、凈重、收獲期、農(nóng)田代碼、田間管理情況(土壤酸堿度、溫濕度、日照量、降雨量、農(nóng)藥使用情況)等信息進行記錄，實現(xiàn)科學化種植。在食品生產(chǎn)的源頭使用RFID電子標簽，為食品原料追溯提供源頭數(shù)據(jù)，并為后續(xù)環(huán)節(jié)使用RFID提供物質(zhì)基礎。這不但保證了食品原料在源頭上的安全性，而且可以實現(xiàn)科學化生產(chǎn)和管理。

3．2加工環(huán)節(jié)

　　加工企業(yè)在讀取食品原料上的產(chǎn)地RFID信息后，根據(jù)其中的信息進行分類分級處理，確定食品加工方法、流程、參數(shù)及產(chǎn)品的形式，并將成品加工工藝及參數(shù)、加工工序員、加工時間、食品添加劑使用情況、保質(zhì)期、儲藏要求、包裝重量和方式等數(shù)據(jù)寫入電子標簽。將批次管理變成單件實施管理，增加了生產(chǎn)加工過程的透明化。RFID技術也可以用于對食品加工工位的確定和控制，保證對產(chǎn)品的精確加工。

3．3流通環(huán)節(jié)

　　在食品的流通環(huán)節(jié)中，溫度、濕度、光照度、震動程度等因素對食品品質(zhì)影響很大，記錄、分析這些數(shù)據(jù)就顯得十分重要。在流通環(huán)節(jié)，企業(yè)首先讀取電子標簽的信息，根據(jù)其信息內(nèi)容決定食品的運輸方式、運輸設備、運輸條件、運輸要求、倉儲方式、倉儲條件及倉儲時間等。在運輸方面，在必要的環(huán)節(jié)安裝集成了溫度、濕度、震動程度等多種傳感器的讀寫器設備，實時記錄食品在流通環(huán)節(jié)的環(huán)境條件的變化信息。比如，安裝在車門后的讀寫器每隔一段時間就會讀取車內(nèi)食品貨箱的電子標簽信息，連同傳感器信息一起發(fā)送至食品安全管理系統(tǒng)中記錄。利用RFID標簽和沿途安裝的固定讀寫器跟蹤運輸車輛的路線和時間。日本NTT公司開展了使用RFID技術保持酒質(zhì)新鮮的試驗，通過監(jiān)控運輸過程中的溫度變化來掌握米酒的品質(zhì)變化。北美最大的食品服務營銷和分配組織SYSCO公司已經(jīng)完成低溫儲運系統(tǒng)的無線射頻和傳感系統(tǒng)測試，表明RFID技術在食品運輸過程中具有監(jiān)控溫度和環(huán)境條件的能力。

　　在倉儲方面，在倉庫進口、出口安裝固定讀寫器，對食品的進、出庫自動記錄。很多食品對存儲條件有較高的要求，利用RFID標簽中記錄的信息迅速判斷食品是否適合在某倉庫存儲，可以存儲多久。倉庫中的集成傳感器的讀寫器按照一定時間間隔讀取標簽信息和記錄環(huán)境信息，在出庫時，利用RFID系統(tǒng)甚至可以改變傳統(tǒng)“先入先出(FirstInFirstOut，F(xiàn)IFO)”的評估方法，根據(jù)流通中環(huán)境信息進行綜合判斷，安排更有可能變質(zhì)的食品先發(fā)貨，使庫存管理更科學合理。另外，利用RFID還可以實現(xiàn)倉庫的快速盤點。

3．4食品銷售、消費環(huán)節(jié)

　　銷售管理。在此環(huán)節(jié)，零售商通過食品上的電子標簽的信息，獲得食品在生產(chǎn)階段、加工階段、流通環(huán)節(jié)的信息，做出產(chǎn)品銷售的時間、地點、方式、價格等決策，對產(chǎn)品實行準入管理，并往電子標簽中添加相關記錄。收款時，利用RFID標簽比使用條形碼能夠更迅速地結算貨款，減少顧客等待的時間。

　　保質(zhì)期管理。食品一旦超過有效期或者變質(zhì)，標簽就會發(fā)出警告，以便零售商盡快將其撤下貨架。FreshAlert公司將溫度傳感器和定時器內(nèi)置于RFID標簽中，從而能夠在食品腐爛無法食用時發(fā)出信號。

　　補貨管理。根據(jù)倉庫和零售終端對RFID信息實時更新，這個系統(tǒng)還可以使生產(chǎn)商、零售商了解食品的暢銷、滯銷情況，實現(xiàn)及時地補貨，不僅改善庫存，而且能對市場做出快速反應，滿足消費者的需求。

　　跟蹤和追溯管理。跟蹤(Tracking)是指從供應鏈的上游至下游，跟隨一個特定的單元或一批產(chǎn)品運行路徑的能力。比如，對于水果蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品而言，跟蹤是指從農(nóng)場到零售店POS(PointofSale)跟蹤蔬菜、水果的能力。

　　追溯(Tracing)是指從供應鏈下游至上游識別一個特定的單元或一批產(chǎn)品來源的能力，即通過記錄標識的方法回溯某個實體的來歷、用途和位置的能力。對于水果蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品而言，追溯是指從零售店POS到農(nóng)場追溯蔬菜、水果的能力。由于食品的生產(chǎn)、加工、運輸、存儲、銷售等環(huán)節(jié)的信息都存在RFID標簽中，消費者、監(jiān)督部門可以通過有效的途徑獲得電子標簽上的有關食品供應鏈所有環(huán)節(jié)的信息。若發(fā)生食品質(zhì)量安全事件，則可以通過該系統(tǒng)快速了解相關食品的流轉情況，確定發(fā)生問題的環(huán)節(jié)，界定責任主體，并及時采取召回措施，最大限度減少消費者和企業(yè)的損失。例如，奧運食品安全信息系統(tǒng)可實現(xiàn)對奧運食品從生產(chǎn)到消費整個食品鏈的全程跟蹤、追溯。奧運會期間，把就餐人的身份信息與消費的食品原材料信息進行關聯(lián)后，實現(xiàn)精細化管理。就餐人員刷卡進餐廳就餐時，吃了哪些菜，通過胸卡識讀設備能從所選菜譜、食品原料一直追溯到配送中心、生產(chǎn)加工企業(yè)乃至最終的養(yǎng)殖源頭。從運動員餐桌到農(nóng)田，哪個環(huán)節(jié)出了問題都會迅速查到。也就是說，通過一名就餐運動員的身份信息能最終追溯到這名運動員所吃食品的“源頭”信息。

　　識別假冒偽劣食品。在識別假冒偽劣食品方面，與其他防偽技術如數(shù)字防偽、激光防偽等技術相比，RFID技術的優(yōu)點在于：每個標簽都有一個全球唯一的ID號碼，且無法修改和仿造；無機械磨損，防磁性、防污損和防水；RFID的讀寫器具有不直接對最終用戶開放的物理接El，保證其自身的安全性；讀寫器與標簽之間存在相互認證的過程；且RFID能耐高溫，使用壽命長，存儲量也比較大，可大大提高偽造者造假的難度和成本。在把信息輸入RFID標簽的同時，通過網(wǎng)絡把信息傳送到公共數(shù)據(jù)庫中，普通消費者或購買產(chǎn)品的單位，通過把商品的RFID標簽內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫中的記錄進行比對，能夠有效地幫助識別假冒產(chǎn)品。中國科學院自動化研究所RFID研究中心研制出了針對酒類的RFID防偽系統(tǒng)，該系統(tǒng)由特殊設計的瓶蓋和瓶體、通信網(wǎng)絡、RFID讀寫器和防偽數(shù)據(jù)庫服務器組成。

4RFID技術在食品供應鏈應用中的障礙及對策

4．1成本過高

　　這是制約RFID發(fā)展的最主要因素之一。RFID的成本不僅包括標簽、閱讀器和中間件等，還包括管理軟件的升級費用等。目前，每個傳統(tǒng)條形碼的價格約為0．25美分，而一個RFID標簽的價格是30～40美分，是條形碼價格的100多倍，巨大的成本差距嚴重地阻礙了RFID技術的普及。很多食品都屬于低值消費品，使用RFID標簽的成本更高。Mrresearch的研究報告表明：一個供貨商要滿足沃爾瑪?shù)腞FID基本要求，需要支出130萬～200萬美元，加上相關的軟硬件設施集成服務系統(tǒng)測試及培訓等費用，每年投人的成本將增加913萬美元，而且為了將整個供應鏈結合起來或是為RFID標簽海量數(shù)據(jù)的捕捉與分析建立一套方法，大多數(shù)供應商還須在原有的IT系統(tǒng)上進行投資。因此，高昂的成本使得我國物流企業(yè)對RFID技術望而卻步。

　　要降低成本，一方面，應該進一步推廣RFID標簽的使用。隨著使用量的增加，可以使成本降低。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預計，當全球的RFID標簽需求量超過50億片后，成本將會隨著規(guī)模的擴大進一步地降低到2美分左右。另一方面，對于價值較低的單件商品，可以暫時采用RFID與條碼技術相結合的辦法，即在托盤、包裝箱或者集裝箱上使用RFID標簽，以實現(xiàn)大量商品的快速進出庫及庫存管理，而在單品上使用條形碼以滿足銷售的需求，這樣可以降低使用成本。還有就是要有供應鏈各成員利益共享、成本分攤的合理方案。目前的RFID應用幾乎都是上游投資、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的成本卻要由制造商、物流商來承擔。如果不解決好供應鏈各成員利益共享、成本分攤的問題，RFID就無法大規(guī)模應用，而應用規(guī)模不夠，降低RFID成本則無從談起。

4．2標準不統(tǒng)一

　　RFID的行業(yè)標準應包括RFID技術本身的標準，如芯片、天線、頻率等方面，以及RFID在物流供應鏈、身份識別、交通收費等各領域的應用標準。標準不統(tǒng)一是制約RFID發(fā)展的重要因素。首先，電子標簽的編碼不一致。13本有UID、歐美有EPC體系，中國有自己的GB18937-2003(NPC)。編碼系統(tǒng)本身呈現(xiàn)三足鼎立的態(tài)勢。其次，RFID標準爭奪的核心主要在RFID標簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標準這一領域。目前，形成了五大標準組織，分別代表了國際上不同團體或者國家的利益。EPC由北美UCC產(chǎn)品統(tǒng)一編碼組織和歐洲EAN產(chǎn)品標準組織聯(lián)合成立，在全球擁有上百家成員，得到了零售巨頭沃爾瑪，制造業(yè)巨頭強生、寶潔等跨國公司的支持，實力相對占上風。AIM全球自動識別組織、ISO、UID分別代表歐美國家和日本。IP—x標準組織以非洲、大洋洲、亞洲等國家為主。最后，全球現(xiàn)有117個針對數(shù)據(jù)交換的RFID協(xié)議標準。協(xié)議過多過濫，導致術語不統(tǒng)一，限制了標準在實踐中的完善。更重要的是，目前缺乏全球共同遵守的權威統(tǒng)一的標準。這些問題對當今經(jīng)濟全球化下的物品流通十分不利的，也使得一些企業(yè)在采用RFID技術方面持觀望態(tài)度，生怕政策或者標準的變化將使企業(yè)蒙受重大損失。

　　標準的統(tǒng)一不可能靠企業(yè)自身來解決。不同國家的政府、行業(yè)協(xié)會、相關部門、組織和企業(yè)一開始都要參與進來，通過溝通協(xié)調(diào)來統(tǒng)一制定，才可能一步到位解決這個問題。我國于2005年年底正式成立了電子標簽標準工作組推進RFID的行業(yè)標準工作，同時也積極參與制定有利于中國市場的國際標準。

4．3數(shù)據(jù)安全和隱私保護的憂慮

　　由于RFID是遠距離無線識讀，可能遭遇以下問題：黑客非法截取通信數(shù)據(jù)，即通過非授權的閱讀器截取數(shù)據(jù)；業(yè)務拒絕式攻擊，即非法用戶通過發(fā)射干擾信號來堵塞通信鏈路，使得閱讀器過載，無法接收正常的標簽數(shù)據(jù)；利用冒名頂替標簽來向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)，使得閱讀器處理的都是虛假的數(shù)據(jù)，而真實的數(shù)據(jù)則被隱藏等。因此，要在不增加太多成本的前提下提高RFID標簽的安全性。比如，使用加密技術對RFID標簽的內(nèi)容加密，只有被授權用戶才能對RFID標簽內(nèi)容進行讀寫操作。最關鍵的研究領域仍然是開發(fā)和實施硬件實現(xiàn)的低成本的密碼函數(shù)，包括摘要函數(shù)、隨機數(shù)發(fā)生器以及對稱加密和公鑰加密函數(shù)等。

　　RFID還會帶來個人隱私泄露問題。將RFID標簽貼到單個產(chǎn)品上，當顧客帶著商品離開超市后，零售商仍然能夠追蹤到產(chǎn)品的去向，部分消費者認為可跟蹤個人購買習慣的RFID標簽是對其隱私的侵犯，這也導致了對電子標簽的拒絕使用。企業(yè)由于消費者個人購物和消費的隱私被“跟蹤”而被投訴也會造成商業(yè)損失的風險。

　　要解決個人隱私泄露問題，可以研發(fā)“選擇取消(Opt—out)”模式、“銷毀(Kill)”模式、“休眠(Sleep)”模式或“干擾”模式的自毀型標簽或消磁型標簽，同時推進針對RFID應用的安全性立法，企業(yè)及相關單位應該遵守商業(yè)道德和有關法律，嚴格自律，決不利用RFID技術侵犯消費者隱私，這才能為該技術的市場推廣起到重要促進作用。

4．4企業(yè)信息化程度不高

　　我國的許多企業(yè)物流信息化程度不高，尚不具備運用現(xiàn)代信息技術處理物流信息的能力。在擁有信息系統(tǒng)的物流企業(yè)中，其信息系統(tǒng)的業(yè)務功能和系統(tǒng)功能還不完善，缺乏必要的訂單管理、貨物跟蹤、倉庫管理系統(tǒng)和運輸管理系統(tǒng)等物流服務系統(tǒng)，物流信息資源的整合能力尚未形成。而發(fā)達國家中的企業(yè)就做得比較好，所以它們率先成功地把RFID技術應用到了實際工作中，進一步地提高了信息化程度。

　　企業(yè)要加快信息化的步伐，企業(yè)高層必須意識到信息化的重要性并給予實際支持，要建立信息化領導小組。統(tǒng)一領導、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一實施，要樹立企業(yè)信息化“一盤棋”的思想，實現(xiàn)各部門與企業(yè)信息中心的通力合作，信息化建設要重點“專注技術、專注應用、專注效果”，三者不可偏廢。要緊密結合企業(yè)實際進行信息化建設，企業(yè)必須有一定的開發(fā)與消化技術的能力，建立一支強有力的企業(yè)內(nèi)部信息技術隊伍。

4．5技術開發(fā)落后

　　在我國眾多的RFID企業(yè)中，各種代理或外企分支機構和系統(tǒng)集成與應用系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)占到近90％，真正從事RFID的核心技術開發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權產(chǎn)品的企業(yè)不到10％。目前國內(nèi)做超高頻柔性標簽的企業(yè)不超過五家，做超高頻讀寫器的企業(yè)有二三十家，但是，完全擁有自主技術且核心的高頻模塊和控制模塊完全由自己生產(chǎn)的，不超過五家。我國在電子標簽芯片的研發(fā)和生產(chǎn)上明顯落后于國外。

　　我國應加快RFID的技術開發(fā)、系統(tǒng)設計工藝、實驗測試和項目實施步伐。RFID是一個涉及多學科、多組織、多部門，并與社會相關機構密切相關的高度綜合性和高度專業(yè)性的高科技行業(yè)，可以通過國家扶持、院校培養(yǎng)、社會培訓和企業(yè)內(nèi)部培訓等途徑培養(yǎng)RFID技術的專業(yè)人才。

5結語

　　“民以食為天，食以安為先?！盧FID技術在安全食品供應鏈的應用，對企業(yè)來說，有助于食品企業(yè)加強食品安全方面的管理，穩(wěn)定和擴大消費群，提升市場競爭力；從食品供應鏈角度看，為消費者營造了放心消費的環(huán)境，樹立了良好的形象，切實提高了整條供應鏈的服務水平。雖然RFID在應用中還有一些問題需要解決，但是其應用前景是十分廣闊的。