基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)飼料全流程追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭元坤， 程衛(wèi)東， 鄧玉全， 劉建彪， 韓 飛

（山東理工大學(xué)，山東淄博 255000）

隨著人們生活水平的不斷提高，水產(chǎn)食品在人們飲食結(jié)構(gòu)中的比例越來(lái)越大。近年，水產(chǎn)食品安全問(wèn)題頻頻發(fā)生。從多起水產(chǎn)食品安全事故的成因追溯分析可以看出，飼料安全問(wèn)題是導(dǎo)致水產(chǎn)食品安全問(wèn)題的原因之一。（1）原料管控：原料標(biāo)識(shí)不完整或不規(guī)范，不同批次原料混合使用，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。（2）領(lǐng)料流程：手工記錄和盤(pán)點(diǎn)使得“先進(jìn)先出”原則操作難度大，部分原料因貯存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)出現(xiàn)霉變、污染等現(xiàn)象。（3）投料流程：現(xiàn)在的投料流程主要靠雙人復(fù)核保證投料準(zhǔn)確性，使得投料流程易受人為因素影響造成錯(cuò)投現(xiàn)象。（4）質(zhì)量追溯：水產(chǎn)飼料出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題難以有效監(jiān)控和追溯。

目前我國(guó)的飼料產(chǎn)業(yè)已由快速發(fā)展階段向整合提升階段進(jìn)行轉(zhuǎn)變，要適應(yīng)新的形勢(shì)，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中生存、發(fā)展，我國(guó)飼料產(chǎn)業(yè)必須優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，調(diào)整戰(zhàn)略布局，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，從量的擴(kuò)張為主向質(zhì)的提升轉(zhuǎn)變，從外延式發(fā)展向內(nèi)涵式發(fā)展轉(zhuǎn)變，從粗放經(jīng)營(yíng)向科學(xué)發(fā)展轉(zhuǎn)變，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，保持發(fā)展的協(xié)調(diào)性、全面性和可持續(xù)性（宇凌等，2011）。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)建立水產(chǎn)飼料全流程追溯系統(tǒng)將是提高我國(guó)水產(chǎn)飼料整體發(fā)展水平的重要手段之一。

1 水產(chǎn)飼料追溯流程分析

依據(jù)國(guó)際對(duì)農(nóng)產(chǎn)品追溯的定義：通過(guò)對(duì)水產(chǎn)飼料原料的生產(chǎn)廠家、采購(gòu)日期、批次、品質(zhì)等信息的記錄，以及在飼料生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，建立水產(chǎn)飼料全流程追溯系統(tǒng)的信息庫(kù)，以二維碼為載體對(duì)生產(chǎn)信息記錄并將生產(chǎn)全流程各環(huán)節(jié)緊密相連，最終形成水產(chǎn)飼料全流程追溯系統(tǒng)（李圣軍，2014）?？紤]到水產(chǎn)飼料生產(chǎn)廠家現(xiàn)有工作模式，分別以原料采購(gòu)、原料初檢、原料入庫(kù)、領(lǐng)料、投料、成品包裝等環(huán)節(jié)作為信息溯源點(diǎn)。水產(chǎn)飼料追溯流程圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)基于B/S（Browser/Server）三層結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)，如圖2所示。前端開(kāi)發(fā)使用HTML+CSS+JavaScript+JQuery技術(shù)框架，后臺(tái)開(kāi)發(fā)使用SSH集成框架，JDK1.8（Java Development Kit）作為應(yīng)用支撐環(huán)境，使用eclipse作為軟件集成開(kāi)發(fā)工具，Java語(yǔ)言作為后臺(tái)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，Tomcat 7.0作為應(yīng)用服務(wù)器，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)使用MySQL。

圖1 水產(chǎn)飼料追溯流程圖

圖2 B/S結(jié)構(gòu)示意圖

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用集成SSH（struts+spring+hibernate）框架，SSH是目前應(yīng)用比較廣泛的一種Web應(yīng)用程序開(kāi)源框架。集成SSH框架從職能上分為四層：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層和域模塊層，其中表示層使用Struts框架，業(yè)務(wù)層使用Spring框架，數(shù)據(jù)持久層使用Hibernate框架實(shí)現(xiàn)，域模塊層就像實(shí)體層一樣貫穿整個(gè)框架（史曉宏，2009）。

系統(tǒng)將Struts作為整體的基礎(chǔ)架構(gòu)，采用攔截器的機(jī)制來(lái)處理用戶的請(qǐng)求，以便于MVC結(jié)構(gòu)的分離。在Struts框架的模型部分，控制業(yè)務(wù)跳轉(zhuǎn)。Spring作為一個(gè)控制反轉(zhuǎn)（IoC）和面向切面（AOP）的容器框架，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯層的事務(wù)處理（黃敬海，2010）。Hibernate作為對(duì)象關(guān)系映射框架，通過(guò)對(duì)JDBC進(jìn)行輕量級(jí)的對(duì)象封裝，使得開(kāi)發(fā)者可以更加靈活地操縱數(shù)據(jù)庫(kù)。這種框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)各層之間具有低耦合度的特性，具有很好的可復(fù)用性，后期維護(hù)工作量小。系統(tǒng)總體框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體框架圖

3.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì) 水產(chǎn)飼料全流程追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)為六個(gè)模塊：原料管理模塊、生產(chǎn)管理模塊、銷售管理模塊、人事管理模塊、追溯查詢模塊和系統(tǒng)管理模塊。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.2.1 原料管理模塊 飼料原料品質(zhì)優(yōu)劣直接影響飼料質(zhì)量，系統(tǒng)將其作為生產(chǎn)全流程控制的第一關(guān)。原料管理流程如圖5所示，從原料的采購(gòu)開(kāi)始，首先根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃確定原料采購(gòu)計(jì)劃，制訂原料質(zhì)量企業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)項(xiàng)目。原料入庫(kù)以后，要按照統(tǒng)一的原料條碼編碼方案（圖 6）對(duì)原料進(jìn)行標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)原料的批次管理。原料管理模塊包括原料采購(gòu)單管理、供應(yīng)商信息、初檢信息、庫(kù)存管理。采購(gòu)管理主要是包括實(shí)現(xiàn)對(duì)采購(gòu)訂單的添加、修改、刪除和査詢等功能，同時(shí)，還可以將這些基本信息導(dǎo)出為Excel文件進(jìn)行保存。供應(yīng)商信息主要記錄原料供應(yīng)商基本信息，初檢信息主要包括對(duì)原料初檢的信息記錄。庫(kù)存管理主要包括原料入庫(kù)時(shí)間、庫(kù)存數(shù)量、入庫(kù)人等信息。通過(guò)原料編號(hào)、原料批次或者供應(yīng)商的基礎(chǔ)信息便可查詢出原料來(lái)源的詳細(xì)記錄。

3.2.2 生產(chǎn)管理模塊 水產(chǎn)飼料產(chǎn)品的生產(chǎn)管理控制，是水產(chǎn)飼料產(chǎn)品品質(zhì)的重要保證。本系統(tǒng)基于福州海力鑫機(jī)電有限公司的鰻魚(yú)粉狀飼料生產(chǎn)線開(kāi)發(fā)，可根據(jù)配方的不同來(lái)控制配料和稱重過(guò)程，避免了人工誤差。本系統(tǒng)的生產(chǎn)控制模塊主要包括對(duì)原料領(lǐng)料、投料過(guò)程的控制以及對(duì)飼料配方的管理。生產(chǎn)管理流程如圖7所示。投料控制主要是為了防止人為因素造成的錯(cuò)投、漏投等問(wèn)題的發(fā)生。投料前，工人通過(guò)掃碼槍識(shí)別原料的名稱和原料批次，當(dāng)原料信息與配方內(nèi)容相符時(shí)，方可進(jìn)行投料操作，并且掃碼信息記錄會(huì)立即上傳云端服務(wù)器，當(dāng)原料的類型或者批次不正確時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給予警示，并且提示工人當(dāng)前應(yīng)投放的原料，只有掃碼信息核對(duì)無(wú)誤后，工人才能進(jìn)行投料操作。飼料配方是飼料產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，是飼料生產(chǎn)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，更是產(chǎn)品生產(chǎn)和監(jiān)督的最重要依據(jù)。對(duì)飼料配方進(jìn)行管理既可以防止配方信息泄露，又可以為領(lǐng)料單的生成提供數(shù)據(jù)支持。

圖5 原料管理流程圖

圖6 飼料原料條形碼編碼規(guī)則

圖7 生產(chǎn)管理流程圖

3.2.3 銷售管理模塊 銷售管理主要包括對(duì)銷售訂單的添加、修改、刪除和査詢等功能。根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《飼料和飼料添加劑管理?xiàng)l例》的要求，飼料生產(chǎn)企業(yè)要在完善進(jìn)貨查驗(yàn)制度的基礎(chǔ)上建立產(chǎn)品追溯制度，能夠追蹤到飼料產(chǎn)品的來(lái)源與去向，當(dāng)生產(chǎn)企業(yè)發(fā)現(xiàn)某一生產(chǎn)批次的產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，能夠立即查詢到該批次飼料的銷售去向并立即召回。

3.2.4 追溯查詢模塊 為方便企業(yè)具體實(shí)施可追溯體系，參照國(guó)外已經(jīng)實(shí)施或者較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，主要把追溯信息分為基本追溯信息與擴(kuò)展追溯信息：基本追溯信息是為了確保產(chǎn)品的可追溯性，能夠?qū)崿F(xiàn)組織間和組織內(nèi)各環(huán)節(jié)間有效鏈接的必需信息；除基本追溯信息外，與食品追溯相關(guān)的其他信息稱之為擴(kuò)展追溯信息，可以是產(chǎn)品質(zhì)量或用于商業(yè)目的的信息（劉麗梅等，2009）。通過(guò)對(duì)水產(chǎn)飼料追溯信息的分析，本系統(tǒng)將追溯查詢模塊分為淺層追溯查詢和深層追溯查詢兩個(gè)部分。

3.2.4.1 淺層追溯查詢 淺層追溯查詢面向的用戶為消費(fèi)者，消費(fèi)者通過(guò)掃描產(chǎn)品包裝上面的二維碼即可獲取水產(chǎn)飼料產(chǎn)品的基本追溯信息，主要包括產(chǎn)品的生產(chǎn)批次、飼料配方組成、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期、原料批次與原料進(jìn)貨商等。

3.2.4.2 深層追溯查詢 深層追溯查詢面向的用戶為飼料生產(chǎn)廠家。深層追溯查詢是指在獲取基本追溯信息的基礎(chǔ)上還會(huì)獲取有利于加強(qiáng)企業(yè)管理與內(nèi)部溝通的擴(kuò)展追溯信息。當(dāng)水產(chǎn)飼料產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，生產(chǎn)廠家可根據(jù)產(chǎn)品二維碼查詢到此產(chǎn)品的原料的批次信息和供貨商信息，飼料生產(chǎn)過(guò)程中的領(lǐng)料信息與投料信息。一方面可以避免問(wèn)題原料繼續(xù)用于生產(chǎn)；另一方面可以從飼料生產(chǎn)全流程中找出問(wèn)題環(huán)節(jié)所在并進(jìn)行整改，有效地保證水產(chǎn)飼料安全高效生產(chǎn)。

3.2.5 人事管理模塊 人事管理主要是對(duì)部門(mén)信息與人員信息的管理，不同的部門(mén)工作分工不同，負(fù)責(zé)的系統(tǒng)模塊也不同。通過(guò)對(duì)部門(mén)和員工信息的管理可更加方便地對(duì)系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行分配。

3.2.6 系統(tǒng)管理模塊 系統(tǒng)管理包括對(duì)用戶的管理、權(quán)限分配等功能。在用戶管理上，系統(tǒng)采用基于角色的管理模式（王曉超等，2012）。水產(chǎn)飼料全流程追溯系統(tǒng)的主要面向人員為系統(tǒng)管理員和飼料生產(chǎn)企業(yè)員工。系統(tǒng)最高的管理權(quán)限歸系統(tǒng)管理員所有，飼料生產(chǎn)企業(yè)員工只擁有基本的辦公模塊操作權(quán)限。系統(tǒng)可以根據(jù)工作需要為不同用戶分配不同的權(quán)限，保證了數(shù)據(jù)的安全可靠。

3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)水產(chǎn)飼料追溯流程和系統(tǒng)功能模塊的分析，得出數(shù)據(jù)庫(kù)表單的流程圖，如圖8所示。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包含采購(gòu)訂單表、原料庫(kù)存表、供應(yīng)商表、領(lǐng)料表、投料表、加工信息表、配方信息表、產(chǎn)品信息表、部門(mén)信息表、人員信息表、銷售訂單表。

圖8 表單流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

水產(chǎn)飼料全流程追溯系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，響應(yīng)了國(guó)務(wù)院發(fā)布的《飼料和飼料添加劑管理?xiàng)l例》的政策號(hào)召（馬修國(guó)，2013）。通過(guò)利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并依托Java軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將原料管理、生產(chǎn)流程控制和銷售管理等模塊融為一體，從水產(chǎn)飼料生產(chǎn)源頭上強(qiáng)化和提高了飼料產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，有效地避免了人為因素對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響，保證水產(chǎn)飼料產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、安全、高效生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)飼料的生產(chǎn)全流程可追溯。