淺談基于RFID 的中藥材可追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
中藥材可追溯系統(tǒng)是基于中藥材從栽培到成品整個(gè)生命周期的安全保障體系，它利用信息技術(shù)給每件商品標(biāo)上編碼，可以進(jìn)行追蹤。建立中藥材可追溯系統(tǒng)可解決中藥材的安全問(wèn)題、防止假冒，對(duì)提高我國(guó)藥材產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。
1 基于RFID 的中藥材追溯系統(tǒng)分析
中藥材可追溯系統(tǒng)(traditional chinese medicines traceability system)是在中藥材的種植過(guò)程中、生產(chǎn)加工后、流通領(lǐng)域里、使用過(guò)程等環(huán)節(jié)中建立的一種安全保障體系，它利用先進(jìn)的信息技術(shù)給每種中藥材進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)相關(guān)的管理記錄，從而進(jìn)行調(diào)查追蹤。
1.1 RFID 技術(shù)及工作原理
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是20 世紀(jì)90 年代興起的一種無(wú)接觸傳遞信息達(dá)到信息識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的技術(shù)，它基本上由電子標(biāo)簽、閱讀器、天線3 部分組成。其工作原理是指閱讀器將編碼后信息加載到某一頻率的載波信號(hào)上，經(jīng)天線發(fā)送到閱讀器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽芯片電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解碼，最后對(duì)命令請(qǐng)求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷。
1.2 中藥材可追溯系統(tǒng)需求分析
1.2.1 系統(tǒng)邊界模型
系統(tǒng)有包含的功能與沒(méi)有的功能之間的分界線稱(chēng)為系統(tǒng)邊界。系統(tǒng)本身所包括的全部對(duì)象在界限之內(nèi)， 在界限外的就是與系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的各類(lèi)對(duì)象，比如某些設(shè)備、人員和外系統(tǒng)的一些參與者。通過(guò)了解中藥材可追溯過(guò)程情況，明確了系統(tǒng)的參與者。
1.2.2 中藥材可追溯系統(tǒng)對(duì)象
根據(jù)上述邊界圖分析，中藥材可追溯系統(tǒng)的使用對(duì)象主要有種植員、藥材采購(gòu)員、炮制加工人員、藥材銷(xiāo)售商、消費(fèi)者、藥材質(zhì)量監(jiān)管人員、藥材全過(guò)程追溯人員等。在這個(gè)可追溯的平臺(tái)中，各個(gè)環(huán)節(jié)上的各個(gè)人員都可對(duì)中藥材進(jìn)行跟蹤和追溯。如果某份中藥材出現(xiàn)了問(wèn)題，就可以追溯到出現(xiàn)問(wèn)題的藥材的包裝、炮制加工、運(yùn)輸過(guò)程、倉(cāng)儲(chǔ)條件或種植產(chǎn)地，甚至到具體的種植地，通過(guò)這些環(huán)節(jié)的監(jiān)控流入市場(chǎng)的中藥材可靠性就更高了。另外，為避免中藥材在各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題， 可以通過(guò)智能化監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)在中藥材出現(xiàn)問(wèn)題之前進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)加強(qiáng)中藥材生產(chǎn)加工的管理。
1.3 中藥材可追溯系統(tǒng)資源可行性分析
近年來(lái)，在寧夏、四川、甘肅等地建立了中藥材現(xiàn)代化科技產(chǎn)業(yè)基地，這些科技產(chǎn)業(yè)基地主要由中藥材的種植、炮制、研究開(kāi)發(fā)、配套服務(wù)等4 大體系組成。現(xiàn)代化科技產(chǎn)業(yè)基地按良好的農(nóng)業(yè)規(guī)范(GAP)標(biāo)準(zhǔn)種植中藥材，按藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(GMP)標(biāo)準(zhǔn)建立藥材炮制加工廠，中藥研發(fā)按GLP、GCP 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)按照GSP 標(biāo)準(zhǔn)完善。現(xiàn)代化的中藥材科技產(chǎn)業(yè)基地為可追溯系統(tǒng)的建設(shè)提供資源和實(shí)踐基礎(chǔ)。
1.4 中藥材可追溯系統(tǒng)技術(shù)可行性分析
中藥材可追溯系統(tǒng)主要包括中藥材的信息采集、發(fā)布、標(biāo)識(shí)和流通環(huán)節(jié)上的信息繼承等。在產(chǎn)品標(biāo)識(shí)和采集方面，可以采用成本低、易識(shí)別及易將標(biāo)識(shí)信息錄入系統(tǒng)的條碼技術(shù)，該技術(shù)在我國(guó)已應(yīng)用成熟。針對(duì)一些生長(zhǎng)環(huán)境差的、信息難以采集的中藥材，則使用RFID 技術(shù)中能穿透冰、霧、雪、涂料、塵垢等的技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)(包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù))的支撐下是中藥材可追溯系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的。
2 中藥材追溯管理系統(tǒng)流程Petri 模型
Petri 網(wǎng)是一種基于狀態(tài)的建模方法，它對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)業(yè)務(wù)流程建模聚焦在處理事件的過(guò)程上，通過(guò)Petri 模型能夠合理地描述中藥材生命周期中上下游企業(yè)間的協(xié)作情況，又可以比較準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)內(nèi)部物流和信息流的并行運(yùn)作情況。因此，中藥材可追溯系統(tǒng)適合采用Petri網(wǎng)的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.1 業(yè)務(wù)流程建模
假定N=(S, T; F)是Petri 網(wǎng)，Σ=(S, T; F，W，M0)是以N 為基網(wǎng)的網(wǎng)系統(tǒng)，其中F 為S 和T的流關(guān)系，S 表示為庫(kù)所代表的流程條件，T 為變遷集代表流程事件， W 為權(quán)重默認(rèn)為1，M0 為初始標(biāo)識(shí)。業(yè)務(wù)流程中條件描述：S1 為開(kāi)始;S2 為下線中藥材;S3 為合格貼標(biāo)中藥材;S4 為不合格中藥材;S5 為流通企業(yè)到庫(kù)中藥材;S6 為流通企業(yè)檢驗(yàn)合格中藥材;S7 為不合格中藥材;S8 為流通企業(yè)存儲(chǔ)中藥材;S9 為銷(xiāo)售企業(yè)到庫(kù)中藥材;S10 為銷(xiāo)售企業(yè)檢驗(yàn)合格中藥材;S11 不合格中藥材;S12為銷(xiāo)售企業(yè)存儲(chǔ)中藥材;S13 為銷(xiāo)售企業(yè)零售中藥材。
業(yè)務(wù)流程中事件描述：T1 為中藥材制造;T2 為檢測(cè)貼標(biāo);T3 為流通企業(yè)中轉(zhuǎn)運(yùn)輸;T4 為流通企業(yè)入庫(kù)檢測(cè);T5 為流通企業(yè)入庫(kù);T6 為銷(xiāo)售企業(yè)中轉(zhuǎn)運(yùn)輸;T7 為銷(xiāo)售企業(yè)入庫(kù)檢測(cè);T8 為銷(xiāo)售企業(yè)入庫(kù);T9 為零售。以此建立中藥材供應(yīng)管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的Petri 網(wǎng)模型。
2.2 Petri 網(wǎng)模型分析
對(duì)Petri 網(wǎng)模型進(jìn)行性能分析和檢測(cè)主要包括活性檢測(cè)、有界性檢測(cè)、可達(dá)性檢測(cè)。Petri 網(wǎng)的分析方法主要有分層或化簡(jiǎn)、可達(dá)性樹(shù)和矩陣方程求解3 類(lèi)，本文通過(guò)關(guān)聯(lián)矩陣來(lái)進(jìn)行分析。Σ=(S，T;F，W，M0)是以N 為基網(wǎng)的網(wǎng)系統(tǒng)，使Cij+= W(tj，si );Cij-=W(si，tj);其中I=1,2,3，…，n。n=|S|;j=1,2,3，…，m。m=|T|;當(dāng)且僅當(dāng)Cij= W(tj，si )-Wsi，tj)即Cij= Cij+- Cij-時(shí)矩陣Cij 是Σ的關(guān)聯(lián)矩陣，。
根據(jù)Petri 理論由公式CX=0 解出S 不變量為：
X1=(1，1，1，0，1，1，0，1，1，1，0，1，1)T
X2=(1，1，1，0，1，1，0，1，1，0，1，0，0)T
X3=(1，1，1，0，1，0，1，0，0，0，0，0，0)T
X4=(1，1，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0)T
根據(jù)以上的定義，中藥材供應(yīng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的Petri 網(wǎng)模型是符合活性、有界性、可達(dá)性，也就是說(shuō)此模型在實(shí)際操作過(guò)程中是可行的。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 體系層次設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)中藥材流通過(guò)程的分析，系統(tǒng)由業(yè)務(wù)服務(wù)應(yīng)用層、信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)處理服務(wù)層和數(shù)據(jù)采集服務(wù)硬件層組成。其中①業(yè)務(wù)服務(wù)應(yīng)用層由一些服務(wù)管理組成，比如生產(chǎn)、流通、銷(xiāo)售等服務(wù)以及對(duì)藥品業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換;②數(shù)據(jù)層由計(jì)算機(jī)的一些數(shù)據(jù)庫(kù)組成，比如中藥材數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、EPCIS 數(shù)據(jù)庫(kù);③服務(wù)層包括WEB、EPC、EPCIS、RFID 服務(wù)等模塊;④硬件層在系統(tǒng)的底層，由一些硬件設(shè)備采集數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)處理后傳輸給相關(guān)軟件。
3.2 中藥材可追溯系統(tǒng)流程
中藥材可追溯系統(tǒng)的信息流是各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)(電子標(biāo)簽)將信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)又可以從數(shù)據(jù)庫(kù)下傳信息， 消費(fèi)者可通過(guò)多個(gè)平臺(tái)查詢到所購(gòu)藥材的詳細(xì)信息。當(dāng)發(fā)現(xiàn)藥材質(zhì)量有問(wèn)題時(shí)， 通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)找到藥材的流通方向， 并召回這些問(wèn)題藥材，同時(shí)上傳相關(guān)信息至數(shù)據(jù)庫(kù)，讓零售商和消費(fèi)者可以獲得信息。
3.3 多平臺(tái)追溯流程
消費(fèi)者如果需要對(duì)購(gòu)買(mǎi)的中藥材進(jìn)行查詢，可通過(guò)手機(jī)APP 軟件、電話、網(wǎng)站、二維碼等輸入追溯碼，系統(tǒng)根據(jù)查詢表反饋給消費(fèi)者情況。若產(chǎn)品已查詢過(guò)，系統(tǒng)會(huì)告知消費(fèi)者此產(chǎn)品已查詢過(guò)，此時(shí)消費(fèi)者所購(gòu)買(mǎi)的藥材可能存在某些問(wèn)題;否則，追溯系統(tǒng)就會(huì)把消費(fèi)者所購(gòu)買(mǎi)的中藥材相關(guān)信息反饋給消費(fèi)者。這樣中藥材的防偽功能也得到了保障。
3.4 中藥材可追溯系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
根據(jù)中藥材供應(yīng)鏈的特點(diǎn)，中藥材可追溯系統(tǒng)包含5個(gè)子系統(tǒng)：種植生產(chǎn)環(huán)節(jié)、炮制加工環(huán)節(jié)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警、生產(chǎn)全過(guò)程監(jiān)測(cè)和使用環(huán)節(jié)。
3.4.1 種植生產(chǎn)環(huán)節(jié)
該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中藥材種植信息的初始化，記錄藥材的種植相關(guān)信息，包括：檢驗(yàn)登記信息、產(chǎn)地證明信息、交易憑證信息，完成初始化后將所有信息上傳至中心數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)信息的標(biāo)準(zhǔn)化管理。
3.4.2 中藥材炮制加工環(huán)節(jié)
這個(gè)子系統(tǒng)將按照EAN-UCC 標(biāo)準(zhǔn)記錄中藥材采集后到中藥材進(jìn)入市場(chǎng)銷(xiāo)售前的過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息，包括在炮制加工成登記信息、入庫(kù)登記信息、批次信息、中藥材檢驗(yàn)證明信息、并將所有數(shù)據(jù)上傳至中心數(shù)據(jù)庫(kù)，制定出EAN 標(biāo)簽樣式和內(nèi)容，接受中藥材可追溯系統(tǒng)的鏈接和調(diào)用，實(shí)現(xiàn)藥材炮制加工環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)追溯。
3.4.3 藥材全過(guò)程檢測(cè)環(huán)節(jié)
該子系統(tǒng)提供從生產(chǎn)基地到流通領(lǐng)域的信息， 包括中藥材指標(biāo)采集信息、中藥材庫(kù)存管理信息、批次信息等。一方面供應(yīng)方可以有效地對(duì)中藥材的生產(chǎn)進(jìn)行有效的監(jiān)督，另一方面也為為消費(fèi)者和監(jiān)管部門(mén)提供詳細(xì)的藥品安全信息。
3.4.4 中藥材質(zhì)量監(jiān)控預(yù)警環(huán)節(jié)
此子系統(tǒng)要完成監(jiān)控的工作，通過(guò)訪問(wèn)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)采集和匯總有效信息進(jìn)行檢測(cè)，若追溯信息數(shù)據(jù)異常，即可確定原因以及確定是哪個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題而產(chǎn)生預(yù)警，讓檢測(cè)者對(duì)異常數(shù)據(jù)信息采取有效的措施。
3.4.5 中藥材使用環(huán)節(jié)
該系統(tǒng)主要功能是使消費(fèi)者可以通過(guò)在中藥材上的標(biāo)簽了解到中藥材的一些必要信息進(jìn)行驗(yàn)收、匹配及反饋，還可以通過(guò)網(wǎng)站、手機(jī)、觸摸屏掃描端輸入追溯碼，了解中藥材更詳細(xì)的信息。如：中藥材的名稱(chēng)、重量、產(chǎn)地、用途等。
4 總結(jié)
目前，我國(guó)缺乏對(duì)中藥材信息的實(shí)時(shí)采集，跟蹤和追溯管理的缺乏問(wèn)題也存在于流通和消費(fèi)過(guò)程中。通過(guò)研究中藥材的生命周期，找出影響中藥材質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)信息，以RFID 技術(shù)為基礎(chǔ)、以中藥材流通為研究對(duì)象，構(gòu)建了一種實(shí)現(xiàn)中藥材從種植、炮制加工到流通、飲用的整個(gè)過(guò)程可視化可追溯系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈中不同企業(yè)間信息公開(kāi)透明的交流，為實(shí)現(xiàn)中藥材的質(zhì)量穩(wěn)定提供一種平臺(tái)。
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