基于ZigBee技术水产饵料全流程信息追溯系统设计_张爱玲.pdf

问题探讨NO.02 2023122饲料研究 FEED RESEARCH基于ZigBee技术水产饵料全流程信息追溯系统设计张爱玲（新疆社会科学院，新疆 乌鲁木齐 830011）摘要：研究旨在实现水产饵料全流程信息追溯，防范问题产品流入市场，开发了基于ZigBee技术的水产饵料全流程信息追溯系统。结果显示，系统以水产饵料供应链为总体框架，涉及水产饵料信息获取、信息传输以及监督环节3个方面内容。具体应用主要包含原料管理、生产管理、运输管理、销售管理。研究表明，基于ZigBee技术的水产饵料全流程信息追溯系统运行效率良好，可有效实现水产饵料全流程信息追溯。关键词：ZigBee技术；水产饵料质量；安全监管；全流程追溯；系统设计中图分类号：S 963 文献标识码：A 文章编号：1002-2813（2023）02-0122-04 Doi：10.13557/ki.issn1002-2813.2023.02.025Design of aquatic feed whole process information traceability system based on ZigBee technologyZHANG Ai-lingAbstract:The research was to realize the information traceability of the whole process of aquatic food and prevent the problematic products from entering the market.A system of information traceability of whole process of aquatic food based on ZigBee technology had been developed.The results showed that the system took the aquatic food supply chain as overall framework,involving three aspects of aquatic food information acquisition,information transmission and supervision.The specific application mainly includes raw material management,production management,transportation management and sales management.The study indicates that the whole process information traceability system of aquatic food based on ZigBee technology has good operation efficiency and can effectively realize the whole process information traceability of aquatic food.Key words:ZigBee technology;aquatic feed quality;safety supervision;whole process traceability;system design我国是水产养殖业大国，水产养殖产量居世界前列1。据中国渔业渔政管理局统计，2020年我国养殖水产品产量约占世界总产量的60%以上。近年来，我国水产品质量安全问题引起多方关注2。通过分析水产饵料安全问题发现，水产饵料原料管理、质量追溯等环节是造成安全事故的主要因素3-4。对存在问题的水产品饵料进行溯源、找出问题诱因已成为政府监督部门、水产饵料企业等相关主体共同关注的话题。在水产饵料全流程信息追溯系统中引入ZigBee技术，不仅有利于水产饵料规范化与高质量生产，还能够提升水产饵料质量安全管理水平与监督效率。因此，本研究基于ZigBee技术对水产饵料全流程信息追溯系统进行设计与应用，为提升水产饵料行业安全水平提供参考。1系统总体方案设计1.1水产饵料全流程信息追溯系统设计原则ZigBee技术具有强大的自组网能力，广泛应用于低功耗、多节点的无线传输协议与信息溯源等领域5-6。近年来，相关政策文件均要求水产饵料原料、生产、运输、销售全部流程实现监管以及信息追溯，而ZigBee技术与水产饵料全流程信息追溯具有天然适配性。基于ZigBee技术建立科学合理的水产饵料全流程信息追溯系统，能够为我国水产饵料行业平稳发展提供新动能。在设计水产饵料全流程信息追溯系统时，应基于以下5个设计原则展开。（1）稳定性原则。一个稳定的系统能够几倍甚至十几倍地提升工作效率7。因此，企业应依据不同种类饵料的生产工艺、仓储要求对水产饵料系统进行优化升级，确保系统稳定运行。（2）可拓展性原则。系统可拓展性通常表现为采用统一标准的数据接口，实现多种硬件设备、网络系统互联以及海量数据共享8。（3）安全性原则。水产饵料企业需科学分配系统权限，保障信息安全9，维护水产饵料全流程信息追溯系统得以有效运行。系统安全性是实现水产饵料全流程信息可追溯必须考虑作者简介：张爱玲，大学，副研究员，研究方向为管理、经济。收稿日期：2022-05-17问题探讨NO.02 2023123饲料研究 FEED RESEARCH的因素。（4）科学性原则。在设计全流程信息追溯系统时要充分考虑系统科学性10，对各环节对接流程进行全方位把控。（5）经济可行性原则。水产饵料全流程信息追溯系统可有效提升生产效率与经济效益，进而激发企业内部生产积极性11。1.2水产饵料全流程信息追溯系统总体框架目前，我国水产养殖行业以及水产饵料行业已进入稳定发展阶段。在此背景下，部分商家为提高养殖成功率会在水产饵料中使用抗生素原粉等药品。因此，农业农村部印发“中国渔政亮剑2021”系列专项执法行动方案重点强调要实现水产饵料可溯源。物联网时代下，虽然多数饲料企业会在信息追溯中使用GPS定位技术，但这一技术在实际应用中存在信号非直线传播、系统定位计算偏误等缺陷12，基于ZigBee技术的全流程信息追溯系统可有效解决上述问题。ZigBee技术可通过在水产饵料生产、加工与运输沿线的周边道路及运输车辆上安装终端设备，实现全流程信息可追溯。在此背景下，全流程信息追溯系统能够实时反馈水产饵料运输详细位置信息，并对运输最优路线进行即时规划。现阶段，已有部分水产饵料企业构建了较为完备的信息管理系统。本研究参考此类企业的服务器与数据库建设，并与ZigBee技术相结合，建立基于ZigBee技术的水产饵料全流程信息追溯系统设计总体框架，见图1，从而实现水产饵料全流程管理。在全流程信息追溯系统框架中，水产饵料的原料管理、生产、运输以及销售环节通过自有信息收集系统与ZigBee技术信息系统进行终端连接。这种连接有利于为水产饵料生产企业以及相关监督部门提供实时信息，也有助于水产饵料供应链上的各相关主体使用水产饵料质量信息溯源服务。水产饵料企业可以利用RFID读卡器以及其他种类传感器对水产饵料的生产流程进行信息查询与处理；水产饵料企业将物流运输以及销售流程的数据信息展开梳理，并录入终端以实现信息实时反馈。传输信息时，获取到的水产饵料信息被系统传输至由数据库与服务器构成的数据交换中心，从而确保数据实时更新与安全。设备管理方面，全流程信息追溯系统主要是凭借ZigBee技术、RFID数据读取器以及定位模块组成。水产饵料全流程收集的信息通过RFID阅读器读取，将产品温湿度、监控、运输等数据通过硬件设备上传至数据交互中心相关服务器，保障各参与主体以及消费者知情权13-14。2系统应用与实现过程2.1系统应用过程将ZigBee技术应用于水产饵料全流程信息追溯系统，可与水产饵料供应链与销售链上各主体建立起紧密联系。构建基于ZigBee技术的水产饵料全流程信息追溯系统，将其总体架构可分为两个层次，分别为硬件架构与软件架构。硬件方面包括无线网桥、ZigBee传感器、无线网关、协调器等设备；软件方面包括ZigBee协议栈、监测终端系统、上位机系统等服务软件。水产饵料全流程信息追溯系统的底层为硬件层，主要作用是将水产饵料原料、生产、运输、销售过程中的数据信息传递到应用程序15。追溯系统的中高层则为软件层，主要作用是为水产饵料监管部门、企业或消费者提供查询全流程信息的渠道。文章针对水产饵料原料管理、生产管理、运输管理与销售管理四大环节，论述基于ZigBee技术的水产饵料全流程信息追溯系统的应用过程。2.1.1原料管理环节水产饵料全流程信息追溯系统将原料基本信息管理作为首要部分，可为企业提供原料供应存储情况、原料种类、资金情况、配方体系等相关信息。ZigBee技术具有碰撞避免策略，即在传输过程中预留专用时隙，发送的数据需接收方确认才可实现传输。这在一定程度上保障了数据传输的可靠性，避免数据遗漏或误发。因此，该技术可对原料按照统一编码进行标记，进而实现对原料的批次管理。标记信息可利用Excel文件记录，便于导出与保存，为信息全流程追溯奠定基础。2.1.2生产管理环节为保障水产饵料安全可靠、操作透明，信息追溯系统根据配方差异控制配料和称重过程，有效避免人工可能出现的差错。投料前，工人会通过扫码识别原料名称与批次，确认信息与配方是否匹配。此时，基于ZigBee技术的无线传输功能，扫码信息立即上传云端服务器。同时，水产饵料粉碎细度、原料混合均匀度、饵料熟化程度、成品饵料水分情况也将同步上传至云端，从而保障生产环节信息追溯。这种管理方式既能够防止配方信息泄露，又能够以数据有效支持领料单生成。2.1.3运输管理环节水产饵料在运输过程中需要记录的信息包括司机、图1水产饵料全流程信息追溯系统总体框架问题探讨NO.02 2023124饲料研究 FEED RESEARCH车辆、实时位置、运输环境等多个方面。ZigBee技术能够通过车辆安装的GPS系统采集车辆位置信息，并将相关信息数据发送至云端。ZigBee技术还可以借助空气温湿度监控设备采集车辆环境信息，避免环境温、湿度对水产饵料成品水分含量的影响。若运输途中发现空气的温度与湿度出现异常，ZigBee技术的传感器会借助监控设备及时发出提醒，并将采集到的信息实时传送至云端。此外，信息采集设备会与生产档案号进行绑定，在运输过程中即可实现水产饵料档案信息的实时优化与完善，以便进行水产饵料全流程信息追溯。2.1.4销售管理环节水产饵料的销售环节主要面临货物变质、拆零销售以及储存条件不符等安全问题16。饲料和饲料添加剂管理条例中明确要求建立产品追溯制度，明确产品销售去向，并确保产品可召回。水产饵料全流程信息追溯系统充分发挥ZigBee技术抗干扰性强、时延短等特点，切实保障产品去向可追溯。追溯系统可通过标签码对饵料产品进行溯源，还可在系统中增加产品订单的添加、修改以及删除查询等功能，以保障信息改动有迹可循。2.2系统实现2.2.1流程确认为保障追溯系统切实可用，参照关于追溯查询的相关研究，将追溯信息分为基本追溯信息与关键节点追溯信息两个部分17-18。前者包括实现组织间有效连接的必需信息，如产品原料信息、生产信息、销售信息与物流信息；后者则包括除基本信息以外的其他追溯信息19。进一步分析水产饵料全流程信息追溯后，系统内将追溯查询分为浅层查询与深层查询。浅层追溯即查询基本信息，这一流程主要面向消费者；消费者可通过产品二维码查询产品品种、品牌信息、供货商信息以及运输过程中的路线与温湿度信息。而深层追溯则面向饵料生产商；当水产饵料产品出现质量问题时，生产商可依据产品二维码查询产品原料批次信息、供货商信息、生产过程中的领料与投料信息。既可以避免问题原料继续用于生产与加工环节，还可以从水产饵料生产全流程中找出问题环节并进行针对性整改，有效保证饵料安全高效生产。因此，水产饵料全流程信息