基于質(zhì)量安全的奶業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈追溯系統(tǒng)設(shè)計

陳岳楓，張幸怡，吳潔，王偉，林聰，蘇衍菁

（光明牧業(yè)有限公司，上海 200436）

相關(guān)研究指出，食品可追溯體系是從根本上預(yù)防食品安全風(fēng)險的主要工具之一[1]。為保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，我國政府于2015年10月1日頒布實施了“史上最嚴(yán)”《食品安全法》，明確提出了食品生產(chǎn)企業(yè)承擔(dān)食品安全追溯的義務(wù)。2015年國務(wù)院辦公廳下發(fā)的《關(guān)于加快推進重要產(chǎn)品追溯體系建設(shè)的意見（國辦發(fā)〔2015〕95號文）》明確了重要產(chǎn)品食品安全追溯的責(zé)任。同年上海市人民政府出臺了《上海市食品安全追溯管理辦法》，對食品安全追溯提出了具體明確的要求。

當(dāng)前，我國已進入互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)快速發(fā)展的信息時代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日漸成熟。人們結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了溯源和追蹤的雙向管理模式[2]。本課題旨在開發(fā)設(shè)計一套基于質(zhì)量安全的奶牛養(yǎng)殖與奶制品生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈追溯系統(tǒng)，通過對養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行實時采集和在線分析，實現(xiàn)科學(xué)化、精細(xì)化養(yǎng)牛，使養(yǎng)殖效益得到整體提升，實現(xiàn)投入品管理、牛只管理、原奶質(zhì)量管理全過程的數(shù)據(jù)化、在線化及可追溯。該系統(tǒng)可為消費者和監(jiān)管部門提供更加全面的奶制品追溯信息，確保質(zhì)量安全，同時為牧場關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供信息化服務(wù)，有效提高生產(chǎn)效率[3]。

1 奶牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)要點分析

奶制品的質(zhì)量安全受到奶制品生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈多個環(huán)節(jié)的影響，其中奶牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)是主要關(guān)鍵點之一[4]。奶牛養(yǎng)殖處于追溯鏈條的第一個環(huán)節(jié)，是整個產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)和保障，Bernard等的研究發(fā)現(xiàn)，通過現(xiàn)代化的信息手段，對奶牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)信息進行跟蹤和溯源，有利于提高生鮮乳的產(chǎn)量與質(zhì)量[5]。

1.1 奶牛飼養(yǎng)管理

奶牛在不同生理階段，其自身營養(yǎng)需要及管理方式會有所不同。在飼養(yǎng)過程中，必須考慮奶牛各階段的營養(yǎng)需要及生理狀態(tài)，給予針對性的日糧配方和管理模式。根據(jù)奶牛的生產(chǎn)性能和生理階段，可將牛群劃分為不同的群體進行分群管理。如將成母牛按泌乳階段分別集中管理，后備牛按月齡分別集中管理。分群飼養(yǎng)管理是奶牛場的一項基本管理手段，直接影響牛群的健康和奶牛場的經(jīng)濟效益[6]。另外，在日常奶牛飼養(yǎng)過程中，需監(jiān)測牛舍溫濕度及奶牛的采食、飲水、反芻、糞便、休息、泌乳、發(fā)情等狀況，以確保奶牛有良好的健康狀況和生產(chǎn)環(huán)境。

1.2 奶牛繁殖管理

奶牛繁殖力的高低可直接影響其生產(chǎn)性能，影響奶牛場的經(jīng)濟效益。科學(xué)的管理技術(shù)不僅可提高奶牛產(chǎn)奶量，同時可提高奶牛健康水平及繁殖力。

（1）母牛發(fā)情鑒定。奶牛在14月齡、體重為成年奶牛的55%時，即達到了理想的配種年齡[7]。因奶牛存在個體差異，配種年齡應(yīng)根據(jù)實際情況而定。奶牛場繁殖技術(shù)人員應(yīng)熟練掌握奶牛發(fā)情特征，當(dāng)達到理想配種階段時，要通過增加觀察次數(shù)和觀察時間，及時、準(zhǔn)確地檢出發(fā)情母牛，予以配種。對于一些發(fā)情異常、延遲發(fā)情的母牛，需進行針對性檢查并給予相應(yīng)措施。

（2）奶牛配種。應(yīng)規(guī)范奶牛配種操作流程，選取正規(guī)標(biāo)準(zhǔn)化凍精，嚴(yán)格執(zhí)行人工授精規(guī)程，做好消毒管理工作，避免因操作不當(dāng)造成奶牛配種失敗、引發(fā)感染等問題。

（3）奶牛分娩。奶牛在分娩時，應(yīng)盡量讓其自然分娩，必要時給予適當(dāng)助產(chǎn)，務(wù)必做好奶牛產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的檢查，以及消毒等護理工作。避免奶牛出現(xiàn)產(chǎn)道損傷、胎衣不下等問題，以及罹患子宮內(nèi)膜炎、子宮頸炎等生殖器官疾病。

1.3 奶牛衛(wèi)生防疫管理

奶牛場的衛(wèi)生防疫工作是保證奶牛健康的前提和基礎(chǔ)，是保證規(guī)?；膛錾a(chǎn)效益的關(guān)鍵。要求牧場建立健全衛(wèi)生防疫制度，制定科學(xué)合理的免疫程序，積極開展奶牛兩病凈化工作，定期驅(qū)蟲、嚴(yán)格消毒、采取乳房和蹄部保健、疫情監(jiān)測預(yù)警、污染物可持續(xù)治理等預(yù)防措施，同時在人員管理上，加強對奶牛場人員業(yè)務(wù)知識的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，做好奶牛場衛(wèi)生防疫工作[8]。

1.4 飼料管理

奶牛的飼料原料主要包括粗飼料、精飼料、糟粕類飼料、多汁飼料、礦物質(zhì)飼料、添加劑類飼料以及特殊類飼料等類型。飼喂安全、營養(yǎng)、精粗搭配合理的飼料才能保證奶牛的身體健康及正常的代謝功能，保障奶牛生產(chǎn)出安全的生鮮乳。

（1）飼料的采購。飼料采購人員應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)，嚴(yán)禁采購國家禁用的飼料及飼料添加劑[7]，在采購前對飼料的質(zhì)量要進行嚴(yán)格把關(guān)，加強飼料入庫前的檢測，確保質(zhì)量合格的飼料入庫。飼料進場時應(yīng)進行過磅、驗收，然后妥善保管[9]。

（2）飼料的存儲。飼料應(yīng)儲存在干燥、通風(fēng)的倉庫內(nèi)，避免其發(fā)生結(jié)塊、霉變，以及遭受鼠害、蟲害和鳥害，嚴(yán)禁與有毒有害物品同時存放。做好飼料的出入庫、使用等相關(guān)記錄，并定期核實[7]。

1.5 奶牛產(chǎn)奶管理

產(chǎn)奶管理主要是進行原料奶的品質(zhì)控制。擠奶環(huán)節(jié)應(yīng)嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)化擠奶操作流程，做好擠奶設(shè)備的清洗、消毒和維護。檢測原奶的質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)，確保牛奶的質(zhì)量安全。

2 基于質(zhì)量安全的追溯系統(tǒng)的實現(xiàn)

上海奶牛養(yǎng)殖與奶制品生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈追溯系統(tǒng)是以“前端抓數(shù)據(jù)，中端建規(guī)則，終端做分析”為原則，以物聯(lián)網(wǎng)終端采集為創(chuàng)新，實現(xiàn)牧場整體溯源生態(tài)體系的建設(shè)。該系統(tǒng)可進一步完善和改進牧場管理系統(tǒng)，升級自動化的牧場追溯管理設(shè)備，實現(xiàn)奶牛養(yǎng)殖、奶牛育種、現(xiàn)場環(huán)境、飼料投料、擠奶信息采集、生奶檢驗、指標(biāo)預(yù)警等日常管理支持和追溯信息管理。系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流的主要處理路徑為：數(shù)據(jù)采集層、預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用（圖1）。

圖1 總體數(shù)據(jù)流的主要處理路徑圖

該系統(tǒng)主要包括以下九個模塊：牛只管理、犢牛飼養(yǎng)管理、繁育管理、疾病管理、轉(zhuǎn)群轉(zhuǎn)舍、生奶管理、獸醫(yī)管理、業(yè)務(wù)預(yù)警和報表中心。各模塊關(guān)系線路如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)各主要模塊關(guān)系線路圖

2.1 牛只管理

為牛只佩戴統(tǒng)一的超高頻電子耳標(biāo)，通過移動終端，完成牛只生命和生理周期管理，主要用于奶牛基本信息查詢或處理?？刹樵兡翀稣w牛只情況；牛只離場的信息，包括淘汰、死亡等離場原因；當(dāng)前牧場牛只的分群狀態(tài)信息。

2.2 犢牛飼養(yǎng)管理

犢牛業(yè)務(wù)模塊提供了犢牛管理部門所有的業(yè)務(wù)操作內(nèi)容，需實現(xiàn)的功能包括：產(chǎn)前圍產(chǎn)、產(chǎn)犢處理、犢牛飼養(yǎng)、生長測定、犢牛疾病等相關(guān)業(yè)務(wù)操作。犢牛業(yè)務(wù)模塊僅允許擁有相應(yīng)權(quán)限的用戶進行業(yè)務(wù)操作。對于不留養(yǎng)的犢牛，將不打耳標(biāo)，但為方便信息留檔，需具備手工信息采集錄入功能。

2.3 繁育管理

繁育管理主要要實現(xiàn)從發(fā)情配種到干奶分娩的日常管理，包括同期發(fā)情管理、配種管理、初檢管理、復(fù)檢管理、干奶管理、接產(chǎn)管理等。同期發(fā)情管理，可查詢發(fā)情牛只發(fā)情時間、牛號和揭發(fā)人員等相關(guān)信息；配種管理，可查詢一段時間內(nèi)配種牛只的牛號、配種時間、凍精批次號、操作員等相關(guān)信息；初檢管理，可查詢配種后奶牛初檢已孕、未孕等狀態(tài)；復(fù)檢管理，可查詢配種后奶牛復(fù)檢已孕、未孕等狀態(tài)；干奶管理，可查詢需要干奶及已經(jīng)干奶牛只的相關(guān)信息；接產(chǎn)管理，可查詢到接產(chǎn)相關(guān)信息。

2.4 疾病管理

疾病管理主要實現(xiàn)對牛只疾病的處理、治療等日常管理，包括：疾病處理、免疫檢疫、產(chǎn)前干奶、圍產(chǎn)期護理、修蹄保健、淘汰牛和業(yè)務(wù)查看七個模塊?？赏ㄟ^各個模塊查詢相關(guān)牛只信息。

2.5 轉(zhuǎn)群轉(zhuǎn)舍管理

轉(zhuǎn)群轉(zhuǎn)舍主要實現(xiàn)犢牛、后備牛轉(zhuǎn)群轉(zhuǎn)舍的查詢及功能操作，主要包括轉(zhuǎn)舍業(yè)務(wù)、整舍轉(zhuǎn)牛、轉(zhuǎn)舍匯總、轉(zhuǎn)舍明細(xì)等。

2.6 生奶管理

生奶管理主要實現(xiàn)日常生奶的管理。通過軟硬件結(jié)合對擠奶時間、擠奶數(shù)量、擠奶位置、下奶速度、脫杯異常、脫杯流速等進行統(tǒng)計并可生成自定義報表，擁有主流擠奶機數(shù)據(jù)集成接口。同時對于清洗水溫、pH值、清洗時間、清洗動力、奶缸溫度曲線、奶缸牛奶重量實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

2.7 飼料管控系統(tǒng)

該系統(tǒng)包含飼料采購流程（牧場提采購需求、供應(yīng)鏈制定采購計劃確定供應(yīng)商、供應(yīng)商送貨、最終牧場驗收確認(rèn)），飼料供應(yīng)商倉庫管理、二維碼采購單模塊，飼料場庫存批次管理，飼料廠/牧場庫存管理模塊，過磅管理模塊，IQC（Incoming Quality Control，來料質(zhì)量控制）對接模塊，牧場飼料驗收確認(rèn)等，具有內(nèi)部飼料流轉(zhuǎn)及飼料的供應(yīng)鏈流程及溯源功能。

2.8 移動終端系統(tǒng)

通過移動終端，完成牛只生命和生理周期管理。其中移動終端系統(tǒng)具備9個業(yè)務(wù)類型和6個核心模塊，實現(xiàn)了對犢牛初生、繁殖育種、健康保健以及病死淘汰牛流程的覆蓋。其中各業(yè)務(wù)模塊根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)則對數(shù)據(jù)智能進行篩選，并在任務(wù)驅(qū)動形式下發(fā)作業(yè)內(nèi)容，以達減員增效的目的。

2.9 原奶安全管理系統(tǒng)

通過物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)建立全面覆蓋牧場原奶生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。包括擠奶環(huán)節(jié)原奶安全管理、檢測環(huán)節(jié)原奶安全管理、CIP（Clean In Place，在線清洗）清洗制冷管理。與牧場硬件設(shè)備傳感器實現(xiàn)無縫對接，根據(jù)傳感器傳輸?shù)南鄳?yīng)數(shù)據(jù)（溫濕度、壓力、電導(dǎo)率、pH值等）進行原奶安全管理及檢測和CIP清洗制冷管理。

3 創(chuàng)新點

（1）本系統(tǒng)可遠程自動采集牛舍內(nèi)的溫濕度，智能控制噴淋和風(fēng)扇的運行，改善飼養(yǎng)環(huán)境，實現(xiàn)節(jié)能減排，降低成本。

（2）可實現(xiàn)CIP監(jiān)控與奶源聯(lián)動。將原奶生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)數(shù)字化CIP監(jiān)控與奶源聯(lián)動，保障原奶品質(zhì)安全。

（3）在飼料和投入品的進場環(huán)節(jié)中，通過車輛過磅信息自動采集，結(jié)合二維碼識別技術(shù)，可實現(xiàn)飼料供應(yīng)鏈全程管控和投入品溯源管理。通過飼料掛卡，國家藥品批次溯源碼等，在飼料使用過程和獸醫(yī)診療用藥過程中，可溯源投入品的使用批次，為產(chǎn)品安全提供可靠保障。

（4）可實現(xiàn)精準(zhǔn)飼喂展示，做到無人值守中控展示。在飼喂環(huán)節(jié)，通過TMR與精料、水控系統(tǒng)的無縫對接，構(gòu)建了無人值守中控，實現(xiàn)了精準(zhǔn)飼喂和降本增效。

4 總結(jié)

國家的發(fā)展戰(zhàn)略為企業(yè)食品安全管理指明了方向，新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠的產(chǎn)業(yè)變革。隨著國家監(jiān)管形勢的日趨嚴(yán)格，提升質(zhì)量保障能力，促進技術(shù)領(lǐng)先勢在必行。

上海奶牛養(yǎng)殖與奶制品生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈追溯系統(tǒng)，可實現(xiàn)奶牛生產(chǎn)至原奶離場全程可追溯的系統(tǒng)化管理；實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和計算的標(biāo)準(zhǔn)化，為牧場統(tǒng)一管控奠定良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并逐步形成數(shù)據(jù)資源管理標(biāo)準(zhǔn)；實現(xiàn)遠程管理和實時監(jiān)控，推動企業(yè)信息資源的共享，提高協(xié)同工作效率，進一步實現(xiàn)信息化的價值；實現(xiàn)牧場對投入品、環(huán)境管控以及牛只管理等養(yǎng)殖過程數(shù)據(jù)化、在線化管理，進一步推進奶制品加工、流通、銷售供應(yīng)鏈過程安全可追溯管理系統(tǒng)建設(shè)。同時可建立信息發(fā)布和展示平臺，定期向社會發(fā)布生鮮乳質(zhì)量信息，增強市民對生鮮乳質(zhì)量的信心，也可向政府部門傳輸有效數(shù)據(jù)，作為政府深抓牛奶質(zhì)量的抓手，共同推進上海奶牛養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展。