基于质量安全的奶业全产业链追溯系统设计

陈岳枫，张幸怡，吴洁，王伟，林聪，苏衍菁

（光明牧业有限公司，上海 200436）

相关研究指出，食品可追溯体系是从根本上预防食品安全风险的主要工具之一[1]。为保证农产品质量安全，我国政府于2015年10月1日颁布实施了“史上最严”《食品安全法》，明确提出了食品生产企业承担食品安全追溯的义务。2015年国务院办公厅下发的《关于加快推进重要产品追溯体系建设的意见（国办发〔2015〕95号文）》明确了重要产品食品安全追溯的责任。同年上海市人民政府出台了《上海市食品安全追溯管理办法》，对食品安全追溯提出了具体明确的要求。

当前，我国已进入互联网和移动通信技术快速发展的信息时代，物联网技术日渐成熟。人们结合物联网技术，提出了溯源和追踪的双向管理模式[2]。本课题旨在开发设计一套基于质量安全的奶牛养殖与奶制品生产全产业链追溯系统，通过对养殖生产过程中各个环节的数据进行实时采集和在线分析，实现科学化、精细化养牛，使养殖效益得到整体提升，实现投入品管理、牛只管理、原奶质量管理全过程的数据化、在线化及可追溯。该系统可为消费者和监管部门提供更加全面的奶制品追溯信息，确保质量安全，同时为牧场关键环节提供信息化服务，有效提高生产效率[3]。

1 奶牛养殖环节要点分析

奶制品的质量安全受到奶制品生产全产业链多个环节的影响，其中奶牛养殖环节是主要关键点之一[4]。奶牛养殖处于追溯链条的第一个环节，是整个产业链的基础和保障，Bernard等的研究发现，通过现代化的信息手段，对奶牛养殖环节信息进行跟踪和溯源，有利于提高生鲜乳的产量与质量[5]。

1.1 奶牛饲养管理

奶牛在不同生理阶段，其自身营养需要及管理方式会有所不同。在饲养过程中，必须考虑奶牛各阶段的营养需要及生理状态，给予针对性的日粮配方和管理模式。根据奶牛的生产性能和生理阶段，可将牛群划分为不同的群体进行分群管理。如将成母牛按泌乳阶段分别集中管理，后备牛按月龄分别集中管理。分群饲养管理是奶牛场的一项基本管理手段，直接影响牛群的健康和奶牛场的经济效益[6]。另外，在日常奶牛饲养过程中，需监测牛舍温湿度及奶牛的采食、饮水、反刍、粪便、休息、泌乳、发情等状况，以确保奶牛有良好的健康状况和生产环境。

1.2 奶牛繁殖管理

奶牛繁殖力的高低可直接影响其生产性能，影响奶牛场的经济效益。科学的管理技术不仅可提高奶牛产奶量，同时可提高奶牛健康水平及繁殖力。

（1）母牛发情鉴定。奶牛在14月龄、体重为成年奶牛的55%时，即达到了理想的配种年龄[7]。因奶牛存在个体差异，配种年龄应根据实际情况而定。奶牛场繁殖技术人员应熟练掌握奶牛发情特征，当达到理想配种阶段时，要通过增加观察次数和观察时间，及时、准确地检出发情母牛，予以配种。对于一些发情异常、延迟发情的母牛，需进行针对性检查并给予相应措施。

（2）奶牛配种。应规范奶牛配种操作流程，选取正规标准化冻精，严格执行人工授精规程，做好消毒管理工作，避免因操作不当造成奶牛配种失败、引发感染等问题。

（3）奶牛分娩。奶牛在分娩时，应尽量让其自然分娩，必要时给予适当助产，务必做好奶牛产前、产中、产后的检查，以及消毒等护理工作。避免奶牛出现产道损伤、胎衣不下等问题，以及罹患子宫内膜炎、子宫颈炎等生殖器官疾病。

1.3 奶牛卫生防疫管理

奶牛场的卫生防疫工作是保证奶牛健康的前提和基础，是保证规模化奶牛场生产效益的关键。要求牧场建立健全卫生防疫制度，制定科学合理的免疫程序，积极开展奶牛两病净化工作，定期驱虫、严格消毒、采取乳房和蹄部保健、疫情监测预警、污染物可持续治理等预防措施，同时在人员管理上，加强对奶牛场人员业务知识的学习和培训，做好奶牛场卫生防疫工作[8]。

1.4 饲料管理

奶牛的饲料原料主要包括粗饲料、精饲料、糟粕类饲料、多汁饲料、矿物质饲料、添加剂类饲料以及特殊类饲料等类型。饲喂安全、营养、精粗搭配合理的饲料才能保证奶牛的身体健康及正常的代谢功能，保障奶牛生产出安全的生鲜乳。

（1）饲料的采购。饲料采购人员应严格遵守相关质量标准及法律法规，严禁采购国家禁用的饲料及饲料添加剂[7]，在采购前对饲料的质量要进行严格把关，加强饲料入库前的检测，确保质量合格的饲料入库。饲料进场时应进行过磅、验收，然后妥善保管[9]。

（2）饲料的存储。饲料应储存在干燥、通风的仓库内，避免其发生结块、霉变，以及遭受鼠害、虫害和鸟害，严禁与有毒有害物品同时存放。做好饲料的出入库、使用等相关记录，并定期核实[7]。

1.5 奶牛产奶管理

产奶管理主要是进行原料奶的品质控制。挤奶环节应严格遵循标准化挤奶操作流程，做好挤奶设备的清洗、消毒和维护。检测原奶的质量相关指标，确保牛奶的质量安全。

2 基于质量安全的追溯系统的实现

上海奶牛养殖与奶制品生产全产业链追溯系统是以“前端抓数据，中端建规则，终端做分析”为原则，以物联网终端采集为创新，实现牧场整体溯源生态体系的建设。该系统可进一步完善和改进牧场管理系统，升级自动化的牧场追溯管理设备，实现奶牛养殖、奶牛育种、现场环境、饲料投料、挤奶信息采集、生奶检验、指标预警等日常管理支持和追溯信息管理。系统总体数据流的主要处理路径为：数据采集层、预处理、数据存储、数据模型、数据分析、数据应用（图1）。

图1 总体数据流的主要处理路径图

该系统主要包括以下九个模块：牛只管理、犊牛饲养管理、繁育管理、疾病管理、转群转舍、生奶管理、兽医管理、业务预警和报表中心。各模块关系线路如图2所示。

图2 系统各主要模块关系线路图

2.1 牛只管理

为牛只佩戴统一的超高频电子耳标，通过移动终端，完成牛只生命和生理周期管理，主要用于奶牛基本信息查询或处理。可查询牧场整体牛只情况；牛只离场的信息，包括淘汰、死亡等离场原因；当前牧场牛只的分群状态信息。

2.2 犊牛饲养管理

犊牛业务模块提供了犊牛管理部门所有的业务操作内容，需实现的功能包括：产前围产、产犊处理、犊牛饲养、生长测定、犊牛疾病等相关业务操作。犊牛业务模块仅允许拥有相应权限的用户进行业务操作。对于不留养的犊牛，将不打耳标，但为方便信息留档，需具备手工信息采集录入功能。

2.3 繁育管理

繁育管理主要要实现从发情配种到干奶分娩的日常管理，包括同期发情管理、配种管理、初检管理、复检管理、干奶管理、接产管理等。同期发情管理，可查询发情牛只发情时间、牛号和揭发人员等相关信息；配种管理，可查询一段时间内配种牛只的牛号、配种时间、冻精批次号、操作员等相关信息；初检管理，可查询配种后奶牛初检已孕、未孕等状态；复检管理，可查询配种后奶牛复检已孕、未孕等状态；干奶管理，可查询需要干奶及已经干奶牛只的相关信息；接产管理，可查询到接产相关信息。

2.4 疾病管理

疾病管理主要实现对牛只疾病的处理、治疗等日常管理，包括：疾病处理、免疫检疫、产前干奶、围产期护理、修蹄保健、淘汰牛和业务查看七个模块。可通过各个模块查询相关牛只信息。

2.5 转群转舍管理

转群转舍主要实现犊牛、后备牛转群转舍的查询及功能操作，主要包括转舍业务、整舍转牛、转舍汇总、转舍明细等。

2.6 生奶管理

生奶管理主要实现日常生奶的管理。通过软硬件结合对挤奶时间、挤奶数量、挤奶位置、下奶速度、脱杯异常、脱杯流速等进行统计并可生成自定义报表，拥有主流挤奶机数据集成接口。同时对于清洗水温、pH值、清洗时间、清洗动力、奶缸温度曲线、奶缸牛奶重量实现实时数据统计。

2.7 饲料管控系统

该系统包含饲料采购流程（牧场提采购需求、供应链制定采购计划确定供应商、供应商送货、最终牧场验收确认），饲料供应商仓库管理、二维码采购单模块，饲料场库存批次管理，饲料厂/牧场库存管理模块，过磅管理模块，IQC（Incoming Quality Control，来料质量控制）对接模块，牧场饲料验收确认等，具有内部饲料流转及饲料的供应链流程及溯源功能。

2.8 移动终端系统

通过移动终端，完成牛只生命和生理周期管理。其中移动终端系统具备9个业务类型和6个核心模块，实现了对犊牛初生、繁殖育种、健康保健以及病死淘汰牛流程的覆盖。其中各业务模块根据养殖规则对数据智能进行筛选，并在任务驱动形式下发作业内容，以达减员增效的目的。

2.9 原奶安全管理系统

通过物联网感知技术建立全面覆盖牧场原奶生产环节的质量监控系统。包括挤奶环节原奶安全管理、检测环节原奶安全管理、CIP（Clean In Place，在线清洗）清洗制冷管理。与牧场硬件设备传感器实现无缝对接，根据传感器传输的相应数据（温湿度、压力、电导率、pH值等）进行原奶安全管理及检测和CIP清洗制冷管理。

3 创新点

（1）本系统可远程自动采集牛舍内的温湿度，智能控制喷淋和风扇的运行，改善饲养环境，实现节能减排，降低成本。

（2）可实现CIP监控与奶源联动。将原奶生产各个环节的精准数字化CIP监控与奶源联动，保障原奶品质安全。

（3）在饲料和投入品的进场环节中，通过车辆过磅信息自动采集，结合二维码识别技术，可实现饲料供应链全程管控和投入品溯源管理。通过饲料挂卡，国家药品批次溯源码等，在饲料使用过程和兽医诊疗用药过程中，可溯源投入品的使用批次，为产品安全提供可靠保障。

（4）可实现精准饲喂展示，做到无人值守中控展示。在饲喂环节，通过TMR与精料、水控系统的无缝对接，构建了无人值守中控，实现了精准饲喂和降本增效。

4 总结

国家的发展战略为企业食品安全管理指明了方向，新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革。随着国家监管形势的日趋严格，提升质量保障能力，促进技术领先势在必行。

上海奶牛养殖与奶制品生产全产业链追溯系统，可实现奶牛生产至原奶离场全程可追溯的系统化管理；实现数据采集和计算的标准化，为牧场统一管控奠定良好的数据基础，并逐步形成数据资源管理标准；实现远程管理和实时监控，推动企业信息资源的共享，提高协同工作效率，进一步实现信息化的价值；实现牧场对投入品、环境管控以及牛只管理等养殖过程数据化、在线化管理，进一步推进奶制品加工、流通、销售供应链过程安全可追溯管理系统建设。同时可建立信息发布和展示平台，定期向社会发布生鲜乳质量信息，增强市民对生鲜乳质量的信心，也可向政府部门传输有效数据，作为政府深抓牛奶质量的抓手，共同推进上海奶牛养殖业的健康发展。