沃尔玛食品供应链管理区块链应用解析

姚国章 吴玉雪 薛新成 王侃亮

摘要：数据匮乏、共享困难、效率低下，是食品供应链管理长期面临的难题，也是各类食品安全事件频发的重要原因。沃尔玛构建了基于区块链的食品供应链平台，并通过美国市场的芒果产品和中国市场的猪肉产品的试点示范，形成了创新型的应用模式，取得了理想的成效。区块链要在食品供应链管理中发挥独特作用，既要选择合适的区块链架构，又要建立起科学严密的数据管理体系，两者紧密结合，共同为构建数字化供应链提供强有力的保证。

关键词：沃尔玛；区块链；食品安全；供应链管理；数字化供应链

引言

作为全球最大的零售商，沃尔玛面临着严峻而又复杂的食品安全等问题的挑战，因为一条完整的食品供应链，往往在全球范围内包括大量的作业步骤和数以百计的地理位置与检查点，如何提升供应链管理的效率和透明度，是沃尔玛所必须面对的现实考验。区块链技术的出现，为沃尔玛破解长期困扰的难题带来希望，尤其是通过与IBM公司等联合攻关，逐步构建起了一套行之有效的基于区块链技术的食品供应链管理体系，为区块链在食品行业的全面应用提供了成功的范例。

1、沃尔玛食品供应链管理区块链发展思路

1.1 发展背景

世界卫生组织提供的数据表明，全球每年有多达6亿人因食用受到污染的食品而生病，其中造成42万人死亡。美国的食品安全同样面临着十分严峻的挑战，根据美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）估计，美国每年大约有4800万人因食品卫生问题导致食源性疾病，相当于总人口的六分之一，其中约12.8万人需要住院治疗，约3000人死亡。

1.2 沃尔玛的痛点

沃尔玛作为食品安全的重要责任主体，承担着非同寻常的食品安全责任和义务。尽管沃尔玛对于食品安全的监管一向极为严格，可是在蔬菜、肉食品等安全问题上，一直苦于没有相关的技术手段，也处于应对乏力、甚至无计可施的窘境。如果有更好的可追溯手段在第一时间找出问题食品的来源，并能确定为特定农场或养殖场，这样只需要丢弃较少数量有问题的食品，这就既能避免更大的损失，也有助于消除社会的恐慌，而且还能使很多无辜的制造商和产业链的关联方免受伤害。

1.3 沃尔玛对区块链的应用需求

区块链技术源于比特币，其本质上是一个去中心化的分布式数据库，区块链技术是以数据库作为数据存储载体，以P2P网络作为通信载体，依赖密码学确定所有权和保障隐私，依赖分布式系统共识框架保障一致性，旨在构建价值交换系统的技术[1]。区块链技术的发展，为沃尔玛解决棘手问题提供了可行的思路，很大程度上解了其燃眉之急。沃尔玛认为，区块链技术可能非常适合分散的食品供应生态系统，因其更好的可追溯性可以让公司更有效地采取行动，以提高应对食品安全事件的能力，同时减少各种可能的损失。于是沃尔玛与IBM联合共同开发了Food Trust解决方案，主要目的是通过区块链让食品供应链过程实现数字化，以有效解决供应链管理的数据割裂难题。沃尔玛在食品安全协作中心成立后同时开展了两项试点项目，一项是用来跟踪从南美洲到美国的芒果，另一项用以跟踪中国的猪肉供应链，以测试供应链中的食品可追溯性和透明度。通过从农场到餐桌的方式，沃尔玛的区块链解决方案将追踪芒果来源的时间从原先的7天减少到2.2秒，效率得到了根本性的提升，而且还大大提升了沃尔玛食品供应链的透明度。猪肉跟踪项目同样取得了明显的成效，养殖、加工、运输和销售全过程的数字化，大大增强了食品供应链的透明度和消费者的信任度。

1.4 发展目标

沃尔玛在启动区块链应用项目之前，明确了食品供应链管理中区块链应用的发展目标，主要包括两个方面：一是要建立更加透明、可信的食品溯源体系。区块链技术无疑是沃尔玛在食品安全系统的基本面建设和创新前沿技术的应用之间寻找一个平衡点的理想选择，在建立更加透明和可信的食品追溯体系方面可以取得传统技术和方法难以取得的效果；二是要为供应链参与各方创造实实在在的利益。让区块链为参与各方共同受益，是沃尔玛和合作伙伴之间率先形成的共识。

1.5 预期成效

在区块链项目实施之前，沃尔玛食品安全副总裁Frank Yiannis就明确提出项目应取得以下六个方面的预期成效[2]：改善食品安全；确保食物新鲜；减少食物浪费；阻止食品欺诈；强化食品安全责任；建立消费者信任。

2、沃尔玛食品供应链管理区块链应用模式

沃尔玛的食品供应商数量众多，供应链管理极为复杂，以猪肉为例，传统供应链管理与基于区块链的供应链管理的差异明显[3]。

2.1 传统供应链管理模式

沃尔玛在数十年的发展探索中，逐步形成了适合自身的供应链管理模式，图1为猪肉食品传统供应链管理流程。

如上图所示，在传统供应链管理模式下，物流的流向是从饲料提供商流向养殖场，再从养殖场通过多条路径流向最终消费者，而资金流则以相反的方向流动，而且数量逐步减少。供应链管理中的信息流由于缺乏有效的共享处于分散和割裂的状态，大大影响了供应链管理的效率和水平。

2.2 基于区块链的供应链管理模式

基于区块链的猪肉食品供应鏈管理模式如图2所示。

如上图所示，基于区块链的食品供应链系统通过数字化的平台将零售商、消费者、物流服务商、平台服务方、供应商、其他相关方以及监管部门连接起来，让所有食品供应链参与方均能共享交易记录，并且数据动态生成、不可篡改，确保参与各方能构建数字化的供应链管理体系。

3、沃尔玛供应链管理区块链应用解决方案

沃尔玛选择了IBM的区块链解决方案，因为它不是重建供应链，而是利用现有技术来增强使用Hyperledger（超级账本）的供应链可追溯性，与公司现有业务可追溯系统能实现有机融合，在此基础上能做到更快速、更高效、更准确。

3.1 区块链的平台架构

沃尔玛采用了IBM提供的区块链解决方案，该方案的平台架构如图3所示[4]。

如图3所示，该区块链方案是能够全面处理多组织区块链网络的完整生命周期的集成业务就绪型平台，它旨在通过每个阶段的协作来加速创建以业务为中心的全球区块链网络，独特之处主要包括：一是支持模块化架构和即插即用组件，如共识和成员服务等；二是允许有效的数据捕获和数据控制，用户可以在任何时间点对数据资源进行共享；三是对自己提供的数据具有所有权和控制权，相关的记录包括审计、农业处理、识别号码、生产制造商、可用设备更新、已知安全问题、授予的权限和安全协议等，所有数据都实时记录并永久存储为电子证书；四是其所提供的信任能够实现更有效、更完整的共享，驱动企业更安全、更可靠、更低成本地完成关键业务[5]。

3.2 沃尔玛供应链管理区块链解决方案需求

沃尔玛基于区块链的解决方案需要满足需求如下：一是供应链参与各方在网络上拥有各自的数据，并控制谁可以访问不同的数据元素；二是系统可以从现有数据存储实现自动数据导入，以利用现有業务记录；三是对于已经管理复杂信息环境的网络管理员，可以通过应用程序编程接口连接器将遗留系统数据与网络数据实现自动化的集成；四是数据连接器允许供应链参与企业IT团队有效地从现有数据存储上载供应链数据，以便将数据从企业系统无缝集成到网络；五是用户一旦登录，可以通过多种方式与网络进行交互；六是在出现危机或需要食品召回时，能够快速回答以下问题以降低成本和安全性。基于源于IBM区块链的平台架构，沃尔玛形成了满足自身业务需求的解决方案，实现食品数字化供应链管理的需求。

4、沃尔玛食品供应链区块链应用试点与商品追溯实例

为了更好地积累区块链在食品供应链管理中的经验，沃尔玛选择了美国市场供应的芒果和中国市场供应的猪肉两种食品开展了先期试点，计划在试点取得成功的基础上向其他商品推广应用，目前在牛肉等商品中已得到实际应用。

4.1 芒果全生命周期追踪

芒果是深受世界各国消费者欢迎的水果，也是沃尔玛十分畅销的食品，但沃尔玛也不止一次遇到因芒果引发的食品安全事件，当安全事件发生后，因为芒果在全球范围内运输容易受李斯特菌和沙门氏菌污染，往往找不到确切的污染源头而只能胡子眉毛一把抓，将本身并没有安全问题的大量芒果一同丢弃，由此而造成的浪费十分惊人。为此，沃尔玛将芒果的全生命周期追踪作为区块链应用的突破口，以期能在第一时间获得涉及食品安全问题的芒果的相关信息。沃尔玛在美国销售的芒果基本原产于中美洲或南美洲的小农种植场，芒果树从种苗到成熟并结果一般为5至8年，运输方式包括空运、海运或陆运运往美国，加工包括洗涤、去皮、切片并放入加工中心的容器中，然后运往沃尔玛配送中心进行冷藏，再运输到商店冷藏和上货架销售，最终被消费者购买而消费。图4为基于区块链的芒果全生命周期的数据管理体系图。

如上图所示，芒果的数据采集主要涉及以下各个环节，不同环节的数据均通过区块链技术得到有机融合和无缝集成。

（1）种植环节：芒果种植期需要采集这一阶段是否使用化学农药、施肥状况、是否雇佣童工以及在收摘过程中是否出现腐烂或表面缺陷等。

（2）加工储运环节：利用区块链连接相关设备和智能传感器记录储运环节数据。

（3）营销和零售环节：记录包括芒果的外观、新鲜度、销售价格、促销措施等数据。

（4）消费和售后环节：记录顾客在购买后的消费状况数据。

4.2 猪肉产品跟踪

为了解决猪肉供应链长期存在的数据分散、更新滞后以及管理低效等“疑难杂症”，沃尔玛联合相关部门共同实施基于区块链的猪肉供应链管理项目。

（1）传统条件下的猪肉供应链数据风险

在传统条件下，一头生猪从养殖场到加工厂，再到储运中心再到零售门店，一系列流程中存在着大量可能的数据风险，包括因篡改、误传和串标等引起的不可控因素，毒物、害虫、细菌病毒引起的污染以及温度、湿度和有效期等引起的腐败变质等，均可导致相应的经济损失、法律责任和社会影响。参见图5所示。为缺乏有效的手段实现数据的共享和整合，由此而引发的食品安全事故时有发生，包括喂食瘦肉精、猪肉产品中注水、涂改过期日期等，让消费者对此深感忧虑。

（2）区块链在猪肉供应链中的应用

基于区块链的应用将猪肉的养殖场来源细节、批号、工厂和加工数据、到期日、存储温度以及运输细节等各种产品信息，以及每一个流程产生的数据都记载在安全的区块链数据库上，实现全流程的数字化管理，以全面提升猪肉供应链管理的效率和水平。所记录的数据具体包括养殖场基本数据、生产批号、工厂和处理数据、到期日期、储存温度以及运输配送细节等。

（3）基于区块链的猪肉供应链流程

基于区块链的猪肉产品供应链，具体的流程如下：

第一步，生猪加工厂家将加工好的猪肉产品放入包装盒中，并贴上专用标签。与此同时，工作人员创建新的二维码并通过这个二维码将所有必要的产品细节数据上传到区块链中，确保任一位授权用户都可以获得入链信息，以查验运营过程中任何一个节点的操作细节。

第二步，供应商发货点负责向沃尔玛配送中心发货的员工创建运输记录，输入运输车辆车牌号，对将被装车的托盘进行扫描，而后系统会显示出这批猪肉即将发往的配送中心和对应的采购订单，然后上传这些单据的图片到区块链上，新创建一个不可篡改的数据文件，供各个授权用户同时登录读取。

第三步，任何一位经授权的食品安全管理人员都可以读取存储在区块链中的单据。因为单据不可篡改，并具有开放性，将会大大缩短单据查找的时间，而且可有效防范未经授权篡改信息等诚信问题。

在应用区块链之前，如果发现了错误，食品安全管理人员需要人工查验每一份单据，以查找确认问题所影响的范围，不但费时费力，而且还难免受人为因素的干扰。采用区块链技术后，通过区块链记录的数据进行追根溯源，能对每件猪肉商品的上架时间实行更好的管理，原先的被动数据查询上升为主动的数据提供，而且通过高效的追踪系统，能避免因未采取预防措施而造成的食物浪费，显著提升了供应链管理的透明度，由此导致供应链管理效率和水平的全面提升。

（4）参与各方的利益

区块链应用于猪肉食品的供应链管理，沃尔玛希望能为养殖户、屠宰企业、零售商和消费者创造出以下不同的利益：养殖户能掌握出栏生猪的流向，更好地规划种猪养殖的品种；屠宰企业能获得猪肉产品的相关数据，判断其保质期是否能够完成销售和消费，了解加工产品的实际流向；零售商能更有效地把控猪肉从猪圈到零售店的全部流程；消费者能获得更新鲜、质量更可靠、食用更安全的猪肉产品。

5、沃尔玛食品供应链区块链应用的启示

沃尔玛利用区块链的探索，为我们提供了十分有益的启示。

5.1 区块链在食品供应链管理中有着独特的用武之地

食品供应链的体系十分庞大，涉及到种植养殖户、生产加工企业、零售商、运输商、销售员以及消费者等等诸多参与者，而且地域分布范围广、时间要求高、安全风险大，某一个环节出现问题均有可能导致重大损失，甚至生命安全。沃尔玛的实践充分表明，区块链技术在食品供应链管理中大有可为，有大量的机遇值得把握，需要从沃尔玛的实践中获得启发和思考，开展更进一步的实践探索。

5.2 选择合适的合作伙伴和合适的区块链架构至关重要

作为全球最具销售规模的企业，沃尔玛有足够的实力和条件独立开展区块链的应用研究，但沃尔玛并没有孤军作战，而是选择在区块链应用有全球领先优势的IBM公司和中国最具实力的高校清华大学合作，形成强强联合、优势互补的合作模式，为其攻克在发展过程中的各种困难奠定了基础。因此，选择合适的合作伙伴和技术实现方案既可以少走弯路，又可以降低开支、缩短自我摸索的时间。

5.3 循序渐进，小步快跑，步步为营

在区块链技术出现之前，沃尔玛曾多次努力创建可追溯系统以解决食品供应链管理的难题，但均未达到预期效果，当区块链技术引入之时，公司高层均对此持怀疑态度，在经过与IBM等合作伙伴较长时间的磋商之后决定开始尝试，于是便启动了美国的芒果和中国猪肉的试点项目，在这两个项目取得理想成效的基础上，把区块链的应用扩展到绿叶蔬菜和肉食制品等品类，做到有条不紊、有序推进，达到了循序渐进、小步快跑和步步为营的效果。

5.4 建立科学严密的数据管理体系是构建数字化供应链的有力保证

从本质上来看，区块链为数据的形成、共享和管控提供了一种新的解决方案，为长期以来烟囱林立、分散割裂的数据“孤岛”得以连通，同时通过共享分布式的账本实现数据的不可篡改和共享共用。基于区块链的食品供应链数据管理体系的建设是一个创新型的系统工程，数据的类型、采集和维护主体、访问权限和应用方式等一系列问题都需要建立相应的标准和规则，必须在供应链参与各方的共同努力下整体取得突破。沃尔玛在这方面积极探索，锐意创新，逐步形成了适应自身发展需要的数据管理体系，最终成为了全球食品供应链数字化的领先实践者。

6、结语

区块链技术的出现为食品供应链管理提供了全新的思路和模式，由于其有效地解决了供应链参与各方的信任问题，同时实现了数据的不可更改性，确保了供应链管理全过程的透明度，很大程度上解决了长期难以解决的供应链管理难题。

區块链在食品供应链管理中的应用前景广泛、成效显著，沃尔玛的实践提供了一个富有借鉴意义的范例，同时也将意味着有更多的企业在这一领域展开探索，更多更有价值的应用案例也将会不断涌现。

参考文献：

[1] 蔡晓晴，邓尧，张亮，等.区块链原理及其核心技术[J/OL].计算机学报， http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1826.tp. 20191118.1126.002.html， 2019-11-18.

[2] Carlo Gutierrez.沃尔玛的区块链：追踪从农场到餐桌的食物[EB/OL].https：//www.altoros.com/blog/blockchain-atwalmart-tracking-food-from-farm-to-fork， 2017-09-08.

[3] 中国连锁经营协会.区块链+供应链！沃尔玛试点食品可追溯[EB/OL]. https：//www.walmartfoodsafetychina.com/ fs%20spotlight/blockchain-and-supply-chain-foodtraceability， 2019-04-14.

[4] Percival Lucena.IBM Blockchain Platform Architecture[EB/OL].http：//blockchainview.com.br/apresentacoes/ download/ibm.pdf， 2019-07-22.

[5] Reshma Kamath.Food Traceability on Blockchain： Walmarts Pork and Mango Pilots with IBM[EB/OL]. https：//jbba.scholasticahq.com/article/3712-foodtraceability-on-blockchain-walmart-s-pork-and-mangopilots-with-ibm， 2018-06-12.

作者简介：

姚国章，南京邮电大学数字经济研究所所长，管理学院教授，研究方向：电子商务，新一代信息技术发展与应用等；

吴玉雪，南京邮电大学管理学院硕士研究生，研究方向：电子商务，大数据应用等；

薛新成，南京邮电大学管理学院管理科学与工程专业硕士研究生，研究方向：电子商务与供应链管理；

王侃亮，南京邮电大学管理学院硕士研究生，研究方向：电子商务与网络财务。