劉 鵬 屠 康

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，南京 210095)

稻米質(zhì)量安全追溯過程FMECA研究

劉 鵬 屠 康

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，南京 210095)

針對(duì)基于RFID(射頻識(shí)別)的稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)這一復(fù)雜系統(tǒng)過程。用系統(tǒng)分析的方法將其劃分為3個(gè)邏輯上個(gè)獨(dú)立的流程和7個(gè)互有聯(lián)系的功能環(huán)節(jié)(節(jié)點(diǎn))。對(duì)該7個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了FMECA(故障模式影響及危害性分析)分析。在確定FMECA風(fēng)險(xiǎn)模式的危害度時(shí)采用的是危險(xiǎn)順序數(shù)法(Risk Priority Number)?？紤]到基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯過程的特殊性，引入模糊綜合評(píng)價(jià)方法并參照調(diào)查和歷史數(shù)據(jù)分別計(jì)算了7個(gè)功能環(huán)節(jié)的RPN值。通過確定RPN，明確了稻米質(zhì)量安全追溯過程中各環(huán)節(jié)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的種類和發(fā)生概率，并提出預(yù)防的措施;量化了基于RFID稻米質(zhì)量追溯過程的風(fēng)險(xiǎn)，使風(fēng)險(xiǎn)控制具有可操作性。

稻米 質(zhì)量安全 追溯 FMECA RPN 模糊綜合評(píng)價(jià)

稻米作為各種食品原材料，其質(zhì)量直接關(guān)系到食品質(zhì)量安全水平。由于稻米在自身特點(diǎn)，儲(chǔ)藏方式及流通途徑等方面都不同于一般的食品，對(duì)其安全追溯與質(zhì)量控制亦不能等同于一般的質(zhì)量安全追溯體系。從供應(yīng)鏈的角度分析，可以把稻米在流通過程中的各個(gè)階段的位置實(shí)體看作不同的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的流向看作路徑。隨著我國(guó)糧食流通市場(chǎng)化的不斷提高導(dǎo)致流通鏈擴(kuò)增，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和類型流通路徑也隨之變得復(fù)雜，結(jié)果是稻米流通中各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)的提高以及對(duì)其可控性的降低。如何有效的跟蹤稻米產(chǎn)品的下游供應(yīng)鏈，迅速監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，召回相關(guān)產(chǎn)品，防止危害擴(kuò)散，并追溯稻米產(chǎn)品的上游供應(yīng)鏈，確定問題的源頭，成為稻米安全追溯的核心內(nèi)容。

國(guó)外的研究由于信息技術(shù)平臺(tái)及運(yùn)行體系的完善，具有完整的預(yù)測(cè)，預(yù)警，溯源，質(zhì)量控制，種源判定等功能。比較成熟的模型包括:Becker等［1］建立的綜合專家系統(tǒng)。Braglia［2］將PaniGest軟件用于溯源管理，以輔助質(zhì)量控制。Pieternel等［3］建立了嵌入式食品質(zhì)量－技術(shù)管理系統(tǒng)。我國(guó)自20世紀(jì)90年代初就進(jìn)行了農(nóng)產(chǎn)品安全追溯方面的探索，目前主要的研究方向是根據(jù)可追溯制度與法律要求，提出可追溯系統(tǒng)的整體框架，開發(fā)與集成相應(yīng)的硬件與軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)縫連接并提供過程信息的查詢服務(wù)。目前進(jìn)行的代表性研究包括劉俊榮等［4］提出我國(guó)養(yǎng)殖水產(chǎn)品全鏈可追溯性系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)思路。徐煥良等［5］提出了基于產(chǎn)品生命周期管理的肉品車間生產(chǎn)跟蹤及追溯體系。謝菊芳等［6］運(yùn)用二維條碼技術(shù)、RFID(無(wú)線射頻電子標(biāo)識(shí))技術(shù)和組件技術(shù)，構(gòu)建了肉用豬及其產(chǎn)品的全程質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)了基于.NET構(gòu)架的豬肉安全生產(chǎn)的追溯系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的研究大部分集中于畜禽及水產(chǎn)品的研究。對(duì)于糧食安全追溯的體系、技術(shù)和模型的研究尚不充分。以往的研究大多集中在追溯體系和平臺(tái)的構(gòu)建方面，對(duì)質(zhì)量追溯平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)的確定、評(píng)估以及相應(yīng)的質(zhì)量控制工作研究較少。

主要針對(duì)前期研究的基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)過程中可能存在的稻米質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)，用FMECA風(fēng)險(xiǎn)理論進(jìn)行分析和規(guī)約，對(duì)其進(jìn)行了有效劃分。量化了質(zhì)量追溯過程，使得風(fēng)險(xiǎn)控制具有可操作性。

1 FMECA基本原理和基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)過程簡(jiǎn)述

1.1 FMECA基本原理及食品追溯中的應(yīng)用簡(jiǎn)述

FMECA是一種在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就對(duì)產(chǎn)品可能存在的故障模式及其對(duì)用戶造成的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，找出隱含缺陷，并在設(shè)計(jì)中加以預(yù)防和控制，使質(zhì)量問題在源頭得以解決，從根本上減少直至規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的方法。國(guó)外已經(jīng)有很多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)將其應(yīng)用到食品的質(zhì)量控制和溯源過程中。Massimo等［7］為解決企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過程中的追溯問題，最早將FMECA體系應(yīng)用到企業(yè)內(nèi)部食品安全可追溯研究中，并提出了一個(gè)具體應(yīng)用方案。

1.2 基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)過程和流程初步分析

本研究涉及的供應(yīng)鏈系統(tǒng)計(jì)劃從生產(chǎn)基地開始，結(jié)合RFID技術(shù)對(duì)稻米的產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)行4個(gè)層次(在稻米收購(gòu)站、各級(jí)糧庫(kù)、稻米加工廠和配送中心分別建立質(zhì)量控制監(jiān)測(cè)點(diǎn))控制，并通過稻米質(zhì)量安全快速檢測(cè)技術(shù)及電子標(biāo)簽中間集成應(yīng)用技術(shù)建立相應(yīng)的以稻米信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的質(zhì)量可追溯系統(tǒng)。以質(zhì)量控制信息發(fā)布中心作為消費(fèi)者和供應(yīng)者之間的交互平臺(tái)，以RFID為核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)稻米流通的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制［8］。如圖1所示。從稻米供應(yīng)鏈整體可以看到，通過使用RFID技術(shù)，能夠方便的把整個(gè)供應(yīng)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)的信息讀入公共數(shù)據(jù)庫(kù)，各個(gè)環(huán)節(jié)也可以方便地增加相應(yīng)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。消費(fèi)者和相關(guān)主管部門也可以通過通訊網(wǎng)絡(luò)和終端進(jìn)行查詢和追溯。

圖1 基于RFID技術(shù)的稻米質(zhì)量安全追溯過程架構(gòu)

結(jié)合圖1對(duì)基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的描述可以將過程規(guī)約如下:稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)過程包括3條流程，6個(gè)獨(dú)立但非順序的單元(節(jié)點(diǎn))。流程1是稻米從產(chǎn)地到質(zhì)量控制信息發(fā)布中心查詢反饋終端的物流過程，其中包括圖1中涉及的過程節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)1～6)。流程2是當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)質(zhì)量追溯信息的傳遞和流通，該過程和稻米的物流過程相反，區(qū)別在于該過程不一定是從信息傳遞過程的底端開始，可以從中間節(jié)點(diǎn)開始(從追溯的目的來(lái)看，及早的在稻米流通鏈的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，對(duì)于整個(gè)稻米的安全控制是有利的)，其中包括圖1中涉及的過程節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)1～7)。流程3是稻米質(zhì)量信息的采集過程，通過4個(gè)稻米安全信息的采集環(huán)節(jié)采集信息并和遠(yuǎn)程的稻米質(zhì)量安全追溯公共信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信(包含節(jié)點(diǎn)2和4，此2個(gè)過程中是稻米質(zhì)量最易出問題的環(huán)節(jié))。

2 基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)FMECA分析

本研究主要對(duì)基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)進(jìn)行FMECA分析，并找出危害度較大的環(huán)節(jié)和各種風(fēng)險(xiǎn)模式。以期為稻米的質(zhì)量安全控制工作提供理論指導(dǎo)。

2.1 基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯過程的FMEA分析

按照FMECA方法的一般定義，其實(shí)施過程包括準(zhǔn)備工作、功能定義、確定問題模式、問題原因和后果分析、檢測(cè)方法的確定，以及危險(xiǎn)性評(píng)估6個(gè)步驟［9］。在這個(gè)過程中需要確定流通或追溯過程環(huán)節(jié)所涉及的:風(fēng)險(xiǎn)模式、相應(yīng)測(cè)量方法、可選擇的預(yù)防措施等。提出如圖2所示分析過程。

圖2 基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯過程的FMEA分析方法

通過查閱近2年江蘇省內(nèi)的糧食儲(chǔ)藏流通系統(tǒng)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)信息的資料［10－12］和前期調(diào)研，初步確定了糧食流通及追溯過程中各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)的模式，進(jìn)行了分析，結(jié)果如表1所示。并對(duì)相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的測(cè)量方法和可選擇的預(yù)防措施進(jìn)行了討論。

表1 基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)(失效)模式和影響分析

2.2 基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯過程的CA分析及計(jì)算示例

2.2.1 CA分析

完成FMEA之后，為了得到關(guān)于失效更為詳細(xì)的信息以及為后面的設(shè)計(jì)決策提供更為具體的數(shù)據(jù)，可以對(duì)其繼續(xù)進(jìn)行CA(Criticality Analysis，危害性分析)，估算出具體的危害度值，并確定最終的危害度等級(jí)。Reifer根據(jù)失效影響和作用反應(yīng)將危害度分為4級(jí)［13］。但這種分類方法對(duì)于糧食質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)無(wú)法直接使用，因?yàn)閷?duì)于這類與關(guān)鍵環(huán)節(jié)相關(guān)的系統(tǒng)輸出參數(shù)，即使只包含Reifer中定義的部分錯(cuò)誤，也會(huì)造成很嚴(yán)重的后果，而不是輕度的危害。所以在糧食質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)進(jìn)行CA時(shí)必須綜合考慮多種因素。由于評(píng)估失效模式的影響包括過程所涉及的流通過程和追溯過程，具有不確定性，既有具體的數(shù)據(jù)(例如失效率)，又有模糊的范圍(例如各種影響的程度)，所以采用危險(xiǎn)順序數(shù)法(RPN) (Risk Priority Number)進(jìn)行CA。該方法不但考慮故障模式的危害程度，而且考慮其發(fā)生概率及查明的難易程度，并給出適當(dāng)?shù)脑u(píng)定系數(shù)。故障造成的后果越嚴(yán)重，發(fā)生概率越高，而且難以檢測(cè)到的系數(shù)越高，危險(xiǎn)就越大。這里的故障可以認(rèn)為是糧食流通過程中的風(fēng)險(xiǎn)。

單純的RPN模型難以完全體現(xiàn)本研究過程中CA的要求。故引入模糊綜合評(píng)估法處理查閱到的資料來(lái)確定具體RPN的值，步驟如下。

①建立以追溯過程中各個(gè)獨(dú)立環(huán)節(jié)為對(duì)象的論域:表示為U={U1，U2，…U7}(對(duì)應(yīng)于7個(gè)獨(dú)立環(huán)節(jié))。

②建立評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域。該論域表示評(píng)估所組成的集合U中的元素。表示為N={N1，N2，…N4}，其中N的范圍按照Reifer［13］的理論劃分為Ⅰ災(zāi)難的(Catastrophic)、Ⅱ致命的(Critical)、Ⅲ中等的(Marginal)、Ⅳ輕度的(Minor)。

③建立模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣。表示為式1。

其中0≤g≤1，1≤m，n≤7，g表示U中對(duì)應(yīng)于N中的隸屬度。其計(jì)算方法采用統(tǒng)計(jì)法確定［14］。

④權(quán)重分析。權(quán)重集是為了反映各因素的重要程度而賦予相應(yīng)的權(quán)值所組成的集合，表示為:W= {W1，W2，…W7}。W為評(píng)估因素的重要性程度權(quán)數(shù)(范圍值)，在步驟2的基礎(chǔ)上，通過專家咨詢和和查閱資料［10－12］確定。

⑤設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù):將隸屬度和權(quán)重合并為目標(biāo)函數(shù)Y，表示為式2。

(表示求該矩陣中最大值)

⑥結(jié)果計(jì)算和評(píng)估。將評(píng)估結(jié)果模糊向量Y進(jìn)行規(guī)約，計(jì)算如式3［15］。得到RPN取值范圍。并確定等級(jí)。

2.2.2 計(jì)算示例

為驗(yàn)證以上過程的有效性，以儲(chǔ)藏階段(U2)為例計(jì)算其RPN值計(jì)算RPN值。首先通過資料［12］確定其隸屬度矩陣G2。

再按照Reifer等［13］的理論，查閱資料［12］，分析得到規(guī)約劃分等級(jí)結(jié)果得到W2。

W2={0.18～0.25，0.3～0.4，0.75～0.9，0.2～0.35，0，0，0}

按照步驟6中的方法計(jì)算:

RPN=abs［max(W2×G2)］×100=108～135按照以上步驟確定了圖1中所涉及7個(gè)獨(dú)立過程的RPN取值范圍。結(jié)果如表2所示。

表2 基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)(失效)模式的危害度分析

2.3 分析與討論

通過綜合分析RPN的分布范圍，可以得到以下推論:

①儲(chǔ)藏階段風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)最大(RPN介于108和135之間)，是糧食流通過程中最容易產(chǎn)生食品安全風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)，這也是和實(shí)際情況比較符合的。主要的原因在于其發(fā)生的概率較大且危害程度高，主要的風(fēng)險(xiǎn)模式是由于容器局部溫度或濕度不均勻或者超過安全水分導(dǎo)致的微生物污染，以及蟲害。

②階段加工風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)也較大(RPN介于68.75和97.5之間)，主要的原因在于其發(fā)生的查明難度較大，主要的風(fēng)險(xiǎn)模式是由于加工機(jī)械及容器的不適當(dāng)接觸導(dǎo)致的谷物損傷及品質(zhì)下降。

③由2個(gè)或2個(gè)以上過程環(huán)節(jié)形成的復(fù)合環(huán)節(jié)導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)RPN值較小，說明此類風(fēng)險(xiǎn)較小。

④需要注意的是追溯過程中的信息傳遞過程和生產(chǎn)階段，雖然從RPN的絕對(duì)數(shù)值上看以上2個(gè)過程的危害不大，但前者是追溯系統(tǒng)的核心部分，一旦出現(xiàn)問題，追溯功能將失效，而后者風(fēng)險(xiǎn)模式產(chǎn)生的危害度是所有環(huán)節(jié)中最大的。一旦發(fā)生，則會(huì)導(dǎo)致重大的食品安全問題。

3 結(jié)論

3.1 首次將FMECA方法系統(tǒng)的應(yīng)用到基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯的全過程中。在對(duì)基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯過程進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上將整個(gè)追溯系統(tǒng)劃分為3個(gè)邏輯上獨(dú)立的流程和7個(gè)互有聯(lián)系的功能環(huán)節(jié)(節(jié)點(diǎn))。對(duì)該7個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了失效模式、效應(yīng)和危害度分析。

3.2 在確定以上7個(gè)環(huán)節(jié)FMECA的關(guān)鍵步驟風(fēng)險(xiǎn)模式的危害度時(shí)采用的是RPN排序法。該方法不但考慮故障模式的危害程度，而且考慮其發(fā)生概率及查明的難易程度，并給出適當(dāng)?shù)脑u(píng)定系數(shù)。

3.3 考慮到基于RFID的稻米質(zhì)量安全追溯過程的特殊性，引入模糊綜合評(píng)價(jià)方法計(jì)算RPN分別計(jì)算了7個(gè)功能環(huán)節(jié)的RPN值，并對(duì)其和實(shí)際情況進(jìn)行了討論。

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FMECA Research on Rice Quality Safety Retroactive Course

Liu Peng Tu Kang
(College of food science and technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095)

The RFID－based retroactive system for rice quality－safety has been regarded as a complex system.The systematic analysis method was used to divide the retroactive system into 3 logically separating processes and 7 interrelated functions(nodes).The failure mode，effects and criticality analysis(FMECA)was adopted on the seven functions related above.The risk priority number(RPN)sorting method was used in the hazard risk degree model in FMECA.Considering the particularity of the rice quality－safety retroactive system，the fuzzy comprehensive evaluation method was introduced to calculate RPN value of the 7 functions while referencing to historical data and surveys.By determination of RPN value，the risk variety and occurrence probability are known and some pertinent solutions to prevent the risk are also put forward.The retrospective analysis quantifies the risk of rice quality－safety process，as well as enhances the risk controlling operability.

rice，quality and safety，retroactive，F(xiàn)MECA，RPN，fuzzy comprehensive evaluation

S24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003－0174(2010)11－0008－05

江蘇省農(nóng)業(yè)高技術(shù)項(xiàng)目(BG2007340)，江蘇省科技支撐計(jì)劃(BE2008396)

2009－11－29

劉鵬，男，1985年出生，博士，農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)和數(shù)字化流通

屠康，男，1968年出生，教授，博士生導(dǎo)師，農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)和貯藏加工