公猪站精液生产与质量控制系统的设计与实现

公猪站精液生产与质量控制系统的设计与实现内容摘要：

公猪站精液生产与质量控制系统的设计与实现 肖炜１，邵兵 2，云鹏１，乔宇飞 2，张博 3 （1 北京市畜牧总站，北京朝阳 100107；2 南京丰顿科技有限公司，江苏南京 210000； 3 北京养猪育种中心，北京海淀 102208） 摘要：针对公猪站精液生产和质量控制过程中存在的问题，系统以提高公猪站工 作效率和精液产品质量为目标，集成现代化管理技术、软件研发技术、物联网技 术等，建立基于物联网的业务流程运作、过程控制和质量溯源的管理信息系统， 实现公猪站精液生产和质量控制过程中数据自动采集、统计分析和自动输出。该 系统整合公猪站业务流程，规范业务数据，可以有效地解决提高信息化、智能化 水平，降低人员工作强度，实现公猪精液质量溯源，有助于提高精液产品质量和 提高母猪配种效率，对促进种猪联合育种和养猪生产水平有着重要意义。 关键词：公猪；精液；质量控制；物联网 1 引言 我国是猪肉生产和消费大国，2012 年全国生猪出栏 6.98 亿头，人均猪肉量 为 39.5KG [1]。但生产效率相对较低，出栏率仅为 147%[1]，每头母猪年提供商品 猪 16 头左右，与畜牧发达国家平均 22 头相比有较大差距[2]。公猪精液品质的优 [3] 劣，直接影响母猪的繁殖、仔猪群的质量，决定养猪的经济收益 。采用人工授 精方法，可以提高优秀种公猪利用率，在较大区域内推广优良公猪，实现快速共 享优质公猪精液资源，并在更高程度上避免疫病风险[4]。建设一批规范公猪站， 推广优秀种公猪精液是快速提高养猪生产水平的有效措施[5]。 自国家实施生猪良种补贴政策以来，我国公猪站建设迅速发展，猪人工授精 技术普及率快速提高。如北京市猪人工授精普及率由 2002 年 10%左右提高到了 90%以上。这些公猪站在生猪遗传改良中起到了重要作用，但也暴露了一些管理 和技术问题。主要表现为：（1）公猪站精液生产加工过程采用手工方式，技术 手段落后；（2）信息化水平低，数据采集方式落后，生产数据不完整、数据准 确性低下；（3）智能化设备普及率低，一线工作人员工作量繁重；（4）售后服 务追踪体系不完善，无法及时有效评价公猪精液性能和质量追溯困难。 加拿大、荷兰等畜牧发达国家在公猪站智能化管理系统应用方面已有多年的 历史，各种信息化、智能化软、硬件产品基本成型并得到了广泛应用。近年来， 我国在猪养殖及猪肉产品质量安全追溯领域取得了一定进展[6]，电子耳标在养殖 和屠宰中已经有较好应用，部分公猪站也引进精液自动稀释分装系统和精液自动 采集系统，但在猪精液生产管理追溯方面还缺乏切实可行的技术应用案例，相关 的智能化软、硬件尚处于起步和试验验证阶段。 针对以上问题，通过调研分析国内外相关领域的技术应用，本系统将集成现 代化管理技术、软件研发技术、物联网技术、智能化管控技术等，建立基于物联 网的公猪站精液生产和质量监控的业务流程运作、过程控制、质量溯源的管理信 息系统，实现公猪站精液生产和质量控制过程中数据的自动采集、统计分析、自 动输出。为公猪站、养殖场户和各级管理机构提供生产和管理平台，建立公猪站 精液生产和推广应用的可追溯系统，以提高我国生猪养殖行业技术服务和管理水 平。 2 开发路线 系统使用物联网技术（手持机、电子标签、蓝牙便携打印机、条码技术等） 配合公猪站管理软件，整合公猪站的工作流程（公猪饲养管理、采购订单编制、 采精计划编写、公猪采精、精液检测、精液分装、精液销售），构建了基于物联 网技术的公猪站精液生产与质量控制系统，做到“按岗分工、各司其职、有据可 查、责权明确”。系统的开发路线如图 1 所示： 文文文文文文文文文文 文文文文文文文文文文文文 文文文文文文文文文文文文文文文文文文文 文文文文文文文文文文文文文 文文文文文文文文文文文 文文文文文文文 文文文文文文文文文 文文文文文文文文 文文文文文文文 文文文文文文文文文 文文文文文文文文 文文文文文文文文文文文文文 文文文 3文文文文 文文文文文文 文文文文文文文 文文文文 文文文文文文 图 1 开发路线 3 关键技术 物联网是在计算机互联网的基础上，利用 RFID、无线数据通信等技术，构 造一个“物物相连的互联网”，其实质是利用 RFID 技术、条形码技术和传感器 技术等，通过物联网实现所有物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享[7]。 将基于 RFID 的物联网技术应用于公猪站精液生产与追溯管理具有强大的技术优 势，不仅能够快速、自动、准确地采集生产各环节信息，还能通过数据库和网络 技术对信息进行整合，实现统一管理、协调运行，从而保证追溯的可能性和有效 [8] 性 。 本系统采用的关键技术如下： （1）业务流程的梳理和重构：通过现场调研、查阅资料和专家咨询，最终确 立公猪站精液生产与质量控制系统的构件图（图 2）； （2）软件产品研发技术：结合种公猪站的实际管理需求，研发公猪站管理系 统（开发语言 DELPHI，数据库为 SQL SERVER），主要实现公猪基本档案管理、 智能预警管理、精液生产计划管理、精液称重与品质测定、精液分装管理、精液 销售管理、精液质量溯源、查询统计和系统管理等模块； （3）移动数据管理技术：实现基于手持机的嵌入式软件开发（开发语言 C#.NET，数据库为 SQLCE 3.0），主要功能是公猪电子耳标管理和精液生产现场 管理。能够基于 RFID 超高频技术实现佩戴 RFID 电子耳标的公猪个体信息实时采 集；能够基于 WIFI 网络与管理软件集成，实现采精计划下达与数据报送业务； 能够基于 WIFI 网络与蓝牙打印机集成，实现精液生产与配送等信息的现场打印； （4）精液质量溯源技术：研发公猪精液管理平台（J2EE 的整合框架 SSH，数 据库为 ORACLE），能够基于条码及二维码，实现销售精液质量的追踪与溯源， 做到“有据可依、有数可查”；同时各级监管部门和用户能等登录平台查询精液 生产各环节信息和种公猪重要档案（养殖过程信息、疾病免疫情况和遗传性状）， 加速猪种改良，提高种猪质量，同时做到疾病监控管理； 文文文 文文文文 文文文文文文 文文文文 文文文文 文文 文文文文文 文文文 文文文文 文文文文 文文文文 文文文文 文文文 文文文文 文文文文 文文文文 文文文 文文 文文文 文文 文文文文文文 文文文文文文 文文文文 文文文 1文文文文文文 文文文 文文文文文 文 文 文 文 文文文 文文文文 2文文文文文文 文文文 文 文 文 文 文文文文文 文文文文文 文文文文 文文文 文文文文文文文 文文文 文文文文 QR文 文文文 文文文 N文文文文文文 文文 文文文文 文文文文 文文文文文文 文文文文 文文文 文文文 文文文文文文文文 文文文文文文文 文文文文QR文 文文文 Internet 文文文文 文文文 文文文 文文文文 文文文 文文文文 文文文 图 2 系统构件图 （5）异构软硬件系统大集成：本系统使用 RFID 电子耳标、手持移动采集设 备、蓝牙打印机、电子秤、条形码、条码扫描仪、软件等多种技术和异构产品， 实现对所有设备系统大集成统一为一个产品。同时，还需要考虑对现有软硬件系 统的信息集成，如公猪站的自动称重设备、公猪站的视频监控设备、公猪站精液 品质检测硬件等对应管理系统的信息集成。 4 软硬件结合及实现功能 基于公猪站已有软硬件基础上，本系统需要添加的设备设施：超高频 RFID 电子耳标、手持机、蓝牙打印机、电子秤、条码、条码扫描仪、固定式读卡器等， 其中具有超高频读写模块、WIFI 模块，蓝牙模块的手持机是系统实现的关键。 设备规格列入表 1 中。 表 1 系统实现使用设备参数表 名称 电子耳标 参数 用途 国际 ISO/IEC18000-6C 标准超高频耳 公猪佩戴，用于手持机 标，工作频段为 920-925MHz (可读距 识别公猪 离 1 米) 手持机 Microsoft WinCE 5.0 或 Microsoft 公猪识别、采精计划下 Mobile 6.0 以上，支持国际 EPC G2 ISO 载、采精信息上传；采 18000-6C 标准(50CM 以上)读取，WIFI 精室驱动打印机；公猪 模块，蓝牙模块 耳标佩戴和更换； 便携式蓝牙 可打印英文、数字、各种符号、汉字、 采精室打印含有公猪编 打印机 图形 号、品种等信息的采精 一维条码: EAN-13、EAN-8、CODE128、 标签；实验室打印销售 二 维 条 码 :QR Code 、 PDF417 、 追溯二维 QR 码标签 DataMatrix 条码扫描枪 USB 接口，支持 UPC-A，UPC-E，EAN-13， 用于实验室识别采精杯 EAN-8，ISBN/ISSN， UCC/EAN128 码等 上的条形码标签 通用一维条码扫描 电子秤 支持 TCP/IP 或 RS232 通讯方式，重量 用于实验室精液称重 精度 g 固定式读卡 支持以太网通讯 器 无线路由器 通用 用于读取采精公猪的电 子耳标 用于手持机连接电脑数 据库，下载采精计划、 上传采精信息 公猪站精液生产与质量控制系统实现的主要功能如下： （1）公猪基本档案管理 实现公猪站内公猪个体基本档案管理，利用与已使用种猪场管理软件接口， 方便进场公猪个体档案的直接导入；同时还包括公猪转舍管理、公猪离场管理(淘 汰、死亡)、疫病管理（疾病治疗、检疫、免疫等）。 （2）智能预警管理 公猪淘汰预警(年龄过老、精液质量连续下降、发生肢蹄疾病且久治不愈等)； 公猪转舍预警(如在隔离舍超过设定天数提示转舍警示信息)；问题猪只预警(精 液质量问题、检疫问题、治疗或免疫用药休药期等情况下提示不可采精警示信 息) 。 （3）精液生产计划管理 提供采精计划制定向导，生产主管根据公猪站生产公猪的采精频率、各个品 种精液的客户需求量、问题猪只筛选等，协助管理人员制定每天的公猪采精计划。 采精计划通过无线网络下发到手持机内。 （4）现场采精管理 采精员可以按照手持机下载的采精计划进行采精工作。当天计划采精公猪到 达采精室后，先使用手持机扫描公猪佩戴的电子耳标识别公猪，并通过无线蓝牙 把公猪信息发送到便携式蓝牙打印机，打印出带有种猪编号、品种、采精时间等 信息的条码。采精员将不干胶条码贴在采精杯上，然后进行采精。 （5）实验室管理 实验室放置一台安装了公猪站精液生产与质量控制软件的计算机，此计算机 通过 USB 线连接条码扫描枪且通过网口连接了带通讯功能的电子秤。实验员收到 采精员送来的采精杯后，先扫描杯上的条码识别公猪信息，然后把采精杯放在电 子秤上，电脑上的软件自动读取精液重量并保存。工作