食品安全HACCP管理系统的数据模型研究

 王继鹏*，董飞龙，支宁博

  安阳师范学院计算机与信息工程学院(安阳455000)

摘要针对食品企业危害分析与关键控制点(HACCP)体系运行数据关系复杂、流程柔性控制困难的问题，提出了一种适应用户记录自定义和灵活流程控制环境的食品安全HACCP管理系统数据模型方案。该方案针对HACCP体系管理记录的稳定性不同，设计预先定义与用户自定义两类模型实体，基于关键控制点状态变换控制流程活动。基于该柔性数据模型开发的HACCP信息系统在食品生产企业得到应用，满足了用户对记录自定义和流程灵活控制的需求，能够支持HACCP体系高效运行。

关键词食品质量安全；工作流管理：数据模型：HACCP

 食品的生化属性和经营者的人为因素是我国食品安全问题频发的重要原因，问题食品导致的食源性疾病严重威胁民众身体健康。危害分析与关键控制点( HACCP,  Hazard analysis and critical control point) 体系作为一种预防性的食品安全质量保证体系，全程控制食品生产各环节，在国内外食品生产企业中广泛应用。企业HACCP体系的实施与运行将产生大量的

文件、记录，实现资料电子化管理的计算机信息系统得到实业和学术界的重视。目前市场上有HACCP Documentation Software、HACCP NOW、do HACCP和Skill HACCP Pro等多种国外HACCP信息管理系统，国内具有代表性的有上海交通大学数字农业实验室开发的出口蔬菜安全生产智能决策支持系统、国家农业信息工程技术研究中心开发的easy HACCP以及南京农业大学对HEAT HACCP的二次开发产品等系统。这些软件实现了HACCP文档电子化管理，能够辅助进行危害分析、定义关键控制点，以图形化方式建立工艺流程，在企业HACCP体系实施与运行中起到重要的支持作用；同时，存在系统功能不完善、适应性差和智能控制能力不足等问题。完整、合理的数据模型是构建高质量信息管理系统的基础。根据企业HACCP体系实施与运行的信息需求分析，基于关键控制点的控制逻辑，设计完成食品安全HACCP管理系统数据模型，并解决了数据模型的关键系统实现技术。

1  HACCP体系管理功能分析

1.1功能目标

 HACCP管理系统的开发目标是辅助食品企业实施HACCP管理体系，有效管理体系计划文件、运行记录与报表，提供便捷的数据查询，从而提高食品安全质量管理效率和效益。要求系统能够管理HACCP体系实施前提条件状况及其日常检测数据，对食品生产过程可能发生的生物、化学和物理因素进行危害分析，针对显著危害在对应的环节建立关键控制点，制定并有效执行相应控制措施，提供预警信息和生产过程产品质量报表。为实现体系的功能目标，该系统设计遵循以下原则：

 (1)功能模块完备。HACCP计划制定和执行是HACCP体系管理的核心，同时，HACCP体系的顺利实施以良好生产规范( GMP)和卫生标准操作程序( SSOP)为前提，其运行过程链接供应链上下游环节。因此，系统模块设计包括常见计划模块之外的标准程序、卫生记录，以及关键供应商、客户信息。

 (2)良好适应能力。不同企业、不同产品HACCP计划各异，同一产品HACCP计划可能发生变化，导致关键控制点监控对象不同，要求系统能够灵活定义记录种类、记录的数据对象和数据对象特征，自动或半自动生成用户交互界面。

 (3)合理的流程控制。产品HACCP计划包含多个关键控制点，每个关键控制点有其监控、纠偏、验证和记录保持环节，一个关键控制点的各环节处理完成后进人下一个关键控制点。每个关键控制点的多个监控对象与其纠偏、验证措施又有复杂关系，因此，根据活动关系设计出合理的活动控制逻辑是系统成功的关键。

1.2总体功能

 根据食品企业HACCP体系实施和运行的目标定位，主要包括四项功能：

 (1) HACCP前提方案管理。HACCP前提方案中GMP是为保障食品质量安全而制定的食品生产全过程技术规范；SSOP是食品企业为保障食品卫生质量，在食品加工过程中应遵守的卫生操作规范。前提方案管理实现食品生产加工工艺、厂房卫生设施、生产设备保养、原辅料安全控制、回收程序和人员卫生等计划的制定与运行控制。

 ( 2) HACCP计划制定。支持企业HACCP小组绘制、编辑产品工艺流程图，记录流程图各环节生物、化学、物理危害及预防措施，在判断树方法支持下定义关键控制点及其关键限值，制定关键控制点的监控方法、纠偏措施、验证程序以及记录保持程序。

 ( 3) HACCP计划执行。依据各监控对象的监控方法记录其运行数据，比对关键限值判断偏差以产生报警信息，记录纠偏情况以及常规验证数据，保证HACCP体系规范运行。

 (4)基础数据管理。该功能实现人员、供应商、客户、自定义记录和权限管理功能，为系统提供基础支持作用。

2  系统数据模型设计

2.1  ER数据模型的实体分析

 对HACCP系统功能输入、输出数据的存储结构进行设计是HACCP系统开发的关键。依据数据模型抽象程度可分为概念模型、逻辑模型和物理模型三个层次，相对于逻辑模型的数据规范化工作和物理模型的数据物理定义，概念模型设计是一个调查和建立数据间联系的基础性关键过程。该研究采用实体一关系数据模型(ER数据模型，Entity-Relation data model)作为HACCP管理系统概念模型方案，完成从现实HACCP体系实施、运行中事物及其联系到其信息世界的抽象。实体是对现实业务中事物或抽象概念的表示，食品HACCP体系管理复杂，涉及事物及过程众多，根据事物及过程的重要性不同，分为关键事物及过程和支持型事物及过程两类。关键事物及过程包括产品、原辅料、产品工艺、危害分析、关键控制点定义、关键限值定义、监控、纠偏和验证等；支持型事物及过程则包括生产技术规范、各类SSOP计划、计划运行控制，以及人员、供应商、客户、采购和销售等。ER数据模型建立过程首先需要根据现实中的事物及过程抽象出实体，HACCP管理系统实体也包括关键型实体和支持型实体两大类，其主实体为产品，产品这一主实体与关键控制点等多个关键型实体存在紧密联系。

 HACCP体系管理系统重点处理产品生产过程中关键控制点的监控、纠偏和验证事务，以产品为主实体，关键控制点、监控记录、纠偏记录和验证记录共同构成HACCP管理系统主档案，原辅料、产品批次、产品工艺、危害分析、关键限值、监控对象、监控方法、纠偏措施和验证措施等作为一般档案数据。产品编号、关键控制点编号、监控记录编号、纠偏记录编号和验证记录编号共同作为关键属性，对产品生产过程质量追溯时，以产品的批次号为主键，找到某批次产品的质量控制记录。作为HACCP体系运行前提的各种技术文件、操作程序、检测记录以及体系运行时同时产生的供应链记录，与关键型实体联系较弱，能够使用产品批次号等主键来建立关联。

2.2规范化数据模型构建

  HACCP管理体系运行会产生大量的计划、运行记录数据，不同食品企业、同一企业不同时间的计划和运行记录内容不同，因此，预先完全定义数据模型中的实体及其联系将限制软件系统的通用性。该系统数据模型设计时，项目组将所有实体分为相对稳定实体和用户自定义实体两部分。企业的生产技术规范、各种SSOP计划、HACCP计划、供应链业务所含实体相

对稳定，将这些实体及其关系预先完全定义；前提方案运行记录、HACCP运行记录的记录类别和所含属性在HACCP计划制定之前难以准确定义、HACCP体系运行时会发生变化，这些实体及其关系由食品企业用户在系统使用时通过用户输入接口自定义完成，保证了该系统的适应性。因此，在数据模型设计阶段主要对相对稳定实体及其关系进行设计，HACCP管理

系统全局模型中HACCP计划所含实体及其关系如图1所示。该模型参考数据关系规范化范式，数据冗余度小，保证了数据的一致性，同时，用户自定义数据表时不影响现有数据关系。

3数据模型实现技术

 系统采用Client/Server( C/S)结构，选用SQLSERVER 2008作为数据库软件，适用于企业局域网环境，数据集中存储，系统响应速度快，运行安全性好，方便各个部门对数据的需求。系统实现了HACCP前提方案管理、HACCP计划制定、HACCP计划执行、生产档案管理和基础数据管理五大功能模块，基本满足中小型食品企业HACCP体系实施与日常管理需求，用户自定义记录数据、基于关键控制点状态表的HACCP体系运行流程控制是该系统两项关键实现技术。

3.1记录数据的用户自定义功能

 HACCP管理系统开发阶段难以预先设定不同食品生产企业前提方案运行记录、HACCP运行记录的名称与记录属性，这些易变实体可以通过系统基础数据管理的用户自定义模块由企业用户根据企业计划灵活定义。需要保存的前提方案运行记录在数据库的前提方案文件表中定义，HACCP运行记录在数据库的记录表中定义。用户需要创建一个记录实体时，通过记录自定义窗口，首先选择前提方案记录类别或者HACCP记录类别，对应地选择从数据库前提方案文件表或者记录表中读取的记录名称，作为新创建的记录实体名称。新记录实体的属性名称、数据类型和字段长度特征可以通过记录自定义窗口设计，也可以按需求对窗口上读取的现有数据库的一张或多张表的字段进行选择，两种方式也可同时运用，例如在创建肉鸡宰后检验情况表这个新记录实体时，通过记录自定义窗口添加了肉鸡宰后检验记录编号、检验日期、产品编号、产品批号、检验人和复核人六个属性，同时使用了监控对象表中胴体污染字段定义。选择数据库用户自定义记录表，在记录操作窗体使用data Grid View显示，编辑用户自定义记录数据，实现了数据操作界面的自动生成，不需要对系统程序进行修改。

3.2  HACCP体系运行流程控制实现

 HACCP体系运行是执行HACCP计划的过程，一种食品生产过程经常存在多个有逻辑次序的关键控制点，每个关键控制点都具有监控、纠偏、验证活动并产生相应的三类记录。当一个关键控制点的监控对象的运行值与计划关键限值存在偏差时，需要执行监控对象相应的纠偏措施，再进行验证直至符合限值或者废弃产品，所有活动完成后，将进入下一个关键控制点活动，直到最后一个关键控制点的活动完成，使用UML活动图描述的HACCP体系运行流程如图2所示。

 为保证HACCP体系正常运行，该系统利用工作流管理技术将食品生产过程中各关键控制点的监控、纠偏和验证等传统人工活动转化为计算机处理功能。每种食品的多个关键控制点基于逻辑关系构成一个工作流程，关键控制点作为工作流程的生产执行单元，每个关键控制点又是一个包含监控、纠偏、验证活动的子流程。在系统设计时，使用关键控制点状态表控制关键控制点之间的迁移，该表由关键控制点ID、关键控制点名称、状态、工艺ID、工艺序号、产品ID以及产品批次ID字段组成；其中状态值有未开始、监控、纠偏、验证和已完成五个选项，工艺序号值用于控制当前关键控制点活动完成后需要开始的下一个关键控制点，产品批次ID提供按产品批次号查询当前食品生产关键控制点运行状态的功能。食品生产总体流程控制与关键控制点子流程控制逻辑相分离，子流程控制逻辑不受用户自定义记录数量的影响，兼顾整体严谨与局部灵活需求。

4结语

 HACCP体系计划与运行的大量复杂数据产生了对计算机自动化管理需求，抽象HACCP体系计划与运行记录之间关系建立数据模型是管理复杂数据的基础，该数据模型实现过程中解决了用户记录自定义和流程控制技术问题，可作为食品安全HACCP管理信息系统构建的参考。多家肉鸡养殖企业、冷冻肉加工企业成为该系统的用户，运行结果表明系统能够有效提高企业的食品质量水平和质量管理效率，降低了HACCP体系实施与运行成本，对于中小型企业实施HACCP体系信息化管理具有参考支持意义。