Modelo de Rastreabilidade da Cadeia do Vinho para Exportação Utilizando Redes de Sensores Sem Fio e RFID

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1 Modelo de Rastreabilidade da Cadeia do Vinho para Exportação Utilizando Redes de Sensores Sem Fio e RFID Roberto Fray da Silva, Leonardo Barreto Campos, Carlos Eduardo Cugnasca Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais, Escola Politécnica Universidade de São Paulo (USP) Caixa Postal São Paulo SP Brasil {roberto.fray.silva,leonardobcampos,carlos.cugnasca}@gmail.com Abstract. Currently, consumers are increasing their demand for quality, especially for high value products, such as wine. This paper shows a traceability model for the supply chain of wine for exportation purposes, allowing the supply chain agents to monitor its quality in real time. RFID and WSN technologies are used to trace and to monitor the product from the grape production farm to the end consumer of the wine. Resumo. Atualmente observa-se um aumento da exigência por qualidade por parte dos consumidores, principalmente em produtos de alto valor agregado, como é o caso do vinho. Este trabalho apresenta um modelo de rastreabilidade para a cadeia do vinho destinado à exportação que possibilita aos agentes da cadeia monitorar esta qualidade em tempo real. Utilizam-se as tecnologias de RFID e RSSF para rastrear e monitorar o produto desde a unidade produtiva de uvas até o consumidor final do vinho, no país de destino. 1. Introdução As capacidades de identificar e rastrear automaticamente objetos são necessidades do mercado atual que estão influenciando os processos de produção e logística de produtos (Ilie-zudor et al, 2011). Juran e Godfrey (1999) caracterizam rastreabilidade como a coleta e disponibilização de informações dos produtos de sua fabricação até o seu descarte, envolvendo todos os processos de diferentes agentes da cadeia de suprimentos. Os modelos de rastreabildade são importantes no contexto agroindustrial para coibir problemas, como a Encefalopatia Espongiforme Bovina (Latouche, Rainelli e Vermersch, 1998) ocorrido na União Europeia em 1992, a carne de cavalo em carne processada (Staff, 2013) e a adulteração do leite com ureia (Nota Técnica 003/2012- DDA/SFA-RS, 2013). No caso de produtos de alto valor agregado, como o vinho, estes modelos ajudam a assegurar a sua qualidade (Minjie et al, 2011). Esses modelos possibilitam assegurar a qualidade dos insumos e produtos finais, evitando a mescla de produtos, facilitando chamadas de retorno de produto defeituoso e reduzindo os impactos da localização e correção de falhas (Juran e Godfrey, 1999). A identificação por radiofrequência (RFID) é uma das tecnologias que vêm sendo pesquisadas atualmente para possibilitar a automação no processo de coleta de dados dos produtos. Esta tecnologia pode ser descrita como o uso de etiquetas (tags)

2 contendo um circuito integrado e uma antena cada uma, para o recebimento e envio de ondas de rádio a um leitor, transmitindo uma série de informações (Wu et al, 2006). Porém, esta tecnologia não permite o acompanhamento em tempo real das variáveis ambientais as quais o produto está exposto, fatores essenciais a serem considerados para a manutenção da qualidade de diversos produtos agroindustriais. Visando suprir esta lacuna de informação, a aplicação da tecnologia de Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) vem sendo estudada em conjunto com a tecnologia de RFID, em sistemas integrados. A tecnologia RSSF pode ser definida como um grande número de sensores em atuação em uma área delimitada, captando informações do ambiente em que estão inseridos e comunicando-se entre si (Wilson, 2004, Glisic e Lorenzo, 2009). As principais variáveis medidas no acompanhamento de cargas são temperatura (T), umidade relativa (UR), luminosidade (L) e pressão (P) (Wang et al, 2006). Para o vinho, caso a T ou a UR estejam fora de limites aceitáveis, pode resultar em alterações químicas e sensoriais, diminuindo a qualidade do produto (Sims e Morris, 1984, Presa-Owens e Noble, 1997, Pérez-Coello et al, 2003). Assim, o monitoramento do ambiente nos processos de produção e logística é de grande importância. O vinho para exportação foi escolhido como o objeto de estudo, devido ao grande impacto na qualidade do produto imposto pelas variáveis ambientais durante os processos de transporte, armazenagem e distribuição do produto, e seu grande volume exportado, de 6,34 milhões de litros e US$ 7,83 milhões em 2012 (Aliceweb, 2013). Portanto, o principal objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo de rastreabilidade do vinho ao longo de sua cadeia de suprimentos utilizando RFID e RSSF. Este modelo possui informações relacionadas a todos os agentes da cadeia, da unidade produtora de uvas ao consumidor final do vinho, ao país de destino do produto. O presente trabalho está dividido em 6 seções: a seção 2 explica a metodologia utilizada para o desenvolvimento do modelo proposto; a seção 3 possui uma descrição do modelo atual de rastreabilidade do vinho; a seção 4 descreve o estado da arte no uso de RFID e RSSF na rastreabilidade de produtos agrícolas; a seção 5 contém o modelo de rastreabilidade proposto; e a seção 6 descreve as conclusões obtidas e os trabalhos futuros a serem realizados para aprimorar o modelo de rastreabilidade proposto. 2. Material e Métodos Primeiramente um levantamento bibliográfico foi realizado para caracterizar a cadeia de suprimentos do vinho para exportação, e seu atual sistema de rastreabilidade. Esta etapa foi realizada utilizando-se dados secundários de artigos em periódicos e eventos científicos e teses, e um levantamento de dados primário com organizações relacionadas à pesquisa e ao mercado, para entender possíveis limitações do sistema atual. A próxima etapa contou com uma revisão aprofundada nas tecnologias de RFID e RSSF, visando identificar pontos nos quais estas poderiam auxiliar na elaboração do modelo proposto. Com base nestas informações, o modelo de rastreabilidade foi desenvolvido, visando diminuir a perda de qualidade do produto ao longo da cadeia, e aumentar a disponibilidade de informações úteis aos agentes da cadeia de suprimentos.

3 3. O Modelo Atual de Rastreabilidade do Vinho Os modelos atuais de rastreabilidade do vinho no Brasil possuem limitações com relação à coleta de dados e a disponibilização de informações. Um modelo proposto por Porto et al (2007) engloba os diferentes elos da cadeia, porém seu foco é em fornecer informações para o consumidor final, dando pouca ênfase aos processos de transporte e armazenamento e coordenação da cadeia. Porém, este sistema possui dois pontos negativos: a necessidade de inserir os dados manualmente no sistema, aumentando a complexidade de sua implementação, e a possibilidade de erros nesta inserção de dados. A cadeia do vinho começa com a produção da uva, que é transportada por caminhões à indústria produtora de vinho. Nesta, a uva é esmagada, processada e fermentada (Meneguzzo, Rizzon e Antenor, 2006). O vinho é, então, engarrafado, as garrafas são colocadas em caixas de papelão, que são então empilhadas em pallets. Etiquetas de códigos de barras são utilizadas no processo. Os pallets recebem mantas plásticas para evitar oscilações de T, e são carregados em contêineres sem resfriamento, que são transportados aos terminais portuários para seu carregamento nos navios. Cada contêiner possui um datalogger para registro da T, porém estes dados precisam ser coletados manualmente nos pontos de parada. A UR dentro do contêiner não é monitorada. 4. Aplicações de RSSF e RFID na Rastreabilidade de Produtos Agrícolas Lam et al (2013) desenvolveram um sistema para monitoramento do vinho armazenado, utilizando RFID e RSSF. As principais variáveis monitoradas foram T e UR nas adegas, e o sistema possui um algoritmo que permite a identificação automática de anomalias e o envio de mensagens aos administradores do sistema. Porém, este sistema não considera o monitoramento do transporte do produto entre os elos da cadeia. Evers e Havinga (2007) e Jedermann et al (2010) fornecem algumas alternativas para o acompanhamento da logística de produtos alimentícios, desenvolvendo um modelo denominado Contêiner Inteligente. Jedermann et al (2010) sugerem um mínimo de 8 sensores por contêiner para identificar as variações de T e UR. Porém, este modelo foi desenvolvido para a cadeia de exportação de bananas, uma cadeia consideravelmente menos complexa que a do vinho, por envolver um menor número de agentes e etapas. Hsueh e Chang (2010) complementam esta pesquisa facilitando a implementação do sistema por meio do uso de leitores RFID nos pontos de parada. Estes autores também adicionam a tecnologia GPS para permitir a localização dos produtos. Gogliano Sobrinho et al (2010) por sua vez, apesar de modelar um Sistema de Informação específico para a indústria do vinho, não suporta grandes trocas de dados, bem como, não considera maior granularidade da cadeia. 5. Proposta de um Modelo para a Rastreabilidade do Vinho O modelo proposto, representado na Figura 1, é composto por sete etapas, englobando da produção das uvas até a venda do vinho para o consumidor. As etapas se conectam, por meio da web, à nuvem, na qual as informações coletadas são armazenadas, e podem ser acessadas pelos usuários nas diferentes etapas da cadeia em tempo real. As principais contribuições do presente modelo para melhorar o sistema proposto por Porto et al (2007) dizem respeito a: disponibilização de informações em tempo real;

4 maior facilidade na coleta dos dados; e possibilidade de detecção de falhas antes que estas impactem de forma signficativa na qualidade dos produtos. Figura 1. Modelo de rastreabilidade para a cadeia do vinho para exportação. Na Etapa 1, uma RSSF é instalada para monitorar T, UR e L do ambiente, e potencial hídrico do solo. As atividades realizadas na unidade produtiva, considerando os insumos utilizados e sua quantidade, são inseridas no sistema pelo produtor rural. A Etapa 2 irá acompanhar o produto durante o processo de produção do vinho. Após o engarrafamento, uma etiqueta RFID é colocada em cada caixa, e pallets são montados. Sensores monitorando T, UR e L nos ambientes pelos quais as garrafas passarão irão coletar estas informações e enviar à nuvem, por meio de gateways. Os pallets são carregados em contêineres, com sensores que irão monitorar T e UR durante o transporte. As tags são lidas automaticamente quando o pallet é carregado. Nas Etapas 3 e 4, o produto está em trânsito, e gateways contidos nos caminhões (nos segmentos de transporte rodoviário) e nos navios (no segmento de transporte marítimo) irão coletar dados relacionados a T e UR dentro do contêiner e transmiti-los à nuvem, por meio de tecnologia General Packet Radio Service (GPRS). Na presença de conexão WLAN, esta será utilizada para reduzir os custos. A instalação de GPS nos gateways possibilitará a localização do produto em qualquer ponto de seu trajeto. As Etapas 5 e 6 são similares a Etapa 2, com monitoramento de T, UR e L. A transmissão de informações nestas etapas será realizada utilizando-se WLAN. A Etapa 7 não conta com coleta obrigatória de informações, porém o consumidor pode responder, caso queira, a um questionário relacionado ao produto e a experiência de compra. Este também pode utilizar o código na etiqueta da garrafa para verificar, via web, informações no website do fabricante. Cada agente da cadeia possui seu próprio sistema de informações, e só possui acesso a determinadas informações, facilitando o uso do sistema e protegendo

5 informações que não precisam ser divulgadas. Caso uma anomalia seja detectada pelo sistema, uma notificação via Short Message Service (SMS) é enviada ao agente da cadeia em questão, para que este verifique o problema e tome uma decisão. A etapa seguinte da pesquisa diz respeito à realização de simulações em softwares especializados: Rifidi (Rifidi, 2013) e Arena (Arena Simulation Software, 2013), observando o custo total e de operação do sistema, o número de falhas em relação ao modelo atual, e os tempos de cada etapa. As principais limitações observadas se relacionam à falta de informações disponíveis; à falta de pesquisa relacionada a rastreabilidade do vinho nas condições brasileiras; à complexidade da cadeia, envolvendo diferentes formas de transporte; e a falta de uma metodologia padronizada para o desenho de modelos de rastreabilidade utilizando RFID e RSSF para produtos agroindustriais, o que pode gerar dificuldade na utilização de sistemas caso estes sejam desenvolvidos e implementados separadamente. 6. Conclusões e Trabalhos Futuros Com o aumento das exigências dos consumidores em relação à qualidade e rastreabilidade dos produtos da cadeia agroindustrial, a necessidade de sistemas de acompanhamento e monitoramento dos produtos torna-se essencial. Os agentes da cadeia precisam de um sistema único que os permita assegurar a qualidade do produto. O modelo proposto considerou estes fatores, levando em conta minimizar o impacto de sua implementação nos processos atuais realizados pelos agentes da cadeia. As próximas etapas no processo de pesquisa são relacionadas à: simulação deste modelo utilizando softwares específicos, levantando custos de implementação e impactos na cadeia de suprimentos como um todo; apresentação dos resultados a representantes de cada um dos elos da cadeia; e implementação de um projeto piloto em uma cadeia simples envolvendo uma pequena quantidade de agentes dessa cadeia. Referências Aliceweb - Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior MDIC (2013) Sistema de Análise das Informações de Comércio Exterior via Internet Alice Web. Site: Arena Simulation Software. (2013). Disponível em: < >. Acesso em: 25 de Maio. Evers, M. and Havinga, P. (2007) Supply Chain Management Automation Using Wireless Sensor Networks. In: 2007 IEEE International Conference on Mobile Adhoc and Sensor Systems, Pisa, Proceedings, pages 1-3. Glisic, S. and Lorenzo, B. (2009) Advanced Wireless Networks, 4G technology, 2e John Wiley and Sons, London. Gogliano Sobrinho, O. et al. (2010) Modelagem de um sistema de informação para rastreabilidade na indústria do vinho baseado em uma arquitetura orientada a serviços. Engenharia Agrícola, v. 30, n.1. Hsueh, C. and Chang, M. (2010) A model for intelligent transportation of perishable products. In International Journal of Intelligent Transportation Systems Research, n. 8, pages

6 Ilie-zudor, E., Kemeny, Z., Blommestein, F., Monostori, L. and Meulen, A. (2011) A survey of applications and requirements of unique identification systems and RFID techniques. In Computers in Industry, v. 62, n. 3, pages Jedermann, R., Moehrke, A. and Lang, W. (2010) Supervision of Banana Transport by the Intelligent Container. In: International Workshop on Coolchain Management, 2010, Bonn, Proceedings, pages Juran, J. and Godfrey, A. B. (1999) Quality Handbook. Republished McGraw-Hill. Lam, H. Y., Choy, K. L., Ho, G. T. S., Kwong, C. K. and Lee, C. K. M. (2013) A Realtime Risk Control and Monitoring System for Incident Handling in Wine Storage. In Expert Systems with Applications, v. 40, 2013, pages Latouche, K.; Rainelli, P. and Vermersch, D. (1998) Food safety issues and the BSE scare: some lessons from the French case. In Food policy, v. 23, n. 5, pages Meneguzzo, J., Rizzon, L., Antenor, L. (2006), Sistema de Produção de Vinho Tinto. Sistemas de Produção, 12. Disponível em: Minjie, Y., Ning, X., Zhong, W., and Hongyang, D. (2011) The Application of the Internet of Things in Agriculture. In Chinese Agricultural Science Bulletin, v.8, n. 91. Nota Técnica 003/2012-DDA/SFA-RS (2013), Operação Leite Compen$ado. Disponível em: Pérez-Coello, M. S., González-Viñas, M.A., Garća-Romero, E., Díaz-Maroto, M.C. and Cabezudo, M.D. (2003) Influence of storage temperature on the volatile compounds of young white wines. In Food Control, v. 14, n. 5, pages Porto, L. F. A., Lopes, M. A., Zambalde, A. L. (2007) Desenvolvimento de um Sistema de Rastreabilidade Aplicado à Cadeia de Produção do Vinho. In Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 31, n. 5, pages Presa-Owens, C. D. L. and Noble, A. C. (1997) Effect of storage at elevated temperatures on aroma of Chardonnay wines. In American Journal of Enology and Viticulture, v. 48, n. 3, pages Rifidi. Disponível em: < >. Acesso em: 23 de Maio. Sims, C. and Morris, J. (1984) Effects of ph, sulfur dioxide, storage time, and temperature on the color and stability of red muscadine grape wine. In American Journal of Enology and Viticulture, v. 35, n. 1, pages Staff, C. Food giant Nestle recalls products after horse meat discovery Wang, N., Zhang, N. and Wang, M. (2006) Wireless Sensors in Agriculture and Food Industry Recent Development and Future Perspectives. In Computers and Electronics in Agriculture, v. 50, pages Wilson, J. S. (2004) Sensor technology handbook, Newnes Publishing. Wu, N. C., Nystrom, M.A., Lin, T.R. and Yu, H.C. (2006) Challenges to global RFID adoption. In Technovation, v. 26, n. 12, pages