趙文心 鄭聯(lián)語 宮 磊

（1.北京航空航天大學(xué)，北京 100191； 2.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

產(chǎn)品可追溯性是跟蹤產(chǎn)品或其零組件的批次及其歷史的能力，包括供應(yīng)鏈的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、處理過程、銷售的各個(gè)階段（稱為鏈追溯）；或者供應(yīng)鏈中某一環(huán)節(jié)內(nèi)部的追溯，如制造環(huán)節(jié)（稱為內(nèi)部追溯）[1]。由于飛機(jī)產(chǎn)品自身的復(fù)雜性以及軍方、研制單位對(duì)于掌握飛機(jī)產(chǎn)品分布和技術(shù)狀態(tài)的需求，對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品追蹤溯源能力提出了很高要求。然而，目前飛機(jī)產(chǎn)品的追溯還存在諸多問題，如注重研制階段追溯，缺少對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品全壽命周期追溯信息的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理；缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范，供應(yīng)鏈單位間的追溯信息不能有效傳遞利用等。因此，對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各單位間的追溯信息進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范化定義與管理是提高飛機(jī)產(chǎn)品追溯效率和準(zhǔn)確性的根本途徑，建立飛機(jī)產(chǎn)品追溯信息系統(tǒng)是支持全壽命周期追溯信息管理的有效手段。

本文圍繞飛機(jī)產(chǎn)品全壽命周期追溯信息系統(tǒng)展開研究，構(gòu)建了追溯系統(tǒng)信息模型，以及集中式與分布式相結(jié)合的系統(tǒng)實(shí)施架構(gòu)，并開發(fā)了相應(yīng)的業(yè)務(wù)支持原型系統(tǒng)。

1 追溯信息建模

產(chǎn)品追溯的對(duì)象是產(chǎn)品的歷史信息，這些信息分布式存儲(chǔ)于供應(yīng)鏈各參與單位內(nèi)部，因此，飛機(jī)產(chǎn)品的完整追溯不是某一個(gè)單位能夠獨(dú)立完成的工作，而需要將飛機(jī)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各參與單位追溯信息進(jìn)行集成共享。本文追溯信息模型側(cè)重于不同參與單位之間追溯信息的關(guān)聯(lián)，即產(chǎn)品的鏈追溯信息模型。飛機(jī)產(chǎn)品鏈追溯的關(guān)鍵是對(duì)產(chǎn)品構(gòu)型信息和業(yè)務(wù)過程信息的跟蹤，信息模型主要包括追溯批次清單模型和鏈追溯事件模型。通過追溯批次清單模型和鏈追溯事件模型相結(jié)合，并應(yīng)用相應(yīng)的動(dòng)態(tài)追蹤溯源實(shí)現(xiàn)算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品構(gòu)型和業(yè)務(wù)過程的有效追溯。

1.1 追溯批次清單模型

產(chǎn)品“物料清單”（Bill of Materials, BOM）是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的核心，各應(yīng)用信息系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)和橋梁。追溯批次清單（Bill of Lots, BOL）是一種實(shí)例化的產(chǎn)品BOM，在飛機(jī)產(chǎn)品追溯中，追溯批次清單是信息組織的主線和信息傳遞更改的重要依據(jù)。追溯批次清單是按照追溯要求從設(shè)計(jì)BOM中篩選出的產(chǎn)品清單及其批次組成信息。

追溯批次清單與產(chǎn)品BOM有質(zhì)的區(qū)別：產(chǎn)品BOM管理是一種基于圖紙的數(shù)據(jù)管理，而產(chǎn)品批次清單是以產(chǎn)品實(shí)體為基準(zhǔn)的管理；產(chǎn)品BOM是事先制定的，標(biāo)準(zhǔn)的、不變的，表示的是物料層次的關(guān)系，而追溯批次清單是通過生產(chǎn)加工過程形成的，是面向結(jié)果的，表示的是物料批次組成的關(guān)系。另外，飛機(jī)產(chǎn)品鏈追溯并不是對(duì)所有物料都有追溯需求，而側(cè)重于產(chǎn)品使用維護(hù)階段需要維修、更換的，以及需要在不同單位間單獨(dú)交付的物料，因此，追溯批次清單不需要將產(chǎn)品BOM展開到最底層。

產(chǎn)品追溯批次清單BOL可由式（1）所示的二元組表示：式中：B表示批次清單中的物料批次節(jié)點(diǎn)bi集合，i為自然數(shù)；R表示批次清單中的批次關(guān)聯(lián)關(guān)系集合；idb為物料批次b的唯一標(biāo)識(shí)；idf為物料批次b的父物料批次的唯一標(biāo)識(shí)；ATTRS表示關(guān)聯(lián)關(guān)系節(jié)點(diǎn)的其它屬性集合。

追溯批次清單在產(chǎn)品壽命周期內(nèi)是不斷變化的，因此批次清單具有時(shí)效性。追溯批次清單快照CBOL是特定時(shí)間段內(nèi)的追溯批次清單，反映該時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)品構(gòu)型，每個(gè)快照有其開始時(shí)間TS和終止時(shí)間TE，追溯批次清單快照可表示為：

追溯批次清單是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)產(chǎn)品追溯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是對(duì)產(chǎn)品BOM按照產(chǎn)品追溯的具體要求進(jìn)行一系列轉(zhuǎn)化過程得來的，轉(zhuǎn)換過程如圖 1。

圖1 追溯批次清單轉(zhuǎn)換步驟

首先對(duì)產(chǎn)品BOM進(jìn)行橫向遍歷；通過對(duì)物料類型、父物料類型以及物料工藝條件的判定，判斷物料是否屬于追溯BOM范圍；對(duì)于屬于該范圍內(nèi)的物料，利用遞歸方法對(duì)其子物料進(jìn)行判定；從而得到產(chǎn)品的追溯BOM，即需要進(jìn)行追溯的物料清單；最后將每種物料的批次信息集成到追溯BOM中，即得到產(chǎn)品的追溯批次清單。

1.2 鏈追溯事件模型

飛機(jī)產(chǎn)品鏈追溯主要側(cè)重于對(duì)產(chǎn)品構(gòu)型、業(yè)務(wù)過程以及空間位置（所屬權(quán)）變化的追溯。鏈追溯信息相對(duì)于研制階段內(nèi)部追溯信息，具有信息類型復(fù)雜、分布范圍廣、信息保密性等特點(diǎn)，難以對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品鏈追溯信息進(jìn)行統(tǒng)一建模與集成共享。

因此，本文提出了一種基于鏈追溯事件的飛機(jī)產(chǎn)品鏈追溯信息模型。對(duì)全壽命周期追溯信息進(jìn)行提煉，得到追溯事件及其最少數(shù)據(jù)元素，構(gòu)成了飛機(jī)產(chǎn)品鏈追溯信息模型。將該模型在飛機(jī)供應(yīng)鏈范圍內(nèi)進(jìn)行共享，既保證了追溯信息的完整關(guān)聯(lián)，又保證了追溯信息的保密性。

鏈追溯事件E模型可表示為：

式中：idb表示物料批次b的唯一標(biāo)識(shí)，Corg表示執(zhí)行該事件的單位代碼，Te表示事件注冊(cè)時(shí)間，Ce表示事件代碼；DEe是數(shù)據(jù)元素集合。

鏈追溯事件分為3類：產(chǎn)品構(gòu)型變化事件、業(yè)務(wù)過程事件、位置（所屬權(quán)）變化事件。具體事件分類如表 1所示，共包括20種追溯事件[2][3]。

為了維持鏈追溯信息與內(nèi)部追溯信息的關(guān)聯(lián)，對(duì)每一事件規(guī)定了相應(yīng)的最少數(shù)據(jù)元素，這些數(shù)據(jù)元素成為飛機(jī)產(chǎn)品鏈追溯信息交換的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，保證飛機(jī)產(chǎn)品追溯信息在不同參與單位間的連貫性和傳遞性。最少數(shù)據(jù)元素分為兩類，一是所有事件都必須記錄的通用數(shù)據(jù)元素，二是事件的特定數(shù)據(jù)元素。

表1 鏈追溯事件分類

事件通用數(shù)據(jù)元素如表2所示，制造單位代碼、物料物品碼和物料序號(hào)共同構(gòu)成了該物料批次的唯一標(biāo)識(shí)idb，制造單位代碼、物料物品碼由第三方編碼機(jī)構(gòu)統(tǒng)一賦予，保證飛機(jī)產(chǎn)品供應(yīng)鏈范圍內(nèi)唯一并且一致；物料序號(hào)由物料生產(chǎn)單位賦予，保證其在單位內(nèi)部唯一且具有可追溯性。執(zhí)行單位代碼、執(zhí)行日期和事件代碼分別對(duì)應(yīng)鏈追溯事件模型式（5）中的Corg、Te和Ce。表2中的含義是：由單位131410生產(chǎn)的、物品碼為4294500000509、批次為101的物料，其生產(chǎn)（MFG）事件由單位131301于2011年3月1日進(jìn)行注冊(cè)。

表2 通用數(shù)據(jù)元素及舉例

事件特定數(shù)據(jù)元素如表 3所示，對(duì)應(yīng)鏈追溯事件模型式（5）中的DEe。特定數(shù)據(jù)元素并沒有完整記錄產(chǎn)品所經(jīng)歷的業(yè)務(wù)過程信息，這些業(yè)務(wù)過程信息仍然保存在各單位內(nèi)部的信息系統(tǒng)中。鏈追溯事件模型的主要作用是將同一產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中不同單位的追溯信息建立有效關(guān)聯(lián)，形成產(chǎn)品完整的歷史路徑，并與各企業(yè)內(nèi)部的追溯信息建立信息查詢和交換的標(biāo)準(zhǔn)化接口。在追溯過程中，利用鏈追溯信息模型可以查詢完整的歷史路徑信息，通用數(shù)據(jù)元素可以快速確定追溯信息源，而特定數(shù)據(jù)元素可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)的信息快速檢索定位。由此，內(nèi)部追溯與鏈追溯相結(jié)合實(shí)現(xiàn)完整的飛機(jī)產(chǎn)品追溯過程。

表3 事件特定數(shù)據(jù)元素舉例

2 追溯系統(tǒng)實(shí)施架構(gòu)

由于飛機(jī)產(chǎn)品的復(fù)雜性，飛機(jī)產(chǎn)品全壽命周期要經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、交付、運(yùn)輸、航材管理、外場(chǎng)使用、維修、大修等多個(gè)階段（見圖2）。每一階段包含多種需要追溯的信息，而且各個(gè)階段的參與單位也各不盡相同，飛機(jī)產(chǎn)品的追溯信息都存儲(chǔ)于這些供應(yīng)鏈參與單位內(nèi)部的自治信息系統(tǒng)中，為追溯信息的檢索、傳遞和有效利用帶來了困難。

圖2 追溯信息組成

解決跨自治系統(tǒng)之間追溯信息的檢索和利用問題，一種解決方案是將各個(gè)自治系統(tǒng)的信息進(jìn)行集成，建立一個(gè)用于追溯的中央數(shù)據(jù)庫，這種方案有兩個(gè)缺陷：一是由于飛機(jī)產(chǎn)品龐大的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使得建立集成數(shù)據(jù)庫實(shí)施難度大；二是飛機(jī)產(chǎn)品的追溯信息往往是企業(yè)最有價(jià)值的商業(yè)信息，具有很強(qiáng)的保密性，各個(gè)企業(yè)都不會(huì)將這些信息與其他企業(yè)共享。另一種解決方案是采用分布式數(shù)據(jù)處理方式，這種方式的關(guān)鍵是在各追溯參與單位內(nèi)部部署追溯模塊，缺點(diǎn)是每個(gè)單位只記錄了供應(yīng)鏈相鄰環(huán)節(jié)的信息，因此追溯信息要沿著供應(yīng)鏈順次傳遞并合并才能保證追溯信息的完整，大大影響了追溯信息檢索的效率；另外，部署追溯模塊將消耗巨大的成本。

在吸取了集中式和分布式系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，本文提出了一種中央信息系統(tǒng)和分布系統(tǒng)要素松散耦合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖 3。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)

中央追溯信息系統(tǒng)即本文所述的飛機(jī)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)，可以存儲(chǔ)所有追溯活動(dòng)需要的信息，也可以僅存儲(chǔ)追溯對(duì)象的關(guān)聯(lián)信息。在該系統(tǒng)架構(gòu)下，為了滿足追溯信息的保密性，中央信息系統(tǒng)僅存儲(chǔ)追溯對(duì)象的路徑及關(guān)聯(lián)信息，即鏈追溯信息。其它追溯信息可以存儲(chǔ)于各個(gè)追溯活動(dòng)參與單位的本地信息系統(tǒng)中。中央信息系統(tǒng)與參與單位信息系統(tǒng)的集成可以通過Web Service、XML（Extensible Markup Language）等技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)。所有的追溯活動(dòng)參與單位可以通過Web瀏覽器訪問中央信息系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。中央信息系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)可以依托于飛機(jī)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的某一主要參與單位，如主機(jī)廠、使用主管部門等，也可交第三方應(yīng)用服務(wù)提供者。

追溯活動(dòng)參與單位在其內(nèi)部部署RFID（Radio Frequency Identification）、條碼等自動(dòng)采集設(shè)備，并將采集到的事件數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中央信息系統(tǒng)中。中央信息系統(tǒng)提供了Web Service接口以便于參與單位提交采集到的數(shù)據(jù)。中央信息系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、組織，并與物料信息、產(chǎn)品構(gòu)型信息進(jìn)行整合，形成可供各參與單位使用的追溯信息。該架構(gòu)為參與單位提供了兩種選擇：可以通過Web瀏覽器進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的提交和追溯信息的查詢，同時(shí)也可以通過內(nèi)部系統(tǒng)與中央信息系統(tǒng)的集成來實(shí)現(xiàn)以上功能。另外，中央信息系統(tǒng)權(quán)限管理機(jī)制對(duì)于特定的參與單位只提供與其相關(guān)的物料信息，保證了產(chǎn)品追溯信息的管理效率和安全性。

3 追溯原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于以上追溯信息模型及系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)開發(fā)了飛機(jī)產(chǎn)品追溯原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于J2EE的B/ S架構(gòu)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)追溯系統(tǒng)架構(gòu)中央信息系統(tǒng)的功能。由飛機(jī)裝備主管部門負(fù)責(zé)運(yùn)行與維護(hù)，各追溯參與單位均可遠(yuǎn)程登錄該系統(tǒng)，提交數(shù)據(jù)或發(fā)起產(chǎn)品的追溯過程。同時(shí)，系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)提交的Web Service接口，便于與各參與單位內(nèi)部信息系統(tǒng)的集成。系統(tǒng)在功能上分為追溯批次清單管理、追溯事件采集、追溯過程發(fā)起三項(xiàng)主要功能，追溯過程發(fā)起模塊采用工作流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)追溯流程的規(guī)范化。

4 結(jié)束語

飛機(jī)產(chǎn)品的追溯是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅僅是技術(shù)層面，還需要有效地管理制度和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范才能保證追溯的全面、有效實(shí)施。本文提出并建立了一種鏈追溯與內(nèi)部追溯相結(jié)合的追溯信息模型及系統(tǒng)架構(gòu)，為飛機(jī)產(chǎn)品全面追溯提供了一種解決方案。開發(fā)了原型系統(tǒng)驗(yàn)證了上述方案的有效性，為將來全面實(shí)施飛機(jī)產(chǎn)品追溯提供了技術(shù)工具參考。

[1] T. Moe.Perspectives on traceability in food manufacture [J].Trends in Food Science & Technology，1998，9（5）：211-214.

[2] ATA SPEC2000，E-Business Specification for Materials Management[S].

[3] GJB 2488-1995，飛機(jī)履歷本編制要求[S].